JP6617962B2

JP6617962B2 - 冷凍装置

Info

Publication number: JP6617962B2
Application number: JP2016016281A
Authority: JP
Inventors: 誠横塚; 三井　健太郎; 健太郎三井; 柴田　勲男; 勲男柴田; 三原　一彦; 一彦三原; 豊明木屋
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2019-12-11
Anticipated expiration: 2036-01-29
Also published as: JP2017133804A

Description

本発明は、凝縮器の性能低下を報知する冷凍装置に関する。

従来、この種の冷凍装置は、例えば特許文献１に記載されている。冷凍装置は、圧縮機の特性から室外熱交換器の熱交換量Ｑを算出する。また、冷凍装置は、外気温度Ｔａと冷媒蒸発温度Ｔｅとを検出し、室外熱交換器の熱通過率κと伝熱面積Ａとを乗じた値κＡ＝Ｑ／（Ｔａ−Ｔｅ）を算出する。κＡが据付初期の値κ_０Ａの８０％以下に低下すると、洗浄を促す表示または信号を発する。

特開２００２−１４７９０７号公報

しかしながら、従来の冷凍装置では、複雑な演算を要する熱交換量Ｑを常時監視される必要がある。

それゆえに、本発明の目的は、より簡単な手法で、凝縮器の性能低下を報知可能な冷凍装置を提供することである。

本発明の一形態は、冷媒が入口から出口まで通過する凝縮器と、回転することで、前記凝縮器の周囲に空気流を形成するファンと、前記凝縮器の出口での冷媒の温度を検出する温度検出部と、前記ファンの回転数を検出する回転検出部と、前記温度検出部により検出された前記冷媒の温度が所定の適正温度以上になると、前記ファンの回転数を最大回転数まで増加させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記温度検出部により検出され、前記ファンが最大回転数で回転した時の前記温度検出部の検出結果を初期温度として取得し、前記ファンが最大回転数で回転後、第一遅延時間を経過した時の前記温度検出部の検出結果が前記初期温度よりも低下しない場合、または、前記ファンが最大回転数で回転後、第二遅延時間を経過した時の前記温度検出部の検出結果が前記適正温度以下にならない場合、前記凝縮器の性能低下を示す情報を生成し、前記制御部はさらに、前記ファンが最大回転数で回転した前記温度検出部の検出結果に応じて変化する時間を示す情報を生成する、冷凍装置に向けられる。

上記形態によれば、より簡単な手法で、凝縮器の性能低下を報知可能な冷凍装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る冷凍システムの構成を示す図である。図１の制御部の処理の前半部分を示すフロー図である。図１の制御部の処理の後半部分を示すフロー図である。通常時の出口温度とファン回転数の経時変化を示す図である。凝縮器の性能低下（大）の時における出口温度とファン回転数の経時変化を示す図である。凝縮器の性能低下（小）の時における出口温度とファン回転数の経時変化を示す図である。

≪１．実施形態≫
以下、上記図面を参照して、本発明の一実施形態に係る冷凍装置２を備えた冷凍システム１を詳説する。

≪１−１．冷凍システム１の構成≫
図１において、冷凍システム１は、例えばコンビニエンスストア等の店舗にて商品群を冷凍・冷蔵するために設置され、冷凍装置２と、少なくとも一個のショーケース３と、表示装置４と、を備える。

冷凍装置２は、例えば店舗外（屋上等）に設置され、圧縮機２１と、凝縮器２２と、第一ファン２３と、制御回路基板２４と、を備える。圧縮機２１と、制御回路基板２４とは、冷凍装置２内に区画された防滴機械室に、凝縮器２２は、冷凍装置２内に区画された熱交換室に収容される。また、第一ファン２３は、熱交換室の上端または側面に臨むように設けられる。

ショーケース３および表示装置４は店舗内に設置される。ショーケース３は、商品群の陳列棚に加え、膨張器３１と、蒸発器３２と、第二ファン３３と、を備える。なお、膨張器３１は、冷凍装置２と、ショーケース３との間に設けられても構わない。また、表示装置４は、報知装置の一例であって、後述の制御部２４１の制御下で各種情報を表示する。本実施形態では、各種情報としては、凝縮器２２の性能低下を示す情報を表示する。

圧縮機２１は、ショーケース３の蒸発器３２から吐出された冷媒（例えばＣＯ_２冷媒）を吸入する。圧縮機２１は、吸入した冷媒を圧縮して凝縮器２２に向けて吐出する。凝縮器２２の入口には、圧縮機２１から吐出された高温・高圧の冷媒が送り込まれる。凝縮器２２は、送り込まれた冷媒を通過させて出口から吐出する。その間、冷媒は、第一ファン２３で生成された空気流により冷却される。また、冷却性能を上げるため、凝縮器２２において冷媒配管の周囲には、所定枚数の冷却フィン２２１が間隔をあけて配置される。また、凝縮器２２から出た熱は、第一ファン２３により生成された空気流により冷凍装置２の外部に放出される。ここで、第一ファン２３の回転数は、制御部２４１により駆動されるモータ（図示せず）により生成される。

ショーケース３において、膨張器３１は、凝縮器２２で冷却された冷媒を膨張させ減圧する。また、蒸発器３２は、膨張器３１により減圧された冷媒を蒸発させて、周囲空気を冷却する。冷却された空気は、第二ファン３３で生成された空気流により陳列棚に送り込まれる。これにより、陳列棚に載置された商品群が冷却される。

≪１−２．冷凍装置２における各種センサ≫
また、冷凍装置２には、少なくとも、温度センサＳｅ１，Ｓｅ２と、回転センサＳｅ３が取り付けられている。温度センサＳｅ１，Ｓｅ２は、例えばサーミスタである。温度センサＳｅ１は冷凍装置２の外気温を検出する。温度センサＳｅ２は、凝縮器２２における冷媒出口の温度（以下、単に出口温度という）を検出する。回転センサＳｅ３は、例えばホール素子であって、第一ファン２３の回転数（例えばｒｐｍ）を検出する。

≪１−３．冷凍装置２の制御部≫
制御回路基板２４には、制御部（例えばマイコン）２４１と、不揮発性メモリ２４２と、記憶部（例えばＳＲＡＭ）２４３と、を備える。制御部２４１は、不揮発性メモリ２４２に格納されたプログラムを、記憶部２４３を作業領域として用いて実行する。これによって、制御部２４１は、ショーケース３内の温度制御に並行して、上記センサＳｅ１〜Ｓｅ３の検出結果に基づき、凝縮器２２の性能低下を、表示装置４を通じてユーザに通知する必要があるか否かを判断する。必要ありと判断した場合、制御部２４１は、凝縮器２２の性能低下を示す情報を表示装置４に表示させる。以下、制御部２４１の処理について、図２Ａ，図２Ｂを参照して詳説する。

≪１−４．制御部２４１の処理≫
本冷凍システム１の主電源の投入後、制御部２４１は、周知の温度設定を実施し（図２ＡのステップＳ０１）、ショーケース３内が設定温度となるように温度制御を行う（ステップＳ０２）。なお、ステップＳ０１，Ｓ０２は周知技術で足りるため、その説明を省略する。次に、制御部２４１は、第一ファン２３を所定の回転数（以下、初期回転数という）で回転させる（ステップＳ０３）。

次に、制御部２４１は、シャットダウンを行うか否かを判断する（ステップＳ０４）。制御部２４１は、ステップＳ０４でシャットダウンを行う（即ち、ＹＥＳ）と判断すれば、本冷凍システム１のシャットダウンを行う（ステップＳ０５）。それに対しステップＳ０４でＮＯと判断すれば、制御部２４１は、ステップＳ０２に戻る。

また、制御部２４１は、ショーケース３内の温度制御に並行して、ステップＳ０６〜Ｓ０３０を実行する。具体的には、制御部２４１は、温度センサＳｅ１で検出された外気温を取得し（ステップＳ０６）、凝縮器２２の出口における適正温度を設定する（ステップＳ０７）。ここで、適正温度は、ステップＳ０６で検出された外気温に所定温度を加算した値に設定される。

次に、制御部２４１は、温度センサＳｅ２で検出された出口温度を取得し（ステップＳ０８）、取得した出口温度がステップＳ０７で設定した適正温度以上か否かを判断する（ステップＳ０９）。ステップＳ０９で適正温度以上でない（即ち、ＮＯ）と判断すれば、制御部２４１は、凝縮器２２の性能低下をユーザに通知する必要がないとして、ステップＳ０６を再度実行する。それに対し、ステップＳ０９でＹＥＳと判断すると、制御部２４１は、出口温度を下げるために、第一ファン２３の回転数を現在の回転数よりも第一所定量だけ多くする（ステップＳ０１０）。

次に、制御部２４１は、温度センサＳｅ２で検出された出口温度を再度取得し（ステップＳ０１１）、取得した出口温度がステップＳ０７で設定された適正温度未満になったか否かを判断する（ステップＳ０１２）。ステップＳ０１２で適正温度未満になった（即ちＹＥＳ）と判断すると、制御部２４１は、第一ファン２３の回転数が初期回転数に低下するまで、一定時間毎に第一ファン２３回転数を第二所定量だけ少なくする（ステップＳ０１３〜Ｓ０１５）。なお、ステップＳ０１５において、制御部２４１は、回転センサＳｅ３の検出結果が初期回転数に到達すると、ステップＳ０６を再度実行する。

上記に対し、ステップＳ０１２でＮＯと判断すると、制御部２４１は、第一ファン２３の現在の回転数が定格の最大回転数に到達したか否かを判断する（ステップＳ０１６）。ステップＳ０１６で最大回転数に到達していない（即ちＮＯ）と判断すると、制御部２４１はステップＳ０１０を行って、第一ファン２３の回転数を第一所定量だけさらに多くする。

上記に対し、ステップＳ０１６で最大回転数に到達した（即ちＹＥＳ）と判断すると、制御部２４１は、図示しないタイマを始動させて、最大回転数での運転時間の計時を開始する（ステップＳ０１７）。制御部２４１はさらに、ステップＳ０１１で得られた出口温度と、ステップＳ０７で設定された適正温度との偏差（以下、初期偏差という）を記憶部２４３に記憶する（ステップＳ０１８）。

制御部２４１は、次に、タイマの始動から第一遅延時間が経過したか否かを判断する（図２ＢのステップＳ０１９）。ここで、第一遅延時間は、凝縮器２２に異常がない場合（例えば凝縮器２２に目詰まりが生じていない場合）に第一ファン２３が最大回転数で運転すれば凝縮器２２の出口温度が低下している時間であって、本冷凍システム１の設計開発段階での実験等により予め導出される。

制御部２４１は、ステップＳ０１９で未経過（即ちＮＯ）と判断すると、ステップＳ０１９を再度実行するが、ＹＥＳと判断すると、温度センサＳｅ２で検出された出口温度を再度取得し（ステップＳ０２０）、取得した出口温度とステップＳ０６で設定された適正温度との現在の偏差を求める（ステップＳ０２１）。

次に、制御部２４１は、記憶部２４３に格納された初期偏差に対し、ステップＳ０２１で得られた現在の偏差が大きくなっているか否かを判断する（ステップＳ０２２）。現在の偏差が大きい（即ちＹＥＳ）と判断すると、制御部２４１は、凝縮器２２の冷却フィンに目詰まり等が生じていて凝縮器２２における冷媒の冷却性能が低下しているとみなして、報知処理を行う（ステップＳ０２３）。本実施形態の報知処理では、凝縮器２２の性能低下を示す情報が表示装置４に表示される。

ステップＳ０２３の実行後、または、ステップＳ０２２で現在の偏差が初期偏差以下（即ちＮＯ）と判断した場合、制御部２４１は、タイマ始動から第二遅延時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ０２４）。ここで、第二遅延時間は、凝縮器２２に異常がない場合に第一ファン２３が最大回転数で運転すれば、塵埃付着（例えば目詰まり）が無いか軽微な凝縮器２２の出口温度が適正温度に低下している時間であって、本冷凍システム１の設計開発段階での実験等により予め導出される。この第二遅延時間は、第一遅延時間よりも大きい。

制御部２４１は、ステップＳ０２４で未経過（即ちＮＯ）と判断すると、ステップＳ０２４を再度実行するが、ＹＥＳと判断すると、温度センサＳｅ２で検出された出口温度を再度取得し（ステップＳ０２５）、取得した出口温度とステップＳ０６で設定された適正温度との現在の偏差を求める（ステップＳ０２６）。

次に、制御部２４１は、現在の偏差が０以下否かを判断する（ステップＳ０２７）。０以下でない（即ちＮＯ）と判断すると、制御部２４１は、ステップＳ０２３と同様の報知処理を行い（ステップＳ０２８）、その後、凝縮器２２の冷却を継続するためにステップＳ０２５を再度実行する。

上記に対し、０以下（即ちＹＥＳ）と判断すると、制御部２４１は、出口温度が適正温度以下に低下したことから、タイマの現在値を記憶部２４３に記憶すると共にタイマをリセットする（ステップＳ０２９）。次に、制御部２４１は、報知処理を行う（ステップＳ０３０）。ステップＳ０３０の報知処理では、記憶部２４３に記憶されたタイマ値が、第一ファン２３が最大回転数で運転した時間（換言すると、凝縮器２２の冷却に要した時間）を示す情報として表示装置４に表示される。

ステップＳ０３０が終了すると、制御部２４１は、第一ファン２３の回転数を初期回転数に戻すべく、ステップＳ０１３を再度実行する。

≪１−５．作用・効果≫
以上説明した通り、冷凍装置２では、凝縮器２２の出口温度が適正温度以上となると、第一ファン２３の回転数を最大回転数まで上げることがある（図２ＡのステップＳ０１６）。もし通常時（即ち、凝縮器２２の冷却性能低下が許容範囲内の場合）であれば、最大回転数に上げた後、第一遅延時間の経過した時点で、偏差が初期偏差以下になる（ステップＳ０１９でＹＥＳ，Ｓ０２２でＮＯ）。通常時であれば、さらに、最大回転数に上げた後、第二遅延時間の経過した時点で、偏差が０以下になる（ステップＳ０２７でＹＥＳ）。換言すると、凝縮器２２の出口温度は、図３Ａに示すように、第一ファン２３が最大回転数で運転し始めた後、第一遅延時間経過後には遅くとも低下し始め、第二遅延時間経過後には、適正温度以下となる。

通常時に対し、凝縮器２２の冷却性能が低下している場合、冷凍装置２では、第一ファン２３の回転数を最大回転数まで上げたとしても、第一遅延時間の経過時点で、偏差が初期偏差以下にならないことがある（ステップＳ０１９でＹＥＳ，Ｓ０２２でＹＥＳ）。かかる場合、冷凍装置２は、凝縮器２２の冷却性能の低下が大きいとみなす。具体的には、凝縮器２２の出口温度は、図３Ｂに示すように、第一ファン２３が最大回転数で運転し始めた後、第一遅延時間を経過してもなお低下しない。この場合、冷凍装置２は、第一遅延時間経過時点で即座に、凝縮器２２の性能が低下したことおよび現在の偏差を表示装置４に表示させる（ステップＳ０２３）。現在の偏差を表示することで、冷凍装置２は、凝縮器２２の冷却性能の低下度合もユーザに通知する。

また、通常時に対し、凝縮器２２の冷却性能が低下している場合、冷凍装置２では、第一ファン２３の回転数を最大回転数まで上げたとしても、第二遅延時間の経過時点で、偏差が０以下になっていないこともある（ステップＳ０２４でＹＥＳ，Ｓ０２７でＮＯ）。かかる場合、冷凍装置２は、凝縮器２２の冷却性能は低下しているがさほど大きくはないとみなす。具体的には、凝縮器２２の出口温度は、図３Ｃに示すように、第一ファン２３が最大回転数で運転し始めた後、第一遅延時間の経過時点では偏差は初期偏差よりも大きくはないが、第二遅延時間の経過時点で偏差は０以下になっていない（即ち、出口温度が適正温度以下になっていない）。この場合、冷凍装置２は、第二遅延時間の経過後、凝縮器２２の性能が低下したことおよび現在の偏差を表示装置４に表示させる（ステップＳ０２８）。現在の偏差を表示することで、冷凍装置２は、凝縮器２２の冷却性能の低下度合もユーザに通知する。また、ステップＳ０２８の実行後、偏差が０以下になると、冷凍装置２は、第一ファン２３が最大回転数で運転した時間を、表示装置４に表示させることで、凝縮器２２の冷却性能の低下度合をユーザに通知する。

以上のような報知処理の要否を、冷凍装置２は、凝縮器２２の出口での冷媒温度と、第一ファン２３の回転数との簡単な演算に基づき判断する。従って、従来よりも、簡単な手法で、凝縮器２２の性能低下を報知することが可能となる。

また、冷凍装置２は、凝縮器２２の性能低下のみならず、出口温度と適正温度との偏差や第一ファン２３が最大回転数で運転した時間をもユーザに提供できる。これにより、より使い勝手のよい冷凍装置２を提供することが可能となる。

≪１−６．付記≫
なお、上記では、店舗に設置された表示装置４に各種情報が表示されていた。しかし、表示装置４は冷凍装置２の構成でなくとも良い。例えば、本冷凍システム１を遠隔から集中監視する場合であれば、本冷凍システム１とネットワーク接続された集中監視室に設置された表示装置に、各種情報を表示することが可能である。他にも、本冷凍システム１と無線ネットワークを介して接続された携帯端末装置（スマートフォンやタブレット端末）であって、ユーザが携帯する端末装置に各種情報を表示することも可能である。以上の場合では、制御部２４１は、情報を生成し、表示装置に向けて送信するだけである。即ち、表示装置４は、冷凍装置２の必須の構成ではない。

また、上記では、表示装置４により、凝縮器２２の性能低下等をユーザに通知していた。しかし、これに限らず、音声案内により、凝縮器２２の性能低下等をユーザに通知しても構わない。

また、上記では、回転センサＳｅ３が第一ファン２３の回転数を検出するとして説明した。しかし、第一ファン２３は、制御部２４１の制御下で回転するため、制御部２４１は第一ファン２３の回転数を認識できる。従って、回転センサＳｅ３は冷凍装置２の必須の構成ではなく、他の回転検出部により置換可能である。

また、上記では、所定の適正温度は、温度センサＳｅ１が検出した外気温に所定温度を加算した値であるとして説明した。しかし、これに限らず、所定の適正温度は、冷凍装置２が殆ど温度変化の無い場所に設置されるのであれば固定値であっても構わない。

また、上記では、凝縮器２２の性能低下が冷却フィン２２１の目詰まりに起因するとして説明した。もし凝縮器がフィンレスタイプの場合には、凝縮器の性能低下は、冷媒配管（コイル）への塵埃付着に起因する場合もある。かかるフィンレス凝縮器が冷凍装置２に用いられる場合にも、冷凍装置２は、上記手法により凝縮器２２の性能低下を判断することができる。

また、上記では、ステップＳ０１８では初期偏差が導出され、ステップＳ０２１では現在の偏差が求められるとして説明したが、制御部２４１は、ステップＳ０１８では出口温度を初期温度として取得し、ステップＳ０２１で出口温度を現在の温度として取得しても構わない。なお、ステップＳ０１８の初期偏差も初期温度の概念に含まれ、ステップＳ０２１の現在の偏差も現在の温度の概念に含まれる。

本発明に係る冷凍装置は、凝縮器の性能低下を報知可能であり、冷凍システムまたは空調機器等に好適である。

２冷凍装置
２２凝縮器
２３第一ファン
Ｓｅ１温度センサ（温度検出部）
Ｓｅ２温度センサ
Ｓｅ３回転センサ（回転検出部）
２４１制御部

Claims

冷媒が入口から出口まで通過する凝縮器と、
回転することで、前記凝縮器の周囲に空気流を形成するファンと、
前記凝縮器の出口での冷媒の温度を検出する温度検出部と、
前記ファンの回転数を検出する回転検出部と、
前記温度検出部により検出された前記冷媒の温度が所定の適正温度以上になると、前記ファンの回転数を最大回転数まで増加させる制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記温度検出部により検出され、前記ファンが最大回転数で回転した時の前記温度検出部の検出結果を初期温度として取得し、
前記ファンが最大回転数で回転後、第一遅延時間を経過した時の前記温度検出部の検出結果が前記初期温度よりも低下しない場合、または、前記ファンが最大回転数で回転後、第二遅延時間を経過した時の前記温度検出部の検出結果が前記適正温度以下にならない場合、前記凝縮器の性能低下を示す情報を生成し、
前記制御部はさらに、前記ファンが最大回転数で回転した前記温度検出部の検出結果に応じて変化する時間を示す情報を生成する、
冷凍装置。
前記第一遅延時間および前記第二遅延時間は予め定められた時間であって、前記第二遅延時間は前記第一遅延時間よりも大きい、請求項１に記載の冷凍装置。