特開 2024-179231 冷却システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024179231

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】冷却システム

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20241219BHJP

   F25D 11/00 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

F25B1/00 304F

F25D11/00 101E

F25B1/00 304S

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023097919

(22)【出願日】2023-06-14

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】広田 光二

【テーマコード（参考）】

3L045

【Ｆターム（参考）】

3L045AA02

3L045BA01

3L045CA02

3L045DA02

3L045JA13

3L045PA03

3L045PA05

(57)【要約】

【課題】省エネルギー化を図ること。
【解決手段】吸引した冷媒を圧縮する圧縮機２１及び圧縮機２１で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器２２を有した冷凍機１１と、凝縮器２２で凝縮した冷媒の少なくとも一部を断熱膨張させる電子膨張弁２３Ａ等及び電子膨張弁２３Ａ等で断熱膨張した冷媒を蒸発させて圧縮機２１に吸引させる蒸発器２４Ａ等を有したショーケース１２Ａ等とを備え、ショーケース１２Ａ等にて蒸発器２４Ａ等での冷媒の蒸発により所定の収納室１３Ａ等を冷却する冷却システム１０であって、ショーケース１２Ａ等の電子膨張弁２３Ａ等の直近の所定時間における平均弁開度を算出し、算出した平均弁開度の大きさに応じて圧縮機２１における吸入圧力の設定値を調節する制御部３０を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸引した冷媒を圧縮する圧縮機及び該圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器を有した冷凍機と、
前記凝縮器で凝縮した冷媒の少なくとも一部を断熱膨張させる電子膨張弁及び該電子膨張弁で断熱膨張した冷媒を蒸発させて前記圧縮機に吸引させる蒸発器を有した要冷設備と
を備え、
前記要冷設備にて前記蒸発器での冷媒の蒸発により所定の冷却領域を冷却する冷却システムであって、
前記要冷設備の前記電子膨張弁の直近の所定時間における平均弁開度を算出し、算出した平均弁開度の大きさに応じて前記圧縮機における吸入圧力の設定値を調節する制御部を備えたことを特徴とする冷却システム。

【請求項2】

前記制御部は、前記平均弁開度が予め決められた第１閾値を超える場合に、前記圧縮機の吸入圧力の設定値を低下させる一方、前記平均弁開度が前記第１閾値よりも小さい第２閾値未満となる場合に、前記圧縮機の吸入圧力の設定値を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。

【請求項3】

前記要冷設備は、複数設けられており、
前記制御部は、前記平均弁開度が前記第１閾値を超える要冷設備が少なくとも１つある場合には前記圧縮機の吸入圧力の設定値を低下させる一方、前記平均弁開度が前記第２閾値未満となる要冷設備が少なくとも１つある場合には前記圧縮機の吸入圧力の設定値を上昇させることを特徴とする請求項２に記載の冷却システム。

【請求項4】

前記制御部は、前記平均弁開度が前記第１閾値を超える要冷設備と、前記平均弁開度が前記第２閾値未満となる要冷設備とがある場合、前記圧縮機の吸入圧力の設定値を上昇させることを特徴とする請求項３に記載の冷却システム。

【請求項5】

前記要冷設備は、前記冷却領域である収納室に商品を収納するショーケースであることを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の冷却システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、冷凍機及び複数のショーケースを備えた冷却システムが特許文献１に提案されている。複数のショーケースは、商品を載置する商品載置棚が上下方向に沿って複数段設けられた収納室を有し、冷凍機を構成する圧縮機及び凝縮器とともに冷媒回路を構成する電子膨張弁及び蒸発器を有している。そのような冷却システムでは、収納室に吹き出される空気の温度（温調温度）と設定温度との乖離の大きさに応じて圧縮機の吸入圧力の設定値を調節していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－１４５４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に提案された冷却システムでは、温調温度と設定温度との乖離の大きさに応じて圧縮機の吸入圧力の設定値を調節していたので、次のような問題があった。すなわち、温調温度と設定温度との乖離だけでは、蒸発器での実際の冷媒流量が考慮されず、冷却負荷の大小を正確に判断することが困難であった。そのため、実際には蒸発器に大量の冷媒が流通していて高負荷状態にもかかわらず、温調温度と設定温度との乖離が小さいと低負荷と判断してしまい、圧縮機の吸入圧力の設定値を上昇させることで、その後の不具合を誘発するおそれがあった。

【0005】

本発明は、上記実情に鑑みて、省エネルギー化を図ることができる冷却システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明に係る冷却システムは、吸引した冷媒を圧縮する圧縮機及び該圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器を有した冷凍機と、前記凝縮器で凝縮した冷媒の少なくとも一部を断熱膨張させる電子膨張弁及び該電子膨張弁で断熱膨張した冷媒を蒸発させて前記圧縮機に吸引させる蒸発器を有した要冷設備とを備え、前記要冷設備にて前記蒸発器での冷媒の蒸発により所定の冷却領域を冷却する冷却システムであって、前記要冷設備の前記電子膨張弁の直近の所定時間における平均弁開度を算出し、算出した平均弁開度の大きさに応じて前記圧縮機における吸入圧力の設定値を調節する制御部を備えたことを特徴とする。

【0007】

また本発明は、上記冷却システムにおいて、前記制御部は、前記平均弁開度が予め決められた第１閾値を超える場合に、前記圧縮機の吸入圧力の設定値を低下させる一方、前記平均弁開度が前記第１閾値よりも小さい第２閾値未満となる場合に、前記圧縮機の吸入圧力の設定値を上昇させることを特徴とする。

【0008】

また本発明は、上記冷却システムにおいて、前記要冷設備は、複数設けられており、前記制御部は、前記平均弁開度が前記第１閾値を超える要冷設備が少なくとも１つある場合には前記圧縮機の吸入圧力の設定値を低下させる一方、前記平均弁開度が前記第２閾値未満となる要冷設備が少なくとも１つある場合には前記圧縮機の吸入圧力の設定値を上昇させることを特徴とする。

【0009】

また本発明は、上記冷却システムにおいて、前記制御部は、前記平均弁開度が前記第１閾値を超える要冷設備と、前記平均弁開度が前記第２閾値未満となる要冷設備とがある場合、前記圧縮機の吸入圧力の設定値を上昇させることを特徴とする。

【0010】

また本発明は、上記冷却システムにおいて、前記要冷設備は、前記冷却領域である収納室に商品を収納するショーケースであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、制御部が、要冷設備の電子膨張弁の直近の所定時間における平均弁開度を算出し、算出した平均弁開度の大きさに応じて圧縮機における吸入圧力の設定値を調節するので、実際の冷媒流量に基づいて冷却負荷に応じた吸入圧力の大きさを調整でき、冷凍機及び各要冷設備の連携制御により省エネルギー化を図ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の実施の形態である冷却システムの構成を模式的に示すブロック図である。

【図2】図２は、図１に示した制御部が実施する吸入圧力制御処理の処理内容を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に添付図面を参照して、本発明に係る冷却システムの好適な実施の形態について詳細に説明する。

【0014】

図１は、本発明の実施の形態である冷却システムの構成を模式的に示すブロック図である。ここで例示する冷却システム１０は、例えばコンビニエンスストアやスーパーマーケット等の店舗に適用されるもので、冷凍機１１と、複数のショーケース（要冷設備）１２Ａ，１２Ｂ，…，１２Ｎと、制御部３０とを備えて構成してある。

【0015】

尚、以下においては、ショーケース１２Ａ，１２Ｂ，…，１２Ｎに設けられる要素については、符号に「Ａ」、「Ｂ」、…「Ｎ」を適宜付して説明することとする。

【0016】

冷凍機１１は、例えば店舗の外部に設置してあり、圧縮機２１及び凝縮器２２を備えている。圧縮機２１は、凝縮器２２とともに後述する電子膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，…，２３Ｎ及び蒸発器２４Ａ，２４Ｂ，…，２４Ｎと冷媒管路２５で接続されることで内部に冷媒が封入された冷媒回路を構成している。ここで冷媒としては、例えば二酸化炭素が用いられている。

【0017】

この圧縮機２１は、制御部３０から与えられる指令に応じて駆動するものであり、駆動する場合に、冷媒を吸引して圧縮し高温高圧の冷媒として吐出するものである。凝縮器２２は、圧縮機２１で圧縮された冷媒を周囲空気と熱交換させて凝縮させるものである。

【0018】

複数のショーケース１２Ａ，１２Ｂ，…，１２Ｎ（以下、ショーケース１２Ａ等ともいう）は、それぞれ店舗の内部に設置されており、商品を載置する商品載置棚（図示せず）が上下方向に沿って複数段設けられた収納室１３Ａ，１３Ｂ，…，１３Ｎ及びショーケースコントローラ１４Ａ，１４Ｂ，…，１４Ｎを備えている。これら複数のショーケース１２Ａ等は、電子膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，…，２３Ｎ及び蒸発器２４Ａ，２４Ｂ，…，２４Ｎをそれぞれ有している。

【0019】

電子膨張弁２３Ａ，２３Ｂ，…，２３Ｎ（以下、電子膨張弁２３Ａ等ともいう）は、入口が冷媒管路２５を通じて凝縮器２２に接続されている。この電子膨張弁２３Ａ等は、凝縮器２２で凝縮された冷媒の一部、すなわち凝縮器２２で凝縮されて分配供給された冷媒を断熱膨張させるものである。

【0020】

蒸発器２４Ａ，２４Ｂ，…，２４Ｎ（以下、蒸発器２４Ａ等ともいう）は、電子膨張弁２３Ａ等で断熱膨張した冷媒と自身の周囲空気とを熱交換させることにより、該冷媒を蒸発させて圧縮機２１に吸引させるものである。つまり、蒸発器２４Ａ等で蒸発した冷媒は、他のショーケース１２Ａ等に設置された蒸発器２４Ａ等で蒸発した冷媒と合流して圧縮機２１に吸引される。

【0021】

そのような蒸発器２４Ａ等は、収納室１３Ａ，１３Ｂ，…，１３Ｎ（以下、収納室１３Ａ等ともいう）と連通する図示せぬ通風路に設置されている。これにより蒸発器２４Ａ等で冷却された空気が収納室１３Ａ等に供給されることにより、収納室１３Ａ等の内部雰囲気が冷却されて各商品載置棚に載置された商品が冷却される。このように収納室１３Ａ等は、ショーケース１２Ａ等の所定の冷却領域に該当する。

【0022】

ショーケースコントローラ１４Ａ，１４Ｂ，…，１４Ｎ（以下、ショーケースコントローラ１４Ａ等ともいう）は、設置されたショーケース１２Ａ等の収納室１３Ａ等の庫内温度等の温度情報や収納室１３Ａ等に吹き出される空気の温度（温調温度）情報、電子膨張弁２３Ａ等の開度情報等を取得しつつ電子膨張弁２３Ａ等の開度を調節してショーケース１２Ａ等の運転状態を制御するものである。このショーケースコントローラ１４Ａ等は、収納室１３Ａ等の温度が予め決められた目標温度に近似するように電子膨張弁２３Ａ等の開度を、例えばＰＩＤ制御等により調節している。

【0023】

制御部３０は、記憶部４０に記憶されたプログラムやデータにしたがって冷却システム１０を制御するものである。この制御部３０は、冷凍機制御処理部３１、運転データ取得部３２、平均弁開度算出処理部３３及び判定処理部３４を有している。

【0024】

冷凍機制御処理部３１は、圧縮機２１の吸入圧力、吐出圧力、吸入温度、吐出温度及び運転周波数等のデータをリアルタイムで取得しつつ、該圧縮機２１の駆動を制御するものである。

【0025】

運転データ取得部３２は、各ショーケース１２Ａ等における庫内温度（収納室１３Ａ等の内部温度）、温調温度、電子膨張弁２３Ａ等の開度等の運転データを所定時間毎（例えば１分間毎）に取得するものである。

【0026】

平均弁開度算出部は、後述する吸入圧力制御処理において、運転データ取得部３２を通じて取得した電子膨張弁２３Ａ等の開度により、各ショーケース１２Ａ等の直近の所定時間（例えば３０分間）における平均弁開度を算出するものである。

【0027】

判定処理部３４は、平均弁開度算出処理部３３を通じて算出した平均弁開度が記憶部４０に記憶された第１閾値を超えるか否か、あるいは上記平均弁開度が記憶部４０に記憶された第２閾値未満であるか否かを判定するものである。

【0028】

ここで第１閾値は、例えば８０～８５％程度の大きさであり、冷却負荷が過大であるか否かを判定するための閾値である。第２閾値は、例えば３５～４０％程度の大きさであり、冷却負荷が過小であるか否かを判定するための閾値である。

【0029】

以上のような冷却システム１０においては、各ショーケース１２Ａ等のショーケースコントローラ１４Ａ等により電子膨張弁２３Ａ等の開度が調節されることにより、蒸発器２４Ａ等を通過する冷媒量を調整し、庫内温度が目標温度に近似するようにしている。

【0030】

また冷却システム１０においては、制御部３０が所定のタイムスケジュール（例えば１５分毎）に下記の吸入圧力制御処理を行って圧縮機２１の吸入圧力値を設定している。

【0031】

図２は、図１に示した制御部３０が実施する吸入圧力制御処理の処理内容を示すフローチャートである。

【0032】

制御部３０は、運転データ取得部３２を通じて取得した各ショーケース１２Ａ等の電子膨張弁２３Ａ等の開度等により、平均弁開度算出処理部３３を通じて各ショーケース１２Ａ等の直近所定時間の平均弁開度を算出する（ステップＳ１０１）。

【0033】

各ショーケース１２Ａ等の直近所定時間の平均弁開度を算出した制御部３０は、判定処理部３４を通じて、記憶部４０から第１閾値及び第２閾値を読み出し、平均弁開度が第２閾値未満となるショーケース１２Ａ等があるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。

【0034】

平均弁開度が第２閾値未満となるショーケース１２Ａ等がある場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、制御部３０は、冷凍機制御処理部３１を通じて圧縮機２１の吸入圧力の設定値を所定量の大きさだけ上昇させ（ステップＳ１０３）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

【0035】

これによれば、平均弁開度が第２閾値未満で冷却負荷が過小であったショーケース１２Ａ等の収納室１３Ａ等を過度に冷却（過冷却）してしまうことを抑制することができる。

【0036】

一方、平均弁開度が第２閾値未満となるショーケース１２Ａ等がない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、すなわち、各ショーケース１２Ａ等の平均弁開度が第２閾値以上である場合、制御部３０は、判定処理部３４を通じて、平均弁開度が第１閾値を超えるショーケース１２Ａ等があるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。

【0037】

ここで、ステップＳ１０４よりもステップＳ１０２の処理を先に実施するのは、平均弁開度が第２閾値未満となるショーケース１２Ａ等と、平均弁開度が第１閾値を超えるショーケース１２Ａ等とがある場合に、圧縮機２１の吸入圧力の設定値を上昇させることを優先させるためである。

【0038】

上記ステップＳ１０４において平均弁開度が第１閾値を超えるショーケース１２Ａ等がある場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、つまり、平均弁開度が第２閾値未満となるショーケース１２Ａ等がなくて平均弁開度が第１閾値を超えるショーケース１２Ａ等がある場合、制御部３０は、冷凍機制御処理部３１を通じて圧縮機２１の吸入圧力の設定値を所定量の大きさだけ低下させ（ステップＳ１０５）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

【0039】

これによれば、平均弁開度が第１閾値を超えていて冷却負荷が過大であったショーケース１２Ａ等の収納室１３Ａ等を冷却することができる。

【0040】

ところで、すべてのショーケース１２Ａ等の平均弁開度が第２閾値以上であって第１閾値以下である場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ，ステップＳ１０４：Ｎｏ）、制御部３０は、冷凍機制御処理部３１を通じて圧縮機２１の吸入圧力の設定値を維持し（ステップＳ１０６）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

【0041】

以上説明したように、本発明の実施の形態である冷却システム１０によれば、制御部３０が、各ショーケース１２Ａ等の電子膨張弁２３Ａ等の直近所定時間の平均弁開度を算出し、算出した平均弁開度の大きさに応じて圧縮機２１における吸入圧力の設定値を調節するので、実際の冷媒流量に基づいて冷却負荷に応じた吸入圧力の大きさを調整でき、冷凍機１１及び各ショーケース１２Ａ等の連携制御により省エネルギー化を図ることができる。

【0042】

上記冷却システム１０によれば、複数のショーケース１２Ａ等のうち直近所定時間の平均弁開度が第２閾値未満のショーケース１２Ａ等がある場合、制御部３０が圧縮機２１の吸入圧力の設定値を上昇させるので、当該ショーケース１２Ａ等に収納された商品が過度に冷却されることを抑制することができる。

【0043】

上記冷却システム１０によれば、複数のショーケース１２Ａ等のうち、直近所定時間の平均弁開度が第２閾値未満のショーケース１２Ａ等がなくて該平均弁開度が第１閾値を超えるショーケース１２Ａ等がある場合、制御部３０が圧縮機２１の吸入圧力の設定値を低下させるので、当該ショーケース１２Ａ等に収納された商品が損傷等することを防止することができる。

【0044】

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。

【0045】

上述した実施の形態では、冷却システム１０が、複数のショーケース１２Ａ等と冷凍機１１とから構成されていたが、本発明においては、１つの要冷設備（例えばショーケース）と冷凍機とから構成されていてもよい。この場合、当該要冷設備の電子膨張弁の直近の所定時間における平均弁開度の大きさに応じて圧縮機における吸入圧力の設定値を調節する。これにより、冷凍機１１及び各ショーケース１２Ａ等の連携制御により省エネルギー化を図ることができる。

【0046】

上述した実施の形態では、吸入圧力制御処理において、吸入圧力設定値を所定量の大きさだけ増減させていたが、本発明においては、直近の所定時間の平均弁開度と閾値（第１閾値及び第２閾値）との差の大きさによって吸入圧力設定の増減の大きさを変更してもよい。

【0047】

上述した実施の形態では、要冷設備の一例としてショーケース１２Ａ等を例示したが、本発明においては、ショーケース以外の機器を要冷設備としてもよい。

【0048】

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

【符号の説明】

【0049】

１０…冷却システム、１１…冷凍機、１２Ａ，１２Ｂ，…，１２Ｎ…ショーケース、１３Ａ，１３Ｂ，…，１３Ｎ…収納室、１４Ａ，１４Ｂ，…，１４Ｎ…ショーケースコントローラ、２１…圧縮機、２２…凝縮器、２３Ａ，２３Ｂ，…，２３Ｎ…電子膨張弁、２４Ａ，２４Ｂ，…，２４Ｎ…蒸発器、２５…冷媒管路、３０…制御部、３１…冷凍機制御処理部、３２…運転データ取得部、３３…平均弁開度算出処理部、３４…判定処理部、４０…記憶部。

【図1】

【図2】