JP4425189B2 - 冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、スーパーマーケット等の店舗に設置されるショーケースと、このショーケースに接続された冷凍機とを備える冷却システムに関する。

一般に、スーパーマーケット等の店舗に配置されるショーケースと、このショーケースに接続される冷凍機とを備える冷却システムが知られている。この種の冷却ステムでは、冷凍機の圧縮機は、低圧設定値に応じて運転・停止をするように制御されている。しかし、この低圧設定値は、一般的に、夏季の最も冷却能力が要求される状況に適した設定値となっており、冬季のように、高い冷却能力が要求されない季節には、冷却能力が過剰となる傾向にあった。

このため、近年のエネルギーコスト削減の観点から、一定時間におけるショーケースの冷風の吐出平均温度（以下、吐出平均温度という）と設定温度との偏差温度が所定温度以下となっている場合には、ショーケースは冷えているものと判断して、冷凍機の低圧設定値を変更し、この冷凍機の運転率を低下させることによって消費電力の削減を行うものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この場合、上記吐出平均温度は、冷風の吐出温度を所定間隔でサンプリングし、このサンプリングしたものから算出されている。
特開２００４−５７３４７号公報

ところで、ショーケースの冷風の吐出温度は、このショーケースの蒸発器へ冷媒を供給する電磁弁の開閉によって制御されるものであるため、この電磁弁の開閉に応じて上下に変動するものである。このため、上記低圧設定値を制御する吐出温度として、制御範囲の上限に近いものが多くサンプリングされた場合には、上記偏差温度が所定温度よりも大きくなるため、ショーケースは冷えていないと判断されてしまう。従って、吐出温度をサンプリングして制御を行う場合には、ショーケースの冷却状態を正確に判断できないために、冷却システムにおける消費電力を効果的に削減できないといった問題があった。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、冷風の吐出温度をサンプリングして冷凍機の低圧設定値を制御する場合でも、ショーケースの冷却状態を正確に判定することにより、消費電力をより効果的に削減できる冷却システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、冷風の吐出温度と設定温度との偏差に応じて、蒸発器に冷媒を供給すべく開閉される電磁弁を有するショーケースと、このショーケースに接続された冷凍機と、ショーケースの冷風の吐出温度を所定間隔ごとに、温度データとしてサンプリングし、この温度データに基づいて、冷凍機の低圧設定値を設定する制御装置とを備える冷却システムにおいて、制御装置は、温度データと電磁弁の開閉状態とに基づいて、ショーケースの冷却状態を判定する判定手段と、この判定手段により、ショーケースが冷えていると判定された場合には、冷凍機の低圧設定値を高く設定する設定値変更手段とを備え、前記判定手段は、温度データに対応する温度が、設定温度よりも高い所定の基準温度以上であり、かつ、電磁弁が、所定時間内に所定回数以上閉じている場合には、ショーケースは冷えていると判定することを特徴とする冷却システム。

更に、判定手段は、所定期間内における所定間隔ごとに、電磁弁の開閉状態を検出し、所定期間内において当該電磁弁が少なくとも1回、閉じていると検出された場合には、ショーケースは冷えていると判定する構成としても良い。
また、電磁弁が開状態から閉状態に移行する場合に、判定手段に閉弁信号を出力する弁信号出力手段を備え、判定手段は、所定期間内に当該閉弁信号が少なくとも1回入力された場合には、ショーケースは冷えていると判定する構成としても良い。

本発明では、ショーケースの冷却状態を正確に判定できるため、冷却システムにおける消費電力をより効果的に削減することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は、冷却システムの配管構成を示す図である。
冷却システムＲＳは、図１に示すように、スーパーマーケット等の店舗に複数台（例えば３台）配置されるショーケース１０と、これらショーケース１０が並列接続される冷凍機１１と、冷却システムＲＳの動作を制御する集中コントローラ１２とを備える。冷凍機１１は、図示しない圧縮機及び凝縮器を備えて構成されており、ショーケース１０は、それぞれ、当該ショーケース１０の冷風の吐出温度を検出する温度センサ６３、蒸発器４６、電磁弁１４及び膨張弁１６を備えて構成される。蒸発器４６の入口側は、それぞれ電磁弁１４及び膨張弁１６を介して冷凍機１１の液冷媒配管１７に並列接続されるとともに、蒸発器４６の出口側は、それぞれ冷凍機１１のガス冷媒配管１８に並列接続されている。

また、各ショーケース１０は、それぞれ当該ショーケース１０の動作を制御するコントローラ１５を備える。このコントローラ１５は、上記集中コントローラ１２とデータ通信可能に接続されている。コントローラ１５は、温度センサ６３によって測定される冷風の吐出温度と設定温度との偏差温度に応じて電磁弁１４を開閉制御し、蒸発器４６に冷媒を供給してショーケース１０内を冷却する（蒸発器４６による冷却運転）。具体的には、設定温度の上に上限温度を設定（ディファレンシャル（上限温度−設定温度）を設定）し、上限温度にて電磁弁１４を開き、設定温度にて当該電磁弁１４を閉じるオン−オフ制御を実行する（オフで蒸発器４６による冷却運転の停止）。これにより、冷風の吐出温度を設定温度に近付けるものである。

一方、冷凍機１１の圧縮機は低圧設定値Ｐｓで制御される。ここで、低圧設定値Ｐｓとは、ディファレンシャルを有するカットイン値とカットアウト値とからなり、カットイン値とは圧縮機の運転が再開される値であり、カットアウト値とは圧縮機の運転が停止される値である。要するに、いずれかのショーケース１０の負荷が変動すると冷媒の低圧圧力が変化し、上述のカットイン値、カットアウト値に基づいて圧縮機の運転が制御される。

ショーケース１０は、図２に示すように、縦型オープンショーケースであり、断面略コ字状の断熱壁３２と、据え付け現場においてこの断熱壁３２の両側に取り付けられる側板（図示せず）とを備えて構成されている。断熱壁３２の内側には、それぞれ間隔を存して外層仕切板３４と内層仕切板３６とが取り付けられている。本構成では、断熱壁３２と外層仕切板３４との間に外層ダクト３７が形成され、外層仕切板３４と内層仕切板３６との間に内層ダクト３８が形成されている。また、内層仕切板３６の内側には貯蔵室３９（庫内）が形成されている。

この貯蔵室３９内には、複数段の棚４１が架設されるとともに、各棚４１の下面前部と貯蔵室３９の天井部、及び、庇３７内には蛍光灯４０が取り付けられている。貯蔵室３９の底部にはデックパン４２が取り付けられ、このデックパン４２の下方には、上記両ダクト３７、３８に連通した底部ダクト４３が形成されている。この底部ダクト４３内には、送風機４５を内蔵したファンケース４４が設置される。

また、貯蔵室３９の背方に位置する内層ダクト３８内の下部に蒸発器４６が縦設され、この内層ダクト３８内の上部に温度センサ６３が配置される。この温度センサ６３は、貯蔵室３９内に格納される商品量によっても影響を受けにくい場所に配置されているため、本構成では、温度センサ６３が測定した温度を冷風の吐出温度として、冷凍機１１の運転制御を実行している。また、蒸発器４６には霜取りヒータ６７が取り付けられており、この霜取りヒータ６７は発熱して蒸発器４６の着霜を融解するものである。

貯蔵室３９の前面開口部５１の上縁には、外層吐出口５２と内層吐出口５３が前後に並設されており、外層吐出口５２は外層ダクト３７に、内層吐出口５３は内層ダクト３８にそれぞれ連通している。また、開口部５１の下縁には、吸込口５４が形成され、上記底部ダクト４３に連通している。

そして、上記ファンケース４４内の送風機４５が運転されると、底部ダクト４３内の空気は後方の内外層ダクト３７、３８に向けて吹き出され、外層ダクト３７においてはそのまま吹き上げられると共に、内層ダクト３８においては蒸発器４６と熱交換した後吹き上げられ、開口部５１上縁の内外層吐出口５２、５３から、下縁の吸込口５４に向けてそれぞれ吹き出される。

これによって、貯蔵室３９の開口部５１には、内側の冷気エアーカーテンとそれを保護する外側のエアーカーテンとが形成され、開口部５１からの外気の侵入が阻止若しくは抑制されるとともに、内側の冷気エアーカーテンの一部が貯蔵室３９内に循環して貯蔵室３９内は冷却される。そして、これらの冷気などは吸込口５４から底部ダクト４３に帰還し、送風機４５に再び吸い込まれることになる。

図３は、冷却システムＲＳの制御ブロックを示す図である。
集中コントローラ１２は、図３に示すように、ショーケース１０の冷風の吐出温度をサンプリングするサンプリング部（サンプリング手段）２１と、ショーケース１０の電磁弁１４の開閉状態を検出する弁状態検出部（弁状態検出手段）２２とを備える。サンプリング部２１は、温度センサ６３が測定した冷風の吐出温度を所定間隔ごとに、温度データとしてサンプリングして判定部（判定手段）２３に出力する。また、弁状態検出部２２は、電磁弁１４の開閉状態を所定間隔ごとに検出し、その状態を制御データとして判定部２３に出力する。この判定部２３は、入力されたデータに基づいて、ショーケース１０の冷却状態を判定するものである。判定部２３には、この判定部２３の判定結果に基づいて、冷凍機１１の圧縮機の低圧設定値Ｐｓを変更する設定値変更部（設定値変更手段）２４が接続されている。この設定値変更部２４は、判定部２３がショーケース１０は冷えていると判定した場合には、低圧設定値Ｐｓを高く設定し、この設定値を冷凍機１１に出力する。

次に、図４に示したフローチャートを参照して、冷却システムＲＳの消費電力を削減するための集中コントローラ１２の動作について説明する。この動作制御は、所定期間（例えば１０分間）における各ショーケース１０の冷却状態を判定し、この判定結果に基づいて、次の所定時間における冷凍機１１の低圧設定値Ｐｓを設定するものである。

まず、サンプリング部２１は、所定間隔（例えば１分）ごとに、各ショーケース１０の冷風の吐出温度をサンプリングする（ステップＳ１）。このサンプリングされた温度データは、ショーケース１０ごとに集中コントローラ１２のメモリ（不図示）に記憶される。また、弁状態検出部２２は、所定間隔（例えば１分）ごとに、電磁弁１４の開閉状態を検出する（ステップＳ２）。この検出された開閉状態についても、上記メモリに記憶される。

続いて、上記所定期間が経過した場合、上記メモリに記憶された温度データ及び開閉状態を示すデータが、判定部２３に出力され、この判定部２３は上記データに基づいて、各ショーケース１０の冷却状態を判定する。この判定において、判定部２３は、上記温度データが、設定温度よりも高い所定の基準温度以下であるか否かを判別する（ステップＳ３）。具体的には、記録された温度データのうち、低いものから３つ目のデータを選択し、この選択したデータが、設定温度よりも１℃高い基準温度以下であるか否かを判別する。

この判別において、選択したデータが上記基準温度以下である場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）には、このショーケース１０は、判定部２３により冷えていると判定されるため、この判定結果をメモリに記憶して、他のショーケース１０の冷却状態を判定する。一方、選択したデータは上記基準温度以下でない場合（ステップＳ３；Ｎｏ）には、判定部２３は、上記所定期間において電磁弁１４が所定回数（例えば１回）閉じているか否かを判別する（ステップＳ４）。上述のように、電磁弁１４は、ショーケース１０のコントローラ１５の制御下、温度センサ６３の測定した冷風の吐出温度に応じて開閉制御されるものであるため、この電磁弁１４が所定期間内に少なくとも１回閉じられている場合には、ショーケース１０は、制御上、冷えていると判定することができる。

このため、従来のように、サンプリングした温度データに基づく判定では、ショーケース１０が冷えていないと判定される場合であっても、本構成では、上記温度データに加えて、電磁弁１４の開閉状態に基づいて、ショーケース１０が冷えているか否かを判定するので、当該ショーケースの冷却状態をより正確に判定することができる。

ステップＳ４の判別において、電磁弁１４が所定期間内において、少なくとも１回閉じられている場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）には、このショーケース１０は、判定部２３により冷えていると判定されるため、この判定結果をメモリに記憶して、他のショーケース１０の冷却状態を判定する。一方、電磁弁１４が所定期間内において、１回も閉じられていない場合（ステップＳ４；Ｎｏ）には、判定部２３は、このショーケース１０は冷えていないと判定し、この判定結果をメモリに記憶する。

続いて、判定部２３は、すべてのショーケース１０が冷えていると判定された場合には、設定値変更部２４にその旨を出力する。設定値変更部２４は、冷却能力に余裕があると判断し、低圧設定値Ｐｓをメモリに記録された値よりも一定値ＰａＧ（例えば、０．０１ＭＰａ）上げた値に書き換え、書き換えた値を冷凍機１１に出力する（ステップＳ５）。冷凍機１１では、設定値変更部２４から送信された低圧設定値Ｐｓに基づいて圧縮機の停止と起動を制御する。その際、低圧設定値Ｐｓは高い値とされることにより、圧縮機が起動・停止される低圧設定値Ｐｓが高くなり、その分、冷却能力が低下するとともに、消費電力も削減されるようになる。

一方、判定部２３は、ショーケース１０が１台でも冷えていないと判定された場合には、その旨を設定値変更部２４に出力する。この場合、設定値変更部２４は、低圧設定値Ｐｓをメモリに記憶された値と同一の値、もしくは、この記憶された値よりも一定値ＰａＧ（例えば、０．０１ＭＰａ）低下させた値に書き換え、書き換えた値を冷凍機１１に出力する（ステップＳ６）。冷凍機１１では設定値変更部２４から送信された低圧設定値Ｐｓに基づいて、圧縮機の停止と起動を制御する。ここで、低圧設定値Ｐｓは低い値とされた場合には、圧縮機が起動・停止される低圧設定値Ｐｓが低くなり、その分、冷却能力が向上する。

メモリには、低圧設定値Ｐｓの初期値としてデフォルト値が予め記憶されている。このデフォルト値は、夏季の最も冷却能力が必要とされる環境の値とされており、消費電力を削減する目的で行われる低圧設定値Ｐｓの変更は、当該デフォルト値よりも高くする方向で行われ、かかる変更によってデフォルト値よりも低くなることはない。

本実施形態によれば、集中コントローラ１２は、サンプリングされた温度データと電磁弁１４の開閉状態とに基づいて、ショーケース１０の冷却状態を判定する判定部２３を備えるため、ショーケース１０の冷却状態の判定をより正確に行うことができる。この判定部２３により、ショーケース１０が冷えていると判定された場合には、冷凍機１１の低圧設定値Ｐｓを高く設定することにより、冷凍機の消費電力を削減するために、より迅速且つきめ細かな制御が可能となる。これにより、ショーケースの庫内の冷却を維持するために必要最小限の冷却能力を確保しながら、冷却システム全体として効果的な消費電力の削減を図ることが可能となる。

以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、弁状態検出手段２２によって、所定期間内における所定間隔ごとに、電磁弁１４の開閉状態を検出し、この開閉状態を判定部２３に出力する構成としていたが、これに限るものではなく、電磁弁１４が開状態から閉状態に移行する場合に、各ショーケースのコントローラ１２から判定部２３に閉弁信号を出力する弁信号出力手段を備える構成としても良い。この場合、判定部２３は、所定期間内に上記閉弁信号が少なくとも1回入力された場合には、ショーケース１０は冷えていると判定する。

なお、本実施形態では、所定期間として１０分周期で低圧設定値を調整する構成について説明したが、これに限るものではなく、３０分、1時間、１時間３０分、２時間周期など使用状況に応じて適宜選択可能である。本実施形態では、所定時間内に少なくとも1回、電磁弁が閉じられた場合には、ショーケースが冷えていると判定しているが、これに限るものではなく、当該電磁弁を閉じる回数は適宜変更可能である。また、本実施形態では、サンプリングの所定間隔を１分間に設定しているが、これも適宜変更可能である。

冷却システムの配管構成を示す図である。 冷却システムを構成するショーケースの一実施例の縦断側面図である。 冷却システムの制御ブロック図である。 集中コントローラの動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ショーケース
１１ 冷凍機
１２ 集中コントローラ（制御装置）
１４ 電磁弁
１５ コントローラ
２３ 判定部（判定手段）
２４ 設定値変更部（設定値変更手段）
４６ 蒸発器
６３ 温度センサ
ＲＳ 冷却システム
Ｐｓ 低圧設定値

Claims (3)

1. 冷風の吐出温度と設定温度との偏差に応じて、蒸発器に冷媒を供給すべく開閉される電磁弁を有するショーケースと、このショーケースに接続された冷凍機と、前記ショーケースの冷風の吐出温度を所定間隔ごとに、温度データとしてサンプリングし、この温度データに基づいて、前記冷凍機の低圧設定値を設定する制御装置とを備える冷却システムにおいて、
   前記制御装置は、前記温度データと前記電磁弁の開閉状態とに基づいて、前記ショーケースの冷却状態を判定する判定手段と、この判定手段により、前記ショーケースが冷えていると判定された場合には、前記冷凍機の低圧設定値を高く設定する設定値変更手段とを備え、前記判定手段は、前記温度データに対応する温度が、前記設定温度よりも高い所定の基準温度以上であり、かつ、前記電磁弁が、所定時間内に所定回数以上閉じている場合には、前記ショーケースは冷えていると判定することを特徴とする冷却システム。
2. 前記判定手段は、前記所定期間内における所定間隔ごとに、前記電磁弁の開閉状態を検出し、前記所定期間内において当該電磁弁が少なくとも１回、閉じていると検出された場合には、前記ショーケースは冷えていると判定することを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記電磁弁が開状態から閉状態に移行する場合に、前記判定手段に閉弁信号を出力する弁信号出力手段を備え、前記判定手段は、前記所定期間内に当該閉弁信号が少なくとも１回入力された場合には、前記ショーケースは冷えていると判定することを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。

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