JP2022143929A

JP2022143929A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2022143929A
Application number: JP2021044720A
Authority: JP
Inventors: 新吾中村; Shingo Nakamura; 幸裕高野; Yukihiro Takano; 晃寿春山; Akitoshi Haruyama
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2021-03-18
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2022-10-03

Abstract

【課題】除霜時に空気の温度が上昇するのを抑制しつつ、過不足なく効率よく除霜を行うことが可能な冷却装置を提供する。【解決手段】この冷却装置１００は、送風機６から冷却用蒸発器５の伝熱表面に送られる空気の流れにより除霜を行う際に、送風機６から冷却用蒸発器５に送る空気の温度である送風温度、冷却用蒸発器５の表面の温度である表面温度、および、冷却用蒸発器５から吹き出した空気の温度である吹出温度に基づいて、除霜を終了させる制御を行う制御部１０を備える。【選択図】図３

Description

この発明は、冷却装置に関し、特に、冷却用蒸発器の除霜を行う冷却装置に関する。

従来、冷却用蒸発器の除霜を行う冷却装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、冷却用蒸発器の除霜を行う冷却装置が開示されている。冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、送風機とを備えている。圧縮機は、冷媒を圧縮する。凝縮器は、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮する。膨張弁は、凝縮器において凝縮された冷媒を膨張させる。蒸発器は、膨張弁により膨張された冷媒を蒸発させる。送風機は、蒸発器の表面に空気を送る。

上記特許文献１の冷却装置では、送風機により蒸発器の表面に空気を送ることによって、蒸発器の表面に付着した霜が昇華および剥離されている。

特開２０２１－１８０３５号公報

しかしながら、上記特許文献１の冷却装置では、除霜時に空気の温度が上昇するのを抑制するために、蒸発器をヒータにより加熱することなく、蒸発器の表面に空気を送ることにより霜を昇華および剥離させて除霜が行われているので、除霜時における蒸発器の温度変化が小さい。ここで、上記特許文献１の冷却装置では、上記特許文献１には明記されていないが、除霜時における蒸発器の温度変化が小さい場合、蒸発器と空気との間の熱交換による蒸発器の温度低下を検知して除霜の終了を判断することが困難であると考えられるので、除霜時間を予め設定して除霜を行うことが考えられる。しかしながら、除霜時間を予め設定する場合、設定した除霜時間が長い場合には、霜を完全に除去した後も除霜が行われてしまうことに起因して除霜処理の効率が悪化する。また、設定した除霜時間が短い場合には、霜が残ってしまうので、過不足なく効率よく除霜を行うことが困難である。これらにより、上記特許文献１に記載の冷却装置では、除霜時に空気の温度が上昇するのを抑制しつつ、過不足なく効率よく除霜を行うことが望まれている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、除霜時に空気の温度が上昇するのを抑制しつつ、過不足なく効率よく除霜を行うことが可能な冷却装置を提供することである。

この発明の一の局面による冷却装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器により凝縮された冷媒を膨張させる膨張部と、膨張部によって膨張された冷媒を蒸発させる冷却用蒸発器と、冷却用蒸発器の表面に空気を送る送風機と、送風機から冷却用蒸発器の伝熱表面に送られる空気の流れにより除霜を行う際に、送風機から冷却用蒸発器に送る空気の温度である送風温度、冷却用蒸発器の表面の温度である表面温度、および、冷却用蒸発器から吹き出した空気の温度である吹出温度に基づいて、除霜を終了させる制御を行う制御部とを備える。

この発明の一の局面による冷却装置では、上記のように、送風機から冷却用蒸発器の伝熱表面に送られる空気の流れにより除霜を行う制御を行う制御部を設ける。これにより、空気の流れによる昇華および剥離により除霜することができるので、除霜時に冷却用蒸発器の温度を過度に上昇させる必要がない。したがって、除霜時に空気の温度が上昇するのを抑制することができる。また、制御部は、上記のように、送風機から冷却用蒸発器に送る空気の温度である送風温度、冷却用蒸発器の表面の温度である表面温度、および、冷却用蒸発器から吹き出した空気の温度である吹出温度に基づいて、除霜を終了させる制御を行っている。これにより、送風温度、表面温度および吹出温度を用いた演算を行うことにより、たとえば、除霜に伴って変化する冷却用蒸発器から空気への熱の伝わりやすさを示す伝熱値（総括伝熱係数）を取得することが可能である。これにより、空気の流れによる昇華および剥離により除霜する場合において冷却用蒸発器の温度変化が小さい場合であっても、上記演算結果（たとえば、伝熱値（総括伝熱係数））に基づいて除霜を終了させることができるので、除霜の進行具合を上記演算結果に基づいて精度よく検知して過不足なく効率よく除霜を行うことができる。これらの結果、除霜時に空気の温度が上昇するのを抑制しつつ、過不足なく効率よく除霜を行うことができる。

また、上記一の局面による冷却装置において、好ましくは、送風温度を計測する送風用温度センサと、表面温度を計測する表面用温度センサと、吹出温度を計測する吹出用温度センサとをさらに備え、制御部は、送風用温度センサにより計測された送風温度、表面用温度センサにより計測された表面温度、および、吹出用温度センサにより計測された吹出温度に基づいて、除霜を終了させる制御を行うように構成されている。このように構成すれば、送風用温度センサにより送風温度を直接的に計測でき、表面用温度センサにより表面温度を直接的に計測でき、かつ、吹出用温度センサにより吹出温度を直接的に計測することができるので、送風温度、表面温度および吹出温度を用いた演算結果の算出を正確に行うことができる。その結果、除霜の進行具合をより精度よく検知することができるので、より過不足なく効率よく除霜を行うことができる。

上記一の局面による冷却装置において、好ましくは、制御部は、送風温度、表面温度および吹出温度に基づいて冷却用蒸発器に付着している霜の除霜に伴って変化する冷却用蒸発器から空気への熱の伝わりやすさを示す伝熱値の変化に伴って変化する伝熱変化指標値を取得するとともに、伝熱変化指標値または伝熱変化指標値の変化量がしきい値以下になったことに基づいて、除霜を終了させる制御を行うように構成されている。このように構成すれば、伝熱変化指標値としきい値との比較に基づいて除霜の終了を検知することができるので、除霜の終了を検知するための処理が複雑になることを抑制することができる。

この場合、好ましくは、制御部は、送風温度と吹出温度との差分により算出される入口出口空気温度差を、送風温度と表面温度との差分により算出される入口蒸発器温度差で除算した値に基づいて、冷却用蒸発器に付着している霜の除霜に伴う伝熱値の変化を算出する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、センサにより直接的に計測できない伝熱値（総括伝熱係数）の変化（トレンド）を、センサで計測可能な送風温度、表面温度および吹出温度に基づいて算出することができるので、上記伝熱変化指標値に基づく除霜処理を容易に行うことができる。

上記伝熱値を算出する冷却装置において、好ましくは、制御部は、除霜が完了して表面温度と吹出温度とが等しくなった理想状態における入口出口空気温度差を入口蒸発器温度差で除算した値と、取得された現在の入口出口空気温度差を入口蒸発器温度差で除算した値との差に基づいて、伝熱値の変化に伴って変化する伝熱変化指標値を算出する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、センサにより直接的に計測できない上記伝熱値（総括伝熱係数）の変化（トレンド）に伴って変化する伝熱変化指標値の変化（トレンド）を、センサで計測可能な送風温度、表面温度および吹出温度に基づいて算出することができるので、上記伝熱変化指標値に基づく除霜処理を実現することができる。

上記伝熱変化指標値がしきい値以下であることに基づいて除霜を終了させる冷却装置において、好ましくは、制御部は、送風機の出力に基づいて、しきい値を変更する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、伝熱値（総括伝熱係数）は送風機の出力に伴って変化する風速に依存して変化するので、しきい値を適切な値に変更することができる。

上記伝熱変化指標値がしきい値以下であることに基づいて除霜を終了させる冷却装置において、好ましくは、制御部は、所定時間ごと、または、伝熱変化指標値の変化が所定値以上になったことに基づいて、除霜を開始させる制御を行うように構成されている。このように構成すれば、冷却用蒸発器に過度に霜が付着する前に確実に除霜を行うことができるので、冷却用蒸発器の冷却性能の低下を抑制することができる。

上記一の局面による冷却装置において、好ましくは、制御部は、冷却用蒸発器の過熱度に基づいて、冷却用蒸発器の表面温度を推定する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、より正確な表面温度を取得することができるので、送風温度、表面温度および吹出温度を用いた演算結果の算出をより正確に行うことができる。

本発明によれば、上記のように、除霜時に空気の温度が上昇するのを抑制しつつ、過不足なく効率よく除霜を行うことができる。

本発明の第１実施形態による冷却装置の構成を示したブロック図である。本発明の第１実施形態による冷却装置の冷却用蒸発器を示した斜視図である。本発明の第１実施形態による冷却装置の冷却用蒸発器を示した模式図である。本発明の第１実施形態による冷却装置における伝熱変化指標値の変化を示したグラフである。風圧除霜を行う際の空気水分量の変化を例示したグラフである。本発明の第１実施形態による冷却装置の風圧除霜処理を示したフローチャートである。本発明の第２実施形態による冷却装置の冷却用蒸発器を示した模式図である。本発明の第３実施形態による冷却装置の冷却用蒸発器を示した模式図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１～図６を参照して、第１実施形態による冷却装置１００の構成について説明する。

冷却装置１００は、冷却空間を冷却するように構成されている。具体的には、冷却装置１００は、冷却空間を０℃以下の温度に冷却するように構成されている。たとえば、冷却装置１００は、冷却空間を－２０℃程度の温度に冷却するように構成されている。冷却装置１００は、冷却空間としてショーケース、冷蔵庫、冷凍庫、倉庫または部屋の内部を冷却するように構成されている。たとえば、冷却装置１００は、冷却空間の上部が開放され、冷凍食品、氷菓を冷却するアイスショーケースである。

図１および図２に示すように、冷却装置１００は、圧縮機１と、凝縮器２と、送風機３と、複数の膨張弁４と、複数の冷却用蒸発器５と、送風機６と、送風用温度センサ７（図３参照）と、表面用温度センサ８（図３参照）と、吹出用温度センサ９（図３参照）と、制御部１０とを備えている。

圧縮機１は、冷媒を圧縮するように構成されている。圧縮機１は、インバータ（図示せず）により制御されている。これにより、圧縮機１は、圧縮機１から吐出される冷媒の流量を調整可能に構成されている。なお、冷媒は、たとえば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ３２および二酸化炭素（ＣＯ_２）などである。

凝縮器２は、圧縮機１から吐出された冷媒を凝縮するように構成されている。送風機３は、凝縮器２に空気を送るように構成されている。これにより、凝縮器２の冷媒から送風機３により送られた空気に熱が伝達される。

複数の膨張弁４は、凝縮器２により凝縮された冷媒を膨張させるように構成されている。また、複数の膨張弁４の各々は、たとえば、ニードル弁から構成されている。また、複数の膨張弁４の各々の開度は、複数の膨張弁４の各々に取り付けられたステッピングモータ（図示せず）により調整される。また、複数の膨張弁４の開度が調整されることにより、それぞれの下流に設けられた複数の冷却用蒸発器５の冷媒の流量が調整される。

図２および図３に示すように、複数の冷却用蒸発器５の各々は、複数の膨張弁４の各々によって膨張された冷媒を蒸発させるように構成されている。複数の冷却用蒸発器５の各々は、互いに並列に配置されている。また、複数の冷却用蒸発器５の各々は、複数の平板５１と、冷媒流路５２とを有している。

複数の平板５１の各々は、たとえば、アルミニウムなどの金属により形成されている。複数の平板５１の各々の表面および裏面が伝熱表面である。冷媒流路５２は、複数の平板５１を貫通するとともに、蛇行するように設けられている。

送風機６は、冷却用蒸発器５に空気を送るように構成されている。これにより、冷却用蒸発器５の冷媒から送風機６により送られた空気に熱が伝達される。送風用温度センサ７は、たとえば、サーミスタである。送風用温度センサ７は、送風機６から冷却用蒸発器５に向かって流れる風の送風温度を計測する。表面用温度センサ８は、たとえば、サーミスタである。表面用温度センサ８は、冷却用蒸発器５の電熱表面の表面温度を計測する。吹出用温度センサ９は、たとえば、サーミスタである。吹出用温度センサ９は、冷却用蒸発器５から吹き出してきた風の吹出温度を計測する。

（制御部）
制御部１０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ、図示せず）と、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）およびＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）などを有する記憶部（図示せず）とを含んでいる。記憶部には、送風機６により冷却用蒸発器５を風を送ることによって、冷却用蒸発器５に付着した霜を融解させることなく剥離・昇華で除去する風圧除霜を行うための風圧除霜プログラムが記憶されている。また、制御部１０は、風圧除霜プログラムにより、送風機６の風速が一定になるように、予め設定された出力により送風機６を制御するように構成されている。

ここで、送風機６による風圧除霜は、所定時間ごとに行われる。すなわち、制御部１０は、所定時間ごとに、除霜を開始させる制御を行うように構成されている。風圧除霜では、霜を剥離・昇華により除去するが、主に昇華により除去することが好ましい。しかしながら、主に昇華により霜を除去する場合、霜を除去するために要する時間が比較的長くなるので、除霜が終了したタイミングの判断が重要となる。

そこで、第１実施形態の制御部１０は、送風機６から冷却用蒸発器５の伝熱表面に送られる空気の流れにより除霜を行う際に、送風機６から冷却用蒸発器５に送る空気の温度である送風温度、冷却用蒸発器５の表面の温度である表面温度、および、冷却用蒸発器５から吹き出した空気の温度である吹出温度に基づいて、除霜を終了させる制御を行うように構成されている。すなわち、制御部１０は、０℃近傍に温度制御しながら送風機６で気流を供給することにより、霜を融解させることなく剥離・昇華で除去する風圧除霜を行う際、送風温度、表面温度および吹出温度の３点の温度に基づいて、除霜を終了せる制御を行うように構成されている。

具体的には、制御部１０は、送風用温度センサ７により計測された送風温度、表面用温度センサ８により計測された表面温度、および、吹出用温度センサ９により計測された吹出温度に基づいて、除霜を終了させる制御を行うように構成されている。このように、表面温度だけでなく、送風用温度および吹出温度が除霜完了の判断に用いられている。

ここで、冷却用蒸発器５の表面に付着した霜は、冷却用蒸発器５から空気への熱伝達を妨げる。すなわち、冷却用蒸発器５の表面に付着した霜の量が増加することにより、冷却用蒸発器５から空気へ熱が伝わりにくくなり、冷却用蒸発器５の表面に付着した霜の量が減少することにより、冷却用蒸発器５から空気へ熱が伝わりやすくなる。このように、冷却用蒸発器５から空気への熱の伝わりやすさの変化（熱抵抗の変化）をとらえることにより、冷却用蒸発器５の表面に付着した霜の量の変化を取得することが可能である。

冷却用蒸発器５から空気への熱の伝わりやすさは、総括伝熱係数である伝熱値により示される。すなわち、伝熱値（総括伝熱係数）は、冷却用蒸発器５の表面に付着した霜の量が増加することにより、冷却用蒸発器５と空気との間で熱が伝わりにくくなるので、小さくなる。伝熱値（総括伝熱係数）は、冷却用蒸発器５の表面に付着した霜の量が減少することにより、冷却用蒸発器５と空気との間で熱が伝わりやすくなるので、大きくなる。このように、伝熱値（総括伝熱係数）の変化をとらえることにより、冷却用蒸発器５の表面に付着した霜の量の変化を取得することが可能である。

ここで、冷却用蒸発器５から空気への伝熱の式は、Ｑ＝－ｋ＊Ａ＊ΔＴ_０により示される。Ｑは冷却用蒸発器５と空気との熱交換量であり、ｋは伝熱値（総括伝熱係数）であり、Ａは冷却用蒸発器５の伝熱面積であり、ΔＴ_０は入口蒸発器温度差（送風温度と表面温度との温度差）である。Ｑは、空気比熱であるＣ_ｐ、入口出口空気温度差（送風温度と吹出温度との温度差）であるΔＴ_ａｉｒ、および、空気質量流量であるｑ_ｍにより、Ｑ＝Ｃ_ｐ＊ｑ_ｍ＊ΔＴ_ａｉｒにより示されるので、Ｃ_ｐ＊ΔＴ_ａｉｒ＝－ｋ＊Ａ＊ΔＴ_０となる。これにより、ΔＴ_ａｉｒ／ΔＴ_０＝ｋ＊Ａ／（Ｃ_ｐ＊ｑ_ｍ）と表される。Ａ／（Ｃ_ｐ＊ｑ_ｍ）はほぼ一定値であるので、伝熱値（総括伝熱係数）であるｋの変化は、送風温度、表面温度および吹出温度により取得されることになる。

これらにより、冷却用蒸発器５の表面に付着した霜の量の変化（トレンド）は、送風温度、表面温度および吹出温度により取得可能である。したがって、除霜完了の判断は、送風温度、表面温度および吹出温度により行うことが可能である。

すなわち、制御部１０は、送風温度、表面温度および吹出温度に基づいて冷却用蒸発器５に付着している霜の除霜に伴って変化する冷却用蒸発器５から空気への熱の伝わりやすさを示す伝熱値の変化に伴って変化する伝熱変化指標値を取得するとともに、伝熱変化指標値がしきい値Ｔｈ以下になったことに基づいて、除霜を終了させる制御を行うように構成されている。

具体的には、制御部１０は、送風温度と吹出温度との差分により算出される入口出口空気温度差ΔＴ_ａｉｒを、送風温度と表面温度との差分により算出される入口蒸発器温度差ΔＴ_０で除算した値に基づいて、冷却用蒸発器５に付着している霜の除霜に伴う伝熱値（総括伝熱係数）の変化を算出する制御を行うように構成されている。

すなわち、制御部１０は、除霜が完了して表面温度と吹出温度とが等しくなった理想状態における入口出口空気温度差ΔＴ_ａｉｒを入口蒸発器温度差で除算した値ΔＴ_０と、取得された現在の入口出口空気温度差ΔＴ_ａｉｒを入口蒸発器温度差ΔＴ_０で除算した値との差に基づいて、伝熱値の変化に伴って変化する伝熱変化指標値を算出する制御を行うように構成されている。ここで、理想状態では表面温度と吹出温度とが等しくなることにより、ΔＴ_ａｉｒ／ΔＴ_０が１となる。これにより、制御部１０は、（１－（ΔＴ_ａｉｒ／ΔＴ_０））＊Ｇで示される式に基づいて、伝熱変化指標値を算出する制御を行うように構成されている。１－（ΔＴ_ａｉｒ／ΔＴ_０）では、冷却用蒸発器５に付着した霜の量が少なくなるにしたがって算出される値が０に近付き、冷却用蒸発器５に付着した霜の量が多くなるにしたがって算出される値が大きくなる。なお、Ｇは、伝熱変化指標値のスケールを調整するためのゲインである。

このように、制御部１０は、伝熱変化指標値がしきい値Ｔｈ以下になったことに基づいて、冷却用蒸発器５に付着している霜の量が十分に減少したと判断して除霜を終了させる制御を行うように構成されている。すなわち、制御部１０は、伝熱変化指標値がしきい値Ｔｈ以下になったことに基づいて、時刻ｔ_ａにおいて除霜を終了させる制御を行うように構成されている。

ここで、図５において、冷却用蒸発器５の下流側に湿度センサを取り付けた状態で風圧除霜を行った際の空気水分量の変化を示したグラフを示す。図４のグラフと、図５のグラフとを比較すると、互いに類似した変化（トレンド）を取得できていることがわかる。ここで、図４のグラフにおける風圧除霜が終了した時刻ｔ_ａと、図５のグラフにおける風圧除霜が終了した時刻ｔ_ｂとは略同じである。このように、伝熱変化指標値により空気水分量の変化に類似するグラフを取得することができるので、温度センサにより湿度センサ相当の代替検知が可能であることがわかる。したがって、温度センサにより除霜の終了を正確に判定することが可能であることがわかる。この結果、湿度センサを用いなくとも、冷却用蒸発器５に付着した霜の量を精度よく検知することができるとともに、湿度センサではなく温度センサを用いることにより、その検知精度の信頼性を確保した状態を維持することできる。

（風圧除霜処理）
以下に、図６を参照して、制御部１０による風圧除霜処理について説明する。風圧除霜処理は、送風機６により風圧除霜を行うための処理である。

ステップＳ１において、制御部１０により、所定時間が経過したか否かが判断される。所定時間経過した場合にはステップＳ２に進み、所定時間経過していない場合にはステップＳ１を繰り返す。ステップＳ２において、制御部１０により、送風機６による送風が開始される。送風機６は、制御部１０より、一定の風速になるように、予め設定された出力により送風する。ステップＳ３において、制御部１０により、送風温度、表面温度および吹出温度が取得される。送風温度は、送風用温度センサ７により計測される温度である。表面温度は、表面用温度センサにより計測される温度である。吹出温度は、吹出用温度センサ９により計測される温度である。

ステップＳ４において、制御部１０により、伝熱変化指標値が算出される。すなわち、制御部１０により、取得した送風温度、表面温度および吹出温度に基づいて、（１－（ΔＴ_ａｉｒ／ΔＴ_０））＊Ｇという計算処理が行われる。ステップＳ５において、制御部１０により、伝熱変化指標値がしきい値Ｔｈ以下か否かが判断される。伝熱変化指標値がしきい値Ｔｈ以下である場合には、ステップＳ６に進み、送風機６による除霜を終了した後にステップＳ１に戻る。また、伝熱変化指標値がしきい値Ｔｈを超える場合には、ステップＳ３に戻る。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、冷却装置１００は、送風機６から冷却用蒸発器５の伝熱表面に送られる空気の流れにより除霜を行う際に、送風機６から冷却用蒸発器５に送る空気の温度である送風温度、冷却用蒸発器５の表面の温度である表面温度、および、冷却用蒸発器５から吹き出した空気の温度である吹出温度に基づいて、除霜を終了させる制御を行う制御部１０を備えている。これにより、空気の流れによる昇華および剥離により除霜することができるので、除霜時に冷却用蒸発器５の温度を過度に上昇させる必要がない。したがって、除霜時に空気の温度が上昇するのを抑制することができる。また、送風温度、表面温度および吹出温度を用いた演算を行うことにより、たとえば、除霜に伴って変化する冷却用蒸発器５から空気への熱の伝わりやすさを示す伝熱値（総括伝熱係数）を取得することが可能である。これにより、空気の流れによる昇華および剥離により除霜する場合において冷却用蒸発器５の温度変化が小さい場合であっても、上記演算結果（たとえば、伝熱値（総括伝熱係数））に基づいて除霜を終了させることができるので、除霜の進行具合を上記演算結果に基づいて精度よく検知して過不足なく効率よく除霜を行うことができる。これらの結果、除霜時に空気の温度が上昇するのを抑制しつつ、過不足なく効率よく除霜を行うことができる。

また、第１実施形態では、上記のように、冷却装置１００は、送風温度を計測する送風用温度センサ７と、表面温度を計測する表面用温度センサ８と、吹出温度を計測する吹出用温度センサ９とを備えている。制御部１０は、送風用温度センサ７により計測された送風温度、表面用温度センサ８により計測された表面温度、および、吹出用温度センサ９により計測された吹出温度に基づいて、除霜を終了させる制御を行うように構成されている。これにより、送風用温度センサ７により送風温度を直接的に計測でき、表面用温度センサ８により表面温度を直接的に計測でき、かつ、吹出用温度センサ９により吹出温度を直接的に計測することができるので、送風温度、表面温度および吹出温度を用いた演算結果の算出を正確に行うことができる。この結果、除霜の進行具合をより精度よく検知することができるので、より過不足なく効率よく除霜を行うことができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部１０は、送風温度、表面温度および吹出温度に基づいて冷却用蒸発器５に付着している霜の除霜に伴って変化する冷却用蒸発器５から空気への熱の伝わりやすさを示す伝熱値の変化に伴って変化する伝熱変化指標値を取得するとともに、伝熱変化指標値がしきい値Ｔｈ以下になったことに基づいて、除霜を終了させる制御を行うように構成されている。これにより、伝熱変化指標値としきい値Ｔｈとの比較に基づいて除霜の終了を検知することができるので、除霜の終了を検知するための処理が複雑になることを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、この場合、好ましくは、制御部１０は、送風温度と吹出温度との差分により算出される入口出口空気温度差ΔＴ_ａｉｒを、送風温度と表面温度との差分により算出される入口蒸発器温度差ΔＴ_０で除算した値に基づいて、冷却用蒸発器５に付着している霜の除霜に伴う伝熱値の変化を算出する制御を行うように構成されている。これにより、センサにより直接的に計測できない伝熱値（総括伝熱係数）の変化（トレンド）を、センサで計測可能な送風温度、表面温度および吹出温度に基づいて算出することができるので、伝熱値（総括伝熱係数）に基づく除霜処理を容易に行うことができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部１０は、除霜が完了して表面温度と吹出温度とが等しくなった理想状態における入口出口空気温度差ΔＴ_ａｉｒを入口蒸発器温度差ΔＴ_０で除算した値と、取得された現在の入口出口空気温度差ΔＴ_ａｉｒを入口蒸発器温度差ΔＴ_０で除算した値との差に基づいて、伝熱値の変化に伴って変化する伝熱変化指標値を算出する制御を行うように構成されている。これにより、センサにより直接的に計測できない伝熱値（総括伝熱係数）の変化（トレンド）に伴って変化する伝熱変化指標値の変化（トレンド）を、センサで計測可能な送風温度、表面温度および吹出温度に基づいて算出することができるので、上記伝熱変化指標値に基づく除霜処理を容易に行うことができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部１０は、所定時間ごとに、除霜を開始させる制御を行うように構成されている。これにより、冷却用蒸発器５に過度に霜が付着する前に確実に除霜を行うことができるので、冷却用蒸発器５の冷却性能の低下を抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、図１および図７を参照して、第２実施形態の冷却装置２００について説明する。詳細には、一定の出力で制御される送風機６を備える第１実施形態の冷却装置１００は異なり、第２実施形態の冷却装置２００では、出力を変化させた状態で送風機６が制御される。なお、第２実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成に関しては、同じ符号を付して説明を省略する。

図１および図７に示すように、第２実施形態の冷却装置２００は、圧縮機１と、凝縮器２と、送風機３と、複数の膨張弁４と、複数の冷却用蒸発器５と、送風機６と、送風用温度センサ７と、表面用温度センサ８と、吹出用温度センサ９と、電流センサ２０１と、制御部２１０とを備えている。電流センサ２０１は、制御部２１０から送風機６に供給された電流を計測するセンサである。

（制御部）
第２実施形態の制御部２１０は、送風機６の出力に基づいて、しきい値Ｔｈを変更する制御を行うように構成されている。すなわち、伝熱値（総括伝熱係数）は、冷却用蒸発器５から空気への熱伝達の変化による変化する。冷却用蒸発器５から空気への熱伝達は、送風機６の風速に依存している。すなわち、冷却用蒸発器５から空気への熱伝達は、送風機６の風速が大きくなることにより、熱伝達しやすくなる。また、冷却用蒸発器５から空気への熱伝達は、送風機６の風速が小さくなることにより、熱伝達しにくくなる。このため、制御部２１０は、電流センサ２０１により計測された電流値に基づいて、送風機６の出力を算出するとともに、送風機６の出力に基づいて、しきい値Ｔｈの変更を行うように構成されている。なお、第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態の構成と同様であるので、説明を省略する。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、冷却装置２００は、送風機６から冷却用蒸発器５の伝熱表面に送られる空気の流れにより除霜を行う際に、送風機６から冷却用蒸発器５に送る空気の温度である送風温度、冷却用蒸発器５の表面の温度である表面温度、および、冷却用蒸発器５から吹き出した空気の温度である吹出温度に基づいて、除霜を終了させる制御を行う制御部２１０を備えている。これにより、除霜時に空気の温度が上昇するのを抑制しつつ、過不足なく効率よく除霜を行うことができる。

また、第２実施形態では、上記のように、制御部２１０は、送風機６の出力に基づいて、しきい値Ｔｈを変更する制御を行うように構成されている。これにより、上記伝熱値（総括伝熱係数）は送風機６の出力に伴って変化する風速に依存して変化するので、しきい値Ｔｈを適切な値に変更することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、第１実施形態の効果と同様であるので、説明を省略する。

［第３実施形態］
次に、図１および図８を参照して、第３実施形態の冷却装置３００について説明する。詳細には、表面用温度センサ８により計測された表面温度をそのまま用いる第１実施形態の冷却装置１００とは異なり、第３実施形態の冷却装置３００では、冷却用蒸発器５の過熱度に基づいて、表面用温度センサ８により計測された表面温度を推定する制御が行われる。なお、第３実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成に関しては、同じ符号を付して説明を省略する。

図１および図８に示すように、第３実施形態の冷却装置３００は、圧縮機１と、凝縮器２と、送風機３と、複数の膨張弁４と、複数の冷却用蒸発器５と、送風機６と、送風用温度センサ７と、入口側表面用温度センサ３０１と、出口側表面用温度センサ３０２と、吹出用温度センサ９と、電流センサ３０３と、制御部３１０とを備えている。電流センサ３０３は、制御部３１０から送風機６に供給された電流を計測するセンサである。

入口側表面用温度センサ３０１は、冷却用蒸発器５に流入する冷媒の温度を計測する。入口側表面用温度センサ３０１は、サーミスタである。出口側表面用温度センサ３０２は、冷却用蒸発器５から流出する冷媒の温度を計測する。出口側表面用温度センサ３０２は、サーミスタである。冷却用蒸発器５において冷媒は液相から気相に変化するので、入口側表面用温度センサ３０１により計測された温度と、出口側表面用温度センサ３０２により計測された温度との差分により、冷却用蒸発器５の過熱度が算出される。ここで、冷却用蒸発器５の過熱度がない場合（過熱度が約０の場合）、冷却用蒸発器５の温度分布は略均一であると考えられる。しかしながら、冷却用蒸発器５の過熱度がある場合（約０以外の場合）、冷却用蒸発器５の温度分布に偏りが生じていると考えられる。

（制御部）
そこで、第３実施形態の制御部３１０は、冷却用蒸発器５の過熱度に基づいて、冷却用蒸発器５の表面温度を推定する制御を行うように構成されている。すなわち、制御部３１０は、冷却用蒸発器５の過熱度に基づいて、冷却用蒸発器５の内部の冷媒の温度を推定する制御を行うように構成されている。また、制御部３１０は、推定した冷却用蒸発器５の内部の冷媒の温度に基づいて、冷却用蒸発器５の表面温度を推定する制御を行うように構成されている。なお、第３実施形態のその他の構成は、第１実施形態の構成と同様であるので、説明を省略する。

（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、上記のように、冷却装置３００は、送風機６から冷却用蒸発器５の伝熱表面に送られる空気の流れにより除霜を行う際に、送風機６から冷却用蒸発器５に送る空気の温度である送風温度、冷却用蒸発器５の表面の温度である表面温度、および、冷却用蒸発器５から吹き出した空気の温度である吹出温度に基づいて、除霜を終了させる制御を行う制御部３１０を備えている。これにより、除霜時に空気の温度が上昇するのを抑制しつつ、過不足なく効率よく除霜を行うことができる。

また、第３実施形態では、上記のように、制御部３１０は、冷却用蒸発器５の過熱度に基づいて、冷却用蒸発器５の表面温度を推定する制御を行うように構成されている。これにより、より正確な表面温度を取得することができるので、送風温度、表面温度および吹出温度を用いた演算結果の算出をより正確に行うことができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、第１実施形態の効果と同様であるので、説明を省略する。

［変形例］
なお、今回開示された第１～第３実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した第１～第３実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１～第３実施形態では、制御部１０（２１０、３１０）は、所定時間ごとに、除霜を開始させる制御を行うように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部は、伝熱変化指標値の変化が所定値以上になったことに基づいて、除霜を開始させる制御を行うように構成されていてもよい。

また、上記第１～第３実施形態では、制御部１０（２１０、３１０）は、伝熱変化指標値がしきい値Ｔｈ以下になったことに基づいて、除霜を終了させる制御を行うように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部は、伝熱変化指標値の変化量がしきい値以下になったことに基づいて、除霜を終了させる制御を行うように構成されていてもよい。

また、上記第１～第３実施形態では、冷却のための冷却用蒸発器５を３つ設ける構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、冷却のための冷却用蒸発器を１つ、２つ、または、４つ以上設けてもよい。

また、上記第１～第３実施形態では、膨張部として膨張弁４を用いる構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、膨張部として、エジェクタなどの膨張弁以外の部材を用いてもよい。

また、上記第２実施形態では、制御部２１０は、電流センサ２０１により計測された電流値に基づいて、送風機６の出力を算出するとともに、送風機６の出力に基づいて、しきい値Ｔｈの変更を行うように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部は、差圧計により計測された圧力値に基づいて、送風機の出力を算出するとともに、送風機の出力に基づいて、しきい値の変更を行うように構成されていてもよい。また、制御部は、送風機において予め設定された送風機の出力に基づいて、しきい値の変更を行うように構成されていてもよい。

また、上記第１～第３実施形態では、説明の便宜上、制御部１０（２１０、３１０）の制御処理を、処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部の制御処理を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

１圧縮機
２凝縮器
３送風機
４膨張弁
５冷却用蒸発器
６送風機
７送風用温度センサ
８表面用温度センサ
９吹出用温度センサ
１０、２１０、３１０制御部
１００、２００、３００冷却装置
Ｔｈしきい値
ΔＴ_０入口蒸発器温度差
ΔＴ_ａｉｒ入口出口空気温度差

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から吐出された冷媒を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器により凝縮された冷媒を膨張させる膨張部と、
前記膨張部によって膨張された冷媒を蒸発させる冷却用蒸発器と、
前記冷却用蒸発器の表面に空気を送る送風機と、
前記送風機から前記冷却用蒸発器の伝熱表面に送られる空気の流れにより除霜を行う際に、前記送風機から前記冷却用蒸発器に送る空気の温度である送風温度、前記冷却用蒸発器の表面の温度である表面温度、および、前記冷却用蒸発器から吹き出した空気の温度である吹出温度に基づいて、除霜を終了させる制御を行う制御部とを備える、冷却装置。
前記送風温度を計測する送風用温度センサと、
前記表面温度を計測する表面用温度センサと、
前記吹出温度を計測する吹出用温度センサとをさらに備え、
前記制御部は、前記送風用温度センサにより計測された前記送風温度、前記表面用温度センサにより計測された前記表面温度、および、前記吹出用温度センサにより計測された前記吹出温度に基づいて、除霜を終了させる制御を行うように構成されている、請求項１に記載の冷却装置。
前記制御部は、前記送風温度、前記表面温度および前記吹出温度に基づいて前記冷却用蒸発器に付着している霜の除霜に伴って変化する前記冷却用蒸発器から前記空気への熱の伝わりやすさを示す伝熱値の変化に伴って変化する伝熱変化指標値を取得するとともに、前記伝熱変化指標値または前記伝熱変化指標値の変化量がしきい値以下になったことに基づいて、除霜を終了させる制御を行うように構成されている、請求項１または２に記載の冷却装置。
前記制御部は、前記送風温度と前記吹出温度との差分により算出される入口出口空気温度差を、前記送風温度と前記表面温度との差分により算出される入口蒸発器温度差で除算した値に基づいて、前記冷却用蒸発器に付着している霜の除霜に伴う前記伝熱値の変化を算出する制御を行うように構成されている、請求項３に記載の冷却装置。
前記制御部は、除霜が完了して前記表面温度と前記吹出温度とが等しくなった理想状態における前記入口出口空気温度差を前記入口蒸発器温度差で除算した値と、取得された現在の前記入口出口空気温度差を前記入口蒸発器温度差で除算した値との差に基づいて、前記伝熱値の変化に伴って変化する前記伝熱変化指標値を算出する制御を行うように構成されている、請求項４に記載の冷却装置。
前記制御部は、前記送風機の出力に基づいて、前記しきい値を変更する制御を行うように構成されている、請求項３～５のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記制御部は、所定時間ごと、または、前記伝熱変化指標値の変化が所定値以上になったことに基づいて、除霜を開始させる制御を行うように構成されている、請求項３～６のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記制御部は、前記冷却用蒸発器の過熱度に基づいて、前記冷却用蒸発器の前記表面温度を推定する制御を行うように構成されている、請求項１～７のいずれか１項に記載の冷却装置。