(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体内所定箇所の空気温度とその設定値との偏差に基づき蒸発器への冷媒の流れを電磁弁を介してオン・オフ制御するショーケースの一または二以上と、これと冷凍サイクルを構成する共通な冷凍機と、これらショーケースおよび冷凍機を制御する総合コントローラからなる冷却装置において、この総合コントローラは、前記電磁弁の運転状態に基づいて、冷凍機に内蔵されるインバータ圧縮機の吸入冷媒圧力の設定値を求める圧力設定値演算部と；求められた吸入冷媒圧力の設定値とその実際値の偏差に基づいて、インバータ圧縮機に対する回転数指令を求める回転数指令演算部と；圧力設定値を、冷凍機能力が最低でもそのときのショーケース負荷に対し過剰な状態である能力絶対過剰状態、または、冷凍機能力が最高でもそのときのショーケース負荷に対し不足する状態である能力絶対不足状態の各状態に対応してそれぞれ予め定められた上限値および下限値に制限する処置部と；を備えることを特徴とするショーケース冷却装置。
【請求項２】
本体内所定箇所の空気温度とその設定値との偏差に基づき蒸発器への冷媒の流れを電磁弁を介してオン・オフ制御するショーケースの一または二以上と、内蔵する複数圧縮機の選択的運転によって能力制御されるマルチ冷凍機と、これらショーケースおよびマルチ冷凍機を制御する総合コントローラからなる冷却装置において、この総合コントローラは、前記電磁弁の運転状態に基づいて、マルチ冷凍機の圧縮機用吸入冷媒圧力の設定値を求める圧力設定値演算部と；求められた吸入冷媒圧力の設定値とその実際値の偏差に基づいて、複数圧縮機の選択的運転を指令する冷凍能力制御部と；圧力設定値を、冷凍機能力が最低でもそのときのショーケース負荷に対し過剰な状態である能力絶対過剰状態、または、冷凍機能力が最高でもそのときのショーケース負荷に対し不足する状態である能力絶対不足状態の各状態に対応してそれぞれ予め定められた上限値および下限値に制限する処置部と；を備えることを特徴とするショーケース冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば真冬の夜間などのように、冷凍機能力が最低でもそのときのショーケース負荷に対して過剰（能力絶対過剰という）となる場合や、真夏の昼間などのように、冷凍機能力が最高でもそのときのショーケース負荷に対して不足（能力絶対不足という）となる場合に、総合コントローラで演算された吸入冷媒の圧力設定値にその実際値が追従不能となり、言い換えれば制御不能となって能力絶対過剰または能力絶対不足の各状態が解消されたときに制御が円滑におこなわれない恐れがあるから、この欠点を除去したショーケース冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ショーケースの冷却装置の一従来例について、図９を参照しながら説明する。ショーケース群１と冷凍機６の間に介在させる形で、両者を総合的・合理的に制御するための、電磁弁運転率演算部３と、圧力設定値演算部４と、回転数指令演算部５からなる総合コントローラ３４を設ける。電磁弁運転率演算部３は、一定時間ごとに、その前の一定時間に対する各電磁弁のオン時間の割合である電磁弁運転率を求める。圧力設定値演算部４は、その求められた電磁弁運転率に基づいて、冷凍機６の側でインバータ８を介して運転される圧縮機９の吸入冷媒圧力に対する次の一定時間に係る設定値（更新）を求める。回転数指令演算部５は、その求められた吸入冷媒圧力の設定値と実際の圧力との偏差に基づいて、圧縮機９に対するインバータ８の次の一定時間に係る回転数指令（更新）を求める。ここで、ショーケース群１は、ショーケース１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，・・・（以下、１Ａ・・・と表記する）の全てが店舗内で並設されて一つのグループをなすもので、各ショーケース１Ａ・・・はそれぞれ、蒸発器２Ａ・・・、この蒸発器２Ａ・・・への冷媒の流れをオン・オフ制御するショーケース用コントローラ３４Ａ・・・、冷媒の流れをオン・オフする操作端としての図示してない電磁弁（図１２の符号３３Ａ・・・）、および、ショーケースの吹き出し空気の温度を測定する温度センサ１４Ａ・・・を備える。ここで、ショーケース内の温度測定箇所として、空気が吹き出す箇所が選ばれた理由は、一つには格納商品の量の多寡によって影響されない箇所であること、もう一つには制御に基づく温度変化が最も先行的に現れる箇所であるから制御上好都合なことによる。
【０００３】
ここで、圧力設定値演算部４は、消費電力量が必要最小限になるように圧力設定値を最適に更新するが、そのためには冷凍機能力とショーケース負荷が分かればよい。実際にこれらを測定するのが困難であるから、冷凍機能力とショーケース負荷のバランスを見ながら、冷凍機能力が不足か、適当か、過剰かを判断し、これに基づいて圧力設定値を最適に更新する。しかも、冷凍機能力とショーケース負荷のバランスを、電磁弁の運転率が低いときには、ショーケース負荷に対して冷凍機能力が過剰、電磁弁の運転率が高いときには、ショーケース負荷に対して冷凍機能力が不足、電磁弁の運転率が適当なときには、ショーケース負荷に対して冷凍機能力が適当、とそれぞれ判断する。なお、冷凍機能力とショーケース負荷のバランスを、前記のように電磁弁の運転率で判断する代わりに、電磁弁が繰返しオンして冷媒の流れをオンしたときのショーケース内の空気温度の降下速度や、電磁弁が繰返しオン・オフしたときの平均的オン・オフ周期で判断する方式もある。
【０００４】
図１０は圧力設定値の更新に係る、圧力設定値／ショーケース運転率対応図である。これは圧力設定値を更新するための経験則で、この内容が図９の圧力設定値演算部４で実施されることになる。つまり、(1)少なくとも１台のショーケース（電磁弁）運転率が９０％以上なら冷凍機能力は不足と判断し、圧力設定値を0.01MPa(0.1Kg/cm2)だけ下げ（更新し）て、冷凍機能力を増加させる。(2)全てのショーケース（電磁弁）運転率が４０〜９０％なら、冷凍機能力は適当と判断し、圧力設定値をそのまま維持する。(3)ショーケース（電磁弁）運転率が全て９０％以下で、かつ少なくとも１台が４０％以下なら、冷凍機能力は過剰と判断し、圧力設定値を0.01MPaだけ上げ（更新し）て、冷凍機能力を減少させる。
【０００５】
マルチ冷凍機が用いられた別の従来例について、図１１〜図１３を参照しながら説明する。図１１は別の従来例の構成を示すブロック図である。図１１において、この別の従来例は、図９の一従来例における総合コントローラ３４に代えて総合コントローラ３５が、また冷凍機６に代えてマルチ冷凍機６Ｍがそれぞれ用いられる。総合コントローラ３５は、総合コントローラ３４におけると同じ電磁弁運転率演算部３および圧力設定演算部４と、新たな冷凍機能力制御部５Ｍからなる。この冷凍機能力制御部５Ｍは、前段の圧力設定値演算部４によって求められた吸入冷媒圧力の設定値と、その実際値との偏差に基づいて、次に述べるマルチ冷凍機６Ｍにおける圧縮機群９Ｍの運転パターンを指令し（詳しくは図１３参照）、もってマルチ冷凍機６Ｍの冷凍能力をショーケース負荷に対して最適にする機能をもつ。また、マルチ冷凍機６Ｍは主として、圧縮機群９Ｍと、その吸入冷媒圧力を測定する圧力センサ７からなる。ここで、圧縮機群９Ｍは、詳しくは図１２を参照しながら後述するが、複数の圧縮機が並列接続され、その選択的運転によって冷凍機能力が制御されるように構成される。
【０００６】
図１２は別の従来例の冷凍サイクルの構成を詳細に示すブロック図である。冷凍サイクルは、マルチ冷凍機６Ｍに内蔵された、圧縮機群９Ｍおよび凝縮器３１と、各ショーケース１Ａ・・・に内蔵された蒸発器２Ａ・・・、対応する電磁弁３３Ａ・・・および温度膨張弁３２Ａ・・・とから構成される。圧縮機群９Ｍは、ここでは４個の圧縮機９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄが並列接続されて構成され、各圧縮機９Ａ・・・の選択的運転によって冷凍機能力を制御することができる。また、蒸発器２Ａ・・・は互いに並列接続され、この並列接続されたものに圧縮機群９Ｍと凝縮器３１が直列接続され冷凍サイクルが構成される。図１１の各コントローラ３４Ａ・・・はそれぞれ、対応する温度センサ１４Ａからの温度信号とその設定値との偏差に基づき、対応する蒸発器２Ａ・・・への冷媒の流れをオン・オフ制御する。再び、図１２に戻って、冷媒は、圧縮機群９Ｍから凝縮器３１を経た後に分流して、各蒸発器２Ａ・・・に流れたり、または流れるのを阻止されてから圧縮機群９Ｍに戻るように循環する。
【０００７】
図１３は圧縮機群９Ｍの運転パターンと冷凍機能力の対応図である。この別の従来例では、５つの運転パターン(1),(2),(3),(4),(5)があって、各運転パターンのとき運転される圧縮機の組合わせと、そのときの冷凍機能力が示される。運転パターン(3)で説明すると、このときには各圧縮機９Ａ，９Ｂが同時運転され（○印表示）、冷凍機能力は50％（全圧縮機が同時運転される運転パターン(5)のときを100 ％として）である。なお、ここでは各圧縮機が同じ能力（容量）としてあるが、一般に構成台数と、それぞれの能力は自由に選ぶことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上に述べたように、図９のインバータ圧縮機内蔵の冷凍機を用いた一従来例では、たとえば真冬の夜間などに、冷凍機能力が最低でもそのときのショーケース負荷に対して過剰、つまり能力絶対過剰となって、図１０の圧力設定値／ショーケース運転率対応図にしたがい、圧力設定値を上げ続ける。一方、圧縮機９の回転数は最低回転数以下には下げられないため、実際の吸入冷媒の圧力実際値が圧力設定値に追従できなくなって制御不能となる。同様に、真夏の昼間などに、冷凍機能力が最高でもそのときのショーケース負荷に対して不足、つまり能力絶対不足となって、図１０の圧力設定値／ショーケース運転率対応図にしたがい、圧力設定値を下げ続ける。一方、圧縮機９の回転数は最高回転数以上には上げられないため、圧力実際値が圧力設定値に追従できなくなって制御不能となる。
【０００９】
また、図１１のマルチ冷凍機を用いた別の従来例においても、前記の従来例と冷凍機の形式に違いはあっても、能力絶対過剰または能力絶対不足のとき、冷凍機の能力が限界に達するから、同様に圧力実際値が圧力設定値に追従できなくなって制御不能となる。
この発明が解決しようとする課題は、たとえば真冬の夜間などのように、冷凍機能力が最低でもそのときのショーケース負荷に対して過剰、つまり能力絶対過剰となる場合や、真夏の昼間などのように、冷凍機能力が最高でもそのときのショーケース負荷に対して不足、つまり能力絶対不足となる場合を含む広範囲にわたって常に円滑な制御がおこなわれるようにしたショーケース冷却装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、本体内所定箇所の空気温度とその設定値との偏差に基づき蒸発器への冷媒の流れを電磁弁を介してオン・オフ制御するショーケースの一または二以上と、これと冷凍サイクルを構成する共通な冷凍機と、これらショーケースおよび冷凍機を制御する総合コントローラからなる冷却装置において、この総合コントローラは、前記電磁弁の運転状態に基づいて、冷凍機に内蔵されるインバータ圧縮機の吸入冷媒圧力の設定値を求める圧力設定値演算部と；求められた吸入冷媒圧力の設定値とその実際値の偏差に基づいて、インバータ圧縮機に対する回転数指令を求める回転数指令演算部と；圧力設定値を、冷凍機能力が最低でもそのときのショーケース負荷に対し過剰な状態である能力絶対過剰状態、または、冷凍機能力が最高でもそのときのショーケース負荷に対し不足する状態である能力絶対不足状態の各状態に対応してそれぞれ予め定められた上限値および下限値に制限する処置部と；を備える、という構成である。
【００１１】
また、この発明は、本体内所定箇所の空気温度とその設定値との偏差に基づき蒸発器への冷媒の流れを電磁弁を介してオン・オフ制御するショーケースの一または二以上と、内蔵する複数圧縮機の選択的運転によって能力制御されるマルチ冷凍機と、これらショーケースおよびマルチ冷凍機を制御する総合コントローラからなる冷却装置において、この総合コントローラは、前記電磁弁の運転状態に基づいて、マルチ冷凍機の圧縮機用吸入冷媒圧力の設定値を求める圧力設定値演算部と；求められた吸入冷媒圧力の設定値とその実際値の偏差に基づいて、複数圧縮機の選択的運転を指令する冷凍能力制御部と；圧力設定値を、冷凍機能力が最低でもそのときのショーケース負荷に対し過剰な状態である能力絶対過剰状態、または、冷凍機能力が最高でもそのときのショーケース負荷に対し不足する状態である能力絶対不足状態の各状態に対応してそれぞれ予め定められた上限値および下限値に制限する処置部と；を備える、という構成である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態として、実施例について以下に図を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は第１参考例の構成を示すブロック図である。第１参考例は、図９に示した従来例の総合コントローラ３４に代えて総合コントローラ２１が用いられ、この中の判定部１５は、冷凍機能力が最低でもそのときのショーケース負荷に対し過剰、つまり能力絶対過剰、または、冷凍機能力が最高でもそのときのショーケース負荷に対し不足、つまり能力絶対不足であることを判定するもので、具体的には詳しく後述する。処置部１７は判定に応じて後述するような対応処置を講じる。平均値演算部１９は、圧力センサ７の出力である吸入冷媒の圧力実際値としての最近１時間の圧力平均値を１５分ごとに求める。固定部２０は、その入力を判定部１５の能力絶対過剰または能力絶対不足の各判定時の値に、その判定中は持続的に固定する。判定部１５は、圧力設定値演算部４によって求められた圧力設定値と、圧力センサ７の出力の実際値としての圧力平均値（平均値演算部１９の出力）に基づいて次のようにして判定する。すなわち、圧力設定値がそのときの圧力平均値より所定僅少値、たとえば0.1Kgf/cm2だけ大きい値を超えるときには能力絶対過剰と判定する。能力絶対過剰とは、たとえば真冬の夜間などに、冷凍機能力を下げるように制御的に圧力設定値を上げても、圧縮機９の能力が既に最低レベルに達していて、その圧力平均値を上げることができない、言い換えれば圧力設定値がそのときの圧力平均値を超えるわけである。ここで、0.1Kgf/cm2だけ大きい値をとるのは、判定の信頼性を高めるためであって、その意味では、0.1Kgf/cm2は正確な判定をするための余裕値または安全値と言える。求められた圧力設定値が、そのときの圧力平均値より所定僅少値、たとえば0.1Kgf/cm2だけ小さい値未満なときには能力絶対不足と判定する。能力絶対不足とは、たとえば真夏の昼間などに、冷凍機能力を上げるように制御的に圧力設定値を下げても、圧縮機９の能力が既に最高レベルに達していて、その圧力平均値を下げることができない、言い換えれば圧力設定値がそのときの圧力平均値未満となるわけである。ここで、0.1Kgf/cm2だけ小さい値をとるのは、能力絶対過剰のときと同様に判定の信頼性を高めるためである。
【００１４】
冷凍機能力が絶対過剰状態、または絶対不足状態になったら、それ以降は圧力平均値が設定値に追従できないで制御不能の状態になる。そこで、図１における処置部１７が対応処置を講じることになる。処置部１７は、機能的にはスイッチであって、能力絶対過剰または能力絶対不足になる前までは実線の側に切り替わっていて、求められた圧力設定値をそのまま回転数指令演算部５に入力する。また、能力絶対過剰または能力絶対不足になったら、処置部１７は、各判定信号に基づいて破線の側に切り替わると同時に、求められた圧力設定値（最大の圧力平均値より0.1Kgf/cm2だけ大きい値、または最小の圧力平均値より0.1Kgf/cm2だけ小さい値）が、固定部２０を介して各判定時の圧力設定値にその判定中は持続的に固定され、処置部１７を介して回転数指令演算部５に入力される。
【００１５】
その結果、冷凍機能力が最低でもそのときのショーケース負荷に対して過剰、つまり能力絶対過剰となる場合や、冷凍機能力が最高でもそのときのショーケース負荷に対して不足、つまり能力絶対不足となる場合を含む広範囲にわたって常に円滑な制御がおこなわれるようになる。図２は第１参考例の変形例の構成を示すブロック図である。この変形例は、総合コントローラ２１Ａを用い、能力絶対過剰または能力絶対不足の各判定方式は第１参考例と同じで、異なるのは各判定に基づき処置部１７に入力されるのが、第１参考例の図１での各判定時の圧力設定値に代えて、平均値演算部１９の出力（１時間の平均値）になる点である。第１参考例とその変形例には、対応処置の値に若干の違いがあるだけで、本質的な違いはない。
【００１６】
図３は第２参考例の構成を示すブロック図である。第２参考例では、第１参考例と判別方式が異なり、処置方式は同じである。総合コントローラ２２の中の判定部１６によって、圧縮機９の回転数の実際値が、その最低回転数より所定僅少値、たとえば５Ｈｚだけ大きい値未満のときには能力絶対過剰と判定され、圧縮機回転数の実績値が、その最高回転数より所定僅少値、たとえば５Ｈｚだけ小さい値を超えるときには能力絶対不足と判定される。ここで、５Ｈｚだけ大きい、または小さい値をとるのは、第１参考例におけるのと同様に判定の信頼性を高めるためである。判定部１６による能力絶対過剰または能力絶対不足との各判定に基づき、圧力設定値は固定部２０を介して各判定時における圧力設定値に固定され、この固定値が処置部１７を介して回転数指令演算部５に入力される。
【００１７】
図４は第２参考例の変形例の構成を示すブロック図である。この変形例は、総合コントローラ２２Ａを用い、能力絶対過剰または能力絶対不足との各判定方式は第２参考例と同じで、異なるのは、固定部２０を介して固定されるのが、各判定時における圧力実際値としての圧力平均値である点である。つまり、第２参考例とその変形例には、対応処置の値に若干の違いがあるだけで、本質的な違いはない。
【００１８】
図５は第１実施例の構成を示すブロック図である。第１実施例では、第１，第２の参考例における判定部が削除され、総合コントローラ２３の中のリミッタとしての処置部１８によって、圧力設定値演算部４からの圧力設定値を、予め定められた上限値および下限値に制限する、という対応処置が講じられる。上限値および下限値は能力絶対過剰または能力絶対不足の各状態に対応した値であって、第１または第２の各参考例とその変形例において、過剰または不足の各判定時に固定部２０を介して固定される各固定値に対応する。第１実施例では、このようにして構成と動作が第１，第２の参考例に比べて格段に単純化される。
【００１９】
次の図６，図７の参考例、図８の実施例は冷凍機としてマルチ冷凍機を用いたときに、能力絶対過剰または能力絶対不足の各状態を含む広範囲にわたって常に円滑な制御がおこなわれるようにしたショーケース冷却装置に関する。図６は第３参考例の構成を示すブロック図で、既に述べた第１参考例（図１参照）に対応する。第３参考例が第１参考例と異なる点は、(1)総合コントローラ２１に代えて総合コントローラ２４が、(2)回転数指令演算部５に代えて冷凍機能力制御部５Ｍが、(3)冷凍機６に代えてマルチ冷凍機６Ｍが、それぞれ用いられることである。冷凍機能力制御部５Ｍは、既に述べたようにマルチ冷凍機６Ｍの冷凍能力をショーケース負荷に対して最適に制御するために、前段の圧力設定値演算部４によって求められた吸入冷媒圧力の設定値と、その実際値の偏差に基づいて、マルチ冷凍機６Ｍにおける圧縮機群９Ｍの選択的運転を、つまり運転パターンを指令するもので、機能的には別の従来例におけるのと同じものである。マルチ冷凍機６Ｍは、別の従来例におけるのと全く同じ構成である。したがって、第３参考例の動作は、第１参考例に準じておこなわれるから、ここでの説明は省略する。
【００２０】
図７は第３参考例の変形例の構成を示すブロック図である。この変形例は総合コントローラ２４Ａを用い、第３参考例を既に述べた第１参考例の変形例（図２参照）に対応して、つまり各判定に基づき処置部１７に入力されるのが、各判定時の圧力設定値に代えて、平均値演算部１９の出力（１時間の平均値）になるように変形した構成をとる。したがって、この第３参考例の変形例の動作についての説明は省略する。
【００２１】
図８は第２実施例の構成を示すブロック図である。この第２実施例は、総合コントローラ２５を用い、既に述べた第１実施例（図５参照）に対応して、判定部が削除され、リミッタとしての処置部１８を備える構成をとる。この処置部１８によって、圧力設定値演算部４からの圧力設定値を、予め定められた上限値および下限値に制限する、という対応処置が講じられる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明によれば、冷凍機がインバータ圧縮機を備える形式と、内蔵する複数圧縮機の選択的運転によって能力制御されるマルチ冷凍機形式のいずれの場合にも、処置部によって、冷凍機能力が最低でもそのときのショーケース負荷に対し過剰な状態である能力絶対過剰状態、または、冷凍機能力が最高でもそのときのショーケース負荷に対し不足する状態である能力絶対不足状態に対応して、圧力設定値を予め定めた上限値および下限値に制限することで、能力絶対過剰または不足の各状態を含む広範囲にわたってショーケース冷却装置の制御を常に円滑におこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係る第１参考例の構成を示すブロック図
【図２】  第１参考例の変形例の構成を示すブロック図
【図３】  第２参考例の構成を示すブロック図
【図４】  第２参考例の変形例の構成を示すブロック図
【図５】  第１実施例の構成を示すブロック図
【図６】  第３参考例の構成を示すブロック図
【図７】  第３参考例の変形例の構成を示すブロック図
【図８】  第２実施例の構成を示すブロック図
【図９】  一従来例の構成を示すブロック図
【図１０】  圧力設定値の更新に係る、圧力設定値／ショーケース運転率対応図
【図１１】  別の従来例の構成を示すブロック図
【図１２】  別の従来例の冷凍サイクルの構成を詳細に示すブロック図
【図１３】  別の従来例の圧縮機群の運転パターンと冷凍機能力対応図
【符号の説明】
４    圧力設定値演算部
５    回転数指令演算部
５Ｍ  冷凍機能力制御部
６    冷凍機
６Ｍ  マルチ冷凍機
７    圧力センサ
８    インバータ
９    圧縮機
９Ｍ  圧縮機群
１５，１６    判定部
１７，１８    処置部
１９    平均値演算部
２０    固定部
２１，２２，２３，２４，２５    総合コントローラ
２１Ａ，２２Ａ，２４Ａ  総合コントローラ（変形例）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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