JP2008070031A - 冷却貯蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】貯蔵室の冷却を的確に制御しながら、効率の悪化も解消することができる冷却貯蔵庫を提供する。
【解決手段】冷却貯蔵庫Ｒは、圧縮機１８及び蒸発器１１等から構成される冷却装置１０により貯蔵室５内を冷却して成るものであって、貯蔵室の温度を検出する温度センサと、この温度センサの出力に基づき、圧縮機の回転数を制御する制御装置とを備え、この制御装置は、貯蔵室の設定温度を含む当該設定温度付近の所定範囲の温度領域では、圧縮機を所定の回転数でＯＮ−ＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ制御を行うと共に、温度範囲から逸脱した領域では、設定温度と現在の温度との偏差に基づいて圧縮機の回転数を変更するＰＩＤ制御を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機や蒸発器等から構成される冷却装置により貯蔵室内を冷却して成る冷却貯蔵庫に関するものである。

この種の冷却貯蔵庫は、例えば前面に開口する断熱箱体により本体を構成し、当該前面開口を断熱扉にて開閉自在に閉塞するものであり、本体内には冷却装置により冷却される貯蔵室が形成される。一般に、冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器等とを環状に配管接続した冷媒回路により構成される。また、蒸発器が配設される冷却室（又は冷気ダクト）には、冷気循環用の送風機が配設されており、当該送風機を運転することによって、蒸発器の吸熱作用により冷却された冷気を貯蔵室内に強制的に循環して、該貯蔵室内を所定の設定温度に冷却する（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−３２２４１５号公報

このような冷却貯蔵庫では、貯蔵室の設定温度の上下に所定のディファレンシャル幅を有して上限温度と下限温度を設定し、貯蔵室の温度が上限温度に上昇した時点で圧縮機を運転（ＯＮ）し、下限温度に低下した時点で停止（ＯＦＦ）する所謂ＯＮ−ＯＦＦ制御が実行されるが、設置後や除霜後のプルダウン時にはどうしても冷却が遅くなる欠点がある。

そこで、近年ではインバータを用いて圧縮機の回転数を制御するものが開発されている。この場合、冷却貯蔵庫の制御装置は設定温度と現在の貯蔵室の温度との偏差ｅに基づいて圧縮機の回転数を決定するＰＩＤ制御を行う。このＰＩＤ制御では、偏差ｅを縮小する方向の制御量を算出する比例演算と、定常的な偏差ｅを縮小する方向の制御量を算出する積分演算と、偏差ｅが増大する変化率を縮小する方向の制御量を算出する微分演算とが行われ、それらの制御量の合算値が圧縮機の回転数を決定するための制御量となる。

このように圧縮機の回転数をＰＩＤ制御すれば、前述したプルダウン時等には圧縮機の回転数を上昇させて急速に貯蔵室内を冷却できるので、前述したＯＮ−ＯＦＦ制御に比べて設定温度まで迅速に冷却することができるようになる。また、設定温度付近では細かく圧縮機の回転数が制御されるため、極めて精度良く貯蔵室の温度を設定温度に制御することが可能となるが、貯蔵室の温度が設定温度付近で安定すると、圧縮機が低回転数で継続して運転される状況が発生し、効率が著しく悪くなる欠点があった。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、貯蔵室の冷却を的確に制御しながら、効率の悪化も解消することができる冷却貯蔵庫を提供するものである。

本発明の冷却貯蔵庫は、圧縮機及び蒸発器等から構成される冷却装置により貯蔵室内を冷却して成るものであって、貯蔵室の温度を検出する温度センサと、この温度センサの出力に基づき、圧縮機の回転数を制御する制御装置とを備え、この制御装置は、貯蔵室の設定温度を含む当該設定温度付近の所定範囲の温度領域では、圧縮機を所定の回転数でＯＮ−ＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ制御を行うと共に、温度範囲から逸脱した領域では、設定温度と現在の温度との偏差に基づいて圧縮機の回転数を変更するＰＩＤ制御を実行することを特徴とする。

請求項２の発明の冷却貯蔵庫は、上記において制御装置は、ＯＮ−ＯＦＦ制御を実行しているとき、圧縮機の運転が所定期間継続した場合は当該圧縮機の回転数を上昇させることを特徴とする。

本発明によれば、圧縮機及び蒸発器等から構成される冷却装置により貯蔵室内を冷却して成る冷却貯蔵庫において、貯蔵室の温度を検出する温度センサと、この温度センサの出力に基づき、圧縮機の回転数を制御する制御装置とを備え、この制御装置は、貯蔵室の設定温度を含む当該設定温度付近の所定範囲の温度領域では、圧縮機を所定の回転数でＯＮ−ＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ制御を行うと共に、温度範囲から逸脱した領域では、設定温度と現在の温度との偏差に基づいて圧縮機の回転数を変更するＰＩＤ制御を実行するので、例えば貯蔵室の温度が設定温度から大幅に高くなっており、設定温度付近の温度領域から逸脱した領域にある場合には、制御装置が圧縮機の回転数をＰＩＤ制御して急速に冷却を行い、設定温度付近の温度領域まで低下した時点で圧縮機を所定の回転数でＯＮ−ＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ制御に移行することができるようになる。

これにより、例えばプルダウン時等に貯蔵室を迅速に冷却して当該貯蔵室の温度を的確に制御しながら、ＰＩＤ制御によって発生する圧縮機の運転効率の悪化も解消して効率の良い冷却運転を行うことができるようになるものである。

また、請求項２の発明によれば、上記に加えて制御装置は、ＯＮ−ＯＦＦ制御を実行しているときに、圧縮機の運転が所定期間継続した場合は当該圧縮機の回転数を上昇させるので、圧縮機を所定の回転数でＯＮ−ＯＦＦする制御では冷却能力が不足し、運転が長く継続しているときには圧縮機の回転数を上昇させて冷却能力を増大させ、より早く圧縮機を停止させることができるようになる。これにより、より一層運転効率の改善を図ることができるようになるものである。

以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明を適用した実施例の冷却貯蔵庫Ｒの縦断側面図を示している。実施例の冷却貯蔵庫Ｒは、例えばホテルやレストランの厨房などに設置される縦型業務用の低温貯蔵庫（冷蔵或いは冷凍）であり、前面に開口する断熱箱体１により本体が構成されている。この断熱箱体１は、何れもステンレスなどの鋼板から成る外箱２、及び、この外箱２内に組み込まれた内箱３と、内外両箱２、３間に現場発泡方式にて充填されたポリウレタン断熱材４から構成されている。そして、この断熱箱体１（内箱３）内を貯蔵室５としている。

また、貯蔵室５内上部には冷却装置１０の蒸発器１１が取り付けられており、該蒸発器１１及び当該蒸発器１１の近傍に取り付けられる冷気循環用送風機１２により、貯蔵室５内は所定の温度に冷却される。尚、図中において、蒸発器１１及び送風機１２の下方に取り付けられる１３は、蒸発器１１が取り付けられる冷却室１４と貯蔵室５内を区画するための仕切板であり、前部には前記冷気循環用送風機１２に面して図示しない冷気吸込口が形成され、後方は開口されている。これにより、冷気循環用送風機１２より貯蔵室５から冷却室１４に吸い込まれた冷気は、蒸発器１１と熱交換された後、冷却室１４後方から吐出される。また、仕切板１３の冷気吸込口の近傍には、貯蔵室５内の温度を検出するための庫内温度センサ（温度検出手段）３１が設けられている。

更に、断熱箱体１の天面には前面パネル１６及び両側面及び後面を構成するパネルによって機械室１７が画成されており、この機械室１７内には冷却装置１０を構成する圧縮機１８や凝縮器１９などが設置され、図示しない減圧装置（膨張弁やキャピラリチューブ）と前記蒸発器１１と共に冷却装置１０の周知の冷媒回路を構成している。そして、この前面パネル１６には、貯蔵室５内の温度（若しくは、貯蔵室５内に収納される物品の温度）を表示するための温度表示装置３０が前面から視認可能に設けられている。尚、２０は、凝縮器用送風機である。

一方、貯蔵室５（断熱箱体１）の前面開口２２は、横方向の中仕切２３によって中央部にて上下に仕切られている。そして、該中仕切２３によって仕切られた貯蔵室５の上下の開口２２は二組の観音開き式の扉６によって開閉自在に閉塞される。

一方、前記貯蔵室５の背面中央部には、上下に渡って後棚支柱２４が設けられる。更に、貯蔵室５の両側面には、前部及び後部に位置してそれぞれ上下に渡って棚支柱２５が設けられる。これら後棚支柱２４及び棚支柱２５には、それぞれ上下に渡って複数の係合孔２５Ａ（棚支柱２５のみ図示する）が穿設されており、これら後棚支柱２４及び棚支柱２５に棚２６が貯蔵室５の上下に複数段架設される。

ここで、後棚支柱２４の両側に位置して、貯蔵室５の背面には、該背面と所定間隔を存して仕切板２７が設けられる。該仕切板２７は、後棚支柱２４及び棚支柱２５の上端よりも上方から後棚支柱２４及び棚支柱２５の下端よりも下方に延在して形成される硬質合成樹脂製の柱部材である。この仕切板２７と貯蔵室５背面との間には、上端及び下端が開口する冷気ダクト２８が形成されている。尚、図中２９は底敷である。

冷却装置１０が運転されると、冷却室１４にて蒸発器１１と熱交換された冷気は、冷気循環用送風機１２により仕切板１３の後方に形成された開口から貯蔵室５に吐出される。冷却室１４から吐出された冷気は、一部は貯蔵室５の背面に取り付けられた仕切板２７より構成され、棚２６と貯蔵室５背面との間に形成される冷気ダクト２８を降下する。更に、冷気の一部は冷気ダクト２８内を通過して貯蔵室５下部へ吐出される。残りの冷気は、そのまま貯蔵室５内に循環される。これによって、貯蔵室５内は冷却される。

次に、図２のブロック図を参照して本実施例の冷却貯蔵庫Ｒの制御装置３０について説明する。制御装置（制御手段）３０は、汎用のマイクロコンピュータ３２により構成されており、このマイクロコンピュータ３２の入力側には、前記庫内温度センサ３１の出力がＡ／Ｄ変換器３３を介して接続され、出力側には冷却装置１０を構成する圧縮機１８がインバータ３４を介して接続されている。マイクロコンピュータ３２の出力には更に前記冷気循環用送風機１１と、表示器３６が接続されている（尚、前記凝縮器用送風機２０も図示しないが接続されている）。

マイクロコンピュータ３２はインバータ３４を構成する複数のスイッチング素子を制御することにより、圧縮機１８に印加される三相電圧の周波数を制御することにより、圧縮機１８の回転数を、この実施例では例えば０Ｈｚ（停止）、３０Ｈｚ（最低回転数）、４５Ｈｚ、６０Ｈｚ、８０Ｈｚ（最高回転数。尚、各数値は周波数で示しているが、実際には当該周波数の印加電圧で運転されたときの圧縮機１８の回転数ｒｐｍである）の五段階で変更するものである。尚、これらの周波数や段階数はこの実施例に限られるものではない。

以上の構成で、次に図３の温度グラフ及びタイミングチャートを参照して本実施例の冷却貯蔵庫Ｒの動作について説明する。図３は冷却貯蔵庫Ｒを設置した後のプルダウンからの貯蔵室５の温度推移と圧縮機１８及び表示器３６の動作を示している。尚、冷却貯蔵庫Ｒの運転中、冷気循環用送風機１１は連続運転され、凝縮器用送風機２０は圧縮機１８のＯＮ−ＯＦＦに同期してＯＮ−ＯＦＦされるものとする。

また、マイクロコンピュータ３２には貯蔵室５の設定温度Ｔｓ（例えば、冷蔵の場合＋３℃等）とその付近の上下に上限温度Ｔｓ＋α及び下限温度Ｔｓ−α（αはＯＮ−ＯＦＦ制御のディファレンシャル幅であり、例えば２ｄｅｇ等）が設定されており、更に、Ｔｓ＋αより高い温度として、ＰＩＤ制御開始温度Ｔｐ（上限温度＋β。βは上限温度との間でＰＩＤ制御を開始−終了する際のディファレンシャル幅であり例えば２ｄｅｇ等）が設定されているものとする。尚、これらの設定値は適宜変更可能とされている。

先ず、冷却貯蔵庫Ｒが設置された後、電源が投入されると、マイクロコンピュータ３２は庫内温度センサ３１が検出している現在の貯蔵室５の温度Ｔｃを読み込む。据え付け後の貯蔵室５の温度Ｔｃは常温に近く、ＰＩＤ制御開始温度Ｔｐよりも高いものとすると、マイクロコンピュータ３２は現在の貯蔵室５の温度Ｔｃと設定温度Ｔｓとの偏差ｅに基づいて圧縮機１８のＰＩＤ制御を実行する。

マイクロコンピュータ３２はインバータ３４を用い、先ず圧縮機１８を６０Ｈｚの回転数で起動した後、次にＰＩＤ制御によって算出された回転数に変更していく。このＰＩＤ制御でマイクロコンピュータ３２は、偏差ｅを縮小する方向の制御量を算出する比例演算と、定常的な偏差ｅを縮小する方向の制御量を算出する積分演算と、偏差ｅが増大する変化率を縮小する方向の制御量を算出する微分演算とを行い、それらの和から圧縮機１８の回転数を決定する。

この場合、マイクロコンピュータ３２は、所定期間（例えば３０秒間）が経過する間制御量（和）を演算しており、この期間中に演算された制御量の総計を段階分けして判断し、現在の回転数から何段階上昇させるか、或いは、何段階降下させるかを決定する。例えば、当該期間中の制御量の総計が小さい場合には回転数の変更を行わず、或いは、一段階変更（上昇若しくは降下）し（例えば、６０Ｈｚから８０Ｈｚ、或いは、６０Ｈｚから４５Ｈｚ等）、総計が極めて大きい場合には二段階或いは三段階一気に回転数を変更（上昇若しくは降下）させる（例えば、３０Ｈｚから６０Ｈｚや８０Ｈｚ、或いは、８０Ｈｚから４５Ｈｚや３０Ｈｚ等）。従って、実施例のＰＩＤ制御では圧縮機１８の回転数が前記所定期間毎に変更されることになる。

実施例の据え付け後は極めて温度が高い状況（偏差ｅが大きい状況）であるので、マイクロコンピュータ３２は例えば二段階回転数を上昇させようとするが、実際には６０Ｈｚからは８０Ｈｚまでしか上昇できないので、インバータ３４により圧縮機１８の回転数を８０Ｈｚとして冷却能力を最大とし、貯蔵室５を急速に冷却していく。

その後、貯蔵室５の温度Ｔｃは徐々に低下していくので、設定温度Ｔｓとの偏差ｅが小さくなっていくにつれてマイクロコンピュータ３２は圧縮機１８の回転数を６０Ｈｚ、４５Ｈｚと所定期間毎に変更（回転数を下げる）していく。これによって、貯蔵室５内を迅速に設定温度Ｔｓに近づけ、且つ、近づいてきたときは回転数を下げて所謂アンダーシュート（温度が設定温度より下に行き過ぎてしまう現象）を防止する。

そして、貯蔵室５の温度Ｔｃが上限温度Ｔｓ＋αまで降下したら、マイクロコンピュータ３２は圧縮機１８のＰＩＤ制御を終了し、ＯＮ−ＯＦＦ制御に移行する。即ち、実施例では上限温度Ｔｓ＋αがＰＩＤ制御の終了温度となる。このＯＮ−ＯＦＦ制御では、マイクロコンピュータ３２は先ずインバータ３４により圧縮機１８の回転数を３０Ｈｚ（最低回転数）に固定する。そして、この固定された最低回転数３０Ｈｚで圧縮機１８を運転し、温度Ｔｃが下限温度Ｔｓ＋αまで降下したら圧縮機１８を停止する。

しかしながら、実施例で示すように圧縮機１８を最低回転数３０Ｈｚで運転し続け、所定期間Ｔ１（例えば、数分等）が経過しても貯蔵室５の温度Ｔｃが下限温度Ｔｓ−αまで下がらない場合、マイクロコンピュータ３２は圧縮機１８の回転数を４５Ｈｚ（一段階）に上昇させる。これによって、冷却能力が増大するので、貯蔵室５はより強く冷却されるようになる。そして、温度Ｔｃが下限温度Ｔｓ−αまで降下したら、マイクロコンピュータ３２は圧縮機１８を停止する。即ち、圧縮機１８は３０Ｈｚで運転し続けた場合に比べてより早く停止することになる。

その後、貯蔵室５の温度Ｔｃが上昇して再び上限温度Ｔｓ＋αに達した場合、マイクロコンピュータ３２は圧縮機１８を起動して回転数を最低回転数の３０Ｈｚとする。その後、所定期間Ｔ１が経過する以前に温度Ｔｃが下限温度Ｔｓ−αまで下がれば圧縮機１８を停止するが、下がらない場合には同様にマイクロコンピュータ３２は圧縮機１８の回転数を４５Ｈｚに上昇させる。貯蔵室５内の負荷が大きく、係る回転数でも温度が下限温度Ｔｓ−αまで下がらない場合は、もう一つの所定期間Ｔ２（例えば十数分等）が経過した時点でマイクロコンピュータ３２は圧縮機１８の回転数をもう一段階上昇させて６０Ｈｚとする。これによって、冷却能力が更に増大するので、貯蔵室５はより一層強く冷却されるようになる。そして、温度Ｔｃが下限温度Ｔｓ−αまで降下したら、マイクロコンピュータ３２は圧縮機１８を停止する。即ち、圧縮機１８は３０Ｈｚ、４５Ｈｚで運転し続けた場合に比べてより早く停止することになるので、これらにより、圧縮機１８の運転効率は低い回転数で長期間運転される場合に比べて改善される。

その後、貯蔵室５内の負荷が更に急激に増大したような場合、温度Ｔｃは上がり続ける。温度Ｔｃの上昇が緩慢な場合にはそれにつれて圧縮機１８の回転数もマイクロコンピュータ３２によって上昇されていくが、それでも冷却能力が追いつかずに温度ＴｃがＰＩＤ制御開始温度Ｔｐまで上昇すると（急激な場合には最低回転数３０Ｈｚである間に温度Ｔｐまで上昇する）、マイクロコンピュータ３２は圧縮機１８のＯＮ−ＯＦＦ制御を終了し、前述したＰＩＤ制御に移行する。

このＰＩＤ制御では、温度Ｔｃの上昇変化率が急峻であれば、それを緩和する方向に制御量（微分演算）が演算されるので、マイクロコンピュータ３２はインバータ３４により直ぐに回転数を最高の８０Ｈｚに上昇させることになる。これによって、係る負荷の増大時にも迅速に貯蔵室５内は冷却されていくので、異常な温度上昇も防止される。尚、その後温度Ｔｃが上限温度Ｔｓ＋αまで降下すれば、マイクロコンピュータ３２は再び圧縮機１８のＯＮ−ＯＦＦ制御に移行し、当初の回転数を最低の３０Ｈｚとする。

また、マイクロコンピュータ３２は圧縮機１８を最高の８０Ｈｚで運転していないとき、表示器３６を点灯させる。これによって、使用者に現在冷却貯蔵庫Ｒが省エネルギーで運転（最高回転数ではない運転）されていることを表示し、扉６の開閉に気をつけるなどの省エネ意識の促進を図る。

上述した如く、マイクロコンピュータ３２は貯蔵室５の設定温度Ｔｓを含む当該設定温度Ｔｓ付近の所定範囲の温度領域（ＯＮ−ＯＦＦ制御で圧縮機１８を停止する下限温度Ｔｓ−α以上、圧縮機１８を起動する上限温度Ｔｓ＋α以下の温度領域）では、圧縮機１８を当初３０Ｈｚの最低回転数でＯＮ−ＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ制御を行うと共に、係る温度範囲から逸脱した領域、即ち、実施例のようにＰＩＤ制御開始温度Ｔｐ以上に上昇した場合には、設定温度Ｔｓと現在の温度Ｔｃとの偏差ｅに基づいて圧縮機１８の回転数を変更するＰＩＤ制御を実行するので、貯蔵室５の温度Ｔｃが設定温度Ｔｓから大幅に高くなっており、設定温度Ｔｓ付近の温度領域から逸脱した領域にある場合には、マイクロコンピュータ３２が圧縮機１８の回転数をＰＩＤ制御して急速に冷却を行い、設定温度Ｔｓ付近の温度領域まで低下した時点（上限温度Ｔｓ＋αまで低下した時点）で圧縮機１８を３０Ｈｚの回転数でＯＮ−ＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ制御に移行する。

これにより、例えばプルダウン時等に貯蔵室５を迅速に冷却して当該貯蔵室５の温度を的確に制御しながら、ＰＩＤ制御によって発生する圧縮機１８の運転効率の悪化も解消して効率の良い冷却運転を行うことができるようになる。

特に、マイクロコンピュータ３２は、ＯＮ−ＯＦＦ制御を実行しているときに、圧縮機１８の運転が所定期間Ｔ１、Ｔ２継続した場合は当該圧縮機１８の回転数を上昇させるので、圧縮機１８を一定の回転数でＯＮ−ＯＦＦする制御では冷却能力が不足し、運転が長く継続しているときには圧縮機１８の回転数を上昇させて冷却能力を増大させ、より早く圧縮機１８を停止させることができるようになる。これにより、より一層運転効率の改善を図ることができるようになる。

尚、実施例では業務用の低温貯蔵庫に本発明を適用したが、それに限らず、家庭用冷凍冷蔵庫やプレハブ冷蔵庫・冷凍庫等でも本発明は有効である。

本発明を適用した実施例の冷却貯蔵庫の縦断側面図である。 図１の冷却貯蔵庫の制御装置のブロック図である。 図１の冷却貯蔵庫の貯蔵室の温度推移と圧縮機の回転数を示す図である。

符号の説明

Ｒ 冷却貯蔵庫
５ 貯蔵室
１０ 冷却装置
１１ 蒸発器
１２ 冷気循環用送風機
１８ 圧縮機
３０ 制御装置
３１ 庫内温度センサ
３２ マイクロコンピュータ

Claims (2)

1. 圧縮機及び蒸発器等から構成される冷却装置により貯蔵室内を冷却して成る冷却貯蔵庫において、
   前記貯蔵室の温度を検出する温度センサと、該温度センサの出力に基づき、前記圧縮機の回転数を制御する制御装置とを備え、
   該制御装置は、前記貯蔵室の設定温度を含む当該設定温度付近の所定範囲の温度領域では、前記圧縮機を所定の回転数でＯＮ−ＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ制御を行うと共に、前記温度範囲から逸脱した領域では、前記設定温度と現在の温度との偏差に基づいて前記圧縮機の回転数を変更するＰＩＤ制御を実行することを特徴とする冷却貯蔵庫。
2. 前記制御装置は、前記ＯＮ−ＯＦＦ制御を実行しているとき、前記圧縮機の運転が所定期間継続した場合は当該圧縮機の回転数を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の冷却貯蔵庫。

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