WO2023181455A1 - 冷凍システムおよび冷凍機制御装置 - Google Patents

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WO2023181455A1
WO2023181455A1 PCT/JP2022/034940 JP2022034940W WO2023181455A1 WO 2023181455 A1 WO2023181455 A1 WO 2023181455A1 JP 2022034940 W JP2022034940 W JP 2022034940W WO 2023181455 A1 WO2023181455 A1 WO 2023181455A1
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WO
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refrigerator
operating state
temperature
unit
operating
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Application number
PCT/JP2022/034940
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English (en)
French (fr)
Inventor
翔 平井
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.)
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration system that cools a target space and a refrigeration machine control device.
  • a refrigerator consisting of a heat source machine and a cooler is used to adjust the temperature inside the warehouse.
  • a refrigerator when adjusting the internal temperature, it is required to appropriately control the operation of the heat source device and the cooler so that sufficient refrigerating capacity is obtained and the operation efficiency is high. Therefore, in recent years, various methods have been proposed for controlling refrigerators to improve the coefficient of performance (COP) (for example, Patent Documents 1 and 2).
  • COP coefficient of performance
  • the cooling device described in Patent Document 1 changes the compressor frequency according to the COP when changing the compressor frequency of the compressor in the heat source machine operating at a certain set value and the air flow rate to the evaporator in the cooler. and obtain the operating status of the evaporator. Specifically, the cooling device changes the compressor frequency and the amount of air blown at a constant rate, and determines whether or not the COP improves. Then, the cooling device further changes the compressor frequency and air flow rate when the COP has improved, and returns the compressor frequency and air flow rate to the values before the change when the COP has not improved. By repeating this operation, the cooling device acquires the operating state of the compressor and evaporator where the COP becomes maximum.
  • the refrigeration system described in Patent Document 2 is based on the correspondence between the evaporation temperature, condensation temperature, compressor frequency, and capacity of the refrigeration system and the COP when the air flow rate to the cooler is set to a fixed value. Select the setting value of the refrigeration system that maximizes the Thereby, the refrigeration system obtains the setting value that maximizes the COP in a short time.
  • the cooling device described in Patent Document 1 obtains the optimal compressor frequency and air flow rate that maximize the COP while changing the compressor frequency and air flow rate at a constant rate. Therefore, there is a problem that it takes a long time for the compressor frequency and air flow to reach the optimum values. Furthermore, the cooling device operates at a smaller COP until the optimum value is obtained, and as a result, the effect of maximizing the COP cannot be sufficiently obtained.
  • the evaporation temperature or compressor frequency is changed based on the correspondence with COP, but it is not necessarily clear what value the condensation temperature will be in this case. This is because when the evaporation temperature or compressor frequency of the refrigeration system is changed, the condensation temperature may also change, and the condensation temperature is also affected by the outside air temperature and the like. Therefore, in order to always maximize the COP of the refrigeration system, it is necessary to use some means to accurately estimate the change in condensing temperature, and it is also necessary to always maximize the COP without accurately estimating the change in condensing temperature. Maximizing it is difficult.
  • the present disclosure has been made in view of the problems in the conventional technology described above, and includes a refrigeration system and a refrigeration machine control device that can control the operation of a refrigeration machine so as to maximize COP in a short time and accurately.
  • the purpose is to provide
  • a refrigeration system includes a heat source device having a compressor and a condenser, a cooler having an evaporator and a blower that blows air to the evaporator, and a refrigerator that cools a space to be cooled.
  • a fluid temperature acquisition unit that acquires a fluid temperature that is the temperature of the fluid supplied to the condenser, a condensation temperature estimation unit that estimates the condensation temperature of the condenser, and an operating state and coefficient of performance of the refrigerator.
  • an operating characteristic holding unit that records and holds operating characteristics showing a relationship; and an operating characteristic holding unit that assumes an operating state of the refrigerator and stores the recorded operating characteristics based on the assumed operating state and the estimated condensing temperature.
  • an operating state changing unit that changes the operating state of the refrigerator so that the refrigerator operates in the determined operating state. and a refrigerator control device that controls the refrigerator.
  • the refrigerator control device controls a space to be cooled, which includes a heat source device having a compressor and a condenser, and a cooler having an evaporator and a blower that blows air to the evaporator.
  • a refrigerator control device that controls a refrigerator to be cooled comprising: a fluid temperature acquisition unit that acquires a fluid temperature that is a temperature of a fluid supplied to the condenser; and a condensation temperature estimation unit that estimates a condensation temperature of the condenser.
  • an operating characteristic holding section that records and holds operating characteristics indicating a relationship between the operating condition of the refrigerator and the coefficient of performance; a controller that determines an operating state in which the coefficient of performance is maximized based on the condensation temperature and using the recorded operating characteristics;
  • the operating state changing section changes the operating state of the machine.
  • the operating state of the refrigerator is assumed, the condensing temperature of the condenser is estimated, and the coefficient of performance is maximized using operating characteristics based on the assumed operating state and the estimated condensing temperature.
  • the operating state is determined. Therefore, the operation of the refrigerator can be controlled in a short time and accurately so that the COP is maximized.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a configuration of a refrigeration system according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a hardware configuration diagram showing an example of the configuration of the refrigerator control device in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a hardware configuration diagram showing another example of the configuration of the refrigerator control device in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the refrigerator shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining driving characteristics.
  • 5 is a flowchart illustrating an example of the flow of an operation state determination process by the refrigeration system according to the first embodiment. It is a graph for explaining COP when changing compressor frequency and air flow rate.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of a refrigeration system according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of a refrigeration system according to a third embodiment.
  • Embodiment 1 A refrigeration system according to the first embodiment will be explained.
  • the refrigeration system according to the first embodiment cools a space to be cooled such as a frozen warehouse or a refrigerated warehouse so that the temperature in the space to be cooled becomes a set temperature.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a refrigeration system according to the first embodiment.
  • the refrigeration system 100 includes a refrigerator control device 1 and a refrigerator 2.
  • the refrigerator 2 is provided to cool a target space 50 such as a frozen warehouse or a refrigerated warehouse.
  • Refrigerator control device 1 controls refrigerator 2 .
  • the refrigerator control device 1 includes an operating state acquisition section 11 , an operating characteristic holding section 12 , a condensing temperature estimation section 13 , a fluid temperature acquisition section 14 , a recording section 15 , an operating state changing section 16 , and a control section 10 .
  • the refrigerator control device 1 realizes various functions by executing software on an arithmetic unit such as a microcomputer, or is configured with hardware such as a circuit device that realizes various functions.
  • the refrigerator control device 1 shown in FIG. 1 is shown as having each part configured independently for each function, the refrigerator control device 1 is not limited to this, and the refrigerator control device 1 has a plurality of functions integrated.
  • the device may be configured as follows.
  • the control unit 10 controls the entire refrigerator control device 1 and performs an operation state determination process to be described later. For example, in the operating state determination process, the control unit 10 assumes the operating state of the refrigerator 2 and calculates the COP of the refrigerator 2 according to each operating state while changing the assumed operating state. At this time, the control unit 10 assumes, for example, the compressor frequency of the compressor 31 (see FIG. 4) in the refrigerator 2, the amount of air blown by the blower 43 to the evaporator 42, the evaporation temperature, etc. as the operating state. Then, the control unit 10 determines the operating state of the refrigerator 2 when the COP becomes the highest based on each calculated COP.
  • the control unit 10 determines the operating state of the refrigerator 2 when the COP becomes the highest based on each calculated COP.
  • the operating state acquisition unit 11 obtains the operating state of the refrigerator 2. Specifically, the operating state acquisition unit 11 acquires the condensing temperature of the condenser 32 (see FIG. 4), the evaporation temperature of the evaporator 42, etc. in the refrigerator 2 at regular time intervals.
  • the operating characteristics holding unit 12 records and holds operating characteristics regarding the refrigerator 2 in advance.
  • the operating characteristics are characteristics that indicate the relationship between the operating state of the refrigerator 2, the refrigerating capacity, and the COP, and are determined for each model of the refrigerator 2, for example.
  • values described in the specifications of the refrigerator 2 may be used, or values separately calculated or obtained through tests or the like may be used. Details of the driving characteristics will be described later.
  • the condensing temperature estimation unit 13 estimates the condensing temperature of the condenser 32 in the operating state assumed by the control unit 10. Specifically, the condensing temperature estimating unit 13 calculates the following based on the compressor frequency assumed by the control unit 10, the air flow rate and evaporation temperature to the evaporator 42, and the fluid temperature acquired by the fluid temperature acquiring unit 14. The condensation temperature of the condenser 32 is estimated using the relational expression.
  • the fluid temperature acquisition unit 14 acquires the temperature of the fluid supplied to the condenser 32 of the refrigerator 2.
  • the fluid temperature acquisition unit 14 acquires the outside air temperature, which is the temperature of the outdoor air supplied to the condenser 32.
  • the fluid temperature acquisition unit 14 acquires the temperature of the cooling water supplied to the condenser 32.
  • the condenser 32 is of an air-cooled type. Therefore, in the following description, it is assumed that the fluid temperature acquisition unit 14 acquires the outside air temperature.
  • the recording unit 15 records various values used in each part of the refrigerator control device 1. In the first embodiment, the recording unit 15 records in advance the relational expression used when the condensation temperature estimation unit 13 estimates the condensation temperature. Further, the recording unit 15 records the fluid temperature acquired by the fluid temperature acquisition unit 14 and the operating state of the refrigerator 2 acquired by the operating state obtaining unit 11 in association with each other.
  • the operating state changing unit 16 receives information indicating the operating state from the control unit 10, and generates an operating instruction value for changing the operating state of the refrigerator 2 based on the received information. Specifically, the operating state changing unit 16 transmits the compressor frequency of the compressor 31 and the amount of air blown to the evaporator 42 corresponding to the information received from the control unit 10 to the refrigerator 2 as operating instruction values.
  • FIG. 2 is a hardware configuration diagram showing an example of the configuration of the refrigerator control device in FIG. 1.
  • the refrigerator control device 1 in FIG. 1 is configured with a processing circuit 51, as shown in FIG. 2.
  • Each function of the operating state acquisition section 11, the operating characteristic holding section 12, the condensing temperature estimating section 13, the fluid temperature acquisition section 14, the recording section 15, the operating state changing section 16, and the control section 10 in FIG. 1 is realized by the processing circuit 51. be done.
  • the processing circuit 51 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or an FPGA (Field-Programmable Gate). Array), or a combination of these.
  • the functions of the operating state acquisition section 11, the operating characteristic holding section 12, the condensing temperature estimating section 13, the fluid temperature obtaining section 14, the recording section 15, the operating state changing section 16, and the control section 10 are realized by the processing circuit 51.
  • the functions of each part may be realized by one processing circuit 51.
  • FIG. 3 is a hardware configuration diagram showing another example of the configuration of the refrigerator control device in FIG. 1.
  • the refrigerator control device 1 in FIG. 1 is configured with a processor 52 and a memory 53, as shown in FIG. 3.
  • the functions of the operating state acquisition section 11, the operating characteristic holding section 12, the condensing temperature estimating section 13, the fluid temperature obtaining section 14, the recording section 15, the operating state changing section 16, and the control section 10 are realized by the processor 52 and the memory 53. Ru.
  • the functions of the operating state acquisition section 11, the operating characteristic holding section 12, the condensing temperature estimating section 13, the fluid temperature obtaining section 14, the recording section 15, the operating state changing section 16, and the control section 10 are , realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • Software and firmware are written as programs and stored in memory 53.
  • the processor 52 reads and executes programs stored in the memory 53 to realize the functions of each section.
  • Examples of the memory 53 include RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable and Programmable ROM), and EEPROM (Electric Memory). Non-volatile or volatile semiconductor memory, etc. such as Rally Erasable and Programmable ROM) is used. Further, as the memory 53, 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.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the refrigerator shown in FIG. 1.
  • the refrigerator 2 includes a heat source device 3 and a cooler 4.
  • the heat source device 3 includes a compressor 31, a condenser 32, and an outside temperature sensor 33, and is installed outside a target space 50 such as a frozen warehouse or a refrigerated warehouse.
  • the cooler 4 includes an expansion valve 41, an evaporator 42, and a blower 43, and is installed in the target space 50.
  • a refrigerant circuit in which refrigerant circulates is formed by connecting the compressor 31, condenser 32, expansion valve 41, and evaporator 42 with refrigerant piping.
  • the compressor 31 sucks in low-temperature, low-pressure refrigerant, compresses the sucked refrigerant, and discharges high-temperature, high-pressure refrigerant.
  • the compressor 31 is, for example, an inverter compressor or the like whose capacity, which is the amount of refrigerant delivered per unit time, is controlled by controlling the compressor frequency, which is the operating frequency, by the refrigerator control device 1.
  • the condenser 32 exchanges heat between air supplied by a blower such as a fan (not shown) and a refrigerant. Specifically, the condenser 32 radiates heat of the refrigerant to the air to condense the refrigerant.
  • the outside air temperature sensor 33 is installed near the suction port of the condenser 32 to which air is supplied by the blower.
  • the outside air temperature sensor 33 detects outside air temperature, which is the temperature of the air supplied to the condenser 32, and supplies the detected outside air temperature to the refrigerator control device 1.
  • the expansion valve 41 reduces the pressure of the refrigerant and expands it.
  • the expansion valve 41 is configured of a valve such as an electronic expansion valve whose opening degree can be controlled.
  • the evaporator 42 exchanges heat between the air supplied by the blower 43 and the refrigerant. Specifically, the evaporator 42 evaporates the refrigerant, and uses the heat of evaporation at that time to cool the internal air, which is the air within the target space 50 .
  • the blower 43 is driven by a motor (not shown) and supplies indoor air to the evaporator 42.
  • the rotation speed of the blower 43 is controlled by the refrigerator control device 1, so that the amount of air blown to the evaporator 42 is adjusted.
  • the COP and refrigerating capacity of the refrigerator 2 are determined by the operating conditions of the refrigerator 2, such as the evaporation temperature of the evaporator 42, the condensation temperature of the condenser 32, and the compressor frequency of the compressor 31 in the refrigerator 2. Further, the operating characteristics are determined for each model of the refrigerator 2. Furthermore, the operating characteristics also change depending on the amount of air blown to the evaporator 42. Therefore, when controlling the amount of air blown to the evaporator 42 as well, the operating characteristics are defined for each amount of air blown. Such operating characteristics are recorded in the operating characteristics holding unit 12 for each air flow rate.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the operating characteristics.
  • FIG. 5 is a table showing operating characteristics when the air flow rate V to the evaporator 42 is a certain set value V1.
  • the COP and refrigerating capacity of the refrigerator 2 are uniquely determined by the condensing temperature CT of the condenser 32, the compressor frequency F of the compressor 31, and the evaporation temperature ET of the evaporator 42.
  • the condensing temperature CT in the refrigerator 2 is "CT1”
  • the compressor frequency F is "F1”
  • the evaporation temperature ET is "ET1”
  • the refrigerator control device 1 performs an operating state determination process of deriving the COP in all possible operating states and determining the operating state where the COP is the highest.
  • the condensing temperature changes depending on the operating conditions such as the evaporation temperature and the compressor frequency, and may also be affected by factors other than the operating conditions such as the outside air temperature.
  • the condensing temperature and derive the operating state where the COP is highest the actual condensing temperature at that time will not necessarily be the assumed condensing temperature, and as a result, the actual COP will not be as high as expected. It doesn't necessarily have to be the highest.
  • the refrigerator 2 in order to appropriately derive the operating state where the COP is the highest, it is necessary to accurately estimate the condensation temperature. Therefore, the refrigerator 2 according to the first embodiment accurately estimates the condensing temperature based on the assumed operating state. The refrigerator 2 then performs an operating state determination process to determine the operating state in which the COP is maximized based on the assumed operating state and the estimated condensing temperature.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of the flow of the operation state determination process by the refrigeration system according to the first embodiment.
  • the control unit 10 of the refrigerator control device 1 assumes the operating state of the refrigerator 2 to be a predetermined value. Specifically, the control unit 10 sets the compressor frequency F of the compressor 31 to “F_(i)” and sets the air flow rate V of the blower 43 to the evaporator 42 to “V_(i)” as the operating state of the refrigerator 2. )” and the evaporation temperature ET in the evaporator 42 is assumed to be "ET_(i)". Then, the control unit 10 supplies the assumed compressor frequency F_(i), air flow rate V_(i), and evaporation temperature ET_(i) to the condensing temperature estimating unit 13.
  • step S2 the fluid temperature acquisition unit 14 acquires the outside air temperature T detected by the outside air temperature sensor 33.
  • the fluid temperature acquisition unit 14 supplies the acquired outside air temperature T to the condensation temperature estimation unit 13.
  • step S3 the condensing temperature estimating unit 13 calculates the compressor frequency F_(i), air flow rate V_(i), and evaporation temperature ET_(i) received from the control unit 10, and the outside air temperature received from the fluid temperature acquiring unit 14.
  • the estimated condensation temperature CT_(i) in the condenser 32 is calculated by applying T to the relational expression recorded in the recording unit 15.
  • the condensing temperature estimation unit 13 supplies the calculated condensing temperature to the control unit 10 as the estimated condensing temperature CT_(i).
  • the recording unit 15 stores the outside air temperature T, which is the fluid temperature acquired by the fluid temperature acquisition unit 14 during past operation, and the operating status of the refrigerator 2 acquired by the operating status acquisition unit 11. are associated and recorded as driving data. Then, in the recording unit 15, a relational expression indicating the relationship between the condensing temperature CT, the outside air temperature T, the evaporation temperature ET, the compressor frequency F, and the air flow rate V is created based on the recorded past operation data. recorded.
  • the condensing temperature estimating unit 13 calculates the condensing temperature CT using the relational expression shown in equation (1) recorded in the recording unit 15.
  • equation (1) "T”, “ET”, “F” and “V” respectively represent the outside air temperature, the evaporation temperature of the evaporator 42, the compressor frequency of the compressor 31, and the air flow rate to the evaporator 42. show.
  • the specific expression (1) is a function of the outside air temperature T, the evaporation temperature ET, the compressor frequency F, and the air flow rate V, and may be created using, for example, a statistical method.
  • CT CT(T, ET, F, V)...(1)
  • step S4 the control unit 10 calculates the compressor frequency F_(i), air flow rate V_(i), and evaporation temperature ET_(i) assumed in step S1, and the estimated condensing temperature CT_( Based on i), the COP of the refrigerator 2 in the assumed operating state is derived with reference to the operating characteristics recorded in the operating characteristics holding unit 12.
  • the derived COP is referred to as "COP_(i)".
  • control unit 10 derives the COP of the refrigerator 2 shown in step S4 for all combinations of operating states.
  • “combination of operating conditions” refers to a combination of compressor frequency F, air flow rate V, and evaporation temperature ET. That is, the control unit 10 changes the assumed compressor frequency F_(i), air volume V_(i), and evaporation temperature ET_(i) to the compressor frequency F_(i+1), air volume V_(i+1), and evaporation temperature ET_ (i+1).
  • the control unit 10 derives COP_(i+1), which is the COP of the refrigerator 2 in each changed operating state.
  • step S5 the control unit 10 determines whether COPs have been derived for all combinations of operating conditions. As a result of the determination, if COPs have been derived for all combinations of operating states, the process moves to step S6. On the other hand, if the COP has not been derived for all combinations of operating states, the process returns to step S1, and the control unit 10 assumes the next operating state and performs the processing of steps S1 to S4. .
  • step S6 the control unit 10 compares the COP of the refrigerator 2 for all combinations of operating states, and determines the combination of operating states with the highest COP as the optimal operating state.
  • the control unit 10 supplies the operating state changing unit 16 with information indicating the combination of operating states determined in step S6.
  • step S7 the operating state changing unit 16 sets the compressor frequency F and air blowing amount V corresponding to this information to the refrigerator 2 as operating instruction values based on the information indicating the combination of operating states supplied from the control unit 10. and change the operating state of the refrigerator 2.
  • this driving state determination process is executed cyclically at fixed time intervals such as, for example, several minutes.
  • the operation state determination process may be executed, for example, when the outside temperature changes. Then, the operating state of the refrigerator 2 is obtained by the operating state obtaining section 11, and the outside air temperature is obtained by the fluid temperature obtaining section 14, and the obtained information is recorded in the recording section 15 in association with each other. The recorded operating conditions and outside temperature are used for learning the relational expressions recorded in the recording unit 15, etc.
  • FIG. 7 is a graph for explaining the COP when the compressor frequency and air flow rate are changed.
  • the horizontal axis shows compressor frequency F
  • the vertical axis shows COP.
  • the solid line, broken line, and dashed-dotted line graphs indicate cases where the air flow amount V is V 1 , V 2 , and V 3 , respectively.
  • FIG. 7 shows an example where it is assumed that the amount of air blown to the evaporator 42 is V 1 , V 2 , and V 3 .
  • the COP of the refrigerator 2 is the highest when the compressor frequency F is “F 3 ” and the air flow rate V is “V 2 ”. Therefore, in this case, the combination of operating states in which the compressor frequency F is "F 3 " and the air flow rate V is "V 2 " is determined as the optimal operating state of the refrigerator 2 by the operating state determination process. be done.
  • the operating state of the refrigerator 2 is assumed, the condensing temperature of the condenser 32 in the refrigerator 2 is estimated, and the operating state is estimated to be the assumed operating state.
  • the COP of the refrigerator 2 is derived based on the condensation temperature. Then, the operating state in which the derived COP is the highest is determined, and the refrigerator 2 is controlled to operate in the determined operating state. In this way, in the first embodiment, since the condensation temperature is estimated, it is possible to set an appropriate operating state for the refrigerator 2 and operate the refrigerator 2.
  • the operating state of the refrigerator 2 is assumed, and the operating state in which the COP is the highest is determined using the operating characteristics that indicate the relationship between the operating state of the refrigerator 2 and the COP recorded in advance. Ru.
  • the operating state of the refrigerator 2 can be set in a shorter time.
  • Embodiment 2 differs from the first embodiment in the configuration of the refrigerator control device.
  • parts common to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the operating state is determined so that the COP of the refrigerator 2 is maximized while suppressing a decrease in the cooling capacity of the refrigerator 2 or a local temperature increase in the target space 50. Allow the process to be executed.
  • FIG. 8 is a block diagram showing an example of the configuration of the refrigeration system according to the second embodiment.
  • the refrigeration system 100a includes a refrigerator control device 1a and a refrigerator 2.
  • the refrigerator control device 1a controls the refrigerator 2 similarly to the refrigerator control device 1 according to the first embodiment.
  • the refrigerator control device 1a includes an operating state acquisition section 11, an operating characteristic holding section 12, a condensing temperature estimation section 13, a fluid temperature acquisition section 14, a recording section 15, an operation state changing section 16, an air blowing amount lower limit value acquisition section 17, and a control unit. 10.
  • the air volume lower limit acquisition unit 17 acquires the air volume lower limit value V min , which is the lower limit of the air volume V of the blower 43 to the evaporator 42 .
  • the air flow lower limit value V min is, for example, a value to obtain the minimum refrigerating capacity, a value at which the blowing temperature from the cooler 4 reaches the minimum limit, or a value at which the evaporator 42 can be operated continuously without freezing, etc. and can be obtained by using known means.
  • the air volume lower limit value V min can be obtained by, for example, a preliminary test, a desk calculation, an airflow analysis, or the like.
  • the air blowing amount V to the evaporator 42 is equal to or greater than the air blowing amount lower limit value V min acquired by the air blowing amount lower limit value acquisition unit 17, and the COP of the refrigerator 2 is The operating state of the refrigerator 2 is determined so that it becomes the highest. That is, in step S6 of the flowchart shown in FIG. 6, when the control unit 10 compares the COP of the refrigerator 2 for all combinations of operating states, the control unit 10 selects an operating state in which the air volume V is equal to or greater than the air volume lower limit value Vmin . Among the combinations, the combination of operating conditions that results in the highest COP is determined as the optimal operating condition.
  • the operating state in which the air flow rate is equal to or greater than the air flow rate lower limit value and the COP is the highest is determined as the optimal operating state.
  • the optimal operating state it is possible to operate the refrigerator 2 in an operating state where the COP of the refrigerator 2 is maximized while suppressing a decrease in the refrigerating capacity of the refrigerator 2 or a local temperature increase in the target space 50. can.
  • Embodiment 3 Next, Embodiment 3 will be described.
  • the third embodiment is different from the first and second embodiments in the configuration of the refrigerator control device.
  • symbol is attached
  • the operating state determination process is executed so that the COP of the refrigerator 2 is maximized while suppressing the temperature of the target space 50 from deviating from the set temperature.
  • FIG. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of a refrigeration system according to the third embodiment.
  • the refrigeration system 100b includes a refrigerator control device 1b and a refrigerator 2.
  • the refrigerator control device 1b controls the refrigerator 2 similarly to the refrigerator control device 1 according to the first and second embodiments.
  • the refrigerator control device 1b includes an operating state acquisition section 11, an operating characteristic holding section 12, a condensing temperature estimation section 13, a fluid temperature acquisition section 14, a recording section 15, an operation state changing section 16, a load acquisition section 18, and a control section 10.
  • We are prepared.
  • the load acquisition unit 18 acquires the refrigeration load when the temperature of the target space 50 is set as the set temperature.
  • the refrigeration load can be obtained, for example, by using known means.
  • the refrigeration load of the target space 50 can be obtained by, for example, theoretical calculation based on the heat insulation performance of the target space 50 or calculation based on past operating conditions.
  • the refrigeration capacity of the refrigerator 2 is greater than or equal to the refrigeration load of the target space 50 acquired by the load acquisition unit 18, and the COP of the refrigerator 2 is set to be the highest. Then, the operating state of the refrigerator 2 is determined. That is, in step S6 of the flowchart shown in FIG. 6, when the control unit 10 compares the COP of the refrigerator 2 for all combinations of operating states, among the combinations of operating states in which the refrigerating capacity is equal to or higher than the refrigerating load, The combination of operating states that results in the highest COP is determined as the optimal operating state.
  • the operating state in which the refrigerating capacity of the refrigerator 2 is greater than or equal to the refrigeration load of the target space 50 and the COP is the highest is determined as the optimal operating state. be done.
  • the refrigerator 2 can be operated in an operating state in which the COP of the refrigerator 2 is maximized while suppressing the temperature of the target space 50 from deviating from the set temperature.
  • the refrigerator control device may have a configuration that combines the second and third embodiments.
  • the refrigerator control device determines that the air flow rate V to the evaporator 42 is equal to or greater than the air flow lower limit value V min and the refrigerating capacity of the refrigerator 2 is the refrigerating load of the target space 50 during the operation state determination process. , and the operating state of the refrigerator 2 is determined so that the COP of the refrigerator 2 becomes the highest.
  • the refrigerator control devices 1, 1a, and 1b are described as being separate from the refrigerator 2, but this is not limited to this example.
  • refrigerator control devices 1, 1a, and 1b may be provided within refrigerator 2.
  • the refrigerator control devices 1, 1a, and 1b may be provided in either the heat source device 3 or the cooler 4, or may be provided in each of the heat source device 3 and the cooler 4 for each function. Good too.
  • Refrigerator control device 1, 1a, 1b Refrigerator control device, 2 Refrigerator, 3 Heat source machine, 4 Cooler, 10 Control unit, 11 Operating state acquisition unit, 12 Operating characteristic retention unit, 13 Condensing temperature estimation unit, 14 Fluid temperature acquisition unit, 15 Recording unit, 16 Operating state changing unit, 17 Air flow rate lower limit acquisition unit, 18 Load acquisition unit, 31 Compressor, 32 Condenser, 33 Outside air temperature sensor, 41 Expansion valve, 42 Evaporator, 43 Air blower, 50 Target space , 51 processing circuit, 52 processor, 53 memory, 100, 100a, 100b refrigeration system.

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Abstract

冷凍システムは、圧縮機および凝縮器を有する熱源機と、蒸発器および蒸発器に対して空気を送風する送風機を有する冷却機とを備え、冷却対象空間を冷却する冷凍機と、凝縮器に供給される流体の温度である流体温度を取得する流体温度取得部と、凝縮器の凝縮温度を推定する凝縮温度推定部と、冷凍機の運転状態と成績係数との関係を示す運転特性を記録して保持する運転特性保持部と、冷凍機の運転状態を仮定し、仮定した運転状態と推定された凝縮温度とに基づき、記録された運転特性を用いて成績係数が最大となる運転状態を決定する制御部と、決定された運転状態で冷凍機が運転するように、冷凍機の運転状態を変更する運転状態変更部とを有し、冷凍機を制御する冷凍機制御装置とを備える。

Description

冷凍システムおよび冷凍機制御装置
　この発明は、対象空間を冷却する冷凍システムおよび冷凍機制御装置に関するものである。
　従来、物品を低温下で貯蔵する低温貯蔵庫では、庫内温度を調整するために、熱源機および冷却機で構成される冷凍機が用いられている。このような冷凍機では、庫内温度を調整する場合に、十分な冷凍能力が得られ、かつ運転効率が高くなるように、熱源機および冷却機の運転を適切に制御することが求められる。そのため、近年では、成績係数（ＣＯＰ；Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　Ｏｆ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を向上させるように冷凍機を制御する種々の方法が提案されている（例えば、特許文献１および２）。
　特許文献１に記載の冷却装置は、ある設定値で運転中の熱源機における圧縮機の圧縮機周波数と、冷却機における蒸発器に対する送風量とを変化させた際のＣＯＰに応じて、圧縮機および蒸発器の運転状態を取得する。具体的には、冷却装置は、圧縮機周波数と送風量とを一定の割合で変化させ、ＣＯＰが向上するか否かを判定する。そして、冷却装置は、ＣＯＰが向上している場合に、圧縮機周波数および送風量をさらに変化させ、ＣＯＰが向上していない場合に、圧縮機周波数および送風量を変化前の値に戻す。この動作を繰り返すことにより、冷却装置は、ＣＯＰが最大となる圧縮機および蒸発器の運転状態を取得する。
　また、特許文献２に記載の冷凍装置は、冷却器に対する送風量を固定値とした場合の、冷凍装置の蒸発温度、凝縮温度、圧縮機周波数および能力と、ＣＯＰとの対応関係に基づき、ＣＯＰが最大となるような冷凍装置の設定値を選択する。これにより、冷凍装置は、ＣＯＰが最大となるような設定値を短時間で取得する。
特開２０１９－１６３８６９号公報 特開２０１３－２２８１３０号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の冷却装置は、圧縮機周波数および送風量を一定の割合で変化させながら、ＣＯＰが最大となる最適な圧縮機周波数および送風量を取得する。そのため、圧縮機周波数および送風量が最適値に到達するまでに長時間を要するという課題がある。また、最適値が取得されるまでの間、冷却装置は、より小さいＣＯＰで運転することになるため、結果として、ＣＯＰを最大にすることによる効果を十分に得られない。
　さらに、特許文献２に記載の冷凍装置では、ＣＯＰとの対応関係に基づいて蒸発温度または圧縮機周波数が変更されるが、この場合の凝縮温度がどのような値になるか必ずしも明らかではない。これは、冷凍装置の蒸発温度または圧縮機周波数を変化させた場合に、凝縮温度も変化する場合があり、また、凝縮温度は外気温度等の影響も受けるからである。そのため、冷凍装置のＣＯＰを常に最大化するためには、何らかの手段を用いて凝縮温度の変化を正確に推定しなければならず、また、凝縮温度の変化を正確に推定することなくＣＯＰを常に最大化することは、困難である。
　本開示は、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、短時間かつ正確にＣＯＰが最大となるように、冷凍機の運転を制御することができる冷凍システムおよび冷凍機制御装置を提供することを目的とする。
　本開示に係る冷凍システムは、圧縮機および凝縮器を有する熱源機と、蒸発器および前記蒸発器に対して空気を送風する送風機を有する冷却機とを備え、冷却対象空間を冷却する冷凍機と、前記凝縮器に供給される流体の温度である流体温度を取得する流体温度取得部と、前記凝縮器の凝縮温度を推定する凝縮温度推定部と、前記冷凍機の運転状態と成績係数との関係を示す運転特性を記録して保持する運転特性保持部と、前記冷凍機の運転状態を仮定し、仮定した前記運転状態と推定された前記凝縮温度とに基づき、記録された前記運転特性を用いて前記成績係数が最大となる運転状態を決定する制御部と、決定された前記運転状態で前記冷凍機が運転するように、前記冷凍機の運転状態を変更する運転状態変更部とを有し、前記冷凍機を制御する冷凍機制御装置とを備えるものである。
　また、本開示に係る冷凍機制御装置は、圧縮機および凝縮器を有する熱源機と、蒸発器および前記蒸発器に対して空気を送風する送風機を有する冷却機とを備えた、冷却対象空間を冷却する冷凍機を制御する冷凍機制御装置であって、前記凝縮器に供給される流体の温度である流体温度を取得する流体温度取得部と、前記凝縮器の凝縮温度を推定する凝縮温度推定部と、前記冷凍機の運転状態と成績係数との関係を示す運転特性を記録して保持する運転特性保持部と、前記冷凍機の運転状態を仮定し、仮定した前記運転状態と推定された前記凝縮温度とに基づき、記録された前記運転特性を用いて前記成績係数が最大となる運転状態を決定する制御部と、決定された前記運転状態で前記冷凍機が運転するように、前記冷凍機の運転状態を変更する運転状態変更部とを有するものである。
　本開示によれば、冷凍機の運転状態が仮定されるとともに、凝縮器の凝縮温度が推定され、仮定された運転状態と推定された凝縮温度とに基づき、運転特性を用いて成績係数が最大となる運転状態が決定される。そのため、短時間かつ正確にＣＯＰが最大となるように、冷凍機の運転を制御することができる。
実施の形態１に係る冷凍システムの構成の一例を示すブロック図である。 図１の冷凍機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１の冷凍機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。 図１の冷凍機の構成の一例を示す回路図である。 運転特性について説明するための概略図である。 実施の形態１に係る冷凍システムによる運転状態決定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 圧縮機周波数および送風量を変化させた場合のＣＯＰについて説明するためのグラフである。 実施の形態２に係る冷凍システムの構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態３に係る冷凍システムの構成の一例を示すブロック図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して説明する。本開示は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、本開示は、以下の各実施の形態に示す構成のうち、組合せ可能な構成のあらゆる組合せを含むものである。また、各図において、同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。
実施の形態１．
　本実施の形態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、冷凍倉庫または冷蔵倉庫等の冷却対象空間内の温度が設定温度となるように、冷却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の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、冷凍システム１００は、冷凍機制御装置１および冷凍機２を含んで構成されている。冷凍機２は、冷凍倉庫または冷蔵倉庫等の対象空間５０を冷却するために設けられている。冷凍機制御装置１は、冷凍機２を制御する。
（冷凍機制御装置１）
　冷凍機制御装置１は、運転状態取得部１１、運転特性保持部１２、凝縮温度推定部１３、流体温度取得部１４、記録部１５、運転状態変更部１６および制御部１０を備えている。なお、冷凍機制御装置１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、図１に示す冷凍機制御装置１は、各部が機能毎に独立して構成されるように示されているが、これに限られず、冷凍機制御装置１は、複数の機能が一体的に構成された装置であってもよい。
　制御部１０は、この冷凍機制御装置１全体を制御し、後述する運転状態決定処理を行う。例えば、制御部１０は、運転状態決定処理において、冷凍機２の運転状態を仮定し、仮定した運転状態を変化させながら、それぞれの運転状態に応じた冷凍機２のＣＯＰを算出する。このとき、制御部１０は、運転状態として、例えば冷凍機２における圧縮機３１（図４参照）の圧縮機周波数、蒸発器４２に対する送風機４３の送風量および蒸発温度等を仮定する。そして、制御部１０は、算出したそれぞれのＣＯＰに基づき、ＣＯＰが最も高くなるときの冷凍機２の運転状態を決定する。
　運転状態取得部１１は、冷凍機２の運転状態を取得する。具体的には、運転状態取得部１１は、冷凍機２における凝縮器３２（図４参照）の凝縮温度、蒸発器４２の蒸発温度、等を、一定の時間間隔で取得する。
　運転特性保持部１２は、冷凍機２に関する運転特性を予め記録して保持する。運転特性は、冷凍機２の運転状態と、冷凍能力およびＣＯＰとの関係を示す特性であり、例えば、冷凍機２の機種毎に定まるものである。運転特性は、例えば、冷凍機２の仕様書等に記載されている値を用いてもよいし、試験等によって別途算出または取得した値を用いてもよい。運転特性の詳細については、後述する。
　凝縮温度推定部１３は、制御部１０で仮定された運転状態における凝縮器３２の凝縮温度を推定する。具体的には、凝縮温度推定部１３は、制御部１０で仮定された圧縮機周波数、蒸発器４２に対する送風量および蒸発温度と、流体温度取得部１４で取得された流体温度とに基づき、後述する関係式を用いて凝縮器３２の凝縮温度を推定する。
　流体温度取得部１４は、冷凍機２の凝縮器３２に供給される流体の温度を取得する。凝縮器３２が空冷式の場合には、流体温度取得部１４は、凝縮器３２に供給される室外空気の温度である外気温度を取得する。また、凝縮器３２が水冷式の場合には、流体温度取得部１４は、凝縮器３２に供給される冷却水の温度を取得する。本実施の形態１では、凝縮器３２が空冷式である場合を例にとって説明する。したがって、以下の説明において、流体温度取得部１４は、外気温度を取得するものとする。
　記録部１５は、冷凍機制御装置１の各部で用いられる各種の値等を記録する。本実施の形態１において、記録部１５は、凝縮温度推定部１３で凝縮温度を推定する際に用いられる関係式を予め記録している。また、記録部１５は、流体温度取得部１４で取得された流体温度と、運転状態取得部１１で取得された冷凍機２の運転状態とを関連付けて記録する。
　運転状態変更部１６は、制御部１０から運転状態を示す情報を受け取り、受け取った情報に基づき、冷凍機２の運転状態を変更するための運転指示値を生成する。具体的には、運転状態変更部１６は、制御部１０から受け取った情報に対応する圧縮機３１の圧縮機周波数と、蒸発器４２に対する送風量とを運転指示値として冷凍機２に送信する。
　図２は、図１の冷凍機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。冷凍機制御装置１の各種機能がハードウェアで実行される場合、図１の冷凍機制御装置１は、図２示すように、処理回路５１で構成される。図１の運転状態取得部１１、運転特性保持部１２、凝縮温度推定部１３、流体温度取得部１４、記録部１５、運転状態変更部１６および制御部１０の各機能は、処理回路５１により実現される。
　各機能がハードウェアで実行される場合、処理回路５１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。運転状態取得部１１、運転特性保持部１２、凝縮温度推定部１３、流体温度取得部１４、記録部１５、運転状態変更部１６および制御部１０の各部の機能それぞれを処理回路５１で実現してもよいし、各部の機能を１つの処理回路５１で実現してもよい。
　図３は、図１の冷凍機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。冷凍機制御装置１の各種機能がソフトウェアで実行される場合、図１の冷凍機制御装置１は、図３に示すように、プロセッサ５２およびメモリ５３で構成される。運転状態取得部１１、運転特性保持部１２、凝縮温度推定部１３、流体温度取得部１４、記録部１５、運転状態変更部１６および制御部１０の各機能は、プロセッサ５２およびメモリ５３により実現される。
　各機能がソフトウェアで実行される場合、運転状態取得部１１、運転特性保持部１２、凝縮温度推定部１３、流体温度取得部１４、記録部１５、運転状態変更部１６および制御部１０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５３に格納される。プロセッサ５２は、メモリ５３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５３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５３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。
（冷凍機２）
　図４は、図１の冷凍機の構成の一例を示す回路図である。図４に示すように、冷凍機２は、熱源機３および冷却機４を含んで構成されている。熱源機３は、圧縮機３１、凝縮器３２および外気温度センサ３３を備え、冷凍倉庫または冷蔵倉庫等の対象空間５０の外部に設置されている。冷却機４は、膨張弁４１、蒸発器４２および送風機４３を備え、対象空間５０内に設置されている。圧縮機３１、凝縮器３２、膨張弁４１および蒸発器４２が冷媒配管で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ている。
　圧縮機３１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３１は、例えば、運転周波数である圧縮機周波数が冷凍機制御装置１によって制御されることにより、単位時間あたりの冷媒の送出量である容量が制御されるインバータ圧縮機等からなる。
　凝縮器３２は、図示しないファン等の送風機によって供給される空気と冷媒との間で熱交換を行う。具体的には、凝縮器３２は、冷媒の熱を空気に放熱して冷媒を凝縮させる。
　外気温度センサ３３は、凝縮器３２における送風機によって空気が供給される吸込口の近傍に設置される。外気温度センサ３３は、凝縮器３２に供給される空気の温度である外気温度を検出し、検出した外気温度を冷凍機制御装置１に供給する。
　膨張弁４１は、冷媒を減圧して膨張させる。膨張弁４１は、例えば、電子式膨張弁などの開度の制御を行うことができる弁で構成される。
　蒸発器４２は、送風機４３によって供給される空気と冷媒との間で熱交換を行う。具体的には、蒸発器４２は、冷媒を蒸発させ、その際の気化熱により対象空間５０内の空気である庫内空気を冷却する。
　送風機４３は、図示しないモータによって駆動され、蒸発器４２に対して庫内空気を供給する。送風機４３の回転数は、冷凍機制御装置１によって制御されることにより、蒸発器４２に対する送風量が調整される。
［運転特性］
　一般に、冷凍機２のＣＯＰおよび冷凍能力は、冷凍機２における蒸発器４２の蒸発温度、凝縮器３２の凝縮温度、および圧縮機３１の圧縮機周波数等の冷凍機２の運転状態によって定まる。また、運転特性は、冷凍機２の機種毎に定まる。さらに、運転特性は、蒸発器４２に対する送風量によっても変化する。そのため、蒸発器４２に対する送風量も制御する場合、運転特性は、送風量毎に定義される。このような運転特性は、運転特性保持部１２に送風量毎に記録される。
　図５は、運転特性について説明するための概略図である。図５は、蒸発器４２に対する送風量Ｖがある設定値Ｖ１である場合の運転特性を示すテーブルである。図５に示すように、冷凍機２のＣＯＰおよび冷凍能力は、凝縮器３２の凝縮温度ＣＴ、圧縮機３１の圧縮機周波数Ｆ、および蒸発器４２の蒸発温度ＥＴによって一意に定まる。例えば、送風量Ｖが「Ｖ１」である場合において、冷凍機２における凝縮温度ＣＴが「ＣＴ１」であり、圧縮機周波数Ｆが「Ｆ１」であり、蒸発温度ＥＴが「ＥＴ１」であるとき、図５のテーブルから、冷凍機２の冷凍能力は「Ｑ１１」となり、ＣＯＰは「Ｘ１１」となることがわかる。
　このような運転特性から、冷凍機２の運転状態を設定可能な範囲で変化させることにより、設定可能な値でのすべての運転状態の組み合わせにおけるＣＯＰを導出することができる。したがって、導出したすべてのＣＯＰから最も高いＣＯＰを抽出し、そのときの運転状態を決定して冷凍機２を設定することにより、最適な運転状態で冷凍機２を運転させることができる。そこで、冷凍機制御装置１は、とり得るすべての運転状態におけるＣＯＰを導出し、ＣＯＰが最も高くなる運転状態を決定する運転状態決定処理を行う。
［運転状態決定処理］
　ところで、ＣＯＰが最も高くなるように運転状態を決定し、決定した運転状態で冷凍機を運転することは、従来から行われている。上述したように、冷凍機のＣＯＰは、運転状態および凝縮温度によって定まるため、これらの運転状態および凝縮温度を仮定してＣＯＰを導出することにより、ＣＯＰが最大となる運転状態等を決定することができる。
　一方、背景技術の項でも説明したように、凝縮温度は、蒸発温度および圧縮機周波数等の運転状態によって変化し、さらには、外気温度等の運転状態以外の要素の影響も受けることがある。つまり、凝縮温度を仮定してＣＯＰが最も高くなる運転状態を導出しても、そのときの実際の凝縮温度は、仮定した凝縮温度になるとは限らず、それによって実際のＣＯＰが想定したように最も高くなるとは限らない。
　したがって、ＣＯＰが最も高くなる運転状態を適切に導出するためには、凝縮温度を正確に推定することが必要となる。そこで、本実施の形態１に係る冷凍機２は、仮定した運転状態に基づき凝縮温度を正確に推定する。そして、冷凍機２は、仮定した運転状態と推定した凝縮温度とに基づき、ＣＯＰが最大となる運転状態を決定する運転状態決定処理を行う。
　図６は、本実施の形態１に係る冷凍システムによる運転状態決定処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１において、冷凍機制御装置１の制御部１０は、冷凍機２の運転状態を予め決められた値などに仮定する。具体的には、制御部１０は、冷凍機２の運転状態として、圧縮機３１の圧縮機周波数Ｆを「Ｆ＿（ｉ）」とし、蒸発器４２に対する送風機４３の送風量Ｖを「Ｖ＿（ｉ）」とし、蒸発器４２における蒸発温度ＥＴを「ＥＴ＿（ｉ）」と仮定する。そして、制御部１０は、仮定した圧縮機周波数Ｆ＿（ｉ）、送風量Ｖ＿（ｉ）および蒸発温度ＥＴ＿（ｉ）を凝縮温度推定部１３に供給する。
　ステップＳ２において、流体温度取得部１４は、外気温度センサ３３で検出された外気温度Ｔを取得する。流体温度取得部１４は、取得した外気温度Ｔを凝縮温度推定部１３に供給する。
　ステップＳ３において、凝縮温度推定部１３は、制御部１０から受け取った圧縮機周波数Ｆ＿（ｉ）、送風量Ｖ＿（ｉ）および蒸発温度ＥＴ＿（ｉ）と、流体温度取得部１４から受け取った外気温度Ｔとを、記録部１５に記録された関係式に当てはめ、凝縮器３２における推定凝縮温度ＣＴ＿（ｉ）を算出する。凝縮温度推定部１３は、算出した凝縮温度を推定凝縮温度ＣＴ＿（ｉ）として制御部１０に供給する。
　ここで、記録部１５には、過去の運転の際に流体温度取得部１４で取得された流体温度である外気温度Ｔと、運転状態取得部１１で取得された冷凍機２の運転状態とが関連付けられ、運転データとして記録されている。そして、記録部１５には、記録された過去の運転データに基づく、凝縮温度ＣＴと、外気温度Ｔ、蒸発温度ＥＴ、圧縮機周波数Ｆおよび送風量Ｖとの関係を示す関係式が作成されて記録されている。
　凝縮温度推定部１３は、記録部１５に記録された式（１）に示す関係式を用いて、凝縮温度ＣＴを算出する。式（１）において、「Ｔ」、「ＥＴ」、「Ｆ」および「Ｖ」は、それぞれ、外気温度、蒸発器４２の蒸発温度、圧縮機３１の圧縮機周波数および蒸発器４２に対する送風量を示す。なお、式（１）の具体的な式は、外気温度Ｔ、蒸発温度ＥＴ、圧縮機周波数Ｆおよび送風量Ｖの関数であり、例えば、統計的手法等を用いて作成すればよい。
　　　ＣＴ＝ＣＴ（Ｔ，ＥＴ，Ｆ，Ｖ）　　　・・・（１）
　ステップＳ４において、制御部１０は、ステップＳ１で仮定した圧縮機周波数Ｆ＿（ｉ）、送風量Ｖ＿（ｉ）および蒸発温度ＥＴ＿（ｉ）と、凝縮温度推定部１３から受け取った推定凝縮温度ＣＴ＿（ｉ）とに基づき、運転特性保持部１２に記録された運転特性を参照して、仮定した運転状態における冷凍機２のＣＯＰを導出する。ここでは、導出されたＣＯＰを「ＣＯＰ＿（ｉ）」とする。
　そして、制御部１０は、ステップＳ４に示す冷凍機２のＣＯＰの導出を、すべての運転状態の組み合わせについて実施する。ここで、「運転状態の組み合わせ」とは、圧縮機周波数Ｆ、送風量Ｖおよび蒸発温度ＥＴの組み合わせのことをいう。すなわち、制御部１０は、仮定した圧縮機周波数Ｆ＿（ｉ）、送風量Ｖ＿（ｉ）および蒸発温度ＥＴ＿（ｉ）を、圧縮機周波数Ｆ＿（ｉ＋１）、送風量Ｖ＿（ｉ＋１）および蒸発温度ＥＴ＿（ｉ＋１）と順次変更する。次に、制御部１０は、変更したそれぞれの運転状態における冷凍機２のＣＯＰであるＣＯＰ＿（ｉ＋１）を導出する。なお、それぞれの値に付された添字「ｉ」は整数であり、ある仮定値のときの添字を「ｉ」とした場合に、値を順次変更すると、添字の値が「ｉ＋１」、「ｉ＋２」、・・・、というように順次インクリメントされるものとする。
　ステップＳ５において、制御部１０は、すべての運転状態の組み合わせに対してＣＯＰを導出したか否かを判断する。判断の結果、すべての運転状態の組み合わせに対してＣＯＰを導出した場合には、処理がステップＳ６に移行する。一方、すべての運転状態の組み合わせに対してＣＯＰを導出していない場合には、処理がステップＳ１に戻り、制御部１０は、次の運転状態を仮定し、ステップＳ１～ステップＳ４の処理を行う。
　ステップＳ６において、制御部１０は、すべての運転状態の組み合わせに対する冷凍機２のＣＯＰを比較し、ＣＯＰが最も高くなる運転状態の組み合わせを、最適な運転状態として決定する。制御部１０は、ステップＳ６で決定された運転状態の組み合わせを示す情報を運転状態変更部１６に供給する。
　ステップＳ７において、運転状態変更部１６は、制御部１０から供給された運転状態の組み合わせを示す情報に基づき、この情報に対応する圧縮機周波数Ｆおよび送風量Ｖを運転指示値として冷凍機２に対して送信し、冷凍機２の運転状態を変更する。
　なお、この運転状態決定処理は、例えば数分等の一定の時間間隔で巡回的に実行される。または、運転状態決定処理は、例えば外気温度が変化した場合に実行されてもよい。そして、冷凍機２の運転状態が運転状態取得部１１によって取得されるとともに、外気温度が流体温度取得部１４によって取得され、取得されたこれらの情報が関連付けられて記録部１５に記録される。記録された運転状態および外気温度は、記録部１５に記録された関係式の学習等に用いられる。
　図７は、圧縮機周波数および送風量を変化させた場合のＣＯＰについて説明するためのグラフである。図７において、横軸は圧縮機周波数Ｆを示し、縦軸はＣＯＰを示す。また、実線、破線および一点鎖線のグラフは、送風量ＶがそれぞれＶ１、Ｖ２およびＶ３である場合を示す。
　図７では、蒸発器４２に対する送風量ＶをＶ１、Ｖ２およびＶ３と仮定した場合の例が示されている。この例では、圧縮機周波数Ｆが「Ｆ３」であり、送風量Ｖが「Ｖ２」である場合に、冷凍機２のＣＯＰが最も高くなっている。したがって、この場合には、運転状態決定処理により、圧縮機周波数Ｆが「Ｆ３」であり、送風量Ｖが「Ｖ２」である運転状態の組み合わせが冷凍機２の最適な運転状態として決定される。
　以上のように、本実施の形態１に係る冷凍システム１００では、冷凍機２の運転状態を仮定するとともに、冷凍機２における凝縮器３２の凝縮温度を推定し、仮定された運転状態と推定された凝縮温度とに基づき、冷凍機２のＣＯＰが導出される。そして、導出されたＣＯＰが最も高くなる運転状態が決定され、決定された運転状態で運転するように冷凍機２が制御される。このように、本実施の形態１では、凝縮温度が推定されるため、冷凍機２に対して適切な運転状態を設定して冷凍機２を運転させることができる。
　また、冷凍システム１００では、冷凍機２の運転状態が仮定され、予め記録された冷凍機２の運転状態とＣＯＰとの関係を示す運転特性を用いて、ＣＯＰが最も高くなる運転状態が決定される。これにより、実際に運転状態を変化させてＣＯＰを得る従来の方法と比較して、冷凍機２の運転状態の設定をより短時間で行うことができる。
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では、冷凍機制御装置の構成が実施の形態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。
　対象空間５０を冷却する際に、蒸発器４２に対する送風量が低下すると、冷凍機２の冷凍能力が減少して対象空間５０の温度が上昇したり、対象空間５０内で局地的な温度上昇が生じたりする可能性がある。そこで、本実施の形態２では、冷凍機２の冷凍能力の減少、あるいは対象空間５０内の局地的な温度上昇を抑制しつつ、冷凍機２のＣＯＰが最大となるように、運転状態決定処理が実行されるようにする。
［冷凍システム１００ａの構成］
　図８は、本実施の形態２に係る冷凍システムの構成の一例を示すブロック図である。図８に示すように、冷凍システム１００ａは、冷凍機制御装置１ａおよび冷凍機２を含んで構成されている。冷凍機制御装置１ａは、実施の形態１に係る冷凍機制御装置１と同様に、冷凍機２を制御する。冷凍機制御装置１ａは、運転状態取得部１１、運転特性保持部１２、凝縮温度推定部１３、流体温度取得部１４、記録部１５、運転状態変更部１６、送風量下限値取得部１７および制御部１０を備えている。
　送風量下限値取得部１７は、蒸発器４２に対する送風機４３の送風量Ｖの下限値である送風量下限値Ｖｍｉｎを取得する。送風量下限値Ｖｍｉｎは、例えば、最低限の冷凍能力を得るための値、冷却機４からの吹出温度が最低限界となる値、あるいは、蒸発器４２が凍結せずに連続運転できる値等であり、公知の手段を用いることによって取得することができる。具体的には、例えば、事前の試験、机上計算または気流解析等により、送風量下限値Ｖｍｉｎを取得することができる。
［運転状態決定処理］
　本実施の形態２に係る運転状態決定処理では、蒸発器４２に対する送風量Ｖが送風量下限値取得部１７で取得された送風量下限値Ｖｍｉｎ以上であり、かつ、冷凍機２のＣＯＰが最も高くなるように、冷凍機２の運転状態が決定される。すなわち、図６に示すフローチャートのステップＳ６において、制御部１０は、すべての運転状態の組み合わせに対する冷凍機２のＣＯＰを比較する際に、送風量Ｖが送風量下限値Ｖｍｉｎ以上である運転状態の組み合わせのうち、ＣＯＰが最も高くなる運転状態の組み合わせを、最適な運転状態として決定する。
　以上のように、本実施の形態２に係る冷凍システム１００ａでは、送風量が送風量下限値以上であり、かつ、ＣＯＰが最も高くなる運転状態が最適な運転状態として決定される。これにより、冷凍機２の冷凍能力の減少、あるいは対象空間５０内の局地的な温度上昇を抑制しつつ、冷凍機２のＣＯＰが最大となる運転状態で、冷凍機２を運転させることができる。
実施の形態３．
　次に本実施の形態３について説明する。本実施の形態３では、冷凍機制御装置の構成が実施の形態１および２と相違する。なお、本実施の形態３において、実施の形態１および２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。
　対象空間５０を冷却する際に、冷凍機２の冷凍能力が対象空間５０の冷凍負荷を下回ると、対象空間５０の温度が上昇し、設定温度以上となる可能性がある。また、冷凍機２の冷凍能力が対象空間５０の冷凍負荷を上回ると、対象空間５０の温度が低下し、設定温度以下となる可能性がある。そこで、本実施の形態３では、対象空間５０の温度が設定温度から外れることを抑制しつつ、冷凍機２のＣＯＰが最大となるように、運転状態決定処理が実行されるようにする。
［冷凍システム１００ｂの構成］
　図９は、本実施の形態３に係る冷凍システムの構成の一例を示すブロック図である。図９に示すように、冷凍システム１００ｂは、冷凍機制御装置１ｂおよび冷凍機２を含んで構成されている。冷凍機制御装置１ｂは、実施の形態１および２に係る冷凍機制御装置１と同様に、冷凍機２を制御する。冷凍機制御装置１ｂは、運転状態取得部１１、運転特性保持部１２、凝縮温度推定部１３、流体温度取得部１４、記録部１５、運転状態変更部１６、負荷取得部１８および制御部１０を備えている。
　負荷取得部１８は、対象空間５０の温度を設定温度とする場合の冷凍負荷を取得する。冷凍負荷は、例えば公知の手段を用いることによって取得することができる。具体的には、例えば、対象空間５０の断熱性能等からの理論計算、あるいは過去の運転状態からの算出により、対象空間５０の冷凍負荷を取得することができる。
［運転状態決定処理］
　本実施の形態３に係る運転状態決定処理では、冷凍機２の冷凍能力が負荷取得部１８で取得された対象空間５０の冷凍負荷以上であり、かつ、冷凍機２のＣＯＰが最も高くなるように、冷凍機２の運転状態が決定される。すなわち、図６に示すフローチャートのステップＳ６において、制御部１０は、すべての運転状態の組み合わせに対する冷凍機２のＣＯＰを比較する際に、冷凍能力が冷凍負荷以上である運転状態の組み合わせのうち、ＣＯＰが最も高くなる運転状態の組み合わせを、最適な運転状態として決定する。
　以上のように、本実施の形態３に係る冷凍システム１００ｂは、冷凍機２の冷凍能力が対象空間５０の冷凍負荷以上であり、かつ、ＣＯＰが最も高くなる運転状態が最適な運転状態として決定される。これにより、対象空間５０の温度が設定温度から外れることを抑制しつつ、冷凍機２のＣＯＰが最大となる運転状態で、冷凍機２を運転させることができる。
　以上、本実施の形態１～３について説明したが、本開示は、上述した実施の形態１～３に限定されるものではなく、本開示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。例えば、冷凍機制御装置は、本実施の形態２および３を組み合わせた構成としてもよい。この場合、冷凍機制御装置は、運転状態決定処理の際に、蒸発器４２に対する送風量Ｖが送風量下限値Ｖｍｉｎ以上であり、冷凍機２の冷凍能力が対象空間５０の冷凍負荷であり、かつ、冷凍機２のＣＯＰが最も高くなるように、冷凍機２の運転状態を決定する。
　また、本実施の形態１～３では、冷凍機制御装置１、１ａおよび１ｂが冷凍機２と別体であるように説明したが、これはこの例に限られない。例えば、冷凍機制御装置１、１ａおよび１ｂは、冷凍機２内に設けられてもよい。さらに、この場合、冷凍機制御装置１、１ａおよび１ｂは、熱源機３または冷却機４のいずれかに設けられてもよいし、機能毎に熱源機３および冷却機４のそれぞれに設けられてもよい。
　１、１ａ、１ｂ　冷凍機制御装置、２　冷凍機、３　熱源機、４　冷却機、１０　制御部、１１　運転状態取得部、１２　運転特性保持部、１３　凝縮温度推定部、１４　流体温度取得部、１５　記録部、１６　運転状態変更部、１７　送風量下限値取得部、１８　負荷取得部、３１　圧縮機、３２　凝縮器、３３　外気温度センサ、４１　膨張弁、４２　蒸発器、４３　送風機、５０　対象空間、５１　処理回路、５２　プロセッサ、５３　メモリ、１００、１００ａ、１００ｂ　冷凍システム。

Claims (10)

  1. 　圧縮機および凝縮器を有する熱源機と、
    　蒸発器および前記蒸発器に対して空気を送風する送風機を有する冷却機と
    を備え、冷却対象空間を冷却する冷凍機と、
    　前記凝縮器に供給される流体の温度である流体温度を取得する流体温度取得部と、
    　前記凝縮器の凝縮温度を推定する凝縮温度推定部と、
    　前記冷凍機の運転状態と成績係数との関係を示す運転特性を記録して保持する運転特性保持部と、
    　前記冷凍機の運転状態を仮定し、仮定した前記運転状態と推定された前記凝縮温度とに基づき、記録された前記運転特性を用いて前記成績係数が最大となる運転状態を決定する制御部と、
    　決定された前記運転状態で前記冷凍機が運転するように、前記冷凍機の運転状態を変更する運転状態変更部と
    を有し、前記冷凍機を制御する冷凍機制御装置と
    を備える
    冷凍システム。
  2. 　前記冷凍機制御装置は、
    　前記凝縮温度を推定するための関係式を記録する記録部をさらに有し、
    　前記凝縮温度推定部は、
    　仮定された前記運転状態と、取得された前記流体温度とに基づき、前記関係式を用いて前記凝縮器の前記凝縮温度を推定する
    請求項１に記載の冷凍システム。
  3. 　前記制御部は、
    　前記運転状態として、前記圧縮機の圧縮機周波数、前記蒸発器に対する送風量および蒸発温度を仮定し、
    　前記凝縮温度推定部は、
    　前記圧縮機周波数、前記送風量、前記蒸発温度および前記流体温度の関数である前記関係式から前記凝縮温度を推定する
    請求項２に記載の冷凍システム。
  4. 　前記運転状態変更部は、
    　決定された前記運転状態に基づき、前記圧縮機の圧縮機周波数を変更する
    請求項１～３のいずれか一項に記載の冷凍システム。
  5. 　前記運転状態変更部は、
    　決定された前記運転状態に基づき、前記圧縮機の圧縮機周波数および前記蒸発器に対する送風量を変更する
    請求項１～３のいずれか一項に記載の冷凍システム。
  6. 　前記制御部は、
    　前記冷凍機がとり得るすべての運転状態における前記成績係数を比較し、前記成績係数が最大となる前記運転状態を決定する
    請求項１～５のいずれか一項に記載の冷凍システム。
  7. 　前記冷凍機制御装置は、
    　前記蒸発器に対する送風量の下限値を取得する送風量下限値取得部をさらに有し、
    　前記制御部は、
    　前記送風量が前記下限値以上であり、かつ、前記成績係数が最大となる前記運転状態を決定する
    請求項６に記載の冷凍システム。
  8. 　前記冷凍機制御装置は、
    　前記冷却対象空間の負荷である冷凍負荷を取得する負荷取得部をさらに有し、
    　前記運転特性は、
    　前記冷凍機の運転状態と、前記成績係数および前記冷凍機の冷凍能力との関係を示すものであり、
    　前記制御部は、
    　前記冷凍能力が前記冷凍負荷以上であり、かつ、前記成績係数が最大となる前記運転状態を決定する
    請求項６または７に記載の冷凍システム。
  9. 　前記冷凍機制御装置は、
    　変更された前記運転状態を取得する運転状態取得部をさらに有する
    請求項１～８のいずれか一項に記載の冷凍システム。
  10. 　圧縮機および凝縮器を有する熱源機と、蒸発器および前記蒸発器に対して空気を送風する送風機を有する冷却機とを備えた、冷却対象空間を冷却する冷凍機を制御する冷凍機制御装置であって、
    　前記凝縮器に供給される流体の温度である流体温度を取得する流体温度取得部と、
    　前記凝縮器の凝縮温度を推定する凝縮温度推定部と、
    　前記冷凍機の運転状態と成績係数との関係を示す運転特性を記録して保持する運転特性保持部と、
    　前記冷凍機の運転状態を仮定し、仮定した前記運転状態と推定された前記凝縮温度とに基づき、記録された前記運転特性を用いて前記成績係数が最大となる運転状態を決定する制御部と、
    　決定された前記運転状態で前記冷凍機が運転するように、前記冷凍機の運転状態を変更する運転状態変更部と
    を有する
    冷凍機制御装置。
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