JP4867503B2

JP4867503B2 - 冷却装置

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Publication number: JP4867503B2
Application number: JP2006184736A
Authority: JP
Inventors: 浅田　　規; 伸一中山; 晴彦須藤
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-07-04
Also published as: JP2008014545A

Description

本発明は、収容庫の内部温度に基づいて電子膨張弁の開度を調節し、収容庫に配設した蒸発器に対する冷媒の供給制御を行うことにより該収容庫を所望の温度状態とする冷却装置に関するものである。

例えば、商品を冷却した状態で陳列販売するショーケースでは、収容庫の内部に蒸発器が設けられ、また収容庫の外部に圧縮機、凝縮器及び電子膨張弁が設けられており、これら蒸発器、圧縮機、凝縮器及び電子膨張弁に冷媒を循環供給することによって収容庫を所望の温度状態に維持するようにしている。具体的には、収容庫の内部温度が設定温度よりも低くなった場合に電子膨張弁の開度を縮小させる一方、収容庫の内部温度が設定温度よりも高くなった場合に電子膨張弁の開度を拡大させて収容庫の内部が所望の温度状態となるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１８０８１５号公報

ところで、上述した冷却装置にあっては、電子膨張弁の開度を調節することにより収容庫の内部が所望の温度状態となるものの、常時冷却効率が良好であるとは限らない。すなわち、冷却効率の指標となる蒸発器における冷媒の過熱度は、上述した冷凍サイクルの場合、蒸発器に供給される冷媒の温度と、蒸発器から吐出された冷媒の温度との差に等しいものとなり、収容庫の内部温度が同一であっても種々の条件によって変化する。従って、収容庫が同じ内部温度の状態であっても、冷媒の過熱度が大きい状態においては過熱度が小さい状態の場合に比べて冷却効率が低下することになる。もちろん、冷媒の過熱度が目標値となるように電子膨張弁の開度を制御すれば、冷却効率を向上させることは可能になる。しかしながら、冷媒の過熱度が目標値となるように電子膨張弁の開度を制御した場合には、収容庫の内部を所望の温度状態とすることが困難となる。

本発明は、上記実情に鑑みて、収容庫を所望の温度状態に維持し、かつ冷却効率の向上を図ることのできる冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る冷却装置は、収容庫の内部温度に基づいて電子膨張弁の開度を調節し、収容庫に配設した蒸発器に対する冷媒の供給制御を行うことにより該収容庫を所望の温度状態とする冷却装置において、設定された吸入圧力に従って、蒸発器から吐出された冷媒の圧縮を行う圧縮手段と、現在の運転状態に係る状態量を検出することによって冷却能力が適正であるか否か、もしくは蒸発器の利用状態が適正であるか否か、を判断し、この判断結果から冷却能力が適正となるように、もしくは蒸発器の利用状態が適正となるように、圧縮手段における吸入圧力の設定値を調節する吸入圧力制御手段とを備え、前記吸入圧力制御手段は、状態量として収容庫の内部温度と蒸発器における冷媒の過熱度と検出するものであり、収容庫の内部温度が予め設定した設定値を超えた場合に冷却能力が不足していると判断して吸入圧力の設定値を低下させる一方、収容庫の内部温度が予め設定した設定値以下となり、かつ蒸発器における冷媒の過熱度が予め設定した閾値以上となった場合には蒸発器が有効利用されていないと判断して吸入圧力の設定値を上昇させることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る冷却装置は、上述した請求項１において、前記吸入圧力制御手段は、複数の収容庫それぞれに個別の蒸発器が設けられ、かつこれらの蒸発器に冷媒を分岐供給する場合、少なくともいずれか１台の収容庫で内部温度が予め設定した設定値を超えた場合に冷却能力が不足していると判断して吸入圧力の設定値を低下させる一方、全ての収容庫で内部温度が予め設定した設定値以下となり、かつ全ての蒸発器における冷媒の過熱度が予め設定した閾値以上となった場合に蒸発器が有効利用されていないと判断して吸入圧力の設定値を上昇させることを特徴とする。

本発明によれば、冷却能力が過剰であると判断した場合、あるいは蒸発器が有効利用されていないと判断した場合、圧縮機における吸入圧力の設定値を変化させることで過熱度を小さくすることができるため、収容庫を所望の温度状態に維持しつつ冷却効率を向上させることが可能になる。

以下、添付図面を適宜参照しながら、本発明に係る冷却装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１である冷却装置の構成を概念的に示したものである。ここで例示する冷却装置は、収容庫１０の内部に収納した商品を冷却した状態で陳列販売するオープンショーケース１１に適用するもので、複数のオープンショーケース１１にそれぞれ蒸発器１２及び電子膨張弁１３を個別に備える一方、オープンショーケース１１の外部に凝縮器１４及び圧縮機（圧縮手段）１５をそれぞれ１つずつ備えている。電子膨張弁１３は、凝縮器１４から吐出された液冷媒を断熱膨張して蒸発器１２に供給するためのものである。本実施の形態１では、開度指令が与えられた場合に開度指令に応じて開度を変更し、通過する冷媒の流量を調節することのできる電子膨張弁１３を適用している。圧縮機１５は、蒸発器１２から吐出された低温低圧のガス冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒として凝縮器１４に与えるためのものである。本実施の形態１では、圧力値設定指令が与えられた場合にこの圧力値設定指令に応じて吸入圧力を変更することのできるインバータ圧縮機１５を適用している。

この冷却装置では、凝縮器１４及び圧縮機１５に対してそれぞれのオープンショーケース１１に設けた蒸発器１２及び電子膨張弁１３を並列に接続して冷凍サイクルが構成してある。すなわち、圧縮機１５から吐出された高温高圧のガス冷媒が凝縮器１４において放熱して高温高圧の液冷媒となる。この高温高圧の液冷媒は、各収容庫１０の電子膨張弁１３に分岐供給され、断熱膨張されて冷温低圧の気液２相冷媒となって収容庫１０の蒸発器１２に供給される。蒸発器１２に供給された低温低圧の気液２相冷媒は、送風ファン１６によって供給された収容庫１０の内部雰囲気と熱交換し、吸熱して低温低圧のガス冷媒となることにより収容庫１０の冷却を行う。蒸発器１２を経た低温低圧のガス冷媒は、オープンショーケース１１の外部において合流し、圧縮機１５に吸入される。

個々のオープンショーケース１１において蒸発器１２の入口部及び出口部に接続した冷媒供給管路１７にはそれぞれ冷媒温度センサ２０，２１が設けてあるとともに、収容庫１０の内部にはそれぞれ内部温度センサ２２が設けてある。入口部冷媒温度センサ２０及び出口部冷媒温度センサ２１は、それぞれの冷媒供給管路１７を通過する冷媒の温度を検出するものである。内部温度センサ２２は、収容庫１０の内部温度を検出するものである。本実施の形態１では、内部温度センサ２２として、収容庫１０の内部においてそれぞれの蒸発器１２を通過した後の空気の温度を収容庫１０の内部温度として検出するものを適用している。

また、上記冷却装置は、その制御系として弁開度調節手段３０及び吸入圧力制御手段４０を備えている。図１からも明らかなように、本実施の形態１では、それぞれのオープンショーケース１１に個別の弁開度調節手段３０が設けてある一方、複数のオープンショーケース１１で共通となる唯一の吸入圧力制御手段４０が設けてある。

弁開度調節手段３０は、内部温度センサ２２の検出した収容庫１０の内部温度に基づいて電子膨張弁１３の開度調節を行うもので、目標値設定記憶部３１と弁開度設定部３２とを備えている。

目標値設定記憶部３１は、収容庫１０の目標温度を予め設定し、かつこれを記憶するものである。本実施の形態１では、収容庫１０の目標温度としてその上限値及び下限値がそれぞれ設定してある。弁開度設定部３２は、それぞれの内部温度センサ２２の検出結果と収容庫１０の目標温度との比較結果に基づいて各電子膨張弁１３の開度を設定するものである。図２は、収容庫１０の内部温度と弁開度設定部３２が設定する電子膨張弁１３の開度との関係の一例を示したものである。

吸入圧力制御手段４０は、内部温度センサ２２の検出した収容庫１０の内部温度と、入口部冷媒温度センサ２０及び出口部冷媒温度センサ２１の検出結果から算出される過熱度とに基づいて圧縮機１５の吸入圧力を制御するもので、目標値設定記憶部４１、状態判定部４２及び吸入圧力設定部４３を備えている。

目標値設定記憶部４１は、収容庫１０の目標温度及び蒸発器１２における冷媒の過熱度目標値を予め設定し、かつこれらを記憶するものである。本実施の形態１では、収容庫１０の目標温度として、弁開度調節手段３０の目標値設定記憶部３１と同じ上限値及び下限値がそれぞれ設定してあり、また過熱度目標値として、その上限値（例えば、５Ｋ）と下限値（例えば、１Ｋ）とがそれぞれ設定してある。状態判定部４２は、内部温度センサ２２の検出した収容庫１０の内部温度と、入口部冷媒温度センサ２０及び出口部冷媒温度センサ２１の検出結果から算出される過熱度とに基づいてオープンショーケース１１の運転状態を判定するものである。吸入圧力設定部４３は、状態判定部４２の判定結果に応じて圧縮機１５の吸入圧力を設定するものである。図３は、収容庫１０の内部温度と、蒸発器１２における冷媒の過熱度と、状態判定部４２が判定する運転状態と、吸入圧力設定部４３が設定する圧縮機１５の吸入圧力設定値との関係の一例を示したものである。尚、本実施の形態１では、それぞれのオープンショーケース１１に設けた弁開度調節手段３０を介して吸入圧力制御手段４０が内部温度センサ２２、入口部冷媒温度センサ２０及び出口部冷媒温度センサ２１の検出結果を取得するようにしている。

図４は、図１に示した弁開度調節手段３０が実施する膨張弁開度制御処理の内容を示すフローチャートである。以下、この図４を参照しながら、冷却装置の動作について説明する。

まず、図４に示す膨張弁開度制御処理において弁開度調節手段３０は、内部温度センサ２２を通じてそれぞれのオープンショーケース１１における収容庫１０の内部温度を検出し（ステップＳ１０１）、検出した内部温度が目標値設定記憶部３１に記憶された目標温度の上限値を超えているか否かを判断する（ステップＳ１０２）。

いずれかのオープンショーケース１１において収容庫１０の内部温度が目標温度上限値を超えている場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、弁開度調節手段３０は、該当するオープンショーケース１１の電子膨張弁１３を開動作して蒸発器１２に対する冷媒の供給を増大させ（ステップＳ１０３）、その後に手順をリターンさせる。この結果、該当するオープンショーケース１１の収容庫１０が冷却され、その内部温度が目標温度上限値以下となるように推移することになる。

ステップＳ１０２においていずれのオープンショーケース１１においても収容庫１０の内部温度が目標温度上限値以下であった場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、弁開度調節手段３０は、次いでいずれかのオープンショーケース１１において収容庫１０の内部温度が目標値設定記憶部３１に記憶された目標下限値を下回っているか否かを判断する（ステップＳ１０４）。

いずれかのオープンショーケース１１において収容庫１０の内部温度が目標温度下限値を下回っている場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、弁開度調節手段３０は、該当するオープンショーケース１１の電子膨張弁１３を閉動作して蒸発器１２に対する冷媒の供給を減少もしくは停止させ（ステップＳ１０５）、その後に手順をリターンさせる。この結果、該当するオープンショーケース１１において収容庫１０の内部雰囲気と蒸発器１２との間の熱交換が抑制され、その内部温度が目標温度下限値以上となるように推移することになる。

ステップＳ１０４においていずれのオープンショーケース１１においても収容庫１０の内部温度が目標温度下限値以上であった場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、つまり収容庫１０の内部温度が目標温度上限値以下、かつ目標上限値以上（以下、「目標温度範囲」という）である場合、弁開度調節手段３０は、電子膨張弁１３の状態を維持して今回の処理を終了し、手順をリターンする。

以下、所定のサイクルタイムで膨張弁開度制御処理を繰り返し実施することにより、全てのオープンショーケース１１において収容庫１０の内部温度が目標温度範囲に維持されることになる。

但し、この膨張弁開度制御処理では、予め設定した冷媒の蒸発温度（＝圧縮機１５の吸入圧力）に合わせて収容庫１０の内部温度が目標温度範囲となるように過熱度が変化することになるため、最も冷却効率の良い状態に比べて冷媒の蒸発温度が低く、過熱度が高くなっており、冷却効率の点では必ずしも好ましいものとはいえない。

そこで、本実施の形態１では、所定のタイミングで吸入圧力制御手段４０による吸入圧力制御処理を実施するようにしている。図５は、図１に示した吸入圧力制御手段４０が実施する吸入圧力制御処理の内容を示すフローチャートである。以下、この図５を参照しながら冷却装置の動作についてさらに説明する。

図５に示す吸入圧力制御処理において吸入圧力制御手段４０は、まず、内部温度センサ２２を通じてそれぞれのオープンショーケース１１における収容庫１０の内部温度を検出し（ステップＳ２０１）、検出した内部温度が目標値設定記憶部４１に記憶された目標温度の上限値を超えるオープンショーケース１１が１台以上あるか否かを判断する（ステップＳ２０２）。

内部温度が目標温度上限値を超える収容庫１０が１台でもあれば、状態判定部４２を通じて冷却能力が不足していると判断し、圧縮機１５の吸入圧力設定値を低下させ（ステップＳ２０３）、その後に手順をリターンさせる。この結果、全てのオープンショーケース１１において冷媒の蒸発温度が低下し、冷却能力が増大することになるため、収容庫１０の内部温度が漸次低下するように推移する。

これに対して全ての収容庫１０において内部温度が目標温度上限値を下回っている場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、吸入圧力制御手段４０は、入口部冷媒温度センサ２０及び出口部冷媒温度センサ２１を通じて冷媒の温度を検出し（ステップＳ２０４）、さらにこれらの検出結果の差からそれぞれの蒸発器１２における冷媒の過熱度を算出する（ステップＳ２０５）。

ステップＳ２０５において過熱度を算出した吸入圧力制御手段４０は、次いで全てのオープンショーケース１１において算出過熱度が目標値設定記憶部４１に記憶された過熱度目標上限値を超えているか否かを判断する（ステップＳ２０６）。

全てのオープンショーケース１１において算出過熱度が過熱度目標上限値以上となっている場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、吸入圧力制御手段４０は、状態判定部４２を通じて蒸発器１２が有効利用されていないと判断し、圧縮機１５の吸入圧力設定値を上昇させ（ステップＳ２０７）、その後に手順をリターンさせる。この結果、全てのオープンショーケース１１において冷媒の蒸発温度が上昇し、かつ冷媒の過熱度が小さくなる。

一方、算出過熱度が過熱度目標上限値を下回っている（但し、過熱度目標下限値以上）オープンショーケース１１が１台でもある場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）、吸入圧力制御手段４０は、状態判定部４２を通じて蒸発器１２が有効利用されていると判断し、圧縮機１５の吸入圧力設定値を現状に維持して手順をリターンさせる。

ここで、全ての収容庫１０の内部温度が目標温度上限値以下の状態（ステップＳ２０２：ＮＯ）とは、冷却能力が適正もしくは過剰であると判断することができる。

具体的には、全ての収容庫１０の内部温度が目標温度範囲にあれば、冷却能力としては適正であるが、全ての収容庫１０の蒸発器１２において過熱度が十分に大きければ（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、蒸発器１２が有効利用されておらず、冷却効率の点で好ましいとはいえない。この場合には、圧縮機１５の吸入圧力設定値を上昇させることにより、蒸発器１２の過熱度を低下させる。圧縮機１５の吸入圧力設定値を上昇させることにより収容庫１０の内部温度が上昇することになるが、その後に弁開度調節手段３０が実施する膨張弁開度制御処理により蒸発完了点が蒸発器１２の出口部方向に移行して内部温度が目標温度範囲に向かうため収容庫１０の内部温度を目標温度範囲に収束させることが可能となる。これにより、低過熱度で高蒸発温度状態下の運転が具現化でき、蒸発器１２も有効利用されることになる。

これに対して、全ての収容庫１０の内部温度が目標温度範囲にあり、かつ過熱度が十分に小さい蒸発器１２が１台でも存在する場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）には、冷却能力が適正であるとともに、蒸発器１２の有効利用された状態である。従って、この場合には、圧縮機１５の吸入圧力設定値を現状に維持して手順をリターンさせる。

一方、全ての収容庫１０の内部温度が目標温度上限値以下で１台でも目標温度下限値以下である場合には、冷却能力自体は過剰と判断することができる。

この状態で全ての収容庫１０の蒸発器１２において過熱度が十分に大きければ（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、蒸発器１２が有効利用されておらず、圧縮機１５の吸入圧力設定値を上昇させることにより、蒸発器１２の過熱度を低下させる。この場合にも圧縮機１５の吸入圧力設定値を上昇させることにより収容庫１０の内部温度が上昇することになるが、その後に弁開度調節手段３０が実施する膨張弁開度制御処理により蒸発完了点が蒸発器１２の出口部方向に移行して内部温度が目標温度範囲に向かうため収容庫１０の内部温度を目標温度範囲に収束させることが可能となる。これにより、低過熱度で高蒸発温度状態下の運転が具現化でき、蒸発器１２も有効利用されることになる。

これに対し全ての収容庫１０の内部温度が目標温度上限値以下で１台でも目標温度下限値以下である場合にも、全ての収容庫１０の蒸発器１２において過熱度が十分に大きい状態でなければ、換言すれば過熱度が十分に小さい蒸発器１２が１台でも存在する場合には（ステップＳ２０６：ＮＯ）、圧縮機１５の吸入圧力設定値を上昇させて過熱度が低下すると、その後の膨張弁開度制御処理において最早過熱度を低下させることができなくなるため（液バック現象防止）、収容庫１０の内部温度を目標温度範囲に収束させることができない。従って、この場合には、圧縮機１５の吸入圧力設定値を現状に維持し、手順をリターンさせるようにしている。

以下、所定のサイクルタイムで弁開度調節手段３０による膨張弁開度制御処理及び吸入圧力制御手段４０による吸入圧力制御処理を繰り返し実施することにより、収容庫１０の内部温度を目標温度範囲に維持することができる範囲で、負荷が最も大きいオープンショーケース１１において過熱度を低下させるべく蒸発温度が高くなるように圧縮機１５の吸入圧力を設定することができるため、収容庫１０を所望の温度状態に維持した上で冷却効率の向上を図ることが可能となる。

尚、図１に示すように、圧縮機１５の吸入口に至る冷媒供給管路１７に圧力センサ１８を配設し、圧縮機１５の吸入圧力設定値が吸入圧力制御処理によって設定した値となるようにフィードバック制御するようにしても良い。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２である冷却装置を示したものである。ここで例示する冷却装置は、実施の形態１で示したものと同様の構成を有するものであり、弁開度調節手段１３０及び吸入圧力制御手段１４０の詳細構成のみが異なっている。尚、実施の形態１と同様の構成に関しては同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略する。

図６に示すように、実施の形態２における弁開度調節手段１３０は、内部温度センサ２２の検出した収容庫１０の内部温度と、入口部冷媒温度センサ２０及び出口部冷媒温度センサ２１の検出結果から算出される過熱度とに基づいて電子膨張弁１３の開度調節を行うもので、目標値設定記憶部１３１及び弁開度設定部１３２を備えている。

目標値設定記憶部１３１は、収容庫１０の目標温度及び蒸発器１２における冷媒の過熱度目標値を予め設定し、かつこれらを記憶するものである。本実施の形態２では、収容庫１０の目標温度としてその上限値及び下限値がそれぞれ設定してあり、また過熱度目標値として、その上限値（例えば、５Ｋ）と下限値（例えば、１Ｋ）とがそれぞれ設定してある。弁開度設定部１３２は、内部温度センサ２２の検出した収容庫１０の内部温度と、入口部冷媒温度センサ２０及び出口部冷媒温度センサ２１の検出結果から算出される過熱度とに基づいて各電子膨張弁１３の開度を設定するものである。図７は、蒸発器１２における冷媒の過熱度と弁開度設定部１３２が設定する電子膨張弁１３の開度との関係の一例を示すものである。収容庫１０の内部温度と弁開度設定部１３２が設定する電子膨張弁１３の開度との関係は、実施の形態１において図２に示したものと同様である。

吸入圧力制御手段１４０は、内部温度センサ２２の検出した収容庫１０の内部温度に基づいて圧縮機１５の吸入圧力を制御するもので、目標値設定記憶部１４１、状態判定部１４２及び吸入圧力設定部１４３を備えている。

目標値設定記憶部１４１は、収容庫１０の目標温度を予め設定し、かつこれを記憶するものである。本実施の形態２では、収容庫１０の目標温度として、弁開度調節手段１３０の目標値設定記憶部１３１と同じ上限値及び下限値がそれぞれ設定してある。状態判定部１４２は、内部温度センサ２２の検出した収容庫１０の内部温度に基づいてオープンショーケース１１の運転状態を判定するものである。吸入圧力設定部１４３は、状態判定部１４２の判定結果に応じて圧縮機１５の吸入圧力を設定するものである。図８は、収容庫１０の内部温度と、状態判定部１４２が判定する運転状態と、吸入圧力設定部１４３が設定する圧縮機１５の吸入圧力設定値との関係の一例を示したものである。

尚、本実施の形態２においても、それぞれのオープンショーケース１１に設けた弁開度調節手段１３０を介して吸入圧力制御手段１４０が内部温度センサ２２の検出結果を取得するようにしている。また、弁開度調節手段１３０がオープンショーケース１１に個別に設けてある一方、吸入圧力制御手段１４０が全てで共通となるように設けてあるのは実施の形態１と同様である。

図９は、図６に示した弁開度調節手段１３０が実施する膨張弁開度制御処理の内容を示すフローチャートである。以下、この図を参照しながら、冷却装置の動作について説明する。

まず、図９に示す膨張弁開度制御処理において弁開度調節手段１３０は、内部温度センサ２２を通じてそれぞれのオープンショーケース１１における収容庫１０の内部温度を検出し（ステップＳ３０１）、検出した内部温度が目標値設定記憶部１３１に記憶された目標温度の上限値を超えているか否かを判断する（ステップＳ３０２）。

いずれかのオープンショーケース１１において収容庫１０の内部温度が目標温度上限値を超えている場合（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、弁開度調節手段１３０は、該当するオープンショーケース１１の電子膨張弁１３を開動作して蒸発器１２に対する冷媒の供給を増大させる（ステップＳ３０３）。この結果、該当するオープンショーケース１１の収容庫１０が冷却され、その内部温度が目標温度上限値以下となるように推移することになる。

これに対しステップＳ３０２においていずれのオープンショーケース１１においても収容庫１０の内部温度が目標温度上限値を超えていなかった場合（ステップＳ３０２：ＮＯ）、弁開度調節手段１３０は、いずれかのオープンショーケース１１において収容庫１０の内部温度が目標値設定記憶部１３１に記憶された目標下限値を下回っているか否かを判断する（ステップＳ３０４）。

いずれかのオープンショーケース１１において収容庫１０の内部温度が目標温度下限値を下回っている場合（ステップＳ３０４：ＹＥＳ）、弁開度調節手段１３０は、該当するオープンショーケース１１の電子膨張弁１３を閉動作して蒸発器１２に対する冷媒の供給を減少もしくは停止させる（ステップＳ３０５）。この結果、該当するオープンショーケース１１において収容庫１０の内部雰囲気と蒸発器１２との間の熱交換が抑制され、その内部温度が目標温度下限値以上となるように推移することになる。

尚、収容庫１０の内部温度が目標温度上限値以下、かつ目標上限値以上（以下、「目標温度範囲」という）である場合、弁開度調節手段１３０は、電子膨張弁１３の状態を維持して今回の処理を終了し、その後に手順をリターンさせる。

以下、収容庫１０の内部温度が変化すると、これに応じて電子膨張弁１３が適宜開閉動作することになり、全てのオープンショーケース１１において収容庫１０の内部温度が目標温度に維持されることになる。

但し、上述した電子膨張弁１３の開閉動作による収容庫１０の温度制御では、予め設定した冷媒の蒸発温度（＝圧縮機１５の吸入圧力）に合わせて収容庫１０の内部温度が目標温度範囲となるように過熱度が変化することになるため、最も冷却効率の良い状態に比べて冷媒の蒸発温度が低く、過熱度が高くなっており、冷却効率の点では必ずしも好ましいものとはいえない。

そこで、本実施の形態２では、電子膨張弁１３を開閉動作させた後、予め設定した時間が経過した場合に蒸発器１２における冷媒の過熱度を制御するようにしている。すなわち、電子膨張弁１３を開閉動作させた時点から予め設定した時間が経過し、過熱度を測定するタイミングであると判断した場合（ステップＳ３０６：ＹＥＳ）、弁開度調節手段１３０は、入口部冷媒温度センサ２０及び出口部冷媒温度センサ２１を通じて冷媒の温度を検出し（ステップＳ３０７）、さらにこれらの検出結果の差からそれぞれの蒸発器１２における冷媒の過熱度を算出し（ステップＳ３０８）、その後、算出した過熱度（以下、「算出過熱度」という）に基づいて過熱度制御処理を実施し（ステップＳ３０９）、手順をリターンさせる。

図１０は、弁開度調節手段１３０が実施する過熱度制御処理の内容を示すものである。この過熱度制御処理において弁開度調節手段１３０は、算出過熱度が目標値設定記憶部１３１に記憶された過熱度目標上限値を超えているか否かを判断する（ステップＳ４０１）。

いずれかのオープンショーケース１１において算出過熱度が過熱度目標上限値を超えている場合（ステップＳ４０１：ＹＥＳ）、弁開度調節手段１３０は、該当するオープンショーケース１１の電子膨張弁１３を開動作して蒸発器１２に対する冷媒の供給を増大させ（ステップＳ４０２）、その後、手順をステップＳ４０５に進める。この結果、該当するオープンショーケース１１の蒸発器１２において冷媒の過熱度が過熱度目標上限値以下となるように推移することになる。

これに対して全てのオープンショーケース１１において算出過熱度が過熱度目標上限値以下となっている場合（ステップＳ４０１：ＮＯ）、弁開度調節手段１３０は、次いで算出過熱度が目標値設定記憶部１３１に記憶された過熱度目標下限値を下回っているか否かを判断する（ステップＳ４０３）。算出過熱度が過熱度目標下限値以上である場合、弁開度調節手段１３０は、電子膨張弁１３の状態を維持して手順をステップＳ４０５に進める。

一方、いずれかのオープンショーケース１１において算出過熱度が過熱度目標下限値未満となっている場合（ステップＳ４０３：ＹＥＳ）、弁開度調節手段１３０は、該当するオープンショーケース１１の電子膨張弁１３を閉動作して蒸発器１２に対する冷媒の供給を減少もしくは停止させ（ステップＳ４０４）、その後、手順をステップＳ４０５に進める。この結果、該当するオープンショーケース１１の蒸発器１２において冷媒の過熱度が過熱度目標下限値を上回るように推移することになる。

ステップＳ４０５において弁開度調節手段１３０は、算出過熱度が過熱度目標上限値以下で過熱度目標下限値以上（以下、「過熱度目標範囲」という）となっているか否かを判断し、算出過熱度が過熱度目標範囲となるまでの間、上述したステップＳ４０１〜ステップＳ４０４までの処理を繰り返し実施する。

ステップＳ４０５において算出過熱度が過熱度目標範囲となったと判断した場合、弁開度調節手段１３０は、吸入圧力制御手段１４０に対して過熱度制御実施情報を送信し（ステップＳ４０６）、その後に手順をリターンさせる。

以下、収容庫１０の内部温度に応じて電子膨張弁１３を開閉動作させた場合には、予め設定した時間の経過後に都度蒸発器１２における冷媒の過熱度が過熱度目標範囲、つまりそれぞれの蒸発器１２における冷媒の過熱度が液バック現象を招来しない程度に小さくなるように制御される。

但し、圧縮機１５の吸入圧力が一定の条件下において蒸発器１２における冷媒の過熱度を変化させると、冷却能力と負荷とのバランスがとれていない場合、収容庫１０の内部温度とその目標温度とに差が生じることになる。

そこで、本実施の形態２では、弁開度調節手段１３０の膨張弁開度制御処理において蒸発器１２における冷媒の過熱度を制御した場合、所定のタイミングで吸入圧力制御手段１４０による吸入圧力制御処理を実施するようにしている。図１１は、図６に示した吸入圧力制御手段１４０が実施する吸入圧力制御処理の内容を示すフローチャートである。以下、この図１１を参照しながら冷却装置の動作についてさらに説明する。

図１１に示す吸入圧力制御処理において吸入圧力制御手段１４０は、まず、吸入圧力設定タイミングであるか否かを判断する（ステップＳ５０１）。吸入圧力設定タイミングか否かは、例えば上述した膨張弁開度制御処理のステップＳ４０６において過熱度制御実施情報が送信された時点から予め設定した時間が経過した否かで判断すれば良い。吸入圧力設定タイミングでないと判断した場合（ステップＳ５０１：ＮＯ）、つまり過熱度制御実施情報が送信された時点からの経過時間が設定時間となっていない場合、吸入圧力制御手段１４０は、後述の処理を実施することなく吸入圧力制御処理を終了する。

一方、吸入圧力制御手段１４０は、吸入圧力設定タイミングであると判断した場合（ステップＳ５０１：ＹＥＳ）、次いで内部温度センサ２２を通じてそれぞれのオープンショーケース１１における収容庫１０の内部温度を検出し（ステップＳ５０２）、検出した内部温度が目標値設定記憶部１４１に記憶された目標温度の上限値を超えるオープンショーケース１１が１台以上あるか否かを判断する（ステップＳ５０３）。

内部温度が目標温度上限値を超える収容庫１０が１台でもあれば、状態判定部１４２を通じて冷却能力が不足していると判断し、圧縮機１５の吸入圧力設定値を低下させ（ステップＳ５０４）、その後に手順をリターンさせる。この結果、冷媒の蒸発温度が低下し、かつ冷媒の過熱度が高くなり、冷却能力が増大することになるため、目標温度上限値を超えている収容庫１０の内部温度が漸次低下するように推移する。

これに対して全ての収容庫１０において内部温度が目標温度上限値以下となっている場合、吸入圧力制御手段１４０は、検出した内部温度が目標値設定記憶部１４１に記憶された目標温度の下限値未満となるオープンショーケース１１が１台以上あるか否かを判断する（ステップＳ５０５）。

内部温度が目標温度下限値未満となる収容庫１０が１台でもあれば、状態判定部１４２を通じて冷却能力が過剰であると判断し、圧縮機１５の吸入圧力設定値を上昇させ（ステップＳ５０６）、その後に手順をリターンさせる。この結果、冷媒の蒸発温度が上昇し、かつ冷媒の過熱度が小さくなり、冷却能力が低下することになるため、目標温度下限値未満となっている収容庫１０の内部温度が漸次上昇するように推移する。

以下、弁開度調節手段１３０による膨張弁開度制御処理及び吸入圧力制御手段１４０による吸入圧力制御処理を繰り返し実施することにより、蒸発器１２における冷媒の過熱度を可及的に小さく、かつ収容庫１０の内部温度を目標温度範囲に維持することができる範囲で蒸発温度が高くなるように圧縮機１５の吸入圧力を設定することができるため、収容庫１０を所望の温度状態に維持した上で冷却効率の向上を図ることが可能となる。

尚、図６に示すように、圧縮機１５の吸入口に至る冷媒供給管路１７に圧力センサ１８を配設し、圧縮機１５の吸入圧力設定値が吸入圧力制御処理によって設定した値となるようにフィードバック制御するようにしても良い。

また、上述した実施の形態１及び実施の形態２では、いずれも複数のオープンショーケースが個別に備える収容庫を適用対象とした冷却装置を例示しているが、必ずしも収容庫が複数である必要はない。

さらに、上述した実施の形態１及び実施の形態２では、いずれも収容庫１０の内部温度として、蒸発器１２を通過した後の空気の温度を検出するようにしているが、本発明はこれに限定されない。例えば、収容庫１０に対して冷気を吹き出す吹出口に内部温度センサ２２を配設したり、ショーケースにおいて商品を陳列する棚に内部温度センサ２２を配設し、これら内部温度センサ２２の検出温度を収容庫１０の内部温度として上述した制御を実施するようにしても構わない。

本発明の実施の形態１である冷却装置の構成を示す概念図である。収容庫の内部温度と図１に示した弁開度設定部が設定する電子膨張弁の開度との関係の一例を示した図表である。収容庫の内部温度と、蒸発器における冷媒の過熱度と、図１に示した状態判定部が判定する運転状態と、図１に示した吸入圧力設定部が設定する圧縮機の吸入圧力設定値との関係の一例を示した図表である。図１に示した弁開度調節手段が実施する膨張弁開度制御処理の内容を示すフローチャートである。図１に示した吸入圧力制御手段が実施する吸入圧力制御処理の内容を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２である冷却装置の構成を示す概念図である。蒸発器における冷媒の過熱度と図６に示した弁開度設定部が設定する電子膨張弁の開度との関係の一例を示した図表である。収容庫の内部温度と、図６に示した状態判定部が判定する運転状態と、図６に示した吸入圧力設定部が設定する圧縮機の吸入圧力設定値との関係の一例を示した図表である。図６に示した弁開度調節手段が実施する膨張弁開度制御処理の内容を示すフローチャートである。図９に示した過熱度制御処理の内容を示すフローチャートである。図６に示した吸入圧力制御手段が実施する吸入圧力制御処理の内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１０収容庫
１１オープンショーケース
１２蒸発器
１３電子膨張弁
１４凝縮器
１５圧縮機
１６送風ファン
１７冷媒供給管路
１８圧力センサ
２０入口部冷媒温度センサ
２１出口部冷媒温度センサ
２２内部温度センサ
３０弁開度調節手段
３１目標値設定記憶部
３２弁開度設定部
４０吸入圧力制御手段
４１目標値設定記憶部
４２状態判定部
４３吸入圧力設定部
１３０弁開度調節手段
１３１目標値設定記憶部
１３２弁開度設定部
１４０吸入圧力制御手段
１４１目標値設定記憶部
１４２状態判定部
１４３吸入圧力設定部

Claims

収容庫の内部温度に基づいて電子膨張弁の開度を調節し、収容庫に配設した蒸発器に対する冷媒の供給制御を行うことにより該収容庫を所望の温度状態とする冷却装置において、
設定された吸入圧力に従って、蒸発器から吐出された冷媒の圧縮を行う圧縮手段と、
現在の運転状態に係る状態量を検出することによって冷却能力が適正であるか否か、もしくは蒸発器の利用状態が適正であるか否か、を判断し、この判断結果から冷却能力が適正となるように、もしくは蒸発器の利用状態が適正となるように、圧縮手段における吸入圧力の設定値を調節する吸入圧力制御手段と
を備え、
前記吸入圧力制御手段は、状態量として収容庫の内部温度と蒸発器における冷媒の過熱度と検出するものであり、収容庫の内部温度が予め設定した設定値を超えた場合に冷却能力が不足していると判断して吸入圧力の設定値を低下させる一方、収容庫の内部温度が予め設定した設定値以下となり、かつ蒸発器における冷媒の過熱度が予め設定した閾値以上となった場合には蒸発器が有効利用されていないと判断して吸入圧力の設定値を上昇させることを特徴とする冷却装置。
前記吸入圧力制御手段は、複数の収容庫それぞれに個別の蒸発器が設けられ、かつこれらの蒸発器に冷媒を分岐供給する場合、
少なくともいずれか１台の収容庫で内部温度が予め設定した設定値を超えた場合に冷却能力が不足していると判断して吸入圧力の設定値を低下させる一方、全ての収容庫で内部温度が予め設定した設定値以下となり、かつ全ての蒸発器における冷媒の過熱度が予め設定した閾値以上となった場合に蒸発器が有効利用されていないと判断して吸入圧力の設定値を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。