JP4755537B2 - 冷凍冷蔵ショーケースのドレン水検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍冷蔵ショーケースのドレン水検知装置に関するものである。

スーパーマーケットなどの店舗に設置される冷凍冷蔵ショーケースは、図９に示すようにショーケース本体の下部に形成される機械室３内に凝縮器２や圧縮機（図示せず）などにより構成される冷凍装置を配設し、ショーケース本体の背面側に設置した冷却器で冷却した冷気で商品収納庫１内に収納した商品を冷却するもので、冷気は循環される。

冷気は前記のように庫内の空気が循環されるものであるが、商品収納庫１の全面が商品の出入口として開放されているため、ここから暖かい外気が流入し、これに含まれる湿気が冷却器で結露し霜となる。

そして、この着霜により冷却器の能力が低下することを防ぐため、適宜除霜するが、除霜された水分がドレン水として発生する。

このドレン水は、通常は排水用のパイプが接続されてこのパイプで店舗外の排水溝に導かれるが、パイプが固定されるとこの配管によってショーケースの設置位置が固定される。そこで、移動が容易なように圧縮機が組み込まれているショーケースでは、移動性が損なわれないようドレン水もショーケース内に設置したドレンタンクやドレンパンなどのドレン水受け４に貯留している。

このようにドレン水受け４にドレン水を溜める場合、定期的に排水する必要が生じるが、ドレン水の発生量は天候や、ショーケースのサイズや温度帯、庫内に収納している商品の量などによって左右される。

このため、ドレン水の貯留量を把握して溢水する前に排水する必要があり、従来は、フロート２１を水位センサ２０として設けて貯留量を検出していた。このフロート方式の水位センサ２０は、図１０に示すようにドレン水受け４に浮かべたフロート２１が水位の上昇によりフロートガイドにそって所定の高さまで移動すると、この高さ位置にセットしてある満水警報ランプ点灯スイッチの接点２２を押す。

その結果、機械室３に設置してあるショーケースコントローラ７に設けたドレン水満水警報ランプ８が点灯し、ドレン水受け４にドレン水が満水になったことを報知する。

ところで、ドレン水受け４が配設される機械室３は、ショーケース全体の構造上、商品収納庫１の下方に形成されるという制約から、高さに制限があり、ドレン水受け４の高さを２０ｍｍ〜４０ｍｍという低い値におさえる必要がある。

このため、フロート２１の移動量も少なくなって、検知の精度が出にくく、満水貯留量の半分以下の水位で満水警報が発せられることもある。これに対処すべく、検知精度が上がるようにフロート２１の設置を調整しても、ドレン水受け４にフロート２１を浮かべるという機械的な構造であるため、ドレン水受け４からドレン水を排水する毎にフロート２１をドレン水受け４から一度外し、再度、設置をやり直すことになり、このときに設置位置がずれてしまうこともあって、検知精度を確保するのが困難である。

さらに、フロート２１は使用している間にコケやゴミが付着して浮力が変化したり、可動部の動きがスムーズでなくなったりして故障しやすい。

なお、ドレン水受け４に貯留したドレン水を蒸発装置で蒸発させて空気中に放出する方法もあるが、この蒸発装置も１、２年の短期間でゴミの付着などによって性能が劣化したり、夏場のドレン水の量が多い時期には蒸発装置だけでは処理しきれず排水作業の併用が別途必要となるので、蒸発装置を使用する場合でもやはりドレン水の満水を報知する必要がある。

そこで、機械的ではない非接触方式でドレン水の満水を検知する方法として、図１１にも示すように超音波センサ９を水位センサとして使用する方法があり、ドレン水受け４の上方に超音波センサ９を設置し、ここから水面に向けて発信した超音波が水面に反射して戻り受信されるまでの時間を計測して超音波センサ９と水面との距離、すなわち水位を計測するものである（例えば特許文献１参照）。
特開平３−１９５８８０号公報

超音波センサ９を使用する方法は、超音波センサ９のパルス発振部である送信回路部から発信されたパルス信号が水面で反射されて受信回路部に戻るまでの時間を計測し、この時間をもとに演算処理回路部で超音波センサ９と水面との距離、すなわち水位を算出するものである。

ところが、ドレン水受け４が配設される機械室３内には、凝縮器２や圧縮機が設置され、凝縮器２の冷却用のファン５から発生する空冷用の風や、圧縮機の振動により、図１１に示すようにドレン水受け４内のドレン水の水面には波が常時発生している。このため、波の角度によっては超音波の反射方向が変換され超音波センサの受信回路部に信号が戻らない場合があり、距離測定が不能な状態が発生する。

ちなみに、超音波センサ９と水面との距離を１５０ｍｍに設定し、サンプリング間隔を２０ｍｓｅｃに設定した場合で、超音波センサ９の距離測定結果は、振動のない場合は、図３に示すように平均１５０ｍｍの測定結果が得られるが、圧縮機の振動のある場合は図４に示すように波高が実際には±１ｍｍであるにもかかわらず測定結果は平均約１５３ｍｍとなる。また、ファン５が作動しているときは、図５に示すように波高が実際には±３ｍｍであるにもかかわらず測定結果は平均約１７０ｍｍとなり、実際の距離よりも大きくなる。

この点について、前記従来例は超音波センサからの超音波をフロートで反射させているから、波による影響は排除されるが、フロートを使用する点で前記した機械的構造を採用する場合の不都合は解消できない。

また、超音波センサはその特質上、液面との距離が遠すぎると超音波が減衰し、前記図３〜図５に示した場合の超音波センサの測定限界は２５５ｍｍで、この測定限界を超えた結果は全て２５５ｍｍと判断している。

これとは反対に近すぎると発信信号に受信信号が重なり、いずれの場合も正確な距離が測定できなくなり、正確に距離測定ができる範囲が限定される。図６は超音波センサと水面との距離が測定可能範囲（５０〜２００ｍｍ）よりも近い（４０ｍｍ）場合で、測定結果に大きなバラツキがあり、距離が１０ｍｍ以下と判断される場合も多い。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、超音波センサの利点を活かしこれを水位センサとして使用してドレン水受けに貯留したドレン水の満水を検知する場合に、正確に距離測定できる範囲のデータ（反射して戻るまでの反射時間）のみをもとにして距離測定することで測定精度を向上でき、一方で、正確な距離測定のできない範囲のデータについてはその原因を判明できる冷凍冷蔵ショーケースのドレン水検知方法を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、冷凍冷蔵ショーケースの機械室内にドレン水受けと、そのドレン水受けの上方に超音波センサを設置しドレン受けに溜まったドレン水の水面と超音波センサの距離を測定する冷凍冷蔵ショーケースのドレン水検知装置において、ドレン水の水面に対して放射した超音波センサからの反射信号の直接反射波を複数回入力し、その測定による距離と前回得た距離測定結果との差が２０ｍｍ以内との結果が少なくとも４回連続で測定できた場合、正常な測定ができると判断することを特徴とするものである。

以上述べたように本発明の冷凍冷蔵ショーケースのドレン水検知装置は、ドレン水受けの上方に設置した超音波センサにおいて、ドレン水の水面に対して放射した超音波センサからの反射信号（波）の直接反射波を入力してドレン水の水面から前記センサまでの反射時間から距離を算出するようにし、液面までの距離を正確に測定でき測定精度をアップできるものである。

以下、図面について本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の冷凍冷蔵ショーケースのドレン水検知装置の距離測定の動作を示すフローチャートであり、時間平均算出の手法を記載している。図２は同上ドレン水検知装置が設置されたショーケースの斜視図で、ショーケースの全体構成は図９について説明した従来例と同様であるから同一の参照符号を付してここでの詳細な説明は省略する。

本発明における冷凍冷蔵ショーケースのドレン水検知装置も水位センサとして超音波センサ９を用いるものであるが、図７の実際の距離とその測定結果からの出力データ換算グラフに示すように超音波センサ９で距離に対応した出力を出せる領域は５０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲である。

よって、この領域よりも近い距離の０ｍｍ〜５０ｍｍと、遠い距離の２００ｍｍ〜２５５ｍｍは、測定精度のない領域であり、距離が超音波センサ９に近いと判断した時に出力する距離データとして１０ｍｍを設定し、波が大きいと判断した時に出力する距離データとして３０ｍｍを設定しておく。また、音波の応答（受信）がなく、距離が測定外の遠方の場合は距離データとして２５５ｍｍを設定しておく。

図８はセンサ判定距離と出力パルス数の関係を示すグラフで、距離１ｍｍを１パルスに置き換えたものである。

ここで、機械室３に配設されるドレン水受け４と超音波センサ９との位置関係を説明する。機械室３の高さは一例として３００ｍｍであり、超音波センサ９で正常に距離測定できる範囲を確保できる。機械室３のこの限定された高さの範囲内に超音波センサ９とドレン水受け４を配置することになるが、ドレン水受け４は、超音波センサ９との距離を確保するために高さの低いもの（深さの浅いもの）として例えば４０ｍｍ程度のものとする。

そして、ドレン水受け４の口縁を限界レベルとしてこの限界レベルと超音波センサ９の超音波発信素子兼受信素子との距離を、超音波センサ９で正常に測定できる範囲（５０〜２００ｍｍ）内の７０ｍｍに設定し、この限界レベルよりもさらに１０ｍｍ下方（距離８０ｍｍ）に満水レベルを設定する。

次に図１のフローチャートについてドレン水検知動作を説明する。この場合の距離検知は例えば約１０秒毎に更新された距離データを出力するように、また、サンプリング間隔を２０ｍｓｅｃに設定してある。

ここでの１０秒の設定理由は、超音波センサ９がデータ更新するに当たり、あまり長すぎると、ドレン水の水面変化に対する、応答性が長くなり、使用勝手を悪くする。また、早くしようとすると、後述するところの距離の検知精度が悪くなる。よってそのバランス点として、本実施例では１０秒間隔での更新とした。

またサンプリング間隔の２０ｍｓｅｃは、超音波が水面まで往復する時間と、その後の超音波センサ９での処理時間の最長となる組み合わせを調べたところ７ｍｓｅｃ程度となったため、本実施例は余裕分を倍にして２０ｍｓｅｃとし、この程度の間隔であれば、１００回の測定でも２秒なので前記１０秒内に十分収まるため２０ｍｓｅｃとした。

ドレン水検知開始後、８秒経過後（ステップ１）に前回の距離測定から２０ｍｓｅｃ経過していれば（ステップ２）、超音波センサ９でドレン水の液面までの距離を測定する（ステップ３）。測定の結果、音波が正常に戻って受信され測定精度内（５０〜２００ｍｍ）で測定されれば（ステップ４）、次に前回測定した場合の距離との差が２０ｍｍ以上であるかを判定する。

ここで、２０ｍｍという数値は、波高値に換算すると６ｍｍに相当する。
この設定理由は、一般に普及しているドレン水を溜めるショーケースにおいて、ファン５をドレン水受け４近傍に設置し、ファン５を回しても、ドレン水に発生する波の波高値は３ｍｍ程度である。

但し、波の面は曲面でその凸凹が超音波反射波を強めたり弱めたりするので、その影響で超音波センサ９では約１０ｍｍ程度（約３倍の影響）の変化として現れる。

よって、ドレン水の最大の波高値３ｍｍで、超音波センサ９での検出は１０ｍｍとなるが、何らかの要因で、超音波センサ９での検出値がもっと大きく触れる場合も当然あり得るため、この想定を越えているかの判断として、例えば通常発生する波高値の倍である６ｍｍの波高値以上（超音波センサ９では２０ｍｍ以上）を設定する。

以上より超音波センサ９で２０ｍｍ以上を検出した場合は、想定外の要因影響であるから、このデータは反射時間検出のためのデータとして採用しない。
一方、２０ｍｍ以内という測定結果が、４回連続したのであれば（ステップ５）、（ステップ６）、安定状態にあると判断して、前回までの水位データを加算した値に今回の水位データを加算する（ステップ７）。

ここでドレン水表面に波があっても、４回連続を取得できるのは、ステップ４で、測定外データを除外して安定したデータを選別しているためで、このステップを入れないと、４回の連続一致が困難になり、結果安定状態の判定が出来ないため、信頼性のある距離測定が出来なくなる。

そして、加算回数が１２８回（約２．５秒）に達していれば（ステップ８）、水面までの距離測定が正常に終了できたものと判断して、１２８回分の加算値の平均を確定距離として対応する出力データを作成する（ステップ９）。この場合、センサ測定範囲は５０〜２００ｍｍであるので、確定値がこの範囲外の場合は、５０または２００にする。

最後に距離データを出力する（ステップ１０）。

ところで前記（ステップ４）の段階で、距離測定が測定精度内で測定されなかった場合、距離測定できなかった回数が１２８回（約２．５秒）に達しているが（ステップ１１）、前記（ステップ７）での前回までのデータ加算回数が３２回以上で（ステップ１２）、これまでは正常な測定可能範囲でのデータがとれているので、今回測定できなかったのは波が想定よりも多いか高いことにより測定不能となったものと判断して、このような場合にそなえて予め設定してある３０ｍｍ相当の出力データを作成し（ステップ１３）、この距離データを出力する（ステップ１０）。

また、前記（ステップ１２）の段階で前回までのデータ加算回数が３２回に達していない場合は、距離測定外の判定が安定して継続していることから、ドレン水が無いなど、超音波センサ９から水面までの距離が本当に遠い、すなわち、水面までの距離は測定外にあると判断して、このような場合にそなえて予め設定してある２５５ｍｍ相当の出力データを作成し（ステップ１４）、この距離データを出力する（ステップ１０）。

一方、前記（ステップ１）の段階で８秒が経過しても（ステップ７）での前回までのデータ加算回数が３２回まで達していない場合は（ステップ１５）、水面と超音波センサ９との間に障害物が存在するなどしてデータにバラツキがあり、距離が近すぎて測定不能と判断し、このような場合にそなえて予め設定してある１０ｍｍ相当の出力データを作成し（ステップ１６）、このデータを出力する（ステップ１０）。

前記（ステップ１５）の段階で前回までのデータ加算回数が３２回以上あれば、それまでは正常な測定可能範囲でのデータがとれているので、今回測定できなかったのは波が想定よりも多いか高いことにより測定不能となったものと判断して、このような場合にそなえて予め設定してある３０ｍｍ相当の出力データを作成し（ステップ１３）、この距離データを出力する（ステップ１０）。

このように複数連続して検出した距離測定データのうち、正常な測定可能範囲でのデータをもとに距離測定するから、精度のよい結果が得られ、また、正常な測定可能範囲外のデータについては、音波が戻ってこない回数や、実際に測定できた値、回数をもとにして、その原因が遠距離であるのか、近距離であるのか、想定外の波が発生したのかを判定できる。
なお、前記実施形態での回数や時間は、ここに示した値に限定されるものではない。

図１でのステップ４の判断で用いている測定精度内かの判断値は、水位センサの測定能力で決めるのではなく、その機種としての構造から通常ありえない水面位置などを元に任意に定めても構わず、ステップ１，２，５，６，８等で記載している回数や、時間距離なども、その値に限定しているものではない。
当然、これらの値は、制御回路の能力もしくは超音波センサの能力、放射特性によって可変可能とするものである。

また、本発明方法が実施されるショーケースも縦型の冷凍冷蔵ショーケースに限定されるものではなく、上面が開口する平型のものや、冷凍専門、冷蔵専門のショーケースにも実施可能なものである。
尚、ショーケースは冷熱機器の１つの形態であって、実施例ではショーケースをあげているが、当然本発明はショーケースに限定していないことは、言うまでもなく、例えばエアコンや冷蔵庫、除湿機の貯水量検知等にも利用できる。

本発明の冷凍冷蔵ショーケースのドレン水検知装置の実施形態を示す検知動作の一部のフローチャートである。 本発明の冷凍冷蔵ショーケースのドレン水検知装置の実施形態を示す検知動作の一部のフローチャートである。 本発明のドレン水検知装置が実施される冷凍冷蔵ショーケースの斜視図である。 振動の無い場合に超音波センサで検出される受信信号に基づく距離を示すグラフである。 圧縮機の振動のある場合に超音波センサで検出される受信信号に基づく距離を示すグラフである。 送風ファンが作動している場合に超音波センサで検出される受信信号に基づく距離を示すグラフである。 超音波センサと水面との距離が測定可能範囲よりも近い場合の超音波センサで検出される受信信号に基づく距離を示すグラフである。 実際の距離とその測定結果からのセンサ出力データ換算グラフである。 センサ判定距離と出力パルス数との関係を示すグラフである。 従来のドレン水検知装置を備えた冷凍冷蔵ショーケースの斜視図である。 従来の冷凍冷蔵ショーケースのドレン水検知装置の正面図である。 水面に波が発生した場合の冷凍冷蔵ショーケースのドレン水検知装置の正面図である。

１ 商品収納庫 ２ 凝縮器
３ 機械室 ４ ドレン水受け
５ ファン ６ 蒸発板
７ ショーケースコントローラ ８ 満水警報ランプ
９ 超音波センサ ２０ 水位センサ
２１ フロート
２２ 満水警報ランプ点灯スイッチ

Claims (1)

1. 冷凍冷蔵ショーケースの機械室内にドレン水受けと、そのドレン水受けの上方に超音波センサを設置しドレン受けに溜まったドレン水の水面と超音波センサの距離を測定する冷凍冷蔵ショーケースのドレン水検知装置において、ドレン水の水面に対して放射した超音波センサからの反射信号の直接反射波を複数回入力し、その測定による距離と前回得た距離測定結果との差が２０ｍｍ以内との結果が少なくとも４回連続で測定できた場合、正常な測定ができると判断することを特徴とする冷凍冷蔵ショーケースのドレン水検知装置。

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