特開 2024-179678 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】P2024179678

(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 47/02 20060101AFI20241219BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20241219BHJP

   F25D 11/00 20060101ALI20241219BHJP

   F25D 21/06 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

F25B47/02 570W

F25B1/00 341S

F25B47/02 A

F25B1/00 304H

F25D11/00 101E

F25D21/06 N

F25B47/02 570C

F25B47/02 570A

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023098706

(22)【出願日】2023-06-15

(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】菅谷 達朗

【テーマコード（参考）】

3L045

3L046

【Ｆターム（参考）】

3L045AA03

3L045BA01

3L045CA02

3L045DA02

3L045EA01

3L045HA07

3L045JA13

3L045LA14

3L045MA04

3L045PA02

3L045PA03

3L046AA03

3L046CA17

3L046GA01

3L046JA05

3L046LA01

3L046LA14

3L046MA02

3L046MA03

(57)【要約】

【課題】除霜運転の開始から復帰までの時間の短縮化を図りつつ、圧縮機が高圧異常で駆動停止してしまうことを抑制すること。
【解決手段】圧縮機２１及び凝縮器２２を有した冷凍機１１と、電子膨張弁２３Ａ等及び蒸発器２４Ａ等を有した複数のショーケース１２Ａ等とを備え、複数のショーケース１２Ａ等にて、蒸発器２４Ａ等での冷媒の蒸発により収納室１３Ａ等を冷却する冷却システム１０であって、複数のショーケース１２Ａ等で蒸発器２４Ａ等に付着した霜を除去する除霜運転を行う場合に、圧縮機２１を駆動停止にさせる管理制御部３０を備え、管理制御部３０は、除霜運転が終了したショーケース１２Ａ等の冷却容量の合計値が予め決められた基準値以上となることを条件として、圧縮機２１を駆動させる。
【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複数の要冷設備と
を備え、
前記複数の要冷設備にて、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、
前記複数の要冷設備で前記蒸発器に付着した霜を除去する除霜運転を行う場合に、前記圧縮機を駆動停止にさせる管理制御部を備え、
前記管理制御部は、前記除霜運転が終了した要冷設備の冷却容量の合計値が予め決められた基準値以上となることを条件として、前記圧縮機を駆動させることを特徴とする冷却システム。

【請求項2】

前記複数の要冷設備は、前記除霜運転を行う場合に、前記電子膨張弁の開度を下限値に設定する制御部を備え、
前記制御部は、当該要冷設備の前記除霜運転が終了した場合に、前記蒸発器の出口温度と入口温度との温度差が生じるまで前記電子膨張弁の開度を下限値から徐々に増大させる過熱度制御を行う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、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又は請求項２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、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設置された冷却システムが特許文献１に提案されており、冷凍機及び複数のショーケースを備えている。冷凍機は、圧縮機及び凝縮器を有している。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、かつ冷凍機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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－９９０１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記特許文献１には明示されていないが、冷却システムにおいては、各ショーケースの蒸発器に付着した霜を除去する除霜運転を行う場合に、圧縮機を駆動停止にさせる。この除霜運転に要する時間は、ショーケース毎に異なり、冷却負荷の小さいショーケースでは比較的早期に除霜運転が終了する傾向にある。

【0005】

そのような除霜運転からの復帰であるが、すべてのショーケースの除霜運転の終了を条件とすると、復帰までに要する時間が長大なものとなり、除霜運転が比較的早期に終了したショーケースでは商品に損傷等を与える虞れがあった。

【0006】

一方、冷却負荷の小さいショーケースでの除霜運転の終了を契機として圧縮機を駆動させて復帰させると、上記冷媒回路を形成するすべてのショーケースの冷却負荷がまだ十分に大きいものではなく、圧縮機が高圧異常で駆動停止してしまう虞れがあった。特に冷媒が例えば二酸化炭素等のように冷媒回路内で高圧にする必要がある場合には、圧縮機の高圧異常による駆動停止が顕著なものとなる。

【0007】

本発明は、上記実情に鑑みて、除霜運転の開始から復帰までの時間の短縮化を図りつつ、圧縮機が高圧異常で駆動停止してしまうことを抑制す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】

【0008】

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複数の要冷設備とを備え、前記複数の要冷設備にて、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、前記複数の要冷設備で前記蒸発器に付着した霜を除去する除霜運転を行う場合に、前記圧縮機を駆動停止にさせる管理制御部を備え、前記管理制御部は、前記除霜運転が終了した要冷設備の冷却容量の合計値が予め決められた基準値以上となることを条件として、前記圧縮機を駆動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、前記複数の要冷設備は、前記除霜運転を行う場合に、前記電子膨張弁の開度を下限値に設定する制御部を備え、前記制御部は、当該要冷設備の前記除霜運転が終了した場合に、前記蒸発器の出口温度と入口温度との温度差が生じるまで前記電子膨張弁の開度を下限値から徐々に増大させる過熱度制御を行うことを特徴とする。

【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、複数の要冷設備で蒸発器に付着した霜を除去する除霜運転を行う場合に、圧縮機を駆動停止にさせる管理制御部が、除霜運転が終了した要冷設備の冷却容量の合計値が予め決められた基準値以上となることを条件として、圧縮機を駆動させるので、除霜運転の開始から復帰までの時間の短縮化を図りつつ、圧縮機２１が高圧異常で駆動停止してしまうことを抑制す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に示した管理制御部が実施する圧縮機駆動処理の処理内容を示すフローチャートである。

【図3】図３は、図１に示したショーケースコントローラが実施する過熱度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、管理制御部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、管理制御部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（以下、収納室１３Ａ等ともいう）及び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）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等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等は、設置されたショーケース１２Ａ等の収納室１３Ａ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】

また、ショーケースコントローラ１４Ａ等は、ショーケース１２Ａ等の運転状態をステータスとして管理制御部３０に送出するものである。更に、ショーケースコントローラ１４Ａ等は、取得した温度情報等の各種情報を管理制御部３０に送出する機能を有している。

【0024】

かかるショーケースコントローラ１４Ａ等が管理制御部３０に送出するステータスとしては、「冷却運転中」、「除霜運転中」、「水切運転中」、「急速冷却運転中」等がある。

【0025】

「冷却運転中」は、収納室１３Ａ等の温度を冷却運転している状態である。「除霜運転中」は、蒸発器２４Ａ等に付着した霜を除去する状態である。「水切運転中」は、除霜運転にて融解した水を除去する状態である。「急速冷却運転中」は、水切運転後に収納室１３Ａ等の温度を急速に冷却運転している状態である。

【0026】

管理制御部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。この管理制御部３０は、冷凍機制御処理部３１、運転監視部３２、運転データ取得部３３、冷却容量算出部３４及び判定処理部３５を有している。

【0027】

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。より詳細には、任意のショーケース１２Ａ等の温調温度が目標温度に近似するように圧縮機２１の回転数を増減させて、圧縮機２１の駆動を制御している。

【0028】

運転監視部３２は、各ショーケース１２Ａ等の運転状態を監視するもので、具体的には、各ショーケース１２Ａ等のショーケースコントローラ１４Ａ等から送出されるステータスが「冷却運転中」、「除霜運転中」、「水切運転中」若しくは「急速冷却運転中」であるかを監視するものである。

【0029】

運転データ取得部３３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。

【0030】

冷却容量算出部３４は、運転監視部３２を通じて除霜運転が終了したショーケース１２Ａ等の冷却容量の合計値を算出するものである。ここで冷却容量の合計値の算出について説明する。この冷却容量の合計値の算出では、いわゆる３尺ケースと称される左右幅が標準タイプのショーケースにおいて、すべての商品載置棚に載置された商品を冷却する場合を「Ｚ」とする。これにより、いわゆる６尺ケースと称される左右幅が大きい幅広タイプのショーケースについては、すべての商品載置棚に載置された商品を冷却する場合、「２Ｚ」となる。また標準タイプのショーケースにおいて商品載置棚が８段設けられており、デッキと合わせた９段のうち、下の４段（３段の商品載置棚とデッキ）に載置された商品を冷却する場合には、最上段の商品載置棚については除去して、（４／（９－１））Ｚとなり、「（１／２）Ｚ」とする。更に標準タイプのショーケースにおいて商品載置棚が８段設けられており、デッキと合わせた９段のうち、下の２段（１段の商品載置棚とデッキ）に載置された商品を冷却する場合には、最上段の商品載置棚については除去して、２／（９－１）Ｚとなり、「（１／４）Ｚ」とする。

【0031】

そして、冷却容量算出部３４は、除霜運転が終了したショーケースの冷却容量（Ｚ，２Ｚ，（１／２）Ｚ，（１／４）Ｚ）を加算して合計値を算出する。例えば、すべての商品載置棚に載置された商品を冷却する標準タイプのショーケースと、すべての商品載置棚に載置された商品を冷却する幅広タイプのショーケースとの除霜運転が終了した場合には、冷却容量の合計値は、「３Ｚ」となる。また、すべての商品載置棚に載置された商品を冷却する標準タイプのショーケースと、標準タイプのショーケースにおいて商品載置棚とデッキと合わせた９段のうち下の４段（３段の商品載置棚とデッキ）に載置された商品を冷却するショーケースと、標準タイプのショーケースにおいて商品載置棚とデッキと合わせた９段のうち、下の２段（１段の商品載置棚とデッキ）に載置された商品を冷却するショーケースとの除霜運転が終了した場合には、冷却容量の合計値は、「Ｚ＋（１／２）Ｚ＋（１／４）Ｚ」で、「（７／４）Ｚ」となる。

【0032】

判定処理部３５は、冷却容量算出部３４を通じての冷却容量の合計値と、記憶部に記憶された基準値（例えば２Ｚ）とを比較して、冷却容量の合計値が基準値以上であるか否かを比較するものである。ここで基準値は、圧縮機の駆動を開始するか否かを判断するための閾値であり、これ以上大きくなると冷却負荷が過大になるものとして定められている。

【0033】

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。

【0034】

また冷却システム１０においては、管理制御部３０の冷凍機制御処理部３１が、任意のショーケースの温調温度が目標温度に近似するよう圧縮機２１の回転数を増減させて、各ショーケース１２Ａ等の蒸発器２４Ａ等における冷媒の低圧値（≒冷媒の蒸発温度）を調整している。

【0035】

そして、冷却システム１０においては、所定の決められた時刻が経過した場合に、すべてのショーケース１２Ａ等について除霜運転が行われる。かかる除霜運転においては、管理制御部３０が、すべてのショーケースコントローラ１４Ａ等を通じて、電子膨張弁２３Ａの開度を下限値にしつつ圧縮機２１の駆動を停止させる。

【0036】

このようにすべてのショーケース１２Ａ等について除霜運転が行われる場合、管理制御部３０は、次のような圧縮機駆動処理を実施する。

【0037】

図２は、図１に示した管理制御部３０が実施する圧縮機駆動処理の処理内容を示すフローチャートである。

【0038】

管理制御部３０は、運転監視部３２を通じて、除霜運転を終了したショーケースの有無を判断する（ステップＳ１０１）。除霜運転を終了したショーケースがない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、管理制御部３０は、かかる処理を繰り返す。

【0039】

除霜運転を終了したショーケースがある場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、管理制御部３０は、冷却容量算出部３４を通じて、除霜運転が終了したショーケースの冷却容量の合計値を算出する（ステップＳ１０２）。

【0040】

冷却容量の合計値を算出した管理制御部３０は、判定処理部３５を通じて記憶部から基準値を読み出し、冷却容量の合計値が基準値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。

【0041】

冷却容量の合計値が基準値未満である場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、管理制御部３０は、冷却負荷がまだ十分に大きいものでないとして、ステップＳ１０１の処理に移行する。

【0042】

一方、冷却容量の合計値が基準値以上である場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、管理制御部３０は、冷却負荷が十分にあるものとして、冷凍機制御処理部３１を通じて圧縮機２１を駆動し（ステップＳ１０４）、その後に手順をリターンさせて、今回の処理を終了する。

【0043】

これによれば、除霜運転が終了したショーケース１２Ａ等に対しては冷媒が供給されることになり、比較的早期に除霜運転が終了したショーケース１２Ａ等では商品に損傷等を与えることを抑制でき、しかも、圧縮機２１が高圧異常等で駆動停止してしまうことを回避することができる。

【0044】

このように冷却容量の合計値が基準値以上となることにより圧縮機２１の駆動を開始するので、除霜運転が終了したショーケース１２Ａ等には、冷媒が供給されることになる。そこで、各ショーケース１２Ａ等におけるショーケースコントローラ１４Ａ等は、次のような過熱度制御処理を実施する。

【0045】

図３は、図１に示したショーケースコントローラ１４Ａ等が実施する過熱度制御処理の処理内容を示すフローチャートである。

【0046】

ショーケースコントローラ１４Ａ等は、除霜運転が終了したか否かを判断する（ステップＳ２０１）。除霜運転が終了していない場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、電子膨張弁２３Ａ等の開度は零であるので、ショーケースコントローラ１４Ａ等は、かかる処理を繰り返す。

【0047】

除霜運転が終了した場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、ショーケースコントローラ１４Ａ等は、水切運転（図示せぬ送風ファンを駆動させて水を除去する運転）に移行し、電子膨張弁２３Ａ等の開度（弁開度）を下限値から徐々に増大させていき（ステップＳ２０２）、水切運転の時間（水切時間）が経過するまでに蒸発器２４Ａ等の出口温度と入口温度との温度差が生じるか否かを判断する（ステップＳ２０３，ステップＳ２０４）。

【0048】

水切時間が経過するまでに出口温度と入口温度との温度差が生じた場合（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ，ステップＳ２０４：Ｎｏ）、ショーケースコントローラ１４Ａ等は、電子膨張弁２３Ａ等の開度を維持し（ステップＳ２０５）、水切時間の経過待ちとなる（ステップＳ２０６）。

【0049】

ステップＳ２０４やステップＳ２０６において、水切時間が経過した場合（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ，ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、ショーケースコントローラ１４Ａ等は、電子膨張弁２３Ａ等の開度を急速冷却運転での初期値に変更し（ステップＳ２０７）、その後に手順をリターンさせて、今回の処理を終了する。

【0050】

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、複数のショーケース１２Ａ等で蒸発器２４Ａ等に付着した霜を除去する除霜運転を行う場合に、圧縮機２１を駆動停止にさせる管理制御部３０が、除霜運転が終了したショーケース１２Ａ等の冷却容量の合計値が予め決められた基準値以上となることを条件として、圧縮機２１を駆動させるので、除霜運転の開始から復帰までの時間の短縮化を図りつつ、圧縮機２１が高圧異常で駆動停止してしまうことを抑制することができる。

【0051】

上記冷却システム１０によれば、除霜運転を行う場合に、電子膨張弁２３Ａ等の開度を下限値に設定するショーケースコントローラ１４Ａ等が、当該ショーケース１２Ａ等の除霜運転が終了した場合に、蒸発器２４Ａ等の出口温度と入口温度との温度差が生じるまで電子膨張弁２３Ａ等の開度を下限値から徐々に増大させる過熱度制御を行うので、素早く収納室１３Ａ等を冷却することができる。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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】

【0055】

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…管理制御部、３１…冷凍機制御処理部、３２…運転監視部、３３…運転データ取得部、３４…冷却容量算出部、３５…判定処理部、４０…記憶部。

【図1】

【図2】

【図3】