冷却システム
【課題】コンプレッサを数種の中から任意に選択して構成自在とされた冷凍機を備えた冷却システムにおいて、低温ショーケースの冷却性の維持と冷凍機の省エネ性の向上の両立を可能にする冷却システムを提供する。
【解決手段】コンプレッサ９を数種の中から任意に選択して組み込み自在とされたラックシステム冷凍機３に、複数の低温ショーケース７を冷媒管５ａ、５ｂを介して並列に接続して構成した冷凍回路２と、前記低温ショーケース７の冷却状態に基づいて、前記ラックシステム冷凍機３に組み込まれているコンプレッサ９の制御データを生成して出力するメインコントローラ４と、前記ラックシステム冷凍機３に組み込まれているコンプレッサ９に対する容量制御に要する制御設定を取得するとともに、及び、前記メインコントローラ４からの制御データを受信し、前記制御設定及び前記制御データに基づいて前記コンプレッサ９の容量制御を行うコンプレッサコントローラ６と、を備える冷却システム１を構成した。
【解決手段】コンプレッサ９を数種の中から任意に選択して組み込み自在とされたラックシステム冷凍機３に、複数の低温ショーケース７を冷媒管５ａ、５ｂを介して並列に接続して構成した冷凍回路２と、前記低温ショーケース７の冷却状態に基づいて、前記ラックシステム冷凍機３に組み込まれているコンプレッサ９の制御データを生成して出力するメインコントローラ４と、前記ラックシステム冷凍機３に組み込まれているコンプレッサ９に対する容量制御に要する制御設定を取得するとともに、及び、前記メインコントローラ４からの制御データを受信し、前記制御設定及び前記制御データに基づいて前記コンプレッサ９の容量制御を行うコンプレッサコントローラ６と、を備える冷却システム１を構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスーパーマーケットなどに設置される低温ショーケースと該低温ショーケースに冷媒を供給する冷凍機から構成される冷却システムに係り、特に、コンプレッサを数種の中から任意に選定し構成自在とされた冷凍機を備える冷却システムの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍・冷蔵ショーケースなどの複数の低温ショーケースを冷媒管を介して冷凍機に並列に接続して構成した冷却システムが知られている。係る低温ショーケースはスーパーマーケットなどの店内に複数台設置され、食品を冷凍若しくは冷蔵しながら陳列販売することに供されている。
上記冷凍機は、一般に、その内部に１個もしくは複数のコンプレッサと、コンプレッサを制御するマイコンとを筐体内に収めてパッケージ化して構成されている。そして、このマイコンが所定の動作シーケンスに基づいてコンプレッサを制御することで低温ショーケースとの間で冷凍サイクルを構成し、低温ショーケースを冷却している。
【０００３】
近年ではスーパーマーケットなどの店舗においても、環境問題への取り組みやエネルギーコストの削減の観点から、冷却システムの消費電力を削減する対策が重視されている。
そこで、上記の低温ショーケースと冷凍機との連携を図ることで、低温ショーケースの庫内温度を庫内設定温度に維持しつつ無駄に冷やすことなどがないように冷凍機を制御することで、低温ショーケースの冷却性の維持と冷凍機の省エネ性の向上の両立を図った冷却システムが実現されている。この種の冷却システムでは、冷凍機の運転を制御する制御装置を設け、この制御装置が低温ショーケースの冷却状態に基づいて、冷凍機の低圧側の冷媒圧力である低圧側圧力に適切な値を設定して冷凍機に出力することで、低温ショーケースの冷却性を維持しつつ冷凍機の省エネ性を高めている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−５７３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、冷却システムの設置箇所で必要とされる最大冷却能力は、冷凍機に接続する低温ショーケースの台数や、庫内設定温度、店内温度や外気温度などの環境条件によって決定される。したがって、冷却システムの設置時には、必要となる最大冷却能力に対して余裕のある能力を有した冷凍機が設置される。このとき、冷凍機の最大冷却能力は機種ごとに既定であるため、設置時の環境条件に見合った最大冷却能力の冷凍機がメーカなどで用意されていなければ、それよりも更に最大冷却能力に余裕のある冷凍機を設置せざるを得えず、冷却能力に無駄が生じることになる。
【０００５】
そこで、冷凍機の最大冷却能力を決定付ける要因の一つであるコンプレッサの容量を、設置する環境条件において必要となる最大冷却能力（熱負荷）に合わせて、同一メーカ或いは他メーカの製品の中からユーザ等が自由に選択し、これらを自らが組み合わせて冷凍機を構成自在とすれば、最適な最大冷却能力を有する冷凍機を構成することができる（このような冷凍機を以下「ラックシステム冷凍機」と称する）。係るラックシステム冷凍機においては、必要となる最大冷却能力に最適な冷却能力が得られるから、従来のパッケージ化された冷凍機に比べ、無駄となる冷却能力がなく省エネ効果が高い冷却システムが実現可能になる。
【０００６】
しかしながら、低温ショーケースの熱負荷は、外気温度や店内温度などの冷却システムの運転時に時々刻々と変動する環境条件（以下、運転環境条件と言う）によっても大きく左右されるため、一定の冷却能力でラックシステム冷凍機を運転させていると、例えば熱負荷が低いときには無駄な冷却が行われることとなる。上記のようにラックシステム冷凍機は、最適な冷却能力であることを前提に構成されているため、当該ラックシステム冷凍機の運転を低温ショーケースの状態と連携させる手段は不要とされており、低温ショーケースの熱負荷に合わせてラックシステム冷凍機を運転させることはできない。
【０００７】
また、従来の冷凍機のマイコンには、内蔵のコンプレッサの種類に対して最適化された動作シーケンス（例えば、低圧側圧力設定値の設定手法など）のマイコンプログラムが予め組み込まれている。したがって、コンプレッサを任意に選定自在としたラックシステム冷凍機において、低温ショーケースの熱負荷に応じて冷却能力を可変し省エネ効果が得られる制御を行うには、コンプレッサの任意の組み合わせの全てを予め予想してマイコンプログラムとして組み込んでおくか、または、マイコンプログラムの一部の変更により、コンプレッサの任意の組み合わせ全てに対応可能にしておく必要がある。しかしながら、これらを実現するのは非常に困難であり、ラックシステム冷凍機において、マイコンにより省エネ効果を得る制御を行うことは困難であった。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、コンプレッサを数種の中から任意に選択して構成自在とされた冷凍機を備えた冷却システムにおいて、低温ショーケースの冷却性の維持と冷凍機の省エネ性の向上の両立を可能にす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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機を数種の中から任意に選択して組み込み自在とされた冷凍機に、複数の低温ショーケースを冷媒管を介して並列に接続して構成した冷凍回路と、前記低温ショーケースの冷却状態に基づいて、前記冷凍機に組み込まれている圧縮機の制御データを生成して出力するメイン制御装置と、前記冷凍機に組み込まれている圧縮機に対する容量制御に要する制御設定を取得可能に構成されるとともに、前記メイン制御装置からの制御データを受信する受信手段を備え、前記制御設定及び前記制御データに基づいて前記圧縮機の容量制御を行う圧縮機制御装置と、を備えることを特徴とする冷却システムを提供する。
【００１０】
また本発明は、上記冷却システムにおいて、前記メイン制御装置は、前記低温ショーケースの冷却状態の安定性に応じた長さのディレイ時間を前記制御データとして生成し、前記圧縮機制御装置は、前記圧縮機の容量を変更すべき状態が前記ディレイ時間に亘って継続したときに、前記制御設定に基づいて前記圧縮機の容量を変更することを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、上記冷却システムにおいて、前記メイン制御装置は、前記低温ショーケースの冷却状態に基づいて前記冷凍機の冷却能力の目標値を規定する前記制御データを生成し、前記圧縮機制御装置は、前記冷凍機の冷却能力が前記目標値に近づくように前記制御設定に基づいて前記圧縮機の容量を変更することを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、上記冷却システムにおいて、前記冷凍機に容量が互いに異なる複数の容量固定型の圧縮機が組み込まれ、前記圧縮機制御装置は、前記圧縮機の各々のオン／オフにより容量制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、冷凍機に組み込まれている圧縮機の容量制御に要する制御設定を取得し、また、低温ショーケースの冷却状態に基づく制御データをメイン制御装置から受信し、これら制御設定及び制御データに基づいて圧縮機を制御する圧縮機制御装置を備える構成としたため、圧縮機を数種の中から任意に選択して組み込み自在とされた冷凍機を備える冷却システムであっても、冷凍機にマイコンを設けなくとも低温ショーケースの冷却状態に応じて冷凍機の冷却能力を制御することができるから、低温ショーケースの冷却性の維持と冷凍機の省エネ性の向上の両立が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る冷却システム１の構成を模式的に示す図である。
この図に示すように、冷却システム１は、ラックシステム冷凍機３に液管たる冷媒管５ａ及びガス管たる冷媒管５ｂを介して、複数の低温ショーケース７を並列に接続して構成した冷凍回路２と、メインコントローラ（メイン制御装置）４と、コンプレッサコントローラ（圧縮機制御装置）６とを備えて構成されている。
【００１５】
ラックシステム冷凍機３は、複数台のコンプレッサ９と、コンデンサ１１と、コンデンサファン１３と、低圧側の冷媒圧力を検出する低圧側圧力センサ２６とを備えている。コンプレッサ９の各々は互いに容量が異なる容量固定型の圧縮機であり、それらの駆動台数によって総出力、すなわち冷凍機の冷却能力が可変される。以下の説明では、コンプレッサ９の台数を２台とするが、台数はこれに限定されるものではない。
【００１６】
低温ショーケース７の各々は膨張弁（減圧装置）１５と、冷却器１７とを備え、膨張弁１５の入り口には液電磁弁１９が接続されている。
液電磁弁１９は、膨張弁１５への冷媒の供給を制御するための弁であり、液電磁弁１９の開閉によって冷却器１７の冷却による低温ショーケース７の庫内温度が制御される。
すなわち、低温ショーケース７は、庫内の温度を検出する庫内温度センサ２１及びマイコン２３を備え、マイコン２３は、庫内設定温度の上下に設定された上限温度と下限温度を記憶し、上限温度にて液電磁弁１９を開き、下限温度にて閉じるＯＮ−ＯＦＦ制御を実行する。係るＯＮ−ＯＦＦ制御により、平均として低温ショーケース７の庫内温度が庫内設定温度に近付けられる。なお、ラックシステム冷凍機３には、低温ショーケース７の他にも例えば冷蔵／冷凍プレハブ庫等の他の負荷設備を接続しても良い。
【００１７】
上記ラックシステム冷凍機３は、冷却能力を決定付ける主要要素の一つであるコンプレッサ９を、冷却システム１に必要となる最大冷却能力に基づいて、数種の機種の中から自由自在に選択して組み合わせて組み込み自在としたものである。係るラックシステム冷凍機３においては、構成部品が１つの筐体にパッケージ化される必要がないため、例えばコンプレッサ９を屋内に配置しつつ、コンデンサ１１及びコンデンサファン１３を屋外に配置して熱籠もりを防止可能なレイアウトとすることができる。また、筐体による設置スペースの制約が無いため、コンプレッサ９の機種や台数を決定する際の自由度が高められる。
【００１８】
係るラックシステム冷凍機３においては、コンプレッサ９の機種や台数が不定であるため、従来の冷凍機のようにマイコンを内蔵する構成とし、省エネ効果が得られるようにコンプレッサ９の各々の容量をマイコンが制御することは難しい。そこで、本実施形態の冷却システム１においては、ラックシステム冷凍機３が備える複数台のコンプレッサ９を制御するコンプレッサコントローラ６をラックシステム冷凍機３と別体に設けている。このコンプレッサコントローラ６は、メインコントローラ４からの後述する制御データに基づいて、複数台のコンプレッサ９の各々をオン／オフさせて容量制御を行うが、その詳細な構成については後述する。
【００１９】
メインコントローラ４は、各低温ショーケース７、及び、コンプレッサコントローラ６のそれぞれと通信線２４を介して接続され、所定の動作シーケンスを規定するプログラム２５に基づいて動作するマイコンや通信装置などを備え、各低温ショーケース７の冷却状態に基づいてラックシステム冷凍機３のコンプレッサ９を制御するための後述する制御データを生成してコンプレッサコントローラ６に出力する。
【００２０】
図２はメインコントローラ４の機能的構成を示すブロック図である。
この図において、制御部４０は、メインコントローラ４の各部を中枢的に制御する。
制御設定入力部４１は、ラックシステム冷凍機３に組み込まれているコンプレッサ９に対する容量制御に要する情報として制御ルールを規定した制御設定が入力される。
さらに詳述すると、ラックシステム冷凍機３においては、コンプレッサ９の機種（容量）や台数が設置時に決定されることから、コンプレッサコントローラ６に、これらのコンプレッサ９の容量制御を規定したプログラムを予め組み込むことはできない。そこで本実施例では、ラックシステム冷凍機３に組み込まれているコンプレッサ９に対する容量制御に要する情報が制御設定としてメインコントローラ４に入力される構成とし、そして上記制御データに含められてコンプレッサコントローラ６に入力している。
【００２１】
図３は、制御設定として用いられる制御ルールの一例を示す図である。
この図に示すように、制御ルールにおいては、コンプレッサ９の各々のオン／オフと、総出力との対応関係が規定されており、総出力が低い方から順に、コンプレッサ９の各々のオン／オフの組み合わせにステップＮｏ１、ステップＮｏ２・・・と番号が付されている。すなわち、容量制御において総出力を下げる場合には、そのときの各コンプレッサ９のオン／オフの組に対応するステップＮｏよりも小さなステップＮｏを選択し、その選択したステップＮｏで規定された通りに各コンプレッサ９をオン／オフさせれば総出力を下げることができ、これとは逆に、総出力を上げる場合には、より大きなステップＮｏを選択して、その選択したステップＮｏで規定された通りに各コンプレッサ９をオン／オフさせれば総出力を上げることができる。
【００２２】
ここで、本実施形態のラックシステム冷凍機３には、互いに容量の異なる容量固定型のコンプレッサ９が２台設けられているため、同図に示す通り、それぞれのオン／オフ状態の組み合わせが４通り得られる。このとき、コンプレッサ９の各々の容量が同じであると、４通りの組み合わせに総出力が同じになる組み合わせが生じることとなり、総出力が異なる組み合わせの数が減ってしまうが、互いに容量の異なるコンプレッサ９を用いることで、総出力が異なる組み合わせの数を最大とし、コンプレッサ９の総出力を細かく制御することができる。
【００２３】
係るコンプレッサ９の容量制御は、ラックシステム冷凍機３の冷凍能力に無駄を生じさせないために行われるものである。本実施形態では、冷却能力の指標に、ラックシステム冷凍機３の低圧側の冷媒圧力（以下、「低圧側圧力」と言う）を用いることとし、この低圧側圧力を所定の設定値（以下、「低圧側圧力設定値」と言う）に維持するために、上記容量制御ルールに基づくコンプレッサ９の容量制御が行われる。なお低圧側圧力設定値は、例えば夏季の最も冷却能力が必要とされる環境に耐えるのに過不足のない値に設定されている。
【００２４】
前掲図２に戻り、制御設定記憶部４２は、制御設定入力部４１から入力された制御設定を記憶する。なお、制御設定をコンプレッサコントローラ６が記憶して保持可能な場合には、当該制御設定記憶部４２をメインコントローラ４が必ずしも備える必要はない。
ショーケース通信部４３は、通信線２４を介して各低温ショーケース７のマイコン２３と通信する。この通信により、各低温ショーケース７における庫内温度と庫内設定温度と偏差温度が取得される。
【００２５】
冷却状態判定部４４は、低温ショーケース７の冷却状態の安定性を判定する。この安定性は、庫内温度と庫内設定温度の偏差温度の時間的変動の度合いに基づいて判定される。例えば、単位時間当たりの偏差温度の変化率（上昇率又は下降率）が庫内温度の急激な変化とみなされる閾値を超えている場合には、この偏差温度の変化に追従させてラックシステム冷凍機３の冷却能力を可変させなくては低温ショーケース７の冷却性が悪くなることを意味する。したがって、この場合には、「安定性が悪い」と判定される。これとは逆に、単位時間当たりの偏差温度の変化率（上昇率又は下降率）が小さい場合には、この偏差温度の変化に対してラックシステム冷凍機３の冷却能力の追従性が多少悪くとも低温ショーケース７の冷却状態には影響が出にくいため「安定性が良い」と判定される。
【００２６】
冷却状態の安定性の判定は、全ての低温ショーケース７について行われ、１つでも「安定性が悪い」と判定された場合には、「安定性が悪い」という判定結果が冷却状態判定部４４から出力され、全ての低温ショーケース７について「安定性が良い」と判定されたときに冷却状態判定部４４から「安定性が良い」という判定結果が出力される。
なお、低温ショーケース７が備える液電磁弁１９の開閉が上記偏差温度、さらには冷却状態（庫内の冷え具合）に連動していることから、この液電磁弁１９の開閉頻度に基づいて低温ショーケース７の冷却状態の安定性を判定しても良い。この場合には、低温ショーケース７の庫内の冷却状態が、冷えの良い状態（庫内温度≦庫内設定温度）と、悪い状態（庫内温度＞庫内設定温度）との間を所定時間内に何回遷移しているかが安定性として判定され、所定回数以上遷移している場合に安定性が悪いと判定される。
【００２７】
ところで、全ての低温ショーケース７において冷却状態の安定性が良い場合、上述の通り、低温ショーケース７の偏差温度の変化に対してラックシステム冷凍機３の冷却能力の追従性（応答性）を多少低くしても低温ショーケース７の冷却性には影響が生じない。また、低温ショーケース７の冷却状態は一時的に悪くなっても、ある程度の時間経過後には、冷却状態が良くなる可能があり、このような場合にはコンプレッサ９のオン／オフを禁止することで当該オン／オフに伴う消費電力を削減することができる。これらのことから、本実施形態では、低圧側圧力が低圧側圧力設定値よりも高い／低い状態、すなわち、コンプレッサ９の容量制御を行って冷却能力を調整すべき状態が所定の時間（以下、「ディレイ時間」と言う）に亘り継続したときに、コンプレッサ９の容量を可変する構成とし、「安定性が良い」と判定された場合にはディレイ時間を一定時間延長して追従性を低め、これとは逆に「安定性が悪い」と判定された場合にはディレイ時間を一定時間短縮して追従性を高める構成としている。これにより、「安定性が良い」場合にはコンプレッサ９のオン／オフ頻度が減って省エネが図られるとともに、「安定性が悪い」場合には冷却能力の追従性が速やかに高められ低温ショーケース７の冷却状態が良好に維持されることとなる。
【００２８】
コンプレッサコントローラ通信部４５は、通信線２４を介してコンプレッサコントローラ６に、制御部４０が生成した制御データを出力する。この制御データには、上記制御設定、低圧側圧力設定値、及び、ディレイ時間の指示値（延長／短縮時間）のいずれかが含まれている。なお、制御設定及び低圧側圧力設定値は、冷却システム１の設置時に決定付けられ、それ以降可変するものでもないため、本実施形態では、制御設定及び低圧側圧力設定値をコンプレッサコントローラ６が保持可能に構成され、これら制御設定及び低圧側圧力設定値が冷却システム１の設置当初にだけ制御データとして送信され、コンプレッサコントローラ６に保持される。
【００２９】
図４は、コンプレッサコントローラ６の機能的構成を示すブロック図である。
この図において、制御部６０は、コンプレッサコントローラ６の各部を中枢的に制御するとともに、ラックシステム冷凍機３に組み込まれているコンプレッサ９の各々のオン／オフを制御するコンプレッサ制御信号を生成するものであり、例えばマイコンを備えて構成されている。コントローラ通信部６１は、メインコントローラ４との間で通信線２４を介して通信し、上記制御データを受信する。制御設定記憶部６２は、制御データに含まれている上記制御設定及び低圧側圧力設定値を記憶する。低圧側圧力センサ入力部６３は、ラックシステム冷凍機３に設けた低圧側圧力センサ２６から低圧側圧力の検出値が入力される。制御部６０は、低圧側圧力の検出値と低圧側圧力設定値を比較し、低圧側圧力の検出値が上記ディレイ時間に亘り継続して低圧側圧力設定値を超えた又は回った場合に、上記制御設定の容量制御ルールにしたがってラックシステム冷凍機３の容量を変更する。
【００３０】
具体的には、低圧側圧力が低圧側圧力設定値よりも低い場合、無駄な冷却能力が生じ省エネ性が悪くなっていることを示し、これとは逆に、低圧側圧力が低圧側圧力設定値よりも高い場合、冷却能力が足りずに低温ショーケース７の冷却性が損なわれていることを示す。したがった、制御部６０は、低圧側圧力が低圧側圧力設定値よりも高い状態がディレイ時間に亘り継続した場合には、その都度、上記容量制御ルールのステップＮｏを「１」ずつ上げて総出力を高めて冷却能力を高め、これとは逆に、低圧側圧力が低圧側圧力設定値よりも低い状態がディレイ時間に亘り継続した場合には、ステップＮｏを「１」ずつ下げて総出力を次第に下げて冷却能力を低める。そして、制御部６０は、そのステップＮｏで指定された組のコンプレッサ９だけを稼働させるべく制御信号を生成する。コンプレッサ制御信号出力部６４は、係るコンプレッサ制御信号をラックシステム冷凍機３のコンプレッサ９に出力する。
【００３１】
なお、制御設定及び低圧側圧力設定値が毎回の制御データに含まれている場合には、コンプレッサコントローラ６が制御設定記憶部６２を備える必要はない。また、コンプレッサコントローラ６に、メインコントローラ４と同様に制御設定入力部や表示部を設け、メインコントローラ４ではなくコンプレッサコントローラ６に制御設定を直接入力しても良い。
【００３２】
次いで、係る構成の冷却システム１の動作について説明する。
図５は、メインコントローラ４の動作をコンプレッサコントローラ６の動作とともに示すフローチャートである。
上述の通り、冷却システム１においては、メインコントローラ４がコンプレッサコントローラ６に、上述した制御設定、低圧側圧力設定値及びディレイ時間を含む制御データを出力し、この制御データに基づいてコンプレッサコントローラ６がラックシステム冷凍機３の各コンプレッサ９の容量制御が行われる。
このとき、冷却システム１の設置当初においては、制御設定が不明であるため、サービスマン等によってコンプレッサ９の構成に基づく制御設定及び低圧側圧力設定値がメインコントローラ４に入力され（ステップＳ１）、これら制御設定及び低圧側圧力設定値がコンプレッサコントローラ６に制御データとして送信される（ステップＳ２）。係る制御データはコンプレッサコントローラ６に受信され（ステップＳ１０）、当該コンプレッサコントローラ６の制御設定記憶部６２に保持される。
その後、コンプレッサ９の電源がオンされて運転可能状態とされ、コンプレッサコントローラ６が制御設定の容量制御ルールにしたがって、ラックシステム冷凍機３のコンプレッサ９を駆動することで低温ショーケース７の冷却が行われる。
【００３３】
低温ショーケース７の冷却中、すなわち、冷却システム１の運転中の間、メインコントローラ４は、一定時間（例えば１０秒〜６０秒）ごとに全ての低温ショーケース７から庫内温度と庫内設定温度の偏差温度を取得し（ステップＳ３）、それぞれの低温ショーケース７の冷却状態を判定する（ステップＳ４）。この冷却状態の判定においては、上述の通り、各低温ショーケース７の冷却状態の安定性が判定され、全ての低温ショーケース７において冷却状態の安定性が良い場合には「安定性が良い」と判定され、１つでも冷却状態の安定性の悪い低温ショーケース７がある場合には「安定性が悪い」と判定される。
【００３４】
そして、メインコントローラ４は、冷却状態の安定性が良い場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、低温ショーケース７の冷却状態の変化に対するコンプレッサ９の容量制御の追従性を低めて省エネ化を図るべく、ディレイ時間をａ時間だけ延長する（ステップＳ６）。これとは逆に、冷却状態の安定性が悪い場合（ステップＳ５：ＮＯ）、メインコントローラ４は、コンプレッサ９の容量制御の追従性を高めて低温ショーケース７の冷却性を維持すべく、ディレイ時間をｂ時間だけ短縮する（ステップＳ７）。これらａ時間及びｂ時間は共に同じ時間であっても、異なる時間であってもよい。
【００３５】
メインコントローラ４は、低温ショーケース７の冷却状態に基づいて、このようにしてディレイ時間を決定すると、このディレイ時間の指示値を制御データとしてコンプレッサコントローラ６に送信する（ステップＳ８）。そして、低温ショーケース７の冷却状態を監視すべく処理手順をステップＳ３に戻す。
これにより、低温ショーケース７の冷却状態を反映したディレイ時間の指示値が制御データとしてコンプレッサコントローラ６に受信され（ステップＳ１１）、コンプレッサコントローラ６においては、このディレイ時間を反映してのコンプレッサ９の容量制御が行われる。
【００３６】
図６は、コンプレッサコントローラ６による容量制御のフローチャートである。
この図に示すように、コンプレッサコントローラ６は、ラックシステム冷凍機３の低圧側圧力センサ２６から一定時間ごとに低圧側圧力を取得し（ステップＳ２０）、低圧側圧力設定値と比較する（ステップＳ２１）。低圧側圧力が低圧側圧力設定値を超えラックシステム冷凍機３の冷却能力が不足している場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、この状態が上述のディレイ時間に亘り継続したか否かを判定する（ステップＳ２２）。そして、継続していなければ（ステップＳ２２：ＮＯ）、コンプレッサ９の無駄なオン／オフを回避すべく処理手順をステップＳ２０に戻し、継続している場合には（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、冷却能力を上げて低温ショーケース７の冷却性を維持すべく容量制御ルールのステップＮＯを「１」つ上げ（ステップＳ２３）、この容量制御ルールに基づくコンプレッサ制御信号を生成してコンプレッサ９に出力する（ステップＳ２４）。
【００３７】
また、低圧側圧力が低圧側圧力設定値を下回りラックシステム冷凍機３の冷却能力に余りが生じている場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、この状態が上述のディレイ時間に亘り継続したか否かを判定する（ステップＳ２５）。そして、継続していなければ（ステップＳ２５：ＮＯ）、コンプレッサ９の無駄なオン／オフを回避すべく処理手順をステップＳ２０に戻し、継続している場合には（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、冷却能力を下げてラックシステム冷凍機３の消費電力削減を図るべく容量制御ルールのステップＮＯを「１」つ下げ（ステップＳ２６）、この容量制御ルールに基づくコンプレッサ制御信号を生成してコンプレッサ９に出力する（ステップＳ２４）。
【００３８】
なお、低圧側圧力が低圧側圧力設定値を超えたか否かの判定の際には、判定基準となる低圧側圧力設定値にヒステリシスが設けられる。すなわち、低圧側圧力が低圧側圧力設定値よりも所定値だけ高い圧力を超えた場合に「超えた」と判定し、低圧側圧力が低圧側圧力設定値よりも所定値だけ低い圧力を下回った場合に「下回った」と判定されている。かかる所定値は、上記低圧側圧力設定値と共にメインコントローラ４からコンプレッサコントローラ６に送信したり、或いは、当該コンプレッサコントローラ６のプログラムに予め組み込んでおくこともできる。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態によれば、ラックシステム冷凍機３に組み込まれているコンプレッサ９の容量制御に要する制御設定を取得可能に構成され、また、低温ショーケース７の冷却状態に基づく制御データをメインコントローラ４から受信し、これら制御設定及び制御データに基づいてコンプレッサ９を制御するコンプレッサコントローラ６を備える構成としたため、コンプレッサ９を数種の中から任意に選択して組み込み自在とされた上記ラックシステム冷凍機３を備える冷却システム１であっても、当該ラックシステム冷凍機３にマイコンを設けなくとも低温ショーケース７の冷却状態に応じてラックシステム冷凍機３の冷却能力を制御することができるから、低温ショーケース７の冷却性の維持と冷凍機の省エネ性の向上の両立が実現される。
【００４０】
特に本実施形態によれば、メインコントローラ４は、低温ショーケース７の冷却状態の安定性に応じた長さのディレイ時間を制御データとして生成してコンプレッサコントローラ６に出力し、コンプレッサコントローラ６は、コンプレッサ９の総出力を変更すべき状態がディレイ時間に亘って継続したときに、制御設定に基づいてコンプレッサ９の容量を変更する構成としたため、低温ショーケース７の冷却状態が安定しているときには、コンプレッサ９のオン／オフ頻度を抑えて省エネ性を高めつつ、冷却状態が安定していないときには、低温ショーケース７の冷却状態の変化に対するラックシステム冷凍機３の冷却能力の追従性を高めて低温ショーケース７の冷却性を良好に維持することができる。
【００４１】
さらに本実施形態によれば、互い容量が異なる複数の容量固定型のコンプレッサ９を組み込んでラックシステム冷凍機３を構成し、それぞれのコンプレッサ９をオン／オフして容量制御を行う構成としたため、コンプレッサ９のオン／オフの組み合わせの数と同じ数だけ総出力を異ならせることができ、容量が同じコンプレッサが含まれる場合と比べて総出力を異ならせることができる。
【００４２】
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。
例えば、上述した実施形態では、容量固定型のコンプレッサ９を複数台設けてラックシステム冷凍機３を構成したが、これに限らず、コンプレッサ９の台数を１台とし、当該コンプレッサ９をオン／オフさせることで冷却能力を制御してもよい。
また、複数台の容量固定型のコンプレッサ９により容量を制御する構成に限らず、容量可変型のインバータコンプレッサを組み込んでラックシステム冷凍機を構成し、当該インバータコンプレッサをインバータ制御することで容量を制御する構成としてもよい。この場合、インバータ制御の制御ルールが制御設定として用いられる。
【００４３】
また上述した実施形態では、低温ショーケース７の冷却状態の安定性を、コンプレッサ９の容量制御に反映させることで、低温ショーケース７の冷却性の維持とラックシステム冷凍機３の省エネ性の向上とを図った。
この他にも、低温ショーケース７の冷却状態の良否を、コンプレッサ９の容量制御に反映させる構成としても良い。
すなわち、メインコントローラ４が、低温ショーケース７の冷却状態の良否に基づいてラックシステム冷凍機３の冷却能力の目標値を例えば低圧側圧力設定値として規定した制御データを生成し、ラックシステム冷凍機３の低圧側圧力が当該低圧側圧力設定値に近づくように制御設定に基づいてコンプレッサコントローラ６がコンプレッサ９の容量制御を行う構成としてもよい。
【００４４】
この場合、冷却状態の良否の判断は、例えば次のようにして行われる。すなわち、メインコントローラ４は各低温ショーケース７から送られてくる偏差温度から一定時間（例えば１時間）当たりの平均偏差温度Ｔｅ（ｄｅｇ）をそれぞれ算出し、全ての低温ショーケース７においてこの平均偏差温度Ｔｅが予め設定したしきい値Ａ以上か否かで判断する。そして、全ての低温ショーケース７の平均偏差温度Ｔｅがしきい値Ａ以上でない場合には、冷却状態の判定結果を「良」とし、１台でもしきい値Ａ以上となっている低温ショーケース７がある場合には、冷却状態の判定結果を「否」とする。このしきい値Ａは平均偏差温度Ｔｅの良否を判断するための値であり、低温ショーケース７の庫内を十分に良好な冷却状態を維持できる値に設定される。
【００４５】
そして、メインコントローラ４は、冷却状態が「良」の場合には低圧側圧力設定値を高めた制御データを生成してコンプレッサコントローラ６に送信することで、制御設定に基づく容量制御によりコンプレッサ９の総出力が小さくなって消費電力が削減される。これとは逆に、冷却状態が「否」の場合には、低圧側圧力設定値を低めた制御データを生成し、係る制御データを生成してコンプレッサコントローラ６に送信することで、制御設定に基づく容量制御によりコンプレッサ９の総出力が大きくなって低温ショーケース７の冷却性を良好に維持される。
【００４６】
また例えば、上述した実施形態で示した運転環境条件はそれに限定されるものでは無い。また、実施形態では制御データとして冷凍機の低圧側圧力設定値を調整したが、これも限定されるものでは無く、冷却システムの冷却能力と消費電力に関係する制御ファクターであれば対象となり得る。更に、実施形態では１分周期で低圧側圧力設定値を調整したが、それに限らず、１０分、３０分、１時間、１時間３０分、２時間周期など使用状況に応じて適宜選択可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】メインコントローラの機能的構成を示すブロック図である。
【図３】制御設定としての容量制御ルールの一例を示す図である。
【図４】コンプレッサコントローラの機能的構成を示すブロック図である。
【図５】メインコントローラ及びコンプレッサコントローラの動作を示すフローチャートである。
【図６】コンプレッサコントローラの容量制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１ 冷却システム
２ 冷凍回路
３ ラックシステム冷凍機（冷凍機）
４ メインコントローラ（メイン制御装置）
５ａ、５ｂ 冷媒管
６ コンプレッサコントローラ（圧縮機制御装置）
７ 低温ショーケース
９ コンプレッサ
１１ コンデンサ
１３ コンデンサファン
２１ 庫内温度センサ
２６ 低圧側圧力センサ
４１ 制御設定入力部
４２ 制御設定記憶部
６１ コントローラ通信部（受信手段）
６２ 制御設定記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスーパーマーケットなどに設置される低温ショーケースと該低温ショーケースに冷媒を供給する冷凍機から構成される冷却システムに係り、特に、コンプレッサを数種の中から任意に選定し構成自在とされた冷凍機を備える冷却システムの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍・冷蔵ショーケースなどの複数の低温ショーケースを冷媒管を介して冷凍機に並列に接続して構成した冷却システムが知られている。係る低温ショーケースはスーパーマーケットなどの店内に複数台設置され、食品を冷凍若しくは冷蔵しながら陳列販売することに供されている。
上記冷凍機は、一般に、その内部に１個もしくは複数のコンプレッサと、コンプレッサを制御するマイコンとを筐体内に収めてパッケージ化して構成されている。そして、このマイコンが所定の動作シーケンスに基づいてコンプレッサを制御することで低温ショーケースとの間で冷凍サイクルを構成し、低温ショーケースを冷却している。
【０００３】
近年ではスーパーマーケットなどの店舗においても、環境問題への取り組みやエネルギーコストの削減の観点から、冷却システムの消費電力を削減する対策が重視されている。
そこで、上記の低温ショーケースと冷凍機との連携を図ることで、低温ショーケースの庫内温度を庫内設定温度に維持しつつ無駄に冷やすことなどがないように冷凍機を制御することで、低温ショーケースの冷却性の維持と冷凍機の省エネ性の向上の両立を図った冷却システムが実現されている。この種の冷却システムでは、冷凍機の運転を制御する制御装置を設け、この制御装置が低温ショーケースの冷却状態に基づいて、冷凍機の低圧側の冷媒圧力である低圧側圧力に適切な値を設定して冷凍機に出力することで、低温ショーケースの冷却性を維持しつつ冷凍機の省エネ性を高めている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−５７３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、冷却システムの設置箇所で必要とされる最大冷却能力は、冷凍機に接続する低温ショーケースの台数や、庫内設定温度、店内温度や外気温度などの環境条件によって決定される。したがって、冷却システムの設置時には、必要となる最大冷却能力に対して余裕のある能力を有した冷凍機が設置される。このとき、冷凍機の最大冷却能力は機種ごとに既定であるため、設置時の環境条件に見合った最大冷却能力の冷凍機がメーカなどで用意されていなければ、それよりも更に最大冷却能力に余裕のある冷凍機を設置せざるを得えず、冷却能力に無駄が生じることになる。
【０００５】
そこで、冷凍機の最大冷却能力を決定付ける要因の一つであるコンプレッサの容量を、設置する環境条件において必要となる最大冷却能力（熱負荷）に合わせて、同一メーカ或いは他メーカの製品の中からユーザ等が自由に選択し、これらを自らが組み合わせて冷凍機を構成自在とすれば、最適な最大冷却能力を有する冷凍機を構成することができる（このような冷凍機を以下「ラックシステム冷凍機」と称する）。係るラックシステム冷凍機においては、必要となる最大冷却能力に最適な冷却能力が得られるから、従来のパッケージ化された冷凍機に比べ、無駄となる冷却能力がなく省エネ効果が高い冷却システムが実現可能になる。
【０００６】
しかしながら、低温ショーケースの熱負荷は、外気温度や店内温度などの冷却システムの運転時に時々刻々と変動する環境条件（以下、運転環境条件と言う）によっても大きく左右されるため、一定の冷却能力でラックシステム冷凍機を運転させていると、例えば熱負荷が低いときには無駄な冷却が行われることとなる。上記のようにラックシステム冷凍機は、最適な冷却能力であることを前提に構成されているため、当該ラックシステム冷凍機の運転を低温ショーケースの状態と連携させる手段は不要とされており、低温ショーケースの熱負荷に合わせてラックシステム冷凍機を運転させることはできない。
【０００７】
また、従来の冷凍機のマイコンには、内蔵のコンプレッサの種類に対して最適化された動作シーケンス（例えば、低圧側圧力設定値の設定手法など）のマイコンプログラムが予め組み込まれている。したがって、コンプレッサを任意に選定自在としたラックシステム冷凍機において、低温ショーケースの熱負荷に応じて冷却能力を可変し省エネ効果が得られる制御を行うには、コンプレッサの任意の組み合わせの全てを予め予想してマイコンプログラムとして組み込んでおくか、または、マイコンプログラムの一部の変更により、コンプレッサの任意の組み合わせ全てに対応可能にしておく必要がある。しかしながら、これらを実現するのは非常に困難であり、ラックシステム冷凍機において、マイコンにより省エネ効果を得る制御を行うことは困難であった。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、コンプレッサを数種の中から任意に選択して構成自在とされた冷凍機を備えた冷却システムにおいて、低温ショーケースの冷却性の維持と冷凍機の省エネ性の向上の両立を可能にす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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機を数種の中から任意に選択して組み込み自在とされた冷凍機に、複数の低温ショーケースを冷媒管を介して並列に接続して構成した冷凍回路と、前記低温ショーケースの冷却状態に基づいて、前記冷凍機に組み込まれている圧縮機の制御データを生成して出力するメイン制御装置と、前記冷凍機に組み込まれている圧縮機に対する容量制御に要する制御設定を取得可能に構成されるとともに、前記メイン制御装置からの制御データを受信する受信手段を備え、前記制御設定及び前記制御データに基づいて前記圧縮機の容量制御を行う圧縮機制御装置と、を備えることを特徴とする冷却システムを提供する。
【００１０】
また本発明は、上記冷却システムにおいて、前記メイン制御装置は、前記低温ショーケースの冷却状態の安定性に応じた長さのディレイ時間を前記制御データとして生成し、前記圧縮機制御装置は、前記圧縮機の容量を変更すべき状態が前記ディレイ時間に亘って継続したときに、前記制御設定に基づいて前記圧縮機の容量を変更することを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、上記冷却システムにおいて、前記メイン制御装置は、前記低温ショーケースの冷却状態に基づいて前記冷凍機の冷却能力の目標値を規定する前記制御データを生成し、前記圧縮機制御装置は、前記冷凍機の冷却能力が前記目標値に近づくように前記制御設定に基づいて前記圧縮機の容量を変更することを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、上記冷却システムにおいて、前記冷凍機に容量が互いに異なる複数の容量固定型の圧縮機が組み込まれ、前記圧縮機制御装置は、前記圧縮機の各々のオン／オフにより容量制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、冷凍機に組み込まれている圧縮機の容量制御に要する制御設定を取得し、また、低温ショーケースの冷却状態に基づく制御データをメイン制御装置から受信し、これら制御設定及び制御データに基づいて圧縮機を制御する圧縮機制御装置を備える構成としたため、圧縮機を数種の中から任意に選択して組み込み自在とされた冷凍機を備える冷却システムであっても、冷凍機にマイコンを設けなくとも低温ショーケースの冷却状態に応じて冷凍機の冷却能力を制御することができるから、低温ショーケースの冷却性の維持と冷凍機の省エネ性の向上の両立が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る冷却システム１の構成を模式的に示す図である。
この図に示すように、冷却システム１は、ラックシステム冷凍機３に液管たる冷媒管５ａ及びガス管たる冷媒管５ｂを介して、複数の低温ショーケース７を並列に接続して構成した冷凍回路２と、メインコントローラ（メイン制御装置）４と、コンプレッサコントローラ（圧縮機制御装置）６とを備えて構成されている。
【００１５】
ラックシステム冷凍機３は、複数台のコンプレッサ９と、コンデンサ１１と、コンデンサファン１３と、低圧側の冷媒圧力を検出する低圧側圧力センサ２６とを備えている。コンプレッサ９の各々は互いに容量が異なる容量固定型の圧縮機であり、それらの駆動台数によって総出力、すなわち冷凍機の冷却能力が可変される。以下の説明では、コンプレッサ９の台数を２台とするが、台数はこれに限定されるものではない。
【００１６】
低温ショーケース７の各々は膨張弁（減圧装置）１５と、冷却器１７とを備え、膨張弁１５の入り口には液電磁弁１９が接続されている。
液電磁弁１９は、膨張弁１５への冷媒の供給を制御するための弁であり、液電磁弁１９の開閉によって冷却器１７の冷却による低温ショーケース７の庫内温度が制御される。
すなわち、低温ショーケース７は、庫内の温度を検出する庫内温度センサ２１及びマイコン２３を備え、マイコン２３は、庫内設定温度の上下に設定された上限温度と下限温度を記憶し、上限温度にて液電磁弁１９を開き、下限温度にて閉じるＯＮ−ＯＦＦ制御を実行する。係るＯＮ−ＯＦＦ制御により、平均として低温ショーケース７の庫内温度が庫内設定温度に近付けられる。なお、ラックシステム冷凍機３には、低温ショーケース７の他にも例えば冷蔵／冷凍プレハブ庫等の他の負荷設備を接続しても良い。
【００１７】
上記ラックシステム冷凍機３は、冷却能力を決定付ける主要要素の一つであるコンプレッサ９を、冷却システム１に必要となる最大冷却能力に基づいて、数種の機種の中から自由自在に選択して組み合わせて組み込み自在としたものである。係るラックシステム冷凍機３においては、構成部品が１つの筐体にパッケージ化される必要がないため、例えばコンプレッサ９を屋内に配置しつつ、コンデンサ１１及びコンデンサファン１３を屋外に配置して熱籠もりを防止可能なレイアウトとすることができる。また、筐体による設置スペースの制約が無いため、コンプレッサ９の機種や台数を決定する際の自由度が高められる。
【００１８】
係るラックシステム冷凍機３においては、コンプレッサ９の機種や台数が不定であるため、従来の冷凍機のようにマイコンを内蔵する構成とし、省エネ効果が得られるようにコンプレッサ９の各々の容量をマイコンが制御することは難しい。そこで、本実施形態の冷却システム１においては、ラックシステム冷凍機３が備える複数台のコンプレッサ９を制御するコンプレッサコントローラ６をラックシステム冷凍機３と別体に設けている。このコンプレッサコントローラ６は、メインコントローラ４からの後述する制御データに基づいて、複数台のコンプレッサ９の各々をオン／オフさせて容量制御を行うが、その詳細な構成については後述する。
【００１９】
メインコントローラ４は、各低温ショーケース７、及び、コンプレッサコントローラ６のそれぞれと通信線２４を介して接続され、所定の動作シーケンスを規定するプログラム２５に基づいて動作するマイコンや通信装置などを備え、各低温ショーケース７の冷却状態に基づいてラックシステム冷凍機３のコンプレッサ９を制御するための後述する制御データを生成してコンプレッサコントローラ６に出力する。
【００２０】
図２はメインコントローラ４の機能的構成を示すブロック図である。
この図において、制御部４０は、メインコントローラ４の各部を中枢的に制御する。
制御設定入力部４１は、ラックシステム冷凍機３に組み込まれているコンプレッサ９に対する容量制御に要する情報として制御ルールを規定した制御設定が入力される。
さらに詳述すると、ラックシステム冷凍機３においては、コンプレッサ９の機種（容量）や台数が設置時に決定されることから、コンプレッサコントローラ６に、これらのコンプレッサ９の容量制御を規定したプログラムを予め組み込むことはできない。そこで本実施例では、ラックシステム冷凍機３に組み込まれているコンプレッサ９に対する容量制御に要する情報が制御設定としてメインコントローラ４に入力される構成とし、そして上記制御データに含められてコンプレッサコントローラ６に入力している。
【００２１】
図３は、制御設定として用いられる制御ルールの一例を示す図である。
この図に示すように、制御ルールにおいては、コンプレッサ９の各々のオン／オフと、総出力との対応関係が規定されており、総出力が低い方から順に、コンプレッサ９の各々のオン／オフの組み合わせにステップＮｏ１、ステップＮｏ２・・・と番号が付されている。すなわち、容量制御において総出力を下げる場合には、そのときの各コンプレッサ９のオン／オフの組に対応するステップＮｏよりも小さなステップＮｏを選択し、その選択したステップＮｏで規定された通りに各コンプレッサ９をオン／オフさせれば総出力を下げることができ、これとは逆に、総出力を上げる場合には、より大きなステップＮｏを選択して、その選択したステップＮｏで規定された通りに各コンプレッサ９をオン／オフさせれば総出力を上げることができる。
【００２２】
ここで、本実施形態のラックシステム冷凍機３には、互いに容量の異なる容量固定型のコンプレッサ９が２台設けられているため、同図に示す通り、それぞれのオン／オフ状態の組み合わせが４通り得られる。このとき、コンプレッサ９の各々の容量が同じであると、４通りの組み合わせに総出力が同じになる組み合わせが生じることとなり、総出力が異なる組み合わせの数が減ってしまうが、互いに容量の異なるコンプレッサ９を用いることで、総出力が異なる組み合わせの数を最大とし、コンプレッサ９の総出力を細かく制御することができる。
【００２３】
係るコンプレッサ９の容量制御は、ラックシステム冷凍機３の冷凍能力に無駄を生じさせないために行われるものである。本実施形態では、冷却能力の指標に、ラックシステム冷凍機３の低圧側の冷媒圧力（以下、「低圧側圧力」と言う）を用いることとし、この低圧側圧力を所定の設定値（以下、「低圧側圧力設定値」と言う）に維持するために、上記容量制御ルールに基づくコンプレッサ９の容量制御が行われる。なお低圧側圧力設定値は、例えば夏季の最も冷却能力が必要とされる環境に耐えるのに過不足のない値に設定されている。
【００２４】
前掲図２に戻り、制御設定記憶部４２は、制御設定入力部４１から入力された制御設定を記憶する。なお、制御設定をコンプレッサコントローラ６が記憶して保持可能な場合には、当該制御設定記憶部４２をメインコントローラ４が必ずしも備える必要はない。
ショーケース通信部４３は、通信線２４を介して各低温ショーケース７のマイコン２３と通信する。この通信により、各低温ショーケース７における庫内温度と庫内設定温度と偏差温度が取得される。
【００２５】
冷却状態判定部４４は、低温ショーケース７の冷却状態の安定性を判定する。この安定性は、庫内温度と庫内設定温度の偏差温度の時間的変動の度合いに基づいて判定される。例えば、単位時間当たりの偏差温度の変化率（上昇率又は下降率）が庫内温度の急激な変化とみなされる閾値を超えている場合には、この偏差温度の変化に追従させてラックシステム冷凍機３の冷却能力を可変させなくては低温ショーケース７の冷却性が悪くなることを意味する。したがって、この場合には、「安定性が悪い」と判定される。これとは逆に、単位時間当たりの偏差温度の変化率（上昇率又は下降率）が小さい場合には、この偏差温度の変化に対してラックシステム冷凍機３の冷却能力の追従性が多少悪くとも低温ショーケース７の冷却状態には影響が出にくいため「安定性が良い」と判定される。
【００２６】
冷却状態の安定性の判定は、全ての低温ショーケース７について行われ、１つでも「安定性が悪い」と判定された場合には、「安定性が悪い」という判定結果が冷却状態判定部４４から出力され、全ての低温ショーケース７について「安定性が良い」と判定されたときに冷却状態判定部４４から「安定性が良い」という判定結果が出力される。
なお、低温ショーケース７が備える液電磁弁１９の開閉が上記偏差温度、さらには冷却状態（庫内の冷え具合）に連動していることから、この液電磁弁１９の開閉頻度に基づいて低温ショーケース７の冷却状態の安定性を判定しても良い。この場合には、低温ショーケース７の庫内の冷却状態が、冷えの良い状態（庫内温度≦庫内設定温度）と、悪い状態（庫内温度＞庫内設定温度）との間を所定時間内に何回遷移しているかが安定性として判定され、所定回数以上遷移している場合に安定性が悪いと判定される。
【００２７】
ところで、全ての低温ショーケース７において冷却状態の安定性が良い場合、上述の通り、低温ショーケース７の偏差温度の変化に対してラックシステム冷凍機３の冷却能力の追従性（応答性）を多少低くしても低温ショーケース７の冷却性には影響が生じない。また、低温ショーケース７の冷却状態は一時的に悪くなっても、ある程度の時間経過後には、冷却状態が良くなる可能があり、このような場合にはコンプレッサ９のオン／オフを禁止することで当該オン／オフに伴う消費電力を削減することができる。これらのことから、本実施形態では、低圧側圧力が低圧側圧力設定値よりも高い／低い状態、すなわち、コンプレッサ９の容量制御を行って冷却能力を調整すべき状態が所定の時間（以下、「ディレイ時間」と言う）に亘り継続したときに、コンプレッサ９の容量を可変する構成とし、「安定性が良い」と判定された場合にはディレイ時間を一定時間延長して追従性を低め、これとは逆に「安定性が悪い」と判定された場合にはディレイ時間を一定時間短縮して追従性を高める構成としている。これにより、「安定性が良い」場合にはコンプレッサ９のオン／オフ頻度が減って省エネが図られるとともに、「安定性が悪い」場合には冷却能力の追従性が速やかに高められ低温ショーケース７の冷却状態が良好に維持されることとなる。
【００２８】
コンプレッサコントローラ通信部４５は、通信線２４を介してコンプレッサコントローラ６に、制御部４０が生成した制御データを出力する。この制御データには、上記制御設定、低圧側圧力設定値、及び、ディレイ時間の指示値（延長／短縮時間）のいずれかが含まれている。なお、制御設定及び低圧側圧力設定値は、冷却システム１の設置時に決定付けられ、それ以降可変するものでもないため、本実施形態では、制御設定及び低圧側圧力設定値をコンプレッサコントローラ６が保持可能に構成され、これら制御設定及び低圧側圧力設定値が冷却システム１の設置当初にだけ制御データとして送信され、コンプレッサコントローラ６に保持される。
【００２９】
図４は、コンプレッサコントローラ６の機能的構成を示すブロック図である。
この図において、制御部６０は、コンプレッサコントローラ６の各部を中枢的に制御するとともに、ラックシステム冷凍機３に組み込まれているコンプレッサ９の各々のオン／オフを制御するコンプレッサ制御信号を生成するものであり、例えばマイコンを備えて構成されている。コントローラ通信部６１は、メインコントローラ４との間で通信線２４を介して通信し、上記制御データを受信する。制御設定記憶部６２は、制御データに含まれている上記制御設定及び低圧側圧力設定値を記憶する。低圧側圧力センサ入力部６３は、ラックシステム冷凍機３に設けた低圧側圧力センサ２６から低圧側圧力の検出値が入力される。制御部６０は、低圧側圧力の検出値と低圧側圧力設定値を比較し、低圧側圧力の検出値が上記ディレイ時間に亘り継続して低圧側圧力設定値を超えた又は回った場合に、上記制御設定の容量制御ルールにしたがってラックシステム冷凍機３の容量を変更する。
【００３０】
具体的には、低圧側圧力が低圧側圧力設定値よりも低い場合、無駄な冷却能力が生じ省エネ性が悪くなっていることを示し、これとは逆に、低圧側圧力が低圧側圧力設定値よりも高い場合、冷却能力が足りずに低温ショーケース７の冷却性が損なわれていることを示す。したがった、制御部６０は、低圧側圧力が低圧側圧力設定値よりも高い状態がディレイ時間に亘り継続した場合には、その都度、上記容量制御ルールのステップＮｏを「１」ずつ上げて総出力を高めて冷却能力を高め、これとは逆に、低圧側圧力が低圧側圧力設定値よりも低い状態がディレイ時間に亘り継続した場合には、ステップＮｏを「１」ずつ下げて総出力を次第に下げて冷却能力を低める。そして、制御部６０は、そのステップＮｏで指定された組のコンプレッサ９だけを稼働させるべく制御信号を生成する。コンプレッサ制御信号出力部６４は、係るコンプレッサ制御信号をラックシステム冷凍機３のコンプレッサ９に出力する。
【００３１】
なお、制御設定及び低圧側圧力設定値が毎回の制御データに含まれている場合には、コンプレッサコントローラ６が制御設定記憶部６２を備える必要はない。また、コンプレッサコントローラ６に、メインコントローラ４と同様に制御設定入力部や表示部を設け、メインコントローラ４ではなくコンプレッサコントローラ６に制御設定を直接入力しても良い。
【００３２】
次いで、係る構成の冷却システム１の動作について説明する。
図５は、メインコントローラ４の動作をコンプレッサコントローラ６の動作とともに示すフローチャートである。
上述の通り、冷却システム１においては、メインコントローラ４がコンプレッサコントローラ６に、上述した制御設定、低圧側圧力設定値及びディレイ時間を含む制御データを出力し、この制御データに基づいてコンプレッサコントローラ６がラックシステム冷凍機３の各コンプレッサ９の容量制御が行われる。
このとき、冷却システム１の設置当初においては、制御設定が不明であるため、サービスマン等によってコンプレッサ９の構成に基づく制御設定及び低圧側圧力設定値がメインコントローラ４に入力され（ステップＳ１）、これら制御設定及び低圧側圧力設定値がコンプレッサコントローラ６に制御データとして送信される（ステップＳ２）。係る制御データはコンプレッサコントローラ６に受信され（ステップＳ１０）、当該コンプレッサコントローラ６の制御設定記憶部６２に保持される。
その後、コンプレッサ９の電源がオンされて運転可能状態とされ、コンプレッサコントローラ６が制御設定の容量制御ルールにしたがって、ラックシステム冷凍機３のコンプレッサ９を駆動することで低温ショーケース７の冷却が行われる。
【００３３】
低温ショーケース７の冷却中、すなわち、冷却システム１の運転中の間、メインコントローラ４は、一定時間（例えば１０秒〜６０秒）ごとに全ての低温ショーケース７から庫内温度と庫内設定温度の偏差温度を取得し（ステップＳ３）、それぞれの低温ショーケース７の冷却状態を判定する（ステップＳ４）。この冷却状態の判定においては、上述の通り、各低温ショーケース７の冷却状態の安定性が判定され、全ての低温ショーケース７において冷却状態の安定性が良い場合には「安定性が良い」と判定され、１つでも冷却状態の安定性の悪い低温ショーケース７がある場合には「安定性が悪い」と判定される。
【００３４】
そして、メインコントローラ４は、冷却状態の安定性が良い場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、低温ショーケース７の冷却状態の変化に対するコンプレッサ９の容量制御の追従性を低めて省エネ化を図るべく、ディレイ時間をａ時間だけ延長する（ステップＳ６）。これとは逆に、冷却状態の安定性が悪い場合（ステップＳ５：ＮＯ）、メインコントローラ４は、コンプレッサ９の容量制御の追従性を高めて低温ショーケース７の冷却性を維持すべく、ディレイ時間をｂ時間だけ短縮する（ステップＳ７）。これらａ時間及びｂ時間は共に同じ時間であっても、異なる時間であってもよい。
【００３５】
メインコントローラ４は、低温ショーケース７の冷却状態に基づいて、このようにしてディレイ時間を決定すると、このディレイ時間の指示値を制御データとしてコンプレッサコントローラ６に送信する（ステップＳ８）。そして、低温ショーケース７の冷却状態を監視すべく処理手順をステップＳ３に戻す。
これにより、低温ショーケース７の冷却状態を反映したディレイ時間の指示値が制御データとしてコンプレッサコントローラ６に受信され（ステップＳ１１）、コンプレッサコントローラ６においては、このディレイ時間を反映してのコンプレッサ９の容量制御が行われる。
【００３６】
図６は、コンプレッサコントローラ６による容量制御のフローチャートである。
この図に示すように、コンプレッサコントローラ６は、ラックシステム冷凍機３の低圧側圧力センサ２６から一定時間ごとに低圧側圧力を取得し（ステップＳ２０）、低圧側圧力設定値と比較する（ステップＳ２１）。低圧側圧力が低圧側圧力設定値を超えラックシステム冷凍機３の冷却能力が不足している場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、この状態が上述のディレイ時間に亘り継続したか否かを判定する（ステップＳ２２）。そして、継続していなければ（ステップＳ２２：ＮＯ）、コンプレッサ９の無駄なオン／オフを回避すべく処理手順をステップＳ２０に戻し、継続している場合には（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、冷却能力を上げて低温ショーケース７の冷却性を維持すべく容量制御ルールのステップＮＯを「１」つ上げ（ステップＳ２３）、この容量制御ルールに基づくコンプレッサ制御信号を生成してコンプレッサ９に出力する（ステップＳ２４）。
【００３７】
また、低圧側圧力が低圧側圧力設定値を下回りラックシステム冷凍機３の冷却能力に余りが生じている場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、この状態が上述のディレイ時間に亘り継続したか否かを判定する（ステップＳ２５）。そして、継続していなければ（ステップＳ２５：ＮＯ）、コンプレッサ９の無駄なオン／オフを回避すべく処理手順をステップＳ２０に戻し、継続している場合には（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、冷却能力を下げてラックシステム冷凍機３の消費電力削減を図るべく容量制御ルールのステップＮＯを「１」つ下げ（ステップＳ２６）、この容量制御ルールに基づくコンプレッサ制御信号を生成してコンプレッサ９に出力する（ステップＳ２４）。
【００３８】
なお、低圧側圧力が低圧側圧力設定値を超えたか否かの判定の際には、判定基準となる低圧側圧力設定値にヒステリシスが設けられる。すなわち、低圧側圧力が低圧側圧力設定値よりも所定値だけ高い圧力を超えた場合に「超えた」と判定し、低圧側圧力が低圧側圧力設定値よりも所定値だけ低い圧力を下回った場合に「下回った」と判定されている。かかる所定値は、上記低圧側圧力設定値と共にメインコントローラ４からコンプレッサコントローラ６に送信したり、或いは、当該コンプレッサコントローラ６のプログラムに予め組み込んでおくこともできる。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態によれば、ラックシステム冷凍機３に組み込まれているコンプレッサ９の容量制御に要する制御設定を取得可能に構成され、また、低温ショーケース７の冷却状態に基づく制御データをメインコントローラ４から受信し、これら制御設定及び制御データに基づいてコンプレッサ９を制御するコンプレッサコントローラ６を備える構成としたため、コンプレッサ９を数種の中から任意に選択して組み込み自在とされた上記ラックシステム冷凍機３を備える冷却システム１であっても、当該ラックシステム冷凍機３にマイコンを設けなくとも低温ショーケース７の冷却状態に応じてラックシステム冷凍機３の冷却能力を制御することができるから、低温ショーケース７の冷却性の維持と冷凍機の省エネ性の向上の両立が実現される。
【００４０】
特に本実施形態によれば、メインコントローラ４は、低温ショーケース７の冷却状態の安定性に応じた長さのディレイ時間を制御データとして生成してコンプレッサコントローラ６に出力し、コンプレッサコントローラ６は、コンプレッサ９の総出力を変更すべき状態がディレイ時間に亘って継続したときに、制御設定に基づいてコンプレッサ９の容量を変更する構成としたため、低温ショーケース７の冷却状態が安定しているときには、コンプレッサ９のオン／オフ頻度を抑えて省エネ性を高めつつ、冷却状態が安定していないときには、低温ショーケース７の冷却状態の変化に対するラックシステム冷凍機３の冷却能力の追従性を高めて低温ショーケース７の冷却性を良好に維持することができる。
【００４１】
さらに本実施形態によれば、互い容量が異なる複数の容量固定型のコンプレッサ９を組み込んでラックシステム冷凍機３を構成し、それぞれのコンプレッサ９をオン／オフして容量制御を行う構成としたため、コンプレッサ９のオン／オフの組み合わせの数と同じ数だけ総出力を異ならせることができ、容量が同じコンプレッサが含まれる場合と比べて総出力を異ならせることができる。
【００４２】
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。
例えば、上述した実施形態では、容量固定型のコンプレッサ９を複数台設けてラックシステム冷凍機３を構成したが、これに限らず、コンプレッサ９の台数を１台とし、当該コンプレッサ９をオン／オフさせることで冷却能力を制御してもよい。
また、複数台の容量固定型のコンプレッサ９により容量を制御する構成に限らず、容量可変型のインバータコンプレッサを組み込んでラックシステム冷凍機を構成し、当該インバータコンプレッサをインバータ制御することで容量を制御する構成としてもよい。この場合、インバータ制御の制御ルールが制御設定として用いられる。
【００４３】
また上述した実施形態では、低温ショーケース７の冷却状態の安定性を、コンプレッサ９の容量制御に反映させることで、低温ショーケース７の冷却性の維持とラックシステム冷凍機３の省エネ性の向上とを図った。
この他にも、低温ショーケース７の冷却状態の良否を、コンプレッサ９の容量制御に反映させる構成としても良い。
すなわち、メインコントローラ４が、低温ショーケース７の冷却状態の良否に基づいてラックシステム冷凍機３の冷却能力の目標値を例えば低圧側圧力設定値として規定した制御データを生成し、ラックシステム冷凍機３の低圧側圧力が当該低圧側圧力設定値に近づくように制御設定に基づいてコンプレッサコントローラ６がコンプレッサ９の容量制御を行う構成としてもよい。
【００４４】
この場合、冷却状態の良否の判断は、例えば次のようにして行われる。すなわち、メインコントローラ４は各低温ショーケース７から送られてくる偏差温度から一定時間（例えば１時間）当たりの平均偏差温度Ｔｅ（ｄｅｇ）をそれぞれ算出し、全ての低温ショーケース７においてこの平均偏差温度Ｔｅが予め設定したしきい値Ａ以上か否かで判断する。そして、全ての低温ショーケース７の平均偏差温度Ｔｅがしきい値Ａ以上でない場合には、冷却状態の判定結果を「良」とし、１台でもしきい値Ａ以上となっている低温ショーケース７がある場合には、冷却状態の判定結果を「否」とする。このしきい値Ａは平均偏差温度Ｔｅの良否を判断するための値であり、低温ショーケース７の庫内を十分に良好な冷却状態を維持できる値に設定される。
【００４５】
そして、メインコントローラ４は、冷却状態が「良」の場合には低圧側圧力設定値を高めた制御データを生成してコンプレッサコントローラ６に送信することで、制御設定に基づく容量制御によりコンプレッサ９の総出力が小さくなって消費電力が削減される。これとは逆に、冷却状態が「否」の場合には、低圧側圧力設定値を低めた制御データを生成し、係る制御データを生成してコンプレッサコントローラ６に送信することで、制御設定に基づく容量制御によりコンプレッサ９の総出力が大きくなって低温ショーケース７の冷却性を良好に維持される。
【００４６】
また例えば、上述した実施形態で示した運転環境条件はそれに限定されるものでは無い。また、実施形態では制御データとして冷凍機の低圧側圧力設定値を調整したが、これも限定されるものでは無く、冷却システムの冷却能力と消費電力に関係する制御ファクターであれば対象となり得る。更に、実施形態では１分周期で低圧側圧力設定値を調整したが、それに限らず、１０分、３０分、１時間、１時間３０分、２時間周期など使用状況に応じて適宜選択可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】メインコントローラの機能的構成を示すブロック図である。
【図３】制御設定としての容量制御ルールの一例を示す図である。
【図４】コンプレッサコントローラの機能的構成を示すブロック図である。
【図５】メインコントローラ及びコンプレッサコントローラの動作を示すフローチャートである。
【図６】コンプレッサコントローラの容量制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１ 冷却システム
２ 冷凍回路
３ ラックシステム冷凍機（冷凍機）
４ メインコントローラ（メイン制御装置）
５ａ、５ｂ 冷媒管
６ コンプレッサコントローラ（圧縮機制御装置）
７ 低温ショーケース
９ コンプレッサ
１１ コンデンサ
１３ コンデンサファン
２１ 庫内温度センサ
２６ 低圧側圧力センサ
４１ 制御設定入力部
４２ 制御設定記憶部
６１ コントローラ通信部（受信手段）
６２ 制御設定記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機を数種の中から任意に選択して組み込み自在とされた冷凍機に、複数の低温ショーケースを冷媒管を介して並列に接続して構成した冷凍回路と、
前記低温ショーケースの冷却状態に基づいて、前記冷凍機に組み込まれている圧縮機の制御データを生成して出力するメイン制御装置と、
前記冷凍機に組み込まれている圧縮機に対する容量制御に要する制御設定を取得可能に構成されるとともに、前記メイン制御装置からの制御データを受信する受信手段を備え、前記制御設定及び前記制御データに基づいて前記圧縮機の容量制御を行う圧縮機制御装置と、
を備えることを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記メイン制御装置は、
前記低温ショーケースの冷却状態の安定性に応じた長さのディレイ時間を前記制御データとして生成し、
前記圧縮機制御装置は、
前記圧縮機の容量を変更すべき状態が前記ディレイ時間に亘って継続したときに、前記制御設定に基づいて前記圧縮機の容量を変更する
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】
前記メイン制御装置は、
前記低温ショーケースの冷却状態に基づいて前記冷凍機の冷却能力の目標値を規定する前記制御データを生成し、
前記圧縮機制御装置は、
前記冷凍機の冷却能力が前記目標値に近づくように前記制御設定に基づいて前記圧縮機の容量を変更する
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４】
前記冷凍機に容量が互いに異なる複数の容量固定型の圧縮機が組み込まれ、
前記圧縮機制御装置は、前記圧縮機の各々のオン／オフにより容量制御を行う
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却システム。
【請求項１】
圧縮機を数種の中から任意に選択して組み込み自在とされた冷凍機に、複数の低温ショーケースを冷媒管を介して並列に接続して構成した冷凍回路と、
前記低温ショーケースの冷却状態に基づいて、前記冷凍機に組み込まれている圧縮機の制御データを生成して出力するメイン制御装置と、
前記冷凍機に組み込まれている圧縮機に対する容量制御に要する制御設定を取得可能に構成されるとともに、前記メイン制御装置からの制御データを受信する受信手段を備え、前記制御設定及び前記制御データに基づいて前記圧縮機の容量制御を行う圧縮機制御装置と、
を備えることを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記メイン制御装置は、
前記低温ショーケースの冷却状態の安定性に応じた長さのディレイ時間を前記制御データとして生成し、
前記圧縮機制御装置は、
前記圧縮機の容量を変更すべき状態が前記ディレイ時間に亘って継続したときに、前記制御設定に基づいて前記圧縮機の容量を変更する
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】
前記メイン制御装置は、
前記低温ショーケースの冷却状態に基づいて前記冷凍機の冷却能力の目標値を規定する前記制御データを生成し、
前記圧縮機制御装置は、
前記冷凍機の冷却能力が前記目標値に近づくように前記制御設定に基づいて前記圧縮機の容量を変更する
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４】
前記冷凍機に容量が互いに異なる複数の容量固定型の圧縮機が組み込まれ、
前記圧縮機制御装置は、前記圧縮機の各々のオン／オフにより容量制御を行う
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−７８２２９（Ｐ２０１０−７８２２９Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４７２６８（Ｐ２００８−２４７２６８）
【出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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