JP2006038397A - 冷却庫 - Google Patents

Abstract

【課題】 信頼性の高い冷却庫を提供する。
【解決手段】 この冷却庫１では、１つの放熱ファン装置が故障した場合は、まず故障を報知するとともに他の放熱ファン装置の風量を上げ、次いで庫内基準温度を上げ、さらにスターリング冷凍機１０の駆動電力を下げ、それでもウォームヘッド１１の温度Ｔが基準温度ＴＲ２を超えた場合に、スターリング冷凍機１０を停止させる。したがって、放熱ファン装置３６，３７が故障した場合にスターリング冷凍機１０を直ぐ停止させる場合に比べ、冷却庫１の信頼性の向上を図ることができる。
【選択図】 図６

Description

この発明は冷却庫に関し、特に、スターリング冷凍機を備えた冷却庫に関する。

近年、フロンガスの地球環境への悪影響が指摘されており、フロンガスを使用しない冷却庫としてスターリング冷凍機を搭載したものが注目されている。この冷却庫では、スターリング冷凍機のコールドヘッドの冷熱によって庫内空間が冷却されるとともに、スターリング冷凍機のウォームヘッドの温熱が放熱器によって庫外環境に放熱される。放熱器の放熱は、放熱ファン装置の風によって促進される（たとえば特許文献１参照）。
特開２００２−２２１３８４号公報

このような冷却庫において放熱ファン装置が故障すると放熱器の放熱効率が低下し、ウォームヘッドの温度が上昇してスターリング冷凍機が故障する可能性があるので、放熱ファン装置が故障した場合は直ぐにスターリング冷凍機が停止するように制御することが考えられる。しかし、この制御方法では、突然冷却庫の運転が停止することになり、冷却庫の信頼性が損なわれる。

それゆえに、この発明の主たる目的は、信頼性の高い冷却庫を提供することである。

この発明に係る冷却庫は、スターリング冷凍機を備えた冷却庫であって、スターリング冷凍機のウォームヘッドから２次冷媒を介して温熱を受け、庫外環境に放熱を行なう放熱器と、放熱器の放熱を促進する放熱ファン装置と、放熱ファン装置の故障を検出する故障検出手段と、故障検出手段によって放熱ファン装置の故障が検出されたことに応じて、スターリング冷凍機を停止させる前に、ウォームヘッドの温度上昇が抑制されるようにを制御する制御手段とを備えたものである。

好ましくは、さらに、庫内温度を検出する温度検出手段を備え、制御手段は、温度検出手段によって検出された庫内温度が予め定められた庫内基準温度に一致するようにスターリング冷凍機を制御し、故障検出手段によって放熱ファン装置の故障が検出されたことに応じて庫内基準温度を上昇させる。

また好ましくは、さらに、ウォームヘッドの温度を検出する温度検出手段を備え、制御手段は、温度検出手段の検出温度が予め定められた基準温度を超えたことに応じて、スターリング冷凍機の駆動電力を低下させる。

また好ましくは、さらに、庫内温度を検出する第１の温度検出手段と、ウォームヘッドの温度を検出する第２の温度検出手段とを備え、制御手段は、第１の温度検出手段によって検出された庫内温度が予め定められた庫内基準温度に一致するようにスターリング冷凍機を制御し、第２の温度検出手段の検出温度が予め定められた第１の基準温度を超えたことに応じて庫内基準温度を上昇させ、その後、予め定められた時間が経過しても第２の温度検出手段の検出温度が第１の基準温度よりも低くならない場合はスターリング冷凍機の駆動電力を低下させ、第２の温度検出手段の検出温度が第１の基準温度よりも高い予め定められた第２の基準温度を超えたことに応じてスターリング冷凍機を停止させる。

また好ましくは、故障検出手段は、放熱ファン装置の駆動電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段の検出値が予め定められた上限値よりも高いか予め定められた下限値よりも低い場合に放熱ファン装置は故障していると判定する判定手段とを含む。

また好ましくは、放熱ファン装置の風量を検出する風量検出手段と、風量検出手段の検出値が予め定められた値よりも低い場合に放熱ファン装置は故障していると判定する判定手段とを含む。

また好ましくは、さらに、故障検出手段によって放熱ファン装置の故障が検出されたことに応じて、放熱ファン装置が故障していることをユーザに報知する報知手段を備える。

また好ましくは、複数の放熱ファン装置を備え、故障検出手段は、複数の放熱ファン装置の各々について故障しているか否かを検出し、制御手段は、故障検出手段によって少なくとも１つの放熱ファン装置の故障が検出された場合は、故障した放熱ファン装置を停止させ、故障していない放熱ファン装置の送風能力を上昇させる。

この発明に係る冷却庫では、放熱ファン装置が故障した場合は、スターリング冷凍機を停止させる前に、ウォームヘッドの温度上昇が抑制されるように冷却庫を制御する。したがって、放熱ファン装置の故障によってスターリング冷凍機が突然停止することを防止することができ、冷却庫の信頼性の向上を図ることができる。

好ましくは、放熱ファン装置が故障した場合は、庫内基準温度を上昇させる。この場合は、スターリング冷凍機の負荷が小さくなり、ウォームヘッドの温度上昇が抑制される。

また好ましくは、さらに、ウォームヘッドの温度が基準温度を超えたことに応じて、スターリング冷凍機の駆動電力を低下させる。この場合は、スターリング冷凍機の冷却能力が低下し、ウォームヘッドの温度上昇が抑制される。

また好ましくは、さらに、ウォームヘッドの温度が第１の基準温度を超えたことに応じて庫内基準温度を上昇させ、その後、予め定められた時間が経過してもウォームヘッドの温度が第１の基準温度よりも低くならない場合はスターリング冷凍機の駆動電力を低下させ、ウォームヘッドの温度が第１の基準温度よりも高い第２の基準温度を超えたことに応じてスターリング冷凍機を停止させる。この場合は、２重に温度チェックを行なうので、スターリング冷凍機の故障をより確実に防止することができ、より長期の信頼性を確保することができる。

また好ましくは、放熱ファン装置の駆動電流が上限値よりも高いか下限値よりも低い場合に放熱ファン装置は故障していると判定する。この場合は、放熱ファン装置が故障しているか否かを容易かつ低コストで検出することができる。

また好ましくは、放熱ファン装置の風量が予め定められた値よりも低い場合に放熱ファン装置は故障していると判定する。この場合は、放熱ファン装置が故障しているか否かを容易かつ確実に検出することができる。

また好ましくは、さらに、放熱ファン装置が故障している場合は、それをユーザに報知する。この場合は、どのような異常が発生しているかをユーザに明示し、サービスマンに修理を依頼し易くすることができる。

また好ましくは、複数の放熱ファン装置のうちの少なくとも１つの放熱ファン装置が故障した場合は、故障した放熱ファン装置を停止させ、故障していない放熱ファン装置の送風能力を上昇させる。この場合は、正常な放熱ファン装置によって故障した放熱ファン装置の風量を補償することができ、より長期に亘る運転が可能となる。

図１は、この発明の一実施の形態による冷却庫１の構成を示す部分垂直断面図であり、図２は冷却庫１のうちの熱交換に関連する部分を示す図であり、図３は冷却庫１のうちの放熱に関連する部分を示す図である。

図１において、冷却庫１は食品保存用であり、断熱構造の筐体２を備える。筐体２の正面（図１において左側）は全面的に開口部となっており、この開口部には断熱構造の扉３が開閉自在に設けられている。冷却庫１の庫内空間４は複数の棚板５により上下複数段に区画されている。

筐体２の上面と背面のなす角部に冷凍機収納凹部６が形設され、その中にスターリング冷凍機１０が設置されている。スターリング冷凍機１０は、ウォームヘッド１１、コールドヘッド１２および圧力容器１３を有する。ウォームヘッド１１には蒸発器１４が取り付けられ、蒸発器１４には２次冷媒回路１５が結合されている。

２次冷媒回路１５は、銅や銅合金、アルミなどの熱伝導の良い金属からなるパイプを閉ループ状にしたものであり、一部は蒸発器１４に結合され、他の一部はスターリング冷凍機１０の圧力容器１３の上に延び出す。圧力容器１３の上に延び出した部分に、多数の放熱フィン１７を並べた放熱器１６が取り付けられている。放熱フィン１７も熱伝導の良い金属からなる。２次冷媒回路１５のうちの放熱器１６を構成する部分は、放熱特性を高めるために、複数に分岐され、複数回折り曲げられている。２次冷媒回路１５の内部には水などの２次冷媒が密封されている。

また、スターリング冷凍機１０のコールドヘッド１２には、凝縮器１８が取り付けられ、凝縮器１８には２次冷媒回路２０が結合されている。

２次冷媒回路２０も銅や銅合金、アルミなど熱伝導の良い金属からなるパイプを閉ループ状にしたものであり、一部は凝縮器１８に結合され、他の一部は筐体２の内部に入り込む。筐体２の内部に入り込んだ部分に、多数の冷却フィン２２を並べた蒸発器２１を取り付ける。冷却フィン２２も熱伝導の良い金属からなる。２次冷媒回路２０の内部にはＣＯ_２などの２次冷媒が密封されている。

冷凍機収納凹部６の背面と左右側面はカバー３０により、上面は天板３１により、それぞれ覆われる。天板３１は筐体２の上面と所定間隔を隔てて対峙する。この間隔が通風経路３２となる。カバー３０には排気口３３が形設される。排気口３３にはパンチングメタル、金網、格子などからなる侵入防止手段が取り付けられる。

通風経路３２と排気口３３を連結するダクト３４が設けられ、その中に放熱器１６が収容される。放熱器１６の前面側には送風機３５が設置される。送風機３５は、それぞれが放熱器１６の前面に対向して配置された複数（たとえば２つ）の放熱ファン装置３６，３７を含む。放熱ファン装置３６，３７の送風能力は、個別に制御可能になっている。

冷却庫１の庫内空間４には、背面側の内壁に沿って垂直方向に延びるダクト４０，４１が設けられる。ダクト４０は奥側に位置し、ダクト４１はその手前側に位置する。ダクト４０は庫内空間４の途中までの高さで終わるが、ダクト４１は天井部まで続く。

ダクト４０の下端には庫内空間４から庫内空気を吸い込む吸気口４２が設けられ、上端にはダクト４１に空気を吹き出す送風機４３が設けられる。送風機４３は送風機３５と同様の構造である。吸気口４２と送風機４３の間に蒸発器２１が設置される。送風機４３の運転により吸気口４２から吸い込まれた空気は、蒸発器２１を通過する際に温度を奪われ、冷気となる。送風機４３によりダクト４１に吹き出された冷気はダクト４１の中を上下に分かれて進み、区画毎に設けられた吹出口４４から庫内空間４に吹き出される。

次に、この冷却庫１の動作について説明する。スターリング冷凍機１０が駆動されると、ウォームヘッド１１の温度が上昇し、コールドヘッド１２の温度が低下する。

蒸発器１４内の２次冷媒はウォームヘッド１１の熱により気化し、２次冷媒回路１５を介して放熱器１６に熱を伝達する。スターリング冷凍機１０とともに送風機３５が駆動され、通風経路３２から放熱器１６を通り、排気口３３から排出される強制空冷気流が形成される。強制空冷気流により、放熱器１６の熱は速やかに大気中に放散される。２次冷媒は放熱器１６で熱を奪われて凝縮し、重力によって蒸発器１４のレベルまで流下する。このように２次冷媒回路１５内の２次冷媒は気化と凝縮を繰り返して循環し、ウォームヘッド１１の熱を放熱器１６に伝達する。

一方、凝縮器１８内の２次冷媒はコールドヘッド１２の冷熱により凝縮し、２次冷媒回路２０を介して蒸発器２１に流下する。スターリング冷凍機１０とともに送風機４３が駆動され、吸気口４２から蒸発器２１を経てダクト４１内に排出される空気流が形成される。蒸発器２１を通過するとき、空気は熱を奪われて冷気となる。逆に２次冷媒回路２０内の２次冷媒は蒸発器２１から熱を与えられて気化し、凝縮器１８のレベルまで上昇する。このように２次冷媒回路２０内の２次冷媒は凝縮と気化を繰り返して循環し、コールドヘッド１２の冷熱を蒸発器２１に伝達する。

ダクト４１内に送り込まれた冷気は各所の吹出口４４から吹き出し、庫内空間４の各区画を冷却する。冷気は棚板５と扉３との隙間を通って吸気口４２に戻る。このようにして、庫内空間４に冷気の循環が形成される。

図４は、冷却庫１のうちの運転制御に関連する部分を示すブロック図である。図４において、この冷却庫１は、庫内温度センサ５０、コールドヘッド温度センサ５１、ウォームヘッド温度センサ５２、電流センサ５３，５４、基準値記憶部５５、報知ランプ５６および制御部５７を備える。

庫内温度センサ５０は、たとえばダクト４１の庫内空間４側の表面に設けられ、庫内空間４の温度を検出し、検出値を示す信号を制御部５７に与える。コールドヘッド温度センサ５１は、スターリング冷凍機１０のコールドヘッド１２に設けられてコールドヘッド１２の温度を検出し、検出値を示す信号を制御部５７に与える。ウォームヘッド温度センサ５２は、スターリング冷凍機１０のウォームヘッド１１に設けられてウォームヘッド１１の温度Ｔを検出し、検出値を示す信号を制御部５７に与える。

電流センサ５３，５４は、それぞれ放熱ファン装置３６，３７の駆動電流を検出し、検出値を示す信号を制御部５７に与える。基準値記憶部５５は、ＲＯＭ等の読み出し専用メモリからなり、庫内空間４の基準温度と、コールドヘッド１２の基準温度と、ウォームヘッド１１の基準温度ＴＲ１，ＴＲ２と、放熱ファン装置３６，３７の電流値の上限値および下限値とを記憶している。

報知ランプ５６は、たとえば冷却庫１の扉３の外部表面に設けられ、放熱ファン装置３６，３７の故障時に点灯し、放熱ファン装置３６，３７の故障をユーザに報知する。制御部５７は、温度センサ５０〜５２、電流センサ５３，５４および基準値記憶部５５からの各種情報に基づいて、スターリング冷凍機１０、放熱ファン装置３６，３７および報知ランプ５６を制御する。

図５は、制御部５７の動作を示すフローチャートである。制御部５７は、温度センサ５０〜５２の検出値が基準値記憶部５５に記憶されている基準値になるように、スターリング冷凍機１０および放熱ファン装置３６，３７を制御する。

また、制御部５７は、ステップＳ１においてスターリング冷凍機１０が駆動中か否かを判別し、駆動中でない場合はステップＳ１に戻り、駆動中の場合はステップＳ２において放熱ファン装置３６，３７の故障検知処理を行なう。

具体的には、制御部５７は、電流センサ５３，５４の各々の検出値と基準値記憶部５５に記憶された上限値および下限値とを比較し、検出値が上限値よりも高いか下限値よりも低い電流センサに対応する放熱ファン装置を故障していると判定し、検出値が上限値と下限値の間にある電流センサに対応する放熱ファン装置を正常であると判定する。

次いで、ステップＳ３において制御部５７は、故障した放熱ファン装置があるか否かを判別し、故障ファンがない場合はステップＳ１に戻り、故障ファンがある場合はステップＳ４において故障時の異常処置を行なってステップＳ１に戻る。

図６は、図５に示した故障時の異常処置（ステップＳ４）を示すフローチャートである。ステップＳ１１において制御部５７は、報知ランプ５６を点灯して冷却庫１が故障したことをユーザに報知する。点灯した報知ランプ５６を見たユーザは、放熱ファン装置が故障したことをサービスマンに伝える。サービスマンが修理に来るまでの間は、まずステップＳ１において故障した放熱ファン装置を停止させ、正常な放熱ファン装置の風量を上げる。これにより、故障した放熱ファン装置の風量を正常な放熱ファン装置で補償する。

次にステップＳ１２において、制御部５７は、ウォームヘッド１１の温度Ｔが基準値記憶部５５に記憶された基準温度ＴＲ１よりも高いか否かを判別し、Ｔ＞ＴＲ１でない場合は異常処置を終了し、Ｔ＞ＴＲ１の場合はステップＳ１３に進む。ステップＳ１３において制御部５７は、たとえば基準値記憶部５５に記憶された複数の庫内基準温度のうちのより高い庫内基準温度を選択することにより、庫内基準温度を上げる。これにより、スターリング冷凍機１０の負荷を下げる。

ステップＳ１４において所定時間経過するのを待機した後、ステップＳ１５において制御部５７は、再度、ウォームヘッド１１の温度Ｔが基準値記憶部５５に記憶された基準温度ＴＲ１よりも高いか否かを判別し、Ｔ＞ＴＲ１でない場合は異常処置を終了し、Ｔ＞ＴＲ１の場合はステップＳ１６においてスターリング冷凍機１０の駆動電力を下げる。

次に、ステップＳ１７において制御部５７は、ウォームヘッド１１の温度Ｔが基準値記憶部５５に記憶された基準温度ＴＲ２（ＴＲ２＞ＴＲ１）よりも高いか否かを判別し、Ｔ＞ＴＲ２でない場合は異常処置を終了し、Ｔ＞ＴＲ２の場合はステップＳ１８においてスターリング冷凍機１０を停止させる。

この実施の形態では、１つの放熱ファン装置が故障した場合は、まず故障を報知するとともに他の放熱ファン装置の風量を上げ、次いで庫内基準温度を上げ、さらにスターリング冷凍機１０の駆動電力を下げ、それでもウォームヘッド１１の温度Ｔが基準温度ＴＲ２を超えた場合に、スターリング冷凍機１０を停止させる。したがって、放熱ファン装置３６，３７が故障した場合にスターリング冷凍機１０を直ぐに停止させる場合に比べ、冷却庫１の信頼性の向上を図ることができる。

図７は、この実施の形態の変更例を示すブロック図であって、図４と対比される図である。図７を参照して、この冷却庫が図４の冷却庫と異なる点は、電流センサ５３，５４がそれぞれ風量センサ６０，６１で置換されている点である。

風量センサ６０，６１は、それぞれ放熱ファン装置３６，３７の送風吐き出し口に設けられて放熱ファン装置３６，３７の風量を検出し、検出値を示す信号を制御部５７に与える。基準値記憶部５５は、放熱ファン装置３６，３７の電流値の上限値および下限値の代わりに、放熱ファン装置３６，３７の風量の下限値を記憶している。

制御部５７は、図５のステップＳ２において、風量センサ６０，６１の各々の検出値と基準値記憶部５５に記憶された下限値とを比較し、検出値が下限値よりも低い風量センサに対応する放熱ファン装置を故障していると判定し、検出値が下限値よりも高い風量センサに対応する放熱ファン装置を正常であると判定する。この変更例でも、実施の形態と同じ効果が得られる。

今回開示された実施の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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。

この発明の一実施の形態による冷却庫の構成を示す部分垂直断面図である。 図１に示した冷却庫の熱交換に関連する部分の構成を示す図である。 図１に示した冷却庫の放熱に関連する部分の構成を示す図である。 図１に示した冷却庫の運転制御に関連する部分の構成を示すブロック図である。 図４に示した制御部の動作を示すフローチャートである。 図５に示した故障時の異常処置を示すフローチャートである。 この実施の形態の変更例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 冷却庫、２ 筐体、３ 扉、４ 庫内空間、５ 棚板、６ 冷凍機収納凹部、１０ スターリング冷凍機、１１ ウォームヘッド、１２ コールドヘッド、１３ 圧力容器、１４，２１ 蒸発器、１５，２０ ２次冷媒回路、１６ 放熱器、１７ 放熱フィン、１８ 凝縮器、２２ 冷却フィン、３０ カバー、３１ 天板、３２ 通風経路、３３ 排気口、３４，４０，４１ ダクト、３５，４３ 送風機、３６，３７ 放熱ファン装置、４２ 吸気口、４４ 吹出口、５０〜５２ 温度センサ、５３，５４ 電流センサ、５５ 基準値記憶部、５６ 報知ランプ、６０，６１ 風量センサ。

Claims (6)

1. スターリング冷凍機を備えた冷却庫であって、
   前記スターリング冷凍機のウォームヘッドから２次冷媒を介して温熱を受け、庫外環境に放熱を行なう放熱器、
   前記放熱器の放熱を促進する放熱ファン装置、
   前記放熱ファン装置の故障を検出する故障検出手段、および
   前記故障検出手段によって前記放熱ファン装置の故障が検出されたことに応じて、前記スターリング冷凍機を停止させる前に、前記前記ウォームヘッドの温度上昇が抑制されるように制御する制御手段を備える、冷却庫。
2. さらに、庫内温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記温度検出手段によって検出された庫内温度が予め定められた庫内基準温度に一致するように前記スターリング冷凍機を制御し、
   前記故障検出手段によって前記放熱ファン装置の故障が検出されたことに応じて前記庫内基準温度を上昇させる、請求項１に記載の冷却庫。
3. さらに、前記ウォームヘッドの温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記温度検出手段の検出温度が予め定められた基準温度を超えたことに応じて、前記スターリング冷凍機の駆動電力を低下させる、請求項１に記載の冷却庫。
4. さらに、庫内温度を検出する第１の温度検出手段、および
   前記ウォームヘッドの温度を検出する第２の温度検出手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記第１の温度検出手段によって検出された庫内温度が予め定められた庫内基準温度に一致するように前記スターリング冷凍機を制御し、
   前記第２の温度検出手段の検出温度が予め定められた第１の基準温度を超えたことに応じて前記庫内基準温度を上昇させ、
   その後、予め定められた時間が経過しても前記第２の温度検出手段の検出温度が前記第１の基準温度よりも低くならない場合は前記スターリング冷凍機の駆動電力を低下させ、
   前記第２の温度検出手段の検出温度が前記第１の基準温度よりも高い予め定められた第２の基準温度を超えたことに応じて前記スターリング冷凍機を停止させる、請求項１に記載の冷却庫。
5. 前記故障検出手段は、
   前記放熱ファン装置の駆動電流を検出する電流検出手段、および
   前記電流検出手段の検出値が予め定められた上限値よりも高いか予め定められた下限値よりも低い場合に前記放熱ファン装置は故障していると判定する判定手段を含む、請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷却庫。
6. 複数の放熱ファン装置を備え、
   前記故障検出手段は、前記複数の放熱ファン装置の各々について故障しているか否かを検出し、
   前記制御手段は、前記故障検出手段によって少なくとも１つの放熱ファン装置の故障が検出された場合は、故障した放熱ファン装置を停止させ、故障していない放熱ファン装置の送風能力を上昇させる、請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷却庫。

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