JP7459455B2

JP7459455B2 - 冷却装置及び冷却制御方法

Info

Publication number: JP7459455B2
Application number: JP2019047408A
Authority: JP
Inventors: 拓弥酒徳; 健二武藤; 奈菜美田口
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2024-04-02
Anticipated expiration: 2039-03-14
Also published as: CN111685541A; JP2020148422A

Description

本発明は、小型高効率で稼働する冷凍機内蔵型の冷却設備において、冷凍機の負荷が定格を超える場合であっても冷却性能を最低限維持し、商品に与える影響を抑えることができる冷却装置及び冷却制御方法に関する。

コンビニエンスストアやスーパーマーケットなどの店舗では、複数の商品棚が多段に配置されたショーケースに商品が陳列される場合が多い。このショーケースは、冷凍食品や生鮮食品などを冷凍又は冷蔵しながら陳列する必要があるため、蒸発器などの冷却用熱交換器を設けている。なお、冷却機能を有したショーケースは商品扉を設けず、エアカーテンを形成して冷却空間を形成するオープン型のショーケースもある（特許文献１参照）。

特開２０１０－２０７５６４号公報

ところで、冷却機能を有したショーケースなどの冷却設備には、比較的小型の冷却装置が配置される。この冷却設備は、店舗内で固定配置されることはなく、冷蔵庫のように、配置換えが可能な可搬型設備でもあるため、冷却装置は、外部の冷凍機を用いず、冷凍機を内蔵させるようにしている。この冷凍機内蔵の冷却装置は、店舗内の商用コンセントに接続して商用電源を取り入れ、この商用電源によって冷凍機の駆動制御を行っている。

したがって、内蔵された冷凍機の圧縮機は、商用電源でも稼働できる小型かつ高効率に設計されている。商用電源は、一般に１００Ｖ、１５Ａが定格容量であり、圧縮機としては負荷の大きい使い方がされている。このため、店舗内の環境変化（温度、湿度、電源電圧などの変化）があると圧縮機の負荷が大きくなり定格容量を超えやすくなる。特に、オープン型の冷却設備は、周囲環境に影響を受けやすい。

このため、冷凍機の定格電圧を２００Ｖにしたり、定格電流を２０Ａにするといった電源容量アップを行うことが考えられるが、コストアップにつながる。一方、負荷が大きくなった場合に圧縮機を停止させることも考えられるが、冷却性能が低下し、商品に与える影響が大きい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型高効率で稼働する冷凍機内蔵型の冷却設備において、冷凍機の負荷が定格を超える場合であっても冷却性能を最低限維持し、商品に与える影響を抑えることができる冷却装置及び冷却制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる冷却装置は、冷却対象物品を冷却する冷却設備内に内蔵される圧縮機を含む冷凍機を制御する冷却装置であって、前記冷却設備に供給される電流の電流値を測定する電流測定部と、前記電流測定部が測定した電流値が所定値を超える場合、前記圧縮機の回転数を下げる制御を行う冷凍機電力制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる冷却装置は、上記の発明において、前記所定値は、入力電源の定格電流値あるいは前記定格電流値以下の設定値であることを特徴とする。

また、本発明にかかる冷却装置は、上記の発明において、前記所定値は、前記圧縮機を駆動する駆動部におけるコンバータの最大電流定格又はインバータに用いられる電力デバイスの保護電流閾値であることを特徴とする。

また、本発明にかかる冷却装置は、上記の発明において、前記電流測定部は、所定期間毎の電流値を計測し、前記冷凍機電力制御部は、前記所定期間の電流値が所定制限回数、連続して前記所定値を超えた場合、前記圧縮機の上限回転数を所定回転数分、下げる制御を繰り返すことを特徴とする。

また、本発明にかかる冷却装置は、上記の発明において、前記冷凍機電力制御部は、前記所定期間の電流値が所定復帰回数、連続して前記所定値を超えない場合、前記圧縮機の上限回転数を所定回転数分、上げる制御を繰り返すことを特徴とする。

また、本発明にかかる冷却装置は、上記の発明において、前記電流値が所定値を超え、前記圧縮機の上限回転数が下げられている場合、電力負荷が大きい旨の報知を外部出力し、前記圧縮機の上限回転数が設定上限回転数に復帰した場合に前記報知の外部出力を解除する報知部を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる冷却装置は、上記の発明において、前記冷凍機電力制御部は、前記電流値が前記所定値を超える場合、前記圧縮機の回転数を下げるとともに、前記冷却設備内における前記冷凍機以外の電力使用部の電力使用を制限する調整制御を行うことを特徴とする。

また、本発明にかかる冷却制御方法は、冷却対象物品を冷却する冷却設備内に内蔵される圧縮機を含む冷凍機を制御する冷却装置の冷却制御方法であって、前記冷却設備に供給される電流の電流値を測定する電流測定ステップと、前記電流測定ステップで測定した電流値が所定値を超える場合、前記圧縮機の回転数を下げる制御を行う冷凍機電力制御ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、小型高効率で稼働する冷凍機内蔵型の冷却設備において、冷凍機の負荷が定格を超える場合であっても冷却性能を最低限維持し、商品に与える影響を抑えることができる。

図１は、本発明の実施の形態である冷却装置の構成を示す図である。図２は、冷凍機電力制御部による冷凍機電力制御処理の一例を示すタイムチャートである。図３は、冷凍機電力制御部による冷凍機電力制御処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

＜全体構成＞
図１は、本発明の実施の形態である冷却装置１の構成を示す図である。図１に示すように、冷却装置１は、冷却設備１００内に配置される。冷却装置１は、圧縮機１０、凝縮器１２、膨張弁１４、蒸発器１５が順次接続された冷凍サイクル機構を有する。凝縮器１２は、空気との熱交換効率を上げるための送風ファン１３を有する。また、蒸発器１５は、冷却設備１００内の冷却空間２に対して熱交換された空気（冷気）を送風する送風ファン１７を有する。送風ファン１７によって送風された空気は、冷却空間２を循環し、蒸発器１５の吸い込み口に戻る。

冷却空間２は、商品５が配置される空間である。商品５は、ヒータ４を有した商品棚３に載置される。また、冷却空間２には、照明６及び表示用のＬＥＤ７も配置される。

冷却空間２に対する冷却処理を行う場合、圧縮機１０は蒸発器１５から導入される低圧冷媒を高圧冷媒に圧縮し、凝縮器１２に導出する。凝縮器１２は、高圧冷媒を凝縮して放熱し、凝縮された冷媒を膨張弁１４に導出する。膨張弁１４は、導入された冷媒を減圧膨張して蒸発器１５に導出する。そして、蒸発器１５は、減圧膨張された冷媒によって吸熱を行い、冷却された空気を送風ファン１７によって冷却空間２に送風し、減圧冷媒を圧縮機１０に導出する。

また、蒸発器１５の送風下流側には、吹出温度を検出する吹出温度センサＳ１が設けられる。また、冷却空間２には、冷却空間２内の温度を検出する庫内温度センサＳ２が設けられる。また、冷却設備１００は、商用電源１０２に接続され、圧縮機１０の駆動部１１及び冷却設備１００内の各部、例えばヒータ４、照明６、ＬＥＤ７、送風ファン１３，１７などに電源供給される。商用電源１０２の導入口には電流値を測定する電流測定部である電流センサＳ３が設けられる。なお、駆動部１１は、コンバータ１１ａ及びインバータ１１ｂを有する。コンバータ１１ａは、交流の商用電源が直流に変換された直流電圧を所望の直流電圧に変換してインバータ１１ｂに出力する。インバータ１１ｂは、入力された直流電圧を所望周波数の交流電圧に変換して圧縮機１０を駆動するモータの回転数を制御する。

また、冷却装置１は、制御部３０、入出力部４０及び記憶部５０を有する。制御部３０は、装置全体の制御を行う制御部であり、冷凍機電力制御部３１及び報知部３２を有する。制御部３０は、圧縮機１０の駆動部１１を介して圧縮機１０の回転数制御及び膨張弁１４による冷媒の流量調整等を行って、吹出温度が設定温調温度ＴＣあるいは庫内温度が所望温度となるように冷却制御を行う。また、制御部３０は、送風ファン１７の駆動モータ１８の回転数を制御する。さらに、制御部３０は、ヒータ４、照明６、ＬＥＤ７、送風ファン１７の駆動モータ１８の通電を制御する。

冷凍機電力制御部３１は、電流センサＳ３が測定した電流値Ｉが所定値Ｉｔｈを超える場合、圧縮機１０を停止させず、圧縮機１０の回転数を下げる制御を行う。この所定値Ｉｔｈは、商用電源１０２の定格電流値あるいは定格電流値以下の設定値である。あるいは、この所定値Ｉｔｈは、圧縮機１０を駆動する駆動部１１におけるコンバータ１１ａの最大電流定格又はインバータ１１ｂに用いられる電力デバイスの保護電流閾値である。この場合、駆動部１１の製品保護を行うことができる。

冷凍機電力制御部３１は、具体的には、電流センサＳ３が所定期間Δｔ毎に測定した電流値Ｉが所定制限回数ＡＮ、連続して所定値Ｉｔｈを超えた場合、圧縮機１０の上限回転数ＮＬを所定回転数ΔＮ分、下げる制御を繰り返す。また、冷凍機電力制御部３１は、所定期間Δｔの電流値Ｉが所定復帰回数ＢＮ、連続して所定値Ｉｔｈを超えない場合、圧縮機１０の上限回転数ＮＬを所定回転数ΔＮ分、上げる制御を繰り返す。

報知部３２は、電流値Ｉが所定値Ｉｔｈを超え、圧縮機１０の上限回転数ＮＬが下げられている場合、電力負荷が大きい旨の報知を外部出力し、圧縮機１０の上限回転数ＮＬが設定上限回転数Ｎｍａｘに復帰した場合に報知の外部出力を解除する。

入出力部４０は、各種設定値を操作入力するとともに、各種状態を表示するなどの出力を行う入出力デバイスである。

記憶部５０は、設定上限回転数Ｎｍａｘ、所定値Ｉｔｈ、所定制限回数ＡＮ、所定復帰回数ＢＮ、所定回転数ΔＮ，設定温調温度ＴＣを記憶する。

＜冷凍機電力制御処理の一例＞
次に、図２に示したタイムチャートを参照して冷凍機電力制御部３１による冷凍機電力制御処理の一例について説明する。まず、電流センサＳ３は、所定期間Δｔ毎に電流値Ｉを測定する。冷凍機電力制御部３１は、このサンプリングされた電流値Ｉがそれぞれ所定値Ｉｔｈを超えたか否かを判定し、所定期間Δｔ内で所定値Ｉｔｈを超えた電流値Ｉの回数が例えば２０％以上である場合、所定期間Δｔの電流値Ｉが所定値Ｉｔｈを超えたものとしてフラグ「１」を立てる。一方、所定期間Δｔ内で所定値Ｉｔｈを超えた電流値Ｉの回数が２０％未満である場合、所定期間Δｔの電流値Ｉが所定値Ｉｔｈ未満であるとしてフラグ「０」を立てる。図２の上部に示した所定期間Δｔでは、１０回のうち、７回、電流値Ｉが所定値Ｉｔｈを超えているため、所定期間Δｔの電流値が所定値Ｉｔｈを超えているとしてフラグ「１」を立てる。

冷凍機電力制御部３１は、フラグ「１」が連続して所定制限回数ＡＮ、例えば時点ｔ０から時点ｔ１までの６回連続して立った場合、圧縮機１０の上限回転数ＮＬを時点ｔ１で所定回転数ΔＮ分、下げる。その後、時点ｔ１から時点ｔ２までの６回、連続してフラグ「１」が立った場合、さらに上限回転数ＮＬを所定回転数ΔＮ分、下げる。

この場合、圧縮機１０は停止することなく、上限回転数ＮＬが制限されるものの、圧縮機１０は回転し続けるので、負荷が大きくなっても冷却性能を最低限維持することができる。

また、冷凍機電力制御部３１は、フラグ「０」が聯足して所定復帰回数ＢＮ、例えば時点ｔ１１から時点ｔ１２までの６０回連続して立った場合、時点ｔ１２で圧縮機１０の現在の上限回転数ＮＬを所定回転数ΔＮ分、上げる。なお、このような所定制限回数ＡＮ及び所定復帰回数ＢＮを設けたのは、安定した上限回転数ＮＬの制御を行うためである。

＜冷凍機電力制御処理＞
次に、図３に示したフローチャートを参照して冷凍機電力制御部３１による冷凍機電力制御処理手順について説明する。図３に示すように、まず、冷凍機電力制御部３１は、制限カウンタＮＤの値及び復帰カウンタＮＵの値をそれぞれ初期値として０に設定する（ステップＳ１０１）。制限カウンタＮＤは、連続するフラグ「１」の計数値であり、復帰カウンタＮＵは、連続するフラグ「０」の計数値である。

その後、冷凍機電力制御部３１は、所定期間Δｔの電流値Ｉを検出する（ステップＳ１０２）。そして、電流値Ｉが所定値Ｉｔｈを超えたか否かを判定する（ステップＳ１０３）。電流値Ｉが所定値Ｉｔｈを超えていた場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、制限カウンタＮＤの値をインクリメントするとともに、復帰カウンタＮＵの値をクリアする（ステップＳ１０４）。

その後、さらに制限カウンタＮＤの値が所定制限回数ＡＮに達したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。制限カウンタＮＤの値が所定制限回数ＡＮに達している場合（ステップＳ１０５）、現在の上限回転数ＮＬを所定回転数ΔＮ分、下げる処理を行う（ステップＳ１０６）。

その後、報知部３２は、電力負荷が大きい旨の報知を外部出力する（ステップＳ１０７）。そして、制限カウンタＮＤの値をクリアする（ステップＳ１０８）。そして、終了指示があったか否かを判定し（ステップＳ１１５）、終了指示がない場合（ステップＳ１１５，Ｎｏ）、ステップＳ１０２に移行して上述した処理を繰り返す。また、終了指示があった場合（ステップＳ１１５，Ｙｅｓ）、本処理を終了する。

一方、制限カウンタＮＤの値が所定制限回数ＡＮに達していない場合（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、そのままステップＳ１１５に移行し、終了指示があったか否かを判定し（ステップＳ１１５）、終了指示がない場合（ステップＳ１１５，Ｎｏ）、ステップＳ１０２に移行して上述した処理を繰り返す。また、終了指示があった場合（ステップＳ１１５，Ｙｅｓ）、本処理を終了する。

一方、電流値Ｉが所定値Ｉｔｈを超えていない場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、制限カウンタＮＤの値をクリアするとともに、復帰カウンタＮＵの値をインクリメントする（ステップＳ１０９）。

その後、さらに復帰カウンタＮＵの値が所定復帰回数ＢＮに達したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。復帰カウンタＮＵの値が所定復帰回数ＢＮに達した場合（ステップＳ１１０，Ｙｅｓ）、現在の上限回転数ＮＬを所定回転数ΔＮ分、上げる処理を行う（ステップＳ１１１）。

その後、現在の上限回転数ＮＬが設定上限回転数Ｎｍａｘに達したか否かを判定する（ステップＳ１１２）。現在の上限回転数ＮＬが設定上限回転数Ｎｍａｘに達した場合（ステップＳ１１２，Ｙｅｓ）には、報知出力を解除し（ステップＳ１１３）、復帰カウンタＮＵをクリアして（ステップＳ１１４）、ステップＳ１１５に移行する。

一方、復帰カウンタＮＵの値が所定復帰回数ＢＮに達していない場合（ステップＳ１１０，Ｎｏ）、あるいは現在の上限回転数ＮＬが設定上限回転数Ｎｍａｘに達していない場合（ステップＳ１１２，Ｎｏ）には、そのままステップＳ１１５に移行する。

ステップＳ１１５では、終了指示があったか否かを判定し（ステップＳ１１５）、終了指示がない場合（ステップＳ１１５，Ｎｏ）、ステップＳ１０２に移行して上述した処理を繰り返す。また、終了指示があった場合（ステップＳ１１５，Ｙｅｓ）、本処理を終了する。

なお、冷凍機電力制御部３１は、電流値Ｉが所定値Ｉｔｈを超える場合、圧縮機１０の回転数を下げるとともに、冷却設備１００内における冷凍機１０１以外の電力使用部、例えばヒータ４、照明６、ＬＥＤなどの電力使用を制限する調整制御を行うようにしてもよい。なお、ヒータ４は、商品棚３でなく、商品扉などの除霜処理のためのヒータであってもよい。

本実施の形態では、電流値Ｉが所定値Ｉｔｈを超える大きな負荷が発生した場合、圧縮機１０を停止させることなく、圧縮機１０の回転数を下げるようにしているので、冷却性能を最低限維持することができ、商品に及ぼす影響を抑止することができる。

また、報知部は、圧縮機１０の回転数（上限周波数）が下げられている場合、電力負荷が大きい旨の報知を外部出力して、店舗内の周囲環境の向上を促すようにしているので、周囲環境から圧縮機１０に対する負荷を軽減することができる。

さらに、上記の実施の形態では、冷却設備１００の一例としてショーケースをあげて説明したが、これに限らず、冷凍機内蔵型で小型高効率の冷凍機を搭載した冷却設備にも適用できる。例えば、コンパクトな冷蔵庫、冷凍庫などである。

なお、上記の実施の形態及び変形例で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置及び構成要素の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

１冷却装置
２冷却空間
３商品棚
４ヒータ
５商品
６照明
１０圧縮機
１１駆動部
１１ａコンバータ
１１ｂインバータ
１２凝縮器
１３，１７送風ファン
１４膨張弁
１５蒸発器
１８駆動モータ
３０制御部
３１冷凍機電力制御部
３２報知部
４０入出力部
５０記憶部
１００冷却設備
１０１冷凍機
１０２商用電源
ＡＮ所定制限回数
ＢＮ所定復帰回数
Ｉ電流値
Ｉｔｈ所定値
ＮＤ制限カウンタ
ＮＬ上限回転数
Ｎｍａｘ設定上限回転数
ＮＵ復帰カウンタ
Ｓ１吹出温度センサ
Ｓ２庫内温度センサ
Ｓ３電流センサ
ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ１１，ｔ１２時点
ＴＣ設定温調温度
ΔＮ所定回転数
Δｔ所定期間

Claims

冷却対象物品を冷却する冷却設備内に内蔵される１つの圧縮機を用いた冷凍機を制御する冷却装置であって、
前記冷却設備に供給される電流の電流値を測定する電流測定部と、
前記電流測定部が測定した電流値が所定値を超える場合、前記圧縮機の回転数を下げる制御を行う冷凍機電力制御部と、
を備え、
前記電流測定部は、所定期間毎の電流値を計測し、
前記冷凍機電力制御部は、前記所定期間の電流値が所定制限回数、連続して前記所定値を超えた場合、前記圧縮機の上限回転数を所定回転数分、下げる制御を繰り返し、前記所定期間の電流値が前記所定制限回数よりも多い所定復帰回数、連続して前記所定値を超えない場合、前記圧縮機の上限回転数を所定回転数分、上げる制御を繰り返すことを特徴とする冷却装置。
前記所定値は、入力電源の定格電流値あるいは前記定格電流値以下の設定値であることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
前記所定値は、前記圧縮機を駆動する駆動部におけるコンバータの最大電流定格又はインバータに用いられる電力デバイスの保護電流閾値であることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
前記電流値が所定値を超え、前記圧縮機の上限回転数が下げられている場合、電力負荷が大きい旨の報知を外部出力し、前記圧縮機の上限回転数が設定上限回転数に復帰した場合に前記報知の外部出力を解除する報知部を備えたことを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の冷却装置。
前記冷凍機電力制御部は、前記電流値が前記所定値を超える場合、前記圧縮機の回転数を下げるとともに、前記冷却設備内における前記冷凍機以外の電力使用部の電力使用を制限する調整制御を行うことを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の冷却装置。
冷却対象物品を冷却する冷却設備内に内蔵される１つの圧縮機を用いた冷凍機を制御する冷却装置の冷却制御方法であって、
前記冷却設備に供給される電流の電流値を測定する電流測定ステップと、
前記電流測定ステップで測定した電流値が所定値を超える場合、前記圧縮機の回転数を下げる制御を行う冷凍機電力制御ステップと、
を含み、
前記電流測定ステップは、所定期間毎の電流値を計測し、
前記冷凍機電力制御ステップは、前記所定期間の電流値が所定制限回数、連続して前記所定値を超えた場合、前記圧縮機の上限回転数を所定回転数分、下げる制御を繰り返し、前記所定期間の電流値が前記所定制限回数よりも多い所定復帰回数、連続して前記所定値を超えない場合、前記圧縮機の上限回転数を所定回転数分、上げる制御を繰り返すことを特徴とする冷却制御方法。