JP2010261637A

JP2010261637A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2010261637A
Application number: JP2009111979A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsuzaki; 崇松崎; Haruhiko Sudo; 晴彦須藤; Katsuhiko Maekawa; 勝彦前川
Original assignee: Fuji Electric Retail Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Retail Systems Co Ltd
Priority date: 2009-05-01
Filing date: 2009-05-01
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2029-05-01
Also published as: JP5458656B2

Abstract

【課題】冷凍機油戻し制御のように圧縮機の要因により駆動停止した圧縮機が再び駆動開始する場合に、液冷媒を吸引してしまうことを防止することができる冷却装置を提供すること。
【解決手段】電子膨張弁１３の開度を調節して蒸発器１２に対する冷媒の供給制御を行うことにより収容庫１０を所望の温度状態とする冷却装置において、蒸発器１２における冷媒の出口温度から冷媒の入口温度を減算して、蒸発器１２における過熱度を算出する過熱度算出部３２と、算出された過熱度が予め決められた過熱度目標値の下限値未満で、かつ出口温度が判定値の基準温度以上である場合には、圧縮機１５が停止しているものと判断して電子膨張弁１３を全閉状態にさせる一方、過熱度が下限値未満で、かつ出口温度が基準温度未満である場合には、圧縮機１５が液冷媒を吸引してしまうと判断して電子膨張弁１３の開度を縮小させる制御を行う弁開度設定部３４とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却装置に関し、より詳細には、電子膨張弁の開度を調節して、収容装置に配設した蒸発器に対する冷媒の供給制御を行うことにより該収容装置の収容庫を所望の温度状態とする冷却装置に関するものである。

例えば、商品を冷却した状態で陳列販売するショーケースでは、その内部に蒸発器及び電子膨張弁が設けられ、またその外部に圧縮機及び凝縮器が設けられており、これら蒸発器、圧縮機、凝縮器及び電子膨張弁を順次接続することにより構成される冷凍サイクルに冷媒を循環させることによってショーケースの収容庫を所望の温度状態に維持するようにしている。

具体的には、蒸発器の出口部における冷媒の出口温度と、蒸発器の入口部における冷媒の入口温度とを検出し、出口温度から入口温度を減算して該蒸発器における過熱度を算出し、算出した過熱度と予め決められた設定過熱度との偏差に基づいて電子膨張弁の開度を調節して蒸発器に対して冷媒の供給制御を行っている。また、かかる冷媒の供給制御の他に、収容庫の内部温度を検出し、検出した内部温度と、予め設定された設定温度との偏差に基づいて電子膨張弁の開度を調節している。

そして、圧縮機の駆動開始時において該圧縮機が液冷媒を吸引してしまうことを防止するために、圧縮機の駆動開始情報が与えられたときには電子膨張弁の開度を、下限値からこの下限値と上限値との間隔の約７０％の大きさに調節して冷媒の供給制御を行っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−７１２６３号公報

上述したような冷却装置が圧縮機の駆動開始時における電子膨張弁の開度を所定の大きさに調節することは、収容庫の内部温度等のショーケースの要因による圧縮機の運転や、圧縮機が同一のショーケースに個別に設置されていて圧縮機の運転情報が入手可能な場合には有効であることが知られている。

ところが、冷凍機油戻し制御のような圧縮機の要因による圧縮機の駆動停止時には、圧縮機の駆動停止を検出することができず次のような問題があった。

すなわち、圧縮機の駆動停止により、収容庫の内部温度と設定温度との偏差が大きくなり、電子膨張弁の開度を拡大させる。これにより冷凍サイクルにおける高圧部から低圧部に液冷媒が流入してしまうため、圧縮機の駆動開始時に該圧縮機が液冷媒を吸引してしまう、いわゆる液バックを発生させてしまう。

また、圧縮機の駆動停止により、蒸発器における過熱度が設定過熱度に比べて小さくなり、電子膨張弁の開度を縮小させる。しかしながら電子膨張弁を全閉させてしまうと、蒸発器での過熱度を算出することができないので、全閉が継続することを回避し、電子膨張弁の開度を予め設定された最小開度の大きさに調節する結果、冷凍サイクルの高圧部から低圧部に液冷媒が流入してしまい、圧縮機の駆動開始時に液バックを発生させてしまう。

本発明は、上記実情に鑑みて、冷凍機油戻し制御のように圧縮機の要因により駆動停止した圧縮機が再び駆動開始する場合に、液冷媒を吸引してしまうことを防止することができる冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る冷却装置は、電子膨張弁の開度を調節して、収容装置に配設した蒸発器に対する冷媒の供給制御を行うことにより該収容装置の収容庫を所望の温度状態とする冷却装置において、前記蒸発器の出口部における冷媒の出口温度から前記蒸発器の入口部における冷媒の入口温度を減算して、該蒸発器における過熱度を算出する過熱度算出手段と、前記過熱度算出手段により算出された過熱度が予め決められた閾値未満で、かつ前記出口温度が予め決められた基準温度以上である場合には、前記蒸発器から吐出された冷媒を圧縮する圧縮機が停止しているものと判断して前記電子膨張弁を全閉状態にさせる一方、前記過熱度算出手段により算出された過熱度が前記閾値未満で、かつ前記出口温度が前記基準温度未満である場合には、前記圧縮機が液冷媒を吸引してしまうと判断して前記電子膨張弁の開度を縮小させる制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る冷却装置は、上述した請求項１において、前記制御手段は、前記電子膨張弁を全閉状態にさせてから予め設定された所定時間が経過した場合に、前記電子膨張弁の開度を、前記圧縮機が停止しているものと判断した時点での電子膨張弁の開度の５５〜７５％の大きさに拡大させる制御を行うことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る冷却装置は、上述した請求項１において、前記制御手段は、前記電子膨張弁を全閉状態にさせた後、前記過熱度算出手段により算出された過熱度が前記閾値以上、あるいは前記出口温度が前記基準温度未満となる場合に、前記電子膨張弁の開度を、前記圧縮機が停止しているものと判断した時点での電子膨張弁の開度の５５〜７５％の大きさに拡大させる制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、制御手段が、過熱度算出手段により算出された過熱度が予め決められた閾値未満で、かつ出口温度が予め決められた基準温度以上である場合には、蒸発器から吐出された冷媒を圧縮する圧縮機が停止しているものと判断して電子膨張弁を全閉状態にさせる一方、過熱度算出手段により算出された過熱度が閾値未満で、かつ出口温度が基準温度未満である場合には、圧縮機が液冷媒を吸引してしまうと判断して電子膨張弁の開度を縮小させる制御を行うので、冷凍機油戻し制御のように圧縮機自体の要因により圧縮機が駆動停止したことを良好に検出することができる。そして、電子膨張弁を全閉状態にさせるため、その後に圧縮機が再び駆動開始した場合に、該圧縮機が液冷媒を吸引してしまう虞れがない。従って、冷凍機油戻し制御のように圧縮機の要因により駆動停止した圧縮機が再び駆動開始する場合に、液冷媒を吸引してしまうことを防止することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態である冷却装置の構成を概念的に示す概念図である。図２は、蒸発器における過熱度と、出口温度と、状態判断部が判断する運転状態と、弁開度設定部が設定する電子膨張弁の開度との関係の一例を示す図表である。図３は、図１に示した弁開度調節手段が実施する膨張弁開度制御処理の内容を示すフローチャートである。図４は、図３に示す弁開度調節手段の膨張弁開度制御処理の感触試験結果を示す図表であり、（ａ）は入口温度、出口温度、過熱度の時間変化を示し、（ｂ）は（ａ）と同一の時間変化における弁開度の変化、並びに圧縮機の運転状況を示している。

以下、添付図面を適宜参照しながら本発明に係る冷却装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態である冷却装置の構成を概念的に示す概念図である。ここで例示する冷却装置は、収容庫１０の内部に収納した商品を冷却した状態で陳列販売するオープンショーケース（収容装置）１１に適用するもので、複数のオープンショーケース１１にそれぞれ蒸発器１２及び電子膨張弁１３を個別に備える一方オープンショーケース１１の外部に冷凍機を構成する凝縮器１４及び圧縮機１５をそれぞれ１つずつ備えている。

電子膨張弁１３は、凝縮器１４から吐出された液冷媒を断熱膨張して蒸発器１２に供給するためのものである。本実施の形態では、蒸発器１２の出口部における冷媒温度（以下、出口温度ともいう）と、蒸発器１２の入口部における冷媒温度（以下、入口温度ともいう）との差として定義される過熱度に基づき開度を変更し、通過する冷媒の流量を調節することのできるものを適用している。より具体的には、電子膨張弁１３は、過熱度が大きい場合には開度を拡大させる一方、過熱度が小さい場合には開度を縮小させるものである。

圧縮機１５は、蒸発器１２から吐出された低温低圧のガス冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒として凝縮器１４に与えるものである。本実施の形態では、圧力値設定指令が与えられた場合にこの圧力値設定指令に応じて吸入圧力を変更することのできるインバータ圧縮機を適用している。

この冷却装置では、凝縮器１４及び圧縮機１５に対してそれぞれのオープンショーケース１１に設けた蒸発器１２及び電子膨張弁１３を並列に接続して冷凍サイクルが構成してある。すなわち、圧縮機１５から吐出された高温高圧のガス冷媒が凝縮器１４において放熱して高温高圧の液冷媒となる。この高温高圧の液冷媒は、各オープンショーケース１１の電子膨張弁１３に分岐供給され、断熱膨張されて低温低圧の気液２相冷媒となって蒸発器１２に供給される。蒸発器１２に供給された低温低圧の気液２相冷媒は、送風ファン１６によって供給された収容庫１０の内部雰囲気を熱交換し、吸熱して低温低圧のガス冷媒となることにより収容庫１０の冷却を行う。蒸発器１２を経た低温低圧のガス冷媒は、オープンショーケース１１の外部において合流し、圧縮機１５に吸入される。

個々のオープンショーケース１１において蒸発器１２の入口部及び出口部に接続した冷媒供給管路１７にはそれぞれ入口部冷媒温度センサ２０及び出口部冷媒温度センサ２１が設けてある。また、図には明示しないが、収容庫１０の内部には内部温度センサが設けてある。入口部冷媒温度センサ２０及び出口部冷媒温度センサ２１は、それぞれの冷媒供給管路１７を通過する冷媒の温度を検出するものである。内部温度センサは、収容庫１０の内部温度を検出するものである。本実施の形態では、内部温度センサとして、収容庫１０の内部においてそれぞれの蒸発器１２を通過した後の空気の温度を収容庫１０の内部温度として検出するものを適用している。

また、上記冷却装置は、その制御系として弁開度調節手段３０を備えている。図１からも明らかなように、本実施の形態では、それぞれのオープンショーケース１１に個別の弁開度調節手段３０が設けてある。

弁開度調節手段３０は、入口部冷媒温度センサ２０及び出口部冷媒温度センサ２１の検出した冷媒温度に基づいて電子膨張弁１３の開度調節を行うもので、設定記憶部３１、過熱度算出部（過熱度算出手段）３２、状態判断部３３及び弁開度設定部（制御手段）３４を備えている。

設定記憶部３１は、蒸発器１２における冷媒の過熱度目標値及び出口部冷媒温度センサ２１の検出した冷媒温度（以下、出口温度ともいう）の判定値を予め設定し、かつこれらを記憶するものである。本実施の形態では、過熱度目標値として、その上限値（例えば５℃）と下限値（閾値：例えば２℃）とがそれぞれ設定してあるとともに、判定値として、基準温度（例えば０℃）が設定してある。

過熱度算出部３２は、出口部冷媒温度センサ２１の検出した出口温度から入口部冷媒温度センサ２０の検出した冷媒温度（以下、入口温度ともいう）を減算して、蒸発器１２における過熱度を算出するものである。

状態判断部３３は、過熱度算出部３２で算出された過熱度と、出口部冷媒温度センサ２１で検出された出口温度とに基づいて、オープンショーケース１１の運転状態を判断するものである。

弁開度設定部３４は、状態判断部３３の判断結果に応じて電子膨張弁１３の開度を設定するものである。より詳細には、弁開度設定部３４は、電子膨張弁１３の開度を拡大させる場合には予め決められた大きさ（例えば１０パルス程度）だけ拡大させ、電子膨張弁１３の開度を縮小させる場合には予め決められた大きさ（例えば１０パルス程度）だけ縮小させるものである。また、弁開度設定部３４は、電子膨張弁１３の開度を全閉状態にした場合には、予め設定された設定時間（例えば６０秒間）の経過後、電子膨張弁１３の開度を、状態判断部３３により圧縮機１５が停止しているものと判断された時点における電子膨張弁１３の開度の約７０％の大きさに設定するものである。図２は、蒸発器１２における過熱度と、出口温度と、状態判断部３３が判断する運転状態と、弁開度設定部３４が設定する電子膨張弁１３の開度との関係の一例を示したものである。

図３は、図１に示した弁開度調節手段３０が実施する膨張弁開度制御処理の内容を示すフローチャートである。以下、この図３を参照しながら、冷却装置の動作について説明する。

図３に示す膨張弁開度制御処理において弁開度調節手段３０は、入口部冷媒温度センサ２０及び出口部冷媒温度センサ２１を通じて冷媒の温度を検出し（ステップＳ１０１）、過熱度算出部３２を通じて、検出した出口温度から入口温度を減算して蒸発器１２における過熱度を算出する（ステップＳ１０２）。

蒸発器１２における過熱度を算出した弁開度調節手段３０は、該過熱度が設定記憶部３１に記憶された過熱度目標値の上限値（例えば５℃）を超えているか否かを判断する（ステップＳ１０３）。

算出した過熱度が過熱度目標値の上限値を超えている場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、弁開度調節手段３０は、状態判断部３３を通じて過熱度が過大である判断し、弁開度設定部３４を通じて電子膨張弁１３の開度を拡大、すなわち予め決められた大きさだけ加えた開度に設定し（ステップＳ１０４）、その後に手順をリターンさせる。この結果、蒸発器１２に対する冷媒の供給が増大され、蒸発器１２における過熱度が低下するように推移することになる。

算出した過熱度が過熱度目標値の上限値以下であった場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、弁開度調節手段３０は、該過熱度が過熱度目標値の下限値（例えば２℃）を下回っているか否かを判断する（ステップＳ１０５）。

算出した過熱度が過熱度目標値の下限値を下回っている場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、弁開度調節手段３０は、ステップＳ１０１で検出した出口温度が設定記憶部３１に記憶された判定値の基準温度（例えば０℃）を下回っているか否かを判断する（ステップＳ１０６）。

出口温度が基準温度を下回っている場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、弁開度調節手段３０は、状態判断部３３を通じて、圧縮機１５が液冷媒を吸引してしまう、すなわち液バックが発生してしまうと判断し、弁開度設定部３４を通じて電子膨張弁１３の開度を縮小、すなわち予め決められた大きさだけ減じた開度に設定し（ステップＳ１０７）、その後に手順をリターンさせる。この結果、蒸発器１２に対する冷媒の供給が減少され、蒸発器１２における過熱度が上昇するように推移することになる。

一方、出口温度が基準温度以上の場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、弁開度調節手段３０は、状態判断部３３を通じて、圧縮機１５が停止しているものと判断し、弁開度設定部３４を通じて電子膨張弁１３を全閉状態にさせ（ステップＳ１０８）、その後に手順をリターンさせる。この結果、冷凍サイクルの高圧部（圧縮機１５から電子膨張弁１３に至る領域）から低圧部（電子膨張弁１３から圧縮機１５に至る領域）に液冷媒が流入してしまう虞れがない。

その後、弁開度調節手段３０は、予め設定された設定時間（例えば６０秒間）の経過後、弁開度設定部３４を通じて、電子膨張弁１３の開度を、状態判断部３３により圧縮機１５が停止しているものと判断された時点における電子膨張弁１３の開度の約７０％の大きさに設定する。

ところで、ステップＳ１０２で算出した過熱度が過熱度目標値の下限値以上で上限値以下の場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ，ステップＳ１０５：Ｎｏ）、弁開度調節手段３０は、状態判断部３３を通じて過熱度が適正であると判断し、電子膨張弁１３の開度を維持し（ステップＳ１０９）、その後に手順をリターンさせる。

図４は、図３に示す弁開度調節手段３０の膨張弁開度制御処理の感触試験結果を示す図表であり、（ａ）は入口温度、出口温度、過熱度の時間変化を示し、（ｂ）は（ａ）と同一の時間変化における弁開度の変化、並びに圧縮機１５の運転状況を示している。ここでは、過熱度目標値の下限値を２℃とし、判定値の基準温度を０℃として膨張弁開度制御処理を実施した。

この図４に示すように、時刻ｔ１において、過熱度が過熱度目標値の下限値（２℃）を下回り、かつ出口温度が基準温度（０℃）以上となっており、弁開度調節手段３０は電子膨張弁１３を全閉状態にさせる。かかる時刻ｔ１においては、圧縮機１５が実際に駆動停止している。時刻ｔ１から所定時間（例えば６０秒間）経過後の時刻ｔ２において、弁開度調節手段３０は、電子膨張弁１３の開度を、時刻ｔ１における開度（すなわち圧縮機１５が駆動停止しているものと判断した時点での開度）の約７０％の大きさに調節している。

時刻ｔ３及び時刻ｔ４においては、過熱度が過熱度目標値の下限値を下回るが、出口温度が基準温度以上であるので、弁開度調節手段３０は電子膨張弁１３の開度を例えば１０パルス程度小さく設定している。

かかる図４の感触試験にも示すように、弁開度調節手段３０が圧縮機１５が駆動停止しているものと判断した時刻ｔ１においては、圧縮機１５が実際に駆動停止しており、上記膨張弁開度制御処理が圧縮機１５の駆動停止を良好に判断することができたことが理解される。

以上説明したように、本発明の実施の形態である冷却装置によれば、弁開度調節手段３０が、過熱度算出部３２で算出された過熱度が設定記憶部３１に記憶された過熱度目標値の下限値未満で、かつ出口温度が設定記憶部３１に記憶された判定値の基準温度以上である場合には、冷凍機を構成する圧縮機１５が停止しているものと判断して電子膨張弁１３を全閉状態にさせる一方、過熱度算出部３２で算出された過熱度が下限値未満で、かつ出口温度が基準温度未満である場合には、圧縮機１５が液冷媒を吸引してしまうと判断して電子膨張弁１３の開度を縮小させる制御を行うので、冷凍機油戻し制御のように圧縮機１５自体の要因により圧縮機１５が駆動停止したことを良好に検出することができる。そして、電子膨張弁１３を全閉状態にさせるため、その後に圧縮機１５が再び駆動開始した場合に、該圧縮機１５が液冷媒を吸引してしまう虞れがない。従って、冷凍機油戻し制御のように圧縮機１５の要因により駆動停止した圧縮機１５が再び駆動開始する場合に、液冷媒を吸引してしまうことを防止することができる。

特に上記冷却装置によれば、弁開度調節手段３０は、電子膨張弁１３を全閉状態にさせてから所定時間経過後に電子膨張弁１３の開度を、圧縮機１５が停止しているものと判断した時点での電子膨張弁１３の開度の約７０％の大きさに設定するので、圧縮機１５が再び駆動開始した場合の蒸発器１２における冷媒の蒸発温度を低く設定でき、圧縮機１５が液冷媒を吸引してしまう事態を発生させることを確実に回避させることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。

上述した実施の形態では、弁開度調節手段３０は、電子膨張弁１３の開度を全閉状態にした場合には、予め設定された設定時間（例えば６０秒間）の経過後、電子膨張弁１３の開度を、状態判断部３３により圧縮機１５が停止しているものと判断された時点における電子膨張弁１３の開度の約７０％の大きさに設定していたが、本発明では、５５〜７５％の大きさに設定できれば良く、必ずしも７０％に限られるものではない。

また、上述した実施の形態では、弁開度調節手段３０は、電子膨張弁１３の開度を全閉状態にした場合には、予め設定された設定時間（例えば６０秒間）の経過後、電子膨張弁１３の開度を、状態判断部３３により圧縮機１５が停止しているものと判断された時点における電子膨張弁１３の開度の約７０％の大きさに設定していたが、本発明はこれに限られず、電子膨張弁を全閉状態にさせた後、過熱度算出部（過熱度算出手段）により算出された過熱度が過熱度目標値の下限値（閾値）以上、あるいは出口温度が判定値の基準温度未満となる場合に、電子膨張弁の開度を、圧縮機が停止しているものと判断した時点での電子膨張弁の開度の５５〜７５％の大きさに設定しても良い。つまり、一旦全閉状態にした電子膨張弁の復帰条件は、所定時間の経過としても良いし、圧縮機が停止しているものとの判断が解除された時であっても良い。

また、上述した実施の形態では、過熱度と過熱度目標値との偏差に基づいた膨張弁開度制御処理について説明したが、本発明においては、かかる膨張弁開度制御処理に並行して、収容庫の内部温度と、設定温度との偏差に基づいて電子膨張弁の開度を調節する制御を行っても構わない。

以上のように、本発明に係る冷却装置は、オープンショーケースの収容庫の冷却に有用である。

１０収容庫
１１オープンショーケース
１２蒸発器
１３電子膨張弁
１４凝縮器
１５圧縮機
２０入口部冷媒温度センサ
２１出口部冷媒温度センサ
３０弁開度調節手段
３１設定記憶部
３２過熱度算出部
３３状態判断部
３４弁開度設定部

Claims

電子膨張弁の開度を調節して、収容装置に配設した蒸発器に対する冷媒の供給制御を行うことにより該収容装置の収容庫を所望の温度状態とする冷却装置において、
前記蒸発器の出口部における冷媒の出口温度から前記蒸発器の入口部における冷媒の入口温度を減算して、該蒸発器における過熱度を算出する過熱度算出手段と、
前記過熱度算出手段により算出された過熱度が予め決められた閾値未満で、かつ前記出口温度が予め決められた基準温度以上である場合には、前記蒸発器から吐出された冷媒を圧縮する圧縮機が停止しているものと判断して前記電子膨張弁を全閉状態にさせる一方、前記過熱度算出手段により算出された過熱度が前記閾値未満で、かつ前記出口温度が前記基準温度未満である場合には、前記圧縮機が液冷媒を吸引してしまうと判断して前記電子膨張弁の開度を縮小させる制御を行う制御手段と
を備えたことを特徴とする冷却装置。
前記制御手段は、前記電子膨張弁を全閉状態にさせてから予め設定された所定時間が経過した場合に、前記電子膨張弁の開度を、前記圧縮機が停止しているものと判断した時点での電子膨張弁の開度の５５〜７５％の大きさに拡大させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
前記制御手段は、前記電子膨張弁を全閉状態にさせた後、前記過熱度算出手段により算出された過熱度が前記閾値以上、あるいは前記出口温度が前記基準温度未満となる場合に、前記電子膨張弁の開度を、前記圧縮機が停止しているものと判断した時点での電子膨張弁の開度の５５〜７５％の大きさに拡大させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。