JP2003021363A - 恒温庫 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機が頻繁に発停せず、過熱することな
く、庫内温度を均一かつ精密に維持する安価な恒温庫を
提供することを課題とする。 【解決手段】 貯蔵室２内に、ヒータ６と冷却器７とフ
ァン８とを有し、この冷却器７に冷媒を供給する圧縮機
１４方式の冷凍回路を備えた恒温庫１において、冷凍回
路の凝縮器１５出口側に圧縮機の吸入側へバイパス回路
２２を設け、このバイパス回路に流れる冷媒を、圧縮機
の吐出ガス温度で制御する。また、冷却器７の冷却能力
が、収容物の発熱量を上回り、ヒータ６の加熱能力が、
冷却器７の冷却能力を上回るように設定し、圧縮機１４
を連続運転させ、ヒータ６を短時間間隔で入り切りし
て、庫内を制御する。さらにヒータ６の取付板３３の先
端３３ａを風路に添って屈曲させ、風路の吐出口に、角
度調整可能な風向板３７を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、庫内に食材や電
気部品などの発熱試料を収納して、常温以下の低温から
常温以上の高温にわたり、任意の庫内温度を維持しなが
ら、冷却、加温、保温など、各種用途に用いられる恒温
庫に関する。

【０００２】

【従来の技術】発熱試料、例えばパン生地や電気部品な
どを一定の温度に保持して、発酵させたり試験したりす
るためには、恒温庫が一般に使用されている。このよう
な恒温庫は、たとえば特開２０００−２１４９３３号公
報に示されるように、庫内に冷水による冷却手段と、ヒ
ータによる加熱手段とを構築するとともに、庫内の空気
を循環させる循環ファンと、庫内に外気を導出入するダ
ンパーとを装備している。

【０００３】そして、前記冷水は別置の熱交換器で作ら
れ、この熱交換器は、別置冷凍機に接続されており、蒸
発冷媒と熱交換を行うものである。この熱交換器で５〜
１０℃に冷やされた冷水が、ポンプによって庫内の冷却
器を循環すると共に、流量調節弁で流量を増減すること
によって、冷却能力を調整している。

【０００４】さらに、目的とする設定温度と現時点の庫
内温度検出器との差に対応させて、冷水流量とヒータ出
力を制御したうえで、更に庫内ダンパーの開度を微調整
し、循環ファンの回転数を調節して、庫内温度を精密に
制御している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記方法
は、冷水を製造したり、この冷水の流量調整するため
に、複雑で高価な別置冷水機が必要となり、冷水機を含
む恒温庫システムが大掛かりで高価になるという問題が
あった。

【０００６】また、冷水を使わず、冷凍機による直接冷
却手段を用いた場合、圧縮機が頻繁に発停を繰り返し、
庫内の温度が大きく変動したり、高温の戻りガスを吸入
して圧縮機が過熱して故障しやすいという問題があっ
た。

【０００７】この発明は、上記の問題を解決するもの
で、圧縮機が頻繁に発停せず、過熱することなく、庫内
温度を均一かつ精密に維持する安価な恒温庫を提供する
ことを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１は、
前面開口を有する断熱本体の開口を、断熱扉で閉塞する
貯蔵室内に、空気加熱手段と空気循環手段と空気冷却手
段とを有し、この空気冷却手段の冷却器に冷媒を供給す
る圧縮機方式の冷凍回路を備えた恒温庫において、前記
冷凍回路の凝縮器出口側から圧縮機吸入側にバイパス回
路を設け、このバイパス回路から前記冷凍回路の圧縮機
吸入側へ流れる冷媒を、前記圧縮機の吐出ガス温度で制
御することを特徴とする。これにより、圧縮機の吐出温
度に応じて、バイパス回路から圧縮機の吸入側に冷媒を
注入して蒸発させ、冷却器からの戻りガスを冷やしてい
る。

【０００９】この発明の請求項２は、前記空気冷却手段
の冷却能力が、前記貯蔵室に収容される収容物の発熱量
を上回り、前記空気加熱手段の加熱能力が、前記空気冷
却手段の冷却能力を上回ることを特徴とする。従って、
空気加熱手段を停止すれば収納物を冷却することができ
る一方、空気加熱手段と空気冷却手段を同時に運転すれ
ば、貯蔵庫内の温度は次第に上昇する。そしてこの状態
で、空気加熱手段を短時間間隔で入り切りすることで、
庫内温度を所望する温度帯に精密に制御するようにして
いる。

【００１０】この発明の請求項3は、前記空気加熱手段
としてヒータを用い、このヒータが固定される取付板の
一端を前記空気循環の風路に添って屈曲させたことを特
徴とする。このように、ヒータの熱を取付板に熱伝導的
に伝えると、取付板は面積が広いので、循環空気との熱
交換が増進すると共に、空気の流れが屈曲するコーナー
部において、循環空気をこの取付板の形状に沿わせるこ
とにより、空気のよどみや渦が発生しないようにしてい
る。

【００１１】この発明の請求項４では、前記貯蔵室内に
前記循環空気を吐出する吐出口に、角度調整可能な風向
板を有することを特徴とする。こうして、吐出される加
熱空気が庫内の棚に万遍なく行き渡るようにしている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１はこの発明の恒温庫の断面
図、図２はこの発明の空気加熱手段部の分解斜視図、図
3はこの発明のバイパス回路の流量調整装置の断面図、
図４はこの発明の第２の実施例の恒温庫の断面図であ
る。

【００１３】１は恒温庫で、この恒温庫の上部は、前方
を開口して内部に貯蔵室２を有する断熱本体３と、この
断熱本体の開口を閉塞する断熱扉４とで構成されてい
る。貯蔵室２の内部には、食材や電気部品等を収納する
ための棚５が3段設けられている。

【００１４】貯蔵室２の一角に上仕切板３０と多数の穴
３１の開いた縦仕切板３２が設けられており、断熱本体
３の内壁との間で風路を形成している。この風路内に、
貯蔵室２内（以下庫内という）の空気を加熱するヒータ
６、庫内空気を冷却する冷却器７、庫内空気を循環させ
る吸込みファン８、この吸込みファン８を取り囲むファ
ンケース８ａ、吸込みファン８を回転させるファンモー
タ８ｂが配列されている。ヒータ６はシーズヒータであ
り、複数の固定具３４によってヒータ取付板３３に固定
されている。このヒータ取付板３３の先端３３ａは斜め
下方に曲がっており、コーナに設けられたコーナ板３５
とほぼ平行になっている。そして、ヒータ取付板３３は
左右のヒータ支持具３８にて、断熱本体３の内壁天井に
固定されている。なお、３６は断熱前板である。

【００１５】ヒータ６の近辺に過熱防止器９が設けら
れ、断熱前板３６の近辺に温度検出器１０が設けられて
いる。風路の吐出口には、風向板３７が複数配列されて
おり、この風向板は角度が自在に調整できるように、一
端が軸支持（図示なし）されている。冷却器７には冷却
キャピラリ１１が接続されており、その先は恒温庫１の
下部へと続いている。

【００１６】恒温庫１の下部は、機械室１２となってお
り、この中に各種の冷凍機器と制御箱１３が配列されて
いる。各種の冷凍機器は次の通り。冷媒ガスを圧縮して
循環させる圧縮機１４、圧縮機から吐出された高温高圧
のガス冷媒を放熱して液冷媒にする凝縮器１５、この凝
縮器に空気を吹き付ける凝縮器ファン１６、凝縮器ファ
ンモータ１６ａ、過大な圧力を検知して圧縮機１４を保
護する高圧スイッチ１７、液冷媒を溜める受液器１８、
冷媒中のゴミ等を濾過し水分を吸着する乾燥器１９、冷
媒の異常低圧を検知して圧縮機１４を保護する低圧スイ
ッチ２０、戻りガスを一時的に溜めて圧縮機１４への液
冷媒吸い込みを防止するアキュムレータ２１である。乾
燥器１９を出た所の分岐点２７で配管を二手に分けて、
一方を庫内の冷却キャピラリ１１へ、他方をバイパス回
路２２へ導き、インジェクションバルブ２３へ接続して
いる。このインジェクションバルブ２３は、感温筒２５
を圧縮機１４の吐出管２８に熱伝導的に接触させ、感温
キャピラリ２４で連結している冷媒流量装置である。イ
ンジェクションバルブ２３を出た冷媒ガスは合流点２６
で、戻りガスと合流する。

【００１７】このように構成された恒温庫において、運
転時の動作を説明する。まず、常温以下の温度、たとえ
ば−２０℃で電気部品を試験する場合を述べる。庫内の
棚５に電気部品（図示せず）を乗せて断熱扉４を閉め
る。そして、圧縮機１４と凝縮器ファンモータ１６ａを
始動して冷媒を循環させる。冷媒が貯蔵室２の冷却器７
で蒸発し、風路内の空気を冷やす。ファンモータ８ｂと
吸込みファン８は連続駆動する。この時、庫内のヒータ
６は通電せず、冷却手段のみ運転する。庫内に収納され
た電気部品が発熱する場合でも、圧縮機の冷却能力が収
納物の発熱量を上回るように設計されているから、庫内
は次第に冷えて行く。冷却可能な収納物の最大量が、い
わゆる恒温庫のカタログ上の処理能力となる。なお、電
気部品が発熱する場合とは、たとえばハードディスクド
ライブ装置などに通電して、その耐久性を試験する場合
である。

【００１８】温度検出器１０が−２０℃を検知したら、
圧縮機１４は運転したまま、ヒータ６に通電する。する
と、庫内温度が上昇し、庫内検出器１０が−１９℃を検
知し、ヒータ６の電源を断つ。このように、庫内を低温
に維持する時も、圧縮機１４は連続運転したまま、ヒー
タ６の電源を短時間間隔で細かく入り切りして、庫内を
設定温度に保つ。こうすることで、庫内の温度変動が少
なくなる効果がある。また、圧縮機は起動する時に大き
な起動電流が流れ、継電器や駆動部に大きな負荷がかか
るが、この発明では、圧縮機が連続運転するため、発停
時の振動や応力が少なくなり、圧縮機の耐久性が増す利
点がある。

【００１９】次に、２０℃ぐらいの常温で電気部品を試
験する場合を述べる。この場合も、圧縮機１４は連続運
転させ、庫内を冷却するとともに、ヒータ６にも通電
し、庫内空気を加熱する。圧縮機１４の冷却能力に比
べ、ヒータ６の加熱能力が大きいから、庫内温度は次第
に上昇する。温度検出器１０が２０℃を検知したら、ヒ
ータ６への電源を断ち、冷凍機１４の運転のみ継続す
る。そして、温度検出器１０が１９℃に下がったら、再
びヒータ６をＯＮする。このように、２０℃近辺の常温
でも、ヒータ６を短時間間隔で細かく入り切りしなが
ら、庫内温度を制御する。圧縮機１４は連続運転させ
る。よって、オイル上がりによる摩耗や、頻繁な発停に
よる振動等で、圧縮機１４が故障することが少ない。

【００２０】次に、常温より高い温度、たとえば８０℃
で電気部品を試験する場合を述べる。この時も圧縮機１
４とヒータ６の両方に通電する。冷却器７の冷却能力に
比べ、ヒータ６の加熱能力の方が大きいから庫内温度は
次第に上昇する。ヒータ６はヒータ取付板３３に固定具
３４で熱伝導的に固定されているため、ヒータ６の熱が
ヒータ取付板３３に伝わる。このヒータ取付板３３の面
積は大きいので、循環空気に良く熱を伝え、庫内を素早
く暖めることができる。ヒータ取付板３３の先端３３ａ
は下方に屈曲しており、循環空気がスムーズに流れるよ
うに、空気流の向きを変える。従って、空気流に滞留や
渦が発生せず、熱ロスが少ないという効果がある。さら
に、空気の吐出口には風向板３７が複数取付けられてお
り、庫内の各段の棚５に向かうように、風向板の傾きを
調整することができる。棚５に乗った電気部品を加熱し
た空気は、縦仕切板３２に開けられた多数の穴３１に吸
い込まれ、風路に沿って上方に導かれ、冷却器７を通過
し、吸込みファン８に吸い込まれ、再びヒータ６とヒー
タ取付板３３で加熱される。このようにして、循環空気
で、棚５に収納された電気部品を万遍なく加熱すること
ができる。

【００２１】そして、庫内温度が８０℃に達したら、ヒ
ータ６への電源を断ち、７９℃に下がったら、ヒータ６
を再びＯＮする。この間も圧縮機１４は連続運転させ
る。このように、圧縮機を連続運転させたまま、ヒータ
のみを入り切りさせて循環空気の温度を細かく制御する
から、庫内温度は正確に維持される。一方、庫内温度は
８０℃近辺に維持されているから、冷却器７から戻る冷
媒ガスの温度も、８０℃近くに達しており、この熱いガ
スを吸い込む圧縮機１４は大きな熱負荷にさらされる。

【００２２】これを防ぐため、流量調整装置のインジェ
クションバルブ２３がバイパス回路２２に使われる。イ
ンジェクションバルブ２３は、感温筒２５、感温キャピ
ラリ２４、ベローズ４０、弁棒４２、針弁43、弁座44、
出口管４６、入口管４７から構成される。感温筒２５を
銅板などを用いて、圧縮機１４の吐出管に熱伝導的に接
触させる。圧縮機１４が過熱して吐出温度が高くなる
と、感温筒２５内の圧力が高まり、感温キャピラリ２４
を通じて、ベローズ室４１が加圧される。ベローズ室４
１は密閉空間となっているので、ベローズ４０が下方に
押し下げられ、このベローズに固着している弁棒４２が
押し下がり、さらに弁棒と結合している針弁４３が押し
下がる。すると、針弁４３と弁座４４との間に隙間がで
きて、この隙間から液冷媒が出口管４６に噴出する。出
口管４６は、ガス合流点２６に接続されているので、戻
りガスを冷却する。圧縮機１４の吐出温度が過熱してい
ない時は、感温筒２５の圧力が上昇せず、分岐点２７か
らバイパス回路２２を介し、入口管４７に接続されてい
る弁室４８の圧力の方が高い。従って、ベローズ４０を
下方に押し下げることができず、針弁４３は弁座４４を
閉めたままである。従って、出口管４６に冷媒が流れな
い。ベローズ室４１及び感温筒２５に封入されている物
質は、冷媒と同種なガスである。ガスの種類と封入量に
応じて、感温筒２５内とベローズ室４１内の温度と圧力
が定まるので、針弁４３の開弁点を任意に設定すること
ができる。

【００２３】こうして、圧縮機１４が過熱しているほ
ど、インジェクションバルブ２３によって戻りガスを冷
やすことができる。圧縮機の吸込み側には大きな液溜の
アキュムレータ２１があり、ガスだけを圧縮機１４に吸
込むように設計されているために、圧縮機１４は液を吸
い込むことがなく、圧縮機１４の弁やピストンなどを破
損することがない。さらに、圧縮機１４は連続運転され
るため、発停時の応力変動が少なくなり、故障が減ると
共に、バイパス回路２２を通る冷媒によって高温の戻り
ガスが冷却されるので、圧縮機１４が過熱せず、圧縮機
部品の耐久性が高まる利点がある。

【００２４】次に本発明の第２の実施例である図４につ
いて説明する。この発明は、バイパス回路２２の冷媒流
量装置として、電磁弁５２、バイパスキャピラリ５４、
バイメタルサーモ５０を使う。その他の部分は、図１と
同じであるので、説明は省略する。まず、圧縮機１４の
吐出管２９にバイメタルサーモ５０を銅板などを用いて
熱伝導的に固定する。バイメタルサーモ５０は吐出管２
８の温度を感知して電気接点をＯＮ、ＯＦＦする。バイ
メタルサーモ５０は、バイメタルの材質やスプリングの
強さで設定温度を調整できるが、一般的に感知温度ごと
に別個の部品となる。たとえば１２０℃でＯＮさせたい
バイメタルサーモであれば、当該仕様の部品を採用すれ
ばよい。一方のバイパス回路２２に接続された電磁弁５
２は、電磁石で流路を開閉する。従って、前記のバイメ
タルサーモ５０のサーモ端子５１と、電磁弁５２のソレ
ノイド端子５３を直列に結線し、電源を接続すれば、バ
イメタルサーモ５０の設定温度に応じて、バイパス回路
２２の冷媒流れを制御できる。すなわち、圧縮機１４が
過熱して吐出温度が１２０℃に達したら、バイメタルサ
ーモ５０がＯＮして、電磁弁５２が開き、バイパス回路
２２から液冷媒が流出する。電磁弁５２を出た液冷媒
は、バイパスキャピラリ５４で減圧され、ガス合流点２
６で戻りガスを冷却する。このように、本発明の第２の
実施例によれば、バイパス回路を流れる冷媒量を、圧縮
機の吐出ガス温度で制御するから、圧縮機が過熱すれば
直ちにバイパス回路から液冷媒を流し、圧縮機の吸込み
ガスを冷却し、圧縮機の温度を下げ、圧縮機部品の劣化
を防ぐことができる。なお、本実施例では、バイメタル
サーモと電磁弁を１個ずつ使用したが、これらは複数用
いてもよい。たとえば、１２０℃で作動するバイメタル
サーモと１４０℃で作動するバイメタルサーモを吐出管
２８にそれぞれ固定する。そしてそれぞれに対応する別
々の電磁弁を用意し、それぞれに別々のバイパスキャピ
ラリを接続する。１２０℃に対応するバイパスキャピラ
リの方は冷媒を少し流し、１４０℃の方は冷媒を多量に
流すようにキャピラリ抵抗を決める。こうすれば、２段
階の保護装置を設けたことになり、さらに圧縮機の耐久
性が増す。

【００２５】以上述べたように、本発明によれば、庫内
と外気を遮断したままで庫内温度を制御するから、パン
生地等を醗酵させる時など、外から雑菌が侵入すること
がなく、衛生的な状態を保つことが出来る。また、精密
な電気部品をテストする際にも、外気からホコリが侵入
することがなく、試験品が故障する原因を最少にするこ
とができる。そして、ヒータ取付板や風向板の働きによ
り、庫内を万遍なく加熱することが可能である。さら
に、冷水製造装置を装備したり、冷水の流量調整する必
要がなく、安価な冷凍装置で済ますことができる。ま
た、インバーター圧縮機などの高価な冷凍装置を必要と
せず、一般的な従来の定常回転型の圧縮機を用いて、精
密な温度を維持することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１によれ
ば、冷凍回路の凝縮器出口側から圧縮機の吸入側へバイ
パス回路を設け、このバイパス回路に流れる冷媒を、圧
縮機の吐出ガス温度で制御する。これにより、圧縮機の
吐出温度に応じて、バイパス回路から冷媒を圧縮機の吸
入側に注入して蒸発させ、戻りガスを冷やし、圧縮機の
過熱を防ぐようにしている。このように、ガス圧縮機を
用いた冷凍回路を安全に使用し、貯蔵庫内の空気を冷媒
蒸発器で直接冷やせるから、冷水を製造したり、冷水の
流量を調整する必要がないので、別置きの冷水機を使わ
ずに、安価な恒温庫が提供できる効果がある。

【００２７】この発明の請求項２によれば、冷凍機の冷
却能力が、貯蔵室に収容される収容物の発熱量を上回る
から、ヒータを停止すれば発熱収納物を冷却することが
できる。一方、ヒータと冷凍機を同時に運転すれば、ヒ
ータの加熱能力が冷凍機の冷却能力を上回るから、収納
物がたとえ発熱していなくても、貯蔵庫内の温度は次第
に上昇する。そしてこの状態で、ヒータを短時間間隔で
入り切りすることで、冷却能力との平衡状態が保たれ、
庫内温度を所望する温度帯に制御することができる。こ
の時、圧縮機は連続運転しているから、圧縮機の発停が
少なくなり、圧縮機の故障が少なくなり、圧縮機の耐久
性が高まる利点がある。従って、高価なインバータ方式
の圧縮機を採用することなく、定常回転の安価な圧縮機
を採用することができる。

【００２８】この発明の請求項３によれば、ヒータが固
定される取付板の一端を空気循環の風路に添って屈曲さ
せている。このように、ヒータの熱を取付板に熱伝導的
に伝え、循環空気への熱交換を増進させると共に、コー
ナー部で空気の流れによどみや渦が発生しないようにし
ている。従って、循環空気の温度損失が少なく、循環動
力のロスが少ないという効果がある。

【００２９】この発明の請求項４によれば、貯蔵室内に
循環空気を吐出する吐出口に、角度調整可能な風向板を
有する。こうして、吐出される加熱空気が庫内の棚に万
遍なく行き渡るようにしている。従って、庫内の各段に
おかれた収納物の温度が均一になる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の恒温庫の断面図である。

【図２】この発明の空気加熱手段部の分解斜視図であ
る。

【図３】この発明のバイパス回路の流量調整装置の断面
図である。

【図４】この発明の第２の実施例の恒温庫の断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 恒温庫 ２ 貯蔵室 ３ 断熱本体 ４ 断熱扉 ６ ヒータ ７ 冷却器 ８ 循環ファン １０ 温度検出器 １４ 圧縮機 ３３ ヒータ取付板 ３３ａ 先端 ３７ 風向板 ５０ バイメタルサーモ ５２ 電磁弁 ５４ バイパスキャピラリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3L045 AA01 AA03 AA04 BA01 BA07 CA02 DA02 EA01 JA01 LA05 LA13 MA02 NA03 NA08 NA21 PA04 PA05 3L054 BE02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前面開口を有する断熱本体の開口を、断
   熱扉で閉塞する貯蔵室内に、空気加熱手段と空気循環手
   段と空気冷却手段とを有し、この空気冷却手段の冷却器
   に冷媒を供給する圧縮機方式の冷凍回路を備えた恒温庫
   において、前記冷凍回路の凝縮器出口側から圧縮機吸入
   側にバイパス回路を設け、このバイパス回路から前記冷
   凍回路の圧縮機吸入側へ流れる冷媒を、前記圧縮機の吐
   出ガス温度で制御することを特徴とする恒温庫。
2. 【請求項２】 前記空気冷却手段の冷却能力が、前記貯
   蔵室に収容される収容物の発熱量を上回り、前記空気加
   熱手段の加熱能力が、前記空気冷却手段の冷却能力を上
   回ることを特徴とする請求項１記載の恒温庫。
3. 【請求項３】 前記空気加熱手段としてヒータを用い、
   このヒータが固定される取付板の一端を前記空気循環の
   風路に添って屈曲させたことを特徴とする請求項１、２
   記載の恒温庫。
4. 【請求項４】 前記貯蔵室内に前記循環空気を吐出する
   吐出口に、角度調整可能な風向板を有することを特徴と
   する請求項1、2、３記載の恒温庫。