JP5403918B2

JP5403918B2 - 冷凍・冷蔵設備の集中管理システム

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Publication number: JP5403918B2
Application number: JP2008015012A
Authority: JP
Inventors: 嘉之畠田
Original assignee: Okamura Corp
Current assignee: Okamura Corp
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2028-01-25
Also published as: JP2009174801A

Description

本発明は、１次側圧縮機から吐出した１次側冷媒が１次側凝縮器を介して循環する１次側冷媒回路と、２次側冷媒が複数のショーケースに夫々内蔵した蒸発器を介して循環する２次側冷媒回路と、１次側冷媒と２次側冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、を備えた冷凍・冷蔵設備の集中管理システムに関する。

従来、１次側冷媒回路、２次側冷媒回路、及び熱交換器を備え、共通の１次側圧縮機から吐出した１次側冷媒により熱交換器を介して熱交換された２次側冷媒が、複数のショーケースに夫々内蔵した蒸発器に対し循環供給される冷凍・冷蔵サイクルにおいて、各機器の制御を個別に行う冷凍・冷蔵設備の集中管理システムが公知となっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１９０９１７号公報（第７頁、第１図）

しかしながら、特許文献１にあっては、１次側圧縮機の制御、複数のショーケースの制御、そして熱交換器の制御を行う三方の連係制御となってしまい、複数のショーケースの制御、熱交換器の制御に基づく１次側圧縮機の制御は複雑で困難であった。特に１次側冷媒と２次側冷媒とが異なる冷媒である場合に、各々の冷媒回路における各種パラメータの連係に不備が生じていた。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、１次側冷媒回路と、２次側冷媒回路と、熱交換器と、を備えた冷凍・冷蔵サイクルにおいて、１次側圧縮機の容量制御を不備なく正確に行うことが出来る冷凍・冷蔵設備の集中管理システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の冷凍・冷蔵設備の集中管理システムは、
１次側圧縮機から吐出した１次側冷媒が１次側凝縮器を介して循環する１次側冷媒回路と、２次側冷媒が複数のショーケースに夫々内蔵した蒸発器を介して循環する２次側冷媒回路と、１次側冷媒と２次側冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、を備えた冷凍・冷蔵サイクルにおいて、
各ショーケース毎の運転状況情報及び固有の圧力損失値に基づいて選択された所定のショーケースにおける２次側冷媒圧力値を前記１次側冷媒回路内の１次側冷媒の蒸発圧力値に換算し、前記１次側冷媒回路内の圧力が前記蒸発圧力値となるように前記１次側圧縮機の吸入圧力を制御し、前記熱交換器によって前記１次側冷媒回路側から前記２次側冷媒回路へ伝達される熱量を調整することを特徴としている。
この特徴によれば、１次側冷媒回路と、２次側冷媒回路と、熱交換器と、を備えた冷凍・冷蔵サイクルにおいて、熱交換器を一定の負荷設定で常時運転した状態でも、１次側圧縮機の吸入圧力を、各ショーケース毎の、運転状況、１次側冷媒圧力に換算される２次側冷媒圧力、及び固有の圧力損失値に基づき可変に設定して、１次側圧縮機の容量制御を行うことで、制御方式がシンプルとなり、かつ冷媒吸入圧力を低く設定し過ぎることがないので、冷凍機の運転エネルギ消費量を低く抑えることができる。特に、１次側冷媒と２次側冷媒とが異なる冷媒であっても、２次側冷媒回路における各種パラメータを１次側冷媒に換算することで、１次側圧縮機の容量制御を正確且つ容易に行うことが出来る。

本発明の請求項２に記載の冷凍・冷蔵設備の集中管理システムは、請求項１に記載の冷凍・冷蔵設備の集中管理システムであって、
前記２次側冷媒回路における前記蒸発器の入り口側に、該蒸発器に導入される２次側冷媒の入り口温度を検知する温度検知センサが設けられ、該温度検知センサにより検知された２次側冷媒の入り口温度情報に基づき、２次側冷媒圧力に変換することを特徴としている。
この特徴によれば、２次側冷媒回路における蒸発器の入り口側に設けられた温度検知センサにより、蒸発器に導入される２次側冷媒の入り口温度を検知して、１次側冷媒圧力若しくは２次側冷媒圧力に変換するため、蒸発器に導入される２次側冷媒の入り口温度を１次側圧縮機の容量制御に反映させることができ、高効率な容量制御が可能となる。

本発明の請求項３に記載の冷凍・冷蔵設備の集中管理システムは、請求項１または２に記載の冷凍・冷蔵設備の集中管理システムであって、
前記１次側圧縮機の１次側吸入圧力は、各ショーケース毎に、２次側冷媒圧力から固有の圧力損失値を差し引いた算出圧力値を所要時間毎に算出し、該算出圧力値の中から最も低い圧力値を設定圧力値として、該設定圧力値に基づき所定時間毎に設定されることを特徴としている。
この特徴によれば、所要時間毎に算出した算出圧力値の中から最も低い圧力値を設定圧力値として所定時間毎に設定されるため、設定圧力値を、運転状況の経時的変化に応じて連続的に設定変更し、冷凍機のエネルギ消費を常に低い状態に維持できる。

本発明の請求項４に記載の冷凍・冷蔵設備の集中管理システムは、請求項３に記載の冷凍・冷蔵設備の集中管理システムであって、
前記１次側圧縮機の１次側吸入圧力は、前記所要時間毎に算出した最も低い圧力値よりも所定のオフセット量低い圧力値を設定圧力値として、該設定圧力値に基づき所定時間毎に設定されることを特徴としている。
この特徴によれば、所定時間毎に設定される設定圧力値を、所要時間毎に算出した最も低い圧力値よりも所定のオフセット量低い圧力値としているため、冷凍機の冷却能力に余裕を持たせることができる。

本発明の請求項５に記載の冷凍・冷蔵設備の集中管理システムは、請求項４に記載の冷凍・冷蔵設備の集中管理システムであって、
前記オフセット量低くした圧力値を上限値とし、該上限値よりも所定圧力更に低い圧力値を下限値として設定され、前記１次側圧縮機の１次側吸入圧力が前記上限値と下限値との範囲内に収まるように、前記１次側圧縮機が容量制御されることを特徴としている。
この特徴によれば、１次側圧縮機の１次側吸入圧力が、上限値と下限値を有する一定のいわゆるディファレンシャル差圧を有しているので、１次側圧縮機の容量制御の追従性が良くなり、１次側圧縮機の短時間での容量の反転動作（いわゆるハンチング）を防ぐことが出来る。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の実施例１を図面に基づいて説明すると、図１は、冷凍・冷蔵ショーケースの一般的な構造説明図であり、図２は冷凍・冷蔵設備の集中管理システムの系統図であり、図３は制御管理ユニットの概略構成を示すブロック図であり、図４はショーケース単位の、種類や、圧力損失値等の各種情報を示した表であり、図５は、図４と同じく、全てのショーケースが運転停止状態となった場合を示した表であり、図６は、１次側圧縮機の吸入圧力推移範囲を自動設定した場合のエコ運転状況を示す線図である。

図１の符号１は、スーパーマーケットなどに設置されるオープンショーケースとして構成された冷蔵ショーケースであり、図１において１台しか示されていないが、本実施例では冷凍ショーケースも含んで計１０台のショーケースが互いに間隔をおいて連設されており、これらショーケースは同一系統の冷凍・冷蔵機ユニット３により冷却制御されている。

図１及び図２に示されるように、ショーケース１を冷凍・冷蔵する冷凍・冷蔵機ユニット３は、１次側冷媒であるフロンが循環する１次側冷媒回路４と、２次側冷媒である二酸化炭素（以下、ＣＯ_２と略す）が循環し複数のショーケース１Ａ，１Ｂ・・・をそれぞれ冷却する２次側冷媒回路５と、フロンとＣＯ_２との間で熱交換を行う熱交換器６とを備え、冷凍・冷蔵サイクルを構成するいわゆる間接冷却システムを採用している。この冷凍・冷蔵機ユニット３は、制御管理ユニット３３により、両回路４，５内の各種データに基づいて集中管理し冷媒の容量制御が行われている。

１次側冷媒回路４は、１次側圧縮機７、凝縮器８、受液器９、そして液分離器１４を主に備える。そして、凝縮器８で凝縮液化された冷媒フロンは、図２の矢印で示すように、受液器９を介してドライヤ１０、液量調整弁１２を通り熱交換器６に供給され、ここでフロンは蒸発して熱交換器６内の２次側冷媒ＣＯ_２を冷却し、その後、液分離器１４を介して１次側圧縮機７に回収される。１次側圧縮機７において加熱圧縮されたフロンは、凝縮器８に循環供給され再び凝縮液化される。

２次側冷媒回路５は、受液器１６、液ポンプ１８、そして複数のショーケース１Ａ，１Ｂ・・・毎に配設された電磁弁１１Ａ，１１Ｂ・・・、流量調整弁１３Ａ，１３Ｂ・・・、及び蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・を主に備える。そして、受液器１６を介し液ポンプ１８から送り出される冷媒ＣＯ_２は、図２の矢印で示すように、電磁弁１１及び流量調整弁１３を通り蒸発器１５に供給され、ここでＣＯ_２は蒸発し、その気化熱でショーケース１内を冷却し、その後、受液器１６に回収される。更に、受液器１６から熱交換器６に供給される気体ＣＯ_２は、熱交換器６において冷却液化され、再び受液器１６に循環される。

２次側冷媒回路５における液ポンプ１８は、後述する複数のショーケース１の運転状態若しくは停止状態にかかわらず、一定の負荷で常時運転を継続しており、一方、１次側冷媒回路４における１次側圧縮機７は、その吸入圧力を可変に設定しながら運転しているため、通常運転時において、熱交換器６による両回路４，５の熱交換が常時行われることになる。

また、ショーケース１本体内には商品陳列棚１７が多段に設けられていると共に、ショーケース１の内周部には内側の冷気循環通路１９と外側の空気循環通路２１の２つの通路が２重構造に形設されている。

図１に示されるように、送風機２３によりショーケース１内を循環する空気は、蒸発器１５のところで冷却され、冷気となって内側の冷気循環通路１９を経由してショーケース１の前面開口に導かれ、冷気エアカーテン２５を形成する。一方、送風機２３によりショーケース１内を循環する空気は、冷気循環通路１９の外側に設けた空気循環通路２１を通り冷気エアカーテン２５の外側に保護エアカーテン２８を形成する。

また、ショーケース１内には庫内温度を計測する庫内温度センサ２９が設置され、この庫内温度センサ２９からの信号は図示しないコントローラに入力される。コントローラは庫内温度センサ２９で計測した温度が予め設定した上下限値と比較し、上限値より高くなれば電磁弁１１を開放して冷媒ＣＯ_２を導入して冷却を図り、下限値より低くなれば電磁弁１１を閉鎖して冷媒ＣＯ_２を遮断して冷却を停止し、ショーケース１の庫内温度が設定温度範囲内になるように制御している。

次に、図２に基づき本発明の冷凍・冷蔵設備の集中管理システムについて説明する。冷凍・冷蔵機ユニット３の２次側冷媒回路５において、複数のショーケース１Ａ、１Ｂ・・・に向けて２次側冷媒であるＣＯ_２を循環供給している。即ち、受液器１６から液ポンプ１８を介して各ショーケース１Ａ、１Ｂ・・・毎に配設された電磁弁１１Ａ，１１Ｂ・・・、そして流量調整弁１３Ａ，１３Ｂ・・・に分岐し、蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・に供給された液体ＣＯ_２は、蒸発して各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・内を冷却し、その後、分岐した配管が集合して一つの配管ラインとなり再び受液器１６に戻される。

各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・内での温度制御は、先に説明したように、庫内温度センサ２９Ａ，２９Ｂ・・・からの信号に基づき、各コントローラ３１Ａ，３１Ｂ・・・からの出力信号で、電磁弁１１Ａ，１１Ｂ・・・を開閉制御することで行う。制御管理ユニット３３は、各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・の各コントローラ３１Ａ，３１Ｂ・・・から運転状況情報や庫内温度情報を、また、流量調整弁１３Ａ，１３Ｂ・・・と蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・間の冷媒配管に設けた冷媒の温度検知センサ３５Ａ，３５Ｂ・・・で計測した蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・の入り口温度情報、１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力を計測する圧力センサ３７から外部信号Ｅが制御管理ユニット３３に出力され、制御管理ユニット３３は、この情報に基づき、最適な１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力が得られるよう圧縮機制御部３９に制御信号イを出力して１次側圧縮機７の運転制御を行って、冷凍・冷蔵設備の集中管理をする。

運転状況情報は、冷媒ＣＯ_２が蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・内を流通しているかどうかを判断するものであり、電磁弁１１Ａ，１１Ｂ・・・の開（オン），閉（オフ）で判断して外部信号Ａ，Ｃ・・・として制御管理ユニット３３に出力される。また、温度検知センサ３５Ａ，３５Ｂ・・・で計測した冷媒ＣＯ_２の入り口温度情報は、外部信号Ｂ，Ｄ・・・として制御管理ユニット３３に出力され、制御管理ユニット３３において、各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・のＣＯ_２蒸発圧力（以下単にＣＯ_２圧力という）に変換される。そして、このＣＯ_２圧力に基づき、更に制御管理ユニット３３において、１次側冷媒回路４におけるフロン蒸発圧力（以下単にフロン圧力という）に換算される。

このようにすることで、蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・に導入される２次側冷媒ＣＯ_２の入り口温度を１次側圧縮機７の容量制御に反映させることができ、高効率な容量制御が可能となる。

尚、本実施例のように、温度検知センサ３５Ａ，３５Ｂ・・・で計測した冷媒ＣＯ_２の入り口温度情報を制御管理ユニット３３において、ＣＯ_２圧力に変換するに限らず、例えば、蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・の入り口近傍あるいは出口近傍に圧力センサを設け、該圧力センサにより直接にＣＯ_２の圧力を計測してもよい。

図３に示すように、制御管理ユニット３３は、制御部３３ａ、外部信号入力部３３ｂ、制御信号出力部３３ｃ、記憶部３３ｄ、表示部３３ｅを備えている。そして、記憶部３３ｄに予め記憶された、入り口温度情報からＣＯ_２圧力に変換する所定の変換式、及びＣＯ_２圧力情報からフロン圧力に換算する所定の換算式に基づき、制御部３３ａにおいて、入力された入り口温度情報から、ＣＯ_２圧力情報を介して一義的にフロン圧力が換算される。次に、外部信号入力部３３ｂには各コントローラ３１Ａ，３１Ｂ・・・から所属の電磁弁１１Ａ，１１Ｂ・・・のオン、オフ情報（外部信号Ａ，Ｃ・・・）と、各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・毎の蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・の入り口温度情報（外部信号Ｂ，Ｄ・・・）と、フロン圧力情報（外部信号Ｅ）とを受け取ると共に、操作端末を介し各種設定情報を入力することができる。

制御部３３ａでは電磁弁１１Ａ，１１Ｂ・・・のオン、オフ情報により各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・毎に運転状態にあるか否かを判定すると共に、各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・毎の蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・の入り口温度情報より冷媒ＣＯ_２の蒸発温度を換算し、そのときのＣＯ_２圧力を演算して、更にフロン圧力に換算し、記憶部３３ｄに運転状態や演算結果を記憶保存する。また記憶部に３３ｄにはメモリカード等の外部記憶媒体３３ｄ’に各種情報を記憶させて取り出すことができると共に、外部記憶媒体３３ｄ’に記憶した各種設定情報を記憶部３３ｄに取り込むこともできる。

表示部３３ｅは操作端末を介し各種設定情報を入力するときの情報を表示したり、あるいはショーケースの各種冷却情報（庫内温度等）を表示させるための信号変換部であり、制御部３３ａ上にあるいは独立した表示パネル（図示せず）に各種冷却情報を表示させることができる。そして制御信号出力部３３ｃでは、各種冷却情報に基づき制御部３３ａで演算した最適な１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力を得るために圧縮機制御部３９に制御信号イを送信する。圧縮機制御部３９では１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力が制御部３３ａで演算した値になるように、図示しないインバータにより１次側圧縮機７の回転数が可変制御される。

１次側圧縮機７を駆動するためのエネルギ消費を極力抑えた効率の良いエコ運転するためには、１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力の最適値を見いださなければならない。即ち、１次側圧縮機７の消費電力量は、１次側圧縮機７の吐出圧力から吸入圧力を引いた圧力差に左右されるため、１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力が高い圧力値で運転することが望ましいが、運転状態にある各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・の蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・に冷媒ＣＯ_２を確実に循環供給するためには、刻々と変動する各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・単位のＣＯ_２圧力と、各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・毎に有する固有の圧力損失値を求める必要がある。ここで言う固有の圧力損失値とは各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・に内蔵した個々の蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・が有するＣＯ_２の流路抵抗と、各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・が配置された位置から圧力センサ３７までの冷媒管路抵抗を圧力の損失値として換算したもので、各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・毎に実測して求め、その実測値を制御部３３ａの記憶部３３ｄに予め記憶させておく。

図４は、庫内温度を２〜１５°Ｃに保つ青果用ショーケース、−２〜２°Ｃに保つ精肉鮮魚用ショーケースが含まれる複数のショーケース毎の、ショーケースの種類、液ポンプ１８からショーケースまでの距離、圧力損失値、１次側圧縮機の冷媒吸入圧力を０．１０ＭＰａで吸引したある時点での運転状態にあるショーケースにおける冷媒の蒸発圧力を一部省略して示したものであり、ショーケースは液ポンプ１８から一番近いもので５ｍ離れ、一番遠いものでは１２ｍ以上離れた状態で設置してある。

そして図４に示すように、ショーケース１Ａについて言えば、冷媒ＣＯ_２の入り口温度情報−１５°Ｃに基づきＣＯ_２圧力２．１９ＭＰａを算出し、次に、このＣＯ_２圧力２．１９ＭＰａに基づいて冷媒フロンの蒸発圧力（Ａ）０．３６ＭＰａを算出する。そして、蒸発圧力（Ａ）０．３６ＭＰａからショーケース１Ａの固有の圧力損失値（Ｒ）０．１５ＭＰａを引いた値、即ち、（Ａ）−（Ｒ）＝０．３６−０．１５＝０．２１ＭＰａより低い吸入圧で吸引しなければ流路抵抗により冷媒の流れが停止してしまうことになる。同様に、ショーケース１Ｂでは（Ａ）−（Ｒ）＝０．３４５−０．１７５＝０．１７ＭＰａ以下の吸入圧で吸引する必要がある。このようにして運転されているショーケース全てに冷媒を循環供給するためには、（Ａ）−（Ｒ）の値が最も小さな値となるショーケース１Ｄの０．１３ＭＰａが基準となり、圧縮機吸引圧が０．１３ＭＰａ以下で運転されればよいことになるが、実際には１次側圧縮機の冷媒吸入圧力が０．１０ＭＰａで運転されているので問題はない。しかし、１次側圧縮機の冷媒吸入圧力が０．１０ＭＰａになるように運転するには１次側圧縮機のインバータ制御による回転数の増減を絶えず行わなければならないので、制御特性の安定性から一般には、ディファレンシャル差圧として本実施例１では０．０３ＭＰａだけ幅を持たせて運転するようになっている。

図４に示した各ショーケースの蒸発圧力（Ａ）の値は、ある時点での値であり、次の瞬間にはオフになっていた電磁弁が開放してショーケースが運転状態に入ったり、逆に今まで運転状態にあったショーケースがデフロスト状態に入ることもあり、時々刻々と各ショーケース単位で（Ａ）−（Ｒ）の値が変化している。従って（Ａ）−（Ｒ）の値の最も小さな値は絶えず変化し、そのたびに最適な１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力の設定範囲を変化させる必要がある。

次に、複数のショーケース１Ａ，１Ｂ・・・の冷却運転の停止、または受液器１６内の二酸化炭素冷媒の圧力に基づく１次圧縮機７の運転制御について説明する。

図５に示されるように、複数のショーケース１Ａ，１Ｂ・・・の冷却運転が全て停止した非常時の場合に、制御管理ユニット３３の制御部３３ａは、受液器１６に設けた圧力センサ２０により検知され（図２参照）、外部信号Ｆとして出力される二酸化炭素冷媒の圧力値が、所定圧力値範囲内に収まるように、この圧力値に連動して、すなわち複数のショーケース１Ａ，１Ｂ・・・の冷却運転の状態に連動して、圧縮機制御部３９に出力する制御信号イにより、１次側圧縮機７をアイドリング運転させる制御を行うように成っている。このように、複数のショーケース１Ａ，１Ｂ・・・の冷却運転が全て停止し、冷凍・冷蔵サイクルの負荷を要しなくなった場合に、１次側圧縮機７をアイドリング運転させる制御を行うことで、全てのショーケース１Ａ，１Ｂ・・・の停止に起因する受液器１６における二酸化炭素冷媒の過度の圧力上昇を解消するために、受液器１６に設けられた逃し弁２２を開放して二酸化炭素冷媒を２次側冷媒回路５の外部に放出する必要がなくなり、ＣＯ_２排出の要因を回避できる。

また、このように、受液器１６における二酸化炭素冷媒の圧力値が、所定圧力値範囲内の場合に、１次側圧縮機７をアイドリング運転させる制御を行うことで、この場合に１次側圧縮機７を停止させることで再運転時に発生する負荷を回避して、エネルギ消費の少ない１次側圧縮機７の運転が可能となる。

尚、複数のショーケース１Ａ，１Ｂ・・・の冷却運転が全て停止した場合に、１次側圧縮機７をアイドリング運転させる制御を行うに限らず、例えばこの場合に、１次側圧縮機７を停止させる制御を行ってもよいし、また、１次側圧縮機７を所定の低負荷運転させる制御を行ってもよい。

更に、受液器１６における二酸化炭素冷媒の圧力値が、所定圧力値を上回る非常時の場合に、制御管理ユニット３３の制御部３３ａは、１次側圧縮機７を強制的に運転させる制御を行うように成っている。このように、通常における１次側圧縮機７の運転・停止に関わらず、強制的に運転させる制御を行い、両冷媒の熱交換を積極的に行うことで、二酸化炭素冷媒が過度に圧力上昇する虞を解消できる。

次に、１次圧縮機７の運転停止、または受液器１６内の二酸化炭素冷媒の圧力に基づくショーケース１の運転制御について説明する。

１次側圧縮機７が停止した場合に、制御管理ユニット３３の制御部３３ａは、受液器１６に設けた圧力センサ２０により検知される二酸化炭素冷媒の圧力値が、所定圧力値範囲内に収まるように、この圧力値に連動して、すなわち１次側圧縮機７の運転の状態に連動して、複数のショーケース１Ａ，１Ｂ・・・の冷却運転を制御するように成っている。このように、１次側圧縮機７が停止し、熱交換器６による両冷媒の熱交換が不安定になり易くなった場合に、受液器１６における二酸化炭素冷媒の圧力値が所定圧力値範囲内に収まるように、複数のショーケース１Ａ，１Ｂ・・・の冷却運転を制御することで、１次側圧縮機７の停止に起因する受液器１６における二酸化炭素冷媒の過度の圧力上昇を解消するために、逃し弁２２を開放して二酸化炭素冷媒を２次側冷媒回路５の外部に放出する必要がなくなり、ＣＯ_２排出の要因を回避できる。

また、受液器１６における二酸化炭素冷媒の圧力値が、所定圧力値を上回る非常時の場合に、制御管理ユニット３３の制御部３３ａは、液ポンプ１８を制御する液ポンプ制御部４０に制御信号ロを出力し、若しくは電磁弁１１Ａ，１１Ｂ・・・を制御する電磁弁制御部４１Ａ，４１Ｂ・・・に制御信号ハ，ニ・・・を出力して、液ポンプ１８若しくは電磁弁１１Ａ，１１Ｂ・・・停止させることにより、ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・の冷却運転を停止する制御を行うように成っている。このようにすることで、２次側冷媒回路５内における気化された二酸化炭素冷媒の増加を抑えることが出来るため、エネルギ消費を抑えながら受液器１６の圧力を下げることができる。また、このように、液ポンプ１８、若しくは蒸発器１５Ａ，１５Ｂ・・・に二酸化炭素冷媒を導入する電磁弁１１Ａ，１１Ｂ・・・が停止することで、二酸化炭素冷媒が２次側冷媒回路５内を循環されない状態となり、この状態をショーケース１Ａ，１Ｂ・・・の冷却運転の停止とすることで、ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・の冷却運転の制御が容易になる。

尚、受液器１６における二酸化炭素冷媒の圧力値が、所定圧力値を上回る場合に、制御管理ユニット３３の制御部３３ａは、液ポンプ１８の運転を所定の低負荷運転とし、若しくは電磁弁１１Ａ，１１Ｂ・・・を所定の開放具合とすることにより、ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・の冷却運転を一部抑制する制御を行うようにしてもよい。

上述した複数のショーケース１Ａ，１Ｂ・・・の冷却運転の停止、または受液器１６内の二酸化炭素冷媒の圧力に基づく１次圧縮機７の運転制御と、１次圧縮機７の運転停止、または受液器１６内の二酸化炭素冷媒の圧力に基づくショーケース１の運転制御とは、制御管理ユニット３３の制御部３３ａが、いずれか一方の運転制御を選択可能に行ってもよいし、また、両方の運転制御を重ねて行ってもよい。

図６は本発明の冷凍・冷蔵設備の集中管理システムのエコ運転の状況を示した線図であり、最適な１次側圧縮機の冷媒吸入圧力の設定範囲が自動設定されている。図６における線分Ｘは制御管理ユニット３３の制御部３３ａで運転中のショーケースの蒸発圧力値（Ａ）から圧力損失値（Ｒ）を引いた値（Ａ）−（Ｒ）を算出圧力値として所要時間毎に演算し、その最低値を所定時間ごとにプロットしたものである。１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力のロードアップ圧ＰＵ（線分Ｙ）は、線分Ｘよりも０．０４ＭＰａのオフセット圧に圧力損失を加えた圧だけ低く設定して冷凍能力に余裕を持たせている。そして前記ようにロードアップ圧ＰＵとロードダウン圧ＰＤ（線分Ｚ）の差圧であるディファレンシャル差圧を０．０３ＭＰａとすることで、１次側圧縮機７の風量制御の追従性が良くすると共に、１次側圧縮機７の短時間での容量の反転動作（いわゆるハンチング）を防ぎ、制御特性の安定化を図っている。

最適な１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力の自動設定について詳述すると、線分Ｘに対しオフセット圧である０．０４ＭＰａ低い、線分Ｘと平行な線分Ｙがロードアップ線分となり、線分Ｙより更にディファレンシャル差圧である０．０３ＭＰａ低い線分がロードダウン線分Ｚとなる。従って、１次側圧縮機７の冷媒吸入圧は、所要時間として例えば各分ごとに線分Ｙと線分Ｚ間で線分Ｘに対し追従推移するようにフィードバック制御される。

自動調節の方法は１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力を圧力センサ３７で設定値毎に計測し、その計測値を制御管理ユニット３３の外部信号入力部３３ｂに取り込み、制御部３３ａで計測値がロードアップ圧ＰＵとロードダウン圧ＰＤの範囲内にあるように、制御信号出力部３３ｃより圧縮機制御部３９に出力する。１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力がロードアップ圧ＰＵより高くなろうとする時はインバータ制御により１次側圧縮機７の回転速度を上げ出力容量を増加させ、逆にロードダウン圧ＰＤより低くなろうとする時は１次側圧縮機７の回転速度を下げて出力容量を減少させる制御を行っている。これにより、１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力が常にロードアップ圧ＰＵとロードダウン圧ＰＤの範囲内にある。

しかし、デフロストが一斉に入り全てのショーケースの電磁弁が閉止すると冷媒が流れなくなり、１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力がロードアップ圧ＰＵとロードダウン圧ＰＤの範囲内にとどまらず低下していくので、ロードダウン圧ＰＤより低い所定圧になった時、制御信号出力部３３ｃより圧縮機制御部３９に停止指令信号を出して１次側圧縮機７の運転を止め冷凍システムの保護を図るようになっている。

このように、１次側圧縮機７の冷媒吸入圧力は、所要時間毎に算出した算出圧力値の中から最も低い圧力値を設定圧力値として所定時間毎に設定して、この設定圧力値を、運転状況の経時的変化に応じて連続的に設定変更し、冷媒の流れ抵抗と、１次側圧縮機７の制御上の安定性を考慮した上で極力高い吸入圧を選択しているので、１次側圧縮機７の運転に要するエネルギ消費を常に低く維持でき、冷却性能を向上させ、設定値に余裕を持たせて低く設定していた従来の圧縮機駆動制御に比べ省エネ運転が実現できる。

上述したように、１次側冷媒回路４と、２次側冷媒回路５と、熱交換器６と、を備えた冷凍・冷蔵サイクルにおいて、熱交換器６を一定の負荷設定で常時運転した状態でも、１次側圧縮機７の吸入圧力を、各ショーケース１Ａ，１Ｂ・・・毎の、運転状況、１次側冷媒圧力に換算される２次側冷媒圧力、及び固有の圧力損失値に基づき可変に設定して、１次側圧縮機７の容量制御を行うことで、制御方式がシンプルとなり、かつ冷媒吸入圧力を低く設定し過ぎることがないので、冷凍機の運転エネルギ消費量を低く抑えることができる。特に、本実施例のように１次側冷媒（フロン）と２次側冷媒（ＣＯ_２）とが異なる冷媒であっても、２次側冷媒回路５における各種パラメータを１次側冷媒に換算することで、１次側圧縮機７の容量制御を正確且つ容易に行うことが出来る。

本発明の実施例２を図７に基づいて説明する。図７は、１次側圧縮機の吸入圧力推移範囲を手動設定した場合のエコ運転状況を示す線図である。

本実施例では、運転中のショーケースの蒸発圧力値（Ａ）から圧力損失値（Ｒ）を引いた値（Ａ）−（Ｒ）を設定値毎に演算し、その最低値を所要時間として各分ごとに記憶しある期間統計を取り、各最低値のうちで所定時間ごとに最も低い値を基準にしてその値よりオフセット圧引いた値をロードアップ圧とし、更にその値よりディファレンシャル差圧引いた値をロードダウン圧とし、ロードアップ圧とロードダウン圧範囲を固定してこの範囲内で１次側圧縮機７の吸入圧力推移させている。

図７に示すように、最も低い基準圧が０．１７ＭＰａであり、オフセット圧に圧力損失を加えた０．０４ＭＰａを考慮してロードアップ圧が０．１３ＭＰａ、ロードダウン圧をディファレンシャル差圧（０．０４ＭＰａ）分低い０．０９ＭＰａとしたものであり、ショーケースの蒸発圧力値（Ａ）から圧力損失値（Ｒ）を引いた値（Ａ）−（Ｒ）の最低値を所要時間ごとにプロットした線分Ｘが高い圧を示しても、１次側圧縮機７の吸入圧力推移範囲は不変である。したがって、実施例１に比べ、１次側圧縮機７の吸入圧力推移範囲が線分Ｘに追従しない分だけ、線分Ｘの値が大きいときにエネルギ消費が多少多くなるが、冷媒の流れ抵抗と、１次側圧縮機７の制御上の安定性を考慮した上で極力高い吸入圧を手動選択しているので、従来の圧縮機駆動に比べ省エネ運転が実現できる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、実施例では、冷媒の蒸発温度情報よりそのときの冷媒の蒸発圧力を演算して求めているが、直接冷媒の蒸発圧力をセンサで検出するようにしても良い。また、実施例では、オフセット圧に圧力損失を加えた圧を０．０３ＭＰａ、ディファレンシャル差圧を０．０３ＭＰａ若しくは０．０４ＭＰａとして固定しているが、ショーケースの数や、用途、１次側圧縮機の性能、使用時節等によって適宜その値を変えることができる。

また、実施例では、一系統１０台のショーケースを１台の冷凍機ユニットで冷媒を循環供給して、１次側圧縮機７の運転を制御管理ユニットで制御しているが、ショーケースの数は１０台に限定されるものではなく、また、冷凍機ユニットを複数用意し複数台のショーケースを有するグループ毎に冷凍機ユニットを設けて多グループ化し、これらを制御管理ユニットで管理制御することも可能である。また、１次側圧縮機はインバータ式圧縮機に限らず容量制御により吸入圧が可変にできるものであれば他の形式の圧縮機を使用しても良い。

更に、実施例では、１次側冷媒としてフロンが示され、２次側冷媒としてＣＯ_２が示されているが、１次側冷媒若しくは２次側冷媒として用いる物質はこれに限られず、例えば、アンモニアやイソブタン、炭化水素等であってもよい。

冷凍・冷蔵ショーケースの一般的な構造説明図である。冷凍・冷蔵設備の集中管理システムの系統図である。制御管理ユニットの概略構成を示すブロック図である。ショーケース単位の、種類や、圧力損失値等の各種情報を示した表である。図４と同じく、全てのショーケースが運転停止状態となった場合を示した表である。１次側圧縮機の吸入圧力推移範囲を自動設定した場合のエコ運転状況を示す線図である。１次側圧縮機の吸入圧力推移範囲を手動設定した場合のエコ運転状況を示す線図である。

符号の説明

１ショーケース
３冷凍・冷蔵機ユニット
４１次側冷媒回路
５２次側冷媒回路
６熱交換器
７１次側圧縮機
８凝縮器
１１電磁弁
１５蒸発器
１６受液器
１８液ポンプ
２０圧力センサ
３３制御管理ユニット
３５温度検知センサ
３７圧力センサ
３９圧縮機制御部

Claims

１次側圧縮機から吐出した１次側冷媒が１次側凝縮器を介して循環する１次側冷媒回路と、２次側冷媒が複数のショーケースに夫々内蔵した蒸発器を介して循環する２次側冷媒回路と、１次側冷媒と２次側冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、を備えた冷凍・冷蔵サイクルにおいて、
各ショーケース毎の運転状況情報及び固有の圧力損失値に基づいて選択された所定のショーケースにおける２次側冷媒圧力値を前記１次側冷媒回路内の１次側冷媒の蒸発圧力値に換算し、前記１次側冷媒回路内の圧力が前記蒸発圧力値となるように前記１次側圧縮機の吸入圧力を制御し、前記熱交換器によって前記１次側冷媒回路側から前記２次側冷媒回路へ伝達される熱量を調整することを特徴とする冷凍・冷蔵設備の集中管理システム。
前記２次側冷媒回路における前記蒸発器の入り口側に、該蒸発器に導入される２次側冷媒の入り口温度を検知する温度検知センサが設けられ、該温度検知センサにより検知された２次側冷媒の入り口温度情報に基づき、２次側冷媒圧力に変換することを特徴とする請求項１に記載の冷凍・冷蔵設備の集中管理システム。
前記１次側圧縮機の１次側吸入圧力は、各ショーケース毎に、２次側冷媒圧力から固有の圧力損失値を差し引いた算出圧力値を所要時間毎に算出し、該算出圧力値の中から最も低い圧力値を設定圧力値として、該設定圧力値に基づき所定時間毎に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍・冷蔵設備の集中管理システム。
前記１次側圧縮機の１次側吸入圧力は、前記所要時間毎に算出した最も低い圧力値よりも所定のオフセット量低い圧力値を設定圧力値として、該設定圧力値に基づき所定時間毎に設定されることを特徴とする請求項３に記載の冷凍・冷蔵設備の集中管理システム。
前記オフセット量低くした圧力値を上限値とし、該上限値よりも所定圧力更に低い圧力値を下限値として設定され、前記１次側圧縮機の１次側吸入圧力が前記上限値と下限値との範囲内に収まるように、前記１次側圧縮機が容量制御されることを特徴とする請求項４に記載の冷凍・冷蔵設備の集中管理システム。