JP2023027857A - 保冷庫 - Google Patents

Abstract

【課題】冷蔵運転時に庫内を２系統の冷凍サイクルで冷却する場合にも、各冷凍サイクルについて最低限の駆動時間を確保して、潤滑油の不足による圧縮機の損傷を防止する。【解決手段】２系統の冷凍サイクル１１・１２は、冷蔵運転時に優先的に駆動を開始するメイン冷凍サイクル１１と、メイン冷凍サイクル１１の駆動中に所定の高負荷条件を満たした場合に追加的に駆動を開始するサブ冷凍サイクル１２とで構成される。両冷凍サイクル１１・１２の駆動中に、庫内温度Ｄが設定温度Ｄ０に基づくサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）まで低下したとき、冷凍運転時であれば直ちにサブ冷凍サイクル１２を停止させ、冷蔵運転時であれば所定の延長時間ＴＥの経過後にサブ冷凍サイクル１２を停止させる。【選択図】図１

Description

本発明は、独立した２系統の冷凍サイクルを備えており、冷凍運転と冷蔵運転が可能な低温ショーケースや低温貯蔵庫などの保冷庫に関する。

この種の保冷庫は、例えば本出願人（本発明者）が先に提案した特許文献１に開示されている。特許文献１の保冷庫では、冷凍運転時は２つの冷凍サイクルで庫内を冷却し、冷蔵運転時は通常１つの冷凍サイクルで庫内を冷却する。具体的には、庫内温度が上限値である冷却開始温度まで上昇したとき、冷凍運転時であれば２つの冷凍サイクルを同時に駆動させ、冷蔵運転時であれば一方の冷凍サイクルのみを駆動させる。ただし、冷蔵運転時であっても、庫内の熱負荷が比較的高く、一方の冷凍サイクルだけでは庫内をなかなか冷やせないような場合には、他方の冷凍サイクルを追加的に駆動させて、２つの冷凍サイクルで庫内を冷却停止温度まで一気に冷却する。

特開２０１９－７８４４４号公報

上記のように特許文献１の保冷庫では、冷蔵運転時にも必要に応じて２つの冷凍サイクルを同時に駆動させて、庫内を冷却停止温度まで一気に冷却することができる。ただし、この制御によれば、後から駆動する他方の冷凍サイクルの駆動時間が短くなりやすく、冷媒に含まれる潤滑油が圧縮機に戻るのに必要な最低限の駆動時間を確保できず、これが圧縮機の損傷を招いてしまうおそれがあった。

本発明は、冷蔵運転時に庫内を２系統の冷凍サイクルで冷却する場合にも、各冷凍サイクルについて最低限の駆動時間を確保して、潤滑油の不足による圧縮機の損傷を防止し得る保冷庫を提供することを目的とする。

本発明は、１つの庫内３を冷却する独立した２系統の冷凍サイクル１１・１２を備えており、庫内３の設定温度Ｄ０が冷凍温度帯に属する冷凍運転と、該設定温度Ｄ０が冷蔵温度帯に属する冷蔵運転とが可能な保冷庫を対象とする。２系統の冷凍サイクル１１・１２は、冷蔵運転時に優先的に駆動を開始するメイン冷凍サイクル１１と、メイン冷凍サイクル１１の駆動中に所定の高負荷条件を満たした場合に追加的に駆動を開始するサブ冷凍サイクル１２とで構成される。両冷凍サイクル１１・１２の駆動中に、庫内温度Ｄが設定温度Ｄ０に基づくサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）まで低下したとき、冷凍運転時であれば直ちにサブ冷凍サイクル１２を停止させ、冷蔵運転時であれば所定の延長時間ＴＥの経過後にサブ冷凍サイクル１２を停止させることを特徴とする。

前記延長時間ＴＥの間、庫内３の空気を循環させる庫内ファン１０を停止させることができる。

或いは、前記延長時間ＴＥの間、庫内３の空気を循環させる庫内ファン１０を、該延長時間ＴＥの前後よりも低速で駆動させることができる。

本発明に係る保冷庫の特徴として、冷蔵運転時にメイン冷凍サイクル１１とサブ冷凍サイクル１２の２つで庫内３をサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）まで冷却したとき、直ちにサブ冷凍サイクル１２を停止させるのではなく、所定の延長時間ＴＥの経過後にこれを停止させる。冷凍運転時に比べて庫内温度Ｄを低下させやすい冷蔵運転時は、２つの冷凍サイクル１１・１２を用いると比較的短時間で庫内３をサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）まで冷却することができるが、その反面、後から駆動するサブ冷凍サイクル１２の駆動時間が短くなりやすい。そこで本発明では、庫内温度ＤがサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）まで低下した後も、延長時間ＴＥにわたってサブ冷凍サイクル１２の駆動を継続するようにした。これにより、冷媒に含まれる潤滑油がサブ圧縮機１４に戻るのに必要な駆動時間を確保して、サブ圧縮機１４の損傷を防止することができる。

一方、冷凍運転時に２つの冷凍サイクル１１・１２で庫内３をサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）まで冷却したときは、直ちにサブ冷凍サイクル１２を停止させる。冷蔵運転時に比べて庫内温度Ｄを低下させ難い冷凍運転時は、２つの冷凍サイクル１１・１２を用いても庫内温度ＤがサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）まで下がるのには比較的時間がかかる。換言すれば、各冷凍サイクル１１・１２の駆動時間が比較的長くなり、冷媒に含まれる潤滑油が各圧縮機１３・１４まで戻らないという事態は基本的に生じ得ないことから、サブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）に到達後は直ちにサブ冷凍サイクル１２を停止させることにより、庫内３の冷え過ぎを防ぐとともに消費電力を削減することができる。

サブ冷凍サイクル１２の駆動を継続する延長時間ＴＥの間、庫内３の空気を循環させる庫内ファン１０を停止させることができる。これによれば、サブ冷凍サイクル１２で冷やされた冷気が庫内３を循環することによる庫内３の冷え過ぎを防止または抑制することができる。

或いは、延長時間ＴＥの間、その前後よりも庫内ファン１０を低速で駆動させることができる。これによれば、メイン冷凍サイクル１１およびサブ冷凍サイクル１２で冷やされた冷気を庫内３で緩やかに循環させて、庫内３の冷え過ぎを抑制しながら温度ムラを軽減することができる。

本発明の実施形態に係る低温ショーケースの庫内温度と各部の駆動状態の推移を示すタイミングチャートであり、（ａ）は冷凍運転時、（ｂ）は冷蔵運転時のものである。 同低温ショーケースの概略構成を示す縦断側面図である。 同低温ショーケースに搭載される冷凍サイクルの構成図である。

（実施形態） 本発明をリーチイン型の低温ショーケースに適用した実施形態を図１ないし図３に示す。図２において低温ショーケースは、正面に開口を有する断熱箱体からなるケース本体１と、ケース本体１の開口を開閉する扉２とを備える。ケース本体１と扉２で囲まれる庫内３は、区画板５で陳列室６と通気ダクト７に区画されており、扉２に臨む陳列室６には、陳列対象である食品を載置するための棚板８が上下多段状に設置されている。ケース本体１の内壁面に沿う通気ダクト７には、庫内３の空気を冷却するための蒸発器９と、庫内３の空気を循環させるための庫内ファン１０とが設けられている。

図３に示すように低温ショーケースは、互いに独立したメイン冷凍サイクル１１とサブ冷凍サイクル１２とを備えており、これら２系統の冷凍サイクル１１・１２により庫内３が冷却される。両冷凍サイクル１１・１２は、個別に圧縮機１３・１４を備えるとともに凝縮器１５と蒸発器９を共用する。詳しくは、メイン冷凍サイクル１１は、メイン圧縮機１３、凝縮器１５、ドライヤー１７、膨張器１８および蒸発器９などを冷媒配管１９で接続して構成され、サブ冷凍サイクル１２は、サブ圧縮機１４、凝縮器１５、ドライヤー２１、膨張器２２および蒸発器９などを冷媒配管２３で接続して構成される。低温ショーケースの庫外、ここではケース本体１の下側の機械室２５には、２台の圧縮機１３・１４および凝縮器１５と、これらの機器１３・１４・１５を冷却するための冷却ファン２６とが設置されている（図２参照）。

圧縮機１３・１４が駆動することにより、凝縮器１５と膨張器１８・２２を経て冷却された低温低圧の液状冷媒が蒸発器９に供給されて、蒸発器９を通過する空気が熱交換（冷却）される。２台の圧縮機１３・１４を同時に駆動すると、その一方のみを駆動する場合に比べて、蒸発器９による冷却能力を高めて、庫内３をより低温まで或いはより迅速に冷却することができる。各圧縮機１３・１４は、回転数可変のインバータ圧縮機と同一出力の定速圧縮機のどちらであってもよい。また本発明において、各冷凍サイクル１１・１２は凝縮器と蒸発器を個別に備えるものであってもよい。

低温ショーケースのユーザーは、ケース本体１の表面に設けられた不図示の操作パネルを操作して、庫内３の設定温度Ｄ０を冷凍温度帯（－２５～－１５℃）および冷蔵温度帯（０～１６℃）の範囲内で設定することができる。低温ショーケースは、設定温度Ｄ０が冷凍温度帯に属する場合は冷凍運転を実行し、設定温度Ｄ０が冷蔵温度帯に属する場合は冷蔵運転を実行する。

冷凍運転時は、メイン冷凍サイクル１１のメイン圧縮機１３を常時駆動させ、サブ冷凍サイクル１２のサブ圧縮機１４のオンオフ制御によって、庫内温度Ｄを設定温度Ｄ０の近傍、具体的には、設定温度Ｄ０を中心とする（Ｄ０±α）℃の目標温度帯の範囲内に維持する。図１（ａ）のタイミングチャートに示すように、時点ｔ１以前のメイン圧縮機１３のみが駆動している状態では、蒸発器９の冷却能力を庫内３の熱負荷が上回り、庫内温度Ｄは徐々に上昇する。庫内温度Ｄが目標温度帯の上閾値であるサブＯＮ温度（Ｄ２ｏｎ）まで上昇すると（時点ｔ１）、サブ圧縮機１４が駆動を開始する。この時点ｔ１以後は、蒸発器９の冷却能力が庫内３の熱負荷を上回り、庫内温度Ｄは徐々に低下する。庫内温度Ｄが目標温度帯の下閾値であるサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）まで低下すると（時点ｔ２）、サブ圧縮機１４が停止する。この制御の繰り返しによって、庫内温度Ｄが目標温度帯の範囲内に維持される。なお庫内ファン１０は、メイン圧縮機１３と共に常時駆動される。

冷蔵運転時は、庫内３の熱負荷が特に高い場合を除き、メイン冷凍サイクル１１のメイン圧縮機１３のオンオフ制御によって、庫内温度Ｄを目標温度帯（Ｄ０±α℃）の範囲内に維持する。図１（ｂ）のタイミングチャートに示すように、時点ｔ１１以前の両圧縮機１３・１４が停止している状態では、庫内温度Ｄは徐々に上昇する。庫内温度Ｄが目標温度帯の上閾値であるメインＯＮ温度（Ｄ１ｏｎ）まで上昇すると（時点ｔ１１）、メイン圧縮機１３が駆動を開始する。メイン圧縮機１３が駆動して、蒸発器９の冷却能力が庫内３の熱負荷を上回れば、庫内温度Ｄは徐々に低下する。庫内温度Ｄが目標温度帯の下閾値であるメインＯＦＦ温度（Ｄ１ｏｆｆ）まで低下すると（時点ｔ１２）、メイン圧縮機１３が停止する。通常はこの制御の繰り返しによって、庫内温度Ｄが目標温度帯の範囲内に維持される。なお庫内ファン１０は、後述する延長時間ＴＥを除いて常時駆動される。

庫内温度ＤがメインＯＮ温度（Ｄ１ｏｎ）まで上昇してメイン圧縮機１３が駆動を開始しても、庫内３の熱負荷が蒸発器９の冷却能力を上回って、庫内温度Ｄがなおも上昇し続けることがある（時点ｔ１３～ｔ１４）。庫内温度ＤがメインＯＮ温度（Ｄ１ｏｎ）を超えて、それよりもαだけ高いサブＯＮ温度（Ｄ２ｏｎ）まで上昇すると（時点ｔ１４）、高負荷条件を満たしたものとしてサブ圧縮機１４が駆動を開始する。これにより、蒸発器９の冷却能力を最大限まで高めて、庫内温度Ｄを低下に向かわせることができる。

通常、冷蔵運転時の両圧縮機１３・１４が駆動するときの庫内温度Ｄの低下速度は、冷凍運転時のそれよりも大きくなる。つまり、サブＯＮ温度（Ｄ２ｏｎ）とサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）の差が冷蔵運転時と冷凍運転時で同一であれば、冷蔵運転時は冷凍運転時よりも短い時間で庫内温度ＤがサブＯＮ温度（Ｄ２ｏｎ）からサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）に到達する。本実施形態では、冷蔵運転時のサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）を設定温度Ｄ０に一致させて、サブＯＮ温度（Ｄ２ｏｎ）とサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）の差を２αとして、この差が冷蔵運転時と冷凍運転時で同一となるようにした。

このように冷蔵運転時は、サブ圧縮機１４が駆動を開始してから比較的短時間で、庫内温度ＤがサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）まで低下し（時点ｔ１５）、この時点でサブ圧縮機１４の駆動時間（ｔ１５－ｔ１４）が所定の下限値を下回ることがある。この下限値は、サブ冷凍サイクル１２を循環する冷媒に含まれる潤滑油がサブ圧縮機１４に戻るのに必要な最低限の駆動時間に一致する。潤滑油がサブ圧縮機１４に戻る前にこれを停止させることは、サブ圧縮機１４の損傷を招くおそれがある。

そこで本実施形態では、サブ冷凍サイクル１２に係る延長時間ＴＥ（例えば３分間）を設定し、庫内温度ＤがサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）まで低下してからも、この延長時間ＴＥにわたってサブ圧縮機１４の駆動を継続するようにした（時点ｔ１５～ｔ１６）。これにより、潤滑油がサブ圧縮機１４に戻るのに必要な駆動時間を確保して、サブ圧縮機１４の損傷を防止することができる。延長時間ＴＥの経過後はサブ圧縮機１４を停止させる（時点ｔ１６）。

ただし、庫内温度ＤがサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）まで低下してからもサブ圧縮機１４を駆動させることは、庫内３の冷え過ぎを招くおそれがある。そこで本実施形態では、延長時間ＴＥの間は庫内ファン１０を停止するようにした（時点ｔ１５～ｔ１６）。これにより、蒸発器９で冷やされた冷気が庫内３を循環することによる庫内３の冷え過ぎを防止または抑制することができる。延長時間ＴＥの経過後は庫内ファン１０を再び駆動させる（時点ｔ１６）。なお、庫内ファン１０を停止させるのに代えて、これを延長時間ＴＥの前後より低速で駆動させてもよく、これによれば、蒸発器９で冷やされた冷気を庫内３で緩やかに循環させて、庫内３の冷え過ぎを抑制しながら温度ムラを軽減することができる。

なお延長時間ＴＥは、冷蔵運転時に限って設定され、冷凍運転時には設定されない。冷凍運転時は、両圧縮機１３・１４が駆動して庫内温度ＤがサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）まで低下したとき、直ちにサブ圧縮機１４を停止させる（時点ｔ２）。冷蔵運転時に比べて庫内温度Ｄを低下させ難い冷凍運転時は、２つの冷凍サイクル１１・１２を用いても庫内温度ＤがサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）まで下がるのには比較的時間がかかる。換言すれば、各冷凍サイクル１１・１２の駆動時間が比較的長くなり、冷媒に含まれる潤滑油が各圧縮機１３・１４まで戻らないという事態は基本的に生じ得ないことから、サブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）に到達後は直ちにサブ冷凍サイクル１２を停止させることにより、庫内３の冷え過ぎを防ぐとともに消費電力を削減することができる。

上記実施形態では、冷蔵運転時のサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）を設定温度Ｄ０に一致させたが、このサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）はメインＯＮ温度（Ｄ１ｏｎ）とメインＯＦＦ温度（Ｄ１ｏｆｆ）の間で任意に設定することができる。同様に、冷蔵運転時のサブＯＮ温度（Ｄ２ｏｎ）も、メインＯＮ温度（Ｄ１ｏｎ）を上回る範囲で任意に設定することができる。また上記実施形態では、冷蔵運転時に庫内温度ＤがサブＯＮ温度（Ｄ２ｏｎ）まで上昇したときに、高負荷条件を満たしたものとしてサブ冷凍サイクル１２が駆動を開始するようにしたが、この高負荷条件はこれに限られない。例えば、メイン冷凍サイクル１１が駆動を開始してから所定時間が経過しても、庫内温度ＤがメインＯＦＦ温度（Ｄ１ｏｆｆ）に到達しないことを高負荷条件とし、これを満たした場合にサブ冷凍サイクル１２の駆動を開始させてもよい。冷凍運転時にメイン冷凍サイクル１１のメイン圧縮機１３を常時駆動させるのに代えて、これをサブ冷凍サイクル１２のサブ圧縮機１４と同時にオンオフ制御してもよい。

３ 庫内
９ 蒸発器
１０ 庫内ファン
１１ メイン冷凍サイクル
１２ サブ冷凍サイクル
１３ メイン圧縮機
１４ サブ圧縮機
１５ 凝縮器

Claims (3)

1. １つの庫内（３）を冷却する独立した２系統の冷凍サイクル（１１・１２）を備えており、庫内（３）の設定温度（Ｄ０）が冷凍温度帯に属する冷凍運転と、該設定温度（Ｄ０）が冷蔵温度帯に属する冷蔵運転とが可能な保冷庫であって、
   ２系統の冷凍サイクル（１１・１２）が、冷蔵運転時に優先的に駆動を開始するメイン冷凍サイクル（１１）と、メイン冷凍サイクル（１１）の駆動中に所定の高負荷条件を満たした場合に追加的に駆動を開始するサブ冷凍サイクル（１２）とで構成されており、
   両冷凍サイクル（１１・１２）の駆動中に、庫内温度（Ｄ）が設定温度（Ｄ０）に基づくサブＯＦＦ温度（Ｄ２ｏｆｆ）まで低下したとき、冷凍運転時であれば直ちにサブ冷凍サイクル（１２）を停止させ、冷蔵運転時であれば所定の延長時間（ＴＥ）の経過後にサブ冷凍サイクル（１２）を停止させることを特徴とする保冷庫。
2. 前記延長時間（ＴＥ）の間、庫内（３）の空気を循環させる庫内ファン（１０）を停止させる請求項１に記載の保冷庫。
3. 前記延長時間（ＴＥ）の間、庫内（３）の空気を循環させる庫内ファン（１０）を、該延長時間（ＴＥ）の前後よりも低速で駆動させる請求項１に記載の保冷庫。

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