JP6207901B2 - ショーケース冷却装置 - Google Patents
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Description
図1は所謂マルチ接続の場合のショーケース冷却装置1の配管構成を示している。図1の配管構成図において、実施例のショーケース冷却装置1はコンビニエンスストア(店舗)の店内2に据え付けられた複数台のショーケース3A〜3Eを冷却するものである。店外には各ショーケース3A〜3Eと冷媒配管4、5により接続された冷凍機6が設置されており、これらショーケース3A〜3Eと冷凍機6によって実施例のショーケース冷却装置1が構成されている。
また、図4の左側は上記の実施例のように冷凍機6から各ショーケース3A〜3Cのカスケード熱交換器22の蒸発器11に冷媒を分配供給するマルチ接続では無く、各ショーケース3A〜3Cが高段側冷媒回路12とそれとカスケード接続された低段側冷媒回路18の二元冷凍サイクルを有する場合を示し、右側は低段側冷媒回路18が二台設けられて一台のショーケースの二つの庫内をそれぞれ冷却する場合の冷媒回路を示している。
上記の如き構成で、次に前記マルチ接続の場合を実施例としてショーケース冷却装置1の基本的な動作を説明する。先ず、主制御装置33は各ショーケース制御装置36から受信した庫内温度(庫内温度センサ23が検出)を常時監視しており、各ショーケース3A〜3Cの庫内温度の設定温度と比較して、それらの冷え具合を監視している。そして、各ショーケース3A〜3Cのうち、最も冷え難いショーケースを判別している。尚、ショーケース3D、3Eについては通常の庫内温度制御を実施するものとする。
次に、上記各実施例で主制御装置33が行う前記最も冷え難いショーケース3Cの冷却の最適化制御について、図7〜図16を参照して説明する。
図7には図1の各ショーケース3A〜3Eの各制御設定値の規定値を示す。各ショーケース3A〜3Eの蒸発器17における冷媒の過熱度の既定値である過熱度制御基本値、過熱度制御の上限値、過熱度制御の下限値は、それぞれ10K、15K、5Kであり、上限値、下限値は20K、10Kの場合もある。
主制御装置33は以上のように各既定値及び初期値を設定して前述した各実施例の制御を開始するものであるが、制御を開始した後は、図12に示す判定方法に基づいて最も冷え難いショーケース3Cの冷却の最適化制御を実行する。図12の条件I〜条件IVは、ショーケース3Cの庫内の冷却状態を示す指標である(尚、図12の各条件は、全て用いなくとも、それらの何れか、又は、組み合わせでもよい)。即ち、条件Iはショーケース3Cの庫内温度とその設定温度との差分(庫内温度−設定温度)であり、差分が+1.0K以上のときは庫内温度は「高い」、+1.0K未満−1.0K以上のときは庫内温度は「適温」、−1.0K未満のときは庫内温度は「低い」と判定する。
次に、図17及び図18を参照しながら、主制御装置33による高段側冷媒回路12の圧縮機7の目標運転周波数の補正制御について説明する。主制御装置33は前述した基本的な制御と最も冷え難いショーケース3Cの冷却の最適化制御を実行しているが、それに加えて、他のショーケース3A、3B(冷え易いショーケース)、3D、3E(冷蔵ショーケース)の庫内の冷却状態を示す指標に応じて、これらショーケース3A、3B、3D、3Eの冷却状態を改善する方向で、PID演算部42でPID演算される高段側冷媒回路12の圧縮機7の目標運転周波数(操作量)に補正を加える。
そして、主制御装置33は、各ショーケース3A、3B、3D、3Eのプルダウン運転完了までの時間が前回より例えば2min遅くなった場合、次回の1周期でのプルダウン運転中にPID演算部42で算出された目標運転周波数に+2Hzする。即ち、プルダウン運転での高段側冷媒回路12の圧縮機7の運転周波数を2Hz上げる補正を加える。逆に、プルダウン運転完了までの時間が2min早くなった場合、次の1周期でのプルダウン運転中の目標運転周波数に−2Hzし、圧縮機7の運転周波数を2Hz下げる補正を加える。
また、主制御装置33は、各ショーケース3A、3B、3D、3Eのサイクル運転中(安定状態)の庫内温度(図14の下段のように1周期でのサイクル運転中の平均で決定)と設定温度との差が例えば1.0Kであった場合、次の1周期でのサイクル運転中にPID演算部42で算出された目標運転周波数に+2Hzする。即ち、サイクル運転での高段側冷媒回路12の圧縮機7の運転周波数を2Hz上げる補正を加える。逆に、庫内温度と設定温度との差が−1.0Kであった場合、次の1周期でのサイクル運転中の目標運転周波数に−2Hzし、圧縮機7の運転周波数を2Hz下げる補正を加える。
ここで、主制御装置33は約1時間(図19に星印で示すタイミング)に1回オイル回収運転を実行するものとする(1時間ではない場合もある)。このオイル回収運転とは、高段側冷媒回路12中に流出した圧縮機7のオイルを当該圧縮機7に回収する運転であり、その方法は、先ず圧縮機7を一旦停止させ、電子式膨張弁9を開き、高段側冷媒回路12内の圧力が上がったところで、圧縮機7を高い運転周波数(例えば69Hz等)で所定時間運転し、勢いでオイルを圧縮機7に戻すものである。尚、低段側冷媒回路18のオイル回収は、圧縮機13が定速の場合は膨張弁16を開き、圧縮機13が運転周波数を制御されるものの場合は高段側冷媒回路12と同様となる。
また、除霜運転ではショーケース3Cの庫内温度も上昇するため、その後のプルダウン運転中に前述したPID演算部41、42によるPID演算を行うと、同様に運転周波数の指示値が蓄積されることにより、プルダウン運転後の高段側冷媒回路12の圧縮機7の運転周波数と庫内温度が図23、図26に示すように大きく変動し、図に示される各部の温度が大きくオーバーシュートしてしまうことになる。
また、扉Gを有するショーケース3A、3Bの場合、扉Gの開閉されたときに外気が庫内に侵入し、庫内温度も上昇するため、その間に前述したPID演算部41、42によるPID演算を行うと、同様に運転周波数の指示値が蓄積されることにより、扉開閉後の高段側冷媒回路12の圧縮機7の運転周波数と庫内温度が図29に示すように大きく変動することになる。
次に、図32、33を用いて高段側冷媒回路12の凝縮器ファン19の運転周波数の制御について説明する。図32は一般的な凝縮器ファンの制御方式である。この場合、凝縮器ファンは高圧圧力に基づいて運転周波数が変更される。即ち、例えば図32の右側に示すように高段側冷媒回路の高圧圧力が0.4MPaGであるとき、凝縮器ファンの運転周波数は15Hz、0.6MPaGで20Hz、0.8MPaGで25Hz、1.0MPaGで30Hzというように、高圧圧力の上昇に合わせて凝縮器ファンの運転周波数を上昇させる方向に段階的に切り換えている。
3A〜3E ショーケース
4、5 冷媒配管
6 冷凍機
7、13 圧縮機
8 凝縮器
9、 16 電子膨張弁
11、17 蒸発器
12 高段側冷媒回路
18 低段側冷媒回路
19 凝縮器ファン
22 カスケード熱交換器
23、23A、23B 庫内温度センサ
33 主制御装置(制御手段)
34 冷凍機制御装置(制御手段)
36 ショーケース制御装置(制御手段)
41、42 PID演算部
G 扉
Claims (8)
- 高段側冷媒回路と低段側冷媒回路とを備え、前記高段側冷媒回路の蒸発器と前記低段側冷媒回路の放熱器とを交熱的にカスケード接続し、前記低段側冷媒回路の蒸発器により庫内を冷却するショーケース冷却装置において、
前記ショーケースの庫内温度を検出する庫内温度センサと、
前記高段側冷媒回路の蒸発器の入口における冷媒の蒸発温度を検出する高段側蒸発温度センサと、
前記高段側冷媒回路の圧縮機の運転を制御する制御手段とを備え、
該制御手段は、前記ショーケースの庫内温度と当該庫内温度の設定温度との偏差に基づくPID演算により、前記高段側冷媒回路の冷媒の目標蒸発温度を決定し、
前記高段側蒸発温度センサが検出する前記蒸発温度と前記目標蒸発温度との偏差に基づくPID演算により、前記高段側冷媒回路の圧縮機の目標運転周波数を決定することを特徴とするショーケース冷却装置。 - 高段側冷媒回路と複数台のショーケースにそれぞれ設けられた低段側冷媒回路とを備え、前記高段側冷媒回路の複数の蒸発器と前記各低段側冷媒回路の放熱器とをそれぞれ交熱的にカスケード接続し、前記各低段側冷媒回路の蒸発器により前記各ショーケースの庫内をそれぞれ冷却するショーケース冷却装置において、
前記各ショーケースの庫内温度をそれぞれ検出する庫内温度センサと、
前記高段側冷媒回路の蒸発器の入口における冷媒の蒸発温度を検出する高段側蒸発温度センサと、
前記高段側冷媒回路の圧縮機の運転を制御する制御手段とを備え、
該制御手段は、前記各ショーケースのうちの最も冷え難いショーケースの庫内温度と当該庫内温度の設定温度との偏差に基づくPID演算により、前記高段側冷媒回路の冷媒の目標蒸発温度を決定し、
前記高段側蒸発温度センサが検出する前記蒸発温度と前記目標蒸発温度との偏差に基づくPID演算により、前記高段側冷媒回路の圧縮機の目標運転周波数を決定することを特徴とすることを特徴とするショーケース冷却装置。 - 前記各ショーケースは、前記低段側冷媒回路の蒸発器に流入する冷媒を絞り、当該蒸発器から出る冷媒の過熱度を目標過熱度に調整する過熱度調整手段を備え、
前記制御手段は、前記最も冷え難いショーケースの目標過熱度を規定値として当該ショーケースの過熱度調整手段を制御すると共に、
他の前記ショーケースの庫内温度に基づいて当該ショーケースの目標過熱度を設定し、当該ショーケースの過熱度調整手段を制御することを特徴とする請求項2に記載のショーケース冷却装置。 - 前記制御手段は、前記最も冷え難いショーケースの庫内の冷却状態を示す指標に応じ、当該冷却状態を改善する方向で、前記PID演算で算出する目標蒸発温度の変動範囲、及び/又は、温度帯を変更する最適化制御を実行すると共に、
前記他のショーケースの庫内の冷却状態を示す指標に応じ、当該冷却状態を改善する方向で、前記PID演算で算出する前記高段側冷媒回路の圧縮機の運転周波数を補正することを特徴とする請求項3に記載のショーケース冷却装置。 - 前記制御手段は、所定のオイル回収運転、前記蒸発器の除霜運転、及び、扉開閉による外乱の何れかにより前記庫内温度が前記設定温度近傍にある安定状態から逸脱した場合、当該庫内温度が安定状態に復帰するまで前記PID演算を中断すると共に、
該中断期間中は、中断する直前の値を前記庫内温度と設定温度との差に基づいて補正することにより、前記高段側冷媒回路の圧縮機の運転周波数を制御することを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちの何れかに記載のショーケース冷却装置。 - 前記低段側冷媒回路の蒸発器における冷媒の蒸発温度を検出する低段側蒸発温度センサを備え、
前記制御手段は、所定のオイル回収運転、前記蒸発器の除霜運転、及び、扉開閉による外乱の何れかにより前記庫内温度が前記設定温度近傍にある安定状態から逸脱した場合、当該庫内温度が安定状態に復帰するまで前記PID演算を中断すると共に、
該中断期間中は、前記低段側蒸発温度センサが検出する前記蒸発温度に基づいて前記高段側冷媒回路の冷媒の目標蒸発温度を決定することを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちの何れかに記載のショーケース冷却装置。 - 前記庫内温度センサは、前記ショーケースの扉側の庫内温度を検出する庫内扉側温度センサと、庫内奥部の温度を検出する庫内奥部温度センサとから構成され、各温度センサが検出する温度の差が拡大したことに基づいて前記外乱が発生したものと判断することを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のショーケース冷却装置。
- 前記高段側冷媒回路の凝縮器を空冷する凝縮器ファンと、
前記高段側冷媒回路の高圧圧力を検出する高圧圧力センサとを備え、
前記制御手段は、前記高段側冷媒回路の高圧圧力と所定の目標高圧圧力との偏差に基づくPID演算により前記凝縮器ファンの目標運転周波数を決定すると共に、
該凝縮器ファンの運転周波数が所定の低い値に低下した場合、前記目標高圧圧力を低下させ、前記凝縮器ファンの運転周波数が所定の高い値に上昇した場合、前記目標高圧圧力を上昇させる高圧変動抑制制御を実行することを特徴とする請求項1乃至請求項7のうちの何れかに記載のショーケース冷却装置。
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