JP7154034B2 - 制御装置及び冷凍システム - Google Patents

Description

本発明は、倉庫内を冷却する冷凍装置と共に冷凍システムを構成する制御装置、及び該制御装置を備えた冷凍システムに関する。

従来、倉庫内を冷却する冷凍装置を備えた冷凍システムでは、倉庫内が設定温度となるように冷凍装置を運転する。この際、設定温度は、例えば、一日を通して同じ値となっている。ここで、電気料金の基本料金は、３０分間の消費電力であるデマンド値に基づいて定められる。このため、従来の冷凍システムには、デマンド値が規定値を超えて電気料金の基本料金が上がることを防止するため、消費電力が規定の値を超えると冷凍装置の運転を停止するデマンド制御を行うものも提案されている。

しかしながら、デマンド制御が行われる時間帯は、倉庫内に保管品が運び込まれて負荷がピークとなる時間帯である。このため、デマンド制御を行った場合、倉庫内の温度が要求温度よりも上昇してしまい、保管品の品質の低下が懸念される。このため、従来の冷凍システムには、特許文献１のような冷凍システムも提案されている。

特許文献１に記載の冷凍システムは、倉庫内を冷却する冷凍装置と、冷凍装置の設定温度を決定する制御装置とを備えている。この制御装置は、通常、設定温度を一定としている。そして、この制御装置は、消費電力が規定の値を超える時刻を予測し、該時刻よりも所定時間前の時刻である過冷凍開始時刻を決定し、設定温度を通常の設定温度よりも低い過冷凍設定温度に決定する。そして、冷凍装置は、過冷凍開始時刻から所定時間、倉庫内が過冷凍設定温度となるように運転する。特許文献１に記載の冷凍システムは、このように冷凍装置を運転することにより、負荷がピークとなる時間帯前に倉庫内を通常よりも低温とし、倉庫内の温度が要求温度よりも上昇することを防止している。

特許第２９１３５８４号公報

特許文献１に記載の冷凍システムは、上述のように、負荷がピークとなる時間帯前に倉庫内を通常よりも低温とし、倉庫内の温度が要求温度よりも上昇することを防止している。ここで、負荷がピークとなる時間帯は、すなわち倉庫内に保管品が運び込まれる時間帯は、主に日中である。したがって、特許文献１に記載の冷凍システムでは、倉庫内を通常よりも低温となるように冷却する時間帯も、主に日中となる。そして、日中の電気料金は、一日の中で電気料金が高い時間帯である。このため、特許文献１に記載の冷凍システムは、設定温度を一定にして冷凍装置を運転させたときと比べ、一日の電気代が高くなってしまうという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、倉庫内を要求温度よりも低く保つことができ、設定温度を一定にして冷凍装置を運転したときよりも一日の電気代を安くすることができる制御装置を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、このような制御装置を備えた冷凍システムを提供することを第２の目的とする。

本発明に係る制御装置は、倉庫内が設定温度となるように前記倉庫内を冷却する冷凍装置の前記設定温度を決定する制御装置であって、前記設定温度が前記倉庫内の要求温度よりも低くなり、且つ、前記設定温度を一定にして前記冷凍装置を運転したときの一日の電気代よりも前記冷凍装置の一日の電気代が安くなるように、消費電力量当たりの電気料金が異なる時間帯毎に、前記倉庫内の保管品の量をパラメータとしたシミュレーションにより前記設定温度を決定する。

また、本発明に係る冷凍システムは、本発明に係る制御装置と、冷凍装置とを備え、前記冷凍装置は、前記倉庫内の空気を冷却する室内熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、前記制御装置が決定した前記設定温度に前記倉庫内がなるように、前記冷凍サイクル回路を制御する冷凍装置用制御装置と、を備えている。

本発明に係る制御装置を用いて冷凍システムを構成することにより、倉庫内を要求温度よりも低く保つことができ、且つ、設定温度を一定にして冷凍装置を運転したときよりも一日の電気代を安くすることができる。

本発明の実施の形態に係る冷凍システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍システムの冷凍装置が備えている冷凍サイクル回路を示す図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍システムの制御装置及び冷凍装置用制御装置を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍システムにおける時間帯毎の設定温度の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍システムにおける時間帯毎の設定温度の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍システムの一日の電気代の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍システムの運転動作の制御フローの一例を示す図である。

以下の実施の形態において、本発明に係る制御装置の一例、及び本発明に係る冷凍システムの一例について説明する。なお、以下の実施の形態で示す構成は、あくまでも一例である。本発明に係る制御装置及び冷凍システムの構成は、以下の実施の形態で示す構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る冷凍システムの概略構成を示す図である。
本実施の形態に係る冷凍システム１によって内部が冷却される倉庫１００には、内部に例えば複数の保管品１０２が保管されている。保管品１０２は、冷凍食品及び冷蔵食品等である。保管品１０２は、例えば冷凍車又は冷蔵車のように低温で輸送可能な手段で倉庫１００の外まで運ばれる。そして、保管品１０２は、倉庫１００の扉１０１を空けて、該倉庫１００内に運び込まれる。倉庫１００内は、本実施の形態に係る冷凍システム１によって要求温度以下に保たれ、保管品１０２の品質が確保されている。なお、要求温度とは、保管品１０２の品質の低下を招かない温度である。

本実施の形態に係る冷凍システム１は、倉庫１００内が要求温度よりも低い設定温度となるように倉庫１００内を冷却する冷凍装置１０と、冷凍装置１０の制御目標値である前記の設定温度を決定する制御装置３０と、を備えている。

冷凍装置１０は、室外機１１及び室内機１２を備えている。室外機１１は、例えば屋外に設置されている。室内機１２は、倉庫１００内に設置されている。室外機１１及び室内機１２は、冷媒配管１３で接続されている。また、冷凍装置１０には、該冷凍装置１０内の構成を制御する冷凍装置用制御装置１４を備えている。冷凍装置用制御装置１４は、制御装置３０と電気的に接続されている。本実施の形態では、冷凍装置用制御装置１４を室外機制御装置１５及び室内機制御装置１６に分けている。そして、室外機制御装置１５は、室外機１１に収納され、室外機１１の構成の制御を行う。室内機制御装置１６は、室内機１２に収納され、室内機１２の構成の制御を行う。なお、室外機制御装置１５及び室内機制御装置１６を一体として、冷凍装置用制御装置１４を構成してもよい。冷凍装置用制御装置１４の詳細については、後述する。

また、本実施の形態に係る冷凍システム１は、倉庫１００内の温度を検出する温度センサ２と、倉庫１００の扉１０１の開閉を検出する扉開閉センサ３とを備えている。温度センサ２は、例えば、熱電対である。温度センサ２の数は、任意である。例えば倉庫１００内の容積が大きく、場所によっては温度ムラが生じるような場合、倉庫１００内の温度を詳細に把握するため、倉庫１００内に温度センサ２を複数配置してもよい。扉開閉センサ３は、扉１０１が開いている時間を検出できるものであれば、種々のセンサを用いることができる。例えば、扉１０１が自動扉であれば、扉１０１の開閉時に通電部に生じる電圧を検出するセンサを、扉開閉センサ３として用いることができる。また例えば、カメラを扉開閉センサ３として用い、該カメラで扉１０１の開閉を検出してもよい。

図２は、本発明の実施の形態に係る冷凍システムの冷凍装置が備えている冷凍サイクル回路を示す図である。
冷凍装置１０は、冷凍サイクル回路２０を備えている。冷凍サイクル回路２０の各構成は、室外機１１又は室内機１２に収納されている。

詳しくは、冷凍サイクル回路２０は、圧縮機２１、室外熱交換器２２、膨張弁２３、及び室内熱交換器２４が冷媒配管で接続されて構成されている。冷媒配管は、例えば銅管である。冷媒配管には、周辺空気との熱交換を抑制するために、断熱材を巻く等して断熱処理が施される場合がある。

圧縮機２１は、室内熱交換器２４から流出した低圧のガス冷媒を吸入し、高温高圧のガス冷媒に圧縮するものである。室外熱交換器２２は、凝縮器として機能する熱交換器であり、圧縮機２１から吐出された高温高圧のガス冷媒を高圧の液冷媒に凝縮させるものである。なお、室外熱交換器２２の周辺には、室外熱交換器２２に外気を供給する室外ファン２５が配置されている。すなわち、室外熱交換器２２を流れる冷媒は、室外ファン２５から供給された外気によって冷却され、凝縮する。

膨張弁２３は、室外熱交換器２２から流出した高圧の液冷媒を低温低圧の気液二相冷媒に膨張させるものである。室内熱交換器２４は、膨張弁２３から流出した低温低圧の気液二相冷媒を低圧のガス冷媒に蒸発させるものである。なお、室内熱交換器２４の周辺には、室内熱交換器２４に倉庫１００内の空気を供給する室内ファン２６が配置されている。すなわち、室内熱交換器２４を流れる冷媒は、室内ファン２６から供給された倉庫１００内の空気によって加熱され、蒸発する。換言すると、倉庫１００内の空気は、室内熱交換器２４を流れる冷媒によって冷却される。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル回路２０は、室内熱交換器２４と圧縮機２１との間に、室内熱交換器２４から流出した冷媒を一旦貯留するアキュムレータ２７を備えている。仮に室内熱交換器２４を流れる冷媒の一部が蒸発できず、気液二相冷媒が室内熱交換器２４から流出した場合、アキュムレータ２７に流入した気液二相冷媒は、アキュムレータ２７内でガス冷媒と液冷媒とに分離される。このため、アキュムレータ２７を備えることにより、仮に室内熱交換器２４から気液二相冷媒が流出した場合でも、アキュムレータ２７内のガス冷媒を圧縮機２１が吸入することができる。

上記の冷凍サイクル回路２０の構成のうち、圧縮機２１、室外熱交換器２２及びアキュムレータ２７は、室外機１１に収納されている。室外ファン２５もまた、室外機１１に収納されている。また、圧縮機２１及び室外ファン２５は、電気的に室外機制御装置１５と接続されている。そして、圧縮機２１の駆動及び停止と、室外ファン２５の駆動及び停止とは、室外機制御装置１５によって制御される。また、駆動中の回転数が可変な圧縮機２１の場合、駆動中の圧縮機２１の回転数も、室外機制御装置１５によって制御される。同様に、駆動中の回転数が可変な室外ファン２５の場合、駆動中の室外ファン２５の回転数も、室外機制御装置１５によって制御される。なお、以下では、説明を簡単にするため、圧縮機２１及び室外ファン２５は一定回転数での駆動と停止とが可能なものとして、本実施の形態に係る冷凍システム１を説明していく。

また、上記の冷凍サイクル回路２０の構成のうち、膨張弁２３及び室内熱交換器２４は、室内機１２に収納されている。室内ファン２６もまた、室内機１２に収納されている。また、膨張弁２３及び室内ファン２６は、電気的に室内機制御装置１６と接続されている。そして、膨張弁２３の開閉と、膨張弁２３が開いているときの開度と、室内ファン２６の駆動及び停止とは、室内機制御装置１６によって制御される。また、駆動中の回転数が可変な室内ファン２６の場合、駆動中の室内ファン２６の回転数も、室内機制御装置１６によって制御される。なお、以下では、説明を簡単にするため、室内ファン２６は一定回転数での駆動と停止とが可能なものとして、本実施の形態に係る冷凍システム１を説明していく。

なお、本実施の形態では、膨張弁２３の開度は、室内熱交換器２４から流出した冷媒の過熱度が規定値となるように制御される。室内熱交換器２４から流出した冷媒の過熱度は、室内熱交換器２４から流出した冷媒の温度から、室内熱交換器２４を流れる冷媒の蒸発温度を減算することによって得られる。このため、本実施の形態に係る冷凍装置１０は、室内熱交換器２４から流出した冷媒の温度を検出する温度センサ２９と、室内熱交換器２４から流出した冷媒の圧力を検出する圧力センサ２８とを備えている。温度センサ２９及び圧力センサ２８は、電気的に室内機制御装置１６と接続されている。温度センサ２９は、例えば熱電対である。圧力センサ２８は、例えば圧力を電圧に変換し電気信号として出力するものである。室内熱交換器２４から流出した冷媒の圧力は、室内熱交換器２４を流れる冷媒の蒸発温度に換算することができる。このため、室内機制御装置１６は、圧力センサ２８の検出圧力から蒸発温度を求め、温度センサ２９の検出温度から該蒸発温度を減算して過熱度を求め、当該過熱度が規定値となるように膨張弁２３の開度を制御している。

図３は、本発明の実施の形態に係る冷凍システムの制御装置及び冷凍装置用制御装置を示すブロック図である。
制御装置３０は、専用のハードウェア、又はメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）で構成されている。冷凍装置用制御装置１４も同様に、専用のハードウェア、又はメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵで構成されている。なお、ＣＰＵは、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はプロセッサともいう。

制御装置３０が専用のハードウェアである場合、制御装置３０は、例えば、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置３０が実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウェアで実現してもよい。同様に、冷凍装置用制御装置１４が専用のハードウェアである場合、冷凍装置用制御装置１４は、例えば、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又はこれらを組み合わせたものが該当する。冷凍装置用制御装置１４が実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウェアで実現してもよい。

制御装置３０がＣＰＵの場合、制御装置３０が実行する各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。ＣＰＵは、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置３０の各機能を実現する。同様に、冷凍装置用制御装置１４がＣＰＵの場合、冷凍装置用制御装置１４が実行する各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。ＣＰＵは、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、冷凍装置用制御装置１４の各機能を実現する。ここで、メモリは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、又はＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリである。

制御装置３０の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。同様に、冷凍装置用制御装置１４の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。

本実施の形態に係る制御装置３０は、機能部として、入力部３１、記憶部３２、シミュレーション部３３、及び出力部３４を備えている。

入力部３１は、シミュレーション部３３において冷凍装置１０の制御目標値である倉庫１００内の設定温度を決定するための情報等が入力される機能部である。本実施の形態に係る入力部３１には、保管品情報、倉庫１００の情報、外気温度、冷凍サイクル回路２０のサイクル特性、電気料金情報、及び扉開閉センサ３の検出結果が入力される。

保管品情報とは、倉庫１００内の保管品１０２の量である。倉庫１００内の保管品１０２の量は、実際に入出庫された保管品１０２の量でもよいし、入出庫予定の保管品１０２の量でもよい。また、入出庫予定の保管品１０２の量は、今後の入出庫スケジュールを用いてもよいし、過去の入出庫実績から予測してもよい。本実施の形態では、保管品１０２の量は、個数として入力される。また、保管品情報とは、保管品１０２の熱特性である。保管品１０２の熱特性とは、詳しくは、１つの保管品１０２が蓄えることができる冷熱量、つまり１つの保管品１０２の蓄冷量である。倉庫１００の情報とは、倉庫１００の要求温度である。また、倉庫１００の情報とは、倉庫１００の壁から内部への熱侵入量を求めるための情報である。本実施の形態では、倉庫１００の壁から内部への熱侵入量を求めるため、外気と接する倉庫１００の壁の面積と、倉庫１００の壁の熱通過率とが入力される。そして、シミュレーション部３３において、外気と接する倉庫１００の壁の面積と、倉庫１００の壁面の熱通過率と、外気温度とに基づいて、倉庫１００の壁から内部への熱侵入量が求められる。

外気温度としては、少なくとも、シミュレーション部３３において設定温度が決定される時間帯までの今後の予測値が入力される。例えば、現時点が日中で、当該日中の設定温度と、その後の夜間の設定温度とを、シミュレーション部３３が決定するとする。この場合、少なくとも当該夜間が終了するまでの外気温度が入力される。冷凍サイクル回路２０のサイクル特性とは、冷凍サイクル回路２０が所定の冷凍能力を発揮する際に消費する電力を求めるための情報である。電気料金情報とは、一日の時間帯毎の、消費電力量当たりの電気料金である。例えば日本では、日中と夜間とにおいて、消費電力量当たりの電気料金が異なる場合がある。この場合、電気料金情報として、日中の時間帯の消費電力量当たりの電気料金と、夜間の時間帯の消費電力当たりの電気料金とが、入力される。

また、入力部１７には、温度センサ２の検出温度も入力される。また、入力部１７には、冷凍装置用制御装置１４の後述する出力部１９から、冷凍装置１０の運転状況も入力される。また、入力部１７には、例えば冷凍システム１の使用者等から、冷凍システム１の運転開始指令及び運転終了指令も入力される。

なお、入力部１７への各情報の入力は、手動で行われてもよく、他のシステムから自動で入力される構成でもよい。例えば、保管品１０２の入出庫情報が入出庫管理システムで管理されている場合、入出庫管理システムから入力部１７へ、保管品情報を自動で入力することができる。また例えば、倉庫１００の情報は、施工図面のＣＡＤデータ等から入力部１７へ自動で入力することができる。また例えば、外気温度は、気象データから入力部１７へ自動で入力することができる。また例えば、冷凍サイクル回路２０のサイクル特性は、冷凍装置１０の能力特性データから入力部１７へ自動で入力することができる。電気料金情報は、契約している電力会社のｗｅｂサイト等の料金プランを入力部１７へ入力する構成とすれば、自動で入力することができる。また、入力部１７への各情報を手動で入力する場合、制御装置３０は、ユーザーインターフェースとして、タッチパネル等の入力表示装置を備えてもよい。

記憶部３２は、入力部１７に入力された情報、及びシミュレーション部３３がシミュレーションを行う際に必要な情報等を記憶する機能部である。

シミュレーション部３３は、記憶部３２に記憶されている情報に基づいて、一日を通して倉庫１００内を要求温度以下に保つことができる、消費電力量当たりの電気料金が異なる時間帯毎の設定温度をシミュレーションによって求める機能部である。この際、一日を通して倉庫１００内を要求温度以下に保つことができるという条件を満たすことができる時間帯毎の設定温度の組み合わせは、幾つも存在することとなる。そこで、シミュレーション部３３は、時間帯毎の設定温度の組み合わせの中から、設定温度を一定にして冷凍装置１０を運転したときの一日の電気代よりも冷凍装置１０の一日の電気代が安くなる組み合わせを選出する。そして、シミュレーション部３３は、当該組み合わせの設定温度を、消費電力量当たりの電気料金が異なる時間帯毎の設定温度に決定する。なお、本実施の形態では、後述のように、シミュレーション部３３は、時間帯毎の設定温度の組み合わせの中から、一日の電気代が最も安くなる組み合わせの設定温度を、消費電力量当たりの電気料金が異なる時間帯毎の設定温度に決定する。

出力部３４は、シミュレーション部３３で決定された時間帯毎の設定温度を、冷凍装置用制御装置１４の後述する入力部１７に出力する機能部である。なお、冷凍装置用制御装置１４の後述する制御部１８は、温度センサ２の検出温度を用いて、圧縮機２１、室外ファン２５及び室内ファン２６を制御する。このため、出力部３４は、温度センサ２の検出温度も、冷凍装置用制御装置１４の後述する入力部１７に出力する。

本実施の形態に係る冷凍装置用制御装置１４は、機能部として、入力部１７、制御部１８、及び出力部１９を備えている。
入力部１７は、制御装置３０の出力部３４から、シミュレーション部３３で決定された時間帯毎の設定温度と、温度センサ２の検出温度とが入力される機能部である。また、入力部１７には、温度センサ２９の検出温度及び圧力センサ２８の検出圧力も入力される。

制御部１８は、消費電力量当たりの電気料金が異なる各時間帯において、入力部１７に入力された設定温度となるように、冷凍装置１０の圧縮機２１、膨張弁２３、室外ファン２５及び室内ファン２６を制御するものである。具体的には、冷凍装置１０の運転中、制御部１８は、温度センサ２の検出温度が設定温度よりも低くなった場合、圧縮機２１、室外ファン２５及び室内ファン２６を停止する。また、制御部１８は、温度センサ２の検出温度が設定温度よりも高温となった場合、圧縮機２１、室外ファン２５及び室内ファン２６を駆動する。また、冷凍装置１０の運転中、制御部１８は、圧力センサ２８の検出圧力から蒸発温度を求め、温度センサ２９の検出温度から該蒸発温度を減算して過熱度を求め、当該過熱度が規定値となるように膨張弁２３の開度を制御する。

出力部１９は、制御装置３０の入力部１７に、冷凍装置１０が運転しているか否かを出力する。

なお、本実施の形態では制御装置３０と冷凍装置用制御装置１４とを別体で構成しているが、制御装置３０と冷凍装置用制御装置１４とを一体で構成してもよい。

続いて、冷凍システム１の動作について説明する。

始めに、倉庫１００内の空気を冷却する際の冷凍装置１０の動作について説明する。
冷凍装置１０が運転され、圧縮機２１が駆動されると、低圧のガス冷媒が圧縮機２１に吸入され、高温高圧のガス冷媒となって圧縮機２１から吐出される。圧縮機２１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２２に流入する。室外熱交換器２２に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外ファン２５から供給された外気によって冷却されて凝縮し、高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は、室外熱交換器２２を流出し、膨張弁２３に流入する。

膨張弁２３に流入した高圧の液冷媒は、膨張弁２３内で膨張し、低温低圧の気液二相冷媒となる。この低温低圧の気液二相冷媒は、室内熱交換器２４に流入し、室内熱交換器２４を流れる。一方、室内ファン２６が回転することにより、倉庫１００内の空気が室内機１２内に吸い込まれ、該吸い込まれた空気が室内熱交換器２４に供給される。この供給された空気によって、室内熱交換器２４を流れる低温低圧の気液二相冷媒は、加熱されて蒸発し、低圧のガス冷媒となる。換言すると、室内機１２内に吸い込まれた倉庫１００内の空気は、室内熱交換器２４を流れる冷媒によって冷却される。そして、室内熱交換器２４を流れる冷媒によって冷却された空気は、室内ファン２６の回転により、室内機１２から倉庫１００内へ吹き出される。これにより、倉庫１００内は冷却される。

室内熱交換器２４内の低圧のガス冷媒は、室内熱交換器２４から流出し、アキュムレータ２７を通過した後、圧縮機２１に吸入される。

冷凍装置１０の運転中、温度センサ２の検出温度つまり倉庫１００内の温度が設定温度よりも低くなると、圧縮機２１、室外ファン２５及び室内ファン２６が停止する。その後、温度センサ２の検出温度つまり倉庫１００内の温度が設定温度以上となると、圧縮機２１、室外ファン２５及び室内ファン２６は、再び駆動する。なお、冷凍装置１０の運転中、膨張弁２３の開度は、室内熱交換器２４から流出した冷媒の過熱度が規定値となるように制御される。

続いて、シミュレーション部３３で行われる、消費電力量当たりの電気料金が異なる時間帯毎の設定温度の決定方法について説明する。

図４及び図５は、本発明の実施の形態に係る冷凍システムにおける時間帯毎の設定温度の一例を示す図である。
冷凍装置１０の一日の電気代Ｙ［円］は、下記式（１）で求めることができる。
Ｙ＝Ｙ１×Ｗ１＋Ｙ２×Ｗ２・・・（１）
ここで、Ｙ１は、夜間の消費電力量当たりの電気料金［円／ｋＷｈ］である。Ｗ１は、夜間の消費電力量［ｋＷｈ］である。Ｙ２は、日中の消費電力量当たりの電気料金［円／ｋＷｈ］である。Ｗ２は、日中の消費電力量［ｋＷｈ］である。なお、上記式（１）は、記憶部３２に記憶されている。

夜間の電気料金Ｙ１［円／ｋＷｈ］及び日中の電気料金Ｙ２［円／ｋＷｈ］は時期及び契約形態で異なるが、一般的に、日中の電気料金Ｙ２［円／ｋＷｈ］より夜間の電気料金Ｙ１［円／ｋＷｈ］の方が安い。このため、例えば、倉庫１００内に多くの保管品１０２があり、保管品１０２に多くの冷熱を蓄えることができる場合、例えば図４に示すように時間帯毎の設定温度を決定することにより、電気代Ｙ［円］を安くすることができる場合がある。

詳しくは、電気料金の安い夜間の時間帯に設定温度を下げ、夜間の冷凍装置１０の稼働率を上げる。そして、保管品１０２及び倉庫１００の壁に冷熱を蓄える。一方、日中の時間帯は、設定温度を夜間よりも上げる。そして、日中の時間帯は、保管品１０２及び倉庫１００の壁に蓄えられた冷熱を利用し、倉庫１００内が要求温度より高くなることを防止する。倉庫１００内に多くの保管品１０２があり、保管品１０２に多くの冷熱を蓄えることができる場合、例えばこのように時間帯毎の設定温度を決定することにより、倉庫１００内を要求温度以下に維持しつつ、電気代Ｙ［円］を安くすることができる場合がある。

また例えば、倉庫１００内の保管品１０２の量が少ない場合、及び夜間の電気料金Ｙ１［円／ｋＷｈ］と日中の電気料金Ｙ２［円／ｋＷｈ］との差が少ない場合等には、例えば図５に示すように時間帯毎の設定温度を決定することにより、電気代Ｙ［円］を安くすることができる場合がある。詳しくは、外部から倉庫１００内に侵入する熱量が少ない夜間の時間帯は、日中の時間帯よりも設定温度を上げて冷凍装置１０の稼働率を下げる。倉庫１００内の保管品１０２の量が少ない場合、及び夜間の電気料金Ｙ１［円／ｋＷｈ］と日中の電気料金Ｙ２［円／ｋＷｈ］との差が少ない場合等には、例えばこのように時間帯毎の設定温度を決定することにより、倉庫１００内を要求温度以下に維持しつつ、電気代Ｙ［円］を安くすることができる場合がある。

したがって、本実施の形態に係る冷凍システム１においては、シミュレーション部３３は、時々刻々と変化する環境条件を用いて倉庫１００内での熱の授受をシミュレートし、上記式（１）で一日の電気代Ｙ［円］が最も安くなる時間帯毎の設定温度を決定する。

具体的には、冷凍装置１０が冷却する熱量は、保管品１０２を冷却するための熱量と、外部から倉庫１００内へ侵入する熱量を冷却するための熱量との和になる。このため、保管品１０２を冷却するために必要な熱量の一日の中での変化と、外部から倉庫１００内へ侵入する熱量の一日の中での変化とがわかれば、倉庫１００内を要求温度よりも低い設定温度に維持するために必要な、冷凍装置１０が冷却する熱量の一日の中の変化がわかる。

保管品１０２を冷却する熱量は、いつ、どのような熱特性の保管品１０２がどれぐらいの量入出庫されるかが分かれば、時々刻々と変化する保管品１０２を冷却するための熱量を求めることができる。なお、実際に入出庫された保管品１０２の量を用いてシミュレーションを行う場合、一日の間に複数回のシミュレーションを行えば、時々刻々と変化する保管品１０２を冷却する熱量を求めることができる。

外部から倉庫１００内へ侵入する熱量の一日の中での変化は、倉庫１００の情報及び外気温度の情報から求めることができる。また、本実施の形態に係る冷凍システム１は、扉開閉センサ３を備えているので、外気温度と扉１０１の開閉時間から、保管品１０２の入出庫時に扉１０１を開けた際に外部から倉庫１００内へ侵入する熱量も把握することができる。このため、外部から倉庫１００内へ侵入する熱量の一日の中での変化をより正確に求めることができる。なお、扉開閉センサ３を設けず、保管品１０２の入出庫量から扉１０１の開閉時間を予測してもよい。

倉庫１００内を設定温度に維持するために必要な冷凍装置１０が冷却する熱量の一日の中の変化がわかれば、単位時間に必要な冷凍装置１０の冷凍能力の一日の中の変化がわかる。所定の冷却能力を得るために必要な電力は、外気温度等によって異なるが、冷凍サイクル回路２０のサイクル特性から求めることができる。

例えばこのようにシミュレーションしていくことにより、一日の中での消費電力の変化を求めることができる。すなわち、消費電力量当たりの電気料金が異なる時間帯毎の消費電力量をどの程度にすれば、倉庫１００内を要求温度よりも低い設定温度に維持できるかがわかる。なお、シミュレーションの具体的な方法は特に限定されない。従来、消費電力の低減等を図った冷凍システム等において、一日の中での消費電力の変化を求める種々のシミュレーションが提案されている。これらのシミュレーションを用いて、一日の中での消費電力の変化を求めればよい。

倉庫１００内を設定温度に維持できる時間帯毎の消費電力量の組み合わせは、複数存在する。これらの組み合わせの中から、シミュレーション部３３は、式（１）を用いて一日の電気代Ｙ［円］が最も安くなる時間帯毎の消費電力量を選択する。そして、シミュレーション部３３は、選択された消費電力量となる設定温度を、時間帯毎の設定温度に決定する。

なお、電気料金の基本料金は、３０分間の消費電力であるデマンド値に基づいて定められる。このため、シミュレーション部３３は、電気基本料金の算定基準となるデマンド値を超えないように、時間帯毎の消費電力量を選択してもよい。すなわち、シミュレーション部３３は、電気基本料金の算定基準となるデマンド値を超えないように、時間帯毎の設定温度を決定してもよい。これにより、一日の電気代をさらに安くすることができる。この場合、デマンド値は、電気料金情報として記憶部３２に記憶される。

図６は、本発明の実施の形態に係る冷凍システムの一日の電気代の一例を示す図である。なお、図６に示す実線が、本実施の形態に係る冷凍システム１の一日の電気代である。また、図６に示す破線は、比較例に係る冷凍システムの一日の電気代である。また、比較例に係る冷凍システムは、設定温度を一定として冷凍装置１０を運転している。また、図６は、倉庫１００内に比較的多くの保管品１０２がある場合の、一日の電気代を示している。

図６の破線に示すように、比較例に係る冷凍システムは、設定温度を一定として冷凍装置１０を運転しているため、倉庫１００内に侵入する熱量が多くなる日中に電気代が上昇し、一日の電気代が高くなっている。一方、本実施の形態に係る冷凍システム１の場合、電気料金の安い夜間の時間帯に設定温度を下げ、夜間の冷凍装置１０の稼働率を上げる。このため、本実施の形態に係る冷凍システム１は、比較例に係る冷凍システムと比べ、夜間の電気代が高くなっている。しかしながら、本実施の形態に係る冷凍システム１は、夜間に保管品１０２へ冷熱を蓄えることができるので、日中の時間帯に当該冷熱を利用することにより、日中の設定温度を夜間よりも上げても倉庫１００内が要求温度より高くなることを防止できる。したがって、本実施の形態に係る冷凍システム１は、日中の電気代の上昇を抑制でき、一日の電気代では比較例に係る冷凍システムよりも安くすることができる。

最後に、本実施の形態に係る冷凍システム１の運転動作の制御フローの一例を紹介する。なお、以下では、消費電力量当たりの電気料金が日中と夜間とで異なる場合を例に、冷凍システム１の運転動作の制御フローの一例を紹介する。

図７は、本発明の実施の形態に係る冷凍システムの運転動作の制御フローの一例を示す図である。
ステップＳ１において、例えば冷凍システム１の使用者等から、冷凍システム１の運転開始指令が入力される。ステップＳ２において制御装置３０のシミュレーション部３３は、記憶部３２から、時間帯毎の設定温度を決定するために必要な情報を取得する。そして、ステップＳ３においてシミュレーション部３３は、時間帯毎の設定温度を決定する。詳しくは、ステップＳ３の実行が夜間であれば、シミュレーション部３３は、夜間の時間帯の設定温度と、当該夜間の時間帯の後の日中の時間帯の設定温度とを決定する。また、ステップＳ３の実行が日中であれば、シミュレーション部３３は、日中の時間帯の設定温度と、当該日中の時間帯の後の夜間の時間帯の設定温度とを決定する。

ステップＳ４において、冷凍装置１０の制御部１８は、冷凍装置１０の運転を開始する。ステップＳ４の後のステップＳ５では、冷凍装置１０の制御部１８は、温度センサ２の検出温度が設定温度よりも低くなっているかを判定する。すなわち、ステップＳ５は、倉庫１００内の温度が設定温度よりも低くなっているかを判定するステップである。なお、ステップＳ５が夜間の時間帯に実行される場合、制御部１８は、温度センサ２の検出温度と、夜間の時間帯の設定温度とを比較する。また、ステップＳ５が日中の時間帯に実行される場合、制御部１８は、温度センサ２の検出温度と、日中の時間帯の設定温度とを比較する。

ステップＳ５において温度センサ２の検出温度が設定温度よりも低くなっている場合、ステップＳ６において冷凍装置１０の制御部１８は、冷凍装置１０の運転を停止する。すなわち、冷凍装置１０の制御部１８は、圧縮機２１、室外ファン２５及び室内ファン２６を停止させる。

ステップＳ６の後のステップＳ７は、制御装置３０の入力部３１に、例えば冷凍システム１の使用者等から冷凍システム１の運転終了指令が入力されているかを判定するステップである。運転終了指令が入力されている場合、冷凍システム１の運転動作は終了する。運転終了指令が入力されていない場合、ステップＳ５に戻り、ステップＳ５以降を繰り返す。

一方、ステップＳ５において温度センサ２の検出温度が設定温度以上となっている場合、ステップＳ６において冷凍装置１０の制御部１８は、一定時間が経過しているか否かを判断する。一定時間が経過していない場合、ステップＳ５に戻る。一方、一定時間が経過しても温度センサ２の検出温度が設定温度以上となっている場合、ステップＳ２に戻る。そして、ステップＳ３で設定温度を再度決定し、ステップＳ４以降を繰り返す。

以上、本実施の形態に係る制御装置３０は、倉庫１００内が設定温度となるように倉庫１００内を冷却する冷凍装置１０の設定温度を決定する制御装置である。そして、制御装置３０は、設定温度が倉庫１００内の要求温度よりも低くなり、且つ、設定温度を一定にして冷凍装置１０を運転したときの一日の電気代よりも冷凍装置１０の一日の電気代が安くなるように、消費電力量当たりの電気料金が異なる時間帯毎に、設定温度を決定する。

また、本実施の形態に係る冷凍システム１は、本実施の形態に係る制御装置３０と、冷凍装置１０とを備えている。また、冷凍装置１０は、倉庫１００内の空気を冷却する室内熱交換器２４を有する冷凍サイクル回路２０と、制御装置３０が決定した設定温度に倉庫１００内がなるように、冷凍サイクル回路２０を制御する冷凍装置用制御装置１４と、を備えている。

上述のように、本実施の形態に係る制御装置３０を用いて冷凍システム１を構成することにより、倉庫１００内を要求温度よりも低く保つことができ、設定温度を一定にして冷凍装置１０を運転したときよりも一日の電気代を安くすることができる。

なお、本実施の形態に係る冷凍システム１は、上述のように消費電力量当たりの電気料金が異なる時間帯毎に設定温度を決定することにより、消費電力の低減を図った冷凍システムよりも一日の電気代を安くすることができる。この際、本実施の形態に係る冷凍システム１は、消費電力の低減を図った冷凍システムと比べ、一日の消費電力が増加する場合もある。

また、本実施の形態においてシミュレーション部３３のシミュレーションで用いたパラメータ（変数）はあくまでも一例である。

例えば、保管品１０２が倉庫１００内に運び込まれる際、保管品１０２の温度が倉庫１００の設定温度よりも高くなっている場合がある。このような場合、保管品１０２は、設定温度に対する温度差分の熱量を倉庫１００内に持ち込むこととなる。このため、例えば、シミュレーション部３３のシミュレーションにおいて、保管品１０２の当該熱量をパラメータとして用いてもよい。

また例えば、シミュレーション部３３のシミュレーションにおいて、倉庫１００内の温度分布をパラメータとして用いてもよい。具体的には、例えば次のように、倉庫１００内の温度分布をパラメータとして用いることができる。倉庫１００内に温度センサ２を複数配置した場合、倉庫１００内の温度分布を知ることができる。例えば、消費電力量当たりの電気料金が異なる時間帯毎の設定温度をシミュレーションによって求める際、最も高い温度を検出した温度センサ２の検出温度が設定温度となるように、シミュレーションしてもよい。また例えば、外部から倉庫１００内へ侵入する熱量を求める従来のシミュレーション方法として、外気温度の情報及び倉庫１００の情報に加え、倉庫１００内の温度を用いるものもある。このようなシミュレーションにおいて、複数の温度センサ２の検出温度の平均値を倉庫１００内の温度として用いてもよい。シミュレーション部３３のシミュレーションにおいて倉庫１００内の温度分布をパラメータとして用いることにより、倉庫１００内の温度ムラを考慮したシミュレーションを行うことができる。

また例えば、シミュレーション部３３のシミュレーションで用いたパラメータのうち、変動量が少ないものは固定値としてもよい。

例えば、時間帯毎の電気料金が時期によって変化しない場合、電力料金を固定値として記憶部３２に記憶させ、シミュレーション部３３でのシミュレーションを行ってもよい。また例えば、倉庫１００に保管される保管品１０２にはいろいろな品物があるが、各品物の蓄冷量が近似している場合等には、保管品１０２の１つ当たりの蓄冷量を固定値として記憶部３２に記憶させ、シミュレーション部３３でのシミュレーションを行ってもよい。また例えば、毎日、略同量の保管品１０２が略同時刻に入出庫される場合等には、扉１０１の開閉時間を固定値として記憶部３２に記憶させ、シミュレーション部３３でのシミュレーションを行ってもよい。

また例えば、季節による外気温度の変動が少ない場所に倉庫１００が設置されている場合等には、倉庫１００の壁から内部への熱侵入量を固定値として記憶部３２に記憶させ、シミュレーション部３３でのシミュレーションを行ってもよい。また例えば、季節による外気温度の変動が少ない場所に倉庫１００が設置されている場合等には、外気温度の予測値を固定値として記憶部３２に記憶させ、シミュレーション部３３でのシミュレーションを行ってもよい。そして、季節毎に、外気温度の予測値の固定値を変更してもよい。

また、本実施の形態に係る冷凍システム１は１つの冷凍装置１０を備えていたが、冷凍システム１が備える冷凍装置１０の数は任意である。倉庫１００内の大きさに応じて、冷凍システム１が備える冷凍装置１０の数を適宜決定すればよい。また、倉庫１００内の温度ムラが大きい場合には、局所的に冷却可能な室内機１２を用い、倉庫１００内において局所的に温度が高くなる箇所を冷却してもよい。

また、冷凍装置１０の室外機１１及び室内機１２は空冷式とは限らない。例えば、水冷式の熱交換器を室外機１１及び室内機１２に設けてもよい。

１ 冷凍システム、２ 温度センサ、３ 扉開閉センサ、１０ 冷凍装置、１１ 室外機、１２ 室内機、１３ 冷媒配管、１４ 冷凍装置用制御装置、１５ 室外機制御装置、１６ 室内機制御装置、１７ 入力部、１８ 制御部、１９ 出力部、２０ 冷凍サイクル回路、２１ 圧縮機、２２ 室外熱交換器、２３ 膨張弁、２４ 室内熱交換器、２５ 室外ファン、２６ 室内ファン、２７ アキュムレータ、２８ 圧力センサ、２９ 温度センサ、３０ 制御装置、３１ 入力部、３２ 記憶部、３３ シミュレーション部、３４ 出力部、１００ 倉庫、１０１ 扉、１０２ 保管品。

Claims (8)

1. 倉庫内が設定温度となるように前記倉庫内を冷却する冷凍装置の前記設定温度を決定する制御装置であって、
   前記設定温度が前記倉庫内の要求温度よりも低くなり、且つ、前記設定温度を一定にして前記冷凍装置を運転したときの一日の電気代よりも前記冷凍装置の一日の電気代が安くなるように、
   消費電力量当たりの電気料金が異なる時間帯毎に、前記倉庫内の保管品の量をパラメータとしたシミュレーションにより前記設定温度を決定する制御装置。
2. 電気基本料金の算定基準となるデマンドを超えないように、前記時間帯毎の前記設定温度を決定する請求項１に記載の制御装置。
3. 前記シミュレーションは、パラメータとして、前記保管品の蓄冷量を用いる請求項１又は請求項２に記載の制御装置。
4. 前記シミュレーションは、パラメータとして、前記保管品の熱量を用いる請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の制御装置。
5. 前記シミュレーションは、パラメータとして、外気温度の予測値を用いる請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の制御装置。
6. 前記シミュレーションは、パラメータとして、前記倉庫の扉の開閉時間を用いる請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の制御装置。
7. 前記シミュレーションは、パラメータとして、前記倉庫内の温度分布を用いる請求項１～請求項６のいずれか一項に記載の制御装置。
8. 請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の制御装置と、
   冷凍装置と、
   を備え、
   前記冷凍装置は、
   前記倉庫内の空気を冷却する室内熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、
   前記制御装置が決定した前記設定温度に前記倉庫内がなるように、前記冷凍サイクル回路を制御する冷凍装置用制御装置と、
   を備えた冷凍システム。

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