JP5490234B2 - 冷凍空調装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1における冷凍空調装置の概略図である。図2は、図1の蒸発器の拡大概略斜視図である。図3は、図1の蒸発器を含む周辺部分の拡大概略図である。図4は、図2において矢印A方向から見た蒸発器を含む周辺部分の正面図である。
本発明の実施の形態1における冷凍空調装置1は圧縮機2、凝縮器3、膨張手段としての膨張弁4、蒸発器5、凝縮器用送風機としての凝縮器用ファン6及び蒸発器用送風機としての蒸発器用ファン7を備えており、蒸発器5及び蒸発器用ファン7は冷凍・冷蔵倉庫11の内部に設置されている。
図5に示すように、冷凍空調装置1は、冷凍空調装置1全体を制御する制御装置25を備えており、制御装置25に、圧縮機2、膨張弁4、凝縮器用ファン6、蒸発器用ファン7、電源スイッチや温度等の設定が可能な入力操作手段10、着霜検知手段22、蒸発器用ヒータ21及びドレンパン用ヒータ24が接続されている。制御装置25は、入力操作手段10からの信号に基づいて圧縮機2、膨張弁4、凝縮器用ファン6、蒸発器用ファン7を制御したり、着霜検知手段22の受光素子22bの出力から光強度Pを算出し、光強度Pに基づき着霜状態を判定したり、後述のフローチャートに従った制御を行う。制御装置25は具体的にはマイコン等で構成される。
図7から明かなように、蒸発器5に霜が付着すると、次第に冷却能力が低下する。
時間が経過して着霜量が増えると、散乱光が増えるため、受光素子22bへ返ってくる光の量が増え、光強度(電圧でもよい)が次第に増加する。なお、P0 は霜が無い状態のフィン5aからの反射光の光強度である。図9に示すように、時間経過とともに光強度Pが光強度P0 から次第に増加しており、光強度Pと着霜量との間には相関関係があることが明らかである。従って、この関係を利用して光強度から着霜量を判断することが可能である。このため、本例では、予め実験により着霜量と光強度との関係を取得しておき、運転中の着霜量が、所望の冷却能力を維持できる限界の着霜量(この着霜量以上になると所望の冷却能力が得られなくなる限界の着霜量に相当)に達したとき、除霜運転を開始する制御を行う。具体的には、所望の冷却能力を維持できる限界の着霜量のときの光強度(この光強度を以下では光強度Psとする)を予め求めておき、運転中の光強度Pが光強度Psに到達したとき、除霜運転を開始する制御を行えば良い。
図10は、フィン5aの表面に霜が付着している状態から除霜運転を開始し、霜が無い状態に変化するときの光強度の変化(電圧と時間の関係でもよい)を示す図である。
除霜を開始すると霜の温度が次第に上昇し、0℃まで上昇すると、霜が溶け始める。このとき霜の透明度が増すため、散乱光が減り、受光素子22bへ返ってくる光の量が減り、光強度(電圧でもよい)が急激に低下し始める(図10の点a)。その後、霜が取り除かれるに従い、光強度(電圧)が低下し、蒸発器5表面に霜や露が完全に無くなると(図10の点b)、光強度(電圧)はP0(V0)で安定する。従って、予め実験により光強度Psの状態から除霜運転を開始した場合の光強度Pの変化を測定し、着霜状態に応じた光強度の変化を把握しておくことで、運転中の着霜検知手段22の検知結果から、現在の着霜状態がどのような状態にあるのかを判定することが可能となる。
制御装置25は、入力操作手段から冷却運転の開始が指示されると(S−1)、圧縮機2等を駆動して冷却運転を開始するとともに、着霜検知手段22の受光素子22bの出力から光強度P(電圧)を算出する。そして、算出した光強度Pが予め設定された光強度Ps(Von)以上か否かを判定する(S−2)。光強度PがPs(Von)以上になったと判定した場合、除霜運転を開始する。すなわち、蒸発器5の除霜を行うために、蒸発器用ヒータ21に通電を開始する(S−3)。
以上の実施の形態1では、着霜検知手段22の光強度(電圧)の絶対値を用いて着霜状態を判定するようにしていたが、着霜状態に対する光強度(電圧)の絶対値は経年劣化(光学面の汚れ等)により異なってくる。実施の形態2は、このような場合を想定した実施形態である。
図15に示すように、経年劣化時は、着霜検知手段22の受光素子22bの受光面の汚れ等の影響で、初期時に比べて受光素子22bで受光される受光量が低下し、光強度Pが低下する。このように初期時と経年劣化時とでは、光強度Pの絶対値は異なるものの、光強度Pの変化の挙動自体は略同じである。すなわち、経年変化により、着霜状態に対する光強度(電圧)の絶対値が異なっていたとしても、除霜開始から蒸発器5の霜が溶け始める時間taに至るまでの光強度(電圧)の変化勾配、言い換えれば、光強度(電圧)の傾きは略同じである。また、光強度(電圧)が急激に低下し始めたときの光強度(電圧)の傾きについても初期時と経年劣化時とでは略同じである。実施の形態2は、この点を利用したものであり、光強度(電圧)の傾きに基づき着霜状態を判定し、蒸発器5の除霜制御やドレンパン23の加熱制御を行うようにしている。
制御装置25は、冷却運転の開始が指示されると(S−11)、冷却時間が予め設定した時間trを経過したかどうか判定する(S−12)。この時間trは、所望の冷却能力が維持できる限界の時間(この時間以上になると所望の冷却能力が得られなくなる限界の時間に相当)として設定される。そして、tr経過したと判定した場合、除霜運転を開始する。すなわち、蒸発器5の除霜を行うために、蒸発器用ヒータ21に通電を開始する(S−13)。
以上の実施の形態1、2では、蒸発器用ヒータ21の停止タイミングを、着霜検知手段22による光強度(電圧)の絶対値又は傾きの絶対値に基づき判断していた。これに対し、実施の形態3ではドレンパン温度に基づき蒸発器用ヒータ21の停止タイミングを判定するようにしたものである。
実施の形態3の冷凍空調装置は、実施の形態1、2の構成に加え、更にドレンパン23の温度を検出するドレンパン温度検出手段26を備えたもので、その他の構成は実施の形態1、2と同様である。なお、実施の形態1、2と同様の構成部分について適用される変形例は、本実施の形態3についても同様に適用される。
ドレンパン温度検出手段26の検出値は、除霜運転の開始(蒸発器用ヒータON)とともに上昇し、ドレンパン用ヒータ24をON後、更に上昇してMAXに達する。そして、蒸発器5の霜が溶けてドレンパン23に流れ落ちてくると同時に検出値が低下し始める。除霜が進むに従ってドレンパン温度検出手段26の検出値が低下していく。蒸発器5の除霜が終了してドレンパン23への除霜水の供給が無くなると、ドレンパン温度検出手段26の検出値が再び上昇し始める。ドレンパン温度検出手段26の検出値はこのような変化特性となることから、ドレンパン温度検出手段26の検出値が減少した後、再び上昇し始めるタイミングtbを蒸発器用ヒータ21の停止タイミングとすればよい。
ステップS−11〜S−15までは実施の形態2と同様である。実施の形態3では、ドレンパン用ヒータ24に通電(S−15)後、制御装置25は、ドレンパン温度検出手段26により検出された温度の時系列データから極小値を検知(温度が減少状態から上昇状態に移行するタイミングを検知)することにより上記タイミングtbの検知をする(S−16A)。制御装置25は、ドレンパン23の温度変化の極小値を検知すると、蒸発器用ヒータ21の通電を停止する(S−17)。その後の動作は実施の形態2と同様である。
実施の形態4は、実施の形態1、2、3とは別の除霜開始タイミングの判定方法を提案するものである。
通常、除霜運転は、図22に示すように、除霜運転を開始してから次の除霜運転を開始するまでの除霜周期が設定されており、着霜状況によらず、除霜周期で定期的に除霜運転が開始される。つまり、着霜量が少なく除霜が不必要な場合でも、除霜周期の除霜開始タイミングとなると強制的に除霜運転を行うようにしている。よって、消費電力の増大や庫内温度上昇による入庫品の品質劣化などの問題が発生する。
制御装置25は、入力操作手段から冷却運転の開始が指示されると(S−21)、冷却時間が予め設定した時間(除霜周期)tsを経過したかどうか判定する(S−22)。そして、ts経過したと判定した場合、除霜周期をカウントするタイマーをリセットする(S−23)。次いで、現在の着霜検知手段22の光強度(電圧)Pnと予め設定された後述の閾値P_thとを比較し(S−24)、PnがP_th以上の場合には、除霜運転が必要と判断して直ちに除霜運転を開始(S−27)する。一方、PnがP_thよりも小さい場合には、除霜運転を開始するに先だって、以下の処理を行う。
Pmax :フィン5a間が完全に閉塞したときの着霜検知手段22の光強度(電圧)
P0 :無着霜時の光強度(電圧)
ft_limit:冷凍・冷蔵倉庫11内を設定温度に維持可能な冷却能力を得られる限界の霜層厚さ
FP :フィンピッチ
t_fin:フィン板厚
Claims (17)
- 圧縮機、凝縮器、膨張手段及び蒸発器を接続して構成され冷房運転を行う冷凍サイクルと、
前記蒸発器を加熱する蒸発器用加熱装置と、
前記蒸発器からのドレン水を受けて排出するドレンパンと、
該ドレンパンを加熱するドレンパン用加熱装置と、
前記蒸発器に光を照射する発光素子と前記蒸発器からの反射光を受けてこの反射光に応じた電圧を出力する受光素子とを備えた着霜検知手段と、
ドレンパン温度検出手段と、
前記蒸発器用加熱装置及び前記ドレンパン用加熱装置のON/OFFをそれぞれ制御する制御装置とを有し、
該制御装置は、前記着霜検知手段の出力から前記蒸発器の着霜状態を判定し、その判定結果に応じて前記蒸発器用加熱装置及び前記ドレンパン用加熱装置をそれぞれ個別に制御するものであり、
前記蒸発器用加熱装置をON後、前記ドレンパン温度検出手段の検出温度が極小値となったことを検知した場合、前記蒸発器に霜が無くなったと判定して前記蒸発器用加熱装置をOFFする冷凍空調装置。 - 前記制御装置は、前記ドレンパン温度検出手段の検出値がMAX値となってから前記極小値となるまでの時間から着霜量を推測し、推定した着霜量に基づき水切り時間を決定し、前記蒸発器用加熱装置をOFF後、前記水切り時間が経過すると、前記ドレンパン用加熱装置をOFFする請求項1記載の冷凍空調装置。
- 圧縮機、凝縮器、膨張手段及び蒸発器を接続して構成され冷房運転を行う冷凍サイクルと、
前記蒸発器を加熱する蒸発器用加熱装置と、
前記蒸発器からのドレン水を受けて排出するドレンパンと、
該ドレンパンを加熱するドレンパン用加熱装置と、
前記蒸発器に光を照射する発光素子と前記蒸発器からの反射光を受けてこの反射光に応じた電圧を出力する受光素子とを備えた着霜検知手段と、
前記蒸発器用加熱装置及び前記ドレンパン用加熱装置のON/OFFをそれぞれ制御する制御装置とを有し、
該制御装置は、前記着霜検知手段の出力から前記蒸発器の着霜状態を判定し、その判定結果に応じて前記蒸発器用加熱装置及び前記ドレンパン用加熱装置をそれぞれ個別に制御し、また、除霜運転中の前記着霜検知手段の出力値から、前記蒸発器用加熱装置の故障を検知する冷凍空調装置。 - 前記制御装置は、前記着霜検知手段の出力から、前記蒸発器の着霜状態が所望の冷却能力を維持できる限界の着霜状態に達したと判定した場合、前記蒸発器用加熱装置をONし、前記ドレンパン用加熱装置はONしない請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の冷凍空調装置。
- 前記制御装置は、前記着霜検知手段の出力電圧V又は該出力電圧Vから算出した光強度Pが、所定の電圧Von又は所定の光強度Ps以上になった場合、前記蒸発器の着霜状態が所望の冷却能力を維持できる限界の着霜状態に達したと判定する請求項4記載の冷凍空調装置。
- 前記制御装置は、前記着霜検知手段の出力から、前記蒸発器の霜が溶け始めたと判定した場合、前記ドレンパン用加熱装置をONする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の冷凍空調装置。
- 前記制御装置は、前記着霜検知手段の出力電圧V又は該出力電圧Vから算出した光強度Pが、前記蒸発器用加熱装置をON後、所定の電圧Vdon又は所定の光強度Pds以下になった場合、前記蒸発器の霜が溶け始めたと判定する請求項6記載の冷凍空調装置。
- 前記制御装置は、前記蒸発器用加熱装置をON後の前記着霜検知手段の出力電圧の傾きを逐次算出し、該傾きの絶対値が、第1の傾き閾値以上となった場合、前記蒸発器の霜が溶け始めたと判定する請求項6記載の冷凍空調装置。
- 前記制御装置は、前記蒸発器用加熱装置をON後、前記着霜検知手段の出力から、前記蒸発器に霜が無くなったと判定した場合、前記蒸発器用加熱装置をOFFする請求項3乃至請求項8の何れか1項に記載の冷凍空調装置。
- 前記制御装置は、前記着霜検知手段の出力電圧V又は該出力電圧Vから算出した光強度Pが、前記蒸発器用加熱装置をON後、所定の電圧Voff又は所定の光強度P0以下となった場合、前記蒸発器に霜が無くなったと判定する請求項9記載の冷凍空調装置。
- 前記制御装置は、前記ドレンパン用加熱装置をON後の前記着霜検知手段の出力電圧の傾きの絶対値が、第2の傾き閾値以下となる状態が所定時間継続した場合、前記蒸発器に霜が無くなったと判定する請求項9に記載の冷凍空調装置。
- 前記制御装置は、前記蒸発器用加熱装置をOFF後、予め設定した水切り時間が経過すると、前記ドレンパン用加熱装置をOFFする請求項1乃至請求項11の何れか1項に記載の冷凍空調装置。
- 前記制御装置は、前記蒸発器用加熱装置をONしてから前記ドレンパン用加熱装置をONさせるまでの時間から着霜量を推測し、推測した着霜量に基づき前記蒸発器用加熱装置をOFFしてから前記ドレンパン用加熱装置をOFFするまでの水切り時間を推測し、該水切り時間になると、前記ドレンパン用加熱装置をOFFする請求項1乃至請求項12の何れか1項に記載の冷凍空調装置。
- 前記ドレンパン用加熱装置がIHヒータである請求項1乃至請求項13の何れか1項に記載の冷凍空調装置。
- 前記ドレンパン用加熱装置が圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒を利用したものである請求項1乃至請求項13の何れか1項に記載の冷凍空調装置。
- 前記着霜検知手段を、前記蒸発器全体の着霜状態が検知可能なように前記蒸発器に対して移動可能に取り付けた請求項1乃至請求項15の何れか1項に記載の冷凍空調装置。
- 圧縮機、凝縮器、膨張手段及び蒸発器を接続して構成され冷房運転を行う冷凍サイクルと、
前記蒸発器を加熱する蒸発器用加熱装置と、
前記蒸発器からのドレン水を受けて排出するドレンパンと、
該ドレンパンを加熱するドレンパン用加熱装置と、
前記蒸発器に光を照射する発光素子と前記蒸発器からの反射光を受けてこの反射光に応じた電圧を出力する受光素子とを備えた着霜検知手段と、
前記蒸発器用加熱装置のON/OFFを制御する制御装置とを有し、
該制御装置は、除霜運転を開始してから次の除霜運転を開始するまでの除霜周期を予め有し、除霜周期における除霜開始タイミングとなると、次回の除霜開始タイミングにおける霜層厚さを前記着霜検知手段の検出結果に基づき求め、前記霜層厚さに基づいて除霜運転の要否を判定し、除霜運転が不必要と判定した場合は除霜運転をキャンセルして冷却運転を継続し、除霜運転が必要と判定した場合は前記蒸発器用加熱装置をONして除霜運転を開始する冷凍空調装置。
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