JP2006098039A

JP2006098039A - 冷却庫

Info

Publication number: JP2006098039A
Application number: JP2005040640A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Miyamoto; 聡宮本; Hiroshi Tatsumi; 洋巽; Isamu Chin; 陳　　偉; Mizuho Fukaya; 瑞穂深谷; Junji Miyagami; 順二宮上
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2025-02-17
Also published as: JP3935912B2

Abstract

【課題】スターリング冷凍エンジンが過冷却となるのを防止すること。
【解決手段】スターリング冷凍エンジンで庫内を冷却する冷却庫は、スターリング冷凍エンジンの過冷却危惧状態を検出する状態検出手段（Ｓ０１）と、状態検出手段による過冷却危惧状態の検出に基づきスターリング冷凍エンジンが過冷却となるのを防止する過冷却防止手段（Ｓ０２）とを備える。
【選択図】図４

Description

この発明は冷却庫に関し、特に、スターリング冷凍エンジンによって庫内を冷却する冷却庫に関する。

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エンジンを搭載したものが注目されている。この冷却庫では、スターリング冷凍エンジンのコールドヘッドの冷熱が二次冷媒を介して低温側蒸発器に伝達され、低温側蒸発器で生成された冷気が冷却庫内に供給される（たとえば特許文献１参照）。
特開２００２−２２１３８４号公報

しかし、従来の冷却機器では、スターリング冷凍エンジンの冷却能力が大きい場合、二次冷媒が凍結し、スターリング冷凍エンジンのコールドヘッドの冷熱が低温側蒸発器に伝達されなくなり、冷却庫内が冷却されなくなるという問題がある。

また、スターリング冷凍エンジンは、コールドヘッドが高温の時には出力を上げることができないといった特性を有する。このため、たとえば冷却庫の電源投入時、急速冷凍運転モードの切換時などのコールドヘッドが高温の場合であっても、急速に庫内を冷却することが望まれる。

この発明は上述した問題点を解決するためになされたもので、この発明の目的の１つは、スターリング冷凍エンジンが過冷却となる前にスターリング冷凍エンジンが過冷却となるのを防止することが可能な冷却庫を提供することである。

この発明の他の目的は、庫内を冷却する効率を向上した冷却庫を提供することである。

上述した目的を達成するためにこの発明のある局面によれば、冷却庫は、スターリング冷凍エンジンで庫内を冷却する冷却庫であって、スターリング冷凍エンジンの過冷却危惧状態を検出する状態検出手段と、状態検出手段による過冷却危惧状態の検出に基づきスターリング冷凍エンジンが過冷却となるのを防止する過冷却防止手段とを備える。

この発明に従えば、スターリング冷凍エンジンが過冷却となる前にスターリング冷凍エンジンが過冷却となることを回避することが可能な冷却庫を提供できる。

好ましくは、冷却庫の冷却室に設けられた扉の開閉状態を検出する扉状態検出手段と、スターリング冷凍エンジンによって冷やされた冷気を庫内に供給する冷却ファンと、扉状態検出手段により扉が開状態にあることが検出されている間、冷却ファンを停止させる冷却ファン制御手段とをさらに備え、状態検出手段は、扉状態検出手段による扉の開状態が所定時間経過したことを検出する。

この発明に従えば、扉の開状態が所定時間経過したことが検出される。冷却ファンは、扉が開状態にある間は停止するので、その間低温側冷却器周辺の空気が停滞する。このため、スターリング冷凍エンジンが駆動しつづけると二次冷媒の温度が低下する。このため、冷却ファンが停止している時間に基いて二次冷媒が凍結する点前の状態を検出することができる。

好ましくは、冷却庫は、断熱材で仕切られ、それぞれが開閉扉を有する第１の冷却室と第２の冷却室とを含み、冷却ファンは、スターリング冷凍エンジンによって冷やされた冷気を第１の冷却室に供給し、スターリング冷凍エンジンによって冷やされた冷気を第２の冷却室に導くための送風路と、送風路に設けられ、スターリング冷凍エンジンによって冷やされた冷気を遮断するための遮断手段と、スターリング冷凍エンジンによって冷やされた冷気を送風路に送風する送風ファンとをさらに備え、過冷却防止手段は、扉状態検出手段により第１の冷却室の扉の閉状態および第２の冷却室の扉の開状態が検出された場合は遮断手段に送風路を遮断させるとともに冷却ファンの停止を解除して駆動させ、扉状態検出手段により第１の冷却室の扉の開状態および第２の冷却室の扉の閉状態が検出された場合は、遮断手段に送風路の遮断を解除させるとともに送風ファンを駆動させる。

この発明に従えば、第１の冷却室の扉の閉状態および第２の冷却室の扉の開状態が検出された場合は送風路が遮断されるとともに冷却ファンが駆動され、第１の冷却室の扉の開状態および第２の冷却室の扉の閉状態が検出された場合は送風路の遮断が解除されるとともに送風ファンが駆動される。このため、第１の冷却室の扉が閉じられた状態で第２の冷却室の扉が開かれた場合には、スターリング冷凍エンジンによって冷やされた空気が第１の冷却室に供給され、第２の冷却室の扉が閉じられた状態で第１の冷却室の扉が開かれた場合には、スターリング冷凍エンジンによって冷やされた空気が第２の冷却室に供給される。第１の扉と第２の扉のいずれが開かれた場合でも、スターリング冷凍エンジンによって冷やされた空気を対流させるので、スターリング冷凍エンジンが過冷却となるのを防止することができる。また、扉が開かれた冷却室に送込まれる冷気を少なくできるので、庫内の冷気が外部に漏れ出すのを防止することができる。

好ましくは、冷却庫は、スターリング冷凍エンジンに形成される低温部から二次冷媒を介して冷熱を受ける低温側蒸発器をさらに備える。状態検出手段は、低温部、低温側蒸発器または低温側蒸発器と対をなす低温側凝縮器（低温側蒸発器と低温側凝縮器との間で二次冷媒を循環させる二次冷媒循環回路）の温度を検出する温度検出手段を含み、温度検出手段により検出された温度が所定温度を下回ったことを検出する。

この発明に従えば、低温部、二次冷媒循環回路（代表的には低温側蒸発器または低温側凝縮器）の温度が所定温度を下回ったことが検出される。このため、スターリング冷凍エンジンが過冷却であることを検出することができる。

好ましくは、凍結防止手段は、スターリング冷凍エンジンを制御して停止させる停止制御を行なう前に、停止制御と異なる制御であってスターリング冷凍エンジンが過冷却となるのを防止する過冷却防止制御を行なう。

この発明に従えば、スターリング冷凍エンジンが過冷却となるのを防止するためにスターリング冷凍エンジンを停止させる停止制御を行なう前に、停止制御と異なる過冷却防止制御を行なうことによってスターリング冷凍エンジンが過冷却となるのを防止する。このため、過冷却防止制御によってスターリング冷凍エンジンが過冷却となるのを防止できた場合は、スターリング冷凍エンジンの停止制御を行なう必要がなくなる。その結果、スターリング冷凍エンジンを極力停止させないようにすることができる。これにより、冷却庫の信頼性を向上させることができる。

好ましくは、所定温度は、スターリング冷凍エンジンが過冷却となる温度よりも高い第１の温度と、スターリング冷凍エンジンが過冷却となる温度よりも高く第１の温度よりも低い第２の温度とを含み、
過冷却防止手段は、状態検出手段により第１の温度を下回ったことが検出されたときに過冷却防止制御を行い、さらに、状態検出手段により第２の温度を下回ったことが検出されたときに停止制御を行なう。

この発明に従えば、まず、スターリング冷凍エンジンが過冷却となる温度よりも高い第１の温度を下回ったときに過冷却防止制御が行なわれ、さらに、スターリング冷凍エンジンが過冷却となる温度よりも高く第１の温度よりも低い第２の温度を下回ったときに停止制御が行なわれる。このため、過冷却防止制御によって第２の温度を下回ることがなくスターリング冷凍エンジンが過冷却となるのを防止できた場合は、スターリング冷凍エンジンの停止制御を行なう必要がなくなる。その結果、スターリング冷凍エンジンを極力停止させないようにすることができる。

好ましくは、温度検知手段により温度が検出されるときに、温度検出手段による温度の検出の異常を検知する温度検出異常検知手段をさらに備える。

この発明に従えば、温度を検出するときに温度の検出の異常を検知するので、温度の誤検出を防止することができる。このため、所定温度を下回ったことの誤検出に基づいてスターリング冷凍エンジンを停止させないようにすることができる。

好ましくは、低温側蒸発器によって冷やされた冷気を庫内に供給する冷却ファンをさらに備え、過冷却防止手段は、冷却ファンを駆動させる、または、冷却ファンの風量を増加させる。

この発明に従えば、冷却ファンが駆動される、または、冷却ファンの風量が増加されるので、低温側蒸発器周辺の空気が対流する。このため、低温側蒸発器に新たに送込まれた空気が二次冷媒に熱を与えるので、二次冷媒の温度が上昇する。その結果、スターリング冷凍エンジンが過冷却となるのを防止することができる。また、冷却ファンにより庫内の空気が対流するので、スターリング冷凍エンジンによって庫内の空気を効率的に冷却することができる。その結果、スターリング冷凍エンジンのＣＯＰ（Coefficient Of Performance、成績係数）を向上させることができる。

好ましくは、過冷却防止手段は、状態検出手段により第１の温度を下回ったことが検出されているときに冷却ファンを駆動させまたは冷却ファンの風量を増加させ、さらに、冷却ファンを駆動させまたは冷却ファンの風量を増加させてから所定時間経過した後に状態検出手段により第１の温度を下回ったことが検出されているときにスターリング冷凍エンジンを制御して冷却能力を低下させる。

この発明に従えば、二次冷媒に熱が与えられているにも関わらず、二次冷媒の温度が上昇せず、第１の温度を下回っている場合には、スターリング冷凍エンジンの冷却能力を低下させるように制御する。このため、二次冷媒の冷却が抑えられるので、二次冷媒の温度が上昇する。その結果、スターリング冷凍エンジンが過冷却となるのを防止することができる。

好ましくは、過冷却防止手段は、冷却ファンの回転数を制御する回転数制御手段を備え、過冷却防止手段は、状態検出手段により第１の温度を下回ったことが検出されているときに冷却ファンの回転数を回転能力の最大限にして冷却ファンを駆動させ、さらに、冷却ファンの回転数を冷却ファンの回転能力の最大限にして駆動させてから所定時間経過した後に状態検出手段により第１の温度を下回ったことが検出されているときにスターリング冷凍エンジンを制御して冷却能力を低下させる。

この発明に従えば、冷却ファンが回転数を回転能力の最大限にして駆動されるので、回転数が最大限でないときと比較して、スターリング冷凍エンジンが過冷却となるのをより防止することができる。また、回転数を最大限にすることにより冷却ファンによって庫内の空気がさらに対流するので、スターリング冷凍エンジンのＣＯＰをより向上させることができる。

また、二次冷媒に熱が与えられているにも関わらず、二次冷媒の温度が上昇せず、第１の温度を下回っている場合には、スターリング冷凍エンジンの冷却能力を低下させるように制御する。このため、二次冷媒の冷却が抑えられるので、二次冷媒の温度が上昇する。その結果、スターリング冷凍エンジンが過冷却となるのを防止することができる。この凍結防止制御は扉が閉状態にあるときに行なわれるのが好ましい。扉が開状態にあるときに、冷却ファンを駆動させまたは冷却ファンの風量を増加させた場合、庫内の空気が外部に漏れ出し、その後、扉が閉状態となったときに、庫内の空気を再度冷却するために、スターリング冷凍エンジンの冷却能力を上昇させる必要があるからである。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品は同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明に係る冷却庫の一実施形態を示す概略断面図である。図２は、本実施形態における冷却庫の冷気の流れを模式的に示す図である。図１および図２を参照して、冷却庫１は、食品保存用であり、断熱構造のハウジング１０を備えてなる。ハウジング１０の内部には、上下２段に仕切られた冷却室１１，１２が設けられている。冷却室１１，１２は、各々ハウジング１０の正面側（図１では左側）に開口部を有し、該開口部は開閉自在の上部扉１４および下部扉１５によって閉ざされている。上部扉１４および下部扉１５は、断熱材を含み、それらの裏面には、冷却室１１，１２の開口部をそれぞれ囲む形のパッキング１７が装着されている。冷却室１１，１２の内部には、収納する食品の種類に適合した棚１８が適宜設置されている。

ハウジング１０の上面から背面、さらに下面にかけては、スターリング冷凍エンジン３０を中心要素とする冷却システムおよび放熱システムが配設されている。なお、ハウジング１０の上背面の一角には機械室１９が設けられており、スターリング冷凍エンジン３０は該機械室１９に設置されている。

スターリング冷凍エンジン３０の一部は駆動時に低温部（以下コールドヘッドと称す）を形成する。該コールドヘッドには、低温側凝縮器４１が取付けられている。また冷却室１２の奥には、低温側蒸発器４２が設置されている。低温側凝縮器４１と低温側蒸発器４２は冷媒配管を介して接続されており、両者によって低温側循環回路（二次冷媒循環回路）４０が構成されている。低温側循環回路４０には、ＣＯ₂などの自然冷媒が封入されており、低温側蒸発器４２および低温側凝縮器４１で熱の授受が行なわれる。

ハウジング１０の内部には、低温側蒸発器４２によって得られた冷気を冷却室１１，１２へ分配するためのダクト２０，２１が設けられている。ダクト２０は冷却室（第１の冷却室）１２連通する冷気吹出口２０Ａを適所に有してなる。ダクト２０内には、冷却ファン２２が適所に設置されている。冷却ファン２２は、ダクト２０内の冷気を強制的に冷却室１２へ送り出す。また、冷却ファン２２が駆動すると、低温側蒸発器４２周辺の空気を対流させる。これにより、低温側蒸発器４２には、比較的温度の高い別の空気が供給される。

ダクト２１は冷却室（第２の冷却室）１１に連通する冷気吹出口２１Ａを適所に有してなる。ダクト２１内には、送風ファン６２が適所に設置されている。送風ファン６２は、ダクト２１に送風し、ダクト２１内の冷気を強制的に冷却室１１へ送り出す。また、ダクト２１の低温側蒸発器４２側の一端には、開閉自在なダンパ６１が設置される。ダンパ６１が閉じた状態では、ダクト２１とダクト２０とが分離される。したがって、ダクト２０内の冷気は、ダンパ６１により遮断されて、ダクト２１内に移動するのが妨げられる。ダンパ６１が開いた状態では、ダクト２１とダクト２０とが連通する。したがって、ダンパ６１が開いた状態で送風ファン６２が駆動すると、ダクト２０内の冷気がダクト２１内に流れ込み、その冷気が強制的に冷却室１１に送込まれる。

また、ダンパ６１が開いた状態では、冷却ファン２２を駆動することなく、送風ファン６２を駆動することも可能である。この状態でもダクト２０内の冷気がダクト２１内に流れ込み、その冷気が強制的に冷却室１１に送込まれる。また、送風ファン６２が駆動すると、低温側蒸発器４２周辺の空気を対流させる。これにより、低温側蒸発器４２には、比較的温度の高い別の空気が供給される。

さらに、ダンパ６１が開いた状態では、冷却ファン２２と送風ファン６２とを駆動することも可能である。この状態では、ダクト２０内の冷気は、冷却ファン２２により冷却室１２に送込まれるものと、送風ファン６２によりダクト２１を経由して冷却室１１に送り込まれるものとがある。この場合でも、低温側蒸発器４２周辺の空気を対流させ、低温側蒸発器４２には、比較的温度の高い別の空気が供給される。

なお、本図には示していないが、ハウジング１０内部には、冷却室１１，１２から空気を回収するダクトも設けられている。該ダクトは低温側蒸発器４２の下方に吹出口を有し、冷却されるべき空気を図１の破線矢印のように低温側蒸発器４２に供給する。

スターリング冷凍エンジン３０の他の一部は、駆動時にウォームヘッド（高温部）を形成する。該ウォームヘッドには、高温側蒸発器５１が取付けられている。また、ハウジング１０の上面には、庫外環境に放熱を行なう高温側凝縮器５２と送風ファン５３が設けられている。高温側蒸発器５１と高温側凝縮器５２は冷媒配管を介して接続されており、両者によって高温側自然循環回路５０が構成されている。高温側自然循環回路５０には、水（水溶液を含む）あるいは炭化水素系の自然冷媒が密封されており、該冷媒は高温側自然循環回路５０内を自然循環する。

続いて、上記構成からなる冷却庫１の動作について説明を行なう。上記構成からなる冷却庫１において、スターリング冷凍エンジン３０が駆動されると、コールドヘッドの温度は低下する。したがって、低温側凝縮器４１は冷却され、内部の二次冷媒（以下省略して冷媒と称す）は凝縮される。

低温側凝縮器４１で凝縮された冷媒は、低温側循環回路４０を通って低温側蒸発器４２に流れ込む。低温側蒸発器４２に流れ込んだ冷媒は、低温側蒸発器４２の外側を通過する気流の熱で蒸発し、低温側蒸発器４２の表面温度を下げる。したがって、低温側蒸発器４２を通り抜ける空気は冷気となり、ダクト２０の冷気吹出口２０Ａから冷却室１１に吹出し、また、ダクト２１の冷気吹出口２１Ａに吹出す。これにより、冷却室１１，１２の温度を下げる。その後、冷却室１１，１２内の空気は図示しないダクトを通って低温側蒸発器４２に還流する。

なお、低温側蒸発器４２で蒸発した冷媒は、低温側循環回路４０を通って低温側凝縮器４１に戻り、そこで熱を奪われて再び凝縮する。そして、上記した熱交換動作が繰返される。

一方、スターリング冷凍エンジン３０の駆動によって発熱する熱や、コールドヘッドによって庫内から回収された熱は、排熱としてウォームヘッドから放熱される。したがって、高温側蒸発器５１は加熱され、内部の冷媒は蒸発する。

高温側蒸発器５１で発熱した気相状態の冷媒は、高温側自然循環回路５０を通って、上方に設けられた高温側凝縮器５２に流れ込む。高温側凝縮器５２に流れ込んだ冷媒は、送風ファン５３によって庫外から高温側凝縮器５２内に導入された気流によって熱を奪われて凝縮する。なお、高温側凝縮器５２で凝縮した冷媒は高温側自然循環回路５０を通って高温側蒸発器５１に戻り、そこで熱を受取って再び蒸発する。そして、上記した熱交換動作が繰返される。

図３は、第１の実施の形態における冷却庫の凍結防止機能を示す機能ブロック図である。図３を参照して、冷却庫１は、冷却庫の全体を制御するための制御部９０と、それに接続された温度センサ８１とを備える。制御部９０は、スターリング冷凍エンジン３０と、冷却ファン２２と、ダンパ６１と、送風ファン６２と接続される。

温度センサ８１は、低温側蒸発器４２、あるいは低温側循環回路（代表的には低温側凝縮器４１またはスターリング冷凍エンジン３０のコールドヘッド）の温度を検出する。本実施の形態においては、低温側循環回路４０内の冷媒の温度を直接検出できればよいが、直接検出するのに代えて、低温側蒸発器４２、低温側凝縮器４１またはスターリング冷凍エンジン３０のコールドヘッドの温度を検出するようにしている。したがって、温度センサ８１は、低温側蒸発器４２、低温側凝縮器４１およびスターリング冷凍エンジン３０のコールドヘッドいずれの温度を検出するようにしてもよいが、好ましくは、低温側凝縮器４１の温度であり、さらに好ましくはコールドヘッドの温度である。

制御部９０は、スターリング冷凍エンジン３０を駆動制御する。スターリング冷凍エンジンは、その負荷を変動させて駆動することが可能である。スターリング冷凍エンジンは、負荷が大きい駆動では冷却能力が高く、負荷が小さい駆動では冷却能力が低い。制御部９０は、冷却ファン２２および送風ファン６２の風量を制御する。また、制御部９０は、冷却ファン２２および送風ファン６２を駆動または停止の切換制御をするようにしてもよい。さらに、制御部９０は、ダンパ６１を開状態と閉状態との切換制御をする。

図４は、第１の実施の形態における冷却庫で実行される凍結防止処理の流れを示すフローチャートである。図４を参照して、冷却庫１の制御部９０は、温度センサ８１からスターリング冷凍エンジン３０のコールドヘッドの温度が入力される。制御部９０は、コールドヘッドの温度が所定温度Ｔより低いか否かを判断する（ステップＳ０１）。真の場合にはステップＳ０２へ進み、偽の場合には処理を終了する。所定の値Ｔは、低温側循環回路４０内の冷媒の凝固点から予め定められた値で、冷媒の凝固温度より３℃程度高い温度に設定してある。冷媒の温度は、コールドヘッドの温度と必ずしも一致しないが、コールドヘッドの温度よりも低くなることはない。冷媒の温度とコールドヘッドの温度との温度差Ｄが分かっている場合には、所定温度は、冷媒の凝固点に温度差Ｄを減算した値以上とすればよい。

また、温度センサ８１が、低温側蒸発器４２または低温側凝縮器４１の温度を検出する場合には、低温側蒸発器４２または低温側凝縮器４１の温度は、冷媒の温度と必ずしも一致しないが、冷媒の温度は低温側蒸発器４２または低温側凝縮器４１の温度よりも高くなることはない。冷媒の温度と低温側蒸発器４２または低温側凝縮器４１の温度との温度差Ｄ１が分かっている場合には、所定温度は、冷媒の凝固点に温度差Ｄ１を加算した値以上とすればよい。

ステップＳ０２では、スターリング冷凍エンジンを停止させる。これにより、冷媒が冷却されなくなり、凍結することはない。

なお、ステップＳ０２では、スターリング冷凍エンジンを停止するようにしたが、スターリング冷凍エンジンを少ない負荷で駆動するようにしてもよい。この場合には、冷媒が冷却されるけれども、冷媒の温度をその温度に維持する程度の負荷で駆動すれば、冷媒が凍結するのを防止することができる。

＜凍結防止処理の変形例＞
図５は、第１の実施の形態における冷却庫で実行される変形された凍結防止処理の流れを示すフローチャートである。図５を参照して、冷却庫１の制御部９０は、温度センサ８１からスターリング冷凍エンジン３０のコールドヘッドの温度が入力される。制御部９０は、コールドヘッドの温度が所定温度Ｔより低いか否かを判断する（ステップＳ１１）。真の場合にはステップＳ１２へ進み、偽の場合にはステップＳ２０に進む。

ステップＳ１２では、冷却ファン２２が停止しているか否かを判断する。冷却ファン２２が停止している場合はステップＳ１３に進み、停止していない場合はステップＳ１４に進む。ステップＳ１３では、冷却ファン２２を駆動する。冷却ファン２２が駆動すると、低温側蒸発器４２周辺の空気が対流し、低温側蒸発器４２には比較的温度の高い空気が供給される。このため、冷媒の温度が低下するのが妨げられる。一方、ステップＳ１４に進む場合は、冷却ファン２２が駆動しているので、冷却ファンの風量を増大させて駆動させる。これにより、低温側蒸発器４２周辺の空気がより激しく対流し、冷媒の温度が低下するのが妨げられる。

ステップＳ１５では、所定時間経過したか否かを判断する。真の場合にはステップＳ１６に進み、偽の場合にはステップＳ１１に戻る。ステップＳ１６では、送風ファン６２が停止しているか否かを判断する。送風ファン６２が停止している場合はステップＳ１７に進み、停止していない場合はステップＳ１９に進む。ステップＳ１７では、ダンパを開の状態にし、次のステップＳ１８で送風ファン６２を駆動する。送風ファン６２が駆動すると、低温側蒸発器４２周辺の空気が対流し、低温側蒸発器４２には比較的温度の高い空気が供給される。このため、冷媒の温度が低下するのがさらに妨げられる。一方、ステップＳ１９に進む場合は、送風ファン６２が駆動しているので、送風ファンを風量を増大させて駆動させる。これにより、低温側蒸発器４２周辺の空気がより激しく対流し、冷媒の温度が低下するのが妨げられる。

ステップＳ１８またはステップＳ１９の後、処理はステップＳ１１に戻る。ステップＳ１１では、コールドヘッドの温度が所定温度Ｔより低いか否かを再度判断する。所定温度Ｔより低くない場合にはステップＳ２０に進むが、低い場合にはステップＳ１２に進む。即ち、コールドヘッドの温度が所定温度Ｔと等しいか超えるまで、上述したステップＳ１２〜ステップＳ１９の処理が実行される。ステップＳ２０では、冷却ファン２２、ダンパ６１および送風ファン６２が通常の運転モードで駆動する。

このように、第１の実施の形態における変形例においては、冷却ファン、または冷却ファンと送風ファンの両方を駆動するようにした。このため、低温側蒸発器４２周辺の空気を対流させて、冷媒の温度が低下するのを妨げることができる。そして、冷媒が凍結するのを防止することができる。

なお、上述したスターリング冷凍エンジン３０を、停止または冷却能力を低下させて駆動する制御と、冷却ファン、または冷却ファンと送風ファンの両方を駆動する制御とを併せて実行するようにしてもよい。これにより、冷媒が凍結するのをより防止することができる。

以上説明したように第１の実施の形態における冷却庫１は、低温側蒸発器４２、低温側凝縮器４１またはスターリング冷凍エンジン３０のコールドヘッドの温度が所定温度Ｔを下回ると、スターリング冷凍エンジンの冷却能力を低下させるか、または停止させる。このため、冷媒が冷えるのが抑制され、冷媒が凍結するのを防止することができる。

また、低温側蒸発器４２、低温側凝縮器４１またはスターリング冷凍エンジン３０のコールドヘッドの温度が所定温度Ｔを下回ると、冷却ファン２２を駆動させる、または、風量を増加させるので、このため低温側蒸発器４２の周辺の空気を対流させて、冷媒が凍結するのを防止することができる。

なお、第１の実施の形態においては、たとえば、所定温度Ｔが冷媒の凝固点より３℃程度高い温度であることとした。しかし、所定温度Ｔは冷媒の凝固点より高い温度であれば他の温度であってもよいことはいうまでもない。

この場合、スターリング冷凍エンジン３０を定格状態で運転したときに取り得る冷媒の温度範囲のうち低い方の温度を所定温度Ｔとすることによって、冷媒の温度がスターリング冷凍エンジン３０の定格運転で取り得る冷媒の温度範囲以下となることを防止することができる。

これによって、スターリング冷凍エンジン３０の運転によって冷媒が冷却され過ぎず、コールドヘッドが過冷却となることが防止できるので、スターリング冷凍エンジン３０が定格状態を超えて過負荷状態となることが防止できる。その結果、スターリング冷凍エンジン３０の劣化を防止することができる。

＜第２の実施の形態＞
次に第２の実施の形態における冷却庫について説明する。第２の実施の形態における冷却庫は、第１の実施の形態における冷却庫と凍結防止機能が異なる点を除き、構成は同じである。以下、第２の実施の形態における凍結防止機能について説明する。

図６は、第２の実施の形態における冷却庫の凍結防止機能を示す機能ブロック図である。図６を参照して、冷却庫１は、冷却庫の全体を制御するための制御部９０と、それに接続された上部扉開閉検出スイッチ８２と、下部扉開閉検出スイッチ８３とを備える。制御部９０は、スターリング冷凍エンジン３０と、冷却ファン２２と、ダンパ６１と、送風ファン６２と接続される。

上部扉開閉検出スイッチ８２は、上部扉１４が開いた開状態にあるのか、または閉じた閉状態にあるのかを検出する。下部扉開閉検出スイッチ８３は、下部扉１５が開いた開状態にあるのか、または閉じた閉状態にあるのかを検出する。

図７は、第２の実施の形態における冷却庫で実行される凍結防止処理の流れを示すフローチャートである。図７を参照して、冷却庫１の制御部９０は、上部扉開閉検出スイッチ８２または下部扉開閉検出スイッチ８３より、上部扉１４と下部扉１５の開閉状態が入力される。制御部９０は、上部扉１４と下部扉１５のいずれかが開状態となったか否かを判断する（ステップＳ２１）。上部扉１４と下部扉１５のいずれかが開状態となった場合にはステップＳ２２へ進み、そうでない場合には処理を終了する。

ステップＳ２２では、冷却ファン２２を停止させる。これにより、開状態とされた扉の冷却室１１，１２内の冷気が強制的に外部に流出されるのを防止することができる。次のステップＳ２３では、所定時間が経過したか否かを判断する。この経過時間は、ステップＳ２１で上部扉１４または下部扉１５のいずれかが開状態となったことが検出されてから計時される時間、または、冷却ファンを停止させてから計時される時間のいずれであってもよい。所定時間が経過した場合にはステップＳ２４に進み、経過しない場合にはステップＳ２１に戻る。冷却ファンを停止することにより、低温側蒸発器４２周辺の空気が対流しなくなる。これにより、冷媒の温度が低下することになる。所定時間は、冷媒の温度が低下し始めてから凝固点に達するまでの時間より短い時間である。所定の時間は、予め定めた単一の時間としてもよいし、スターリング冷凍エンジンの負荷ごとに予め定めた時間としてもよい。さらに、庫内の温度およびスターリング冷凍エンジンの負荷ごと予め定めた時間とすることもできる。

次のステップＳ２４では、スターリング冷凍エンジンを停止させる。これにより、冷媒が冷却されなくなり、冷媒が凍結するのを防止することができる。

なお、ステップＳ２４では、スターリング冷凍エンジンを停止するようにしたが、スターリング冷凍エンジンを少ない負荷で駆動するようにしてもよい。この場合には、冷媒が冷却されるけれども、冷媒の温度をその温度に維持する程度の負荷で駆動すれば、冷媒が凍結するのを防止することができる。

＜凍結防止処理の第１の変形例＞
図８は、第２の実施の形態における冷却庫で実行される変形された凍結防止処理の流れを示すフローチャートである。図８を参照して、制御部９０は、上部扉１４が開状態となったか否かを判断する（ステップＳ３１）。上部扉１４が開状態となった場合にはステップＳ３２へ進み、そうでない場合にはステップＳ３８に進む。

ステップＳ３２では、送風ファン６２を停止させ、ステップＳ３３では冷却ファン２２を停止させる。これにより、上部扉１４が開状態となっても冷却室１１内の冷気が強制的に外部に流出されるのを防止することができる。そして、所定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ３４）。所定時間経過した場合にはステップＳ３５に進み、そうでない場合にはステップＳ３１に戻る。即ち、上部扉１４が開状態となったまま所定時間経過するとステップＳ３５に進むが、所定時間経過する前に上部扉１４が閉状態となればステップＳ３８に進む。ステップＳ３３で冷却ファン２２を停止することにより、低温側蒸発器４２周辺の空気が対流しなくなる。これにより、冷媒の温度が低下することになる。冷却ファン２２を停止したままにしておくと、冷媒の温度が低下して凝固点に達してしまう。したがって、所定時間は、冷媒の温度が凝固点に達するまでの時間より短い時間である。所定の時間は、予め定めた単一の時間としてもよいし、スターリング冷凍エンジンの負荷ごとに予め定めた時間としてもよい。さらに、庫内の温度およびスターリング冷凍エンジンの負荷ごと予め定めた時間とすることもできる。

ステップＳ３５では、ダンパ６１を閉の状態とし、ステップＳ３６では、冷却ファン２２を駆動する。これにより、低温側蒸発器４２周辺の冷気が冷却室１２に送込まれるが、ダンパ６１が閉状態なので冷却室１１には送込まれない。このため低温側蒸発器４２周辺の空気が対流し、低温側蒸発器４２には比較的温度の高い空気が供給される。そして、冷媒の温度が低下するのが妨げられる。その結果、冷媒が凍結するのが防止される。また、低温側蒸発器４２周辺の冷気は、冷却室１１に送込まれないので、開かれた上部扉から冷却室１１内の冷気が強制的に流出されるのを防止することができる。

ステップＳ３７では、上部扉１４が閉状態となったか否かを判断する。上部扉１４が閉状態となった場合にはステップＳ３８へ進み、そうでない場合にはステップＳ３５に戻る。上部扉１４が閉状態となるまで、低温側蒸発器４２周辺の冷気が冷却室１２に送込まれ、これにより、冷媒が凍結するのが防止される。

ステップＳ３８では、冷却ファン２２、ダンパ６１および送風ファン６２を通常の運転モードで駆動する。

次のステップＳ３９では、制御部９０は、下部扉１５が開状態となったか否かを判断する。下部扉１５が開状態となった場合にはステップＳ４０へ進み、そうでない場合には処理を終了する。

ステップＳ４０では、送風ファン６２を停止させ、ステップＳ４１では冷却ファン２２を停止させる。これにより、下部扉１５が開状態となっても冷却室１２内の冷気が強制的に外部に流出されるのを防止することができる。また、低温側蒸発器４２周辺の空気が対流しなくなる。そして、所定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ４２）。所定時間経過した場合にはステップＳ４３に進み、そうでない場合にはステップＳ３９に戻る。即ち、下部扉１５が開状態となったまま所定時間経過するとステップＳ４３に進むが、所定時間経過する前に下部扉１５が閉状態となれば処理を終了する。所定時間は、ステップＳ３４におけるのと同じ時間である。

ステップＳ４３では、ダンパ６１を開の状態とし、ステップＳ４４では、送風ファン６２を駆動する。これにより、低温側蒸発器４２周辺の冷気が冷却室１１に送込まれるが、冷却室１２には送込まれない。このため低温側蒸発器４２周辺の空気が対流し、低温側蒸発器４２には比較的温度の高い空気が供給される。このため、冷媒の温度が低下するのが妨げられる。その結果、冷媒が凍結するのが防止される。また、低温側蒸発器４２周辺の冷気は、冷却室１２に送込まれる量が少ないので、開かれた下部扉から冷却室１２内の冷気が強制的に流出されるのを低減することができる。

ステップＳ４５では、下部扉１５が閉状態となったか否かを判断する。下部扉１５が閉状態となった場合にはステップＳ４６へ進み、そうでない場合にはステップＳ４３に戻る。このため、下部扉１５が閉状態となるまで、低温側蒸発器４２周辺の冷気が冷却室１１に送込まれ、これにより、冷媒が凍結するのが防止される。

ステップＳ４６では、冷却ファン２２、ダンパ６１および送風ファン６２を通常の運転モードで駆動する。

第２の実施の形態における冷却庫１は、上部扉１４または下部扉１５のいずれかの開状態が所定時間継続すると、スターリング冷凍エンジンの冷却能力を低下させる、または停止させる。このため、冷媒が冷えるのが抑制され、冷媒が凍結するのを防止することができる。

また、上部扉１４または下部扉１５のいずれかの開状態が所定時間継続すると、冷却ファン２２を駆動させる、または、風量を増加させるので、低温側蒸発器４２の周辺の空気を対流させて、冷媒が凍結するのを防止することができる。

さらに、下部扉１５の開状態が所定時間継続するとダンパ６１を閉状態とするとともに冷却ファン２２を駆動し、上部扉の開状態が所定時間継続するとダンパ６１を開状態とし送風ファン６２を駆動する。このため、上部扉１４と下部扉１５のいずれが開かれた場合でも、冷媒が凍結するのを防止することができるとともに、庫内の冷気が外部に漏れ出すのを防止することができる。

本願発明は、食品を冷凍するときに最大氷結晶生成帯（−３℃〜−７℃）を素早く通過させるため、冷却ファン２２を停止させて低温側蒸発器４２周辺の冷気を超低温にしてから冷却ファン２２を駆動する急速冷凍運転においても適用価値がある。

なお、第２の実施の形態においては、上部扉１４または下部扉１５が開状態となった場合に、冷気の流出を防止するために、冷却ファン２２を停止させ、所定時間経過した後に、スターリング冷凍エンジン３０を停止させるようにした。

しかし、これに限定されず、上部扉１４または下部扉１５が開状態となった場合に、冷却ファン２２を停止させるとともに、スターリング冷凍エンジン３０を停止させるようにしてもよい。冷却庫１内の温度上昇を防ぐため、スターリング冷凍エンジン３０のコールドヘッドの温度を急激に低下させる制御をした場合には、スターリング冷凍エンジン３０を停止させる制御の制御遅れにより冷媒の凍結事故が発生する場合がある。

このため、冷却庫１の扉が開状態となったときであっても、冷却庫１内の温度上昇を防ぐためのスターリング冷凍エンジン３０のコールドヘッドの温度を低下させる制御をしないでスターリング冷凍エンジン３０を停止させるので、冷媒の凍結を防止することができる。

また、第２の実施の形態においては、上部扉１４または下部扉１５が開状態となった場合に、冷却ファン２２を停止させ、所定時間経過した後に、スターリング冷凍エンジン３０を停止させるようにした。

しかし、これに限定されず、上部扉１４または下部扉１５が開状態となった場合に、冷却ファン２２を停止させ、スターリング冷凍エンジン３０のコールドヘッドの温度が所定温度まで下がったときに、スターリング冷凍エンジン３０を停止させるようにしてもよい。

これにより、スターリング冷凍エンジン３０のコールドヘッドの温度低下による冷媒の凍結を防止することができる。また、扉が開状態となってからスターリング冷凍エンジン３０を停止させるまでの間で、スターリング冷凍エンジン３０への入力電力を段階的に減少させるようにしてもよい。これにより、扉が開状態の場合であっても、冷気の流出による冷却庫１内の温度の上昇を抑えることができると同時に、冷媒の凍結を防止することができる。

また、上部扉１４または下部扉１５が開状態となったときに、スターリング冷凍エンジン３０を停止した後、上部扉１４および下部扉１５が閉状態となった場合には、直ちにまたは所定時間後（たとえば、５秒後）に、スターリング冷凍エンジン３０を運転させることが好ましい。これにより、流出した冷気のために上昇した冷却庫１内の温度を早急に冷却することができる。

また、上部扉１４または下部扉１５が開状態となったときに、スターリング冷凍エンジン３０を停止した後、スターリング冷凍エンジン３０のコールドヘッドの温度が所定温度まで上昇した場合に、スターリング冷凍エンジン３０を運転させることが好ましい。これにより、冷却庫１内の温度が上昇し過ぎることを防止できる。

また、第２の実施の形態においては、上部扉１４または下部扉１５が開状態となったときに、冷却ファン２２を停止するようにした。しかし、これに限定されず、冷却ファン２２を低い回転数で運転するようにしてもよい。これにより、冷媒の温度よりも高い冷却庫１内の空気から冷媒に熱が与えられるため冷媒の温度が徐々に上昇し、冷媒の凍結を防止することができる。

また、第２の実施の形態においては、上部扉１４または下部扉１５が開状態となったときに、スターリング冷凍エンジン３０を停止するようにした。しかし、これに限定されず、スターリング冷凍エンジン３０への入力電力を減少させるようにしてもよい。これによっても、冷媒から奪われる熱量が減少するため冷媒の温度が上昇し、冷媒の凍結を防止することができる。

また、第２の実施の形態においては、所定時間は、冷却ファン２２を停止してから冷媒の温度が凝固点に達するまでの時間より短い時間とした。しかし、これに限定されず、所定時間が、冷却ファン２２を停止してから冷媒の温度が所定温度に達するまでの時間としてもよい。所定温度は冷媒の凝固点よりも高い温度であってもよい。

これにより、冷媒の温度が所定温度に達することが防止できる。このため、スターリング冷凍エンジン３０の定格運転で取り得る冷媒の温度範囲のうち低い方の温度を所定温度とすることによって、冷媒の温度がスターリング冷凍エンジン３０の定格運転で取り得る冷媒の温度範囲以下となることを防止することができる。

これによって、スターリング冷凍エンジン３０の運転によって冷媒が冷却され過ぎず、コールドヘッドが過冷却となることが防止できるので、スターリング冷凍エンジン３０が定格状態を超えて過負荷状態となることを防止することができる。その結果、スターリング冷凍エンジン３０の劣化を防止することができる。

＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態における冷却庫について説明する。第３の実施の形態における冷却庫は、第１の実施の形態における冷却庫と凍結防止機能が異なる点を除き、構成は同じである。以下、第３の実施の形態における凍結防止機能について説明する。

図９は、第３の実施の形態における冷却庫の凍結防止機能を示す機能ブロック図である。図９を参照して、冷却庫１は、冷却庫１の全体を制御するための制御部９０と、それに接続された温度センサ８１と、上部扉開閉検出スイッチ８２と、下部扉開閉検出スイッチ８３とを備える。制御部９０は、スターリング冷凍エンジン３０と、冷却ファン２２と、ダンパ６１と、送風ファン６２と、表示部９１と接続される。

表示部９１は、冷却庫の運転状況に関する情報を表示する。たとえば、表示部９１は、スターンリング冷凍エンジン３０に異常がある旨を表示したり、温度センサ８１に異常がある旨を表示したり、上部扉１４や下部扉１５が開状態となっている旨を表示したり、通常運転中である旨を表示したりする。また、表示部９１での表示に合せて音声で異常を報知するようにしてもよい。

図１０は、第３の実施の形態における冷却庫で実行される凍結防止処理の流れを示すフローチャートである。図１０を参照して、冷却庫１の制御部９０は、温度センサ８１に異常があるか否かを検出する。制御部９０は、温度センサ８１のサーミスタが異常か否かを判断する（ステップＳ７１）。サーミスタが異常である場合にはステップＳ７２に進み、サーミスタが異常でない場合にはステップＳ７４に進む。ステップＳ７２では、サーミスタが異常である旨を表示部９１に表示する。そして、スターリング冷凍エンジン３０を停止させる（ステップＳ７３）。その後、処理を終了する。

このように、サーミスタに異常がある場合は、冷媒の温度に関わらず、スターリング冷凍エンジン３０を停止させる。これにより、スターリング冷凍エンジン３０により冷媒が冷却されなくなるので、冷媒が凍結するのを防止することができる。また、サーミスタの誤動作により、後述するＳ８３で実際の温度よりも低い温度が検出され、Ｓ８６でスターリング冷凍エンジン３０が不用意に停止されることを防止することができる。また、サーミスタの誤動作により、後述するＳ８３で実際の温度よりも高い温度が検出され、冷媒が凍結する温度に達して冷媒が凍結しているにも関わらず、スターリング冷凍エンジン３０が停止されないことを防止することができる。

また、冷却庫１の制御部９０には、温度センサ８１からスターリング冷凍エンジン３０のコールドヘッドの温度が入力される。制御部９０は、コールドヘッドの温度が温度Ｔ₁より低いか否かを判断する（ステップＳ７４）。温度Ｔ₁より低い場合にはステップＳ７５へ進み、温度Ｔ₁より低くない場合にはステップＳ７１に戻る。温度Ｔ₁は、たとえば、冷媒の凝固温度より３℃程度高い温度である。

冷却庫１の制御部９０には、上部扉開閉検出スイッチ８２または下部扉開閉検出スイッチ８３から、上部扉１４と下部扉１５の開閉状態が入力される。制御部９０は、上部扉１４と下部扉１５のいずれかが開状態となったか否かを判断する（ステップＳ７５）。上部扉１４と下部扉１５のいずれかが開状態となった場合にはステップＳ７６に進み、そうでない場合にはステップＳ７７に進む。

ステップＳ７６では、制御部９０は、上部扉１４や下部扉１５が開状態となっている旨の警告を表示部９１で報知する。その後、Ｓ７１に戻る。

ステップＳ７７では、冷却ファン２２の回転数が冷却ファン２２の最大許容回転数とされているか否かが判断される。最大許容回転数とされていない場合にはステップＳ７８に進み、最大許容回転数とされている場合にはステップＳ８１に進む。

ステップＳ７８では、冷却ファン２２の回転数が冷却ファン２２の最大許容回転数とされる。これにより、冷却ファン２２の回転数が最大許容回転数未満であるときと比較して、低温側蒸発器４２周辺の空気がより激しく対流し、冷媒の温度の低下を抑えることができる。そして、冷却ファン２２の回転数が最大許容回転数とされてから所定時間経過したか否かが判断される（ステップＳ７９）。所定時間経過していない場合にはＳ７９を繰返し、所定時間経過した場合にはステップＳ８２に進む。

この所定時間は、通常運転時に冷却ファン２２の回転数が最大許容回転数にされたときに、少なくとも温度センサ８１が温度が上昇したことを検出可能な温度分、冷媒の温度が上昇するのに要する時間以上であることが好ましい。たとえば、温度センサ８１の温度検出誤差が±０．５℃である場合は、冷媒の温度が少なくとも１℃上昇するのに要する時間以上の時間を所定時間とすればよい。

また、この所定時間は、異常運転時に冷却ファン２２の回転数が最大許容回転数にされたときに、コールドヘッドの温度が温度Ｔ₁から後述する温度Ｔ₂に下降するまでの時間未満であることが好ましい。

ステップＳ８１では、スターリング冷凍エンジン３０への入力電力が所定量減少される。これにより、スターリング冷凍エンジン３０の冷却能力が低下する。したがって、冷媒から奪う熱量を減少させることができ、冷媒の温度低下を抑えることができる。

ステップＳ８２では、制御部９０は、コールドヘッドの温度が温度Ｔ₁より低いか否かを再度判断する。温度Ｔ₁より低くない場合は、ステップＳ８３に進み、温度Ｔ₁より低い場合は、ステップＳ８４に進む。

つまり、ステップＳ８３に進んだ場合は、ステップＳ７８で冷却ファン２２の回転数を最大許容回転数にしたり、ステップＳ８１でスターリング冷凍エンジン３０への入力電力を減少させたりしたことにより、コールドヘッドの温度が温度Ｔ₁より低い異常値から温度Ｔ₁より低くない正常値に戻ったこととなる。ステップＳ８４に進んだ場合は、コールドヘッドの温度が異常値のままである。

ステップＳ８３では、スターリング冷凍エンジン３０、冷却ファン２２、ダンパ６１および送風ファン６２の運転モードを通常運転モードに切替える。その後、ステップＳ７１に戻る。

ステップＳ８４では、制御部９０は、コールドヘッドの温度が温度Ｔ₂より低いか否かを判断する。温度Ｔ₂より低くない場合は、ステップＳ８１に戻り、温度Ｔ₂より低い場合は、ステップＳ８５に進む。温度Ｔ₂は、たとえば、冷媒の凝固温度より１℃程度高い温度である。

ステップＳ８５では、制御部９０は、スターリング冷凍エンジン３０が異常である旨を表示部９１に表示する。そして、ステップＳ８６で、制御部９０は、スターリング冷凍エンジン３０を停止させる。その後、処理を終了する。

なお、本実施の形態においては、ステップＳ７８で冷却ファン２２の回転数を最大許容回転数としたが、段階的に冷却ファン２２の回転数を増加させるようにしてもよい。そして、所定時間経過したときに、コールドヘッドの温度が温度Ｔ₁以上となった場合には、通常運転に戻すようにする。

これにより、冷却ファン２２の回転数が最大許容回転数に達するまえに、コールドヘッドの温度が温度Ｔ₁以上となった場合には、必要以上に冷却ファン２２の回転数を増加させる必要がなく、電力の消費を抑えることができる。また、冷媒の温度変化が緩やかになるため、冷媒の温度変化が急激な場合と比較してより精度よく冷媒の温度を制御することができる。

冷媒を用いて冷却庫１の庫内を冷やす方式では、冷媒が凍結する可能性がある。冷媒が凍結した状態でスターリング冷凍エンジン３０の運転を継続すると、コールドヘッドの温度が急激に低下しスターリング冷凍エンジン３０が故障する可能性が生じる。

したがって、スターリング冷凍エンジン３０の低温側循環回路４０の温度を検出し、低温側循環回路４０の温度が冷媒の凍結温度近くに達すると、スターリング冷凍エンジン３０を停止させる必要がある。しかし、スターリング冷凍エンジン３０を突然停止させた場合は、冷却庫１の商品としての信頼性が大きく損なわれ好ましくない。

以上説明したように、第３の実施の形態における冷却庫１は、冷媒が凍結するのを防止するためにスターリング冷凍エンジン３０を停止させる停止制御を行なう前に、停止制御と異なる冷媒が凍結するのを防止するための凍結防止制御、たとえば、冷却ファン２２の回転数を最大許容回転数にする制御や、スターリング冷凍エンジン３０への入力電力を減少させる制御を行なうことによって冷媒が凍結するのを防止する。

このため、凍結防止制御によって冷媒の凍結が防止できた場合には、スターリング冷凍エンジン３０の停止制御を行なう必要がなくなる。その結果、スターリング冷凍エンジン３０を極力停止させないようにすることができる。これにより、冷却庫の商品としての信頼性を向上させることができる。

また、温度センサ８１により温度を検出するときに、たとえば、温度センサ８１のサーミスタの異常などの温度の検出の異常を検知するので、温度センサ８１の温度の誤検出を防止することができる。このため、ステップＳ８４における温度Ｔ₂を下回ったことの誤検出に基づいて、ステップＳ８６でスターリング冷凍エンジン３０を停止させないようにすることができる。

また、冷媒が凍結する温度よりも高い温度Ｔ₁を下回ったときに凍結防止制御が行なわれ、さらに、冷媒が凍結する温度よりも高く温度Ｔ₁よりも低い温度Ｔ₂を下回ったときにスターリング冷凍エンジン３０の停止制御が行なわれる。このため、凍結防止制御によって温度Ｔ₂を下回ることがなく冷媒の凍結を防止できた場合は、スターリング冷凍エンジン３０の停止制御を行なう必要がなくなる。その結果、スターリング冷凍エンジン３０を極力停止させないようにすることができる。

また、冷却ファン２２の風量が増加されるので、低温側蒸発器４２周辺の空気が対流する。このため、低温側蒸発器４２に新たに送込まれた空気が冷媒に熱を与えるので、冷媒の温度が上昇する。その結果、冷媒が凍結するのを防止することができる。

また、冷却ファン２２により庫内の空気が対流するので、低温側蒸発器４２によって庫内の空気を効率的に冷却することができる。その結果、スターリング冷凍エンジン３０のＣＯＰ（Coefficient Of Performance、成績係数）を向上させることができる。

ここで、ＣＯＰは、加熱装置または冷却装置それぞれの消費電力あたりの加熱または冷却能力を示し、非加熱物に与えた熱量または非冷却物から奪った熱量と、その加熱または冷却のために消費した投入エネルギー量の熱量換算値との比で計算される。本実施の形態においては、冷却装置は冷却庫１であり、非冷却物は、スターリング冷凍エンジン３０のコールドヘッドにより冷却された冷媒によって冷却される冷却庫１内の空気である。また、非冷却物から奪った熱量をＱ_OUTとし、投入エネルギー量の熱量換算値をＱ_INとした場合、ＣＯＰは、ＣＯＰ＝Ｑ_OUT／Ｑ_INの式で求めることができる。

つまり、スターリング冷凍エンジン３０で冷却された冷媒によって、冷却ファン２２により対流された空気から効率よく熱量が奪われるので、投入した電力の熱量換算値Ｑ_INに対して空気から奪う熱量Ｑ_OUTが増加し、ＣＯＰが向上する。

また、空気から熱量を奪うことによって冷媒に熱量が与えられているにも関わらず、冷媒の温度が上昇せず、温度Ｔ₁を下回っている場合には、スターリング冷凍エンジン３０の冷却能力を低下させる、つまり、スターリング冷凍エンジン３０に投入する入力電力を減少させるように制御する。

このため、スターリング冷凍エンジン３０による冷媒の冷却が抑えられるので、冷媒の温度が上昇する。その結果、冷媒が凍結するのを防止することができる。

また、冷却ファン２２の回転数が冷却ファン２２の最大許容回転数にされて駆動されるので、最大許容回転数でないときと比較して、冷媒が凍結するのをより防止することができる。また、最大許容回転数にすることにより冷却ファン２２によって庫内の空気がさらに対流するので、スターリング冷凍エンジン３０のＣＯＰをより向上させることができる。

また、冷却ファン２２の風量を増加させ、冷媒に熱量が与えられているにも関わらず、冷媒の温度が上昇せず、温度Ｔ₁を下回っている場合には、スターリング冷凍エンジン３０の入力電力を減少させるように制御する。このため、冷媒の冷却が抑えられるので、冷媒の温度が上昇する。その結果、冷媒が凍結するのを防止することができる。

また、冷媒が凍結する前に、スターリング冷凍エンジン３０に異常があるため冷媒が凍結する旨が報知されるので、扉を開閉する等の冷媒の凍結に対する応急処置を促すことができる。

なお、第３の実施の形態においては、たとえば、温度Ｔ₁が冷媒の凝固点より３℃程度高い温度であり、温度Ｔ₂が冷媒の凝固点より１℃程度高い温度であることとした。しかし、温度Ｔ₁，Ｔ₂は冷媒の凝固点より高い温度であり、Ｔ₁＞Ｔ₂であれば他の温度であってもよいことはいうまでもない。

この場合、スターリング冷凍エンジン３０を定格状態で運転したときに取り得る冷媒の温度範囲のうち低い方の温度を温度Ｔ₂とし、前述の温度範囲のうち高い方の温度より低い温度であって、温度Ｔ₂より数℃高い温度を温度Ｔ₁とすることによって、冷媒の温度がスターリング冷凍エンジン３０の定格運転で取り得る冷媒の温度範囲以下となることを防止することができる。

第１の実施の形態から第３の実施の形態までにおいては、冷却庫１について説明したが、図４、図５、図７、図８、および図１０に示した処理を実行する冷却庫１またはスターリング冷凍エンジン３０の制御方法、図４、図５、図７、図８、および図１０に示した処理を実行する冷却庫１またはスターリング冷凍エンジン３０の制御プログラム、および、冷却庫１に設けられるスターリング冷凍エンジン３０として発明を捉えることができる。

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。

本発明に係る冷却庫の一実施形態を示す概略断面図である。本実施形態における冷却庫の冷気の流れを模式的に示す図である。第１の実施の形態における冷却庫の凍結防止機能を示す機能ブロック図である。第１の実施の形態における冷却庫で実行される凍結防止処理の流れを示すフローチャートである。第１の実施の形態における冷却庫で実行される変形された凍結防止処理の流れを示すフローチャートである。第２の実施の形態における冷却庫の凍結防止機能を示す機能ブロック図である。第２の実施の形態における冷却庫で実行される凍結防止処理の流れを示すフローチャートである。第２の実施の形態における冷却庫で実行される変形された凍結防止処理の流れを示すフローチャートである。第３の実施の形態における冷却庫の凍結防止機能を示す機能ブロック図である。第３の実施の形態における冷却庫で実行される凍結防止処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１冷却庫、２冷却ファン、１０ハウジング、１１第２の冷却室、１２第１の冷却室、１４上部扉、１５下部扉、１７パッキング、１８棚、１９機械室、２０，２１ダクト、２０Ａ，２０Ｂ冷気吹出口、２２冷却ファン、３０スターリング冷凍エンジン、４０低温側循環回路、４１低温側凝縮器、４２低温側蒸発器、５０高温側自然循環回路、５１高温側蒸発器、５２高温側凝縮器、６１ダンパ、６２送風ファン、８１温度センサ、８２上部扉開閉検出スイッチ、８３下部扉開閉検出スイッチ、８４扉開閉検出スイッチ、９０制御部、９１表示部。

Claims

スターリング冷凍エンジンで庫内を冷却する冷却庫であって、
前記スターリング冷凍エンジンの過冷却危惧状態を検出する状態検出手段と、
前記状態検出手段による前記過冷却危惧状態の検出に基づき前記スターリング冷凍エンジンが過冷却となるのを防止する過冷却防止手段とを備えた、冷却庫。
前記冷却庫の冷却室に設けられた扉の開閉状態を検出する扉状態検出手段と、
前記スターリング冷凍エンジンによって冷やされた冷気を庫内に供給する冷却ファンと、
前記扉状態検出手段により扉が開状態にあることが検出されている間、前記冷却ファンを停止させる冷却ファン制御手段とをさらに備え、
前記状態検出手段は、前記扉状態検出手段による扉の開状態が所定時間経過したことを検出する、請求項１に記載の冷却庫。
前記冷却庫は、断熱材で仕切られ、それぞれが扉を有する第１の冷却室と第２の冷却室とを含み、
前記冷却ファンは、前記スターリング冷凍エンジンによって冷やされた冷気を前記第１の冷却室に供給し、
前記スターリング冷凍エンジンによって冷やされた冷気を前記第２の冷却室に導くための送風路と、
前記送風路に設けられ、前記スターリング冷凍エンジンによって冷やされた冷気を遮断するための遮断手段と、
前記スターリング冷凍エンジンによって冷やされた冷気を前記送風路に送風する送風ファンとをさらに備え、
前記過冷却防止手段は、前記扉状態検出手段により前記第１の冷却室の扉の閉状態および前記第２の冷却室の扉の開状態が検出された場合は前記遮断手段に前記送風路を遮断させるとともに前記冷却ファンの停止を解除して駆動させ、前記扉状態検出手段により前記第１の冷却室の扉の開状態および前記第２の冷却室の扉の閉状態が検出された場合は、前記遮断手段に前記送風路の遮断を解除させるとともに前記送風ファンを駆動させる、請求項２に記載の冷却庫。
前記スターリング冷凍エンジンに形成される低温部から二次冷媒を介して冷熱を受ける低温側蒸発器をさらに備え、
前記状態検出手段は、前記低温部、前記低温側蒸発器または前記低温側蒸発器と対をなす低温側凝縮器の温度を検出する温度検出手段を含み、前記温度検出手段により検出された温度が所定温度を下回ったことを検出する、請求項１に記載の冷却庫。
前記過冷却防止手段は、前記スターリング冷凍エンジンを制御して停止させる停止制御を行なう前に、前記停止制御と異なる制御であって前記スターリング冷凍エンジンが過冷却となるのを防止する過冷却防止制御を行なう、請求項４に記載の冷却庫。
前記所定温度は、前記スターリング冷凍エンジンが過冷却となる温度よりも高い第１の温度と、前記スターリング冷凍エンジンが過冷却となる温度よりも高く前記第１の温度よりも低い第２の温度とを含み、
前記過冷却防止手段は、前記状態検出手段により前記第１の温度を下回ったことが検出されたときに前記過冷却防止制御を行い、さらに、前記冷媒状態検出手段により前記第２の温度を下回ったことが検出されたときに前記停止制御を行なう、請求項５に記載の冷却庫。
前記温度検知手段により温度が検出されるときに、前記温度検出手段による温度の検出の異常を検知する温度検出異常検知手段をさらに備える、請求項４に記載の冷却庫。
前記低温側蒸発器によって冷やされた冷気を庫内に供給する冷却ファンをさらに備え、
前記過冷却防止手段は、前記冷却ファンを駆動させる、または、前記冷却ファンの風量を増加させる、請求項４に記載の冷却庫。
前記過冷却防止手段は、前記状態検出手段により前記第１の温度を下回ったことが検出されているときに前記冷却ファンを駆動させまたは前記冷却ファンの風量を増加させ、さらに、前記冷却ファンを駆動させまたは前記冷却ファンの風量を増加させてから所定時間経過した後に前記状態検出手段により前記第１の温度を下回ったことが検出されているときに前記スターリング冷凍エンジンを制御して冷却能力を低下させる、請求項８に記載の冷却庫。
前記過冷却防止手段は、前記冷却ファンの回転数を制御する回転数制御手段を備え、
前記過冷却防止手段は、前記状態検出手段により前記第１の温度を下回ったことが検出されているときに前記冷却ファンの回転数を回転能力の最大限にして前記冷却ファンを駆動させ、さらに、前記冷却ファンの回転数を最大限にして駆動させてから所定時間経過した後に前記状態検出手段により前記第１の温度を下回ったことが検出されているときに前記スターリング冷凍エンジンを制御して冷却能力を低下させる、請求項８に記載の冷却庫。