JP2934747B2

JP2934747B2 - ショーケースの温度制御方法

Info

Publication number: JP2934747B2
Application number: JP5853190A
Authority: JP
Inventors: 正三郎栗原
Original assignee: Fukushima Industries Corp
Current assignee: Fukushima Galilei Co Ltd
Priority date: 1990-03-09
Filing date: 1990-03-09
Publication date: 1999-08-16
Anticipated expiration: 2014-08-16
Also published as: JPH03260577A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、熱交換器を用いて庫内を冷却するショー
ケースにおける庫内温度の制御方法に関する。

［従来の技術］従来この種の温度制御方法としては、庫内温度あるい
は庫内吹き出し温度の様な空気温度を検知し、この検知
温度の変化に基づいて熱交換器に流れる冷媒を制御する
ものが一般的であった（例えば特開昭63−129278号公報
参照）。

［発明が解決しようとする課題］ところが、温度制御手段からの制御出力により電磁弁
が開くと、まず最初に温度降下を開始するのが熱交換器
であり、庫内温度それ自体が温度を下げ始めるまでには
時間遅れを伴う。更に、電磁弁が閉じてもすぐには庫内
温度の低下は止まらず、熱交換器の温度が上昇して庫内
温度との温度差が小さくなり、熱交換量がショーケース
外部からの熱侵入量より小さくなるまでの間は、庫内温
度は低下をし続ける。すなわち、庫内温度のみを感知し
て庫内空気温度を制御しようとすると、大幅な応答遅れ
は避けられない。

一方、庫内へ吹き出す空気温度のみを感知して庫内温
度を制御する方法は、上記した庫内温度を検知して温度
制御する場合よりも応答遅れは減少するが、ショーケー
ス外部からの熱侵入または内部熱源の発生などに対して
即応した適切な制御を行なうことは難しい。

かかる問題に対し、本発明者は研究を行なった結果、
ショーケース外部からの熱侵入量の変化は、庫内温度と
庫内設定温度との関係にはかかわりなく発生し、例え
ば、庫内の設定温度より検出温度が低い時に熱侵入量が
急激に増大した場合、単に庫内温度の様な現在値のみに
基づいて判断していたのでは、どんなに急激に庫内温度
が上昇していて庫内設定温度より庫内温度が大幅に高く
なるであろうと予測される状態においても、庫内温度が
庫内設定温度よりも低い間は電磁弁のオン出力は出ず、
冷却遅れが増大することを知見した。

本発明は、上記した問題および知見に基づいてなされ
たものであって、庫内温度に加えて熱交換器温度を検知
して制御に利用することにより、制御遅れを可及的に防
止したショーケースの温度制御方法を提供することを目
的とする。

本発明は更に、継続的に温度変化を監視して制御量の
補正に利用することにより、庫内への熱侵入量の突発的
な変動にかかわらず、適切な温度制御が可能な温度制御
方法を提供することを目的とする。

本発明は更にまた、異常の発生時に適切に対応し得る
温度制御方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明は、第１図で例示するショーケース（１）にお
ける庫内の温度を制御する方法であって、庫内温度を設
定する工程と、庫内温度を検出する工程と、上記した設
定温度T_Cに対する検出された庫内温度T_Aの変化状態か
ら、熱交換器（23）の目標とする温度T_Dを設定する工程
と、熱交換器（23）における熱交換部分の表面温度を検
出する工程と、上記した熱交換器（23）の目標温度T_Dに
対する検出された表面温度T_Bの変化状態に対応して、熱
交換器（23）に流れる冷媒を制御する工程とを備えてい
る。

前記した熱交換器（23）の目標温度T_Dは、庫内（14）
の設定温度T_Cと検出された庫内温度T_Aの温度差から庫内
温度の望ましい温度変化割合ΔT_AMを設定し、該設定値
ΔT_AMと検出した庫内温度変化割合ΔT_Aとから決定する
ことができる。

熱交換器（23）に流れる冷媒の制御は、その熱交換器
（23）の目標温度T_Dと検出された表面温度T_Bとの温度差
に対応して電磁弁（26）をオンオフ制御するとともに、
熱交換器（23）の目標温度T_Dを、熱交換機（23）の温度
変化が最も大きい付近の温度に設定するとともに、熱交
換器（23）の表面温度T_Dに達したあと所定の遅れ時間の
後に、電磁弁の開閉状態を反転可能とする様に構成する
ことができる。

なお、少なくとも検出された庫内温度T_Aの変化を継続
的に記憶するとともに、熱交換器（23）の目標温度T
_Dが、記憶された過去から現在に至る庫内温度T_Aの変化
に対応して補正されることが好ましい。

また、上記した検知温度の異常に対して、所定の警報
表示をするとともに、異常に至るまでの推移データを出
力可能とすることができる。

更に、熱交換器（23）の検出温度T_Bによって霜取り時
期を規制する様にしてもよい。

［作用］熱交換器（23）に流れる冷媒を制御すると、時間遅れ
を殆ど生じることなく、熱交換器（23）は温度変化す
る。そこで定常状態における基本的な温度制御動作とし
て、熱交換器（23）の温度を継続的に検知するととも
に、熱交換器（23）の目標とする温度T_Dを予め設定し、
該目標温度T_Dに対する検知温度T_Bの変化に対応させて冷
媒を制御することにより、応答性に優れた温度制御が行
なわれる。

一方、庫内（14）の設定温度T_Cに対して庫内温度T_Aが
どの様な変化を過去から現在に亘って行なっているのか
を調べ、例えば庫内温度が設定温度T_Cを越えて急上昇し
ているか、する虞れが検知されると、上記した熱交換器
（23）の目標温度T_Dを下げるなどの適切な補正が直ちに
行なわれ、外乱による制御条件の変化に即応されるので
ある。

［実施例］以下本発明を、多数組のショーケース（１・１・・
・）を中央のデータ処理部（２）で集中管理するショー
ケース集中管理システムに実施した一例を示すがこれに
限らず、１台のショーケース（１）を単独で温度制御す
るものに対しても実施できることは勿論である。

本発明を実施したショーケース集中管理システムは、
第２図に全体の概略的な構成を示す如く、複数台のオー
プン形式のショーケース（１・１・・・）と中央に備え
たデータ処理部（２）間をデータ伝送路（３）を介して
双方向通信可能に結び、該データ処理部（２）でシステ
ム全体のデータ処理を行なう様に構成している。

各ショーケース（１）はそれ自身で庫内温度の自動制
御が行なえる様に構成されており、ショーケース本体
（４）と、該ショーケース本体（４）の庫内を冷却する
冷凍部（５）と、該冷凍部（５）に対する各種制御を行
なう制御部（６）とから構成される。

ショーケース本体（４）は従来と略同様な構成であっ
て、第１図に示す如く、前面側に商品取出口（11）を備
えた本体ケース（12）の内側に、該本体ケース（12）と
所定の間隔を設けて内ケース（13）を備え、この内ケー
ス（13）の内側の庫内（14）を陳列スペースとする一
方、内ケース（13）と本体ケース（12）間および商品取
出口（11）を一周する、冷気の循環路（15）を形成して
いる。

庫内（14）には、所定段数の陳列棚（16）を設けて商
品を載置可能とするとともに、陳列棚（16）の前縁など
の適所に照明灯（17）を配設している。

冷凍部（５）は、圧縮機（21）、凝縮機（22）および
蒸発器（熱交換器）（23）を備えた流路（24）中に所定
の冷媒を循環させるとともに、蒸発器（23）を前記した
循環路（15）を横切って配設することにより、蒸発器
（23）と循環空気（25）との間で熱交換を行ない、循環
路（15）を流通する空気（25）の温度を下げる。更に、
冷媒の流路（24）中に電磁弁（26）を介装し、該電磁弁
（26）の開閉時期を制御して冷媒が蒸発器（23）に流れ
る期間を規制することにより、庫内（14）の温度が所定
の一定値に維持される様にしている。

また蒸発器（23）の下流側にファン（27）を備え、蒸
発器（23）を通って冷却された空気（25）が、商品取出
口（11）の上部に備えて冷気吹出口（18）から放出さ
れ、庫内（14）を冷却すると同時に商品取出口（11）に
冷気によるエアーカーテン（28）を形成して庫内（14）
への熱の侵入を防止したあと、商品取出口（11）の下部
に設けた冷気吸込口（19）から冷気を取り込んで、蒸発
器（23）側に戻す様にしている。

制御部（６）は、マイクロプロセッサを備えてプログ
ラムで動作が規制される制御装置（31）を制御の中心と
して備え、庫内（14）および蒸発器（23）に備えた温度
センサー（32・33）から入力される温度データに基づ
き、電磁弁（26）の開閉時期および蒸発器（23）の霜取
ヒータ（29）への通電開始および終了時期を制御可能と
するとともに、表示器（34）で制御状態を表示できる様
にしている。

制御装置（31）は、第３図に示す如く、演算部（35）
に各種温度情報を取り込み、後記する手順に従って所定
の演算を施したあと、データを記憶部（36）に記憶する
とともに、制御出力部（37）あるいは警報出力部（38）
に演算結果に対応した各種信号を出力する。

演算部（35）に取り込む温度情報は、庫内（14）の温
度T_A、蒸発器（23）の温度T_Bおよび庫内（14）の設定温
度T_Cの３種類である。温度検知には、サーミスタの様に
温度変化に対応した電気信号を出力可能とする温度セン
サー（32・33）が使用される。一方の温度センサー（3
2）を例えば庫内（14）の上部に配設して、庫内（14）
の空気温度を検知可能とし、他方の温度センサー（33）
を蒸発器（23）の冷媒導管上で冷気が直接的に当たらな
い位置に配設することにより、蒸発器（23）それ自体の
温度を直接的に検知できる様にしている。更に、両セン
サー（32・33）から出力されるアナログ信号は、切換器
（39）を介して所定時間間隔でA/D変換器（40）に入力
し、デジタル値に変換して記憶部（36）および演算部
（35）に取り込む。一方、庫内設定温度T_Cは、庫内（1
4）の一定に維持すべき温度を、例えばデジタルスイッ
チを用いて手動で任意に設定可能とする。

表示器（34）は、ランプ・数字表示器の様な視覚、あ
るいはブザーの様な音響で各種の表示を可能とするもの
であって、警報出力部（38）から出力される信号に対応
して、主として後記する所定の警報表示を行なうととも
に、記憶部（36）に記憶されたデータを適宜取り出して
表示できる様にしている。

表示器（34）で行なわれる警告表示には２種類あっ
て、自己診断機能と制御状態診断機能とを制御部（６）
に備えることによって実行可能としている。自己診断機
能は、制御部（６）それ自体の内部異常を自己診断し、
制御動作それ自体が不可能になるなどの装置の機能上の
異常が発見されると、所定の警告表示をする。一方、制
御状態診断機能は、制御は行なわれているが、庫内温度
が設定温度T_Cの許容範囲を越えて上昇または下降したま
ま、所定時間その温度を継続した場合などの制御上の異
常が検知されると、所定の表示を行なう。

また、各ショーケース（１）は固有のアドレスを有
し、演算部（35）で処理された各種情報は、インターフ
ェイス部（41）から伝送路（３）を介してデータ処理部
（２）に送られる。

インターフェイス部（41）とデータ処理部（２）と
は、データ伝送路（３）で、スター状あるいはバス状な
どの所定の方式で、データを多重伝送可能に接続され、
各ショーケース（１）を特定するアドレスとデータとを
１組として、両者（41・２）間でデータ伝送がなされ
る。

データ処理部（２）は例えばPOSシステムのデータ処
理用に使用される所定規模のコンピュータであって、各
ショーケース（１）の制御部（６）から送られるデータ
をショーケース（１）毎に分けて記憶しておくととも
に、適宜時期に、CRT上にデータ表示ができる様にして
いる。更に、庫内温度などの各種データの変化状態を常
時調べ、例えば庫内検出温度T_Aが急激に上昇したまま下
降しない様な異常な状態、或いはそれに至る兆候が検知
されると、CRT上に該当のショーケース（１）の位置お
よび異常の内容を特定して警報表示するとともに、異常
に至るまでの推移データが表示される。

またデータ処理部（２）からは、各制御装置（31）を
特定して、該制御装置（31）の記憶部（36）に記憶した
データの取り出し、照明灯（17）の点滅あるいは霜取り
ヒータ（29）への通電開始などの各種指令データが送ら
れ、該指令データに基づいて制御部（６）では所定の動
作を行なえる様にしている。

次に、第４図に示す波形図および第５図の流れ図に従
って、庫内温度の定常時における制御手順の一例を説明
する。

制御装置（31）を始動する（ステップ50）と、所定の
初期設定（ステップ51）を行なったあと、電磁弁（26）
の開閉制御による庫内（14）の温度制御工程に入る。な
お、この温度制御工程中は、所定の時間間隔で割り込み
がかけられ、庫内検知温度T_A、蒸発器検知温度T_Bおよび
庫内設定温度T_Cが取り込まれて、各温度変化が継続して
記憶部（36）に記憶される。

先ずステップ52で、その時点における望ましい温度変
化割合ΔT_AMが設定される。これは、例えば ΔT_AM＝Ｋ（T_C−T_A）の式で表わされ、庫内設定温度T_Cと実際の測定温度T_Aと
の差温度がゼロの時に温度変化割合ΔT_AMがゼロとな
り、差温度が大きくなるほど温度変化割合が大きくなる
様に設定すれば、より早急かつオーバーシュートするこ
となく庫内温度が設定温度T_Cに収束するとともに、その
温度が維持されるとの知見に基づくものである。かかる
関係は、予め実験などにより温度差と単位時間当りの温
度変化との関係を求め、これを記憶部（36）のROM領域
に予め記憶してあり、その時点における庫内設定温度T_C
と庫内検出温度T_Aの温度差を計算して、対応する単位時
間当りの温度変化ΔT_AMが取り出されて使用される。

次にステップ53で、実際の温度変化割合ΔT_Aが算出さ
れる。これは、記憶部（36）に連続して記憶されている
庫内温度T_Aの検出データから算出されるものであって、
所定時間前の庫内温度と現在の庫内温度との温度差を両
者の時間差で割ることにより、単位時間当りの温度変化
ΔT_Aとして求められる。

ところで、電磁弁（26）を開いて蒸発器（23）への冷
媒の流通を始めることにより、循環空気（25）の冷却を
開始してから庫内温度が低下を開始するまでには、時間
的なずれは避けられないとともに、両者は線形には対応
していない。一方、蒸発器（23）の表面温度は、電磁弁
（26）を閉じると急激に庫内内温度に飽和し、電磁弁
（26）を開くと冷凍部（５）の冷凍能力で決まる一定温
度に飽和する。従って、蒸発器（23）に対する冷媒の流
通時期を規制するタイミングを決定するための蒸発器
（23）の目標とする設定温度T_Dを、蒸発器（23）におけ
る温度変化が最も激しい付近に設定する（ステップ55）
ことにより、蒸発器（23）の温度の検出精度は上昇す
る。したがって本発明では、ステップ54において、上記
したステップ52・53で求めたΔT_AM、ΔT_A、T_AおよびT_C
の関係から、蒸発器（23）の目標とする温度T_Dを、庫内
（14）の設定温度T_CよりＸ［℃］だけ低い値として温度
変化の最も激しい付近の温度に設定するとともに、蒸発
器（23）の検出温度T_Bが設定温度T_Dに達してから、更に
電磁弁（26）を開または閉しつづける時間、t_a、t_bが設
定される。

例えば時刻t₁において、上記したステップ52〜55によ
りＸ、t_a、t_bを設定した後、ステップ56で蒸発器（23）
の検出温度T_Bが設定温度T_Dの上か下かを判定する。時刻
t₁では、ステップ（56）の判定は「YES」であるから、
制御出力をオン状態とし、電磁弁（26）を開く（ステッ
プ57）。すると蒸発器（23）の検出温度T_Bは低下を開始
するので、ステップ58で、蒸発器（23）の検出温度T_Bが
設定温度T_Dにまで下がるのを待つ。時刻t₂に設定温度T_D
に達したことが判定されると、ステップ59でタイマーを
スタートさせ、更にステップ60でt_aの時間が経過するの
を待つ。

時刻t₃となると、再度ステップ52に戻るが、この時点
ではステップ56の判定は「NO」であるから、ステップ61
で電磁弁（26）を閉じ、ステップ62で蒸発器（23）の検
出温度T_Bが設定温度T_Dに達したことが検出される（時刻
t₄）と、ステップ63・64で時間t_bの経過を待ち、時刻t₅
に達した時点で再度ステップ52〜56の判定動作を繰り返
すのである。

ここで、例えば時刻t₅から始まる冷却過程途中の時刻
t₆に、庫内（14）に定常状態を越える熱量が侵入または
発生があった場合、時刻t₅において設定した時刻t₇で電
磁弁（26）を閉じると、庫内温度T_Aは設定値T_Cを越えた
まま更に上昇する。そこで、時刻t₇において、庫内設定
温度T_Cと蒸発器（23）の設定温度T_Dとの温度差Ｘを更に
大きい値Ｘ′に設定変更することにより、蒸発器（23）
の設定温度T_Dを検出温度T_Bより下げ、時刻t₇におけるス
テップ56の判定を「YES」となる様にし、電磁弁（26）
の開状態を更に所定時間だけ維持して、余分に加えられ
た熱量による庫内温度の上昇を補正するのである。

上記した定常状態における温度制御中も、数秒あるい
はそれ以下の微小時間毎に割り込みがかけられてデータ
の取り込みがなされ、庫内温度が上記した補正を越えて
極端に上昇あるいは下降するなどの異常が発生すると、
定常の制御状態から異常時の制御ルーチンに移行し、警
報出力部（38）から表示器（34）に所定の信号を出力す
るとともに、データ処理部（２）に所定のデータを送っ
て異常を知らせる。

また、蒸発器（23）の検知温度T_Bの変化状態を調べ、
蒸発器（23）に着霜量が所定値を越えたことが判定され
ると、上記した温度制御と調和を取りながら除霜ルーチ
ンへ入る。かかるルーチンでは、電磁弁（26）を閉じて
冷却を停止するとともに、霜取りヒータ（29）へ通電し
て除霜を開始する。除霜の終了時期も蒸発器（23）の検
知温度T_Bの変化から判定され、ヒータ（29）への通電を
停止して、温度制御を再開する。

なお、上記した実施例では、蒸発器（23）の温度の上
昇時および下降時の両方ともに、同一の設定温度T_Dを用
いて温度制御を行なう様に構成したが、別々な値に設定
することは可能である。また、電磁弁（26）を単にオン
オフ制御するのでなく、冷凍部（５）をデューティサイ
クル制御をすれば、更に制御精度の向上が図れる。

［発明の効果］本発明は上記のごとく、応答が早い熱交換器（23）に
おける熱交換部分の表面温度T_Bの変化状態を制御の基本
として利用するとともに、庫内温度T_Aの変化状態でこの
基本制御状態を補正する様に構成したので、制御遅れが
可及的に防止され、応答性に優れた安定した温度制御が
行なわれる。

更に、継続的に温度変化を監視して制御量の補正に利
用することにより、庫内への熱侵入量の突発的な変動に
かかわらず、的確な温度制御が可能となった。

更にまた、温度制御に用いる熱交換器（23）検知温度
T_Bで、該熱交換器（23）の霜取りの開始および終了時期
を同時に制御可能とすることにより、特別に着霜量モニ
ターが不要となるとともに、温度制御と連動した適切な
霜取り動作が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明をショーケースの集中管理
システムに実施した一例を示し、第１図は本発明を実施
するショーケースの一例を示す説明図、第２図はシステ
ムの全体的な構成を示す概略図、第３図は制御装置の具
体的な構成を例示するブロック図である。第４図および第５図は本発明の温度制御動作を説明する
図であって、第４図は各種温度と電磁弁の制御時期との
関係を示す波形図、第５図は制御装置の動作手順を示す
流れ図である。１……ショーケース、２……データ処理部、３……伝送
路、４……ショーケース本体、５……冷凍部、６……制
御部、14……庫内、23……熱交換器（蒸発器）、26……
電磁弁、32……庫内の温度センサー、33……熱交換器の
温度センサー、T_A……庫内検出温度、T_B……熱交換器検
出温度、T_C……庫内設定温度、T_D……熱交換器設定温
度。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ショーケース（１）の庫内温度を設定する
工程と、ショーケース（１）の庫内温度を検出する工程と、上記したショーケース庫内の設定温度T_Cに対する検出さ
れた庫内温度T_Aの変化状態から、熱交換器（23）の目標
とする温度T_Dを設定する工程と、熱交換器（23）における熱交換部分の表面温度を検出す
る工程と、上記した熱交換器（23）の目標温度T_Dに対する検出され
た表面温度T_Bの変化状態に対応して、熱交換器（23）に
流れる冷媒を制御する工程とを備えたショーケースの温度制御方法。
【請求項２】前記した熱交換器（23）の目標温度T_Dは、庫内（14）の設定温度T_Cと検出された庫内温度T_Aの温度
差から庫内温度の望ましい温度変化割合ΔT_AMを設定
し、該設定値ΔT_AMと検出した庫内温度変化割合ΔT_Aと
から決定される請求項１記載の温度制御方法。
【請求項３】熱交換器（23）に流れる冷媒の制御は、該
熱交換器（23）の目標温度T_Dと検出された表面温度T_Bと
の温度差に対応して電磁弁（26）をオンオフ制御するも
のであって、熱交換器（23）の目標温度T_Dを、熱交換器（23）の温度
変化が最も大きい付近の温度に設定するとともに、熱交換器（23）の表面温度T_Bが目標温度T_Dに達したあ
と、所定の遅れ時間の後に、電磁弁（26）の開閉状態を
反転可能とする請求項２記載の温度制御方法。
【請求項４】少なくとも検出された庫内温度T_Aが継続的
に記憶されており、熱交換器（23）の目標温度T_Dが、記憶された過去から現
在に至る庫内温度T_Aの変化に対応して補正される請求項
１ないし３の何れかに記載の温度制御方法。
【請求項５】上記した検知温度の異常に対して、所定の
警報表示がなされるとともに、異常に至るまでの推移データを出力可能とした請求項４
記載の温度制御方法。
【請求項６】熱交換器（23）の表面温度T_Bにより霜取り
時期が規制される請求項１記載の温度制御方法。