JP6011290B2 - 冷凍システム - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１台の冷凍機と複数のショーケースとを冷媒配管で接続した冷凍回路を備え、ショーケースの除霜運転を行う冷凍システムに関する。

従来より、スーパーマーケット等の店舗やその他一般産業分野等では、１台の冷凍機と複数のショーケースとを冷媒配管で接続した冷凍回路を備えた冷凍システムが用いられている。通常、冷凍システムを構成するショーケースでは、熱交換器に付着した霜を除去するための除霜運転が実行される。

例えば、特許文献１には、ショーケースから除霜運転を行う旨の通知を受けた場合等には、除霜運転を開始する際に冷凍機の出力を定常状態よりも低下させる制御を行うと共に、除霜運転を終了する際に冷凍機の出力を定常状態よりも上昇させる制御を行う制御装置を備えた冷凍システムが開示されている。

特開２００９−１３９０２８号公報

上記特許文献１記載の構成は、複数のショーケースをいくつかのグループに振分け、各グループ毎に除霜運転を行うことを前提としており、このため、除霜運転中は冷凍機の出力を低下させた制御を行うものとしている。従って、例えば、所定の冷凍機に接続された全てのショーケースで除霜運転を同時に行なう場合にも冷凍機の運転が継続されることになり、システム全体での電力消費量を十分に低減することはできない。

一方、従来よりショーケースの除霜運転時に冷凍機の運転を停止する制御を行うシステムも用いられているが、このようなシステムでは、冷凍機の運転停止をショーケースでのバルブの閉塞による吸入圧の低下検知によって行なっている。この場合にはショーケースの残留冷媒が気化し、冷凍機の吸入圧力が上昇するため、ショーケースの除霜終了を待たずに冷凍機の運転が開始されたり、着霜の少ないショーケースに依拠して極めて低負荷の状態で冷凍機の運転が開始されたりすることがある。すなわち、冷却負荷が冷凍機の最低運転負荷を下回る場合は冷凍機の吸入圧力が低下し、運転開始後すぐに停止するような短時間の間欠運転が冷凍機に繰り返され、無駄な電力消費を生じることになる。

本発明は、上記従来技術の課題を考慮してなされたものであり、ショーケースの除霜運転での冷凍機の運転開始制御を適切に行い、消費電力量を低減することができる冷凍システムを提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍システムは、少なくとも１台の冷凍機と複数のショーケースとを冷媒配管で接続した冷凍回路を備え、前記冷凍機の運転を停止することで前記複数のショーケースの除霜運転を同期させて開始すると共に、個々のショーケース毎に設定された終了条件に基づいて除霜の終了判断を行う冷凍システムであって、個々のショーケース毎の除霜の状態を収集する除霜状態収集手段と、個々のショーケースに要求される冷却能力である要求冷却能力を算出する演算手段と、前記除霜状態収集手段によって除霜の終了が判断された各ショーケースについての前記演算手段で算出された要求冷却能力を積算する積算手段と、前記冷凍機が最低出力で運転される場合の冷却能力である最低冷却能力のデータを保持する保持手段と、除霜が終了した各ショーケースの要求冷却能力の合計値が前記冷凍機の最低冷却能力を上回った場合に、又は前記合計値と前記最低冷却能力との比が基準比率を上回った場合に、前記冷凍機に対して運転開始を指示する冷凍機運転判定手段とを備えることを特徴とする。

このような構成によれば、冷凍機を停止して各ショーケースの除霜運転を一括して開始した後、個々のショーケース毎に温度や経過時間等の終了条件に基づき除霜の終了判断を行う。この際、除霜状態収集手段により個々のショーケース毎の除霜終了の状況を監視し、積算手段により除霜が終了したショーケースについての要求冷却能力を積算し、冷凍機運転判定手段により除霜が終了した各ショーケースの要求冷却能力の合計値と冷凍機の最低冷却能力とを比較し、要求冷却能力の合計値が冷凍機の最低冷却能力を上回った場合に、冷凍機を運転開始する。このため、冷凍機を除霜運転中に停止しておくことで消費電力を抑えることができ、さらに、冷凍機の運転開始タイミングを最適化することができるため、システム全体での消費電力量を低減し、省エネルギ化を実現することができる。

前記除霜状態収集手段は、収集した個々のショーケース毎の除霜の状態を前記保持手段に集約して登録し、前記積算手段は、前記保持手段に登録された個々のショーケース毎の除霜の状態に基づき、前記要求冷却能力の積算処理を行うものとしてよい。そうすると、積算手段は、保持手段に登録された個々のショーケース毎の除霜の状態を利用して、要求冷却能力の積算処理を円滑に行うことができる。

前記演算手段は、前記ショーケースの仕様、設定温度、又は除霜運転開始前の運転状態を指標として前記要求冷却能力を算出するようにしてもよい。

本発明によれば、冷凍機を除霜運転中に停止しておくことで消費電力を抑えることができ、さらに、冷凍機の運転開始タイミングを最適化することができるため、システム全体での消費電力量を低減し、省エネルギ化を実現することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る冷凍システムの全体構成図である。 図２は、除霜制御装置の構成を示すブロック図である。 図３は、演算データ保持装置で保持する対応データの一例を示す表である。 図４は、図１に示す冷凍システムでの除霜運転の制御手順の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る冷凍システムについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る冷凍システム１０の全体構成図である。冷凍システム１０は、スーパーマーケットやコンビニエンスストア等の店舗やその他一般的産業分野の工場等に設置され、商品等の冷凍や冷蔵を行うためのものである。

図１に示すように、冷凍システム１０は、１台の冷凍機１２と、冷凍機１２と冷媒配管１４で接続された複数（図１では５台）のショーケース１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅと、これら冷凍機１２及びショーケース１６ａ〜１６ｅと信号線１８で接続され、ショーケース１６ａ〜１６ｅとはシリアル通信、冷凍機１２とはシリアル通信やＯＮ−ＯＦＦ通信が行なわれる除霜制御装置２０とを備える。

冷凍機１２は、図示しない圧縮機及び熱交換器（凝縮器）等を備える公知の構成である。冷凍機１２は、冷媒配管１４を介して圧縮機で圧縮した液相冷媒をショーケース１６ａ〜１６ｅに供給する。この液相冷媒は、ショーケース１６ａ〜１６ｅに備えられた図示しない熱交換器（蒸発器）で蒸発した後、気相冷媒となって冷媒配管１４を介して冷凍機１２の圧縮機に戻るサイクル（冷凍サイクル）を繰り返す。すなわち、冷媒配管１４は、冷凍機１２とショーケース１６ａ〜１６ｅとの間に冷媒の往復分の２本が配設され、冷凍機１２とショーケース１６ａ〜１６ｅは２本の冷媒配管１４に対してそれぞれ並列に接続されることで冷凍回路が構築されている。冷凍機１２は、２台以上としてもよく、この場合には２台以上の冷凍機１２を冷媒配管１４に対して並列に接続するとよい。

各ショーケース１６ａ〜１６ｅは、上記した熱交換器（蒸発器）及び商品等の収納スペースとなる冷凍室（冷蔵室）等を備える公知の構成である。これら冷凍室や冷蔵室は、熱交換器で冷媒が蒸発する際の吸熱作用により室内の温度が低下する。冷凍システム１０では、５台のショーケース１６ａ〜１６ｅを冷凍機１２に冷媒配管１４で接続した構成を例示しているが、その設置台数は適宜変更可能である。

除霜制御装置（制御装置）２０は、図１中に破線で示す通信線１８によって冷凍機１２及び各ショーケース１６ａ〜１６ｅと電気的に接続されることで情報の授受が可能となっており、当該冷凍システム１０におけるショーケース１６ａ〜１６ｅの除霜運転を制御することができる。本実施形態の場合、除霜制御装置２０は、基本的には除霜運転の制御のみを担当するが、当該冷凍システム１０の全体制御を行うように構成してもよく、反対に、当該冷凍システム１０の全体制御を行う制御装置の一機能として構成してもよい。

図２は、除霜制御装置２０の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、除霜制御装置２０は、インタフェースとなる入力装置２２及び出力装置２４と、除霜状態収集装置（除霜状態収集手段）２６と、演算データ保持装置（保持手段）２８と、要求冷却能力演算装置（要求冷却能力演算手段）３０と、冷凍機運転判定装置（冷凍機運転判定手段）３２とを備え、外部入力部も兼ねる設定装置（設定手段）３４によって予め設定された運転条件等に基づき、冷凍システム１０の除霜運転を制御する。

入力装置２２は、信号線１８を介して各ショーケース１６ａ〜１６ｅから提供される蒸発器温度や運転時間等の除霜状態に関する情報を受ける入力用のインタフェースであり、取得した除霜状態に関する情報を除霜状態収集装置２６に送信する。出力装置２４は、冷凍機運転判定装置３２から提供される冷凍機１２の運転開始や運転停止に関する情報を発信する出力用のインタフェースであり、信号線１８を介して運転開始や運転停止の情報（指示）を冷凍機１２に送信する。これら入力装置２２及び出力装置２４は、例えば一体的な入出力用インタフェースとして構成されており、入力装置２２は冷凍機１２等の他の機器からの情報も受信し、出力装置２４はショーケース１６ａ〜１６ｅ等の他の機器にも情報を送信することができる。

除霜状態収集装置２６は、当該除霜制御装置２０が制御する冷媒系統（冷凍回路）に接続された個々のショーケース１６ａ〜１６ｅの除霜の状態の情報、例えば蒸発器温度や除霜運転開始からの経過時間等の情報を出力装置２２を介して収集する。そして、収集した情報（終了条件）に基づき、各ショーケース１６ａ〜１６ｅが除霜中か否か、つまり個々のショーケース１６ａ〜１６ｅの除霜が終了したか否かをショーケース単位で演算データ保持装置２８に書き込み、この演算データ保持装置２８に各ショーケース１６ａ〜１６ｅの除霜状態情報を集約する。

演算データ保持装置２８は、例えば読み書き可能なＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）であり、上記のように、個々のショーケース１６ａ〜１６ｅの除霜状態がそれぞれ書き込まれる。さらに、演算データ保持装置２８は、設定装置３４によって予め設定されたショーケース１６ａ〜１６ｅの識別番号と冷却能力（Ｗ）の対応データ（テーブルデータ）を保持する。

図３に演算データ保持装置２８で保持する対応データの一例を示す。図３に示すように、この対応データは、例えば、５台のショーケース１６ａ〜１６ｅをそれぞれ識別番号１〜５として定義し、この識別番号１〜５に対してそれぞれ、基準設定温度（℃）での冷却能力（Ｗ）と、実際の運転時の温度変化に伴う冷却能力の補正値（Ｗ／Ｋ）とをテーブルデータとして設定したものである。

設定装置３４は、当該冷凍システム１０の管理者等がキーボードやタッチパネル等の図示しない入力手段を用いて各装置に関するデータを設定するものであり、例えば、図３に示す対応データが入力されるとこれを演算データ保持装置２８に登録する。また、設定装置３４は、各ショーケース１６ａ〜１６ｅの型式毎の冷却能力のデータと、冷凍機１２の型式毎の最低冷却能力のデータとを記憶したデータベース３４ａを備える。ここで、最低冷却能力とは、冷凍機１２がその最低出力で運転される場合の冷却能力を示すものである。

要求冷却能力演算装置３０は、演算データ保持装置２８から供給される各ショーケース１６ａ〜１６ｅ（各識別番号１〜５）毎の基準設定温度（℃）での冷却能力（Ｗ）の対応データ（図３参照）に基づき、個々のショーケース１６ａ〜１６ｅに実際に要求される冷却能力である要求冷却能力を算出する演算手段３０ａとしての機能を有する。具体的には、図３に示される各識別番号１〜５毎の基準設定温度（℃）での冷却能力（Ｗ）を、各ショーケース１６ａ〜１６ｅの種類・型式等の仕様、実際に設定された設定温度、又は（及び）除霜運転開始前の運転状態（蒸発器温度等）を指標とし、例えば図３中の補正値（Ｗ／Ｋ）を用いて補正することにより、その補正後の冷却能力を要求冷却能力として算出する。

要求冷却能力演算装置３０は、さらに、演算データ保持装置２８を介して、除霜状態収集装置２６によって除霜の終了が判断された各ショーケース１６ａ〜１６ｅについての演算手段３０ａで算出された要求冷却能力を積算する積算手段３０ｂとしての機能も有する。この積算手段３０ｂは、例えば、５台のショーケース１６ａ〜１６ｅのうち、識別番号１のショーケース１６ａと識別番号３のショーケース１６ｃの除霜が終了したと判断されている場合に、これら識別番号１，３について演算手段３０ａで算出済みの要求冷却能力を積算（加算）する。これにより、各タイミングでの冷凍システム１０全体での合計要求冷却能力、この例では識別番号１，３の合計要求冷却能力を算出し、他の識別番号２，４，５についてもその除霜が終了次第、順次積算される。

冷凍機運転判定装置３２は、要求冷却能力演算装置３０の積算手段３０ｂで算出された除霜が終了した各ショーケース１６ａ〜１６ｅの要求冷却能力の合計値（合計要求冷却能力）と、演算データ保持装置２８に保持されている冷凍機１２の最低冷却能力とを比較し、合計要求冷却能力が最低冷却能力を上回った場合に、出力装置２４を介して冷凍機１２に対する運転開始の指示を行う。この運転開始の指示は、単純に合計要求冷却能力と最低冷却能力とを比較する以外にも、例えば、合計要求冷却能力と最低冷却能力との比が予め設定された基準比率を上回った場合等に発せられるものとしてもよい。

冷凍機運転判定装置３２は、さらに、当該除霜制御装置２０に備えられた図示しないタイマによって除霜運転開始時間となった場合、設定装置３４により予め設定されたタイミングとなった場合、又は各ショーケース１６ａ〜１６ｅに備えられたタイマや制御装置により除霜運転開始が指示された場合等に、出力装置２４を介して冷凍機１２に対する運転停止の指示も行う。

次に、以上のように構成される冷凍システム１０での除霜運転の制御手順について、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。

先ず、冷凍システム１０が通常運転され、各ショーケース１６ａ〜１６ｅの庫内温度が所定の設定温度に維持されている状態において、除霜制御装置２０は、図４中のステップＳ１に示すように、上記タイマ等を参照して除霜運転開始時間であるか否かの判定を継続実施する。

除霜運転開始時間であると判定されると（ステップＳ１のＹＥＳ）、冷凍機運転判定装置３２から出力装置２４を介して冷凍機１２へと運転停止指示が送信される（ステップＳ２）。これにより、冷凍システム１０では、冷凍機１２の運転が停止され、ショーケース１６ａ〜１６ｅに備えられた図示しない膨張弁や電磁弁が閉じられ、除霜運転が一括して開始される（ステップＳ３）。

除霜運転が開始されると、除霜状態収集装置２６は、入力装置２２を介して供給される各ショーケース１６ａ〜１６ｅの蒸発器温度やタイマで計測される除霜運転開始からの経過時間等の除霜状態の情報（終了条件）を収集し（ステップＳ４）、個々のショーケース１６ａ〜１６ｅ毎の除霜の終了判断を行う（ステップＳ６）。この終了判断は、ステップＳ４で収集する除霜状態の情報に基づき、各ショーケース１６ａ〜１６ｅが除霜中か否か、つまり個々のショーケース１６ａ〜１６ｅの除霜が終了したか否かを判断し、その判断結果をショーケース単位で演算データ保持装置２８に書き込み、演算データ保持装置２８に全てのショーケース１６ａ〜１６ｅのその時点での除霜状態を集約する。

他方、ステップＳ３で除霜運転が開始されると、ステップＳ４，Ｓ６の処理と並列して又は多少前後してステップＳ５が実行される。ステップＳ５において、要求冷却能力演算装置３０を構成する演算手段３０ａは、図３に示す対応データに基づき、各識別番号１〜５毎の基準設定温度（℃）での冷却能力（Ｗ）を、実際の設定温度や除霜運転開始前の運転状態等に基づき、例えば図３中の補正値を用いて補正し、その補正後の冷却能力を個々ショーケース１６ａ〜１６ｅ毎の要求冷却能力として算出する。

ステップＳ７では、除霜状態収集装置２６によって除霜の終了が判断された各ショーケース１６ａ〜１６ｅについての演算手段３０ａで算出された要求冷却能力を積算手段３０ｂで積算し、この時点での冷凍システム１０全体での合計要求冷却能力が算出される。例えば、ステップＳ７の時点で、識別番号１，３のショーケース１６ａ，１６ｃのみが除霜終了と判断されている場合には、これら識別番号１，３の要求冷却能力を積算した合計値がこの時点での合計要求冷却能力として算出される。

ステップＳ８において、冷凍機運転判定装置３２は、ステップＳ７で算出された合計要求冷却能力（上記の例では、識別番号１，３の要求冷却能力の合計値）と、設定装置３４によって予め演算データ保持装置２８に設定されている冷凍機１２の最低冷却能力とを比較する。

その結果、合計要求冷却能力が最低冷却能力より小さい場合には（ステップＳ８のＮＯ）、冷凍機運転判定装置３２は、冷凍機１２の運転開始が不要であると判断し、再びステップＳ４〜Ｓ７の処理が実行される。例えば、上記の例において、再び実行されたステップＳ４，Ｓ６により、識別番号１，３に加えて、例えば識別番号４のショーケース１６ｄが除霜終了と判断された場合には、次のステップＳ７において、積算手段３０ｂは、識別番号１，３の要求冷却能力の合計値に識別番号４の要求冷却能力を積算する。続いて、今度のステップＳ８において、冷凍機運転判定装置３２は、識別番号１，３，４の要求冷却能力の合計値と、冷凍機１２の最低冷却能力とを比較することになる。

合計要求冷却能力が最低冷却能力を上回った場合には（ステップＳ８のＹＥＳ）、冷凍機運転判定装置３２は、冷凍機１２の運転開始が必要であると判断し、出力装置２４を介して冷凍機１２へと運転開始指示を送信する（ステップＳ９）。これにより、冷凍システム１０では、冷凍機１２の運転が開始され、除霜が終了しているショーケース１６ａ〜１６ｅ（上記例では、識別番号１，３又は１，３，４）では、図示しない膨張弁や電磁弁が開かれ、庫内の冷却運転が再開される（ステップＳ１０）。一方、ステップＳ１０の時点で除霜が終了していないと判断されているショーケース１６ａ〜１６ｅ（上記例では、識別番号２，４，５又は２，５）は、ショーケース１６ａ〜１６ｅ側にて除霜の終了判断処理が行われ、除霜が終了したと判断された際には、図示しない膨張弁や電磁弁等が開かれて庫内の冷却運転が再開されることになる。

以上のように、本実施形態に係る冷凍システム１０は、少なくとも１台の冷凍機１２と複数のショーケース１６ａ〜１６ｅとを冷媒配管１４で接続した冷凍回路を備え、冷凍機１２の運転を停止することでショーケース１６ａ〜１６ｅの除霜運転を同期させて開始する（ステップＳ３）と共に、個々のショーケース１６ａ〜１６ｅ毎に設定された終了条件（蒸発器温度や除霜運転開始からの経過時間等）に基づいて除霜の終了判断を行う。そして、冷凍システム１０は、個々のショーケース１６ａ〜１６ｅ毎の除霜の状態を収集する除霜状態収集装置２６と、個々のショーケース１６ａ〜１６ｅに要求される冷却能力である要求冷却能力を算出する演算手段３０ａと、除霜状態収集装置２６によって除霜の終了が判断された各ショーケース１６ａ〜１６ｅについての演算手段３０ａで算出された要求冷却能力を積算する積算手段３０ｂと、冷凍機１２が最低出力で運転される場合の冷却能力である最低冷却能力のデータを保持する演算データ保持装置２８と、除霜が終了した各ショーケース１６ａ〜１６ｅの要求冷却能力の合計値が冷凍機１２の最低冷却能力を上回った場合に、又は合計値と最低冷却能力との比が基準比率を上回った場合に、冷凍機１２に対して運転開始を指示する冷凍機運転判定装置３２とを備える。

このように、冷凍システム１０は、冷凍機１２を停止して各ショーケース１６ａ〜１６ｅの除霜運転を一括して開始した後、個々のショーケース１６ａ〜１６ｅ毎に温度や経過時間等による所定の終了条件に基づき除霜の終了判断を行う。この際、除霜状態収集装置２６により個々のショーケース１６ａ〜１６ｅ毎の除霜の状況を監視し、積算手段３０ｂにより除霜が終了したショーケース１６ａ〜１６ｅについての要求冷却能力を積算し、冷凍機運転判定装置３２により除霜が終了した各ショーケース１６ａ〜１６ｅの要求冷却能力の合計値と冷凍機１２の最低冷却能力とを逐次比較し、この比較結果に基づき冷凍機１２の運転開始を判断する。このため、冷凍機１２を除霜運転中に停止しておくことで消費電力を抑えることができ、さらに、冷凍機１２の運転開始タイミングを最適化することができるため、システム全体での消費電力量を低減し、省エネルギ化を実現することができる。

この場合、除霜状態収集装置２６は、収集した個々のショーケース１６ａ〜１６ｅ毎の除霜の状態を演算データ保持装置２８に集約して登録するため、積算手段３０ｂは、演算データ保持装置２８に登録された個々のショーケース１６ａ〜１６ｅ毎の除霜の状態を利用して、要求冷却能力の積算処理を円滑に行うことができる。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

１０ 冷凍システム
１２ 冷凍機
１４ 冷媒配管
１６ａ〜１６ｅ ショーケース
１８ 信号線
２０ 除霜制御装置
２２ 入力装置
２４ 出力装置
２６ 除霜状態収集装置
２８ 演算データ保持装置
３０ 要求冷却能力演算装置
３０ａ 演算手段
３０ｂ 積算手段
３２ 冷凍機運転判定装置
３４ 設定装置
３４ａ データベース

Claims (3)

1. 少なくとも１台の冷凍機と複数のショーケースとを冷媒配管で接続した冷凍回路を備え、前記冷凍機の運転を停止することで前記複数のショーケースの除霜運転を同期させて開始すると共に、個々のショーケース毎に設定された終了条件に基づいて除霜の終了判断を行う冷凍システムであって、
   個々のショーケース毎の除霜の状態を収集する除霜状態収集手段と、
   個々のショーケースに要求される冷却能力である要求冷却能力を算出する演算手段と、
   前記除霜状態収集手段によって除霜の終了が判断された各ショーケースについての前記演算手段で算出された要求冷却能力を積算する積算手段と、
   前記冷凍機が最低出力で運転される場合の冷却能力である最低冷却能力のデータを保持する保持手段と、
   除霜が終了した各ショーケースの要求冷却能力の合計値が前記冷凍機の最低冷却能力を上回った場合に、又は前記合計値と前記最低冷却能力との比が基準比率を上回った場合に、前記冷凍機に対して運転開始を指示する冷凍機運転判定手段と、
   を備えることを特徴とする冷凍システム。
2. 請求項１記載の冷凍システムにおいて、
   前記除霜状態収集手段は、収集した個々のショーケース毎の除霜の状態を前記保持手段に集約して登録し、
   前記積算手段は、前記保持手段に登録された個々のショーケース毎の除霜の状態に基づき、前記要求冷却能力の積算処理を行うことを特徴とする冷凍システム。
3. 請求項１又は２記載の冷凍システムにおいて、
   前記演算手段は、前記ショーケースの仕様、設定温度、又は除霜運転開始前の運転状態を指標として前記要求冷却能力を算出することを特徴とする冷凍システム。

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