JP5388336B2

JP5388336B2 - 冷凍機の制御方法

Info

Publication number: JP5388336B2
Application number: JP2009036426A
Authority: JP
Inventors: 秀典高橋
Original assignee: 中野冷機株式会社
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-02-19
Also published as: JP2010190510A

Description

本発明は、冷凍機の制御方法に関し、詳しくは、スーパーマーケットやコンビニエンスストアに設けられている複数の冷凍・冷蔵ショーケースを１台の冷凍機で冷却運転する際の冷凍機の制御方法に関する。

スーパーマーケットやコンビニエンスストアに設けられている複数の冷凍・冷蔵ショーケースのような冷却対象器を１台の冷凍機で冷却運転する際の冷凍制御システムとして、冷凍機の圧縮機が停止するタイミングを予測するとともに複数の冷却対象器に優先順位を付与し、圧縮機が停止するタイミングで優先順位が高いものから順に制御弁を開放状態とするものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、冷凍・冷蔵ショーケースの庫内が十分に冷えている場合には、圧縮機の低圧設定値を高く設定することにより、冷凍機の消費電力を削減するようにした冷却システムも知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００８−２３２５３５号公報特開２００７−１０２３２号公報

しかし、特許文献１に記載された冷凍制御システムは、冷凍機から冷却対象器に冷媒を供給する制御弁（電磁弁）を制御するものであることから、システムや配線が複雑になり、コストアップを招くという問題があった。また、特許文献２に記載された冷却システムでは、温度データと電磁弁の開閉状態とで判定しているが、冷凍・冷蔵ショーケースの使用状態における温度変化には十分に対応することができず、冷凍機の消費電力を十分に削減することはできなかった。

そこで本発明は、簡単な構成で確実な冷却制御を行うことができ、冷凍機の消費電力の削減も十分に図れる冷凍機の制御方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の冷凍機の制御方法は、複数の冷凍・冷蔵ショーケースをそれぞれ備えた複数の系統の各冷凍・冷蔵ショーケースを１台の冷凍機で冷却運転する際の冷凍機の制御方法において、各ショーケースの温度データを、あらかじめ設定した測定時間範囲及びあらかじめ設定した測定時間間隔でそれぞれサンプリングし、該測定時間範囲内であらかじめ設定された設定許容値を逸脱した温度データの回数をカウントし、カウントした許容温度逸脱回数があらかじめ設定された逸脱許容値未満のときには前記冷凍機の低圧設定値を上昇させ、前記許容温度逸脱回数が前記逸脱許容値以上のとき、温度データが設定許容値を逸脱したショーケースの負荷と、該ショーケースが属する系統全体の負荷とを比較して該ショーケースの負荷割合を算出し、算出した負荷割合があらかじめ設定した系統内負荷割合設定値以内のときには前記冷凍機の低圧設定値を上昇させ、算出した負荷割合が前記系統内負荷割合設定値を超えているときには前記冷凍機の低圧設定値を下降させることを特徴としている。

さらに、本発明の冷凍機の制御方法においては、前記負荷割合が前記系統内負荷割合設定値を超えているとき、前記冷凍機の低圧設定値を直ちに下降させることなく、温度データが設定許容値を逸脱したショーケースの負荷と、該ショーケースを冷却する前記冷凍機によって冷却される各系統の負荷を合算した合算負荷とを比較して該ショーケースの合算負荷割合を算出し、算出した合算負荷割合があらかじめ設定した合算負荷割合設定値以内のときには前記冷凍機の低圧設定値を保持し、算出した合算負荷割合が合算負荷割合設定値を超えているときには前記冷凍機の低圧設定値を下降させることが特に好ましい。

また、前記複数の冷凍・冷蔵ショーケースにおける温度変化の山谷が重なっているときには、山谷が重なっている複数の冷凍・冷蔵ショーケースのうちの少なくとも一つの冷凍・冷蔵ショーケースの電磁弁が開くタイミングを遅らせて複数の冷凍・冷蔵ショーケースにおける温度変化の山谷を平均化することが好ましく、前記低圧設定値の変更は、前記複数の冷凍・冷蔵ショーケースの環境温湿度と、あらかじめ設定した季節情報及び時間情報とを参照して行うことが好ましい。

さらに、前記冷凍機の低圧設定値を上昇させるのに代えて、又は、同時に、前記冷凍機に搭載されている圧縮機の冷媒圧縮量を減量し、前記冷凍機の低圧設定値を下降させるのに代えて、又は、同時に、前記圧縮機の冷媒圧縮量を増量することができ、前記冷媒圧縮量の増減量は、前記冷凍機に搭載されている複数の圧縮機の中で運転する圧縮機の数を選択して行うことができる。

本発明の冷凍機の制御方法によれば、ショーケースの庫内温度の変化を的確に捉えて冷凍機を制御することができるので、ショーケースを確実に冷却状態に保つことができるとともに、冷凍機の消費電力を効率よく削減することができる。

本発明の冷凍機の制御方法の実施対象となる冷却設備の一形態例を示すブロック図である。本発明の冷凍機の制御方法を実施するコントローラの一形態例を示すブロック図である。本発明の冷凍機の制御方法の一形態例を示すフローチャートである。複数のショーケースにおける温度変化の一例を示す図である。

まず、本発明方法の実施対象は、複数の冷凍・冷蔵ショーケース（以下、単にショーケースという）をそれぞれ並列に備えた複数の系統の各ショーケースを１台の冷凍機で冷却運転する冷却設備であって、例えば、４台のショーケース１１，１２，１３，１４を備えた第１系統１０と、４台のショーケース２１，２２，２３，２４を備えた第２系統２０とを１台の冷凍機３０によって冷却するものであって、各ショーケースには、周知のように、蒸発器、電磁弁、膨張弁、温度センサなどの機器が設けられており、冷凍機３０には、例えば３台の圧縮機３１，３２，３３が設けられている。

これらのショーケース及び冷凍機を制御するコントローラ４１は、前記各ショーケースの各温度センサからの温度データ、各電磁弁の開閉データ、前記冷凍機の各圧縮機の運転データ、ショーケースの環境温湿度データなどを読み込むとともに、各種設定値が入力される入力部４２と、各ショーケースの温度設定値、設定許容値、低圧設定値、季節情報、時間情報などを記憶する記憶部４３と、入力部４２で読み込んだ各データと記憶部４３に記憶された各データとから低圧設定値の制御、各電磁弁の開閉制御、各圧縮機の運転制御などを判定する判定部４４と、判定部４４での判定結果に基づいて各電磁弁の開閉信号、各圧縮機の運転信号などを出力する出力部４５とを備えている。

入力部４２には、各ショーケースの温度データ及び各ショーケースの環境温湿度データが連続的に読み込まれるとともに、各ショーケースにおける電磁弁の開閉データとして各電磁弁が開又は閉となった開閉時刻データ及び圧縮機の運転データとして各圧縮機がＯＮ又はＯＦＦとなった運転時刻データが読み込まれ、記憶部４３にそれぞれ記憶される。

判定部４４では、図３に示す手順により、各系統（本形態例では第１系統１０）のショーケースからサンプリングした各温度データから冷凍機の低圧設定値を制御する。まず、ステップＳ１において、あらかじめ設定した測定時間範囲及びあらかじめ設定した測定時間間隔で各ショーケースの温度データをサンプリングする。測定時間範囲及び測定時間間隔は、ショーケース設置場所の状態や季節、時間帯などの条件に応じて任意に設定することが可能であり、周囲負荷によってショーケースの温度変化が比較的大きくなる日中や夏期には測定時間範囲及び測定時間間隔を短くし、周囲負荷が軽くで温度変化が比較的小さくなる夜間や冬期には測定時間範囲及び測定時間間隔を長くすることができる。例えば、測定時間範囲を同じ３０分とした場合、夏期には測定時間間隔を３分ごと、冬期には５分ごとにそれぞれ設定したり、測定時間範囲を夏期は１５分、冬期は３０分にそれぞれ設定したりすることができる。

ステップＳ２では、サンプリングした温度データ、例えば３０分間で１０回分の温度データと、あらかじめ各ショーケース毎に設定されている設定許容値とを比較し、サンプリングした温度データの変動幅が設定許容値の範囲内であるか否かを判定する。このステップ２で温度データの変動幅が設定許容値の範囲内であると判定したときには（ＹＥＳ）、ステップＳ３に進んで冷凍機３０の低圧設定値を現在の低圧設定値からあらかじめ設定された圧力分上昇させる。低圧設定値の制御量は任意であり、例えば、低圧設定値を１０ｋＰａ単位で上昇させる要に設定することができる。

ステップ２で温度データの変動幅が設定許容値を超えて所定範囲内から逸脱している温度データがある場合は（ＮＯ）、ステップＳ４に進んで設定許容値を超えた温度データの数、即ち許容温度逸脱回数をカウントし、得られた許容温度逸脱回数と、あらかじめ設定した逸脱許容値とを比較する。ステップＳ４での比較の結果、許容温度逸脱回数が逸脱許容値以上ではないと判断したときには（ＮＯ）、前記ステップＳ３に進んで低圧設定値を上昇させ、ステップＳ４で許容温度逸脱回数が逸脱許容値以上であると判断したときには（ＹＥＳ）、ステップＳ５に進む。例えば、逸脱許容値が「２」に設定されている場合、許容温度逸脱回数が「１」のときにはステップＳ３に進み、許容温度逸脱回数が「２」以上のときにはステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、温度データが設定許容値を超えたショーケースの負荷と、該ショーケースが属する系統全体（本例では第１系統１０）の負荷である系統負荷とを比較し、系統負荷に対する温度データが設定許容値を超えたショーケースの負荷割合を算出し、算出した負荷割合とあらかじめ設定した系統内負荷割合設定値（Ａ％）と比較する。算出した負荷割合が系統内負荷割合設定値以内のときには（ＹＥＳ）、前記ステップＳ３に進んで低圧設定値を上昇させ、算出した負荷割合が系統内負荷割合設定値を超えているときにはステップＳ６に進む。例えば、系統内負荷割合設定値が「２０％」に設定されている場合、算出した負荷割合が系統負荷の２０％未満のときにはステップＳ３に進み、算出した負荷割合が系統負荷の２０％以上のときにはステップＳ６に進む。このとき、温度データが設定許容値を超えたショーケースが２台以上の場合も、この２台のショーケースの負荷と系統負荷とを比較して系統内負荷割合を算出し、算出した系統内負荷割合を系統内負荷割合設定値と比較すればよい。

ステップＳ６では、前述の温度データが設定許容値を超えたショーケースの負荷と、該ショーケースを冷却する前記冷凍機３０によって冷却される各系統の負荷を合算（本例では第１系統１０及び第２系統２０の負荷を合算）した合算負荷とを比較し、合算負荷に対する温度データが設定許容値を超えたショーケースの負荷の割合（合算負荷割合）を算出し、算出した合算負荷割合とあらかじめ設定した合算負荷割合設定値（Ｂ％）と比較する。算出した合算負荷割合が合算負荷割合設定値以内のときには（ＹＥＳ）、ステップＳ７に進んで冷凍機３０の低圧設定値を現在の低圧設定値に保持し、算出した合算負荷割合が合算負荷割合設定値を超えているときにはステップＳ８に進み、冷凍機３０の低圧設定値を現在の低圧設定値からあらかじめ設定された圧力分下降させる。例えば、合算負荷割合設定値が「１５％」に設定されている場合、算出した負荷割合が合算負荷の１５％未満のときにはステップＳ７に進み、算出した負荷割合が合算負荷の１５％以上のときにはステップＳ８に進む。温度データが設定許容値を超えたショーケースが２台以上の場合も同様にして合算負荷割合を算出し、合算負荷割合設定値と比較すればよい。なお、第２系統２０においても、この第１系統１０と同じ手順によって低圧設定値を制御する。

例えば、前記第１系統１０における各ショーケース１１〜１４の各負荷が、３ｋＷ，２ｋＷ，１．５ｋＷ，１．５ｋＷで系統負荷が８ｋＷ、前記第２系統２０における各ショーケース２１〜２４の各負荷がすべて３ｋＷで系統負荷が１２ｋＷの場合であって、第１系統１０のショーケース１２（負荷＝２ｋＷ）の温度データが測定時間範囲内で２回逸脱したときには、ステップＳ１，ステップＳ２，ステップＳ４，ステップＳ５の順に進み、第１系統１０の系統負荷である８ｋＷと、ショーケース１２の負荷である２ｋＷが比較される。この場合のショーケース１２の負荷は、２５％（２／８）であるから、系統内負荷割合設定値が「２０％」に設定されている場合には、系統内負荷割合が２０％以上であるから、ステップＳ３には進まずにステップＳ６に進むことになる。

一方、温度データが測定時間範囲内で２回逸脱したショーケースが、負荷が１．５ｋＷのショーケース１３の場合は、系統内負荷割合が１９％（１．５／８）になるので、ステップＳ３に進んで低圧設定値を上昇させる。すなわち、負荷の小さなショーケースの温度データが設定許容値を逸脱した場合、他のショーケースの温度データが正常な範囲内のときには冷凍機３０の低圧設定値を上昇させて消費電力の削減を図る。

また、ステップＳ６では、第１系統１０の負荷である８ｋＷと第２系統２０の負荷である１２ｋＷとを合算した合算負荷の２０ｋＷと、第１系統１０のショーケース１２の負荷である２ｋＷとを比較して合算負荷割合を算出する。算出された合算負荷割合は１０％（２／２０）であるから、合算負荷割合設定値が「１５％」に設定されている場合、算出した合算負荷割合が１５％未満であるからステップＳ７に進んで冷凍機３０の低圧設定値を保持する。

一方、温度データが測定時間範囲内で２回逸脱したショーケースが、負荷が３ｋＷのショーケース１３の場合は、合算負荷割合が１５％（３／２０）になるので、合算負荷割合設定値が「１５％」に設定されている場合は、ステップＳ８に進んで冷凍機３０の低圧設定値を下降させて冷却不足を解消する。

このように、逸脱した温度データの有無や回数だけでなく、温度データが逸脱したショーケースの環境や、全ショーケースに対する負荷割合、温度データの逸脱状態などに応じて低圧設定値を上昇又は下降させる制御を行うようにしているので、低圧設定値の無駄な変動を抑えながら、複数系統の複数台のショーケースを１台の冷凍機３０によって冷却する際の圧縮機の運転時間、運転回数を最適化することができ、冷却性能を損なうことなく、冷凍機３０の消費電力を効果的に削減することができる。この制御において、前記系統内負荷割合設定値（Ａ％）と合算負荷割合設定値（Ｂ％）とは、各種条件に応じて適宜に設定することができるが、制御性を考慮すると、Ａ＝Ｂ又はＡ＞Ｂに設定することが好ましい。

さらに、季節や時間帯による冷却負荷の変動、低圧設定値の変化、各電磁弁の開閉状態、冷凍機３０に設けられている３台の圧縮機３１，３２，３３の運転状態をデータとして演算処理することにより、所定の冷却運転に必要な圧縮量を導き出すことができるので、得られた圧縮量に応じて圧縮機の最適な運転台数や圧縮能力を最適化することにより、冷凍機３０の消費電力を更に削減することができる。

例えば、３台の圧縮機３１，３２，３３として、第１の圧縮機３１を馬力調節可能な圧縮機を使用し、第２，第３の圧縮機３２，３３を固定馬力の圧縮機を使用することにより、例えば、第１の圧縮機３１に２．５〜１０馬力に調節可能な圧縮機を使用し、第２，第３の圧縮機３２，３３に１０馬力の圧縮機を使用した場合、ショーケースの冷却負荷が最も大きくなる夏期の昼間時間帯には、すべての圧縮機を使用して最大能力の合計３０馬力で運転を行って冷媒圧縮量を増量し、冷却負荷が最も小さくなる冬期の夜間時間帯には、最大能力の１／４の７．５馬力で運転を行って冷媒圧縮量を増量するとともに、これらの中間の時期や時間帯では、最大能力の１／２の１５馬力で運転を行うことを基本的な設定とし、ショーケースの環境温湿度データや低圧設定値の変動に応じて運転馬力を制御することにより、負荷の小さな時期、時間帯における冷凍機３０の消費電力を、冷却能力を低下させることなく削減することができる。

また、複数のショーケースにおける温度変化の山谷が重なるような場合には、いずれか一方のショーケースの電磁弁の開閉タイミングを変更し、好ましくは負荷割合の小さなショーケースの電磁弁が開くタイミングを僅かずつ遅らせて両電磁弁が交互に開閉するように制御することにより、複数のショーケースにおける温度変化の山谷を平均化することができ、これによって冷凍機からの冷媒流量を均等化することが可能となるので、圧縮機のＯＮ／ＯＦＦ回数を減らして冷凍機の消費電力を削減することができる。

例えば、図４（ａ）に示すように、ショーケース１１とショーケース１２の２台のショーケースにおける温度変化が、電磁弁がＯＦＦとなって閉じた後に略同時に温度が上昇し、略同時に電磁弁がＯＮとなって開くことにより冷却運転に入り、同じように温度が下がるといった温度変化を繰り返している場合、両ショーケースの電磁弁が共に閉じている温度上昇時には冷媒が流れず、電磁弁が共に開いている温度下降時には２台分の冷媒が必要になる。このようなときに、図４（ｂ）に示すように、いずれか一方のショーケースの電磁弁が閉じるタイミングを僅かに遅らせる制御、例えば電磁弁を開く設定温度を０．１度高くするといった制御を適当に繰り返して行うことにより、一方のショーケース１１で電磁弁がＯＮとなる冷却運転により温度が下降しているときに、他方のショーケース１２では電磁弁がＯＦＦとなって温度上昇する期間とすることができる。このように、複数のショーケースにおける温度変化の山谷が重ならないように電磁弁のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、冷凍機では略一定量の冷媒を圧縮して供給すればよいことになるから、圧縮機を安定した連続運転状態とすることができ、圧縮機のＯＮ／ＯＦＦ回数が低減することにより、すなわち、大電流が流れる圧縮機の起動回数が減少することによって消費電力を削減することができる。

また、３台のショーケースにおける温度変化の山谷が重なるような場合には、最初に１台と２台のグループとに分けて同様の制御を行い、１台の温度変化の山谷と２台のグループの温度変化の山谷とが重ならないように制御した後、１台の温度変化の山谷を考慮しながら、２台のグループの温度変化の山谷を重ならないように制御すればよく、３台のショーケースに供給する冷媒量をできるだけ平均化して圧縮機のＯＮ／ＯＦＦ回数を減らすとともに、前述の圧縮機の運転馬力を平均化することにより、圧縮機の運転状態も安定することにより、冷凍機３０の消費電力を更に削減することができる。

１０第１系統
１１〜１４第１系統の４台のショーケース
２０第２系統
２１〜２４第２系統の４台のショーケース
３０冷凍機
３１〜３３冷凍機の３台の圧縮機
４１コントローラ
４２入力部
４３記憶部
４４演算部
４５出力部

Claims

複数の冷凍・冷蔵ショーケースをそれぞれ備えた複数の系統の各冷凍・冷蔵ショーケースを１台の冷凍機で冷却運転する際の冷凍機の制御方法において、
各ショーケースの温度データを、あらかじめ設定した測定時間範囲及びあらかじめ設定した測定時間間隔でそれぞれサンプリングし、
該測定時間範囲内であらかじめ設定された設定許容値を逸脱した温度データの回数をカウントし、
カウントした許容温度逸脱回数があらかじめ設定された逸脱許容値未満のときには前記冷凍機の低圧設定値を上昇させ、
前記許容温度逸脱回数が前記逸脱許容値以上のとき、温度データが設定許容値を逸脱したショーケースの負荷と、該ショーケースが属する系統全体の負荷とを比較して該ショーケースの負荷割合を算出し、
算出した負荷割合があらかじめ設定した系統内負荷割合設定値以内のときには前記冷凍機の低圧設定値を上昇させ、
算出した負荷割合が前記系統内負荷割合設定値を超えているときには前記冷凍機の低圧設定値を下降させることを特徴とする冷凍機の制御方法。
前記負荷割合が前記系統内負荷割合設定値を超えているとき、前記冷凍機の低圧設定値を直ちに下降させることなく、温度データが設定許容値を逸脱したショーケースの負荷と、該ショーケースを冷却する前記冷凍機によって冷却される各系統の負荷を合算した合算負荷とを比較して該ショーケースの合算負荷割合を算出し、算出した合算負荷割合があらかじめ設定した合算負荷割合設定値以内のときには前記冷凍機の低圧設定値を保持し、算出した合算負荷割合が合算負荷割合設定値を超えているときには前記冷凍機の低圧設定値を下降させることを特徴とする請求項１記載の冷凍機の制御方法。
前記複数の冷凍・冷蔵ショーケースにおける温度変化の山谷が重なっているときには、山谷が重なっている複数の冷凍・冷蔵ショーケースのうちの少なくとも一つの冷凍・冷蔵ショーケースの電磁弁が開くタイミングを遅らせて複数の冷凍・冷蔵ショーケースにおける温度変化の山谷を平均化することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の冷凍機の制御方法。
前記低圧設定値の変更は、前記複数の冷凍・冷蔵ショーケースの環境温湿度と、あらかじめ設定した季節情報及び時間情報とを参照して行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の冷凍機の制御方法。
前記冷凍機の低圧設定値を上昇させるのに代えて、又は、同時に、前記冷凍機に搭載されている圧縮機の冷媒圧縮量を減量し、前記冷凍機の低圧設定値を下降させるのに代えて、又は、同時に、前記圧縮機の冷媒圧縮量を増量することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の冷凍機の制御方法。
前記冷媒圧縮量の増減量は、前記冷凍機に搭載されている複数の圧縮機の中で運転する圧縮機の数を選択して行うことを特徴とする請求項５記載の冷凍機の制御方法。