WO2020145281A1 - 冷凍システム - Google Patents

冷凍システム Download PDF

Info

Publication number
WO2020145281A1
WO2020145281A1 PCT/JP2020/000221 JP2020000221W WO2020145281A1 WO 2020145281 A1 WO2020145281 A1 WO 2020145281A1 JP 2020000221 W JP2020000221 W JP 2020000221W WO 2020145281 A1 WO2020145281 A1 WO 2020145281A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
value
heat exchanger
indoor heat
refrigeration system
defrosting
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/000221
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和田 誠
守 濱田
和弥 頴川
盛力 西嶋
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2019231096A external-priority patent/JP7433040B2/ja
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Publication of WO2020145281A1 publication Critical patent/WO2020145281A1/ja

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02Defrosting cycles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D21/00Defrosting; Preventing frosting; Removing condensed or defrost water
    • F25D21/06Removing frost

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration system that cools a target space by circulating a refrigerant in a refrigerant circuit.
  • the optimum defrosting start time depends on the specifications of the refrigerator and the usage environment, so it is necessary to determine it by experiments and calculations according to the actual usage environment. For example, when a freezing warehouse is assumed as an actual use environment in which a refrigerator is used, an item to be cooled is placed inside the freezing warehouse, and workers and the like come and go. Therefore, in such an actual use environment, it is difficult to measure the frost formation amount and the power consumption amount of the heat exchanger one by one to determine the optimum defrosting start time. That is, it is impossible to determine in advance the optimum defrosting start time in all frozen warehouses by experiments or the like, and there is a problem of low versatility.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the conventional technique, and provides a highly versatile refrigeration system capable of starting a defrosting operation at an optimal time according to specifications and a use environment.
  • the purpose is to
  • the refrigeration system of the present invention is a refrigeration system in which a compressor, an outdoor heat exchanger, an expansion valve, and an indoor heat exchanger are annularly connected to perform a cooling operation for cooling a target space, and is attached to the indoor heat exchanger.
  • Defrosting means for removing the frost that has been removed and a control device that controls the defrosting means to perform a defrosting operation that removes the frost adhering to the indoor heat exchanger, wherein the control device is the cooling device.
  • Operation data is acquired at each preset sampling time during operation, and based on the acquired operation data, an ⁇ value that is an index value relating to the heat transfer performance of the indoor heat exchanger is calculated, and the indoor heat exchanger is calculated.
  • the refrigeration system of the present invention is a refrigeration system in which a compressor, an outdoor heat exchanger, an expansion valve, and an indoor heat exchanger are connected in an annular shape and performs a cooling operation for cooling a target space, the indoor heat exchanger Defrosting means for removing frost adhered to, and a control device for controlling the defrosting means to perform a defrosting operation for removing the frost adhering to the indoor heat exchanger, and being connected to the control device,
  • An ⁇ value that is an index value relating to the heat transfer performance of the indoor heat exchanger, or a calculation with respect to the initial value when the ⁇ value when the frost does not adhere to the indoor heat exchanger is an initial value
  • a display device for displaying an ⁇ ratio indicating the ratio of the ⁇ value.
  • the ⁇ value and the ⁇ ratio are calculated based on the operation data acquired during the cooling operation, and the defrosting operation is performed when the calculated ⁇ ratio becomes the threshold value.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of the flow of a data acquisition process in the refrigeration system according to the first embodiment.
  • 5 is a flowchart showing an example of the flow of threshold value determination processing in the refrigeration system according to Embodiment 1.
  • 5 is a flowchart showing an example of the flow of defrosting operation processing in the refrigeration system according to Embodiment 1.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a configuration of a refrigerant circuit in a refrigeration system according to a modified example of the first embodiment.
  • 5 is a functional block diagram showing an example of a configuration of a control device according to the second embodiment.
  • FIG. FIG. 13 is a schematic diagram showing a display example of a setting interface generated by the display generation unit of FIG. 12.
  • Embodiment 1 cools the target space by circulating the refrigerant in the refrigerant circuit.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the refrigeration system 100 according to the first embodiment.
  • the refrigeration system 100 includes an outdoor unit 1, an indoor unit 2 and a control device 3.
  • the indoor unit 2 is provided in the target space to be cooled.
  • the outdoor unit 1 and the indoor unit 2 are connected by a refrigerant pipe 5.
  • the refrigerant pipe 5 for example, a copper pipe is used, and in order to suppress heat exchange with the surrounding air, a heat insulating process may be performed by winding a heat insulating material around the pipe.
  • a space temperature sensor 4 is provided in the target space.
  • the space temperature sensor 4 measures the space temperature indicating the temperature of the target space. That is, the space temperature sensor 4 measures the suction air temperature TR of the air sucked into the indoor unit 2.
  • a thermocouple or a thermistor is used as the space temperature sensor 4.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the refrigerant circuit in the refrigeration system 100 of FIG.
  • the outdoor unit 1 includes a compressor 11, an outdoor heat exchanger 12, an expansion valve 13, and an outdoor unit controller 10.
  • the indoor unit 2 includes an indoor heat exchanger 21, a blower 22, a defrosting unit 23, and an indoor unit controller 20.
  • the compressor 11, the outdoor heat exchanger 12, the expansion valve 13, and the indoor heat exchanger 21 are sequentially connected in an annular shape by the refrigerant pipe 5, thereby forming a refrigerant circuit in which the refrigerant circulates.
  • the configurations of the outdoor unit 1 and the indoor unit 2 shown in FIG. 2 are examples, and the present invention is not limited to this.
  • the outdoor unit 1 may be provided with an accumulator, a supercooling heat exchanger, and the like, and the configuration can be appropriately changed without departing from the scope of the present invention.
  • the expansion valve 13 is provided in the outdoor unit 1, but the invention is not limited to this, and it may be provided in the indoor unit 2 or the refrigerant pipe 5 that connects the outdoor unit 1 and the indoor unit 2. Of these, the refrigerant pipe 5 that connects the outdoor heat exchanger 12 and the indoor heat exchanger 21 may be provided.
  • a single refrigerant such as R-22 or R-134a for example, a single refrigerant such as R-22 or R-134a, a pseudo-azeotropic mixed refrigerant such as R-410A or R-404A, or a non-azeotropic mixed refrigerant such as R-407C.
  • the compressor 11 sucks the low-temperature low-pressure refrigerant, compresses the sucked refrigerant, and discharges the high-temperature high-pressure refrigerant.
  • the compressor 11 may be, for example, an inverter compressor in which the capacity, which is the delivery amount per unit time, is controlled by changing the operating frequency f, or the operating frequency f may be constant.
  • the operating frequency f when the compressor 11 is an inverter compressor is controlled by the control device 3 via the outdoor unit controller 10.
  • the outdoor heat exchanger 12 performs heat exchange between the outdoor air supplied from an outdoor unit fan (not shown) and the refrigerant discharged from the compressor 11, and radiates the heat of the refrigerant to the outdoor air to condense the refrigerant. Let That is, the outdoor heat exchanger 12 functions as a condenser.
  • the outdoor heat exchanger 12 is not limited to such an air cooling system, but may be a water cooling system in which heat is exchanged between water and a refrigerant, for example.
  • the expansion valve 13 expands the refrigerant.
  • the expansion valve 13 is composed of, for example, a valve or a capillary whose opening can be controlled, such as an electronic expansion valve.
  • the opening degree of the expansion valve 13 is controlled by the controller 3 via the outdoor unit controller 10.
  • the outdoor unit control unit 10 controls the compressor 11 and the expansion valve 13 based on a command from the control device 3.
  • the outdoor unit control unit 10 realizes various functions by executing software on a computing device such as a microcomputer, or is configured by hardware such as a circuit device that realizes various functions.
  • the outdoor unit 1 also includes a condensation temperature sensor 14, an evaporation temperature sensor 15, and a gas refrigerant temperature sensor 16.
  • the condensation temperature sensor 14 is provided on the discharge side of the compressor 11, and measures the condensation temperature CT of the refrigerant in the outdoor heat exchanger 12.
  • the condensation temperature sensor 14 is not limited to the temperature sensor, and a pressure sensor may be used, for example. In this case, the condensation temperature CT is obtained based on the high pressure measured by the condensation temperature sensor 14 and the type of refrigerant.
  • As the condensing temperature sensor 14 using a pressure sensor for example, one that converts pressure into voltage and outputs it as an electric signal is used.
  • the condensation temperature sensor 14 may be provided at any position on the discharge side of the compressor 11 and on the upstream side of the expansion valve 13.
  • the evaporation temperature sensor 15 is provided on the suction side of the compressor 11, and measures the evaporation temperature ET of the refrigerant in the indoor heat exchanger 21.
  • the evaporation temperature sensor 15 is not limited to the temperature sensor, and a pressure sensor may be used, for example. In this case, the evaporation temperature ET is obtained based on the low-pressure pressure measured by the evaporation temperature sensor 15 and the type of refrigerant.
  • a pressure sensor for example, one that converts pressure into voltage and outputs it as an electric signal is used.
  • the evaporation temperature sensor 15 may be provided at any position on the suction side of the compressor 11 and on the downstream side of the indoor heat exchanger 21.
  • the gas refrigerant temperature sensor 16 is provided on the suction side of the compressor 11 and measures the temperature of the gas refrigerant sucked into the compressor 11.
  • a thermocouple or thermistor is used as the gas refrigerant temperature sensor 16.
  • the indoor heat exchanger 21 performs heat exchange between the indoor air, which is the air in the target space supplied from the blower 22, and the refrigerant flowing out from the expansion valve 13 of the outdoor unit 1. Thereby, the cooling air supplied to the target space is generated. That is, the indoor heat exchanger 21 functions as an evaporator.
  • the blower 22 supplies air to the indoor heat exchanger 21.
  • the rotation speed of the blower 22 is controlled by the control device 3 via the indoor unit control unit 20.
  • the amount of air blown to the indoor heat exchanger 21 is adjusted by controlling the rotation speed.
  • a centrifugal fan or a multi-blade fan driven by a motor such as a DC (Direct Current) fan motor is used.
  • the defrosting means 23 is provided to defrost the indoor heat exchanger 21.
  • a heater system that melts frost by heat of a heater, or a water spray system that sprays water on the indoor heat exchanger 21 and melts frost by the heat of water is used. ON or OFF of the defrosting means 23 is controlled by the control device 3 via the indoor unit control section 20.
  • the indoor unit control unit 20 controls the blower 22 and the defrosting unit 23 based on a command from the control device 3.
  • the indoor unit control unit 20 realizes various functions by executing software on a computing device such as a microcomputer, or is configured by hardware such as a circuit device that realizes various functions.
  • Control device 3 The control device 3 controls the entire refrigeration system 100. Specifically, the control device 3 controls the compressor 11 and the expansion valve 13 provided in the outdoor unit 1 via the outdoor unit controller 10. Further, the control device 3 controls the blower 22 and the defrosting means 23 provided in the indoor unit 2 via the indoor unit controller 20. Further, in the first embodiment, the control device 3 determines the optimum start time of the defrosting operation, and controls each part so that the defrosting operation is performed at the determined defrosting start time.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing an example of the configuration of the control device 3 shown in FIGS. 1 and 2.
  • the control device 3 includes an information input unit 31, a calculation unit 32, an operation control unit 33, a clock unit 34, and a data storage unit 35.
  • the control device 3 realizes various functions by executing software on an arithmetic device such as a microcomputer, or is configured by hardware such as a circuit device that realizes various functions.
  • the information input unit 31 receives various kinds of information as initial settings when the refrigeration system 100 is operated. Details of the information input at the time of initial setting will be described later.
  • the calculation unit 32 includes measurement results of various sensors such as the space temperature sensor 4, the condensation temperature sensor 14, the evaporation temperature sensor 15, and the gas refrigerant temperature sensor 16 provided in the refrigeration system 100, and the information input to the information input unit 31. Based on the above, comparisons and calculations are performed.
  • the operation control unit 33 controls each unit of the refrigeration system 100 so as to perform the thermo-ON and thermo-OFF of the refrigeration system 100, and the cooling operation and the defrosting operation, based on the result of the comparison and the operation performed by the operation unit 32.
  • the timer unit 34 counts various times required for various processes such as ⁇ value calculation time, sampling time, and defrosting time. Details of each counted time will be described later.
  • the data storage unit 35 stores the operation data acquired in the data acquisition process described later.
  • the operation data is, for example, the operation frequency f of the compressor 11, the suction air temperature TR measured by the space temperature sensor 4, and the evaporation temperature ET measured by the evaporation temperature sensor 15.
  • control device 3 of FIG. 3 When the various functions of the control device 3 are executed by hardware, the control device 3 of FIG. 3 includes a processing circuit 41 and an input device 42, as shown in FIG. Each function of the arithmetic unit 32, the operation control unit 33, the clock unit 34, and the data storage unit 35 of FIG. 3 is realized by the processing circuit 41.
  • the information input unit 31 is the input device 42 shown in FIG.
  • the processing circuit 41 When each function is executed by hardware, the processing circuit 41 is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate). Array), or a combination thereof.
  • the functions of each of the arithmetic unit 32, the operation control unit 33, the clock unit 34, and the data storage unit 35 may be realized by the processing circuit 41, or the functions of each unit may be realized by one processing circuit 41.
  • FIG. 5 is a hardware configuration diagram showing another example of the configuration of the control device 3 of FIG.
  • the control device 3 of FIG. 3 includes a processor 51, a memory 52, and an input device 53, as shown in FIG.
  • the functions of the arithmetic unit 32, the operation control unit 33, the clock unit 34, and the data storage unit 35 are realized by the processor 51 and the memory 52.
  • the information input unit 31 of FIG. 3 is the input device 53 of FIG.
  • the functions of the arithmetic unit 32, the operation control unit 33, the clock unit 34, and the data storage unit 35 are realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • the software and firmware are described as programs and stored in the memory 52.
  • the processor 51 realizes the function of each unit by reading and executing the program stored in the memory 52.
  • a RAM Random Access Memory
  • a ROM Read Only Memory
  • a flash memory an EPROM (Erasable and Programmable ROM), and an EEPROM (Electrically erasable ROM) such as EEPROM (Electrically erasable and nonvolatile ROM).
  • a removable recording medium such as a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a CD (Compact Disc), an MD (Mini Disc), and a DVD (Digital Versatile Disc) may be used.
  • the low-temperature low-pressure refrigerant is compressed by the compressor 11 and is discharged as a high-temperature high-pressure gas refrigerant.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 11 flows into the outdoor heat exchanger 12.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant that has flowed into the outdoor heat exchanger 12 exchanges heat with a medium such as air or water passing through the outdoor heat exchanger 12 to be condensed and becomes a high-pressure liquid refrigerant from the outdoor heat exchanger 12. leak.
  • the high-pressure liquid refrigerant flowing out of the outdoor heat exchanger 12 flows into the expansion valve 13.
  • the high-pressure liquid refrigerant that has flowed into the expansion valve 13 is decompressed to become a low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant, and flows out of the outdoor unit 1.
  • the low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant flowing out of the outdoor unit 1 flows into the indoor unit 2 via the refrigerant pipe 5.
  • the low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant flowing into the indoor unit 2 flows into the indoor heat exchanger 21.
  • the low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant that has flowed into the indoor heat exchanger 21 exchanges heat with the indoor air, absorbs heat and evaporates, and becomes a low-temperature low-pressure gas refrigerant that flows out of the indoor heat exchanger 21.
  • the low-temperature low-pressure gas refrigerant flowing out from the indoor heat exchanger 21 flows out from the indoor unit 2.
  • the low-temperature low-pressure gas refrigerant flowing out from the indoor unit 2 flows into the outdoor unit 1 via the refrigerant pipe 5, and is sucked into the compressor 11.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of the relationship between the defrost cycle and the power consumption during the defrost operation.
  • the horizontal axis is the defrost cycle indicating the cycle of the defrosting operation
  • the vertical axis is the power consumption per day in the refrigeration system 100.
  • the defrosting cycle when the defrosting cycle is short, the defrosting operation is often performed, so the defrosting operation is performed when the indoor heat exchanger 21 has a small amount of frost. That is, in this case, since the number of times the amount of heat generated during the defrosting operation is released to the target space increases, the amount of power consumption increases.
  • the number of defrosting operations decreases, and the amount of frost formed on the indoor heat exchanger 21 becomes excessive. That is, in this case, the number of times the amount of heat generated during the defrosting operation is released to the target space is reduced, but the heat transfer performance of the indoor heat exchanger 21 is reduced, so the amount of power consumption is increased.
  • both the compressor with a constant operating frequency f and the compressor with a variable operating frequency f can be used, but the power consumption increases regardless of which method is used.
  • a compressor having a constant operating frequency f is used as the compressor 11
  • the capacity of the refrigeration system 100 deteriorates, so that it is consumed by supplementing it. Electricity and operating time increase.
  • a compressor having a variable operating frequency f is used as the compressor 11
  • the operating frequency of the compressor 11 does not decrease even if the capacity of the refrigeration system 100 does not decrease. Since f increases, power consumption increases.
  • the relationship between the defrost cycle and the power consumption has a characteristic of being convex downward as shown in FIG.
  • the defrosting cycle in which the power consumption amount is the minimum value is the optimum defrosting operation start time for performing the defrosting operation.
  • the optimum defrosting operation start time depends on various conditions such as the set temperature for the target space, the scale of the refrigeration system 100, and the performance of various devices such as the compressor 11 used in the system. Therefore, in order to perform the defrosting operation properly, it is necessary to determine the optimum defrosting operation start time according to various conditions such as the system scale.
  • the frost formation amount for the indoor heat exchanger 21 depends on the heat transfer performance of the indoor heat exchanger 21. It can be judged by knowing.
  • the AK value is used as an index for evaluating the heat transfer performance of a heat exchanger.
  • the AK value is the product of the heat transfer area of the heat exchanger and the heat transfer rate, and is a value representing the ability of the heat transfer rate per unit temperature.
  • the AK value is calculated based on the equation (1).
  • AK value refrigerating capacity/(suction air temperature TR-evaporation temperature ET) (1)
  • an index value called an ⁇ value is defined instead of the AK value.
  • the ⁇ value decreases as the heat transfer performance decreases.
  • the ⁇ value is an index value related to the heat transfer performance of the indoor heat exchanger 21, and the absolute value of the ⁇ value has no physical meaning.
  • the current ⁇ value, ⁇ now, is based on the operating frequency f of the compressor 11, the suction air temperature TR measured by the space temperature sensor 4, the evaporation temperature ET measured by the evaporation temperature sensor 15, and the suction density ⁇ s. It is calculated using equation (2).
  • the ratio of the current ⁇ value ⁇ now to the initial value ⁇ 0 is defined as the ⁇ ratio.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of the relationship between the ⁇ ratio and the power consumption.
  • the horizontal axis is the ⁇ ratio indicating the ratio of the current ⁇ value ⁇ now to the initial ⁇ value ⁇ 0
  • the vertical axis is the power consumption amount per day in the refrigeration system 100.
  • the relationship between the ⁇ ratio and the power consumption has a characteristic of being convex downward as in FIG. Therefore, if the defrosting operation is performed when the power consumption reaches the minimum ⁇ ratio, the indoor heat exchanger 21 can be appropriately defrosted while minimizing the power consumption. Therefore, it can be considered that the ⁇ ratio at which the power consumption becomes the minimum value is the optimum defrosting operation start time for performing the defrosting operation.
  • the ⁇ ratio when the power consumption becomes the minimum value is set as the threshold, and the defrosting operation is performed when the ⁇ ratio becomes the set threshold during the cooling operation.
  • the refrigeration system 100 determines a threshold value according to various conditions such as the system scale so that the defrosting operation is started at an optimum time, and therefore a data acquisition process for acquiring operation data for calculating the ⁇ ratio is performed. To do. Then, the refrigeration system 100 performs threshold value determination processing for determining a threshold value for the ⁇ ratio based on the acquired operation data, and performs defrosting operation based on the determined threshold value.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the flow of data acquisition processing in refrigeration system 100 according to the first embodiment. The data acquisition process is performed during the trial run before the refrigeration system 100 actually performs the cooling operation for cooling the target space.
  • step S1 various kinds of information are input to the information input unit 31 to perform initial setting.
  • the information set when the refrigeration system 100 is installed, and the information necessary for performing the data acquisition process are input as the thermo-ON and thermo-OFF conditions of the refrigeration system 100. To be done.
  • the information input as the conditions of the thermo ON and the thermo OFF is the set temperature T, the first differential temperature Tdiff1, the maximum thermo ON time, and the defrost time.
  • the set temperature T indicates the temperature set for the target space.
  • the first differential temperature Tdiff1 indicates the control width with respect to the set temperature T.
  • the maximum thermo ON time indicates the maximum time when the thermo is ON.
  • the defrosting time indicates the time when the defrosting operation is performed.
  • the information necessary for performing the data acquisition process is the ⁇ value calculation time, the sampling time, the reference value X, and the second differential temperature Tdiff2.
  • the ⁇ value calculation time indicates the time until the ⁇ value is first calculated.
  • the sampling time indicates a time interval for acquiring operation data.
  • the reference value X indicates a value set for the ⁇ ratio that determines the start time of the defrosting operation. It should be noted that the reference value X may be any time as long as the operation data can be acquired during the fixed period.
  • the second differential temperature Tdiff2 indicates a control width with respect to the set temperature T for defrosting when the ability to cool the target space is insufficient.
  • the second differential temperature Tdiff2 is set to a value higher than the first differential temperature Tdiff1.
  • step S2 the operation control unit 33 turns on the power of the refrigeration system 100.
  • step S3 the calculation unit 32 compares the intake air temperature TR measured by the space temperature sensor 4 with the temperature T+Tdiff1 obtained by adding the first differential temperature Tdiff1 to the set temperature T.
  • step S3 when the intake air temperature TR is higher than the temperature T+Tdiff1 (step S3; Yes), the operation control unit 33 turns on the refrigeration system 100 in step S4. Then, the process proceeds to step S6.
  • step S3 when the intake air temperature TR is equal to or lower than the temperature T+Tdiff1 (step S3; No), the operation control unit 33 turns the refrigeration system 100 to thermo-OFF in step S5. Then, the process returns to step S3.
  • step S6 the arithmetic unit 32 determines whether or not the ⁇ value calculation time has elapsed since the refrigeration system 100 was turned on in step S4 based on the count by the timer unit 34.
  • the calculation unit 32 calculates the current ⁇ value ⁇ now in step S7. Then, the calculation unit 32 sets the calculated ⁇ value ⁇ now to the initial value ⁇ 0 and sets the ⁇ ratio to 100%.
  • the process returns to step S3.
  • step S8 the calculation unit 32 compares the intake air temperature TR with the temperature T+Tdiff1. As a result of the comparison, when the intake air temperature TR is higher than the temperature T+Tdiff1 (step S8; Yes), the operation control unit 33 sets the refrigeration system 100 to thermo-ON in step S9. Then, the process proceeds to step S11. On the other hand, when the suction air temperature TR is equal to or lower than the temperature T+Tdiff1 (step S8; No), the operation control unit 33 turns the refrigeration system 100 to thermo-OFF in step S10. Then, the process returns to step S8.
  • step S11 the calculation unit 32 determines whether or not the sampling time has elapsed since the refrigeration system 100 was turned on in step S9 based on the count by the timer unit 34.
  • the calculation unit 32 calculates the current ⁇ value ⁇ now in step S12 and uses the initial value ⁇ 0 of the ⁇ value set in step S7.
  • An ⁇ ratio which is the ratio of the current ⁇ value ⁇ now to the initial value ⁇ 0 , is calculated.
  • the control device 3 stores the calculated ⁇ ratio and the operation data acquired at this time in the data storage unit 35.
  • step S11 when the sampling time has not elapsed (step S11; No), the process returns to step S11, and the process of step S11 is repeated until the sampling time elapses.
  • step S13 the calculation unit 32 determines whether or not the ⁇ ratio calculated in step S12 is the reference value X. If the ⁇ ratio is the reference value X (step S13; Yes), the process proceeds to step S14.
  • step S14 the operation control unit 33 determines that it is the optimum defrosting operation start time, and starts the defrosting operation.
  • step S15 the calculation unit 32 determines whether or not the defrosting time has elapsed since the defrosting operation was started, based on the count by the clock unit 34.
  • step S15; Yes the operation control unit 33 stops the defrosting operation in step S16. Then, a series of processing ends. If the defrosting time has not elapsed (step S15; No), the process returns to step S15, and the process of step S15 is repeated until the defrosting time elapses.
  • step S13 when the ⁇ ratio is not the reference value X (step S13; No), the process proceeds to step S17.
  • step S17 the arithmetic unit 32 determines whether the maximum thermo-ON time has elapsed based on the count by the time counting unit 34, and whether the intake air temperature TR is higher than the temperature T+Tdiff2 obtained by adding the second differential temperature Tdiff2 to the set temperature T. Determine whether or not.
  • step S17 If the intake air temperature TR is higher than the temperature T+Tdiff2 (step S17; Yes), the process proceeds to step S14. That is, if the target space does not decrease to the set temperature T even if the cooling operation of the refrigeration system 100 is continued for the thermo ON time, it is determined that the capacity of the refrigeration system 100 is significantly decreased due to frost formation, and the operation control is performed. The part 33 shifts to the defrosting operation. On the other hand, when the intake air temperature TR is equal to or lower than the temperature T+Tdiff2 (step S17; No), the process returns to step S8.
  • the cooling operation is performed until the ⁇ ratio reaches the reference value X during the trial operation. Then, during the cooling operation, the ⁇ ratio calculated at the sampling time interval and the operation data at that time are acquired until the ⁇ ratio reaches the reference value X.
  • the ⁇ ratio and the operation data acquired in this way are used in the threshold value determination process described below.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of the flow of threshold value determination processing in refrigeration system 100 according to the first embodiment.
  • the threshold value determination process is a process for determining a threshold value with respect to the ⁇ ratio for determining the optimum defrosting operation start time in the refrigeration system 100.
  • step S21 the calculation unit 32 calculates the power consumption amount based on the ⁇ ratio and the operation data acquired in the data acquisition process and stored in the data storage unit 35, and at the same time, the defrost cycle and the calculated power consumption amount. To calculate the relationship.
  • step S22 the calculation unit 32 determines, based on the calculation result in step S21, the ⁇ ratio when the power consumption amount is the minimum as the threshold value.
  • step S23 the calculation unit 32 compares the cycle at which the power consumption is minimized with the measurement cycle. As a result of the comparison, when the period is equal to or shorter than the measurement period (step S23; No), a series of processes ends. On the other hand, when the period is longer than the measurement period (step S23; Yes), the operation control unit 33 re-executes the above-described data acquisition process in step S24. At this time, the control device 3 sets the value of the reference value X to a value smaller than that at the time of the previous operation data acquisition. The set reference value X is input by the information input unit 31 in the initial setting of step S1 when the data acquisition process shown in FIG. 8 is performed again.
  • the threshold value for the ⁇ ratio is determined based on the acquired operation data so that the refrigeration system 100 can perform the defrosting operation at the optimum defrosting operation start time.
  • FIG. 10 is a flowchart showing an example of the flow of defrosting operation processing in refrigeration system 100 according to the first embodiment.
  • the defrosting operation process basically, the cooling operation is performed in the same manner as the data acquisition process in FIG. 8 described above, and then the defrosting operation is performed.
  • the same processes as those in FIG. 8 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • step S1 In the defrosting operation process shown in FIG. 10, unlike the data acquisition process in FIG. 8, the initial setting of step S1 is not performed, and the setting at the time of test operation is maintained. However, instead of the reference value X for the ⁇ ratio, the threshold value determined in the threshold value determination process of FIG. 9 is set. Then, the process of step S31 is performed instead of step S13 of FIG.
  • step S31 the calculation unit 32 determines whether the ⁇ ratio calculated in step S12 is a threshold value.
  • the process proceeds to step S14, and the defrosting operation at the optimum defrosting operation start timing is started.
  • step S31; No the process proceeds to step S17.
  • the refrigeration system 100 calculates the ⁇ value and the ⁇ ratio based on the operation data acquired during the cooling operation, and when the calculated ⁇ ratio becomes the threshold value. Perform defrosting operation. Thereby, the defrosting operation can be started at the optimum time.
  • the threshold value for the ⁇ ratio is determined based on the operation data acquired during the test operation. As a result, the defrosting operation can be started at an optimum time according to the specifications and the usage environment, and a highly versatile refrigeration system can be provided.
  • the threshold value is set to the ⁇ ratio when the power consumption during the defrosting operation is the minimum value. As a result, the amount of power consumption during the defrosting operation is suppressed, so that the defrosting operation can be performed appropriately.
  • the ⁇ value and the ⁇ ratio are calculated based on the suction air temperature TR measured by the space temperature sensor 4, the evaporation temperature ET measured by the evaporation temperature sensor 15, and the operating frequency f of the compressor 11. To be done. Since these values differ depending on the specifications and the use environment, the defrosting operation can be performed at a time suitable for the specifications and the use environment by calculating the ⁇ value and the ⁇ ratio based on these values.
  • the defrosting means 23 can remove the frost adhered to the indoor heat exchanger 21 by the heater system or the water sprinkling system.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the refrigerant circuit in the refrigeration system 200 according to the modification of the first embodiment.
  • the refrigeration system 200 includes an outdoor unit 201, an indoor unit 202, and a control device 3.
  • the outdoor unit 201 includes a compressor 11, an outdoor heat exchanger 12, an expansion valve 13, a condensation temperature sensor 14, an evaporation temperature sensor 15, a gas refrigerant temperature sensor 16, and an outdoor unit controller 10. There is.
  • the outdoor unit 201 also includes a bypass circuit 17 and a bypass valve 18.
  • the bypass circuit 17 branches from the discharge side of the compressor 11 in the refrigerant pipe 5 and is connected to the refrigerant pipe 5 between the expansion valve 13 and the indoor heat exchanger 21.
  • the bypass circuit 17 is provided so that a part of the refrigerant discharged from the compressor 11 flows into the indoor heat exchanger 21.
  • the bypass valve 18 is provided in the bypass circuit 17. The opening/closing of the bypass valve 18 is controlled by the control device 3 via the outdoor unit control unit 10, and the opening/closing opens or closes the refrigerant flowing through the bypass circuit 17.
  • the indoor unit 202 includes an indoor heat exchanger 21, a blower 22, and an indoor unit controller 20. Further, unlike the indoor unit 2, the indoor unit 202 is not provided with the defrosting means 23.
  • the control device 3 opens the bypass valve 18 during the defrosting operation. As a result, a part of the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 11 flows through the bypass valve 18 and flows into the indoor heat exchanger 21 of the indoor unit 202. When the high-temperature gas refrigerant flows into the indoor heat exchanger 21, the frost attached to the indoor heat exchanger 21 is melted and removed by the heat of the refrigerant.
  • the indoor heat exchanger 21 can be defrosted by providing the bypass circuit 17 and the bypass valve 18 instead of the defrosting means 23.
  • the defrosting unit 23 is removed, but the configuration is not limited to this, and the defrosting unit 23 may be used in combination.
  • the bypass circuit 17 and the bypass valve 18 are used as the defrosting means 23. Thereby, the high-temperature refrigerant flows into the indoor heat exchanger 21, so that the frost attached to the indoor heat exchanger 21 can be removed.
  • Embodiment 2 Next, the second embodiment will be described.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that it has an interface capable of setting whether to enable or disable the threshold value determination process when performing the defrosting operation.
  • the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 12 is a functional block diagram showing an example of the configuration of the control device 3 according to the second embodiment.
  • the control device 3 according to the second embodiment includes a display in addition to the information input unit 31, the calculation unit 32, the operation control unit 33, the time counting unit 34, and the data storage unit 35 shown in FIG.
  • the generator 36 is further provided.
  • the control device 3 is further connected to the display device 110 and the input device 120 as compared with the control device 3 according to the first embodiment shown in FIG.
  • the display generation unit 36 generates a setting interface for inputting various setting values required when performing the defrosting operation.
  • the generated setting interface is supplied to the display device 110.
  • the display device 110 displays the setting interface generated by the display generation unit 36.
  • the display device 110 is composed of, for example, an LCD (Liquid Crystal Display) or an organic EL (Electro Luminescence) display.
  • LCD Liquid Crystal Display
  • organic EL Electro Luminescence
  • a touch panel display in which a touch panel having a touch sensor is stacked on an LCD or an organic EL display may be used.
  • the input device 120 outputs an operation signal corresponding to the operation by the user to the information input unit 31.
  • the information input by the user through the setting interface displayed on the display device 110 is supplied to the information input unit 31.
  • the input device 120 for example, a key or the like provided in the control device 3 is used.
  • the display device 110 is a touch panel display, various keys may be displayed on the display device 110 as software keys.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a display example of the setting interface generated by the display generation unit 36 of FIG. FIG. 13 shows how the setting interface is displayed on the display device 110. As shown in FIG. 13, a control selection key 111, a set value input field 112, a current value display field 113, and a previous value display field 114 are displayed on the setting interface.
  • the control selection key 111 is a key for selecting whether to enable or disable the control of the defrosting operation using various kinds of information input by the user.
  • the state where “ON” is selected indicates that the control of the defrosting operation is effective.
  • the state where "OFF” is selected indicates that the control of the defrosting operation is invalid. In this example, a state in which "ON" is selected is shown.
  • the set value input field 112 is a field for inputting various information necessary for the defrosting operation.
  • items “threshold”, “maximum operation time”, “defrost prohibition time”, “defrost operation time”, “defrost cycle” and “defrost start time” are displayed. .. The user can select or input an arbitrary value for each item.
  • the item “threshold value” is an item for setting a set value for the defrosting operation. Specifically, the item “threshold value” is an item for setting a threshold value for the ⁇ value or the ⁇ ratio, and “AUTO” can be selected or an arbitrary value can be input. When “AUTO” is selected, the threshold value for the ⁇ ratio is calculated by the threshold value determination process described in the first embodiment.
  • the item “threshold” is not limited to this, and a stepwise value may be selected using an expression such as “large/medium/small”.
  • maximum operation time is an item that is set by inputting the total value of the operation time for operations other than defrosting operation. This item “maximum operating time” indicates the upper limit value of the operating time set in case of failure such as during long vacation.
  • the item “Defrost prohibition time” is an item for setting a time period during which the defrosting operation is prohibited.
  • the item “defrosting prohibition time” is set to a time zone or the like in which the target space in which the cooling operation is to be surely carried out is frequently in and out.
  • Defrosting operation time is an item for setting the time for continuing the defrosting operation, and "AUTO” can be selected or an arbitrary value can be input. "AUTO” can be selected, for example, in the case of a device having a function of determining the end of defrost, such as an end thermo (thermistor).
  • defrost cycle is an item for setting the cycle of the defrost operation.
  • defrost start time is an item for setting the time to start the defrost operation.
  • the items “threshold”, “maximum operating time”, “defrost prohibition time”, and “defrosting operating time” can be set when the control of the defrosting operation is valid.
  • the items “defrost cycle” and “defrost start time” can be set when the control of the defrost operation is invalid.
  • items “threshold”, “maximum operation time”, “defrost prohibition time”, “defrost operation time”, “defrost cycle” and “defrost start time” are set items. Is provided, but is not limited to this example. For example, other setting items such as “set temperature”, “first differential temperature”, and “second differential temperature” that need to be set when performing the defrosting operation process of the first embodiment shown in FIG. 10 are provided. You may be asked.
  • the present value display column 113 is a column for displaying information set at the time of performing the defrosting operation at the present time.
  • the items “ ⁇ ratio (current value)” and “integrated operating time” are displayed.
  • Each piece of information in the current value display field 113 is displayed as a reference value when determining the set value when the control of the defrosting operation is effective.
  • the item “ ⁇ ratio (current value)” is an item that displays the current ⁇ ratio.
  • the item “integrated operation time” is an item for displaying the integrated operation time from the last defrosting operation to the present.
  • the current value display field 113 may be provided with an item “ ⁇ value (current value)” for displaying the current ⁇ value.
  • the item “ ⁇ value (current value)” may be displayed instead of the item “ ⁇ ratio (current value)” or may be displayed as an additional item.
  • the previous value display column 114 is a column that displays information when the previous defrosting operation was performed.
  • the item “ ⁇ ratio (previous value)” and the “integrated operating time” are displayed in the previous value display field 114.
  • Each piece of information in the previous value display column 114 is displayed as a reference value when determining the set value when the control of the defrosting operation is effective.
  • the item “ ⁇ ratio (previous value)” is an item that displays the ⁇ ratio when the defrosting operation was started last time.
  • the item “integrated operation time” is an item for displaying the integrated operation time when the defrosting operation was started last time.
  • previous value display field 114 may be provided with an item “ ⁇ value (previous value)” that displays the ⁇ value when the previous defrosting operation was started.
  • the item “ ⁇ value (previous value)” may be displayed instead of the item “ ⁇ ratio (previous value)” or may be displayed as an additional item.
  • the defrosting operation process in the refrigeration system 100 according to the second embodiment is the same as the defrosting operation process in the first embodiment shown in FIG.
  • the calculation unit 32 compares the ⁇ ratio calculated in step S12 with the threshold value, and the threshold value at this time is the value set in the item “threshold value” of the setting interface. Used.
  • the threshold value determined by the threshold value determination process shown in FIG. 9 is used as in the first embodiment.
  • the control device 3 performs the defrosting operation after the defrost prohibition time has elapsed. To do.
  • the threshold value for the ⁇ ratio is input via the input device 120 to the setting interface displayed on the display device 110.
  • the threshold value for the ⁇ ratio can be set without performing the threshold value determination process described in the first embodiment.
  • the user since the user can input values to various setting items, it is possible to intentionally set or change the start timing of defrosting operation, the operating time, etc., as necessary.
  • the present invention is not limited to the first embodiment, the modified example, and the second embodiment of the present invention described above.
  • the present invention is not limited to this.
  • the ⁇ value may be calculated by further considering the humidity of the target space. For example, when the humidity of the target space is high, the amount of frost on the indoor heat exchanger 21 per unit time increases, so that the ⁇ value decreases faster. Therefore, the optimum defrosting operation start time can be more accurately determined by considering the humidity in addition to the temperature of the target space.
  • the ⁇ value in this case is calculated using the equation (4) based on the operating frequency f of the compressor 11, the intake air temperature enthalpy I TR , the evaporation temperature enthalpy I ET , and the suction density ⁇ s.
  • the intake air temperature enthalpy I TR and the evaporation temperature enthalpy I ET can be derived by using an air diagram if the dry-bulb temperature and the relative humidity (or absolute humidity) are known.
  • the dry-bulb temperature and relative humidity (or absolute humidity) can be obtained by providing a temperature/humidity sensor that measures both temperature and humidity, instead of the temperature sensor at each point.
  • ⁇ s ⁇ f/(I TR ⁇ I ET )... (4)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Abstract

冷凍システムは、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁および室内熱交換器が環状に接続され、対象空間を冷却する冷却運転を行う冷凍システムであって、室内熱交換器に付着した霜を除去する除霜手段と、除霜手段を制御して、室内熱交換器に付着した霜を除去する除霜運転を行う制御装置とを備え、制御装置は、冷却運転中の予め設定されたサンプリング時間毎に運転データを取得し、取得した運転データに基づき、室内熱交換器の伝熱性能に関する指標値であるα値を算出し、室内熱交換器に霜が付着していないときのα値を初期値とした場合の、初期値に対する算出したα値の割合を示すα比を算出し、α比が予め設定された閾値となった場合に、除霜運転を行う。

Description

冷凍システム
 本発明は、冷媒回路に冷媒を循環させることによって対象空間の冷却を行う冷凍システムに関するものである。
 従来、除霜運転を最適な時期に開始することができる冷凍機が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この冷凍機では、冷凍サイクルの一部を構成する熱交換器を流れる冷媒の温度と、熱交換器を通過する空気の吸込温度および吹出温度との測定結果に基づいて冷媒と空気の熱交換の効率を表す温度効率が算出される。そして、算出された温度効率の冷却運転開始からの変化傾向に基づいて予測された熱交換器への着霜量と、冷凍機の機種に応じて予め設定された温度効率の閾値とから最適除霜開始時期が判定され、温度効率が閾値以上となったときに除霜運転を開始する。
特開2007-225158号公報
 しかしながら、最適な除霜開始時期は、冷凍機の仕様および使用環境によって異なるため、実使用環境に応じて実験および計算等により決定する必要がある。例えば、冷凍機が用いられる実使用環境として冷凍倉庫を想定した場合、冷凍倉庫内には、冷却対象物である品物が置かれ、作業者等が出入りする。そのため、このような実使用環境において、熱交換器の着霜量および消費電力量を逐一計測し、最適な除霜開始時期を決定することは困難である。すなわち、すべての冷凍倉庫における最適な除霜開始時期を実験等で予め決定することは不可能であり、汎用性が低いという課題がある。
 本発明は、上記従来の技術における課題に鑑みてなされたものであって、仕様および使用環境に応じて最適な時期に除霜運転を開始することができる、汎用性の高い冷凍システムを提供することを目的とする。
 本発明の冷凍システムは、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁および室内熱交換器が環状に接続され、対象空間を冷却する冷却運転を行う冷凍システムであって、前記室内熱交換器に付着した霜を除去する除霜手段と、前記除霜手段を制御して、前記室内熱交換器に付着した前記霜を除去する除霜運転を行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記冷却運転中の予め設定されたサンプリング時間毎に運転データを取得し、取得した前記運転データに基づき、前記室内熱交換器の伝熱性能に関する指標値であるα値を算出し、前記室内熱交換器に前記霜が付着していないときの前記α値を初期値とした場合の、前記初期値に対する算出した前記α値の割合を示すα比を算出し、前記α比が予め設定された閾値となった場合に、前記除霜運転を行うものである。
 また、本発明の冷凍システムは、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁および室内熱交換器が環状に接続され、対象空間を冷却する冷却運転を行う冷凍システムであって、前記室内熱交換器に付着した霜を除去する除霜手段と、前記除霜手段を制御して、前記室内熱交換器に付着した前記霜を除去する除霜運転を行う制御装置と、前記制御装置に接続され、前記室内熱交換器の伝熱性能に関する指標値であるα値、または、前記室内熱交換器に前記霜が付着していないときの前記α値を初期値とした場合の、前記初期値に対する算出した前記α値の割合を示すα比を表示する表示装置とを備えたものである。
 以上のように、本発明によれば、冷却運転の際に取得した運転データに基づいてα値およびα比を算出し、算出されたα比が閾値となった場合に除霜運転を行う。これにより、仕様および使用環境に応じて最適な時期に除霜運転を開始することができる、汎用性の高い冷凍システムを提供することができる。
実施の形態1に係る冷凍システムの構成の一例を示す概略図である。 図1の冷凍システムにおける冷媒回路の構成の一例を示す概略図である。 図1および図2の制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。 図3の制御装置の構成の一例を示すハードウェア構成図である。 図3の制御装置の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。 除霜運転時の除霜周期と消費電力量との関係の一例を示すグラフである。 α比と消費電力量との関係の一例を示すグラフである。 実施の形態1に係る冷凍システムにおけるデータ取得処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態1に係る冷凍システムにおける閾値決定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態1に係る冷凍システムにおける除霜運転処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態1の変形例に係る冷凍システムにおける冷媒回路の構成の一例を示す概略図である。 実施の形態2に係る制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。 図12の表示生成部で生成される設定インターフェースの表示例を示す概略図である。
実施の形態1.
 以下、本発明の実施の形態1に係る冷凍システムについて説明する。本実施の形態1に係る冷凍システムは、冷媒回路に冷媒を循環させることにより、対象空間を冷却するものである。
[冷凍システム100の構成]
 図1は、本実施の形態1に係る冷凍システム100の構成の一例を示す概略図である。図1に示すように、冷凍システム100は、室外機1、室内機2および制御装置3で構成されている。室内機2は、冷却対象となる対象空間に設けられている。室外機1と室内機2とは、冷媒配管5で接続されている。冷媒配管5は、例えば銅配管が用いられ、周辺の空気との熱交換を抑制するために、配管の周囲に断熱材を巻くなどして断熱処理が施されてもよい。
 また、対象空間には、空間温度センサ4が設けられている。空間温度センサ4は、対象空間の温度を示す空間温度を計測する。すなわち、空間温度センサ4は、室内機2に吸い込まれる空気の吸込空気温度TRを計測する。空間温度センサ4として、例えば熱電対またはサーミスタ等が用いられる。
 図2は、図1の冷凍システム100における冷媒回路の構成の一例を示す概略図である。図2に示すように、室外機1は、圧縮機11、室外熱交換器12、膨張弁13および室外機制御部10を備えている。室内機2は、室内熱交換器21、送風機22、除霜手段23および室内機制御部20を備えている。圧縮機11、室外熱交換器12、膨張弁13および室内熱交換器21が冷媒配管5によって順次環状に接続されることにより、冷媒が循環する冷媒回路が形成される。なお、図2に示す室外機1および室内機2の構成は一例であり、これに限られない。例えば、室外機1にアキュムレータおよび過冷却熱交換器等が設けられていてもよく、本発明を逸脱しない範囲で構成を適宜変更することができる。また、この例では、膨張弁13が室外機1に設けられているが、これに限られず、室内機2に設けられてもよいし、室外機1と室内機2とを接続する冷媒配管5のうち、室外熱交換器12と室内熱交換器21との間を接続する冷媒配管5に設けられてもよい。
 冷媒回路を循環する冷媒として、例えば、R-22またはR-134a等の単一冷媒、R-410AまたはR-404A等の擬似共沸混合冷媒、あるいは、R-407C等の非共沸混合冷媒が用いられる。また、化学式内に二重結合を含む、CFCF=CH等の地球温暖化係数が比較的小さい値とされている冷媒またはその混合物、あるいは、CO、プロパン等の自然冷媒が用いられる。
(室外機1)
 圧縮機11は、低温低圧の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機11は、例えば、運転周波数fを変化させることにより、単位時間あたりの送出量である容量が制御されるインバータ圧縮機でもよいし、運転周波数fが一定のものでもよい。圧縮機11がインバータ圧縮機である場合の運転周波数fは、室外機制御部10を介して制御装置3によって制御される。
 室外熱交換器12は、図示しない室外機ファンから供給される室外空気と、圧縮機11から吐出された冷媒との間で熱交換を行い、冷媒の熱を室外空気に放熱して冷媒を凝縮させる。すなわち、室外熱交換器12は、凝縮器として機能する。なお、室外熱交換器12は、このような空冷方式に限られず、例えば水と冷媒との間で熱交換を行う水冷方式が用いられてもよい。
 膨張弁13は、冷媒を膨張させる。膨張弁13は、例えば、電子式膨張弁等の開度の制御が可能な弁またはキャピラリで構成される。膨張弁13の開度は、室外機制御部10を介して制御装置3によって制御される。
 室外機制御部10は、制御装置3からの指令に基づき、圧縮機11および膨張弁13を制御する。室外機制御部10は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
 また、室外機1は、凝縮温度センサ14、蒸発温度センサ15およびガス冷媒温度センサ16を備える。凝縮温度センサ14は、圧縮機11の吐出側に設けられ、室外熱交換器12における冷媒の凝縮温度CTを計測する。凝縮温度センサ14として、温度センサに限られず、例えば圧力センサが用いられてもよい。この場合、凝縮温度センサ14で計測された高圧圧力と冷媒の種類とに基づき、凝縮温度CTが得られる。圧力センサを用いた凝縮温度センサ14として、例えば圧力を電圧に変換して電気信号として出力するものが用いられる。なお、凝縮温度センサ14は、圧縮機11の吐出側であって、膨張弁13の上流側であれば、いずれの位置に設けられてもよい。
 蒸発温度センサ15は、圧縮機11の吸入側に設けられ、室内熱交換器21における冷媒の蒸発温度ETを計測する。蒸発温度センサ15として、温度センサに限られず、例えば圧力センサが用いられてもよい。この場合、蒸発温度センサ15で計測された低圧圧力と冷媒の種類とに基づき、蒸発温度ETが得られる。圧力センサを用いた蒸発温度センサ15として、例えば圧力を電圧に変換して電気信号として出力するものが用いられる。なお、蒸発温度センサ15は、圧縮機11の吸入側であって、室内熱交換器21の下流側であれば、いずれの位置に設けられてもよい。
 ガス冷媒温度センサ16は、圧縮機11の吸入側に設けられ、圧縮機11に吸入されるガス冷媒の温度を計測する。ガス冷媒温度センサ16として、例えば熱電対またはサーミスタ等が用いられる。
(室内機2)
 室内熱交換器21は、送風機22から供給される対象空間の空気である室内空気と、室外機1の膨張弁13から流出した冷媒との間で熱交換を行う。これにより、対象空間に供給される冷却空気が生成される。すなわち、室内熱交換器21は、蒸発器として機能する。
 送風機22は、室内熱交換器21に対して空気を供給する。送風機22の回転数は、室内機制御部20を介して制御装置3によって制御される。回転数が制御されることにより、室内熱交換器21に対する送風量が調整される。送風機22として、例えば、DC(Direct Current)ファンモータなどのモータによって駆動される遠心ファンまたは多翼ファン等が用いられる。
 除霜手段23は、室内熱交換器21を除霜するために設けられている。除霜手段23として、例えばヒータの熱によって霜を溶かすヒータ方式、あるいは、室内熱交換器21に水を散水し、水の熱によって霜を溶かす散水方式等が用いられる。除霜手段23のONまたはOFFは、室内機制御部20を介して制御装置3によって制御される。
 室内機制御部20は、制御装置3からの指令に基づき、送風機22および除霜手段23を制御する。室内機制御部20は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
(制御装置3)
 制御装置3は、この冷凍システム100全体を制御する。具体的には、制御装置3は、室外機制御部10を介して室外機1に設けられた圧縮機11および膨張弁13を制御する。また、制御装置3は、室内機制御部20を介して室内機2に設けられた送風機22および除霜手段23を制御する。さらに、本実施の形態1において、制御装置3は、最適な除霜運転の開始時期を決定し、決定した除霜開始時期に除霜運転を行うように、各部を制御する。
 図3は、図1および図2の制御装置3の構成の一例を示す機能ブロック図である。図3に示すように、制御装置3は、情報入力部31、演算部32、動作制御部33、計時部34およびデータ格納部35を備えている。制御装置3は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
 情報入力部31は、冷凍システム100の運転が行われる際に、初期設定として各種の情報が入力される。初期設定の際に入力される情報の詳細は、後述する。演算部32は、冷凍システム100に設けられた空間温度センサ4、凝縮温度センサ14、蒸発温度センサ15およびガス冷媒温度センサ16等の各種センサによる計測結果、ならびに情報入力部31に入力された情報等に基づき、比較および演算等を行う。
 動作制御部33は、演算部32による比較および演算の結果に基づき、冷凍システム100のサーモONおよびサーモOFF、ならびに、冷却運転および除霜運転を行うように、冷凍システム100の各部を制御する。計時部34は、α値算出時間、サンプリング時間および除霜時間等の各種の処理の際に必要な各種時間をカウントする。カウントされるそれぞれの時間の詳細については、後述する。データ格納部35は、後述するデータ取得処理において取得された運転データを格納する。運転データは、例えば、圧縮機11の運転周波数f、空間温度センサ4で計測された吸込空気温度TR、および、蒸発温度センサ15で計測された蒸発温度ETである。
 図4は、図3の制御装置3の構成の一例を示すハードウェア構成図である。制御装置3の各種機能がハードウェアで実行される場合、図3の制御装置3は、図4に示すように、処理回路41および入力装置42で構成される。図3の演算部32、動作制御部33、計時部34およびデータ格納部35の各機能は、処理回路41により実現される。また、情報入力部31は、図4の入力装置42である。
 各機能がハードウェアで実行される場合、処理回路41は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものが該当する。演算部32、動作制御部33、計時部34およびデータ格納部35の各部の機能それぞれを処理回路41で実現してもよいし、各部の機能を1つの処理回路41で実現してもよい。
 図5は、図3の制御装置3の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。制御装置3の各種機能がソフトウェアで実行される場合、図3の制御装置3は、図5に示すように、プロセッサ51、メモリ52および入力装置53で構成される。演算部32、動作制御部33、計時部34およびデータ格納部35の各機能は、プロセッサ51およびメモリ52により実現される。また、図3の情報入力部31は、図5の入力装置53である。
 各機能がソフトウェアで実行される場合、演算部32、動作制御部33、計時部34およびデータ格納部35の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、また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。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ52に格納される。プロセッサ51は、メモリ52に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。
 メモリ52として、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable and Programmable ROM)およびEEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM)等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ等が用いられる。また、メモリ52として、例えば、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、CD(Compact Disc)、MD(Mini Disc)およびDVD(Digital Versatile Disc)等の着脱可能な記録媒体が用いられてもよい。
[冷凍システム100の動作]
 次に、上記構成を有する冷凍システム100の動作について説明する。ここでは、冷却運転時の動作と、最適な除霜開始時期の決定方法とについて説明する。
(冷却運転)
 冷凍システム100によって冷却運転が行われる場合の動作について説明する。室外機1において、低温低圧の冷媒が圧縮機11によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機11から吐出された高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換器12に流入する。室外熱交換器12に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換器12を通過する空気または水などの媒体と熱交換して凝縮し、高圧の液冷媒となって室外熱交換器12から流出する。
 室外熱交換器12から流出した高圧の液冷媒は、膨張弁13に流入する。膨張弁13に流入した高圧の液冷媒は、減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、室外機1から流出する。室外機1から流出した低温低圧の気液二相冷媒は、冷媒配管5を介して室内機2に流入する。
 室内機2に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室内熱交換器21に流入する。室内熱交換器21に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室内空気と熱交換して吸熱および蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって室内熱交換器21から流出する。室内熱交換器21から流出した低温低圧のガス冷媒は、室内機2から流出する。室内機2から流出した低温低圧のガス冷媒は、冷媒配管5を介して室外機1に流入し、圧縮機11に吸入される。
(最適な除霜開始時期の決定方法)
 次に、最適な時期に除霜運転を開始する決定方法について説明する。室内熱交換器21の温度が氷点下の状態で冷却運転が長時間行われる場合、室内熱交換器21が着霜する。室内熱交換器21が着霜した状態で冷却運転が継続されると、着霜量が増加して室内熱交換器21の伝熱性能が低下し、それに伴って消費電力量も増加する。そのため、このような場合には、室内熱交換器21に付着した霜を溶かして除去する除霜運転が行われる。
 一方、着霜による消費電力量の増加を早期に抑制するために除霜運転の回数を増加させた場合、除霜運転の際に発生するヒータ等の熱量が対象空間に放出される回数が増加する。これにより、冷凍システム100の冷却運転時間が増加するため、消費電力量が増加する。
 図6は、除霜運転時の除霜周期と消費電力量との関係の一例を示すグラフである。図6において、横軸は除霜運転を行う周期を示す除霜周期であり、縦軸は冷凍システム100における1日あたりの消費電力量である。
 図6に示すように、除霜周期が短い場合には、除霜運転が多く行われるため、室内熱交換器21の着霜量が少ない段階で除霜運転が行われる。すなわち、この場合には、除霜運転の際に発生する熱量が対象空間に放出される回数が増加するため、消費電力量が増加する。
 また、除霜周期が長くなると、除霜運転の回数が減少するため、室内熱交換器21の着霜量が過度となる。すなわち、この場合には、除霜運転の際に発生する熱量が対象空間に放出される回数が減少するものの、室内熱交換器21の伝熱性能が低下するので、消費電力量が増加する。
 なお、冷凍システム100では、圧縮機11として、運転周波数fが一定のものと可変のものとのいずれも使用することができるが、いずれの方式を用いても消費電力量が増加する。例えば、圧縮機11として運転周波数fが一定であるものが用いられる場合において、室内熱交換器21の伝熱性能が低下すると、冷凍システム100の能力が低下するため、それを補うようにして消費電力量および運転時間が増加する。また、圧縮機11として運転周波数fが可変であるものが用いられる場合において、室内熱交換器21の伝熱性能が低下すると、冷凍システム100の能力が低下しなくても圧縮機11の運転周波数fが増加するため、消費電力量が増加する。
 以上のことから、除霜周期と消費電力量との関係は、図6に示すように下に凸となる特性を有する。この場合、消費電力量が最小値となる除霜周期で除霜運転を行えば、消費電力量を最小に抑制しながら、適度に着霜した室内熱交換器21の除霜を行うことができる。したがって、消費電力量が最小値となる除霜周期が、除霜運転を行うのに最適な除霜運転開始時期であると考えることができる。
 このような最適な除霜運転開始時期は、対象空間に対する設定温度、冷凍システム100の規模、および当該システムで用いられる圧縮機11等の各種機器の性能などの各種条件によって異なる。したがって、適切に除霜運転を行うためには、システム規模等の各種条件に応じて最適な除霜運転開始時期が決定される必要がある。
 また、上述したように、室内熱交換器21の伝熱性能の低下は、着霜量の増加によって生じるため、室内熱交換器21に対する着霜量は、室内熱交換器21の伝熱性能を知ることによって判断することができる。一般に、熱交換器の伝熱性能を評価する指標として、AK値が用いられている。AK値とは、熱交換器の伝熱面積と熱通過率の積であり、単位温度あたりの熱通過率の能力を表す値である。AK値は、式(1)に基づき算出される。このAK値が熱交換器に着霜していない状態を示す初期値からどれだけ低下したかと、COP(Coefficient Of Performance:エネルギー消費効率)がどれだけ低下したかとを関連付けることで、伝熱性能の低下によって消費電力量がどれだけ増加したかを判断することができる。
 AK値=冷凍能力/(吸込空気温度TR-蒸発温度ET)・・・(1)
 ところで、本実施の形態1においては、AK値の絶対値を知ることは重要ではなく、着霜がない状態における初期値に対する着霜量の割合が判断できればよい。本実施の形態1では、AK値に代えて、α値と称する指標値を定義する。α値は、伝熱性能が低下するに従って小さくなる。なお、α値は、室内熱交換器21の伝熱性能に関する指標値であり、α値の絶対値に物理的な意味はない。
 現在のα値であるαnowは、圧縮機11の運転周波数f、空間温度センサ4で計測された吸込空気温度TR、蒸発温度センサ15で計測された蒸発温度ET、および吸入密度ρsに基づき、式(2)を用いて算出される。吸入密度ρsは、蒸発温度ETと、ガス冷媒温度センサ16で計測されたガス冷媒温度と、冷媒種類とから求められる。
   α=ρs・f/(TR-ET) ・・・(2)
 また、室内熱交換器21に着霜がない状態におけるα値の初期値をαとした場合、初期値αに対する現在のα値αnowの割合をα比とする。α比は、式(3)に基づき算出される。
   α比=現在のα値αnow/初期値α ・・・(3)
 α比と上述した除霜周期との間には相関関係があるため、図6に示す除霜周期と消費電力量との関係は、図7に示すような関係になる。図7は、α比と消費電力量との関係の一例を示すグラフである。図7において、横軸はα値の初期値αに対する現在のα値αnowの割合を示すα比であり、縦軸は冷凍システム100における1日あたりの消費電力量である。
 図7に示すように、α比と消費電力量との関係は、図6と同様に下に凸となる特性を有する。そのため、消費電力量が最小値となるα比となった場合に除霜運転を行えば、消費電力量を最小にしながら、室内熱交換器21を適切に除霜することができる。したがって、消費電力量が最小値となるα比が、除霜運転を行うのに最適な除霜運転開始時期であると考えることができる。
 そこで、本実施の形態1に係る冷凍システム100では、消費電力量が最小値となるときのα比を閾値として設定し、冷却運転中にα比が設定した閾値となった場合に除霜運転を行う。冷凍システム100は、除霜運転が最適な時期に開始されるように、システム規模等の各種条件に応じた閾値を決定するため、α比を算出するための運転データを取得するデータ取得処理を行う。そして、冷凍システム100は、取得した運転データに基づきα比に対する閾値を決定する閾値決定処理を行い、決定された閾値に基づいて除霜運転を行う。
(データ取得処理)
 本実施の形態1に係る冷凍システム100におけるデータ取得処理について説明する。図8は、本実施の形態1に係る冷凍システム100におけるデータ取得処理の流れの一例を示すフローチャートである。データ取得処理は、冷凍システム100が実際に対象空間を冷却する冷却運転を行う前の試運転の際に行われる。
 まず、ステップS1において、情報入力部31に対して各種の情報が入力されることにより、初期設定が行われる。初期設定の際には、冷凍システム100のサーモONおよびサーモOFFの条件として、冷凍システム100の据付などを行った際に設定される情報と、データ取得処理を行う際に必要な情報とが入力される。
 具体的には、サーモONおよびサーモOFFの条件として入力される情報は、設定温度T、第1ディファレンシャル温度Tdiff1、最大サーモON時間および除霜時間である。設定温度Tは、対象空間に対して設定される温度を示す。第1ディファレンシャル温度Tdiff1は、設定温度Tに対する制御幅を示す。最大サーモON時間は、サーモON時の最大時間を示す。除霜時間は、除霜運転が行われる時間を示す。
 また、データ取得処理を行う際に必要な情報は、α値算出時間、サンプリング時間、基準値Xおよび第2ディファレンシャル温度Tdiff2である。α値算出時間は、最初にα値を算出するまでの時間を示す。サンプリング時間は、運転データを取得する時間間隔を示す。基準値Xは、除霜運転の開始時期を決定するα比に対して設定される値を示す。なお、基準値Xは、一定期間の間に運転データを取得することができる時間であればよい。第2ディファレンシャル温度Tdiff2は、対象空間を冷却する能力が不足した場合に、除霜を行うための設定温度Tに対する制御幅を示す。第2ディファレンシャル温度Tdiff2は、第1ディファレンシャル温度Tdiff1よりも大きい値に設定される。
 次に、ステップS2において、動作制御部33は、冷凍システム100の電源をONにする。ステップS3において、演算部32は、空間温度センサ4で計測された吸込空気温度TRと、設定温度Tに第1ディファレンシャル温度Tdiff1を加算した温度T+Tdiff1とを比較する。
 比較の結果、吸込空気温度TRが温度T+Tdiff1よりも大きい場合(ステップS3;Yes)、動作制御部33は、ステップS4において、冷凍システム100をサーモONとする。そして、処理がステップS6に移行する。一方、吸込空気温度TRが温度T+Tdiff1以下である場合(ステップS3;No)、動作制御部33は、ステップS5において、冷凍システム100をサーモOFFとする。そして、処理がステップS3に戻る。
 ステップS6において、演算部32は、計時部34によるカウントに基づき、ステップS4で冷凍システム100をサーモONとしてからα値算出時間が経過したか否かを判断する。α値算出時間が経過した場合(ステップS6;Yes)、演算部32は、ステップS7において、現在のα値αnowを算出する。そして、演算部32は、算出したα値αnowを初期値αに設定し、α比を100%に設定する。一方、α値算出時間が経過していない場合(ステップS6;No)には、処理がステップS3に戻る。
 ステップS8において、演算部32は、吸込空気温度TRと温度T+Tdiff1とを比較する。比較の結果、吸込空気温度TRが温度T+Tdiff1よりも大きい場合(ステップS8;Yes)、動作制御部33は、ステップS9において、冷凍システム100をサーモONとする。そして、処理がステップS11に移行する。一方、吸込空気温度TRが温度T+Tdiff1以下である場合(ステップS8;No)、動作制御部33は、ステップS10において、冷凍システム100をサーモOFFとする。そして、処理がステップS8に戻る。
 ステップS11において、演算部32は、計時部34によるカウントに基づき、ステップS9で冷凍システム100をサーモONとしてからサンプリング時間が経過したか否かを判断する。サンプリング時間が経過した場合(ステップS11;Yes)、演算部32は、ステップS12において、現在のα値αnowを算出するとともに、ステップS7で設定されたα値の初期値αを用いて、初期値αに対する現在のα値αnowとの比であるα比を算出する。そして、制御装置3は、算出したα比と、このとき取得した運転データとをデータ格納部35に格納する。一方、サンプリング時間が経過していない場合(ステップS11;No)には、処理がステップS11に戻り、サンプリング時間が経過するまでステップS11の処理が繰り返される。
 ステップS13において、演算部32は、ステップS12で算出したα比が基準値Xであるか否かを判断する。α比が基準値Xである場合(ステップS13;Yes)には、処理がステップS14に移行する。ステップS14において、動作制御部33は、最適な除霜運転開始時期であると判断し、除霜運転を開始する。
 ステップS15において、演算部32は、計時部34によるカウントに基づき、除霜運転が開始されてから除霜時間が経過したか否かを判断する。除霜時間が経過した場合(ステップS15;Yes)、動作制御部33は、ステップS16において、除霜運転を停止する。そして、一連の処理が終了する。また、除霜時間が経過していない場合(ステップS15;No)には、処理がステップS15に戻り、除霜時間が経過するまでステップS15の処理が繰り返される。
 一方、ステップS13において、α比が基準値Xでない場合(ステップS13;No)には、処理がステップS17に移行する。ステップS17において、演算部32は、計時部34によるカウントに基づき、最大サーモON時間が経過し、かつ、吸込空気温度TRが設定温度Tに第2ディファレンシャル温度Tdiff2を加算した温度T+Tdiff2よりも高いか否かを判断する。
 吸込空気温度TRが温度T+Tdiff2よりも高い場合(ステップS17;Yes)には、処理がステップS14に移行する。すなわち、冷凍システム100の冷却運転がサーモON時間だけ継続されても対象空間が設定温度Tまで低下しない場合には、着霜により冷凍システム100の能力が著しく低下していると判断され、動作制御部33は、除霜運転に移行する。一方、吸込空気温度TRが温度T+Tdiff2以下である場合(ステップS17;No)には、処理がステップS8に戻る。
 このように、データ取得処理では、試運転の際に、α比が基準値Xとなるまで冷却運転が行われる。そして、冷却運転中においては、α比が基準値Xとなるまでの間に、サンプリング時間間隔で算出したα比と、そのときの運転データとが取得される。このように取得されたα比および運転データは、次に説明する閾値決定処理で用いられる。
(閾値決定処理)
 本実施の形態1に係る冷凍システム100における閾値決定処理について説明する。図9は、本実施の形態1に係る冷凍システム100における閾値決定処理の流れの一例を示すフローチャートである。閾値決定処理は、冷凍システム100における最適な除霜運転開始時期を決定するためのα比に対する閾値を決定するための処理である。
 ステップS21において、演算部32は、データ取得処理で取得され、データ格納部35に格納されたα比および運転データに基づき、消費電力量を算出するとともに、除霜周期と算出した消費電力量との関係を算出する。ステップS22において、演算部32は、ステップS21での算出結果に基づき、消費電力量が最小となるときのα比を閾値として決定する。
 ステップS23において、演算部32は、消費電力量が最小となる周期と測定周期とを比較する。比較の結果、当該周期が測定周期以下である場合(ステップS23;No)には、一連の処理が終了する。一方、当該周期が測定周期よりも長い場合(ステップS23;Yes)、動作制御部33は、ステップS24において、上述したデータ取得処理を再度実施する。このとき、制御装置3は、基準値Xの値を前回の運転データ取得時よりも小さい値に設定する。設定された基準値Xは、図8に示すデータ取得処理が再度行われる際に、ステップS1の初期設定において、情報入力部31によって入力される。
 このように、閾値決定処理では、取得した運転データに基づき、冷凍システム100において最適な除霜運転開始時期に除霜運転を実施することができるように、α比に対する閾値が決定される。
(除霜運転処理)
 本実施の形態1に係る冷凍システム100における除霜運転処理について説明する。図10は、本実施の形態1に係る冷凍システム100における除霜運転処理の流れの一例を示すフローチャートである。除霜運転処理は、基本的に、上述した図8のデータ取得処理と同様にして冷却運転が行われた後、除霜運転を実施する。なお、図8の処理と共通する処理については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
 図10に示す除霜運転処理では、図8のデータ取得処理と異なり、ステップS1の初期設定は行われず、試運転時の設定が維持される。ただし、α比に対する基準値Xに代えて、図9の閾値決定処理で決定された閾値が設定される。そして、図8のステップS13に代えてステップS31の処理が行われる。
 ステップS31において、演算部32は、ステップS12で算出したα比が閾値であるか否かを判断する。α比が閾値である場合(ステップS31;Yes)には、処理がステップS14に移行し、最適な除霜運転開始時期での除霜運転が開始される。一方、α比が閾値でない場合(ステップS31;No)には、処理がステップS17に移行する。
 以上のように、本実施の形態1に係る冷凍システム100は、冷却運転の際に取得した運転データに基づいてα値およびα比を算出し、算出されたα比が閾値となった場合に除霜運転を行う。これにより、最適な時期に除霜運転を開始することができる。
 冷凍システム100において、α比に対する閾値は、試運転の際に取得した運転データに基づき決定される。これにより、仕様および使用環境に応じて最適な時期に除霜運転を開始することができ、汎用性の高い冷凍システムを提供することができる。
 冷凍システム100において、閾値は、除霜運転の際の消費電力量が最小値となる場合のα比に設定される。これにより、除霜運転の際の消費電力量が抑制されるため、除霜運転を適切に行うことができる。
 冷凍システム100において、α値およびα比は、空間温度センサ4で計測された吸込空気温度TRと、蒸発温度センサ15で計測された蒸発温度ETと、圧縮機11の運転周波数fとに基づき算出される。これらの値は、仕様および使用環境によって異なるため、これらの値に基づいてα値およびα比が算出されることにより、仕様および使用環境に適した時期に除霜運転を行うことができる。
 冷凍システム100において、除霜手段23は、ヒータ方式または散水方式により、室内熱交換器21に付着した霜を除去することができる。
[変形例]
 図11は、本実施の形態1の変形例に係る冷凍システム200における冷媒回路の構成の一例を示す概略図である。図11に示すように、冷凍システム200は、室外機201、室内機202および制御装置3で構成されている。
 室外機201は、室外機1と同様に、圧縮機11、室外熱交換器12、膨張弁13、凝縮温度センサ14、蒸発温度センサ15、ガス冷媒温度センサ16および室外機制御部10を備えている。また、室外機201は、バイパス回路17およびバイパス弁18を備えている。
 バイパス回路17は、冷媒配管5における圧縮機11の吐出側から分岐し、膨張弁13と室内熱交換器21との間の冷媒配管5に接続されている。バイパス回路17は、圧縮機11から吐出された冷媒の一部が室内熱交換器21に流入するように設けられている。バイパス弁18は、バイパス回路17に設けられている。バイパス弁18の開閉は、室外機制御部10を介して制御装置3によって制御され、開閉によってバイパス回路17を流れる冷媒の流通または遮断を行う。
 室内機202は、室内機2と同様に、室内熱交換器21、送風機22および室内機制御部20を備えている。また、室内機202は、室内機2と異なり、除霜手段23が設けられていない。
 制御装置3は、除霜運転の際に、バイパス弁18を開状態とする。これにより、圧縮機11から吐出された高温高圧のガス冷媒の一部がバイパス弁18を流通し、室内機202の室内熱交換器21に流入する。室内熱交換器21に高温のガス冷媒が流入することにより、室内熱交換器21に付着した霜は、冷媒の熱によって溶けて除去される。
 このように、変形例では、除霜手段23に代えて、バイパス回路17およびバイパス弁18が設けられることにより、室内熱交換器21の除霜を行うことができる。なお、この例では、除霜手段23が除かれた構成となっているが、これに限られず、除霜手段23が併用されてもよい。
 以上のように、本実施の形態1の変形例に係る冷凍システム200において、バイパス回路17およびバイパス弁18が除霜手段23として用いられる。これにより、高温の冷媒が室内熱交換器21に流入するため、室内熱交換器21に付着した霜を除去することができる。
実施の形態2.
 次に、本実施の形態2について説明する。本実施の形態2は、除霜運転を実施する際に、上述した閾値決定処理を有効または無効にする設定を行うことができるインターフェースを備える点で、実施の形態1と相違する。なお、本実施の形態2において、実施の形態1と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
[制御装置3の構成]
 図12は、本実施の形態2に係る制御装置3の構成の一例を示す機能ブロック図である。図12に示すように、本実施の形態2に係る制御装置3は、図3に示す情報入力部31、演算部32、動作制御部33、計時部34およびデータ格納部35に加えて、表示生成部36をさらに備えている。また、制御装置3は、図3に示す実施の形態1に係る制御装置3と比較して、表示装置110および入力装置120がさらに接続されている。
 表示生成部36は、除霜運転を実施する際に必要な各種の設定値を入力するための設定インターフェースを生成する。生成された設定インターフェースは、表示装置110に供給される。
 表示装置110は、表示生成部36で生成された設定インターフェースを表示する。表示装置110は、例えばLCD(Liquid Crystal Display)あるいは有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等によって構成される。表示装置110として、例えば、LCDまたは有機ELディスプレイ上にタッチセンサを有するタッチパネルが積層されたタッチパネルディスプレイが用いられてもよい。
 入力装置120は、ユーザによる操作に応じた操作信号を情報入力部31に対して出力する。本実施の形態2では、表示装置110に表示された設定インターフェースに対してユーザが入力した情報が情報入力部31に供給される。入力装置120として、例えば、制御装置3に設けられたキー等が用いられる。また、表示装置110がタッチパネルディスプレイである場合には、各種キーがソフトウェアキーとして表示装置110に表示されるようにしてもよい。
[設定インターフェース]
 図13は、図12の表示生成部36で生成される設定インターフェースの表示例を示す概略図である。図13には、表示装置110に設定インターフェースが表示された様子が示されている。図13に示すように、設定インターフェースには、制御選択キー111、設定値入力欄112、現在値表示欄113および前回値表示欄114が表示されている。
(制御選択キー111)
 制御選択キー111は、ユーザによって入力された各種の情報を用いた除霜運転の制御の有効または無効を選択するキーである。「ON」が選択されている状態は、除霜運転の制御が有効であることを示す。「OFF」が選択されている状態は、除霜運転の制御が無効であることを示す。この例では、「ON」が選択されている状態が示されている。
(設定値入力欄112)
 設定値入力欄112は、除霜運転に必要な各種の情報を入力する欄である。設定値入力欄112には、項目「閾値」、「最大運転時間」、「除霜禁止時刻」、「除霜運転時間」、「除霜周期」および「除霜開始時刻」が表示されている。それぞれの項目は、ユーザが任意の値を選択または入力することができる。
 項目「閾値」は、除霜運転に関する設定値を設定する項目である。具体的には、項目「閾値」は、α値またはα比に対する閾値を設定する項目であり、「AUTO」を選択、または任意の値を入力することができる。「AUTO」が選択された場合には、実施の形態1で説明した閾値決定処理によってα比に対する閾値が算出される。なお、項目「閾値」は、これに限られず、例えば「大・中・小」といった表現を用いて段階的な値を選択できるようにしてもよい。
 項目「最大運転時間」は、除霜運転以外の運転による運転時間の合計値を入力して設定する項目である。この項目「最大運転時間」は、長期休暇中など、異常が発生しても対応できない場合に備えて設定される運転時間の上限値を示す。
 項目「除霜禁止時刻」は、除霜運転を禁止する時間帯を設定する項目である。例えば、項目「除霜禁止時刻」は、確実に冷却運転を実施したい対象空間への入出庫が多い時間帯などに設定される。
 項目「除霜運転時間」は、除霜運転を継続する時間を設定する項目であり、「AUTO」を選択、または任意の値を入力することができる。「AUTO」は、例えば、終了サーモ(サーミスタ)などの除霜の終了を判定できる機能を有する機器などの場合に選択することができる。
 項目「除霜周期」は、除霜運転の周期を設定する項目である。項目「除霜開始時刻」は、除霜運転を開始する時刻を設定する項目である。これらの項目「除霜周期」および「除霜開始時刻」が入力されることにより、従来と同様に、設定された除霜開始時刻に開始され、一定の除霜周期で除霜運転が実施される。
 項目「閾値」、「最大運転時間」、「除霜禁止時刻」、「除霜運転時間」は、除霜運転の制御が有効である場合に設定することができる。また、項目「除霜周期」および「除霜開始時刻」は、除霜運転の制御が無効である場合に設定することができる。
 なお、設定値入力欄112には、設定項目として項目「閾値」、「最大運転時間」、「除霜禁止時刻」、「除霜運転時間」、「除霜周期」および「除霜開始時刻」が設けられているが、これはこの例に限られない。例えば、図10に示す実施の形態1の除霜運転処理を行う際に設定が必要となる「設定温度」、「第1ディファレンシャル温度」および「第2ディファレンシャル温度」などの他の設定項目が設けられてもよい。
(現在値表示欄113)
 現在値表示欄113は、現時点で除霜運転を行う際に設定されている情報を表示する欄である。現在値表示欄113には、項目「α比(現在値)」および「積算運転時間」が表示されている。現在値表示欄113の各情報は、除霜運転の制御が有効である場合において、設定値を決定する際の参考値として表示される。
 項目「α比(現在値)」は、現在のα比を表示する項目である。項目「積算運転時間」は、前回除霜運転が終了してから現在までの積算運転時間を表示する項目である。
 なお、現在値表示欄113には、現在のα値を表示する項目「α値(現在値)」が設けられてもよい。項目「α値(現在値)」は、項目「α比(現在値)」の代わりに表示されてもよいし、追加項目として表示されてもよい。
(前回値表示欄114)
 前回値表示欄114は、前回の除霜運転が実施されたときの情報を表示する欄である。前回値表示欄114には、項目「α比(前回値)」および「積算運転時間」が表示されている。前回値表示欄114の各情報は、除霜運転の制御が有効である場合において、設定値を決定する際の参考値として表示される。
 項目「α比(前回値)」は、前回除霜運転を開始したときのα比を表示する項目である。項目「積算運転時間」は、前回除霜運転を開始したときの積算運転時間を表示する項目である。
 なお、前回値表示欄114には、前回の除霜運転を開始したときのα値を表示する項目「α値(前回値)」が設けられてもよい。項目「α値(前回値)」は、項目「α比(前回値)」の代わりに表示されてもよいし、追加項目として表示されてもよい。
[除霜運転処理]
 本実施の形態2に係る冷凍システム100における除霜運転処理は、図10に示す実施の形態1の除霜運転処理と同様である。ここで、図10のステップS31において、演算部32は、ステップS12で算出されたα比と閾値とを比較するが、このときの閾値は、設定インターフェースの項目「閾値」で設定された値が用いられる。なお、この項目において「AUTO」が選択された場合には、実施の形態1と同様に、図9に示す閾値決定処理で決定された閾値が用いられる。また、図13の項目「除霜禁止時刻」に設定された除霜禁止時刻の間にα比が閾値となった場合、制御装置3は、除霜禁止時刻が経過した後に、除霜運転を行う。
 以上のように、本実施の形態2に係る冷凍システム100では、表示装置110に表示された設定インターフェースに対して、α比に対する閾値が入力装置120を介して入力される。これにより、実施の形態1で説明した閾値決定処理を行うことなくα比に対する閾値を設定することができる。また、ユーザが各種の設定項目に値を入力することができるため、必要に応じて除霜運転の開始タイミングおよび運転時間等を意図的に設定または変更することができる。
 以上、本発明の実施の形態1および変形例ならびに実施の形態2について説明したが、本発明は、上述した本発明の実施の形態1および変形例ならびに実施の形態2に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。上述した例では、対象空間の温度に基づいてα値を算出したが、これに限られず、例えば、対象空間の湿度をさらに考慮してα値を算出してもよい。例えば、対象空間の湿度が高い場合、単位時間あたりの室内熱交換器21に対する着霜量が増加するため、α値の低下が早くなる。したがって、対象空間の温度に加えて湿度も考慮することにより、最適な除霜運転開始時期をより正確に決定することができる。
 この場合のα値は、圧縮機11の運転周波数f、吸い込み空気温度エンタルピITR、蒸発温度エンタルピIET、および吸入密度ρsに基づき、式(4)を用いて算出される。吸い込み空気温度エンタルピITRおよび蒸発温度エンタルピIETは、乾球温度と相対湿度(または絶対湿度)がわかれば、空気線図を用いることによって導出することができる。また、乾球温度および相対湿度(または絶対湿度)は、各点における温度センサに代えて、温度および湿度の双方を計測する温湿度センサを設けることによって取得することができる。
   α=ρs・f/(ITR-IET) ・・・(4)
 1、201 室外機、2、202 室内機、3 制御装置、4 空間温度センサ、5 冷媒配管、10 室外機制御部、11 圧縮機、12 室外熱交換器、13 膨張弁、14 凝縮温度センサ、15 蒸発温度センサ、16 ガス冷媒温度センサ、17 バイパス回路、18 バイパス弁、20 室内機制御部、21 室内熱交換器、22 送風機、23 除霜手段、31 情報入力部、32 演算部、33 動作制御部、34 計時部、35 データ格納部、36 表示生成部、41 処理回路、42 入力装置、51 プロセッサ、52 メモリ、53 入力装置、100、200 冷凍システム、110 表示装置、111 制御選択キー、112 設定値入力欄、113 現在値表示欄、114 前回値表示欄、120 入力装置。

Claims (12)

  1.  圧縮機、室外熱交換器、膨張弁および室内熱交換器が環状に接続され、対象空間を冷却する冷却運転を行う冷凍システムであって、
     前記室内熱交換器に付着した霜を除去する除霜手段と、
     前記除霜手段を制御して、前記室内熱交換器に付着した前記霜を除去する除霜運転を行う制御装置と
    を備え、
     前記制御装置は、
     前記冷却運転中の予め設定されたサンプリング時間毎に運転データを取得し、
     取得した前記運転データに基づき、前記室内熱交換器の伝熱性能に関する指標値であるα値を算出し、
     前記室内熱交換器に前記霜が付着していないときの前記α値を初期値とした場合の、前記初期値に対する算出した前記α値の割合を示すα比を算出し、
     前記α比が予め設定された閾値となった場合に、前記除霜運転を行う冷凍システム。
  2.  前記制御装置は、
     最初に運転した際に取得した前記運転データに基づき前記閾値を決定する請求項1に記載の冷凍システム。
  3.  前記制御装置は、
     前記除霜運転の際の消費電力量が最小値となる場合の前記α比を前記閾値として設定する請求項1または2に記載の冷凍システム。
  4.  前記対象空間からの吸込空気温度を計測する空間温度センサと、
     前記圧縮機の吸入側に設けられ、前記室内熱交換器の蒸発温度を計測する蒸発温度センサと
    をさらに備え、
     前記制御装置は、
     前記圧縮機の運転周波数と、前記吸込空気温度と、前記蒸発温度とに基づき、前記α値および前記α比を算出する請求項1~3のいずれか一項に記載の冷凍システム。
  5.  前記除霜手段は、
     ヒータの熱によって前記室内熱交換器に付着した前記霜を除去する請求項1~4のいずれか一項に記載の冷凍システム。
  6.  前記除霜手段は、
     前記室内熱交換器に散水し、水の熱によって前記室内熱交換器に付着した前記霜を除去する請求項1~4のいずれか一項に記載の冷凍システム。
  7.  前記除霜手段は、
     前記圧縮機の吐出側から分岐し、前記膨張弁と前記室内熱交換器との間に接続され、前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を前記室内熱交換器に流入させるバイパス回路と、
     前記バイパス回路に設けられ、前記バイパス回路を流れる前記冷媒の流通および遮断を行うバイパス弁と
    を有する請求項1~6のいずれか一項に記載の冷凍システム。
  8.  圧縮機、室外熱交換器、膨張弁および室内熱交換器が環状に接続され、対象空間を冷却する冷却運転を行う冷凍システムであって、
     前記室内熱交換器に付着した霜を除去する除霜手段と、
     前記除霜手段を制御して、前記室内熱交換器に付着した前記霜を除去する除霜運転を行う制御装置と、
     前記制御装置に接続され、前記室内熱交換器の伝熱性能に関する指標値であるα値、または、前記室内熱交換器に前記霜が付着していないときの前記α値を初期値とした場合の、前記初期値に対する算出した前記α値の割合を示すα比を表示する表示装置と
    を備えた冷凍システム。
  9.  前記表示装置は、
     前記除霜運転を行う際に必要な設定値を入力するための設定インターフェースを表示し、
     前記制御装置に接続され、前記設定インターフェースに対して前記設定値を入力する入力装置をさらに備えた請求項8に記載の冷凍システム。
  10.  前記設定値は、前記除霜運転の閾値であり、
     前記制御装置は、
     前記α比が前記閾値となった場合に、前記除霜運転を行う請求項9に記載の冷凍システム。
  11.  前記設定値は、前記除霜運転の禁止時刻であり、
     前記制御装置は、
     前記禁止時刻の間に前記α比が前記閾値となった場合に、前記禁止時刻経過後に前記除霜運転を行う請求項10に記載の冷凍システム。
  12.  前記制御装置は、
     前記冷却運転中の予め設定されたサンプリング時間毎に運転データを取得し、
     取得した前記運転データに基づき、前記α値を算出し、
     前記α値に基づき、前記α比を算出する請求項8~11のいずれか一項に記載の冷凍システム。
PCT/JP2020/000221 2019-01-08 2020-01-08 冷凍システム WO2020145281A1 (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-001334 2019-01-08
JP2019001334 2019-01-08
JP2019-231096 2019-12-23
JP2019231096A JP7433040B2 (ja) 2019-01-08 2019-12-23 冷凍システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020145281A1 true WO2020145281A1 (ja) 2020-07-16

Family

ID=71520515

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/000221 WO2020145281A1 (ja) 2019-01-08 2020-01-08 冷凍システム

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2020145281A1 (ja)

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5340450A (en) * 1976-09-27 1978-04-13 Hitachi Ltd Defrost system of air cool heat pump type air conditioner
JPS53119449A (en) * 1977-03-26 1978-10-18 Sanyo Electric Co Ltd Defrosting controller
JPS5467253A (en) * 1977-11-09 1979-05-30 Saginomiya Seisakusho Inc Method of and apparatus for deforsting
JPS54154851A (en) * 1978-05-26 1979-12-06 Saginomiya Seisakusho Inc Defrost control method of heating or freezing and cooling apparatus and defrost controller
JPS58205070A (ja) * 1982-05-26 1983-11-29 三菱電機株式会社 除霜制御装置
JPS6117870A (ja) * 1984-07-03 1986-01-25 松下精工株式会社 ヒ−トポンプ式空気調和機のデフロスト制御装置
JPH0694283A (ja) * 1992-09-09 1994-04-05 Hitachi Ltd 空気調和機
JPH08271101A (ja) * 1995-03-30 1996-10-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ヒートポンプ式空気調和機
JPH10213364A (ja) * 1997-01-30 1998-08-11 Sharp Corp 空気調和機
JP2007225155A (ja) * 2006-02-21 2007-09-06 Mitsubishi Electric Corp 除霜運転制御装置および除霜運転制御方法
JP2009198022A (ja) * 2008-02-19 2009-09-03 Toyo Eng Works Ltd ヒートポンプ式空気調和装置
JP2009210161A (ja) * 2008-02-29 2009-09-17 Sanyo Electric Co Ltd 機器制御システム、制御装置及び制御プログラム
JP2012042207A (ja) * 2011-10-27 2012-03-01 Mitsubishi Electric Corp 冷凍サイクル装置
WO2014170982A1 (ja) * 2013-04-18 2014-10-23 三菱電機株式会社 ヒートポンプ装置及び空気調和システム

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5340450A (en) * 1976-09-27 1978-04-13 Hitachi Ltd Defrost system of air cool heat pump type air conditioner
JPS53119449A (en) * 1977-03-26 1978-10-18 Sanyo Electric Co Ltd Defrosting controller
JPS5467253A (en) * 1977-11-09 1979-05-30 Saginomiya Seisakusho Inc Method of and apparatus for deforsting
JPS54154851A (en) * 1978-05-26 1979-12-06 Saginomiya Seisakusho Inc Defrost control method of heating or freezing and cooling apparatus and defrost controller
JPS58205070A (ja) * 1982-05-26 1983-11-29 三菱電機株式会社 除霜制御装置
JPS6117870A (ja) * 1984-07-03 1986-01-25 松下精工株式会社 ヒ−トポンプ式空気調和機のデフロスト制御装置
JPH0694283A (ja) * 1992-09-09 1994-04-05 Hitachi Ltd 空気調和機
JPH08271101A (ja) * 1995-03-30 1996-10-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ヒートポンプ式空気調和機
JPH10213364A (ja) * 1997-01-30 1998-08-11 Sharp Corp 空気調和機
JP2007225155A (ja) * 2006-02-21 2007-09-06 Mitsubishi Electric Corp 除霜運転制御装置および除霜運転制御方法
JP2009198022A (ja) * 2008-02-19 2009-09-03 Toyo Eng Works Ltd ヒートポンプ式空気調和装置
JP2009210161A (ja) * 2008-02-29 2009-09-17 Sanyo Electric Co Ltd 機器制御システム、制御装置及び制御プログラム
JP2012042207A (ja) * 2011-10-27 2012-03-01 Mitsubishi Electric Corp 冷凍サイクル装置
WO2014170982A1 (ja) * 2013-04-18 2014-10-23 三菱電機株式会社 ヒートポンプ装置及び空気調和システム

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106461253B (zh) 空调机及其除霜运行方法
TWI252904B (en) Refrigerator
JP6447742B2 (ja) 冷凍サイクル装置
Llopis et al. Experimental analysis of R-450A and R-513A as replacements of R-134a and R-507A in a medium temperature commercial refrigeration system
CN108758903B (zh) 空调及其控制方法
JP5999499B2 (ja) 冷凍装置
EP3026371A1 (en) Refrigeration cycle apparatus
EP3112775B1 (en) Refrigerator and method for controlling the same
JP2012211723A (ja) 冷凍装置及び冷凍装置の冷媒漏れ検知方法
JP2013228130A (ja) 冷凍装置
JP2011085317A (ja) 除霜装置及び冷凍サイクル装置及び除霜方法
US20180031289A1 (en) Systems and methods for defrost control
KR20190040671A (ko) 공기 조화기 및 그 제어방법
WO2018178465A1 (es) Procedimiento de control adaptativo para sistemas de refrigeración
JP7433040B2 (ja) 冷凍システム
JP5366764B2 (ja) 冷却装置及び冷凍サイクル装置
JP2008138914A (ja) 冷凍装置、及び冷凍機油の戻し方法
JP6095155B2 (ja) 冷凍装置及び冷凍装置の冷媒漏れ検知方法
JP2008138915A (ja) 冷凍装置
WO2020145281A1 (ja) 冷凍システム
JP4268931B2 (ja) 冷蔵・冷凍設備及びその制御方法
JP6008416B2 (ja) 冷凍装置及び冷凍装置の冷媒漏れ検知方法
WO2020067295A1 (ja) 異常判定装置、この異常判定装置を備える冷凍装置、及び圧縮機の異常判定方法
KR101470538B1 (ko) 공기조화기의 제어방법
JP2006183987A (ja) 冷凍装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20738898

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20738898

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1