JPH0320552A - オープンショーケースの霜取制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は冷媒流量制御装置を用いて冷却制御を行うよう
にした空気調和機，冷凍・冷蔵庫および冷凍・冷蔵ショ
ーケース等の冷凍装置における霜取制御方法に関する。

（口）従来の技術 特公昭５８−４７６２８号公報（ＴＰＣ．Ｆ２５Ｂ４１
／ＯＳ）、刊行物「冷凍』の第５６巻第６４１号（昭和
５６年３月号）第６０頁〜第６４頁には、電動弁の１種
である熱電式膨張弁を使用した冷媒流量制御装置が示さ
れている。かかる冷媒流量制御装置によれば、蒸発器の
入口乃至中間部に設けた第１の温度センサと，蒸発器の
出口部に設けた第２の温度センサとからの各々の電気信
号の差に応じて電動弁の弁開度を制御する電気信号を出
力して前記電気信号の差を一定に保ち、蒸発器の過熱度
制御を略一定に保つ冷媒流量制御が行なわれている。

また、上記従来技術を更に改良し、電動弁による過熱度
制御に加え、電動弁によって被冷却空間の温度制御を行
う冷媒流量制御装置も提案されている。

そして、第３図にこの冷媒流量制御装置を、スーバーマ
ーケット等に設置される低温ショーケースに用いた場合
の冷凍システムの全体的な概念構或図を表わし、第４図
に冷媒流量制御装置の制御回路ブロック図を示し、また
第５図にこの冷媒流量制御装置により制御される被冷却
空間の温度変化を電動弁の制御状態と関連付けて示して
いる。

今、第３図を説明すると１は圧縮機、２は凝縮器、３は
電動弁、４は蒸発器にしてこれらを順次配管接続して閉
ループ状とし、冷媒回路５を形成する．電動弁３はパル
ス酩動される電子式膨張弁を用いる．低温ショーケース
エの冷気通路６中の下部に配した送風機７にて，吸込口
８ａから吸込まれる空気流は、蒸発器４で冷却され、吐
出口８ｂより吐出して、エアーカーテンＡを形成し、被
冷却空間９を外気温度の影響を受けない低温状態に維持
する．ここで、電動弁３はマイコン等から成る制御器１
０より出力される制御信号ａにより、弁閉をも含む弁開
度の制御が成され、流量調整された冷媒を蒸発器４に流
すようになっている．電動弁３の制御の基となる信号は
、蒸発器４の入口乃至中間に？けられる蒸発温度センサ
１１と、蒸発器４の出口に設けられる蒸発器出口温度セ
ンサ１２から得られる温度値を電気信号に変換した検出
信号ｂ■ｔｂｚと、吸込空気の温度を測定する吸込空気
温度センサ１３および吐出空気の温度を測定する吐出空
気温度センサｌ４から得られる温度値を電気信号に変換
した検出信号ｂ，，ｂ４であり、これら各検出信号ｂ１
，ｂ２，ｂ３，ｂ４が制御器１０に入力されて、制御器
１０内で演算処理され、必要とする制御信号ａが電動弁
３に対して出力する。詳しくは，前記蒸発温度センサｌ
１と蒸発器出口温度センサｌ２からの検知信号ｂ１，ｂ
２が過熱度制御に係り、前記吸込空気温度センサｌ３お
よび吐出冷気温度センサ１４からの検知信号ｂ３，ｂ，
は温度制御に係わっている。

次にこれら検知信号ｂ■ｔ　ｂｉｔ　ｂ３９　ｂ４によ
って行われる具体的な制御動作を説明する。第４図は冷
媒流量制御装置Ｓの内部構成を示し、目標値となる設定
過熱度ＳＨＳとフィードバック信号とを比較する第１比
較部１５と、調節部となる内部アルゴリズム部１６と、
操作部となる弁翻動部１７と、蒸発？４の温度を検出す
る蒸発器温度測定部１８と、被冷却空間９の温度を検出
する被冷却空間温度測定部ｌ９と、設定温度と被冷却空
間温度とを比較する第２比較部２０と、弁全開信号発生
部２ｌとから構戒されている。そして、今仮に設定過熱
度ＳＨＣを５℃とした場合，蒸発器出口温度センサｌ２
の検出信号ｂ２と、蒸発温度センサｌ１の検出信号ｂ■
とから，蒸発器温度測定部１８で測定過熱度ＳＲが演算
され、第１比較部ｌ５で設定過熱度ＳＨＣと比較されて
、その偏差信号ＤＶが内部アルゴリズム部ｌ６に入力す
る．この内部アルゴリズム部１６で偏差修正を行い、弁
駆動部ｌ７に調節信号ＨＳＳを入力し、その偏差に応じ
た弁開度調節信号ＢＫＣが電動弁３に対して継続して与
えられる。弁開度調節信号ＢＫＣは、外乱ＤＴを排除し
たパルス信号であって、このパルス信号が電動弁３に与
えられると、弁開度→開口面積→冷媒流量ＧＡの増減と
いう機械作用によって設定過熟度ＳＨＣの５℃に冷媒流
量６Ａに保つべく弁開度が適切に維持される。このよう
な電動弁３の弁開度が不定的な階段状に変化する制御範
囲は、第３図？示す通り，霜取終了後のプルダウン運転
期間ｔ．及びサーモサイクルの冷却運転期間ｔ，であり
、この結果、被冷却空間９の測定温度ＴＭは設定温度ｔ
１に達する。そして、この各冷却期間ｔ■ｔ，において
、電動弁３の弁開状況が不定形的な階段状に行われてい
る。一方、被冷却空間９の温度を吐出空気温度センサｌ
４の検知信号ｂ．と、吸込空気温度センサｌ３の検知信
号ｂ，とから、被冷却空間温度測定部１９で算出し，そ
の測定温度Ｔｕと設定温度Ｔｓとの比較を第２比較部２
０で行い、ＴＭ≦Ｔｓの条件で、弁全閉信号発生部２１
から弁全閉信号ＢＰを弁駒動部１７に入力して電動弁３
を全閉させ、サーモサイクルと称する温度制御に切換え
、被冷却空間９の冷え過ぎを防止する。すなわち、この
弁全開となる範囲は、第５図で霜取期間ＴＢとサーモサ
イクルの冷却停止期間ｔｄである。このようにして、冷
媒流量を電動弁により制御して冷却制御するようになっ
ているが、冷却の進行に伴い、蒸発器４には湿り空気通
過の熱交換により着霜が起き冷却効果が下る。従って、
霜取が必要となりそのため一般には霜取運転が定期的に
行われる。この霜取運転の指令は霜取用タイマー等の手
段により定期的に霜取信号Ｃを制御器１０から出力し、
電動弁３を全閉する制御を行い、冷媒供給を停止し除霜
を行う。すなわち、第５図でτ、の時点で霜取信号Ｃを
出力し、霜取運転の開始となる。すると、電動弁３は全
閉し、冷却停止状態となって、除霜用手段である除霜用
ヒータの通電発熱或いはホットガスの供給が成され、除
霜が行われる。やがて除霜終了間近となると蒸発器４の
周囲温度の急激な温度上昇を除霜復帰温度センサ等の適
宜な霜取復帰手段により除霜終了を検出して、τ３の時
点で霜取復帰させる。

これにより、再び，冷却期間ＴＡに入る。なお、除霜に
より被冷却空間の温度は上昇する。そして、τ１より冷
却サイクルである一定時間Ｔ経過後のτ，の時点で再び
霜取運転期間ＴＢとなり，これを繰り返す． （ハ）発明が解決しよう“とする課題 しかし、霜取りが定期的に投入される方法であると次の
ような問題点が考えられる．すなわち、スーパーマーケ
ット等では、閉店した夜間時には、ナイトキャップと称
するカバーが低温ショーケースに被される。すると，低
温ショーケースは外界と遮断状況となって、外部からの
外気浸入が殆どなくなる．一般に蒸発器に付く霜の量は
、冷却運転が長く続くほど多くなり、また外気の浸入が
頻繁にあるほどその外気中の水分により増える傾向にあ
る．従って上記したように、夜間時には低温ショーケー
スがナイトキャップで外界と遮断されているので、その
中の蒸発器に付く霜は非常に少なくなっている。従って
、霜取りの時期が到来しても霜取りを必要としないよう
な状況であるが，それにも係わらず、強制的に霜取運転
に入り、このため除霜ヒータの通電、ホットガス供給手
段の動作等の不経済な作動が行われる。そして、不必要
な除霜により、庫内温度上昇を度々もたらし、被冷却物
がそれだけ品質的に悪影響を受ける割合が高まると言う
好ましくない状況になってしまう。

又、開店中においても、客の入りの少ない昼間の時間帯
では、客による低温ショーケースからの商品取り出しも
少なく、霜付の要因となる外気浸入の割合も少ない状況
にある。しかしこのような場合でも定期的に除霜投入と
なって、ショーケースに多量に収容している商品に悪影
響をもたらすと言うこととなる。

本発明は以上のような問題点に鑑み成されたもので、現
在行っている冷却による着霜量を予測し得えるようにし
て、この予測により次回の除霜投入の可否を判断実行す
るようにした新規な霜取制御方法を提供することを目的
とする。

（二）課題を解決するための手段 本発明に係る冷凍装置の霜取制御方法は、圧縮機と、凝
縮器と、蒸発器と、この蒸発器に供給する冷媒流量を調
整する電動弁と、前記蒸発器に設けられた蒸発温度セン
サと、この蒸発温度センサの測定値に基づき前記電動弁
を制御する制御信号を出力すると共に、定期的に霜取信
号を出力可能とする制御器とを備え、霜取時の蒸発器温
度を前記蒸発温度センサにて測定することにより求まる
潜熱変化時間長さと、冷却時の冷却期間に対する前記電
動弁の開時間割合から求まる冷却運転率とを前記制御器
にて演算し，これら潜熱変化時間長さと冷却運転率に基
づいて、次回霜取信号の出力可否を判断するようにした
ものである。

（ホ）作　用 蒸発器に霜が付着していて霜取りを行っている間は蒸発
器温度がＯ℃の潜熱変化をしており、霜がなくなると急
にＯ’Ｃ以上に温度上昇する。従って、この潜熱変化終
了時点の温度変化を蒸発温度センサで捉えて，霜取中の
潜熱変化時間長さを求める。この潜熱変化時間長さは前
回の冷却サイクルにおいて生じた着霜量を示すものであ
るから、この時間の多少により着霜量の目安となり当回
の冷却サイクルでも前回と同等の冷却条件が続くものと
仮定すれば同程度の着霜量が予測できる。よってこの潜
熱変化時間長さを次回霜取の投入可否の判断材料とする
。しかし、当回の冷却サイクルで冷却負荷の減少等、冷
却条件が変化する場合がある．そのような時は霜取りを
必要とするほどの霜付量となっていないがこの潜熱変化
時間長さのみで、霜取投入が決定されれば、この霜取は
不経済で無駄なものとなる． そこで、当回の冷却サイクルの冷却状況をも着霜量予測
に関与するようにする。すなわち、冷却期間において電
動弁の開している時間の総和と、冷却期間の比を取って
冷却運転率を算出する。この冷却運転率によって潜熱変
化時間長さを補正する処理を行って、実際の当回冷却サ
イクルの冷却状況に即した着霜量予測を可能として、次
回霜取時の霜取投入可否を判断する。予測される着霜量
が少ない場合は次回霜取りを行わないスキップ制御を威
して、不要な霜取りを排除する。これによって、霜取り
に必要とするヒータ熱等のエネルギーの無駄使用が省け
、霜取りによる庫内温上昇からもたらせられる貯蔵品の
品質低下も防げる。

（へ）実施例 以下、本発明の実施例を図面に基き説明する。

先ず、第１図において定期的に霜取信号Ｃが投入され、
例えばτ。の時点で霜取信号Ｃ０が発すれば、次の霜取
信号Ｃは一定期間Ｔを経たτ，の時点で発する。そこで
、この一定期間Ｔが一回の冷却サイクル期間となり、そ
して冷却サイクル期間Ｔは、霜取時間ＴＢと冷却運転時
間ＴＡとから構成される。ここで、（イ）で示す部分を
当回冷却サイクル、（ロ）で示す部分を次回冷却サイク
ル、そして（ハ）で示す部分を前回冷却サイクルと便宜
的に付す．今当回冷却サイクル（イ）の霜取時間ＴＢに
着目し、その時間ＴＢの長い、短いについて考察して見
ると、この霜取時間ＴＢは前回冷却サイクル（ハ）の期
間に生じた着霜量の多少を間接的に示すものであると言
える．このことから，冷却条件（冷凍装置の運転状況変
化、冷却負荷の増減）に変動が無いと仮定するならば、
当回冷却サイクル（イ）においても、同等量の着霜量を
生じるであろうとのことが推測し得る．そこで、この霜
取時間ＴＢを記憶して，この霜取時間ＴＢから、次回の
霜取投入の可否の決定をする。霜取時間ＴＢの算出は次
のような手段を採用することで容易に成せる。すなわち
、蒸発器４に付いた霜が、除霜用ヒ一タ、ホットガス等
の除霜手段で霜取りされている最中は霜が完全になくな
るまで０℃の潜熱変化状態を維持し、霜が取れると除霜
手段からの供給熱が蒸発器の温度上昇に寄与して急激な
温度上昇変化となる。すなわち、この急激な温度変化時
が潜熱変化終了時となる。従って、この現象を利用し、
蒸発器４に取り付けた過熱度制御用の蒸発温度センサ１
１で，蒸発温度ＥＴを測定し，この潜熱変化終了時の温
度上昇を検知させ、この検知信号の発生時点て２と霜取
信号Ｃの投入時点て，との差時間Ｔａ’　を求める．こ
の差時間、すなわち潜熱変化時間ＴＢ’は実際の霜取時
間ＴＢと近似するものであるから，この潜熱変化時間Ｔ
Ｂ’　を霜取時間として代用する．ここで、霜取終了時
間τ，を潜熱変化終了時点τ２とはせず、若干遅らせて
いるのは、蒸発器４表面の除霜水分の水切りをより十分
とする理由等による． このようにして、算出した潜熱変化時間ＴＢ’を基にし
て、次回の霜取投入の可否を判断する。

しかし、この潜熱変化時間Ｔａ’の意味する所は、前回
の冷却サイクル（ハ）で生じた霜付量を示している。従
って当回冷却サイクル（イ）でも、前回冷却サイクル（
ハ）と同等の冷却状況が続くものと仮定すればこの潜熱
変化時間Ｔａ’だけで判断して霜取投入とすれば良い．
ところが，前述したように当回冷却サイクル（イ）の時
間帯が営業を終了した夜間中にある低温ショーケースの
場合であったとすると、夜間中は外界からの熱的影響を
受けず冷却負荷が低くなっているので、低温ショーケー
スＩの冷却運転率も下がっている．よって霜付量も少な
目であり、霜取り時間が到来したから霜取を必ず行うと
言うことが適切で無いこともある。

そこで、その霜取り判断の補正事項として当回冷却サイ
クル（イ）における冷却運転率εを用い、潜熱変化時間
ＴＢ’　をこの冷却運転率Ｅで補正して、その結米から
次回霜取の投入可否を忠実に判断する．冷却運転率Ｅは
、冷媒を流していた電動弁３の合計開時間ＴＮと冷却時
間ＴＡの比を使用する．すなわち、次式（１）に示す如
きである。

（以下余白＞一一一一一一一一一一一一一一一一Ｔ　Ａ
　　　　　　　　　　Ｔ　ｓ よって、この冷却運転率εが標準運転率ε。より小なら
、次＠霜取りをスキップさせる。

こうして、当回冷却サイクルの着霜量を予測できるよう
にして、次回の霜取りを投入するかしないかの可否を判
断できるようにしたので、不必要，不経済な霜取りが無
くなり、冷却効率を高められる。

第２一図は上述した霜取り投入の可否判断を実行する制
＃器１０内部のブロック図を示し、インターフェース部
２３に冷凍機の霜取中信号ｆと、蒸発温度センサ１１か
らの検出信号ｂ１と，吐出空気温度センサ１４及び吸込
空気温度センサ１３からの検出信号ｂ４，ｂ３と庫内温
度設定手段（図示せず）からの設定温度値Ｔｓとが入力
し、一方、インターフェース部２３からは、電子式膨張
弁３の開／閉信号ａと、霜取投入信号Ｃとが出力する，
そして、霜取中信号ｆの存在により、霜取り状態確認部
２４にて霜取中であることを確認し、一方検出信号ｂ２
によって、蒸発温度を蒸発温度測定部１８で求める．従
って、霜取中信号ｆの存在のもとで、蒸発温度を測定し
続ける。蒸発器４に取り付けた蒸発温度センサｂ２は蒸
発器４に付着している霜が完全に取れるまではＯ℃の潜
熱変化温を検出しており、霜が消失するとｏ℃以上にな
る上昇変化温を検出する．よって，潜熱変化時間測定部
２５で、Ｏ℃を継続している潜熱変化時間ＴＢ’　を演
算する。演算された潜熱時間Ｔａ’は一旦、メモリ部Ｍ
に記憶される．この記憶潜熱時間ＴＢ’は冷却期間ＴＡ
の適宜時期τ１で読み出し、次回霜取投入の可否判断の
材料とする。一方、検出信号ｂ３と検出信号ｂ．とから
、庫内温度を被冷却空間温度測定部１９で求め、設定温
度との比較を行う。庫内温度≦設定温度の条件で電動弁
３の弁閉となすよう弁の開閉信号発生部２６を動作する
．又、内部に時間カウンタ２７を備えていて、これは霜
取信号Ｃの発生時点より時間をカウントし始め、次の霜
取信号Ｃの発生する時点までの定期期間（Ｔ）をカウン
トするとリセットするものである。内部時間カウンタ２
７は定期的に通常除霜投入信号Ｃを発生する。

従って、冷却サイクルの運転率εは冷却期間Ｔと、電動
弁３の開信号の存在の基で電動弁３の開いていた個々の
開弁時間ｔ．，ｔｂ，・・・ｔｂの総和ＴＮとを算出し
た後、 冷却運転率演算部２８で算出する． こうして、潜熱時間Ｔａ’　を冷却サイクルの運転率Ｅ
で補正する処理を行う。一般には運転率εが小ならば、
霜取り信号Ｃの発生を一回スキップし，冷却運転を継続
させる。なお、インターフェース部２３に入力する各検
出信号ｆ，　ｂ２，　ｂ３，　ｂ．及び設定値信号Ｔｓ
は冷媒流量制御用の動作信号としても用いられ、前述し
た冷媒流量制御装置Ｓを作動させて過熱度制御及び庫内
温度制御を行うこは言うまでもない。

以上のようにして、潜熱変化時間ＴＢ’　と冷却運転率
εの二つの要素を総合判断して，現行の冷却サイクルＴ
で生ずるであろう着霜量を予測し、その予測に基づき次
に来る除霜を行うか，予測霜量が少ないならば一回除霜
をスキップする制御を行うかを可能としている． （ト）発明の効果 以上，説明したように本発明によれば、通常冷却期間の
後に定期的に投入される霜取信号は、霜取時の潜熱変化
時間長さと、冷却等の電動弁開時間割合から求まる冷却
運転率とを考慮した当回冷却サイクルにおける着霜量の
予測結果から、出力させるか否かを判断し、冷却運転率
低い場合には、霜取信号を一回スキップさせ、霜取りを
行わないように制御している。よって、不必要な霜取り
は行わず、霜取りに要する＃霜用ヒータ，ホットガス等
の熱エネルギーの無駄な使用が抑制されて経済的となる
．又，必要以上の霜取りがないので、霜取りに伴う庫内
温上昇から貯蔵品の品質を低下させると言う懸念もなく
なり、貯蔵品の鮮度良好な長期保存を可能とする等、多
くの優れた効果を奏する冷凍装置の霜取制御方法となる
．

【図面の簡単な説明】

第１図は冷媒流量制御に基づく被冷却空間温度と蒸発温
度及び電動弁の動作状態の関係を示す特性図、第２図は
霜取制御に係る制御回路のブロック構戒図、第３図は冷
媒流量制御装置による冷凍システムを示す概念構成図、
第４図は冷媒流量制御装置のブロック図、第５図は冷媒
流量制御装置による被冷却空間温度を電動弁の動作状態
と関連付けて示す特性図である． １・・・圧縮機、２・・・凝縮器、３・・・電動弁、４
・・・蒸発器、９・・・被冷却空間（庫内）、１０・・
・制御器、１１〜ｌ４・・・温度センサ，２５・・・潜
熱変化時間測定部、２８・・・冷却運転率算出部，Ｃ・
・・霜取投入信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機と、凝縮器と、蒸発器と、この蒸発器に供給する
   冷媒流量を調整する電動弁と、前記蒸発器に設けられた
   蒸発温度センサと、この蒸発温度センサの測定値に基づ
   き前記電動弁を制御する制御信号を出力すると共に、定
   期的に霜取信号を出力可能とする制御器とを備え、霜取
   時の前記蒸発器温度を前記蒸発温度センサにて測定する
   ことにより求まる潜熱変化時間長さと、冷却時の冷却期
   間に対する前記電動弁の開時間割合から求まる冷却運転
   率とを前記制御器にて演算し、これら潜熱変化時間長さ
   と冷却運転率に基づいて、次回霜取信号の出力可否を判
   断するようにしたことを特徴とする冷凍装置の霜取制御
   方法。