JP2007078284A - 冷蔵ショーケースの温度制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 負荷温度を零度以下に低下させることなくサーモサイクル運転時の省エネルギー化を図ることができる冷蔵ショーケースの温度制御装置を提供する。
【解決手段】 サーモオン及びサーモオフの繰り返しにより負荷を収納した庫内温度を制御する冷蔵ショーケースの温度制御装置において、プルダウン運転時に、負荷温度が零度以下にならないように、第1ディファレンシャル温度DF1で制御し、その後、第2ディファレンシャル温度DF2の制御に移行する。
【選択図】 図4

Description

本発明は、負荷を収納した庫内の温度をサーモオン及びサーモオフの繰り返しにより制御する冷蔵ショーケースの温度制御装置に関する。
食品スーパーやコンビニエンスストア、小規模飲食店などにおいて設置されている冷蔵ショーケースは、圧縮機、コンデンサ、キャピラリーチューブ(減圧装置)、及びエバポレータを有する冷却装置を備えて構成されている。
この種のものにおいて、缶ビールや缶ジュース等のいわゆる負荷を収納した庫内の温度制御は、庫内の冷却開始時に、圧縮機等の冷却機構を連続運転させるプルダウン運転を行い、前記庫内の負荷が凍結を生じない所定温度となった際には、冷却機構をON/OFFさせるサーモサイクル運転へと移行させて負荷を収納した庫内の温度を制御するのが一般的である(例えば、特許文献1参照)
特開平11−270914号公報
しかし、特許文献1の冷蔵ショーケースは、プルダウン運転からサーモサイクル運転に至った後に、同一のディファレンシャル設定で運転を行っているため、サーモオンの時間が長くなって、サーモサイクル運転の省エネルギー化が図れないという問題がある。
これに対して、サーモサイクル運転で、ディファレンシャル設定を大きくとれば、サーモオンの時間が短くなるため、省電力運転、省エネルギー化が図れるが、大きくとった場合には、プルダウン運転からサーモサイクル運転への切り換え時に、一時的に缶ビールや缶ジュース等の負荷温度が当該負荷に関連した最低保存温度(缶ジュースであれば零度)以下に低下するという問題がある。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、負荷温度を当該負荷に関連した最低保存温度以下に低下させることなくサーモサイクル運転時の省エネルギー化を図ることができる冷蔵ショーケースの温度制御装置を提供することにある。
本発明の冷蔵ショーケースの温度制御装置は、庫内の冷却開始時に、圧縮機等の冷却機構を連続運転させるプルダウン運転を行い、前記庫内の負荷が凍結を生じない所定温度となった際には、前記冷却機構をON/OFFさせるサーモサイクル運転へと移行させて負荷を収納した庫内の温度を制御する冷蔵ショーケースの温度制御装置において、前記サーモサイクル運転中に、このサーモサイクル運転で前記冷却機構をON/OFFさせるディファレンシャル設定温度を、第1ディファレンシャル温度から、この第1ディファレンシャル温度より温度範囲の広い第2ディファレンシャル温度へと変更させることを特徴とする。
上記特徴の構成によれば、プルダウン運転からサーモサイクル運転へ移行すると、温度差が小さい第1ディファレンシャル温度で庫内の温度を制御するため、庫内の負荷温度が庫内の負荷が凍結を生じない所定温度(最小負荷到達点)以下になることがなく、その後に、第2ディファレンシャル温度の制御に変更するため、ここに変更後のサーモサイクル運転では省エネルギー化が達成される。
上記特徴の構成において、前記第1ディファレンシャル温度から前記第2ディファレンシャル温度への変更は、前記サーモサイクル運転への移行後、所定のサーモサイクル経過後に行うか、または、前記第1ディファレンシャル温度から前記第2ディファレンシャル温度への変更は、前記サーモサイクル運転への移行後、所定の時間経過後に行ってもよい。いずれの制御であっても、サーモサイクル運転への移行後、第1ディファレンシャル温度から第2ディファレンシャル温度への変更が略同じ時間経過後に行うことになる。
上記特徴の構成において、前記第1または第2ディファレンシャル温度は、前記サーモサイクル運転中、前記庫内の温度が前記所定温度とならない温度とする。すなわち、庫内に収納した負荷の品質を保つために、第2ディファレンシャル温度でのサーモサイクル運転においても、サーモオフのオフ点の温度を、庫内の負荷温度が庫内の負荷が凍結を生じない所定温度(最小負荷到達点)以下とならないように制御するものである。
上記特徴の構成において、前記第1ディファレンシャル温度から前記第2ディファレンシャル温度への変更をサーモサイクル運転のオン点を不変にしてオフ点の変更により実行するのがよい。庫内の負荷の温度は、サーモサイクル運転におけるオン点の温度に依存することが判明した。すなわち、負荷温度はオン点温度よりも若干低い温度に維持されることが判明し、第1ディファレンシャル温度から前記第2ディファレンシャル温度への変更は、サーモサイクル運転のオン点を不変にしてオフ点の変更により実行することが望ましいことが判明した。これによれば、第1ディファレンシャル温度でのサーモサイクル運転により安定させた庫内の目標負荷温度を、第2ディファレンシャル温度でのサーモサイクル運転に切り替えても引き続いて良好に維持することができ、かつ庫内の負荷温度を庫内の負荷が凍結を生じない所定温度(最小負荷到達点)以下とならないように制御できる。
本発明によれば、プルダウン運転からサーモサイクル運転へ移行すると、最初は温度差が小さい第1ディファレンシャル温度で庫内の温度を制御するものであるため、庫内温度は安定したものとなり、最初に温度差が大きい第2ディファレンシャル温度で庫内の温度を制御することをしないので、庫内温度がふらついてプルダウン運転の終了時点で最小負荷到達点の温度が0℃以下となることを回避でき、第1ディファレンシャル温度でのサーモサイクル運転して庫内平均負荷温度を安定させてから後に、第2ディファレンシャル温度でサーモサイクル運転を行うから、ここでの運転で庫内温度がふらついても、庫内の負荷温度が庫内の負荷が凍結を生じない所定温度(最小負荷到達点)以下になることがない。そして、第1ディファレンシャル温度でのサーモサイクル運転は最初の短い時間だけであり、第2ディファレンシャル温度でのサーモサイクル運転に移行すると、コンプレッサのON/OFF回数が少なくて起動電流量が少なくなり運転時間の割合が少なくなるため、サーモサイクル運転時の省エネルギー化が達成される。
以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。
図1において、本実施形態の冷蔵ショーケース10は、例えば食品スーパーやコンビニエンスストア、小規模飲食店などにおいて設置される。冷蔵ショーケース10は、前面に開口を有し内部に貯蔵室11を形成する断熱筐体12と、断熱筐体12の前面一側に回動自在に枢支された断熱筐体12の前面開口を開閉する扉13とを備えてなる。貯蔵室11には、断熱筐体12の両側の内壁に固定され上下に渡って延在する複数の支柱14aと、この支柱14aに支持され上下に渡って架設された複数の棚部材14bとからなる棚式ユニットを備えている。
貯蔵室11を冷蔵するための冷蔵装置は、貯蔵室11の下側に形成された機械室15に設置された圧縮機16及び凝縮器17と、断熱筐体12の貯蔵室11内の奥行き壁12aとこの奥行き壁12aから所要寸法離間した仕切り壁18とで画成される冷気吸い込み用ダクト空間19の上部に設置される蒸発器20と、凝縮器17と蒸発器20との間に設けられるキャピラリーチューブ(図示せず)とを、冷媒管によって接続されてなる。そして、凝縮器17には凝縮器用ファン22が付設され、また蒸発器20には蒸発器用ファン23が仕切り壁18の上部に設けた冷気吐出口24に設けられ、かつ前側をファンケース25で囲まれている。
仕切り壁18は、庫内底面部から離れた庫内下部に垂下していて、冷気吸い込み用ダクト空間19の下端である冷気吸い込み口19aの少し上方にドレン皿26が設けられ、仕切り壁18のダクト空間側の面に結露するドレンを前記ドレン皿26へ導いて落下させるためのドレン水指向板27が形成されている。上記のように構成された冷却装置によれば、圧縮機16が運転されると、蒸発器20が吸熱作用を発揮しダクト空間19を上昇する空気を冷却する。この蒸発器20にて冷却された冷気は、蒸発器用ファン23により冷気吐出口24から貯蔵室11内に吐出される。貯蔵室11内を循環する冷気は、貯蔵室11内を冷却した後、貯蔵室11内の下方位置の冷気吸い込み口19aから冷気吸い込み用ダクト空間19に帰還する。
上記のように構成された冷却装置は、図2に電気回路の概略のブロック図で示す温度制御装置30と関連して運転される。
この温度制御装置30は、貯蔵室11内を設定温度の環境とするための制御装置31と、扉13の前面又は貯蔵室11内(扉13の前面)に設けられる設定温度表示部と庫内温度表示部に分かれて表示する温度表示部28と、蒸発器20の冷気下流側近傍に設けられた蒸発器温度センサ29とからなる。制御装置31は、蒸発器温度センサ(サーモセンサ)29のオン信号及びオフ信号を入力して圧縮機16のモータ16aと凝縮器用ファン22と蒸発器用ファン23の駆動及び駆動停止を制御し、庫内温度を温度表示部28の庫内温度表示部に表示する。制御装置31は、CPUとROMとRAMなどを有し、ROMに、本構成による制御プログラムが格納され、この制御プログラムに基づいて、負荷を収納した庫内温度を、サーモオン及びサーモオフの繰り返し(サーモサイクル運転)により制御するように構成されている。
制御装置31は、庫内の冷却開始時に、圧縮機等の冷却機構を連続運転させるプルダウン運転を行い、庫内の負荷が凍結を生じない所定温度(最小負荷到達点)となった際には、圧縮機16等の冷却機構をON/OFFさせるサーモサイクル運転へと移行させて負荷を収納した庫内の温度を制御する。
制御装置31は、サーモサイクル運転中に、このサーモサイクル運転で圧縮機16等の冷却機構をON/OFFさせるディファレンシャル設定温度を、第1ディファレンシャル温度(図4中のDF1)から、この第1ディファレンシャル温度より温度範囲の広い第2ディファレンシャル温度(図4中のDF2)へと変更させるようになっている。そして、第1ディファレンシャル温度(図4中のDF1)から第2ディファレンシャル温度(図4中のDF2)への変更は、サーモサイクル運転への移行後、所定のサーモサイクル経過後に行うようになっている。さらに、第1ディファレンシャル温度(図4中のDF1)と第2ディファレンシャル温度におけるサーモオフのオフ点の温度は、サーモサイクル運転中、庫内の温度が所定温度(最小負荷到達点)とならない温度に設定される。そうして、第1ディファレンシャル温度(図4中のDF1)から第2ディファレンシャル温度(図4中のDF2)への変更をサーモサイクル運転のオン点を不変にしてオフ点の変更により実行するようになっている。
次いで、プルダウン運転からサーモサイクル運転への移行制御を説明する。
図3に示すように、制御装置31は、電源スイッチをオンにしてスタートし、RAMをイニシャライズしてから(ステップS101)、負荷温度設定装置27で設定された設定負荷温度と蒸発器温度センサ29の入力信号に基づいて算出されるセンサ温度(以下、同じ)の温度表示部28の負荷設定温度表示部に表示する(ステップS102)。
次に、制御装置31は、センサ温度がサーモオフのオフ点の温度(図4中のTL1℃=−1℃)になったときを検出できるように設定するとともに、第1ディファレンシャル温度DF1を、例えば5℃(又は6℃)となるように小さく設定する。ディファレンシャル設定DF1を小さくすると、センサ温度が最初の入力から6回目の入力までのサーモオンのオン点の温度(図4中のTH1℃)が+4℃(又は5℃)になったときを検出できるように設定したことになる(ステップS103)。制御装置31は、最初のサーモオフのオフ点の温度と、小さく設定されるディファレンシャルとから決まるサーモオンのオン点の温度(図4中のTH1℃)をRAMに記憶することになる。
次に、制御装置31は、圧縮機16と凝縮器用ファン22と蒸発器用ファン23とを回転させる(ステップS104)。
次に、制御装置31は、センサ温度がサーモオフのオフ点の温度(図4中のTL1℃)が−1℃になったか否かを判断する(ステップS105)。この判断は、センサ温度が最初のサーモオフのオフ点の温度(−1℃)になるまで繰り返す(ステップS106)。センサ温度が最初のサーモオフのオフ点の温度になったら、最初のサーモオフとなり(ステップS107)、圧縮機16と凝縮器用ファン22と蒸発器用ファン23との回転を停止する(ステップS108)。
最初のサーモオフになると、庫内温度が次第に上昇していく。制御装置31は、庫内温度がサーモオンのオン点の温度(図4中のTH1℃=+5℃)になったか否かを判断する(ステップS109)。この判断は、センサ温度がサーモオンのオン点の温度(+5℃)になるまで繰り返す(ステップS110)。サーモオンのオン点の温度(+5℃)になると、サーモオンになり(ステップS111)、再び上記のステップS104に戻って圧縮機16と凝縮器用ファン22と蒸発器用ファン23を駆動して上記のステップS110まで行うことを、サーモオンが6回になるまで繰り返す(ステップS112、S113)。
最初のサーモオフから6回目のサーモオンまでの運転は、ディファレンシャル設定DF1が小さく設定されているので、サーモオフからサーモオンになるまでの時間が短く、及び、サーモオンからサーモオフになるまでの時間が短く、これによって、負荷平均温度(図5参照)が短時間に安定する。
最初のステップS104〜最初のステップS108は、図4のプルダウン運転に相当する制御である。最初のステップS109〜ステップS113及び二回目以降のステップS104〜ステップS113は、図4のサーモサイクル運転の第1ディファレンシャル温度での運転に相当する制御である。
プルダウン運転は、庫内の冷却開始時に、圧縮機16と凝縮器用ファン22と蒸発器用ファン23等の冷却機構を連続運転させる運転であり、これにより庫内の短時間の冷やし込みが行われる。本構成では、プルダウン運転からサーモサイクル運転へ変更したときの、最初の運転を、図4に示すように、第1ディファレンシャル温度DF1(=サーモオフのオフ点の温度(TL1℃)とサーモオンのオン点の温度(TH1℃)との差)でのサーモサイクル運転としている。
この移行運転時には、上述のようにディファレンシャル設定DF1が例えば5℃(又は6℃)に小さく設定される。従って、図5(a)に示す平均負荷温度も、図5(b)に示す最小負荷温度(最も冷えた位置の負荷温度。)も移行運転中に零度(負荷に関連した最低保存温度)を下回らない。なお、負荷に関連した最低保存温度は、必ずしも零度に限られず、負荷の種類によっては、零度以下の場合も零度以上の場合も存在する。
図3において、6回目のサーモオンになると、制御装置31は、ディファレンシャル設定DF1からディファレンシャル設定DF2に変更する(ステップS114)。この場合のディファレンシャル設定の変更は、上記のディファレンシャル設定DF1の実行の時のRAMに記憶しているサーモオンのオン点の温度を使用し、このサーモオンのオン点の温度を変更せずに、サーモオフのオフ点を変更することにより行う。具体的には、制御装置31は、センサ温度がサーモオンのオン点の温度(図4中のTH2℃=+5℃)になったときを検出できるように設定するとともに、ディファレンシャル設定DF2を例えば8℃(乃至10℃)となるように大きく設定する。ディファレンシャルを8℃となるように設定すると、サーモオフのオフ点の温度(図4中のTL2℃)が−3℃になったときを検出できるように設定したことになる。第1ディファレンシャル温度DF1でのサーモサイクル運転により安定させた庫内の目標負荷温度を、第2ディファレンシャル温度DF2でのサーモサイクル運転に切り替えても引き続いて良好に維持することができ、かつ庫内の負荷温度を庫内の負荷が凍結を生じない所定温度(最小負荷到達点)以下とならないように制御できるようにするものである。
ステップS115〜ステップS123は、図4のサーモサイクル運転の第2ディファレンシャル温度での運転に相当する制御である。
ディファレンシャル設定DF2に変更した後、制御装置31は、圧縮機16と凝縮器用ファン22と蒸発器用ファン23を駆動する(ステップS115)。
制御装置31は、センサ温度が第2ディファレンシャル温度に変更後のサーモオフのオフ点の温度(図4中のTL2℃)が−3℃になったか否かを判断する(ステップS116)。この判断は、センサ温度がサーモオフのオフ点の温度(−3℃)になるまで繰り返す(ステップS117)。センサ温度がサーモオフのオフ点の温度になったら、サーモオフとなり(ステップS118)、制御装置31は、圧縮機16と凝縮器用ファン22と蒸発器用ファン23の回転を停止する(ステップS119)。
次に、制御装置31は、庫内温度がサーモオンのオン点の温度(図5中のTH2℃=+5℃)になったか否かを判断する(ステップS120)。
この判断は、センサ温度がサーモオンのオン点の温度(+5℃)になるまで繰り返す(ステップS121)。サーモオンのオン点の温度(+5℃)になると、サーモオンになり(ステップS122)、再び上記のステップS115を戻り、制御装置31は、圧縮機16と凝縮器用ファン22と蒸発器用ファン23を駆動して上記のステップS121まで行うことを繰り返す(ステップS123)。
ステップS114〜ステップS123は、図4のサーモサイクル運転に相当する制御である。このサーモサイクル運転時には上述のようにディファレンシャル設定DF2が例えば8℃(乃至10℃)に大きく設定される。
これによれば、図5(a)(b)に示すように、移行運転時に比べた場合、1回のサーモサイクル時のサーモオフからサーモオンまでの時間が長くなるので、停止時間が長くなる分だけ省エネルギー化が達成される。また、圧縮機をON/OFFさせる回数が少なくなると、エネルギー消費が大きい起動電流量を少なくできることによっても省エネルギー化が達成される。
例えば、図6(参考図)に示すように、プルダウン運転からサーモサイクル運転への移行時に、いきなりディファレンシャル設定DF2を大きくすると、大きな省エネルギー効果が期待されるが、最初のサーモオフのオフ点の温度に下がった後に大きくオーバーシュートして最小負荷温度が0℃以下(A点)に下がる恐れがある。
本実施形態では、サーモサイクル運転を繰り返して最初のサーモオフから6回目のサーモオンまでは、温度差が小さい第1ディファレンシャル温度DF1で運転するため、最小負荷温度が零度以下に下がることがなく、6回目のサーモオン以後のサーモサイクル運転では、温度差が大きい第2ディファレンシャル温度DF2とされるため、いわゆる1サイクル時間当たりのサーモオンからサーモオフまでの運転時間の割合=h1/h2(図4中の時間)が、ディファレンシャル設定DF1のときの1サイクル時間当たりのサーモオンからサーモオフまでの運転時間の割合=h3/h4(図4中の時間)に比べた場合に小さくなるから、省電力運転になり、省エネルギー化が達成される。
上記制御では、プルダウン運転後のサーモサイクル運転の最初は、温度差が小さい第1ディファレンシャル温度DF1で運転し、温度差が大きい第2ディファレンシャル温度DF2での運転へ変更するに際して、サーモオンのオン点を不変にして、オフ点の変更により実行している。これは、実証試験の結果、庫内の平均負荷温度が、サーモサイクル運転におけるオン点の温度に依存することが判明したからである。すなわち、上記制御では、ある程度サーモオフのオフ点を下げても、それに連動して平均負荷温度が下がるようなことはなく、負荷温度はオン点温度よりも若干低い温度に平均的に維持されることが判明したからである。これによれば、第1ディファレンシャル温度でのサーモサイクル運転により安定させた庫内の目標負荷温度を、第2ディファレンシャル温度でのサーモサイクル運転に切り替えても引き続いて良好に維持することができ、かつ庫内の負荷温度を庫内の負荷が凍結を生じない所定温度(最小負荷到達点)以下とならないように制御できる。
以上、図面を参照して本発明の冷蔵ショーケースの温度制御装置の実施形態を詳述してきたが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲の種々の設計変更を含むものである。
上記の実施形態では、サーモオンのオン点を基準に、当該オン点からどの程度下げるかによりディファレンシャルを設定して制御したが、これに限定されず、サーモオフのオフ点を基準に、当該オフ点からどの程度上げるかによりディファレンシャルを設定して制御しても良い。また、第1ディファレンシャル温度から第2ディファレンシャル温度に移行することを、サーモオンのオン点の温度を変更せずに、サーモオフのオフ点を変更することにより行うように構成されているが、第1ディファレンシャル温度で運転するときのサーモオンのオン点の温度に対して、第2ディファレンシャル温度で運転するときのサーモオンのオン点の温度が一致していなくても良い。また、第1ディファレンシャル温度で制御し、一定サーモサイクル経過後、第2ディファレンシャル温度の制御に移行させる構成を示したが、第1ディファレンシャル温度で制御し、一定時間経過後、第2ディファレンシャル温度の制御に移行させる構成としても良い。いずれの制御であっても、第1ディファレンシャル温度から第2ディファレンシャル温度への変更が確実に行われる。さらに、基板に備えたスイッチを操作することにより、第1ディファレンシャル温度及び第2ディファレンシャル温度を、変えられるようになっていても良い。
上記の実施形態では、蒸発器20を通過した直後の冷気温度を検出するように設けられた蒸発器温度センサ29の信号を制御回路31に入力する構成としているが、蒸発器温度センサ29に替わる庫内温度センサをダクト空間19の下端の冷気吸い込み口19aに設けた構成であっても良い。また、扉13の前面又は貯蔵室11内に手操作可能な負荷温度設定装置を設け、この負荷温度設定装置で設定された温度を入力して温度表示部28の設定温度表示部に設定温度を表示するとともに、この負荷温度設定装置を手操作することで、制御回路31において設定されるサーモオンのオン点の温度(TH1℃,TH2℃,)を1℃乃至3℃位変更調整できる構成であっても良い。
本発明の冷蔵ショーケースの縦断側面図である。 本発明の冷蔵ショーケースの温度制御装置の電気回路ブロック図である。 温度制御装置の制御プログラムのフロー図である。 冷却装置の運転/停止と温度制御の関係を示すグラフである。 aは冷却装置の運転/停止と温度制御と平均負荷温度の関係を示すグラフであり、bは同じく最小負荷温度との関係を示すグラフである。 負荷温度のオーバーシュートを説明するグラフである。
符号の説明
10 冷蔵ショーケース
16 圧縮機
17 凝縮器
20 蒸発器
22 凝縮器用ファン
23 蒸発器用ファン
29 蒸発器温度センサ
30 温度制御装置
31 制御装置
DF1 第1ディファレンシャル温度
DF2 第2ディファレンシャル温度

Claims (5)

  1. 庫内の冷却開始時に、圧縮機等の冷却機構を連続運転させるプルダウン運転を行い、前記庫内の負荷が凍結を生じない所定温度となった際には、前記冷却機構をON/OFFさせるサーモサイクル運転へと移行させて負荷を収納した庫内の温度を制御する冷蔵ショーケースの温度制御装置において、
    前記サーモサイクル運転中に、このサーモサイクル運転で前記冷却機構をON/OFFさせるディファレンシャル設定温度を、第1ディファレンシャル温度から、この第1ディファレンシャル温度より温度範囲の広い第2ディファレンシャル温度へと変更させることを特徴とする冷蔵ショーケースの温度制御装置。
  2. 前記第1ディファレンシャル温度から前記第2ディファレンシャル温度への変更は、前記サーモサイクル運転への移行後、所定のサーモサイクル経過後に行うことを特徴とする請求項1記載の冷蔵ショーケースの温度制御装置。
  3. 前記第1ディファレンシャル温度から前記第2ディファレンシャル温度への変更は、前記サーモサイクル運転への移行後、所定の時間経過後に行うことを特徴とする請求項1記載の冷蔵ショーケースの温度制御装置。
  4. 前記第1または第2ディファレンシャル温度は、前記サーモサイクル運転中、前記庫内の温度が前記所定温度とならない温度である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蔵ショーケースの温度制御装置。
  5. 前記第1ディファレンシャル温度から前記第2ディファレンシャル温度への変更をサーモサイクル運転のオン点を不変にしてオフ点の変更により実行することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の冷蔵ショーケースの温度制御装置。

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