JP4340563B2

JP4340563B2 - ユニットクーラの根氷検出装置及びユニットクーラの根氷検出プログラム

Info

Publication number: JP4340563B2
Application number: JP2004071951A
Authority: JP
Inventors: 宏樹高橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Building Techno Service Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Building Solutions Corp
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2024-03-15
Also published as: JP2005257215A

Description

本発明は根氷検出に係り、特にユニットクーラの根氷検出装置及び根氷検出プログラムに関する。

例えば冷凍庫等の内部に設置されている冷凍機であるユニットクーラは、内部配管内を低温の冷媒ガスが流れており、時間経過とともに着霜が生ずる。ユニットクーラは定期的にその配管内に高温の冷媒ガスを循環させて除霜を行うが、配管から離れた部分については霜を除去しきれず、部分的な根氷状態となる。

その様子を図４に示す。冷凍庫８の内部に設置されるユニットクーラ１０は、本体１２に、熱交換器１４とファン１６が設けられ、矢印で示す方向に冷凍庫８内の空気を循環させ、冷凍庫８の中を冷却する。ユニットクーラ１０には、熱交換の際に生ずる水を排出するためのドレンパン１８が設けられ、ドレン配管２０により外部に排水が行われる。氷は、熱交換器１４の表面等に徐々に生成され、例えば、熱交換器１４の内部配管から遠い表面等が除霜運転でも除去しきれず、根氷２２となる。根氷２２がドレンパン１８やドレン配管２０まで覆うようになると、排水が困難となり、水漏れ等を引き起こす。

このようにして付着した根氷は手作業等で除去する必要がある。例えば特許文献１には、冷蔵庫の配水管で氷結した氷の除去について、従来技術としてガスコンロを冷蔵庫内に持ち込みタンクを加熱し発生した蒸気をホースにより氷結した氷に吹き付けて融氷すること、及びこれに代えて絶縁細管内に挿入される抵抗線を水槽内の水に浸漬してヒータとし、ヒータに給電装置から給電して蒸気を発生させ、この蒸気を氷結した氷に吹き付けて融氷することが開示されている。

特開平７−２２９６７２号公報

このように、除霜運転によっても除去しきれずに残った根氷を取り除くには多大の負荷を必要とする。また、根氷が除去されないままとなると、ドレンの排水不良の要因となり、さらに根氷の発見が遅れ、過度の根氷となると、水漏れ等の重大故障につながる恐れがあり、またパネルの変形や配管に傷を付ける恐れもある。

一方、冷凍庫等に備えられている遠隔監視システムやデータロガ等は、通常冷媒回路のデータを主に収集しているが、局所的な根氷は冷媒回路のデータには変化として現れず、現地による目視でのみ初めて確認が可能となることもあり、発見が遅れ過度の根氷となることがある。

本発明の目的は、ユニットクーラにおける根氷の発生を早期に検出することを可能とするユニットクーラの根氷検出装置及びユニットクーラの根氷検出プログラムを提供することである。

本発明に係るユニットクーラの根氷検出装置は、ユニットクーラの経験上根氷が付着しやすくユニットクーラの吸込空気温度が０℃未満のときに根氷が付着すると吸込空気温度よりも高温となる部位を根氷予測部位として、その部位に設けられる根氷温度センサと、ユニットクーラの空気吸込口に設けられる空気温度センサと、空気温度センサが検出する吸込空気温度と、予め設定されている場合分け設定温度とを比較し、吸込空気温度が場合分け設定温度未満の温度の場合は吸込空気温度と根氷温度センサが検出する予測部位温度とに基づいて根氷の付着を判断し、吸込空気温度が場合分け設定温度以上の場合は予測部位温度に基づいて根氷の付着を判断する根氷判断手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成により、根氷の付着の判断を、吸込空気温度によって場合分けし、より低温のときは根氷温度センサの検出する予測部位温度の他に吸込空気温度も判断の基礎とし、より高温のときは根氷検出センサの予測部位温度だけに基づいて判断する。これにより、温度センサによる根氷の判断の信頼性が向上し、根氷の発生を早期に検出できる。

また、根氷判断手段は、吸込空気温度が場合分け設定温度未満の場合は、吸込空気温度と根氷温度センサが検出する予測部位温度との差があるときに根氷の付着と判断し、吸込空気温度が場合分け設定温度以上の場合は、予測部位温度が氷点以下で所定時間継続するときに根氷の付着を判断することが好ましい。

例えば、吸込空気温度がより低温のときは、吸込空気温度が氷点以下となることもある。このときでも、根氷が付着している部位は根氷のために過冷却になっていないことになる。つまり、根氷が付着していなければ予測部位は正常に過冷却となり、予測部位温度と吸込空気温度とはほぼ同じとなるのに対し、根氷が付着すると、予測部位温度と吸込空気温度との間に相違が現れる。一方、吸込空気温度がより高温で、例えば吸込空気温度が氷点を超える等のときには、吸込空気温度を考慮しなくても、予測部位温度が氷点以下を継続しているかどうかで根氷を判断しうる。上記構成により、吸込空気温度と場合分け設定温度との関係で場合分けを行うことで、よりきめ細かく根氷の判断を行うことができ、温度センサによる根氷の判断の信頼性が向上し、根氷の発生を早期に検出できる。

吸込空気温度が場合分け設定温度以上の場合に、予測部位温度が氷点以下で所定時間継続する判断基準に代え、あるいはこれに加えて、予測部位温度の時間経過による温度変化の傾きが任意の設定値以下で所定時間継続するものとしてもよい。

また、本発明に係るユニットクーラの根氷検出装置において、さらに、ユニットクーラが通常運転状態か又は除霜運転状態かを判断する運転状態判断手段と、除霜運転状態であると判断されるときは、根氷温度センサが検出する予測部位温度に基づいて根氷の付着を判断する除霜時根氷判断手段と、を備え、通常運転であると判断されるときは、根氷判断手段により根氷の付着を判断し、除霜運転状態であると判断されるときは、除霜時根氷判断手段により根氷の付着を判断することが好ましい。

除霜のときは、通常の冷凍運転と異なり、高温の冷媒が流される。上記構成により、運転状態を判断し、運転状態に応じて根氷の判断基準をかえる。これにより、よりきめ細かく根氷の判断を行うことができ、温度センサによる根氷の判断の信頼性が向上し、根氷の発生を早期に検出できる。

また、除霜時根氷判断手段は、予測部位温度が氷点以下で所定時間継続するときに根氷の付着を判断することが好ましい。すなわち、除霜時においては、高温の冷媒が流されるので、吸込空気温度を考慮しなくても、予測部位温度が氷点以下を継続しているかどうかで根氷を判断しうるからである。

また、本発明に係るユニットクーラの根氷検出プログラムは、ユニットクーラの根氷検出装置上で実行される根氷検出プログラムであって、ユニットクーラの空気吸込口に設けられる空気温度センサが検出する吸込空気温度と、ユニットクーラの経験上根氷が付着しやすくユニットクーラの吸込空気温度が０℃未満のときに根氷が付着すると吸込空気温度よりも高温となる部位を根氷予測部位として、その部位に設けられる根氷温度センサが検出する予測部位温度とを取得するセンサ温度取得処理手順と、取得した吸込空気温度と、予め設定されている場合分け設定温度とを比較し、吸込空気温度が場合分け設定温度未満の温度の場合は吸込空気温度と根氷温度センサが検出する予測部位温度とに基づいて根氷の付着を判断し、吸込空気温度が場合分け設定温度以上の場合は予測部位温度に基づいて根氷の付着を判断する根氷判断処理手順と、を実行することを特徴とする。

また、本発明に係るユニットクーラの根氷検出プログラムにおいて、さらに、ユニットクーラが通常運転状態か又は除霜運転状態かを判断する運転状態判断処理手順と、除霜運転状態であると判断されるときは、根氷温度センサが検出する予測部位温度に基づいて根氷の付着を判断する除霜時根氷判断処理手順と、を備え、通常運転であると判断されるときは、根氷判断処理手順により根氷付着の判断処理を実行し、除霜運転状態であると判断されるときは、除霜時根氷判断処理手順により根氷付着の判断処理を実行することが好ましい。

以上のように、本発明に係るユニットクーラの根氷検出装置によれば、温度センサを用い、運転状態に応じ、あるいは吸込空気温度の場合分けにより、根氷判断基準を代えて根氷検出の信頼性を高めるので、根氷の発生を早期に検出することが可能になる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、根氷検出装置４０を備えたユニットクーラ３０の構成を示す図である。ユニットクーラ３０は、図４と同様に、冷凍庫８の中に設置され、本体１２に、熱交換器１４とファン１６とドレンパン１８とドレン配管２０が設けられる。根氷検出装置４０は、制御部４２と、根氷が経験的に付着しやすい根氷予測部位３２に設けられる根氷温度センサ４４と、ユニットクーラ３０の空気吸込口に設けられる空気温度センサ４６を含む。

図２は、根氷検出装置４０のブロック図で、制御部４２を中心として示したものである。制御部４２は、ＣＰＵ５０と、スイッチやキーボード等の入力部５２、後述する警報８０等を出力するブザー、ランプやディスプレイ等の出力部５４、後述する場合分け設定温度７６や警報出力条件７８等の設定値やプログラム等を記憶する記憶装置５６を含む。また、制御部４２は、ユニットクーラ３０の運転状態を監視する運転状態監視装置４８と交信する運転監視装置Ｉ／Ｆ（５８）、根氷温度センサ４４と交信する根氷温度センサＩ／Ｆ（６０）、空気温度センサ４６と交信する空気温度センサＩ／Ｆ（６２）を含む。これらは内部バスで相互に接続される。また、外部のネットワークに接続する通信制御機能を有してもよい。

かかる制御部４２は、一般的なコンピュータ等で構成することができる。また、制御部４２をマイクロコンピュータで構成し、より簡単な構造とし小型化を図り、例えば小型筐体に収納し、ユニットクーラ３０にビスや磁力を用いて取り付けるものとしてもよい。その際、記憶装置５６に記憶される場合分け設定温度７６や警報出力条件７８等の設定値は、マイクロコンピュータに適当なインタフェースを介して接続される設定スイッチ等で設定が行われ、保持されるものとしてもよい。また、制御部４２を独立の装置とせずに、ユニットクーラ３０の全体の制御部と一体化し、あるいはその一部として構成してもよい。

根氷温度センサ４４は、根氷予測部位、例えば熱交換器１４の内部配管から遠い表面等の部位に貼り付け等で取り付けられ、その温度を検出し電気信号により制御部４２に供給する温度検出素子である。また、空気温度センサ４６は、本体１２の空気取入口に貼り付け等で取り付けられ、吸込空気の温度を検出し電気信号により制御部４２に供給する温度検出素子である。かかる根氷温度センサ４４、空気温度センサ４６は、サーミスタ等の半導体センサや、熱電対等の素子を用いることができる。

運転状態監視装置４８は、ユニットクーラ３０全体の動作制御を行うクーラ制御部の一部であって、冷凍動作を行う通常運転状態又は除霜運転状態を含めたユニットクーラの運転状態を監視する装置である。根氷検出装置４０との関係では、ユニットクーラ３０が、現在、通常運転状態にあるか又は除霜運転状態にあるかの区別を電気信号によって提供する機能を有する。

ＣＰＵ５０において、運転状態判断部７０は、運転状態監視装置４８と運転監視装置Ｉ／Ｆ（５８）を介して交信し、現在、ユニットクーラ３０が通常運転状態にあるか又は除霜運転状態にあるかの判断を行う機能を有する。また、通常運転状態根氷判断部７２は、通常運転状態において、根氷温度センサ４４と根氷温度センサＩ／Ｆ（６０）を介し、空気温度センサ４６と空気温度センサＩ／Ｆ（６２）を介してそれぞれ交信し、その結果等に基づき根氷付着を判断する機能を有する。また、除霜運転状態根氷判断部７４は、除霜運転状態において、根氷温度センサ４４と根氷温度センサＩ／Ｆ（６０）を介してそれぞれ交信し、その結果等に基づき根氷付着を判断する機能を有する。これらの機能はソフトウエアによって実現することができ、具体的には対応する根氷検出プログラムを実行することで実現できる。また、各機能の一部をハードウエアで実現するように構成してもよい。

かかる構成の根氷検出装置４０の作用、特にＣＰＵ５０の各機能と、場合分け設定温度７６、警報出力条件７８及び警報８０との関係につき、根氷検出の手順に従って説明する。図３は、根氷検出の手順を示すフローチャートである。

最初にユニットクーラ３０が通常運転状態か否かを判断する（運転状態判断工程、Ｓ１０）。具体的には、ＣＰＵ５０の運転状態判断部７０の機能により、運転監視装置Ｉ／Ｆ（５８）を介して運転状態監視装置４８と交信し、ユニットクーラ３０が現在、通常運転状態にあるか又は除霜運転状態にあるかの区別を電気信号によって出力するよう要求し、その電気信号を取得し、それに基づき判断する。ユニットクーラ３０が通常運転状態にあると判断するときはＳ１２−Ｓ２２の工程に進み、通常運転状態にあるとは判断しないとき、すなわち除霜状態にあるときは、Ｓ２４−Ｓ２６の工程に進む。

通常運転状態にあると判断されると、通常運転状態根氷判断部７２の機能により、Ｓ１２−Ｓ２２及びＳ２８−Ｓ３０の工程が処理される。まず、空気温度センサ４６の検出する吸込空気温度Ｔ₂を取得する（吸込空気温度取得工程、Ｓ１２）。具体的には、空気温度センサＩ／Ｆ（６２）を介し、空気温度センサ４６に計測を指示し、計測信号を空気温度センサＩ／Ｆ（６２）を介して取得する。必要があれば、計測信号を具体的温度の値に変換する。

そして、予め設定されている場合分け設定温度Ｔ₀と比較し、Ｔ₂がＴ₀より低温であるか否かを判断し、以後の工程を場合分けする（場合分け工程、Ｓ１４）。具体的には、Ｔ₂がＴ₀未満の低温の場合はＳ１６−Ｓ１８及びＳ２８−Ｓ３０の工程に進み、Ｔ₂がＴ₀以上の温度の場合はＳ２０−２２及びＳ２８−Ｓ３０の工程に進む場合分けを行う。

場合分け設定温度Ｔ₀は、記憶装置５６に記憶されているので、読み出して用いられる。Ｔ₀は氷点に設定されるのが好ましく、通常は、Ｔ₀＝０℃に設定してよい。Ｔ₀＝０℃に設定される例では、場合分け工程は、０℃未満の低温、すなわちマイナス温度の場合と、０℃以上の場合とに分けられる。以下ではこの例に沿って説明する。

吸込空気温度Ｔ₂がマイナス温度の場合は、根氷温度センサ４４の予測部位温度Ｔ₁を取得する（予測部位温度取得工程、Ｓ１６）。具体的には、根氷温度センサＩ／Ｆ（６０）を介し、根氷温度センサ４４に計測を指示し、計測信号を根氷温度センサＩ／Ｆ（６０）を介して取得する。必要があれば、計測信号を具体的温度の値に変換する。

こうして取得された吸込空気温度Ｔ₂と予測部位温度Ｔ₁とに基づいて根氷付着を判断する（Ｔ₁，Ｔ₂に基づく根氷判断工程、Ｓ１８）。具体的にはΔＴ＝（Ｔ₂−Ｔ₁）を演算により求める。ΔＴがほぼゼロでＴ₂とＴ₁に実質的な相違がないときは、予測部位のところは正常に過冷却されており、根氷が発生していないと考えられる。一方、ΔＴがゼロでなく、マイナスとなり、Ｔ₂とＴ₁に差があるときは、予測部位のところは正常に過冷却されておらず、根氷が発生していると考えられる。このように根氷発生を判断し、その結果を次工程Ｓ２８に出力する。

次工程Ｓ２８では、根氷判断の結果に基づいて警報を出力するか否か判断する（警報出力判断工程、Ｓ２８）。警報出力条件７８は記憶装置５６に記憶されているので、これを読み出して用いる。例えば、ΔＴの出力結果が、（０±０．５）℃で３分継続するときは、根氷温度センサ４４が水没又は凍っているものとして、これを警報出力条件７８とすることができる。

警報出力条件を満たすと判断されると警報出力がなされる（警報出力工程、Ｓ３０）。具体的には、出力部５４に警報８０を出力する指令が出され、ブザー、ランプあるいはディスプレイ等への表示により、外部に知らされる。また、必要に応じ、警報の内容、その基礎となる根氷判断のデータ等を、ユニットクーラ３０の全体の制御部や、遠隔監視システムやデータロガ等に出力するものとしてもよい。

警報出力条件を満たすと判断されない場合、及び一旦警報が出力された後は、最初の工程に戻り、再びＳ１０以下の工程が繰り返される。すなわち、根氷検出は常時行われる。勿論、適当なサンプリング時間ごとにＳ１０以下の工程が繰り返されるものとすることもできる。

工程Ｓ１４において、吸込空気温度Ｔ₂が０℃以上の場合にも、根氷温度センサ４４の予測部位温度Ｔ₁を取得する（予測部位温度取得工程、Ｓ２０）。具体的には、上記のように、根氷温度センサＩ／Ｆ（６０）を介し、根氷温度センサ４４に計測を指示し、計測信号を根氷温度センサＩ／Ｆ（６０）を介して取得する。必要があれば、計測信号を具体的温度の値に変換する。

吸込空気温度Ｔ₂が０℃以上の場合には、予測部位温度Ｔ₁の値のみに基づいて根氷付着を判断する（Ｔ₁に基づく根氷判断工程、Ｓ２２）。具体的にはＴ₁が氷点以下で所定時間継続するかどうかを基準に根氷付着を判断する。所定時間は例えば３分とすることができる。また、測定誤差等を考慮して、（０±０．５）℃で３分継続することを根氷付着の条件としてもよい。このときには、上記の警報出力条件と同じとでき、判断基準の仕組みが簡単となる。また、予測部位温度が氷点以下で所定時間継続する判断基準に代え、あるいはこれに加えて、予測部位温度の時間経過による温度変化の傾きが任意の設定値以下で所定時間継続するものとしてもよい。このようにして根氷発生を判断し、その結果を次工程Ｓ２８に出力する。Ｓ２８以下の工程は、上述と同様であるので省略する。

工程Ｓ１０において、ユニットクーラ３０の運転状態が通常運転状態であると判断されず、除霜運転状態のときも、根氷温度センサ４４の予測部位温度Ｔ₁を取得し（予測部位温度取得工程、Ｓ２４）、予測部位温度Ｔ₁の値のみに基づいて根氷付着を判断する（Ｔ₁に基づく根氷判断工程、Ｓ２６）。具体的には、空気温度センサ４６の吸込空気温度Ｔ₂が除霜によりマイナスからプラスに転じた後も、Ｔ₁が氷点以下で所定時間継続するかどうかで行うことができる。所定時間は、上記のように例えば３分とすることができる。また、上記と同様に、（０±０．５）℃で３分継続することを根氷付着の条件としてもよい。このときには、上記の条件と同じとでき、判断基準の仕組みがさらに簡単になる。また、予測部位温度が氷点以下で所定時間継続する判断基準に代え、あるいはこれに加えて、予測部位温度の時間経過による温度変化の傾きが任意の設定値以下で所定時間継続するものとしてもよい。このようにして根氷発生を判断し、その結果を次工程Ｓ２８に出力する。Ｓ２８以下の工程は、上述と同様であるので省略する。

このように、上記構成により、冷凍庫内に設置されるユニットクーラの根氷や、それによる２次的被害であるドレン排水不良を早期発見することが可能となり、根氷除去作業における作業効率向上や、水漏れによる重大クレーム等を未然に防止することができる。

本発明に係る実施の形態の根氷検出装置を備えたユニットクーラの構成を示す図である。本発明に係る実施の形態における根氷検出装置のブロック図である。本発明に係る実施の形態における根氷検出の手順を示すフローチャートである。従来例におけるユニットクーラの根氷発生の様子を示す図である。

符号の説明

８冷凍庫、１０，３０ユニットクーラ、１２本体、１４熱交換器、１６ファン、１８ドレンパン、２０ドレン配管、２２根氷、３２根氷予測部位、４０根氷検出装置、４２制御部、４４根氷温度センサ、４６空気温度センサ、４８運転状態監視装置、５２入力部、５４出力部、５６記憶装置、５８運転監視装置Ｉ／Ｆ、６０根氷温度センサＩ／Ｆ、６２空気温度センサＩ／Ｆ、７０運転状態判断部、７２通常運転状態根氷判断部、７４除霜運転状態根氷判断部、７６場合分け設定温度、７８警報出力条件、８０警報。

Claims

ユニットクーラの経験上根氷が付着しやすくユニットクーラの吸込空気温度が０℃未満のときに根氷が付着すると吸込空気温度よりも高温となる部位を根氷予測部位として、その部位に設けられる根氷温度センサと、
ユニットクーラの空気吸込口に設けられる空気温度センサと、
空気温度センサが検出する吸込空気温度と、予め設定されている場合分け設定温度とを比較し、吸込空気温度が場合分け設定温度未満の温度の場合は吸込空気温度と根氷温度センサが検出する予測部位温度とに基づいて根氷の付着を判断し、吸込空気温度が場合分け設定温度以上の場合は予測部位温度に基づいて根氷の付着を判断する根氷判断手段と、
を備えることを特徴とするユニットクーラの根氷検出装置。
請求項１に記載の根氷検出装置において、
根氷判断手段は、吸込空気温度が場合分け設定温度未満の場合は、吸込空気温度と根氷温度センサが検出する予測部位温度との差があるときに根氷の付着と判断し、吸込空気温度が場合分け設定温度以上の場合は、予測部位温度が氷点以下で所定時間継続するときに根氷の付着を判断することを特徴とするユニットクーラの根氷検出装置。
請求項１に記載の根氷検出装置において、さらに、
ユニットクーラが通常運転状態か又は除霜運転状態かを判断する運転状態判断手段と、
除霜運転状態であると判断されるときは、根氷温度センサが検出する予測部位温度に基づいて根氷の付着を判断する除霜時根氷判断手段と、
を備え、通常運転であると判断されるときは、根氷判断手段により根氷の付着を判断し、除霜運転状態であると判断されるときは、除霜時根氷判断手段により根氷の付着を判断することを特徴とするユニットクーラの根氷検出装置。
請求項３に記載の根氷検出装置において、
除霜時根氷判断手段は、予測部位温度が氷点以下で所定時間継続するときに根氷の付着を判断することを特徴とするユニットクーラの根氷検出装置。
ユニットクーラの根氷検出装置上で実行される根氷検出プログラムであって、
ユニットクーラの空気吸込口に設けられる空気温度センサが検出する吸込空気温度と、ユニットクーラの経験上根氷が付着しやすくユニットクーラの吸込空気温度が０℃未満のときに根氷が付着すると吸込空気温度よりも高温となる部位を根氷予測部位として、その部位に設けられる根氷温度センサが検出する予測部位温度とを取得するセンサ温度取得処理手順と、
取得した吸込空気温度と、予め設定されている場合分け設定温度とを比較し、吸込空気温度が場合分け設定温度未満の温度の場合は吸込空気温度と根氷温度センサが検出する予測部位温度とに基づいて根氷の付着を判断し、吸込空気温度が場合分け設定温度以上の場合は予測部位温度に基づいて根氷の付着を判断する根氷判断処理手順と、
を実行することを特徴とするユニットクーラの根氷検出プログラム。
請求項３に記載の根氷検出プログラムにおいて、さらに、
ユニットクーラが通常運転状態か又は除霜運転状態かを判断する運転状態判断処理手順と、
除霜運転状態であると判断されるときは、根氷温度センサが検出する予測部位温度に基づいて根氷の付着を判断する除霜時根氷判断処理手順と、
を備え、通常運転であると判断されるときは、根氷判断処理手順により根氷付着の判断処理を実行し、除霜運転状態であると判断されるときは、除霜時根氷判断処理手順により根氷付着の判断処理を実行することを特徴とするユニットクーラの根氷検出プログラム。