JP3796505B2 - 冷却庫 - Google Patents
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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(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、スターリング冷凍機のウォームヘッドの温度が何らかの原因で上昇して限界温度に到達した場合、直ぐにスターリング冷凍機を停止させることも考えられる。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と、スターリング冷凍機のウォームヘッドの温度を検出する温度検出手段と、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制御する制御手段とを備えたものである。
この制御手段は、温度検出手段の検出温度が基準温度を超えたことに応じて放熱ファンの風量を最大にし、その後、予め定められた時間が経過しても温度検出手段の検出温度が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出力を低下させる。
また、この発明に係る他の冷却庫は、スターリング冷凍機を備えた冷却庫であって、ウォームヘッドの温熱を冷媒を介して庫外壁面に伝達させ、結露を防止する冷媒循環回路と、スターリング冷凍機のウォームヘッドの温度を検出する温度検出手段と、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制御する制御手段とを備え、制御手段は、温度検出手段の検出温度が基準温度を超えたことに応じて冷媒循環回路の冷媒循環量を最大にし、その後、予め定められた時間が経過しても温度検出手段の検出温度が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出力を低下させる。
また、この発明に係るさらに他の冷却庫は、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と、ウォームヘッドの温熱を冷媒を介して庫外壁面に伝達させ、結露を防止する冷媒循環回路と、スターリング冷凍機のウォームヘッドの温度を検出する温度検出手段と、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制御する制御手段とを備え、制御手段は、温度検出手段の検出温度が基準温度を超えたことに応じて放熱ファンの風量を最大にし、その後、予め定められた第1の時間が経過しても温度検出手段の検出温度が基準温度よりも低くならない場合は冷媒循環回路の冷媒循環量を最大にし、さらに予め定められた第2の時間が経過しても温度検出手段の検出温度が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出力を低下させる。
また、この発明に係るさらに他の冷却庫は、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と、ウォームヘッドの温熱を冷媒を介して庫外壁面に伝達させ、結露を防止する冷媒循環回路と、スターリング冷凍機のウォームヘッドの温度を検出する温度検出手段と、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制御する制御手段とを備え、制御手段は、温度検出手段の検出温度が基準温度を超えたことに応じて冷媒循環回路の冷媒循環量を最大にし、その後、予め定められた第1の時間が経過しても温度検出手段の検出温度が基準温度よりも低くならない場合は放熱ファンの風量を最大にし、さらに予め定められた第2の時間が経過しても温度検出手段の検出温度が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出力を低下させる。
また好ましくは、制御手段は、温度検出手段の検出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出力を段階的に低下させる。
また好ましくは、制御手段は、温度検出手段の検出温度が基準温度よりも高い予め定められた限界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、さらに、温度検出手段の検出温度が基準温度を超えたことに応じて温度検出手段が正常か否かを検査する検査手段が設けられる。
この発明に係る冷却庫では、スターリング冷凍機の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制御する。したがって、冷却庫が突然停止することを防止することができ、冷却庫の信頼性を高めることができる。
特にこの冷却庫では、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放熱ファンの風量を最大にし、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出力を低下させる。したがって、まず庫内温度を上げることなくウォームヘッドの温度を下げることができるので、冷却庫の信頼性を高めることができる。
また、この発明に係る他の冷却庫では、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冷媒循環回路の冷媒循環量を最大にし、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出力を低下させる。この場合も、まず庫内温度を上げることなくウォームヘッドの温度を下げることができるので、冷却庫の信頼性を高めることができる。
また、この発明に係るさらに他の冷却庫では、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放熱ファンの風量を最大にし、その後、予め定められた第1の時間が経過してもウォームヘッドの温度が基準温度よりも低くならない場合は冷媒循環回路の冷媒循環量を最大にし、さらに予め定められた第2の時間が経過してもウォームヘッドの温度が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出力を低下させる。この場合も、まず庫内温度を上げることなくウォームヘッドの温度を下げることができるので、冷却庫の信頼性を高めることができる。
また、この発明に係るさらに他の冷却庫では、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冷媒循環回路の冷媒循環量を最大にし、その後、予め定められた第1の時間が経過してもウォームヘッドの温度が基準温度よりも低くならない場合は放熱ファンの風量を最大にし、さらに予め定められた第2の時間が経過してもウォームヘッドの温度が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出力を低下させる。この場合も、まず庫内温度を上げることなくウォームヘッドの温度を下げることができるので、冷却庫の信頼性を高めることができる。
また好ましくは、スターリング冷凍機の出力を段階的に低下させる。この場合は、庫内温度の上昇を抑制することができる。
また好ましくは、ウォームヘッドの温度が基準温度よりも高い限界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、スターリング冷凍機の故障を防止することができる。
また好ましくは、さらに、温度検出手段の検出温度が基準温度を超えたことに応じて温度検出手段が正常か否かを検査する検査手段が設けられる。この場合は、温度検出手段の故障による冷却庫の誤動作を防止することができる。
図1は、この発明の一実施の形態による冷却庫1の構成を示す概略断面図であり、図2は冷却庫1の配管構成図である。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3段に仕切られた冷却室11,12,13が設けられている。冷却室11,12,13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断熱扉14,15,16によって閉ざされている。断熱扉14,15,16の裏面には、冷却室11,12,13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11,12,13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、スターリング冷凍機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、スターリング冷凍機30は該機械室19に設置されている。
スターリング冷凍機30の一部は駆動時にコールドヘッドを形成する。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13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冷媒循環回路40が構成されている。低温側冷媒循環回路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11,12,13へ分配するためのダクト20が設けられている。ダクト20は冷却室11,12,13に連通する冷気吹出口21を適所に有してなる。また、ダクト20内部には、冷気を強制的に送り出すための冷却ファン22が適所に設置されている。
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11,12,13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。
スターリング冷凍機30の他の一部は、駆動時にウォームヘッドを形成する。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(放熱器)52と放熱ファン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冷媒循環回路50が構成されている。高温側冷媒循環回路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、該冷媒は高温側冷媒循環回路50内を自然循環する。
一方、高温側蒸発器51は高温側冷媒循環回路60にも接続されている。高温側冷媒循環回路60は、冷媒を強制循環する循環ポンプ61と、結露防止部62とを有してなる。循環ポンプ61は、たとえば圧電ポンプである。結露防止部62は、冷媒配管の一部を冷却室11,12,13の開口部に引き回してなり、結露が生じやすい開口部近傍(パッキング17とハウジング10との接触箇所周辺、すなわち庫内と庫外の境界領域)を冷媒の持つ温熱で加熱して結露を防止するものである。なお、製造上の都合などにより、高温側冷媒循環回路60を配設できない結露発生予想箇所には、通電によって発熱する電熱ヒータ70が取付けられている。
次に、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、スターリング冷凍機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、内部の冷媒は凝縮される。
低温側凝縮器41で凝縮された冷媒は、低温側冷媒循環回路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21から冷却室11,12,13に吹出し、冷却室11,12,13の温度を下げる。その後、冷却室11,12,13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、低温側冷媒循環回路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、スターリング冷凍機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、高温側冷媒循環回路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、放熱ファン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冷媒循環回路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。
また、高温側蒸発器51の内部で飽和している冷媒のうち、液相状態の冷媒は循環ポンプ61によって高温側冷媒循環回路60に強制循環され、結露防止部62へと導入される。したがって、冷却室11,12,13の開口部近傍は、導入された冷媒の持つ温熱で加熱される。このような構成とすることにより、不必要な電力を消耗することなく、結露が生じやすい開口部近傍の温度を露点温度以上に保ち、結露を防止することができる。なお、高温側冷媒循環回路60を配設できない結露発生予想箇所については、電熱ヒータ70への通電を行なうことで、その温度を露点温度以上に保ち、結露を防止することができる。
図3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3において、この冷却庫1は、庫内温度センサ80、コールドヘッド温度センサ81、ウォームヘッド温度センサ82、検査部83、基準値記憶部84、報知ランプ85および制御部86を備え、制御部86はタイマ87を含む。
庫内温度センサ80は、たとえばダクト20の庫内空間側表面の所定位置に設けられ、庫内空間の温度を検出し、検出値を示す信号を制御部86に与える。コールドヘッド温度センサ81は、スターリング冷凍機30のコールドヘッドに設けられてコールドヘッドの温度を検出し、検出値を示す信号を制御部86に与える。ウォームヘッド温度センサ82は、スターリング冷凍機30のウォームヘッドに設けられてウォームヘッドの温度Thを検出し、検出値を示す信号を制御部86に与える。
検査部83は、ウォームヘッド温度センサ82が正常か否かを検査し、検査結果を示す信号を制御部86に与える。基準値記憶部84は、ROM等の読み出し専用メモリからなり、庫内空間の基準温度と、コールドヘッドの基準温度と、ウォームヘッドの基準温度Th1と、ウォームヘッドの限界温度Th2とを記憶している。
報知ランプ85は、たとえば断熱扉14の外部表面に設けられ、冷却庫1が故障したときに点灯し、冷却庫1の故障をユーザに報知する。制御部86は、温度センサ80〜82、検査部83および基準値記憶部84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53、循環ポンプ61および報知ランプ85を制御する。
図4および図5は、制御部86の動作を示すフローチャートである。制御部86は、温度センサ80〜82の検出値が基準値記憶部84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の出力を制御するとともに、放熱ファン53の回転数すなわち風量を制御する。また、制御部86は、循環ポンプ61の出力すなわち高温側冷媒循環回路60の冷媒の循環量を制御する。
また、制御部86は、ステップS1において、ウォームヘッドの温度Thが基準値記憶部84に記憶された基準温度Th1よりも高いか否かを判別し、Th>Th1でない場合はステップS1を再度実行し、Th>Th1の場合はステップS2に進む。ステップS2において制御部86は、検査部83にウォームヘッド温度センサ82が正常か否かを検査させる。検査部83は、ウォームヘッド温度センサ82が正常か否かを検査し、検査結果を示す信号を制御部86に与える。
ステップS3において制御部86は、検査部83からの信号に基づいてウォームヘッド温度センサ82が異常ないかどうかを判別し、ウォームヘッド温度センサ82が異常である場合はステップS4において報知ランプ85の点灯などの温度センサ異常報知処理を行ない、異常ない場合はステップS5に進む。
ステップS5において制御部86は、放熱ファン53の回転数が最大か否かを判別し、最大でない場合はステップS6において放熱ファン53の回転数を最大にし、ステップS7において所定時間経過するのを待ってステップS12に進み、放熱ファン53の回転数が最大である場合はステップS8に進む。所定時間の計測には、タイマ87が使用される。
ステップS8において制御部86は、循環ポンプ61の出力が最大か否かを判別し、最大でない場合はステップS9において循環ポンプ61の出力を最大にし、ステップS10において所定時間経過するのを待ってステップS12に進み、循環ポンプ61の出力が最大である場合はステップS11においてスターリング冷凍機30の出力を低下させ、ステップS12に進む。ステップS11において制御部86は、スターリング冷凍機30の出力を現在値から最小値まで複数回に分けて段階的に低下させる。
ステップS12において制御部86は、ウォームヘッドの温度Thが基準値記憶部84に記憶された基準温度Th1よりも高いか否かを判別し、Th>Th1でない場合はステップS1に戻り、Th>Th1の場合はステップS13に進む。ステップS13において制御部86は、スターリング冷凍機30の出力が最小か否かを判別し、最小でない場合はステップS8に戻り、最小である場合はステップS14に進む。
ステップS14において制御部86は、ウォームヘッドの温度Thが基準値記憶部84に記憶された限界温度Th2よりも高いか否かを判別し、Th>Th2でない場合はステップS8に戻り、Th>Th1の場合はステップS15に進む。
制御部86は、ステップS15において報知ランプ85の点灯などのウォームヘッド異常表示処理を行い、ステップS16においてスターリング冷凍機30を停止させてステップS1に戻る。
この実施の形態では、ウォームヘッドの温度Thが基準温度Th1を超えた場合は、放熱ファン53の回転数を最大にし、循環ポンプ61の出力を最大にし、スターリング冷凍機30の出力を最小にし、それでもウォームヘッドの温度Thが限界温度Th2を超えた場合に、スターリング冷凍機30を停止させる。したがって、ウォームヘッドの温度Thが限界温度Th2を超えた場合にスターリング冷凍機30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。
なお、この実施の形態では、放熱ファン53の回転数を最大にした後に循環ポンプ61の出力を最大にしたが、逆に、循環ポンプ61の出力を最大にした後に放熱ファン53の出力を最大にしても良い。
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。
1 冷却庫、10 ハウジング、11,12,13 冷却室、14,15,16 断熱扉、17 パッキング、18 棚、19 機械室、20 ダクト、21 冷気吹出口、22 冷却ファン、30 スターリング冷凍機、40 低温側冷媒循環回路、41 低温側凝縮器、42 低温側蒸発器、50,60 高温側冷媒循環回路、51 高温側蒸発器、52 高温側凝縮器、53 放熱ファン、61 循環ポンプ、62 結露防止部、70 電熱ヒータ、80 庫内温度センサ、81 コールドヘッド温度センサ、82 ウォームヘッド温度センサ、83 検査部、84 基準値記憶部、85 報知ランプ、86 制御部、87 タイマ87。
Claims (5)
- 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、
前記放熱器の放熱を促進する放熱ファンと、
前記スターリング冷凍機のウォームヘッドの温度を検出する温度検出手段と、
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とを備え、
前記制御手段は、
前記温度検出手段の検出温度が前記基準温度を超えたことに応じて前記放熱ファンの風量を最大にし、
その後、予め定められた時間が経過しても前記温度検出手段の検出温度が前記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出力を低下させる、冷却庫。 - スターリング冷凍機を備えた冷却庫であって、
前記ウォームヘッドの温熱を冷媒を介して庫外壁面に伝達させ、結露を防止する冷媒循環回路と、
前記スターリング冷凍機のウォームヘッドの温度を検出する温度検出手段と、
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とを備え、
前記制御手段は、
前記温度検出手段の検出温度が前記基準温度を超えたことに応じて前記冷媒循環回路の冷媒循環量を最大にし、
その後、予め定められた時間が経過しても前記温度検出手段の検出温度が前記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出力を低下させる、冷却庫。 - 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、
前記放熱器の放熱を促進する放熱ファンと、
前記ウォームヘッドの温熱を冷媒を介して庫外壁面に伝達させ、結露を防止する冷媒循環回路と、
前記スターリング冷凍機のウォームヘッドの温度を検出する温度検出手段と、
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とを備え、
前記制御手段は、
前記温度検出手段の検出温度が前記基準温度を超えたことに応じて前記放熱ファンの風量を最大にし、
その後、予め定められた第1の時間が経過しても前記温度検出手段の検出温度が前記基準温度よりも低くならない場合は前記冷媒循環回路の冷媒循環量を最大にし、
さらに予め定められた第2の時間が経過しても前記温度検出手段の検出温度が前記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出力を低下させる、冷却庫。 - 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、
前記放熱器の放熱を促進する放熱ファンと、
前記ウォームヘッドの温熱を冷媒を介して庫外壁面に伝達させ、結露を防止する冷媒循環回路と、
前記スターリング冷凍機のウォームヘッドの温度を検出する温度検出手段と、
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とを備え、
前記制御手段は、
前記温度検出手段の検出温度が前記基準温度を超えたことに応じて前記冷媒循環回路の冷媒循環量を最大にし、
その後、予め定められた第1の時間が経過しても前記温度検出手段の検出温度が前記基準温度よりも低くならない場合は前記放熱ファンの風量を最大にし、
さらに予め定められた第2の時間が経過しても前記温度検出手段の検出温度が前記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出力を低下させる、冷却庫。 - 前記制御手段は、前記スターリング冷凍機の出力を段階的に低下させる、請求項1から請求項4までのいずれかに記載の冷却庫。
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