JP6179333B2

JP6179333B2 - 冷却装置およびショーケース

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Publication number: JP6179333B2
Application number: JP2013213060A
Authority: JP
Inventors: 崇志白木; 後藤　幹生; 幹生後藤
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2017-08-16
Anticipated expiration: 2033-10-10
Also published as: JP2015075310A

Description

この発明は、冷却装置およびショーケースに関し、特に、回転速度を制御可能な圧縮機を備えた冷却装置およびショーケースに関する。

従来、インバータ制御などにより回転速度を制御可能な圧縮機を備えた冷却装置が知られている。この冷却装置は、圧縮機の回転速度が下限近傍の場合、回転速度をさらに下げることができないため冷却温度を正確に制御することが困難であった。そこで、圧縮機の回転速度が下限近傍になった場合でも冷却温度の制御を正確に行うべく、種々の技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、回転速度を制御可能な圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とを含み、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、圧縮機の回転速度を制御する制御部とを備える冷却装置が開示されている。この特許文献１の冷却装置では、制御部は、冷却温度が予め設定した温度に対して所定の温度分だけ低い低負荷温度以下になった場合に、圧縮機の回転速度を制御するモードから、圧縮機の回転速度を下限値に固定して膨張弁の開度を制御するモードに移行するように構成されている。これにより、圧縮機の回転速度が下限近傍の場合にも、膨張弁の開度制御により、冷却温度の制御が正確に行われる。

特許第４９７０１９９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された冷却装置では、制御部は、冷却温度が予め設定した温度に対して所定の温度分だけ低い低負荷温度以下になった場合に、圧縮機の回転速度を制御するモードから、圧縮機の回転速度を下限値に固定して膨張弁の開度を制御するモードに移行するように構成されているため、冷却温度が設定した温度に対して低い場合でも常に圧縮機を駆動させる必要があり、装置の省エネルギー化を図ることが困難であるという問題点がある。

また、従来では、上記特許文献１以外の一般的な構成として、冷却温度が、予め設定した温度を中心とする所定の温度範囲の下限温度を下回った場合に圧縮機の駆動を停止するとともに停止後所定の温度範囲の上限温度を超えた場合に圧縮機を再起動するような構成の冷却装置が知られている。この冷却装置では、圧縮機の回転速度を下限速度で駆動した場合に予め設定した温度と駆動を停止する下限温度との間（上記所定の温度範囲内）で冷却温度が推移した場合に、圧縮機の駆動が停止されずに冷却温度が常に冷却目標温度より低い状態で推移する。この場合、冷却が過剰になり、その分、エネルギーの消費が増大するという問題点がある。また、この場合、冷却温度を冷却目標温度に精度よく近づけることが困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、圧縮機の回転速度が下限近傍になった場合でも冷却温度の制御を精度よく行いつつ、省エネルギー化を図ることが可能な冷却装置およびショーケースを提供することである。

この発明の第１の局面による冷却装置は、回転速度を制御可能な圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とを含み、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、圧縮機の回転速度を制御する制御部とを備え、制御部は、冷却目標温度値と測定温度値との差を積算して正負の符号を考慮した温度差積算量を取得し、取得した温度差積算量が負の第１積算量未満となった場合に、圧縮機を停止するように構成されている。

この発明の第１の局面による冷却装置では、上記のように、制御部を、冷却目標温度値と測定温度値との差を積算して正負の符号を考慮した温度差積算量を取得し、取得した温度差積算量が負の第１積算量未満となった場合に、圧縮機を停止するように構成することによって、測定温度が冷却目標温度より低い状態で推移している場合に圧縮機の駆動が停止されるので、圧縮機が停止される分、省エネルギー化を図ることができる。また、温度差積算量が負の第１積算量未満となった際に圧縮機が停止されるので、圧縮機の回転速度が下限近傍になった場合に圧縮機の駆動が停止されずに冷却温度が冷却目標温度より常に低い状態で推移する場合と異なり、冷却平均温度が冷却目標温度に対して常に低くなることを抑制することができる。これにより、冷却しすぎを抑制して、圧縮機の回転速度が下限近傍になった場合でも冷却温度の制御を精度よく行いつつ、省エネルギー化を図ることができる。

上記第１の局面による冷却装置において、好ましくは、制御部は、圧縮機を停止後、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を継続して行い、温度差積算量が第２積算量より大きくなった場合に、圧縮機を再起動するように構成されている。このように構成すれば、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を継続して行うことによって、圧縮機を停止した際に温度差積算量をリセットする場合と異なり、圧縮機の停止の前後の温度推移を考慮することができるので、圧縮機の停止および再起動により冷却平均温度を冷却目標温度に精度よく近づけることができる。

上記第１の局面による冷却装置において、好ましくは、制御部は、冷却目標温度値と測定温度値との差の絶対値が所定の値より小さい場合、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を行わないように構成されている。このように構成すれば、冷却温度が冷却目標温度と略同じである場合のように冷却温度と冷却目標温度との差の絶対値が小さい場合に、冷却目標温度値と測定温度値との差が積算されて温度差積算量が第１積算量未満になった場合に圧縮機が停止されてしまうのを抑制することができる。

上記第１の局面による冷却装置において、好ましくは、制御部は、圧縮機の回転速度が所定の速度より大きい場合、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を行わない、または、温度差積算量をリセットするように構成されている。ここで、圧縮機の回転速度が所定の速度より大きい場合には、圧縮機の回転速度を制御するだけで冷却温度を正確に調整することができるので、このような場合には、積算を行わないか、または、積算量をリセットすることによって、冷却目標温度値と測定温度値との差が積算されて圧縮機が停止されてしまうのを抑制することができる。

上記第１の局面による冷却装置において、好ましくは、制御部は、冷却目標温度値と測定温度値との差を積算し、温度差積算量が第３積算量未満となった場合に、通常運転モードから圧縮機を一定回転速度以下で駆動させる低負荷モードに移行し、低負荷モードにおいて温度差積算量が負の第１積算量未満となった場合に、圧縮機を停止するように構成されている。このように構成すれば、低負荷モードにおいて、圧縮機を下限回転速度で駆動させる制御および圧縮機を停止させる制御を行うことによって、省エネルギー化を図りながら、冷却温度を精度よく冷却目標温度に近づけることができる。

この発明の第２の局面によるショーケースは、物品を収容する収容部と、回転速度を制御可能な圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とを含み、冷媒を循環させて収容部を冷却するための冷凍サイクルと、圧縮機の回転速度を制御する制御部とを備え、制御部は、冷却目標温度値と測定温度値との差を積算して正負の符号を考慮した温度差積算量を取得し、取得した温度差積算量が負の第１積算量未満となった場合に、圧縮機を停止するように構成されている。

この発明の第２の局面によるショーケースでは、上記のように、制御部を、冷却目標温度値と測定温度値との差を積算して正負の符号を考慮した温度差積算量を取得し、取得した温度差積算量が負の第１積算量未満となった場合に、圧縮機を停止するように構成することによって、測定温度が冷却目標温度より低い状態で推移している場合に圧縮機の駆動が停止されるので、圧縮機が停止される分、省エネルギー化を図ることができる。また、温度差積算量が負の第１積算量未満となった際に圧縮機が停止されるので、圧縮機の回転速度が下限近傍になった場合に圧縮機の駆動が停止されずに冷却温度が冷却目標温度より常に低い状態で推移する場合と異なり、冷却平均温度が冷却目標温度に対して常に低くなることを抑制することができる。これにより、冷却しすぎを抑制して、圧縮機の回転速度が下限近傍になった場合でも冷却温度の制御を精度よく行いつつ、省エネルギー化を図ることが可能なショーケースを提供することができる。

本発明によれば、上記のように、圧縮機の回転速度が下限近傍になった場合でも冷却温度の制御を精度よく行いつつ、省エネルギー化を図ることが可能な冷却装置およびショーケースを提供することができる。

本発明の一実施形態によるショーケースの概略的な全体構成を示したブロック図である。本発明の一実施形態によるショーケースの温度制御処理を示した図である。本発明の一実施形態によるショーケースの通常運転モード時の制御処理を示したフローチャートである。本発明の一実施形態によるショーケースの低負荷モードにおけるインバータ停止時の制御処理を示したフローチャートである。本発明の一実施形態によるショーケースの低負荷モードにおけるインバータ起動時の制御処理を示したフローチャートである。本発明の一実施形態によるショーケースの温度推移の一例を示した図である。比較例の状態１によるショーケースの温度推移を示した図である。比較例の状態２によるショーケースの温度推移を示した図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態によるショーケース１００の構成について説明する。なお、ショーケース１００は、本発明の「冷却装置」の一例である。

本実施形態によるショーケース１００は、図１に示すように、収容部１と、冷凍サイクル２と、制御部３と、駆動部４と、ＡＣ電源５と、センサ６とを備える。また、冷凍サイクル２は、圧縮機２１と、凝縮器２２と、膨張弁２３と、蒸発器２４とを含む。

収容部１は、商品などの物品（図示せず）を収容するように構成されている。また、収容部１は、冷凍サイクル２の蒸発器２４から吹出される冷気により冷却されるように構成されている。

冷凍サイクル２は、たとえば二酸化炭素（ＣＯ_２）などの冷媒を圧縮機２１、凝縮器２２、膨張弁２３および蒸発器２４に循環させて収容部１を冷却させるように構成されている。

圧縮機２１は、ＡＣ電源５から供給される交流電力により駆動される駆動部４により回転駆動されるように構成されている。また、圧縮機２１は、冷凍サイクル２における低圧側から吸入されたガス冷媒を圧縮して高圧側に吐出する役割を有している。また、圧縮機２１には、回転数（運転周波数）の変更により冷媒吐出量が制御可能なインバータ制御式圧縮機が用いられている。

凝縮器２２は、内部を流通する過熱ガス状態の冷媒を外部空気を用いて冷却する機能を有している。また、凝縮器２２内で凝縮（液化）された冷媒は、膨張弁２３に流入される。

膨張弁２３は、凝縮器２２で冷却（液化）された冷媒を絞り膨張（減圧）させて蒸発器２４に供給する役割を有している。また、膨張弁２３は、パルス制御により駆動されるステッピングモータの駆動力を利用して弁機構を開閉駆動されるように構成されている。また、膨張弁２３により絞り膨張された液冷媒は、気相および液相からなる気液二相状態のまま蒸発器２４に流入される。

蒸発器２４には、送風機（図示せず）が設けられており、物品を冷却するための空気（冷気）が送風機によって蒸発器２４と収容部１との間を循環するように構成されている。また、蒸発器２４は、流通する冷媒が蒸発（気化）する際に、流通する空気から熱を奪って循環空気を冷却する。また、蒸発器２４における蒸発後の冷媒は、気相を多く含んだガス状態となって圧縮機２１に戻される。このように、冷凍サイクル２では、圧縮機２１から吐出された冷媒が、凝縮器２２、膨張弁２３、蒸発器２４の順に流れて圧縮機２１に帰還されるサイクルを繰り返す。

制御部３は、ショーケース１００全体を制御するように構成されている。また、制御部３は、圧縮機２１の回転速度を制御するように構成されている。具体的には、制御部３は、駆動部４に回転速度指令およびＯＮ／ＯＦＦ指令を送信して、圧縮機２１の回転速度を制御するように構成されている。また、制御部３は、ＡＣ電源５から供給される交流電力の周波数をおよび電力を変換して制御するインバータ制御により、圧縮機２１の回転速度を制御するように構成されている。

また、制御部３は、図２に示すように、制御対象（冷凍サイクル２）から収容部１に吹出される冷気の吹出温度（測定温度）を測定し、冷却目標温度と比較して、演算部により、圧縮機２１の回転速度を算出して、制御対象（冷凍サイクル２）をフィードバック制御するように構成されている。たとえば、吹出温度が冷却目標温度よりも高い場合は、制御部３は、圧縮機２１の回転速度を高くするように制御する。また、吹出温度が冷却目標温度よりも低い場合は、制御部３は、圧縮機２１の回転速度を低くするように制御する。これにより、吹出温度を冷却目標温度に近づけることが可能である。また、吹出温度を冷却目標温度近傍に保つことが可能である。

ここで、本実施形態では、制御部３は、冷却目標温度値と測定温度値との差（測定温度値から冷却目標温度値を引いた値）を積算して正負の符号を考慮した温度差積算量Ｉを取得し、取得した温度差積算量Ｉが負の第１積算量Ｉａ未満となった場合（図６の時間ｔ１および時間ｔ３）に、圧縮機２１を停止するように構成されている。具体的には、制御部３は、センサ６により検出した蒸発器２４から吹き出される冷気（循環空気）の吹出温度（測定温度）を取得し、測定温度値から冷却目標温度値を引いた値を積算して温度差積算量Ｉを算出するように構成されている。また、制御部３は、所定の時間（たとえば、１０秒）間隔毎に冷却目標温度値と測定温度値との差を算出するように構成されている。なお、第１積算量Ｉａは、たとえば、冷却目標温度から１℃〜２℃低下した状態が１０分程度継続した状態の値に設定されている。たとえば、第１積算量Ｉａ＝−１００℃に設定されている。

また、制御部３は、冷却目標温度値と測定温度値との差の絶対値が所定の値より小さい場合、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を行わないように構成されている。たとえば、制御部３は、冷却目標温度値と測定温度値との差が−０．５℃より大きく＋０．５℃より小さい場合、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を行わないように構成されている。つまり、制御部３は、吹出温度（測定温度）が冷却目標温度に略一致しているとみなせる場合、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を行わないように構成されている。また、制御部３は、冷却目標温度値と測定温度値との差が−０．５℃以下または＋０．５℃以上の場合、冷却目標温度と測定温度の差から不感帯温度（略一致しているとみなせる誤差）（たとえば、０．５℃）を減算して、冷却目標温度値と測定温度値との差を積算するように構成されている。

また、制御部３は、圧縮機２１の回転速度が所定の速度より大きい場合、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を行わないとともに、温度差積算量Ｉａをリセットする（＝０にする）ように構成されている。つまり、制御部３は、圧縮機２１の回転速度を低くすることにより、温度を上げることができる場合は、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を行わないように構成されている。

また、制御部３は、冷却目標温度値と測定温度値との差を積算し、温度差積算量Ｉが第３積算量未満となった場合（図６の時間ｔ１）に、通常運転モードから圧縮機２１を一定回転速度以下で駆動させる低負荷モードに移行し、低負荷モードにおいて温度差積算量Ｉが負の第１積算量未満となった場合に、圧縮機２１を停止するように構成されている。なお、低負荷モードは、圧縮機２１の回転を、下限回転速度で回転させる、または回転を停止させて、冷却温度を制御するモードである。また、下限回転速度は、圧縮機２１の機械的に下限の回転速度、および、下限の回転速度に安全係数を見込んだ回転速度を含む。また、第３積算量は、たとえば、冷却目標温度から１℃〜２℃低下した状態が１０分程度継続した状態の値に設定されている。たとえば、−１００℃に設定されている。つまり、第１積算量と第３積算量とは同じ値が設定されている。これにより、通常運転モードから低負荷モードに移行した場合、即時に圧縮機２１（インバータ）が停止（図６の時間ｔ１）される。また、低負荷モードで圧縮機２１が回転駆動している場合は、温度差積算量Ｉが第１積算量未満となった場合に、圧縮機２１が停止（図６の時間ｔ３）される。

また、制御部３は、圧縮機２１を停止後、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を継続して行い、温度差積算量Ｉが第２積算量（たとえば０）より大きくなった場合（図６の時間ｔ２）に、圧縮機２１を再起動するように構成されている。つまり、温度差積算量Ｉが正の値になった場合に、圧縮機２１が再起動される。これは、図６に示すように、吹出温度（測定温度）が冷却目標温度を下回る領域の面積と、吹出温度（測定温度）が冷却目標温度を上回る領域の面積とが等しくなったことを示し、温度差積算量Ｉを積算開始してからの吹出温度（測定温度）の平均が冷却目標温度になったことを意味する。

また、制御部３は、圧縮機２１を起動する際に、下限回転速度で回転させて駆動するように構成されている。これにより、圧縮機２１の起動時に回転数を高くすることにより、急激に温度が下がり再びすぐに回転を停止させることが繰り返されることに起因する冷却温度の振れが大きくなるのを抑制することが可能である。また、圧縮機２１の停止、起動が短時間で繰り返されることを抑制して、圧縮機２１の損傷を防止することが可能である。

また、制御部３は、低負荷モードに移行後、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を継続して行い、温度差積算量Ｉが０より大きくなり、かつ、低負荷モードに移行後一定時間（収容部１の大きさにもよるが、たとえば、１０分）が経過している場合、低負荷モードから通常運転モードに移行するように構成されている。

駆動部４は、制御部３から受信した回転速度およびＯＮ／ＯＦＦ指令に基づいて、圧縮機２１を駆動するように構成されている。また、駆動部４は、圧縮機２１をＡＣ電源５からの交流電力により駆動するように構成されている。

センサ６は、収容部１に吹出される空気の吹出温度（冷却温度）を検出するように構成されている。また、センサ６は、制御部３に接続されており、検出した吹出温度を制御部３に送信するように構成されている。

次に、図３を参照して、本実施形態のショーケース１００の制御部３による通常運転モード時の制御処理について説明する。

図３のステップＳ１において、制御部３は、センサ６により検出された吹出温度Ｔｂを取得する。ステップＳ２において、制御部３は、取得した吹出温度（冷却温度）Ｔｂと冷却目標温度Ｔｂ０とに基づいて、圧縮機２１を回転駆動するための回転速度指令を駆動部４に送信する。ステップＳ３において、制御部３は、圧縮機２１の回転速度Ｆが所定の回転速度ＦＡ以下であるか否かを判断する。ＦがＦＡ以下であれば、ステップＳ４に進み、ＦがＦＡより大きければステップＳ７に進む。なお、所定の回転速度ＦＡは、圧縮機２１の回転速度の制御により冷却温度を制御することが可能な圧縮機２１の回転速度に基づいて設定されている。

ステップＳ４において、制御部３は、吹出温度Ｔｂが冷却目標温度Ｔｂ０以上であるか否かを判断する。ＴｂがＴｂ０以上であれば、ステップＳ５に進み、ＴｂがＴｂ０未満であれば、ステップＳ８に進む。ステップＳ５において、制御部３は、吹出温度Ｔｂが冷却目標温度Ｔｂ０に不感帯温度Ｔｂ１（たとえば、０．５℃）を加えた値より大きいか否かを判断する。つまり、制御部３は、測定誤差を考慮して吹出温度Ｔｂが冷却目標温度Ｔｂ０と略同じであるか否かを判断する。ＴｂがＴｂ０＋Ｔｂ１よりも大きい場合、ステップＳ６に進み、ＴｂがＴｂ０＋Ｔｂ１以下である場合、処理を終了する。つまり、ＴｂがＴｂ０＋Ｔｂ１以下である場合、冷却目標温度Ｔｂ０と吹出温度（測定温度）Ｔｂとの差の積算は行われない。

ステップＳ６において、制御部３は、Ｉ＝Ｉ＋（Ｔｂ−Ｔｂ０−Ｔｂ１）として、温度差積算量Ｉを更新する。つまり、制御部３は、吹出温度（測定温度）Ｔｂと冷却目標温度Ｔｂ０との差から不感帯温度Ｔｂ１を差し引いて温度差積算量Ｉを積算する。

ステップＳ３において、ＦがＦＡよりも大きいと判断された場合、ステップＳ７において、制御部３は、Ｉ＝０として、温度差積算量Ｉをリセットする。また、この場合、冷却目標温度Ｔｂ０と吹出温度（測定温度）Ｔｂとの差の積算は行われない。その後、処理が終了される。

ステップＳ４において、ＴｂがＴｂ０よりも小さいと判断された場合、ステップＳ８において、制御部３は、吹出温度Ｔｂが冷却目標温度Ｔｂ０に不感帯温度Ｔｂ２（たとえば、０．５℃）を減じた値より小さいか否かを判断する。つまり、制御部３は、測定誤差を考慮して吹出温度Ｔｂが冷却目標温度Ｔｂ０と略同じであるか否かを判断する。ＴｂがＴｂ０−Ｔｂ２よりも小さい場合、ステップＳ９に進み、ＴｂがＴｂ０−Ｔｂ２以上である場合、ステップＳ１０に進む。つまり、ＴｂがＴｂ０−Ｔｂ２以上である場合、冷却目標温度Ｔｂ０と吹出温度（測定温度）Ｔｂとの差の積算は行われない。

ステップＳ９において、制御部３は、Ｉ＝Ｉ−（Ｔｂ０−Ｔｂ２−Ｔｂ）（Ｉ＝Ｉ＋（Ｔｂ−Ｔｂ０＋Ｔｂ２））として、温度差積算量Ｉを更新する。つまり、制御部３は、吹出温度（測定温度）Ｔｂと冷却目標温度Ｔｂ０との差に不感帯温度Ｔｂ２を加えて温度差積算量Ｉを積算する。その後、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０において、制御部３は、温度差積算量Ｉが第１積算量Ｉａ未満か否かを判断する。ＩがＩａ未満であれば、ステップＳ１１に進み、ＩがＩａ以上であれば、処理を終了する。ステップＳ１１において、制御部３は、低負荷モードに移行して、処理を終了する。なお、通常運転モード時は、１０秒毎に吹出温度Ｔｂが測定されて、ステップＳ１〜Ｓ１１の処理が繰り返される。

次に、図４を参照して、本実施形態のショーケース１００の制御部３による低負荷モードにおけるインバータ（圧縮機）停止時の制御処理について説明する。

本処理では、圧縮機２１は回転が停止した状態からスタートする。図４のステップＳ２１において、制御部３は、センサ６により検出された吹出温度Ｔｂを取得する。ステップＳ２２において、制御部３は、吹出温度Ｔｂが冷却目標温度Ｔｂ０以上であるか否かを判断する。ＴｂがＴｂ０以上であれば、ステップＳ２３に進み、ＴｂがＴｂ０未満であれば、ステップＳ２７に進む。

ステップＳ２３において、制御部３は、吹出温度Ｔｂが冷却目標温度Ｔｂ０に不感帯温度Ｔｂ１（たとえば、０．５℃）を加えた値より大きいか否かを判断する。つまり、制御部３は、測定誤差を考慮して吹出温度Ｔｂが冷却目標温度Ｔｂ０と略同じであるか否かを判断する。ＴｂがＴｂ０＋Ｔｂ１よりも大きい場合、ステップＳ２４に進み、ＴｂがＴｂ０＋Ｔｂ１以下である場合、ステップＳ２５に進む。つまり、ＴｂがＴｂ０＋Ｔｂ１以下である場合、冷却目標温度Ｔｂ０と吹出温度（測定温度）Ｔｂとの差の積算は行われない。

ステップＳ２４において、制御部３は、Ｉ＝Ｉ＋（Ｔｂ−Ｔｂ０−Ｔｂ１）として、温度差積算量Ｉを更新する。つまり、制御部３は、吹出温度（測定温度）Ｔｂと冷却目標温度Ｔｂ０との差から不感帯温度Ｔｂ１を差し引いて温度差積算量Ｉを積算する。その後、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２５において、制御部３は、温度差積算量Ｉが０よりも大きいか否かを判断する。Ｉが０よりも大きければ（正であれば）、ステップＳ２６に進み、Ｉが０以下であれば、処理を終了する。ステップＳ２６において、制御部３は、圧縮機２１を下限回転速度で駆動させる。その後、処理を終了する。

ステップＳ２２において、ＴｂがＴｂ０よりも小さいと判断された場合、ステップＳ２７において、制御部３は、吹出温度Ｔｂが冷却目標温度Ｔｂ０に不感帯温度Ｔｂ２（たとえば、０．５℃）を減じた値より小さいか否かを判断する。つまり、制御部３は、測定誤差を考慮して吹出温度Ｔｂが冷却目標温度Ｔｂ０と略同じであるか否かを判断する。ＴｂがＴｂ０−Ｔｂ２よりも小さい場合、ステップＳ２８に進み、ＴｂがＴｂ０−Ｔｂ２以上である場合、処理を終了する。つまり、ＴｂがＴｂ０−Ｔｂ２以上である場合、冷却目標温度Ｔｂ０と吹出温度（測定温度）Ｔｂとの差の積算は行われない。

ステップＳ２８において、制御部３は、Ｉ＝Ｉ−（Ｔｂ０−Ｔｂ２−Ｔｂ）として、温度差積算量Ｉを更新する。つまり、制御部３は、吹出温度（測定温度）Ｔｂと冷却目標温度Ｔｂ０との差に不感帯温度Ｔｂ２を加えて温度差積算量Ｉを積算する。その後、処理を終了する。なお、低負荷モードにおいて圧縮機２１が停止されている場合は、１０秒毎に吹出温度Ｔｂが測定されて、ステップＳ２１〜Ｓ２８の処理が繰り返される。

次に、図５を参照して、本実施形態のショーケース１００の制御部３による低負荷モードにおけるインバータ（圧縮機）起動時の制御処理について説明する。

本処理では、圧縮機２１は下限回転速度で駆動している状態からスタートする。図５のステップＳ３１において、制御部３は、センサ６により検出された吹出温度Ｔｂを取得する。ステップＳ３２において、制御部３は、吹出温度Ｔｂが冷却目標温度Ｔｂ０以上であるか否かを判断する。ＴｂがＴｂ０以上であれば、ステップＳ３３に進み、ＴｂがＴｂ０未満であれば、ステップＳ３７に進む。

ステップＳ３３において、制御部３は、吹出温度Ｔｂが冷却目標温度Ｔｂ０に不感帯温度Ｔｂ１（たとえば、０．５℃）を加えた値より大きいか否かを判断する。つまり、制御部３は、測定誤差を考慮して吹出温度Ｔｂが冷却目標温度Ｔｂ０と略同じであるか否かを判断する。ＴｂがＴｂ０＋Ｔｂ１よりも大きい場合、ステップＳ３４に進み、ＴｂがＴｂ０＋Ｔｂ１以下である場合、ステップＳ３５に進む。つまり、ＴｂがＴｂ０＋Ｔｂ１以下である場合、冷却目標温度Ｔｂ０と吹出温度（測定温度）Ｔｂとの差の積算は行われない。

ステップＳ３４において、制御部３は、Ｉ＝Ｉ＋（Ｔｂ−Ｔｂ０−Ｔｂ１）として、温度差積算量Ｉを更新する。つまり、制御部３は、吹出温度（測定温度）Ｔｂと冷却目標温度Ｔｂ０との差から不感帯温度Ｔｂ１を差し引いて温度差積算量Ｉを積算する。その後、ステップＳ３５に進む。ステップＳ３５において、制御部３は、温度差積算量Ｉが０よりも大きく、かつ、解除タイマＳがＳａ以上か否かを判断する。なお、解除タイマＳは、低負荷モードに移行してからカウントが開始される。つまり、制御部３は、温度差積算量Ｉが０より大きくなり、かつ、低負荷モードに移行後一定時間Ｓａ経過したか否かを判断する。Ｉが０よりも大きく（正であり）、かつ、ＳがＳａ以上であれば、ステップＳ３６に進み、Ｉが０以下、または、ＳがＳａ未満であれば、処理を終了する。ステップＳ３６において、制御部３は、低負荷モードを解除して、通常運転モードに移行する。

ステップＳ３２において、ＴｂがＴｂ０よりも小さいと判断された場合、ステップＳ３７において、制御部３は、吹出温度Ｔｂが冷却目標温度Ｔｂ０に不感帯温度Ｔｂ２（たとえば、０．５℃）を減じた値より小さいか否かを判断する。つまり、制御部３は、測定誤差を考慮して吹出温度Ｔｂが冷却目標温度Ｔｂ０と略同じであるか否かを判断する。ＴｂがＴｂ０−Ｔｂ２よりも小さい場合、ステップＳ３８に進み、ＴｂがＴｂ０−Ｔｂ２以上である場合、ステップＳ３９に進む。つまり、ＴｂがＴｂ０−Ｔｂ２以上である場合、冷却目標温度Ｔｂ０と吹出温度（測定温度）Ｔｂとの差の積算は行われない。

ステップＳ３８において、制御部３は、Ｉ＝Ｉ−（Ｔｂ０−Ｔｂ２−Ｔｂ）として、温度差積算量Ｉを更新する。つまり、制御部３は、吹出温度（測定温度）Ｔｂと冷却目標温度Ｔｂ０との差に不感帯温度Ｔｂ２を加えて温度差積算量Ｉを積算する。ステップＳ３９において、制御部３は、温度差積算量Ｉが第１積算量Ｉａ未満か否かを判断する。ＩがＩａ未満であれば、ステップＳ４０に進み、ＩがＩａ以上であれば、処理を終了する。ステップＳ４０において、制御部３は、圧縮機２１の回転駆動を停止して、処理を終了する。なお、低負荷モードにおいて圧縮機２１が起動（駆動）されている場合は、１０秒毎に吹出温度Ｔｂが測定されて、ステップＳ３１〜Ｓ４０の処理が繰り返される。

次に、図６〜図８を参照して、本実施形態のショーケース１００および比較例における温度推移の一例について説明する。

図６に示すように、本実施形態のショーケース１００では、時間ｔ1までの期間は、圧縮機２１の回転速度を制御することにより、吹出温度（冷却温度）を制御する通常運転モードにより運転されている。また、通常運転モードにおいて、冷却目標温度値と測定温度値との差を積算した温度差積算量Ｉが負の第１積算量Ｉａ未満となった場合（時間ｔ１）、低負荷モードに移行するとともに、圧縮機２１が停止される。その後、温度差積算量Ｉをリセットせずに冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を継続して行い、温度差積算量Ｉが第２積算量（たとえば０）より大きくなった場合（時間ｔ２）に、圧縮機２１を再起動する。その後、温度差積算量Ｉをリセットせずに冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を継続して行い、温度差積算量Ｉが負の第１積算量Ｉａ未満となった場合（時間ｔ３）、圧縮機２１が停止される。

図７および図８に示す比較例では、吹出温度（冷却温度）が冷却目標温度より所定以上低下したＯＦＦ温度に達した場合に、圧縮機が停止され、圧縮機停止後、吹出温度（冷却温度）が冷却目標温度より所定以上上昇したＯＮ温度に達した場合に、圧縮機が再起動されるように構成されている。

図７に示す比較例の状態１では、時間ｔ１１（ｔ１３）において、吹出温度（冷却温度）がＯＦＦ温度に達したことにより、圧縮機が停止されている。また、圧縮機停止後、時間ｔ１２（ｔ１４）において、吹出温度（冷却温度）がＯＮ温度に達したことにより、圧縮機が再起動されている。この場合、吹出温度（冷却温度）は、冷却目標温度近辺を上下するように推移している。

図８に示す比較例の状態２では、圧縮機を下限回転速度で駆動している場合に、吹出温度（冷却温度）が、冷却目標温度とＯＦＦ温度との間で安定して推移している。この場合、吹出温度（冷却温度）がＯＦＦ温度に達しないため、圧縮機は停止されず、下限回転速度での駆動が継続される。このため、平均温度が冷却目標温度に対して低くなる。この場合、無駄に冷却することになり、消費エネルギーが増大する。

本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、制御部３を、冷却目標温度値と測定温度値との差を積算して正負の符号を考慮した温度差積算量Ｉを取得し、取得した温度差積算量Ｉが負の第１積算量Ｉａ未満となった場合に、圧縮機２１を停止するように構成することによって、測定温度（吹出温度）が冷却目標温度より低い状態で推移している場合に圧縮機２１の駆動が停止されるので、圧縮機２１が停止される分、省エネルギー化を図ることができる。また、温度差積算量Ｉが負の第１積算量Ｉａ未満となった際に圧縮機２１が停止されるので、図８の比較例のように、圧縮機の回転速度が下限近傍になった場合に圧縮機の駆動が停止されずに冷却温度が冷却目標温度より常に低い状態で推移する場合と異なり、冷却平均温度が冷却目標温度に対して常に低くなることを抑制することができる。これにより、冷却しすぎを抑制して、圧縮機２１の回転速度が下限近傍になった場合でも冷却温度（吹出温度）の制御を精度よく行いつつ、省エネルギー化を図ることができる。

また、本実施形態では、制御部３を、圧縮機２１を停止後、冷却目標温度値と測定温度（吹出温度）値との差の積算を継続して行い、温度差積算量Ｉが第２積算量（＝０）より大きくなった場合に、圧縮機２１を再起動するように構成する。これにより、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を継続して行うことによって、圧縮機２１を停止した際に温度差積算量Ｉをリセットする場合と異なり、圧縮機２１の停止の前後の温度推移を考慮することができるので、圧縮機２１の停止および再起動により冷却平均温度（吹出温度の平均）を冷却目標温度に精度よく近づけることができる。

また、本実施形態では、制御部３を、冷却目標温度値と測定温度（吹出温度）値との差の絶対値が所定の値より小さい場合、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を行わないように構成する。これにより、冷却温度（吹出温度）が冷却目標温度と略同じである場合のように冷却温度と冷却目標温度との差の絶対値が小さい場合に、冷却目標温度値と測定温度値との差が積算されて温度差積算量Ｉが第１積算量Ｉａ未満になった場合に圧縮機２１が停止されてしまうのを抑制することができる。

また、本実施形態では、制御部３を、圧縮機２１の回転速度が所定の速度より大きい場合、冷却目標温度値と測定温度（吹出温度）値との差の積算を行わないとともに、温度差積算量Ｉをリセットするように構成する。ここで、圧縮機２１の回転速度が所定の速度より大きい場合には、圧縮機２１の回転速度を制御するだけで冷却温度（吹出温度）を正確に調整することができるので、このような場合には、積算を行わないとともに、積算量をリセットすることによって、冷却目標温度値と測定温度値との差が積算されて圧縮機２１が停止されてしまうのを抑制することができる。

また、本実施形態では、制御部３を、冷却目標温度値と測定温度（吹出温度）値との差を積算し、温度差積算量Ｉが第３積算量Ｉａ未満となった場合に、通常運転モードから圧縮機２１を一定回転速度以下で駆動させる低負荷モードに移行し、低負荷モードにおいて温度差積算量Ｉが負の第１積算量Ｉａ未満となった場合に、圧縮機２１を停止するように構成する。これにより、低負荷モードにおいて、圧縮機２１を下限回転速度で駆動させる制御および圧縮機２１を停止させる制御を行うことによって、省エネルギー化を図りながら、冷却温度（吹出温度）を精度よく冷却目標温度に近づけることができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、冷却装置としてのショーケースに本発明を適用した例について示したが、本発明はこれに限られない。ショーケース以外の冷却装置に本発明を適用してもよい。たとえば、冷却装置としての冷蔵庫、冷凍庫、エアコン、冷水器、冷凍車、自動販売機などに本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、インバータ制御（周波数制御）により圧縮機の回転速度を制御する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、圧縮機は、インバータ制御以外により回転数が制御されてもよい。たとえば、圧縮機は、直流モータを含み電流値の制御により回転数が制御されてもよい。

また、上記実施形態では、冷却目標温度値と測定温度値との差から不感帯温度を加減して温度差積算量を積算する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、不感帯温度を加減せずに、冷却目標温度値と測定温度値との差を温度差積算量として積算してもよい。

また、上記実施形態では、温度差積算量が負の第１積算量未満となった場合に、圧縮機を停止する制御を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、温度差積算量が負の第１積算量未満となった場合に、圧縮機を停止する制御と、測定温度が所定のしきい値未満となった場合に、圧縮機を停止する制御とを併用して行ってもよい。これにより、長期／短期の両面において測定温度と冷却目標温度とのかい離を抑制することができるので、安定的かつ効率的に冷却することが可能である。

また、上記実施形態では、温度差積算量が第２積算量より大きくなった場合に、圧縮機を再起動する制御を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、温度差積算量が負の第２積算量より大きくなった場合に、圧縮機を再起動する制御と、測定温度が所定のしきい値より大きくなった場合に、圧縮機を再起動する制御とを併用して行ってもよい。

また、上記実施形態では、圧縮機の回転速度が所定の速度より大きい場合、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を行わないとともに、温度差積算量をリセットする制御を行う構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、圧縮機の回転速度が所定の速度より大きい場合、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を行わない制御、または、温度差積算量をリセットする制御のいずれか一方を行う構成でもよい。

また、上記実施形態では、圧縮機を停止させる温度差積算量である第１積算量と、通常運転モードから低負荷モードに移行させる温度差積算量である第３積算量とを同じ値に設定する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１積算量と第３積算量とを異なる値にしてもよい。

また、上記実施形態では、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）を用いる構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、冷媒として二酸化炭素以外の冷媒を用いてもよい。たとえば、二酸化炭素以外の他の自然冷媒を用いてもよいし、オゾン層破壊係数がゼロの代替フロン冷媒を用いてもよい。

また、上記実施形態では、説明の便宜上、制御部の処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部の処理を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

１収容部
２冷凍サイクル
３制御部
２１圧縮機
２２凝縮器
２３膨張弁
２４蒸発器
１００ショーケース（冷却装置）

Claims

回転速度を制御可能な圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とを含み、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、
前記圧縮機の回転速度を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、冷却目標温度値と測定温度値との差を積算して正負の符号を考慮した温度差積算量を取得し、取得した前記温度差積算量が負の第１積算量未満となった場合に、前記圧縮機を停止するように構成されている、冷却装置。
前記制御部は、前記圧縮機を停止後、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を継続して行い、前記温度差積算量が第２積算量より大きくなった場合に、前記圧縮機を再起動するように構成されている、請求項１に記載の冷却装置。
前記制御部は、冷却目標温度値と測定温度値との差の絶対値が所定の値より小さい場合、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を行わないように構成されている、請求項１または２に記載の冷却装置。
前記制御部は、前記圧縮機の回転速度が所定の速度より大きい場合、冷却目標温度値と測定温度値との差の積算を行わない、または、前記温度差積算量をリセットするように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記制御部は、冷却目標温度値と測定温度値との差を積算し、前記温度差積算量が第３積算量未満となった場合に、通常運転モードから前記圧縮機を一定回転速度以下で駆動させる低負荷モードに移行し、低負荷モードにおいて前記温度差積算量が前記負の第１積算量未満となった場合に、前記圧縮機を停止するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却装置。
物品を収容する収容部と、
回転速度を制御可能な圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とを含み、冷媒を循環させて前記収容部を冷却するための冷凍サイクルと、
前記圧縮機の回転速度を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、冷却目標温度値と測定温度値との差を積算して正負の符号を考慮した温度差積算量を取得し、取得した前記温度差積算量が負の第１積算量未満となった場合に、前記圧縮機を停止するように構成されている、ショーケース。