JP2016128735A - 制御装置および冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍機や各冷却装置の動作制御をより短時間で行うことができるようにするとともに、集中管理装置と冷凍機や冷却装置との間の通信異常等にも影響を受けることなく冷凍機や冷却装置を好適に制御できる制御装置および冷却システムを提供する。
【解決手段】下位制御装置４は、冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎの動作状態に関する情報を取得し、当該動作状態に関する情報に基づいて、冷凍機１の動作を制御する制御信号、あるいは複数の冷却装置２＿１〜２＿ｎの有する膨張弁２１の開閉動作を制御する制御信号を生成して送信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍機から供給される冷媒を用いて物品の冷却を行う複数の冷却装置の制御を行う制御装置および冷却システムに関する。

従来、スーパーマーケットやコンビニエンスストア等で使用される、冷凍機と、冷凍・冷蔵用ショーケースやプレハブ冷蔵庫等の冷却装置と、からなる冷却システムが広く用いられている。

このような冷却システムとして、例えば特許文献１には、複数の冷却機器を集中管理装置が一括して制御するシステムが開示されている。このシステムでは、複数の冷却機器のそれぞれに対する制御や、冷却機器に冷媒を供給する冷凍機に対する制御を集中管理装置が一括して行うように構成されている。

特開平１−２９１０８５号公報

このような冷却システムには、集中管理装置が複数の冷却装置との通信をすべて完了し、それぞれの動作状態を把握してから各冷却装置の制御を行うものもある。そして、冷却システムが何十台もの冷却装置により構成される大規模なものになると、各冷却機器の制御に要する時間がより長くなる。

このように大規模な冷却システムにおいて、例えば、冷却装置の除霜処理のように大きな圧力変化を伴う動作を行った場合や冷却装置側に異常が生じた場合、それらの状況の変化に対する即時対応等を集中管理装置がより好適に行うことができるようにすることが望ましい。

また、集中管理装置自体に異常が発生し、集中管理装置といずれかの冷却装置との間の通信が途切れてしまったとしても、冷却システム全体の動作が遅延したりダウンしたりしないようにし、冷却すべき物品の冷却を好適に行うことも望まれている。なお、ここでは冷却装置の制御について述べたが、同様のことは冷凍機の制御についても当てはまる。

本発明の目的は、冷凍機や冷却装置の動作制御をより短時間で行うことができるようにするとともに、集中管理装置と冷凍機や冷却装置との間の通信異常等にも影響を受けることなく冷凍機や冷却装置を好適に制御できる制御装置および冷却システムを提供することにある。

本発明の制御装置は、少なくとも１つの冷凍機と、当該冷凍機から供給される冷媒を用いて物品を冷却する少なくとも１つの冷却装置と、前記冷凍機および前記冷却装置の動作を管理する集中管理装置と、を含む冷却システムに設けられる制御装置であって、前記冷凍機および前記冷却装置と通信回線を介して接続され、前記冷凍機または前記冷却装置に制御信号を送信することにより前記集中管理装置とは独立に前記冷凍機または前記冷却装置を制御する。

また、本発明の冷却システムは、少なくとも１つの冷凍機と、当該冷凍機から供給される冷媒を用いて物品を冷却する少なくとも１つの冷却装置と、前記冷凍機および前記冷却装置の動作を管理する集中管理装置と、前記冷凍機および前記冷却装置と通信回線を介して接続され、前記冷凍機または前記冷却装置に制御信号を送信することにより前記集中管理装置とは独立に前記冷凍機または前記冷却装置を制御する制御装置と、を備える。

集中管理装置に冷凍機や冷却装置の動作制御のすべてを集中させずに冷凍機や冷却機器を好適に制御できる。

本発明の実施の形態の冷却システムの回路図 冷凍機の構成の一例を示す図 冷凍機、冷却装置、集中管理装置、下位制御装置の通信シーケンスの一例を示す図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態の冷却システム１００の回路図である。図１に示すように、冷却システム１００は、冷凍機１、ｎ個（ｎは正の整数）の冷却装置２＿１〜２＿ｎ、集中管理装置３、下位制御装置４を有する。冷却システム１００における冷凍サイクルは、高圧側の冷媒圧力（高圧圧力）がその臨界圧力以上（超臨界）となる二酸化炭素を冷媒として用いる。

図１に示す各構成間の接続線は、各構成間の通信回線を示している。図１に示すように、集中管理装置３と冷凍機１、集中管理装置３と複数の冷却装置２＿１〜２＿ｎがそれぞれ接続され、各装置間でのデータの送受信が可能となっている。

また、冷凍機１と冷却装置２＿１〜２＿ｎとの間に、下位制御装置４が接続されており、下位制御装置４と冷却装置２＿１〜２＿ｎとの間でデータの送受信が可能となっている。この下位制御装置４は、集中制御装置３と分担して、冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎの制御を行う。当該分担については後に詳しく説明する。

冷却システム１００は、例えばスーパーマーケットやコンビニエンスストア等に設置される。冷凍機１はこれらの店舗の外に設置され、冷却装置２＿１〜２＿ｎは店舗内に設置される。集中管理装置３は店舗管理者のみ立ち入りできる部屋等に設置される。

［冷凍機１］
冷凍機１は、ヒートポンプの原理により冷媒を冷却して冷却装置２＿１〜２＿ｎに供給する冷熱源機器である。冷凍機１は、冷媒として二酸化炭素を使用する。以下、冷凍機１の詳細について説明する。図２は、冷凍機１の構成の一例を示す図である。図２に示すように、冷凍機１は、２段階の圧縮動作を行う圧縮機１１を備える。なお、図２における各構成間の接続線は、配管を示している。

圧縮機１１は、内部中間圧型多段圧縮式ロータリ圧縮機である。具体的には、圧縮機１１は、鋼板からなる円筒状の密閉容器内に、電動機および当該電動機の回転軸を中心として、当該電動機により駆動される低段側回転圧縮要素および高段側回転圧縮要素から成る回転圧縮機構部を備えている。

圧縮機１１には、冷凍側熱交換器１２が冷媒配管２０１を介して接続される。冷凍側熱交換器１２は、ガスクーラ１２１と、インタクーラ１２２と、オイルクーラ１２３と、送風ファン１２４とを有する。

また、圧縮機１１には、１段目の圧縮機構１１ａにおける第１吸入口１１１および第１吐出口１１２が設けられており、２段目の圧縮機構１１ｂにおける第２吸入口１１３および第２吐出口１１４が設けられている。圧縮機１１の第１吸入口１１１は、後述する冷却装置２＿１〜２＿ｎの蒸発器２２から送られる冷媒を吸入し、１段目の圧縮機構１１ａにより、中間圧力に圧縮して第１吐出口１１２から吐出するように構成されている。

圧縮機１１の第１吐出口１１２は、冷媒配管２０１を介してインタクーラ１２２の入口側に接続されており、インタクーラ１２２の出口側は、冷媒配管２０１を介して圧縮機１１の第２吸入口１１３に接続されている。圧縮機１１の第２吐出口１１４は、冷媒配管２０１を介してオイルセパレータ１３に接続されており、オイルセパレータ１３は、冷媒配管２０１を介してガスクーラ１２１に接続されている。オイルセパレータ１３は、油送り管２０２を介してオイルクーラ１２３の入口側に接続されており、オイルクーラ１２３の出口側は、油戻り管２０３を介して圧縮機１１に接続されている。

圧縮機１１の第１吐出口１１２から吐出された冷媒は、冷媒配管２０１を介してインタクーラ１２２に流入し、インタクーラ１２２において、送風ファン１２４の動作により外気と熱交換して冷却され、圧縮機１１の第２吸入口１１３に戻される。そして、圧縮機１１で２段目の圧縮機構１１ｂにより必要な圧力に圧縮された後、第２吐出口１１４から吐出され、オイルセパレータ１３を介してガスクーラ１２１に送られる。

オイルセパレータ１３は、冷媒中のオイルを分離して貯留する。オイルセパレータ１３のオイルは、油送り管２０２を介してオイルクーラ１２３に送られ、オイルクーラ１２３において、送風ファン１２４の動作により外気と熱交換して冷却された後、油戻り管２０３を介して、圧縮機１１の中間段に戻される。ガスクーラ１２１は、圧縮機１１から送られた冷媒を、送風ファン１２４の動作により外気と熱交換させて冷却する。

ガスクーラ１２１には、冷媒配管２０１を介して、スプリット熱交換器１４が接続されている。スプリット熱交換器１４の入口側の冷媒配管２０１には、この冷媒配管２０１から分岐する分岐配管２０４が設けられており、分岐配管２０４は、分岐管用膨張弁１５を介してスプリット熱交換器１４に接続されている。スプリット熱交換器１４において、冷媒配管２０１と分岐配管２０４とは、冷媒の流れる方向が対向流となるように配置されるものであり、この配置により冷媒配管２０１を流れる冷媒と分岐配管２０４を流れる冷媒とを効率よく熱交換させることができる。

スプリット熱交換器１４の分岐配管２０４の出口側は、インタクーラ１２２の出口側に接続されている。分岐管用膨張弁１５は、スプリット熱交換器１４の入口側の高圧冷媒を減圧させて中間圧力レベルまで膨張させるものである。スプリット熱交換器１４は、冷媒配管２０１を流れる高圧冷媒と、分岐配管２０４を流れる減圧された冷媒とを熱交換させて高圧冷媒を冷却する。熱交換後の減圧された冷媒は、インタクーラ１２２の出口側の冷媒と合流して第２吸入口１１３から圧縮機１１に送られる。これにより、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度および中間圧力の最適化が図られる。

スプリット熱交換器１４の冷媒配管２０１の出口側には、分岐配管２０５が接続され、分岐配管２０５は、冷媒回収タンク１６の入口側に接続されている。冷媒回収タンク１６の出口側には、２本の配管２０６、２０７の一端がそれぞれ接続され、２本の配管２０６、２０７は、スプリット熱交換器１４の出口側の分岐配管２０４に接続されている。

インタクーラ１２２の出口側の冷媒配管２０１には、バイパス管２０８の一端が接続され、バイパス管２０８の他端は、圧縮機１１の第１吸入口１１１側の冷媒配管２０１に接続されている。また、バイパス管２０８の途中には電磁弁２０９が設けられている。

さらに、スプリット熱交換器１４の出口側の冷媒配管２０１には、複数の冷却装置２＿１〜２＿ｎの蒸発器２２がそれぞれ膨張弁２１を介して接続されており、冷媒配管２０１から送られる冷媒と庫内の空気とを蒸発器２２により熱交換させることにより、各冷却装置２の庫内の冷却が行われる。また、蒸発器２２の出口側は、冷媒配管２０１を介して圧縮機１１の第１吸入口１１１に接続されている。

［冷凍機１の動作例］
上述したような構成を有する冷凍機１は、後述する下位制御装置４から制御信号を受信しない場合には、図１に示す冷凍機制御部１Ｃの制御に応じて自律動作を行う。そして、冷凍機制御部１Ｃは後述する下位制御装置４から冷凍機１の動作制御に関する情報を受信した場合には、当該情報に応じて冷凍機１の動作を制御する。

以下、冷凍機１の自律動作の一例について説明する。冷凍機１は、図示しない圧力センサ等により高圧側圧力値を取得する。冷凍機制御部１Ｃは、当該圧力値に応じて、後述する冷媒回収動作、冷媒保持動作、冷媒放出動作、冷媒保持動作の順に繰り返し各動作を行うように冷凍機１を制御する。すなわち、冷凍機制御部１Ｃは、高圧側圧力に基づいて冷媒回収・放出を行うことにより、的確に高圧側を保護し、また過負荷運転を防止する。これにより、冷媒回路内を流れる冷媒量が最適な状態となり、エネルギー効率の適正化が図られる。

（冷媒回収動作）
二酸化炭素冷媒を使用する冷却システム１００では、外気温度が高くなった場合等には、冷凍機制御部１Ｃは冷媒回路内の冷媒が液化しない超臨界サイクル運転が行われる。ただし、この場合、冷媒回路内の高圧側が余剰となった冷媒によって異常高圧となる恐れがある。

このため、集中管理装置３によって高圧側圧力が所定のしきい値を超えたと判断された場合、冷凍機制御部１Ｃは冷媒回収動作を実行する。この冷媒回収動作では、冷凍機制御部１Ｃは電磁弁１８ｂを閉じた状態で、電動膨張弁１７および電磁弁１８ａを開放する。電磁弁１８ａが開放されることにより、配管２０６を介して、冷媒回収タンク１６内の圧力がタンク外に逃がされる。これにより、冷媒回収タンク１６内の圧力が低下して当該タンク内に流入した冷媒は液化して当該冷媒回収タンク１６内に溜まる。

すなわち、冷媒回収タンク１６内の圧力が超臨界圧力以下に降下することによって、冷媒が飽和状態となり、液面が確保される。この状態で、分岐配管２０５を介して冷媒回収タンク１６に冷媒が回収される。これにより、異常高圧による圧縮機１１の過負荷運転を防止できる。

（冷媒保持動作）
上述した冷媒回収操作によって冷媒を回収した後、冷凍機制御部１Ｃは、冷媒保持動作を実行する。この冷媒保持動作では、冷凍機制御部１Ｃは電磁弁１８ｂを閉じた状態を維持し、電磁弁１８ａを閉じ、電動膨張弁１７の開度を上述した冷媒回収動作における開度に維持する。

電磁弁１８ａが閉じられることで、開放された電動膨張弁１７を介し、冷媒回路の高圧側領域による圧力で冷媒回収タンク１６内の液面が維持される。そのため、冷媒回収タンク１６内における液封を回避でき、安全性を確保できる。これにより、冷媒回路内の循環冷媒量を適切に維持できる。

（冷媒放出動作）
高圧側圧力が所定のしきい値未満となった場合、冷凍機制御部１Ｃは冷媒回路内の冷媒が不足したと判断する。この場合、冷凍機制御部１Ｃは冷媒放出動作を実行する。この冷媒放出動作では、冷凍機制御部１Ｃは電動膨張弁１７および電磁弁１８ａを閉じ、電磁弁１８ｂを開放する。これにより、冷媒回収タンク１６内に溜まった液冷媒が、当該冷媒回収タンク１６の下部に接続された配管２０７およびキャピラリーチューブ１９を介して中間圧力に減圧され、冷媒回路内に放出される。

［冷却装置２＿１〜２＿ｎ］
冷却装置２＿１〜２＿ｎは、上述した冷凍機１から供給された冷媒により内部に陳列される物品を冷却する装置である。例えば、冷却装置２＿１〜２＿ｎは、オープンショーケース、リーチインショーケース、ウォークインショーケース等、種々の形状を有し種々の用途に用いられるショーケースである。また、冷却装置２＿１〜２＿ｎの内部に陳列される物品は、生鮮食品、飲み物類、冷凍食品等、要冷蔵あるいは要冷凍の物品である。

冷却装置２＿１〜２＿ｎは、それぞれ冷却装置制御部２Ｃ、膨張弁２１、蒸発器２２を有する。なお、図１においては冷却装置２＿１にのみ冷却装置制御部２Ｃ、膨張弁２１、蒸発器２２を示し、冷却装置２＿２〜２＿ｎが有する同様の構成については図示を省略した。

冷却装置制御部２Ｃは冷却装置２＿１〜２＿ｎの制御部である。冷却装置２＿１〜２＿ｎは、後述する下位制御装置４から制御信号を受信しない場合には、冷却装置制御部２Ｃの制御に応じて自律動作できるように構成されている。そして、冷却装置制御部２Ｃは後述する下位制御装置４から冷却装置２＿１〜２＿ｎの動作を制御する制御信号を受信した場合には、当該情報に応じて冷却装置２＿１〜２＿ｎの動作を制御する。また、膨張弁２１は、冷媒を減圧するとともに、蒸発器２２へ流入する冷媒の流量を制御する弁である。蒸発器２２は、冷媒を蒸発させて熱を奪い、冷却装置２＿１〜２＿ｎ内を冷却する冷却部である。

［集中管理装置３］
集中管理装置３は、図示しない入力装置に対する管理者の入力操作等に応じて、上述した冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎの状態の把握や、状態に応じて動作の設定等、冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎの管理を行う。

集中管理装置３が冷凍機１に送信する情報は、冷凍機１の設定に関する情報等である。冷凍機１の設定に関する情報とは、例えば、冷凍機１の最低圧力の設定に関する情報や、冷凍機１の冷媒の流量に関する情報等を含み、集中管理装置３の入力装置を介した入力操作等に応じて冷凍機１の動作を設定するための情報である。

集中管理装置３が冷凍機１から受信する情報は、冷凍機１の状態に関する情報、冷凍機警報情報等である。冷凍機１の状態に関する情報は、冷凍機１内の温度を示す情報や、冷凍機１内の圧力を示す情報等を含み、冷凍機制御部１Ｃが冷凍機１内部の状態に応じて生成する情報である。また、冷凍機警報情報とは、冷凍機１内の圧力が所定のしきい値を超えたり、冷凍機１内において故障が発生したりした場合に、異常や故障を管理者等に報知するために冷凍機制御部１Ｃが生成する情報である。

また、集中管理装置３が冷却装置２＿１〜２＿ｎに送信する情報は、冷却装置２＿１〜２＿ｎの設定に関する情報等である。冷却装置２＿１〜２＿ｎの設定に関する情報とは、例えば、冷却装置２＿１〜２＿ｎの設定温度に関する情報や、冷却装置２＿１〜２＿ｎの運転モードに関する情報、後述するシーケンシャル除霜の動作スケジュールに関する情報等を含む。冷却装置２＿１〜２＿ｎの運転モードとは、例えば、「冷却」、「非冷却」、「霜取り」、「水切り」等、冷却装置２＿１〜２＿ｎにおける運転制御状態を示すものである。この冷却装置２＿１〜２＿ｎの設定に関する情報は、集中管理装置３の入力装置を介した入力操作に応じて冷却装置２＿１〜２＿ｎの動作を設定するために集中管理装置３により生成される。

集中管理装置３が冷却装置２＿１〜２＿ｎから受信する情報は、冷却装置２＿１〜２＿ｎの状態に関する情報、冷却装置警報情報等である。冷却装置２＿１〜２＿ｎの状態に関する情報とは、冷却装置２＿１〜２＿ｎ内の温度等を示す情報であり、冷却装置制御部２Ｃにより生成される。また、冷却装置警報情報とは、例えば冷却装置２＿１〜２＿ｎ内の異常や故障を報知するための情報であり、冷却装置制御部２Ｃにより生成される。

［下位制御装置４］
一方、下位制御装置４は、上述したように冷凍機１と冷却装置２＿１〜２＿ｎの間に接続される。

下位制御装置４が冷凍機１に送信する情報は、冷凍機１の動作を制御する制御信号等である。冷凍機１の動作を制御する制御信号とは、例えば冷凍機１の始動や停止等の動作を制御するための情報であり、冷凍機１は上述した冷凍機制御部１Ｃによる自律動作を行わない場合、下位制御装置４から送信される当該制御信号に基づいて動作する。

下位制御装置４が冷凍機１から受信する情報は、冷凍機１の動作状態に関する情報等である。冷凍機１の動作状態に関する情報とは、例えば、冷凍機１が自律動作している場合にその動作の内容等を示す情報であり、冷凍機制御部１Ｃにより生成される。

下位制御装置４が冷却装置２＿１〜２＿ｎに送信する情報は、膨張弁２１の開閉動作を制御する制御信号等である。膨張弁２１の開閉動作を制御する制御信号とは、下位制御装置４によって膨張弁２１の開閉を制御するために生成される信号である。

下位制御装置４が冷却装置２＿１〜２＿ｎから受信する情報は、冷却装置２＿１〜２＿ｎの動作状態に関する情報、膨張弁２１の開閉状態に関する情報等である。冷却装置２＿１〜２＿ｎの動作状態に関する情報とは、例えば、冷却装置２＿１〜２＿ｎが自律動作している場合にその動作の内容等を示す情報であり、冷却装置制御部２Ｃにより生成される。膨張弁２１の開閉状態に関する情報とは、膨張弁２１が開いているか閉じているかを示す情報であり、冷却装置制御部２Ｃにより生成される。

上述したように、本実施の形態の冷却システム１００において、集中管理装置３は冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎそれぞれの設定に関する情報を冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎに送信し、冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎそれぞれの状態に関する情報を冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎから受信する。

一方、下位制御装置４は、冷凍機１の動作状態に関する情報を冷凍機１から受信し、当該情報に基づき、冷凍機１の動作を制御する制御信号を生成して冷凍機１に送信する。また、下位制御装置４は、冷却装置２＿１〜２＿ｎの動作状態に関する情報および膨張弁２１の開閉状態に関する情報を冷却装置２＿１〜２＿ｎから受信し、当該情報に基づき、冷却装置２＿１〜２＿ｎの膨張弁２１の開閉を指示する情報を生成して冷却装置２＿１〜２＿ｎに送信する。

すなわち、膨張弁２１の開閉制御等、冷却装置２＿１〜２＿ｎの動作状態に応じた即応性が要求される処理を下位制御装置４が行い、それ以外の即応性が重要ではない処理、例えば冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎの設定等の動作を集中管理装置３が管理する。このような構成により、本実施の形態の冷却システム１００は、集中管理装置３が複数の冷却装置２＿１〜２＿ｎすべての動作状態を把握してからそれぞれの動作状態に応じた制御を行う構成と比較して、高速かつ信頼性の高い制御を行うことができる。

図３は、冷凍機１、冷却装置２＿１〜２＿ｎ、集中管理装置３、下位制御装置４の通信シーケンスの一例を示す図である。図３（ａ）は集中管理装置３と冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎとの通信シーケンスを、図３（ｂ）は下位制御装置４と冷却装置２＿１〜２＿ｎとの通信シーケンスを示している。

図３（ａ）に示す例では、集中管理装置３は冷凍機１に対する設定に関する情報の送信、冷凍機１からの状態に関する情報の受信、冷却装置２＿１〜２＿ｎに対する設定に関する情報の送信、冷却装置２＿１〜２＿ｎからの状態に関する情報の受信を一定周期Ｔ１で繰り返している。また、図３（ｂ）に示す例では、下位制御装置４は、冷凍機１からの動作状態に関する情報の受信、冷凍機１に対する動作制御信号の送信、冷却装置２＿１〜２＿ｎからの膨張弁２１の開閉状態に関する情報の受信、冷却装置２＿１〜２＿ｎに対する膨張弁２１の開閉動作を制御する制御信号の送信を一定周期Ｔ２で繰り返している。

ここで、図３（ｂ）に示す下位制御装置４と冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎとの通信周期Ｔ２は、図３（ａ）に示す集中管理装置３と冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎとの通信周期Ｔ１よりも短くなるように設定されている。なお、周期Ｔ１は例えば約２０秒周期であり、周期Ｔ２は例えば約５〜１０秒周期である。

ところで、冷却装置２＿１〜２＿ｎの動作状態に応じた即応性が要求される制御とは、例えば冷凍機１の始動時の制御や、冷却装置２＿１〜２＿ｎの除霜を行う場合の制御等を含む。以下、これらの制御における下位制御装置４の動作例について説明する。

［冷凍機１の始動動作時の制御］
冷凍機１が停止状態から始動するとき、冷却装置２＿１〜２＿ｎの膨張弁２１が閉じていると冷媒が流れず冷凍機１の圧力が異常上昇する。これを防止するために、下位制御装置４は冷凍機１の始動時に、冷却装置２＿１〜２＿ｎから膨張弁２１の開閉状態に関する情報を取得し、当該情報に基づいて複数の冷却装置２＿１〜２＿ｎのうち膨張弁２１が開いている冷却装置２の割合を算出する。そして、下位制御装置４は、膨張弁２１が開いている冷却装置２の割合が所定のしきい値以上である場合のみ冷凍機１を始動させるように冷凍機１の動作制御に関する情報を生成して送信する。これにより、冷凍機１の始動時に圧力が異常上昇し、冷却システム１００全体がダウンしてしまうような事態を回避することができる。

［除霜動作］
次に、冷却装置２＿１〜２＿ｎの除霜を行う場合について以下説明する。本実施の形態における冷却システム１００では、冷却装置２＿１〜２＿ｎについた霜を除去するため、定期的に除霜動作を行う。この除霜動作は、集中管理装置３により、所定の時間周期、例えば４〜６時間周期で自動的に行われるように設定される。すなわち、集中管理装置３は、所定の時間周期毎に除霜動作を行うように設定する情報を冷却装置２＿１〜２＿ｎに送信する。

また、冷却システム１００では、集中管理装置３は、複数の冷却装置２＿１〜２＿ｎを複数のグループに分割し、当該グループ毎に段階的に除霜するシーケンシャル除霜を行う。これらのグループは、各グループに属する冷却装置２の冷凍負荷の和が略均等になるようにグループ分けがなされている。

ここで、冷却装置２に何らかの原因で大量の霜が付着し、その冷却装置２においてシーケンシャル除霜が行われるまで一定時間以上かかる場合には、シーケンシャル除霜とは別に、その冷却装置２の冷却装置制御部２Ｃは自律的に除霜動作を行う。このとき、当該冷却装置２は、動作状態に関する情報、すなわち除霜動作を開始することを示す情報を生成して下位制御装置４に送信する。

下位制御装置４は、冷却装置２から動作状態に関する情報を受信した場合、当該冷却装置２の膨張弁２１を閉じても冷凍機１が圧力変動を許容できるか否かを判断する。当該判断は、例えば複数の冷却装置２＿１〜２＿ｎのうち、現在除霜動作中の冷却装置２の台数が所定のしきい値未満であるか否かによって行えばよい。

下位制御装置４は、現在除霜動作中の台数が所定のしきい値未満である場合は、自律的に除霜動作を開始することを示す情報を送信した冷却装置２の除霜動作を許可し、除霜動作に伴う膨張弁２１を閉じる動作を制御する制御信号を生成して当該冷却装置２に送信する。

また、下位制御装置４は、現在除霜動作中の台数が所定のしきい値以上であった場合は、当該しきい値を超える冷却装置２の除霜動作を待機させるとともに、当該冷却装置２に対して除霜動作を行わせる順番を決定する。そして、下位制御装置４は、現在除霜動作中の冷却装置２の除霜動作が終了する度に、決定した順番に従って待機中の冷却装置２に除霜動作を開始させる。

なお、除霜動作を行わせる順番を決定する方法としては、例えば、下位制御装置４が、除霜の必要性に応じて自律的に除霜動作を開始しようとしている冷却装置２を上述したシーケンシャル除霜の順番に割り込ませるようにすればよい。

このような構成により、本実施の形態の冷却システム１００では、緊急に除霜の必要が生じた冷却装置２の除霜にも冷凍機１の圧力上昇等の異常を生じさせずに対応することができる。

なお、上述した例では、シーケンシャル除霜が行われるまで一定時間以上かかる冷却装置２に緊急の除霜が必要となった場合について説明した。しかしながら、本実施の形態の冷却システム１００はシーケンシャル除霜が行われない場合にも適用が可能である。

例えば、シーケンシャル除霜のスケジュール制御を行っている集中管理装置３が何らかのトラブルにより停止したり、集中管理装置３と他の構成との通信が途切れてしまったりした場合には、シーケンシャル除霜が行われなくなる。

このような場合には各冷却装置２＿１〜２＿ｎの冷却装置制御部２Ｃがそれぞれ個別の判断で除霜動作を行うことになる。下位制御装置４は、除霜動作を開始することを示す情報を冷却装置２から受信する度に現在除霜動作中の冷却装置２の台数が所定のしきい値未満であるか否かを判断し、所定のしきい値未満である場合に当該冷却装置２に除霜動作の開始を許可する。

また、シーケンシャル除霜が好適に行われるためには、冷却システム１００の各構成に対する初期設定値を適切に設定する必要がある。しかし、この初期設定値が適切でない場合、シーケンシャル除霜が好適に行われず、シーケンシャル除霜が途中で停止する恐れがある。本実施の形態の冷却システム１００では、下位制御装置４の制御によりこのような事態も回避することができる。

さらに、外気温の変動によって、シーケンシャル除霜が好適に行われない場合がある。例えば、二酸化炭素のような超臨界流体を冷媒とした冷凍サイクルは、外気温が臨界温度よりも低くなると飽和サイクルとなり、冷却装置２＿１〜２＿ｎの冷却負荷も小さくなる。この状態でシーケンシャル除霜が行われると、冷凍機１の最低負荷相当を下回る場合が発生し、圧縮機１１が発停を頻繁に繰り返すようになる。

このように冷凍機１の発停が繰り返される場合、上述した冷凍機１の始動時の制御と同様に、下位制御装置４は冷凍機１が始動する度に複数の冷却装置２＿１〜２＿ｎの膨張弁２１の開閉状態に関する情報を取得する。そして、当該情報に基づいて複数の冷却装置２＿１〜２＿ｎのうち膨張弁２１が開いている冷却装置の割合を算出し、膨張弁２１が開いている冷却装置の割合が所定のしきい値以上である場合のみ冷凍機１を始動させるように冷凍機１の動作制御に関する情報を生成して送信する。

また、冷却システム１００は、集中管理装置３がシーケンシャル除霜を行わない場合、すなわち複数の冷却装置２＿１〜２＿ｎ全体を一括で除霜したり、冷却装置２＿１〜２＿ｎ個別の判断で除霜したりする場合にも適用することができる。この場合には、下位制御装置４が除霜を開始することを示す情報を送信した冷却装置２の台数が所定のしきい値未満であるか否かを判断する。そして、下位制御装置４は、除霜を開始しようとする冷却装置２の台数が所定のしきい値以上であった場合は、当該しきい値を超える冷却装置２に対して除霜動作を行わせる順番を決定すればよい。

以上説明したように、本実施の形態の冷却システム１００によれば、冷凍機１と、当該冷凍機１から供給される冷媒を用いて物品を冷却する冷却装置２＿１〜２＿ｎと、冷凍機１と複数の冷却装置２＿１〜２＿ｎの動作を管理する集中管理装置３と、により構成された冷却システム１００において、複数の冷却装置２＿１〜２＿ｎと冷凍機１あるいは集中管理装置３との間に通信回線を介して下位制御装置４が接続される。当該下位制御装置４は、冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎの動作状態に関する情報を取得し、当該動作状態に関する情報に基づいて、冷凍機１の動作を制御する制御信号、あるいは複数の冷却装置２＿１〜２＿ｎの有する膨張弁２１の開閉動作を制御する制御信号を生成して送信する。

すなわち、本実施の形態の冷却システム１００によれば、集中管理装置３は冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎの状態を把握する、冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎの動作の設定を行うといった、システム全体の大まかな管理を行うのみである。そして、下位制御装置４が、冷凍機１の動作制御や冷却装置２＿１〜２＿ｎの膨張弁の制御等、即応性・緊急性が高い制御を行っている。

このような構成により、例えば数十台といった大量の冷却装置２＿１〜２＿ｎを冷却システム１００が有するとしても、個別の冷却装置２の膨張弁２１の開閉制御は下位制御装置４が行うため、高速かつ信頼性が高い制御を行うことができる。

また、本実施の形態の冷却システム１００によれば、集中管理装置３がすべての冷却装置２＿１〜２＿ｎからの情報を受信し、これに基づいて各冷却装置２の制御信号を生成する場合のように、複数のうち１つの冷却装置２の通信遅延によりシステム全体の動作が遅延したり、これによってシステムがダウンしてしまったり、といった事態を回避することができるようになる。

さらに、本実施の形態の冷却システム１００によれば、集中管理装置３が何らかの理由で動作を停止してしまったり、集中管理装置３と他の構成との通信が途切れたりした場合でも、下位制御装置４によって冷凍機１の動作制御および冷却装置２＿１〜２＿ｎの膨張弁２１の開閉制御が行われる。すなわち、集中管理装置３が一時的に機能していない状態でも、下位制御装置４によって各構成の制御が行われるため、冷却システム１００全体の動作が遅延したり停止してしまったりする事態を回避することができる。

また、下位制御装置４と冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎとの間の通信は、集中管理装置３と冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎとの間の通信よりも短い周期で行うため、より高速な制御を行うことができる。

また、本実施の形態の冷却システム１００では、冷媒として超臨界流体である二酸化炭素を使用するため、圧力変動が大きく、特に冷凍機１の始動動作や冷却装置２＿１〜２＿ｎの除霜動作において即応性の高い制御が必要となる。

冷凍機１の始動動作時には、下位制御装置４は冷却装置２＿１〜２＿ｎから膨張弁２１の開閉状態に関する情報を取得し、当該情報に基づいて複数の冷却装置２＿１〜２＿ｎのうち膨張弁２１が開いている冷却装置の割合を算出する。そして、下位制御装置４は、膨張弁２１が閉じている冷却装置の割合が所定のしきい値以下である場合のみ冷凍機１を始動させるように冷凍機１の動作制御に関する情報を生成して送信する。これにより、冷凍機１の始動時に圧力が異常上昇し、冷却システム１００全体がダウンしてしまうような事態を回避することができる。

また、冷却装置２＿１〜２＿ｎの除霜動作時には、下位制御装置４は、自律的に除霜動作を開始する冷却装置２から動作状態に関する情報を受信した場合、当該冷却装置２の膨張弁２１を閉じても冷凍機１が圧力変動を許容できるか否かを判断する。そして、圧力変動を許容できない場合には当該冷却装置２の除霜動作を行わせないようにする。これにより、複数の冷却装置２＿１〜２＿ｎが一斉に除霜動作を行うことにより冷凍機１の圧力が異常上昇し、冷却システム１００がダウンしてしまう事態を回避することができるようになる。

なお、上記説明した冷却システム１００は、本発明の実施の形態の一例であって、本発明はこれに限定されない。例えば、上述した実施の形態では、下位制御装置４は冷凍機１と冷却装置２＿１〜２＿ｎの間に接続されていたが、例えば集中管理装置３と冷凍機１との間や、集中管理装置３と冷却装置２＿１〜２＿ｎとの間等に接続されてもよい。また、下位制御装置４は、例えば冷凍機１内等に設置されるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、冷却システム１００が冷凍機１を１つのみ有する場合について説明したが、本発明はこれには限定されない。冷凍機が複数存在する場合は、それぞれの冷凍機に少なくとも１つの冷却装置が接続される。下位制御装置は冷凍機と同じ数だけ設けられてもよいし、すべての冷凍機を１つの下位制御装置で制御してもよい。下位制御装置が冷凍機と同じ数だけ設けられる場合は、それぞれの下位制御装置が、１つの冷凍機と、当該冷凍機に接続される冷却装置の制御を行うようにすればよい。

また、上述した実施の形態では、下位制御装置４が冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎの即応性が要求される動作制御を行い、集中管理装置３は設定動作等、冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎの比較的即応性が重要ではない動作管理を行う例について説明した。しかし、本発明はこれには限定されず、例えば集中管理装置３も下位制御装置４と同等の動作制御を行うことができるようにしてもよい。この場合、集中管理装置３も冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎの動作状態に関する情報を取得し、当該情報に基づいて冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎの動作を制御する制御信号を生成するようにすればよい。また、集中管理装置３は、下位制御装置４に対して、定期的に下位制御装置４の動作を確認するための動作確認信号を送信し、当該信号に対する下位制御装置４からの応答が所定時間以上無い場合に下位制御装置４が故障したと判断する。このような構成にすることで、例えば下位制御装置４が故障したり、下位制御装置４と他の構成との通信が途切れてしまったりした場合でも、集中管理装置３が代わりに冷凍機１および冷却装置２＿１〜２＿ｎの制御を行うことができるので、システム全体の信頼性を高めることができる。

本発明は、少なくとも１つの冷凍機と少なくとも１つの冷却装置とで構成される冷却システムの制御装置に好適である。

１００ 冷却システム
１ 冷凍機
１Ｃ 冷凍機制御部
１１ 圧縮機
１１ａ 圧縮機構
１１ｂ 圧縮機構
１１１ 第１吸入口
１１２ 第１吐出口
１１３ 第２吸入口
１１４ 第２吐出口
１２ 冷凍側熱交換器
１２１ ガスクーラ
１２２ インタクーラ
１２３ オイルクーラ
１２４ 送風ファン
１３ オイルセパレータ
１４ スプリット熱交換器
１５ 分岐管用膨張弁
１６ 冷媒回収タンク
１７ 電動膨張弁
１８ａ 電磁弁
１８ｂ 電磁弁
１９ キャピラリーチューブ
２０１ 冷媒配管
２０２ 油送り管
２０３ 油戻り管
２０４ 分岐配管
２０５ 分岐配管
２０６ 配管
２０７ 配管
２０８ バイパス管
２０９ 電磁弁
２ 冷却装置
２Ｃ 冷却装置制御部
２１ 膨張弁
２２ 蒸発器
３ 集中管理装置
４ 下位制御装置

Claims (10)

1. 少なくとも１つの冷凍機と、当該冷凍機から供給される冷媒を用いて物品を冷却する少なくとも１つの冷却装置と、前記冷凍機および前記冷却装置の動作を管理する集中管理装置と、を含む冷却システムに設けられる制御装置であって、
   前記冷凍機および前記冷却装置と通信回線を介して接続され、前記冷凍機または前記冷却装置に制御信号を送信することにより前記集中管理装置とは独立に前記冷凍機または前記冷却装置を制御する
   制御装置。
2. 前記冷凍機または前記冷却装置の動作状態に関する情報を取得し、当該動作状態に関する情報に基づいて前記制御信号を生成し、生成した当該制御信号を前記冷凍機または前記冷却装置に送信することにより前記冷凍機または前記冷却装置を制御する
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御信号は、前記冷却装置の膨張弁の開閉動作を制御する信号を含む
   請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記冷却装置のうち前記膨張弁が開いている冷却装置が所定数存在する場合に、前記冷凍機の始動動作を制御する制御信号を生成して当該冷凍機に送信する
   請求項３に記載の制御装置。
5. 前記冷却装置の除霜動作を開始する前に当該冷却装置の前記膨張弁を閉じることによる前記冷凍機における圧力変動が許容範囲内であるか否かを判断し、許容範囲内であった場合に、当該冷却装置の前記膨張弁を閉じる動作を制御する制御信号を生成して当該冷却装置に送信する
   請求項３または４に記載の制御装置。
6. 前記集中管理装置が前記冷凍機または前記冷凍装置と通信する周期よりも短い周期で前記冷凍機または前記冷凍装置と通信する
   請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置。
7. 前記冷凍機内に配置される、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の制御装置。
8. 前記冷媒は超臨界流体である、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の制御装置。
9. 少なくとも１つの冷凍機と、
   当該冷凍機から供給される冷媒を用いて物品を冷却する少なくとも１つの冷却装置と、
   前記冷凍機および前記冷却装置の動作を管理する集中管理装置と、
   前記冷凍機および前記冷却装置と通信回線を介して接続され、前記冷凍機または前記冷却装置に制御信号を送信することにより前記集中管理装置とは独立に前記冷凍機または前記冷却装置を制御する制御装置と、
   を備える冷却システム。
10. 前記集中管理装置は、前記制御装置が故障した場合に、前記制御装置により行われる前記冷凍機または前記冷却装置の制御を当該制御装置に変わって実行する
    請求項９に記載の冷却システム。
    

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