JP5110192B1 - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却熱交換器で庫内を冷却する冷凍装置において、除湿及び冷却の両方を満たしつつ、従来よりも更に省電力性に優れた運転を可能にする。
【課題を解決するための手段】コントローラ５０は、庫内温度を目標温度とするために庫外ファン１５及び圧縮機１１を駆動制御する通常時制御と、庫内湿度を予め定められた多湿域の目標湿度に調整するための除湿制御と、目標温度を基準とする温度範囲内での庫内温度の変化を許容する庫外ファン１５及び圧縮機１１の駆動制御による省電力制御とを行う。コントローラ５０は、除湿制御時には、庫内湿度が、多湿域の目標湿度の前後領域を含む目標範囲以下になった場合に、当該除湿制御から省電力制御に切り替える。
【選択図】図４

Description

本発明は、庫内を冷却するための冷却熱交換器を備えた冷凍装置に関し、特に、冷凍装置の省電力運転に関する。

従来から、冷蔵庫や冷凍庫等の庫内を冷却する冷凍装置が知られている。例えば、特許文献１には、海上輸送等に用いられるコンテナの庫内を冷却する冷凍装置が開示されている。この冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び冷却熱交換器（蒸発器）が接続された冷媒回路を備えている。この冷凍装置の冷媒回路では、冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。その結果、冷却熱交換器を流れる冷媒は庫内空気から吸熱して蒸発し、庫内空気の冷却が行われる。

上述したような冷凍装置では、コンテナ内の運搬物などに応じて、目標温度に対し例えば±０．５℃程度の高い温度精度が要求される。そのため、温度精度の確保を常に優先して圧縮機を運転していた。しかしながら、コンテナ内は庫内空気が一度冷えると、冷却負荷はさほど大幅に変化せず、また、冷却負荷に影響を与える外気温もさほど急激に変化するとは考えにくい。そこで、例えば特許文献２に開示されているように、圧縮機を間欠的に運転させる省電力運転モードを備えた冷凍装置が提案されている。

特開２００２−３２７９６４号公報 特許第３８６４９８９号公報

上記特許文献１及び２に示される冷凍装置の冷却対象となる庫内は、湿度を一定範囲内に保つ必要があるために、庫内の湿度を調整する除湿運転を行うことが多い。しかし、当該除湿運転は、冷凍装置が除湿及び冷却の両方を満たすために、圧縮機の連続運転を行う必要があり、冷凍装置の消費電力が大きくなる。このため、当該冷凍装置は、省電力運転モードを備えていたとしても、省電力性は十分ではなく、更なる改善が望まれる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、冷却熱交換器で庫内を冷却する冷凍装置において、除湿及び冷却の両方を満たしつつ、従来よりも更に省電力性に優れた運転を可能にすることを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、庫内を冷却するための冷却熱交換器（１４）と、
前記冷却熱交換器（１４）に空気を送り込む送風機構（１６）と、
高圧の冷媒を吐出する圧縮機（１１）と、
前記冷却熱交換器（１４）及び前記圧縮機（１１）を備え、循環する冷媒により冷凍サイクルを行うための冷媒回路（１０）と、
庫内の湿度を検出する湿度検出部（ＨＳ）と、
庫内の温度を検出する温度検出部（ＲＳ）と、
前記温度検出部（ＲＳ）によって検出される庫内温度を目標温度とするために前記送風機構（１６）及び前記圧縮機（１１）を駆動制御する通常時制御と、前記湿度検出部（ＨＳ）によって検出される湿度を予め定められた多湿域の目標範囲に調整するための除湿制御と、前記目標温度を基準とする温度範囲内での前記庫内温度の変化を許容する前記送風機構（１６）及び前記圧縮機（１１）の駆動制御による省電力制御とを行う制御部（５０）とを備え、
前記制御部（５０）は、前記除湿制御時に、前記湿度検出部（ＨＳ）によって検出される湿度が、前記多湿域の目標範囲の下限値以下になった場合に、当該除湿制御から前記省電力制御に切り替える冷凍装置である。

従来の冷凍装置では、除湿制御から省電力制御に切り替えてしまうと除湿が不十分になるため、除湿及び冷却の両方を確保するために、通常時制御と省電力制御との間での切り替え、又は、通常時制御と除湿制御との間での切り替えを行うことしかできなかった。本発明では、制御部（５０）が、除湿制御時における庫内の湿度が上記多湿域の目標範囲の下限値以下になることを条件として、除湿制御から省電力制御の切り替えを行うことにより、当該省電力制御での冷却であっても除湿を確保し、必要な冷却能力の確保との両立を実現する。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の冷凍装置であって、前記多湿域の目標範囲は、予め定められた多湿域の目標湿度を含むように定められ、
前記多湿域の目標湿度を、前記通常時制御で除湿可能な湿度範囲帯内の値とするものである。

この発明によれば、上記多湿域の目標湿度を、上記通常時制御で除湿可能な湿度範囲帯内となる値としたので、当該通常時制御で用いられる目標温度を基準とする温度範囲内での庫内温度の変化を許容する制御である省電力制御に、除湿制御から直接に切り替えても、必要な除湿及び冷却の両方を確保可能である。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の冷凍装置であって、前記多湿域の目標湿度の指定を受け付ける目標湿度受付部（５８）を更に備え、
前記制御部（５０）は、前記目標湿度受付部（５８）によって受け付けられた前記多湿域の目標湿度を含むように定められた前記多湿域の目標範囲を用いて、前記除湿制御から前記省電力制御への切り替えを行うものである。

この発明によれば、制御部（５０）が、目標湿度受付部（５８）により受け付けられた多湿域の目標湿度を含むように定められた多湿域の目標範囲を用いて、除湿制御から省電力制御への切り替えを行うので、ユーザ又は操作者が所望する上記多湿域の目標湿度に基づいて、制御部（５０）に上記除湿制御から省電力制御への切り替えを行わせることができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の冷凍装置であって、前記湿度検出部（５８）によって検出される湿度が、前記多湿域の目標範囲の下限値以下になった時点からの経過時間を計測する計測部（５６１）を更に備え、
前記制御部（５０）は、前記計測部（５６１）によって計測された前記経過時間が、予め定められた一定時間に達した場合に、前記除湿制御から前記省電力制御への切り替えを行うものである。

この発明によれば、制御部（５０）が、計測部（５６１）により計測された経過時間が上記一定時間に達した場合に、除湿制御から省電力制御への切り替えを行うので、除湿制御により十分に湿度が低下した後に省電力制御への切り替えが行われ、必要な除湿を確実に担保した上での冷却が可能になる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の冷凍装置あって、前記制御部（５０）による前記省電力制御は、
前記冷却熱交換器（１４）の冷却能力を調節しながら前記圧縮機（１１）を運転する第１動作と、
前記第１動作中に庫内温度が前記目標温度に達すると前記冷却熱交換器（１４）の冷却能力を増大させて当該目標温度を含んだ目標範囲の下限値まで庫内温度を引き下げてから前記圧縮機（１１）を停止させる第２動作と、
前記第２動作による前記圧縮機（１１）の停止後に、庫内温度が上記目標範囲の上限値に達すると前記圧縮機（１１）を起動させる第３動作と
を有するものである。

この発明によれば、省電力制御時に圧縮機（１１）を間欠的に運転するので、圧縮機（１１）の駆動動力を削減し、当該冷凍装置の省電力性を向上させることができる。

本発明によれば、冷却熱交換器で庫内を冷却する冷凍装置において、除湿及び冷却の両方を満たしつつ、従来よりも更に省電力性に優れた運転を行うことができる。

冷凍コンテナを示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 本発明の一実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。 冷凍装置の運転時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 省電力運転モードでの運転を説明するためのタイムチャートである。 冷凍装置における通常運転モード、除湿運転モード、及び省電力運転モードの切替制御時の処理を示すフローチャートである。 除湿運転モードでの運転を説明するためのタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る冷凍装置を図面に基づいて詳細に説明する。図１は冷凍コンテナを示す斜視図である。図２は図１のＡ−Ａ線における断面図である。図３は本発明の一実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態の冷凍装置１は、陸上輸送や海上輸送等のコンテナＣに設けられ、その庫内を冷却（冷蔵または冷凍）するためのものである。この冷凍装置１は、矩形状箱体に形成されたコンテナＣの前面開口部を塞ぐように取り付けられる。

上記冷凍装置１は、本体壁２及び隔壁５と、冷媒回路１０と、庫外ファン１５及び庫内ファン１６と、コントローラ５０とを備えている。

上記本体壁２は、断熱材等で形成され、コンテナＣの前面開口部に密着固定されて該開口を塞いでいる。この本体壁２は、概ね上半部が平面部３となり、下半部が平面部３よりも内側（庫内側）に凹んだ凹状部４となっている。隔壁５は、本体壁２と平行に且つ本体壁２より内側（庫内側）に設けられている。

上記本体壁２の凹状部４は、外側（庫外側）に庫外側空間Ｓ１を形成している。また、本体壁２の平面部３と隔壁５との間には、庫内側上部空間Ｓ２が形成され、本体壁２の凹状部４と隔壁５との間には、庫内側下部空間Ｓ３が形成されている。庫内側上部空間Ｓ２の上部及び庫内側下部空間Ｓ３の下部は、コンテナ庫内と連通している。

上記庫外側空間Ｓ１には、上述した庫外ファン１５や、後述する圧縮機１１及び凝縮器１２等が配置されている。庫内側上部空間Ｓ２には、上述した庫内ファン１６や、後述する蒸発器１４が配置されている。

図３に示すように、上記冷媒回路１０には、主な構成機器として、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３及び蒸発器１４が接続されている。

上記圧縮機１１は、高圧の冷媒を吐出するものであり、本実施形態では、圧縮機モータの回転速度が一定である固定容量型のスクロール圧縮機で構成されている。

上記凝縮器１２は、いわゆる空冷凝縮器を構成している。この凝縮器１２の近傍には、庫外ファン１５が設けられている。庫外ファン１５は、凝縮器１２に庫外空気（室外空気）を送風する。そして、凝縮器１２では、庫外ファン１５が送風する室外空気と冷媒との間で熱交換が行われる。また、凝縮器１２の近傍には、庫外温度センサＯＳが設けられている。この庫外温度センサＯＳは、凝縮器１２に送風される庫外空気の温度（即ち、庫外温度）を検出する。

上記膨張弁１３は、開度が調節可能な電子膨張弁により構成されている。この膨張弁１３は、蒸発器１４を流出する冷媒の過熱度に応じて開度が調節される。

上記蒸発器（特許請求の範囲における冷却熱交換器の一例）１４は、庫内を冷却するための冷却熱交換器を構成している。この蒸発器１４の近傍には、庫内ファン１６が設けられている。庫内ファン（特許請求の範囲における送風機構の一例）１６は、庫内の吸込口より庫内空気を吸い込んで蒸発器１４に流通させた後、庫内の吹出口から再び庫内へ吹き出す。蒸発器１４では、庫内ファン１６が送風する庫内空気と、蒸発器１４内部を通過する冷媒との間で熱交換が行われる。なお、上記庫内空気の吸込口及び吹出口は、それぞれ図２における隔壁５の上側及び下側の隙間である。本実施形態の冷凍装置１は、いわゆる下吹きタイプを例にして説明する。

また、上記蒸発器１４の近傍には、２つの温度センサが設けられている。具体的に、蒸発器１４の吸込口側の近傍には吸込温度センサＲＳ（特許請求の範囲における温度検出部の一例）が設けられ、蒸発器１４の吹出口側の近傍には吹出温度センサＳＳが設けられている。吸込温度センサＲＳは、蒸発器１４に送られる庫内空気の温度を検出する。吹出温度センサＳＳは、蒸発器１４を通過して庫内へ吹き出す庫内空気の温度を検出する。

さらに、蒸発器１４の吸込口側の近傍に、蒸発器１４に送られる庫内空気の湿度を検出する湿度センサＨＳ（特許請求の範囲における湿度検出部の一例）が設けられている。

上記圧縮機１１の吐出管２１は、逆止弁３１及び吐出圧力調整弁３２を順に介して凝縮器１２の流入端に接続されている。凝縮器１２の流出端は、レシーバ３３、第１電磁弁４１及びエコノマイザ熱交換器３４の高圧側流路３４ａを順に介して膨張弁１３に接続されている。圧縮機１１の吸入管２２は、吸入比例弁３５を介して蒸発器１４の流出端に接続されている。蒸発器１４の流入端は、膨張弁１３に接続されている。

上記エコノマイザ熱交換器３４は、上述した高圧側流路３４ａを流れる冷媒と低圧側流路３４ｂを流れる冷媒とを熱交換させる。この低圧側流路３４ｂの流入端は、キャピラリーチューブ３６及び第２電磁弁４２を順に介して、凝縮器１２とレシーバ３３との間に接続されている。低圧側流路３４ｂの流出端は、圧縮機１１の中間吸入口１１ａに接続されている。この中間吸入口１１ａは、圧縮機１１の圧縮機構において冷媒の圧縮途中の経路に開口されている。

上記吸入比例弁３５は、圧縮機１１の吸入冷媒量を調節することで冷媒回路１０における冷媒循環量を調節する流量調整弁を構成している。吸入比例弁３５は、冷媒循環量を調節して蒸発器１４の冷却能力を調節する。吸入比例弁３５は、コンテナの庫内温度を検出する庫内温度センサとしての吸込温度センサＲＳの検出温度に応じて開度が調節される。

また、上記冷媒回路１０には、第１デフロスト管２３、第２デフロスト管２４、吐出ガスバイパス管２５、配管２７、及び液インジェクション管２６が接続されている。

上記第１デフロスト管２３及び第２デフロスト管２４は、圧縮機１１の吐出冷媒を蒸発器１４に導入し、蒸発器１４に付着した霜を融解させるデフロスト運転用の配管である。第１デフロスト管２３及び第２デフロスト管２４は、一端が逆止弁３１と吐出圧力調整弁３２との間に接続され、他端が膨張弁１３と蒸発器１４との間に接続されている。第１デフロスト管２３には、デフロスト運転時に開放される第３電磁弁４３が設けられている。第２デフロスト管２４には、デフロスト運転時に開放される第４電磁弁４４及びドレンパンヒータ３７が設けられている。このドレンパンヒータ３７は、コンテナ庫内において蒸発器１４の表面から剥離した霜や結露水を受けるためのドレンパン内に設置されている。このため、デフロスト運転時に圧縮機１１の吐出冷媒がドレンパンヒータ３７を流通すると、ドレンパン内に回収された霜や結露水の氷塊は、圧縮機１１の吐出冷媒から吸熱して融解する。なお、このデフロスト運転時には、吐出圧力調整弁３２が全閉状態に設定される。

また、配管２７は、圧縮機１１の吐出冷媒を蒸発器１４側に導入する除湿運転用の配管である。配管２７は、一端が逆止弁３１と吐出圧力調整弁３２との間に接続され、他端が膨張弁１３と蒸発器１４との間に接続されている。配管２７には、除湿運転時に開放される第７電磁弁４７及びレヒートコイル３８が設けられている。このレヒートコイル３８は、蒸発器１４の下部等の近傍に設けられている。このため、除湿運転時には、圧縮機１１の吐出冷媒がレヒートコイル３８を流通して蒸発器１４側に送られる。

上記吐出ガスバイパス管２５は、一端が逆止弁３１と第４電磁弁４４との間に接続され、他端が蒸発器１４と吸入比例弁３５との間に接続されている。吐出ガスバイパス管２５には、運転条件に応じて適宜開放される第５電磁弁４５が設けられている。この吐出ガスバイパス管２５は、蒸発器１４の冷却能力が過剰となる場合などに、圧縮機１１の吐出冷媒を凝縮器１２や蒸発器１４をバイパスして圧縮機１１の吸入側に戻すための配管である。なお、吐出ガスバイパス管２５は、圧縮機１１から吐出された冷媒中の冷凍機油を圧縮機１１の吸入側に戻すための油戻し配管も兼ねている。

上記液インジェクション管２６は、凝縮器１２で凝縮した液冷媒を圧縮機１１の吸入側に返送する、いわゆる液インジェクション用の配管である。この液インジェクション管２６は、一端が第１電磁弁４１とエコノマイザ熱交換器３４との間に接続され、他端が吸入比例弁３５と圧縮機１１との間に接続されている。液インジェクション管２６には、運転条件に応じて適宜開放される第６電磁弁４６が設けられている。

また、図１に示すように、上記冷凍装置１には開閉自在な自動換気口７が設けられている。この自動換気口７は、庫外空気を取り込み庫内空気を排出してコンテナ庫内を換気する目的で設けられている。

また、上記コントローラ（特許請求の範囲における制御部の一例）５０は、各種運転（冷凍運転、冷蔵運転、デフロスト運転）を切り換える。また、コントローラ５０は、冷蔵運転時の制御を行う通常運転制御部５１と、省電力運転制御部５２、除湿制御部５７とを備えている。

通常運転制御部５１は、冷却熱交換器１４の冷却能力を調節しながら圧縮機１１を連続的に運転する通常運転モードで冷蔵運転の制御を行う。通常運転制御部５１には、その内部メモリ等に、コンテナ庫内の目標温度が設定されている。

省電力運転制御部５２は、第１制御部５３、第２制御部５４及び第３制御部５５を備え、省電力運転モードで冷蔵運転の制御を行う。省電力運転制御部５２には、コンテナ庫内の目標温度が設定される。また、省電力運転制御部５２には、詳細は後述する省電力運転モード時に用いるための、庫内温度の目標範囲として上限温度及び下限温度が設定されている。

除湿制御部５７は、庫内の湿度を低下させて調整する除湿運転モードで冷蔵運転の制御を行う。除湿制御部５７には、コンテナ庫内の目標湿度が設定される。除湿制御部５７は、目標湿度ＴＨと、目標湿度ＴＨの前後領域を含む目標範囲（例えば、目標湿度ＴＨ±５％の範囲）とをその内部メモリに記憶している。この目標湿度ＴＨは、例えば湿度９０％の多湿域の湿度である。目標湿度ＴＨの値としては、例えば、通常運転制御部５１による通常運転モードの制御で除湿可能な湿度範囲帯（例えば湿度９０％前後の領域）が用いられる。

また、コントローラ５０は、冷蔵運転において通常運転モードと省電力運転モードとを所定の条件で切り換える運転切替部５６を備えている。運転切替部５６は、上記目標湿度ＴＨ及び目標温度ＴＳ（更にこれらに基づく目標範囲）を記憶する内部メモリと、湿度センサＨＳによって検出される湿度が、目標湿度ＴＨの前後領域を含む上記目標範囲以下になった時点からの経過時間を計測するタイマ（特許請求の範囲における計測部の一例）５６１を備えている。なお、当該タイマ５６１は、運転切替部５６とは別個にコントローラ５０内に備えられていてもよい。

これらコントローラ５０各部の具体的な制御動作については後述する。

なお、冷凍装置１には、操作者から運転に関する各種の操作指示（例えば運転開始指示、目標湿度の値等）を受け付ける操作部58が設けられ、コントローラ５０には、当該操作部（特許請求の範囲における目標湿度受付部の一例）５８が接続されている。

［運転動作］
この冷凍装置１は、庫内を摂氏零度より低い温度に冷却して庫内の運搬物を冷凍する冷凍運転と、庫内を摂氏零度より高い温度に冷却して庫内の運搬物を冷蔵する冷蔵運転（チルド運転）と、上述したデフロスト運転とが切換可能となっている。ここでは、本発明に関する冷蔵運転について説明する。

冷蔵運転では、通常運転モード（以下、当該通常運転モードによる冷蔵運転がチルド運転であるものとする）と、省電力運転モードと、除湿運転モードによる運転が可能である。通常運転モードは、圧縮機１１及び庫内ファン１６を連続的に運転し、蒸発器１４で庫内空気を継続して冷却し庫内の運搬物を冷蔵する運転モードである。一方、省電力運転モードは、圧縮機１１を間欠的に運転し、蒸発器１４で庫内空気を半連続的に冷却することで、省電力化を図りながら庫内の運搬物を冷蔵する運転モードである。除湿運転モードは、湿度センサＨＳによって検出される湿度を上記目標湿度に調整するための運転モードである。

［通常運転モード］
先ず、この冷凍装置１の通常運転モードについて図４を参照しながら説明する。図４は冷凍装置の運転時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。通常運転モードでは、通常運転制御部５１による通常時制御が行われる。具体的に、通常運転制御部５１により、この通常運転モードでは、圧縮機１１が連続的に運転されると共に膨張弁１３及び吸入比例弁３５の開度が適宜調節される。また、この通常運転モードでは、通常運転制御部５１により、原則として第１及び第２の電磁弁４１，４２が開放されると同時に第３から第６の電磁弁４３，４４，４５，４６が閉鎖され、庫外ファン１５及び庫内ファン１６が通常の回転速度で運転される。

圧縮機１１で圧縮された冷媒は、吐出管２１を経由して凝縮器１２へ流入する。凝縮器１２では、冷媒が庫外空気へ放熱して凝縮する。その後、冷媒は、一部がレシーバ３３を介してエコノマイザ熱交換器３４の高圧側流路３４ａへ流入する一方、残りはキャピラリーチューブ３６を通過する際に減圧されてエコノマイザ熱交換器３４の低圧側流路３４ｂへ流入する。

エコノマイザ熱交換器３４では、低圧側流路３４ｂを流れる冷媒が高圧側流路３４ａを流れる冷媒から吸熱して蒸発する。つまり、エコノマイザ熱交換器３４では、高圧側流路３４ａを流れる冷媒の過冷却が行われる。低圧側流路３４ｂで蒸発した冷媒は、圧縮機１１の中間吸入口１１ａに吸入される。

高圧側流路３４ａで過冷却された冷媒は、膨張弁１３を通過する際に減圧されてから蒸発器１４へ流入する。蒸発器１４では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。その結果、コンテナの庫内の冷却が行われる。蒸発器１４で蒸発した冷媒は、吸入比例弁３５を通過した後に圧縮機１１に吸入される。

［省電力運転モード］
次に、この冷凍装置１の省電力運転モードについて説明する。図５は省電力運転モードでの運転を説明するためのタイムチャートである。

この省電力運転モードでは、省電力運転制御部５２により、図５に示すような第１動作から第３動作までの省電力制御が行われる。なお、この省電力運転モード時における冷凍装置１の基本的な冷媒の流れは、上述の通常運転モードと同様である。

第１動作には、第１制御部５３は、圧縮機１１を駆動すると共に庫内ファン１６を通常の回転速度で駆動する。また、第１制御部５３は、この１動作中に、庫内温度が目標温度ＴＳとなるように蒸発器１４の冷却能力を調節する。

具体的に、第１動作中には、第１制御部５３は、吸入比例弁３５の開度を、目標温度ＴＳと庫内温度センサの検出温度に基づくＰＩ制御によって調節する。その結果、第１制御部５３により、吸入比例弁３５の開度に応じて冷媒回路１０の冷媒循環量が調節され、蒸発器１４の冷却能力も調節される。

なお、このように、第１制御部５３が、吸入比例弁３５の開度を絞りながら蒸発器１４の冷却能力を調節すると、蒸発器１４の全域で冷媒が湿り状態となり易くなる。このため、第１制御部５３が、仮に蒸発器１４の流入側の電子膨張弁１３の開度調節によって蒸発器１４の冷却能力を調節する場合には、蒸発器１４を流れる冷媒が乾き気味となって蒸発器１４の流入端から流出端までの間で冷媒の温度ムラが生じやすいのに対し、上記吸入比例弁３５の開度を絞りながら蒸発器１４の冷却能力を調節すると、蒸発器１４の流入端から流出端までの間での冷媒の温度分布が均一化される。その結果、庫内空気は比較的均一に冷却されるので、蒸発器１４による庫内温度の制御性も向上する。

上記第１動作の後には、第２制御部５４により第２動作が行われる。なお、本実施形態では、第１動作開始時刻ｔ０から、第１制御部５３に設定された設定時間が経過することで第１動作から第２動作に移行する。この設定時間は、蒸発器１４の冷却によって庫内温度が目標温度ＴＳに維持されるのに必要な時間が設定されている。本実施形態ではこの設定時間が約２分に設定されている。つまり、省電力運転モードでは、時刻ｔ０から２分間が経過して確実に庫内温度が目標温度に維持されていると判断される時刻ｔ１になると、第１動作から第２動作へ移行する。

第２動作では、第２制御部５４が、時刻ｔ１以降、蒸発器１４の冷却能力を徐々に増大させ、庫内温度を低下させる。具体的に、第２動作では、第２制御部５４は、圧縮機１１を引き続き駆動すると共に庫内ファン１６も通常の回転速度で駆動する。一方、第２制御部５４は、第２動作時に、時刻ｔ１以降に吸入比例弁３５の開度を次第に大きくするように調節する。その結果、冷媒回路１０の冷媒循環量が次第に増大し、蒸発器１４の冷却能力も次第に増大する。

このような吸入比例弁３５の開度調節によって庫内温度が低下して下限温度Ｔｍｉｎに達すると、第２動作から第３動作へ移行する。つまり、第３動作は、第３制御部５５により、庫内温度が下限温度Ｔｍｉｎに到達した時刻ｔ２より開始される。なお、この第２動作時における第２制御部５４による吸入比例弁３５の開度調節は、時刻ｔ１より１０秒経過毎に１０％ずつ開度が大きくなるように段階的に行われる。その結果、庫内温度は比較的緩やかに低下するので、第２動作から第３動作へ移行した後に庫内温度が下限温度Ｔｍｉｎを下回ってしまう、いわゆるアンダーシュートが生じてしまうことが抑制される。

第３動作では、第３制御部５５は、圧縮機１１を速やかに停止させる。その結果、冷媒回路１０での冷凍サイクルも停止し、蒸発器１４による庫内の冷却は実質的に停止されるので、庫内温度が次第に上昇する。また、第３動作中には、第３制御部５５は、庫内ファン１６を通常の回転速度より小さい低回転速度とする。このように第３制御部５５が、庫内ファン１６の回転速度を第１動作中や第２動作中よりも低減させると、庫内ファン１６のモータの運転に伴う発熱量が抑制されるので、第３動作時における庫内温度の上昇速度も低減する。なお、第３制御部５５は、庫内ファン１６の回転速度を変更する際には、庫内ファン１６の急激なトルク変動を緩和させるために、庫内ファン１６を一端停止させた後、速やかに低回転速度で運転させる。また、この第３動作中には、第３制御部５５は、吸入比例弁３５の開度を第２動作終了時（時刻ｔ２）の開度のまま保持する。

以上のような第３動作によって庫内温度が徐々に上昇して上限温度Ｔｍａｘに達すると、第３動作から再び第１動作へ移行する。つまり、第１動作は、庫内温度が上限温度Ｔｍａｘに到達した時刻ｔ３より開始される。その結果、圧縮機１１が再び運転されると共に庫内ファン１６が通常の回転速度で運転される。また、吸入比例弁３５は、第３動作時に保持された開度が第１動作の初期開度とれ、その後は目標温度ＴＳと庫内温度センサの検出温度に基づくＰＩ制御によって第１制御部５３により開度調節される。このため、第１動作開始時の吸入比例弁３５の開度は、蒸発器１４の冷却能力を増大させて庫内空気を冷却していた第２動作終了時の開度と同じ開度となる。その結果、庫内温度が上限温度Ｔｍａｘに到達して圧縮機１１が再起動する第１動作開始時から冷媒循環量が確保され、庫内空気が速やかに冷却されて庫内温度が再び目標温度に収束していく。

［除湿運転モード］
次に、この冷凍装置１の除湿運転モードについて説明する。この除湿運転モードでは、除湿制御部５７による除湿制御が行われる。なお、この除湿運転モード時における冷凍装置１の基本的な冷媒の流れ及び制御は、上述の通常運転モードと同様である。

但し、除湿運転モード時、除湿制御部５７は、蒸発器１４の冷却能力を徐々に増大させ、庫内温度を低下させ、具体的には、除湿制御部５７は、圧縮機１１を通常運転モード時と同様に駆動すると共に庫内ファン１６も通常運転モード時の回転速度で駆動するが、吸入比例弁３５の開度を通常運転モードよりも大きくする。これにより、冷媒回路１０の冷媒循環量を増大させる。

さらに、除湿制御部５７は、上述したデフロスト運転時と同様に圧縮機１１の吐出冷媒を蒸発器１４側に流通させるために、第７電磁弁４７を開放して、圧縮機１１の吐出冷媒を蒸発器１４に組み込まれたレヒートコイル３８に流通させる。これにより、庫内ファン１６から蒸発器１４に向けて送風されると、蒸発器１４には結露が多く発生して庫内空気の除湿が行われる。結露水はドレンパンに回収される。

除湿制御部５７は、湿度センサＨＳによって検出される湿度が、目標湿度ＴＨの前後領域を含む上述した目標範囲（例えば、目標湿度ＴＨ±５％）に近付くように上記除湿制御を行う。

［通常運転モード、除湿運転モード、及び省電力運転モードの切替制御］
冷凍装置１では、上述した通常運転モード、除湿運転モード、及び省電力運転モードが以下のように切り替えられる。図６は、冷凍装置１における通常運転モード、除湿運転モード、及び省電力運転モードの切替制御時の処理を示すフローチャートである。図７は除湿運転モードでの運転を説明するためのタイムチャートである。

まず、冷凍装置１が通常運転制御部５１による通常時制御による通常運転モードに入ると（Ｓ１）、運転切替部５６は、吸込温度センサＲＳで検出した吸込温度ＲＴと、庫内の目標温度ＴＳ±０．３度の目標範囲（図７に示す領域Ｂ）との比較を行う（Ｓ２）。ここで、吸込温度ＲＴが目標温度ＴＳ±０．３℃の目標範囲外にある場合には（Ｓ２でＮＯ）、庫内温度を速やかに目標範囲内に近づける必要があるため、運転切替部５６は運転モードを切り替えず、通常運転制御部５１は通常時制御を継続して行う。

一方、第１制御部５３の通常時制御により吸込温度ＲＴが目標温度ＴＳ±０．３℃の目標範囲内での変化にとどまっていることを運転切替部５６が検出すると（Ｓ２でＹＥＳ）、既に庫内温度が目標温度ＴＳの前後領域である上記目標範囲内に維持されたため、運転切替部５６は運転モードを除湿運転モードに切り替え（図７に示す（１）から（２）への遷移）、除湿制御部５７は除湿制御を開始する（Ｓ３）。

この除湿運転モードでは、除湿制御部５７が上述した除湿制御による除湿運転を行うと共に、運転切替部５６は、吸込温度センサＲＳで検出した吸込温度ＲＴと、庫内の目標温度ＴＳ±０．５℃の目標範囲（図７に示す領域Ａ）との比較との比較を行う（Ｓ４）。ここで、吸込温度ＲＴが目標温度ＴＳ±０．５℃の目標範囲（図７に示す領域Ａ）の外となった場合には（Ｓ４でＮＯ）、庫内温度を速やかに目標範囲内（領域Ｂ）に戻すため、運転切替部５６は、運転モードを通常運転モードに切り替える（図７に示す（４）から（５）への遷移）。

吸込温度ＲＴが目標温度ＴＳ±０．５℃の目標範囲内が維持されている場合（Ｓ４でＹＥＳ）、運転切替部５６は、湿度センサＨＳで検出した湿度ｈが、目標湿度ＴＨよりも５％低い湿度（目標湿度ＴＨ−５％）以下であるか否かを判定する（Ｓ５）。この目標湿度ＴＨは、上述したように、例えば湿度９０％の多湿域の湿度であり、運転切替部５６の内部メモリ等に設定されている。目標湿度ＴＨの値としては、上述したように、通常運転制御部５１による通常時制御で除湿可能な湿度範囲帯（例えば湿度９０％前後の領域）が用いられる。

湿度センサＨＳで検出した湿度ｈが目標湿度ＴＨ−５％以下になっていない状態では（Ｓ５でＮＯ）、運転切替部５６は運転モードを除湿運転モードに維持する（Ｓ３）。

湿度センサＨＳで検出した湿度ｈが目標湿度ＴＨ−５％以下となった場合には（Ｓ５でＹＥＳ）、タイマ５６１により、湿度ｈが目標湿度ＴＨ−５％以下となった時点からの経過時間が計測される（Ｓ６）。

ここで、タイマ５６１が当該計測を続け（Ｓ６，Ｓ７でＮＯ）、湿度ｈが目標湿度ＴＨ−５％以下となった時点からの経過時間が、予め定められた時間t（例えば、10分）に達すると（Ｓ７でＹＥＳ）、運転切替部５６は、運転モードを省電力運転モードに切り替え（図７に示す（２）から（３）への遷移）、省電力運転制御部５２は省電力制御を開始する（Ｓ８）。

この省電力運転モードでは、省電力運転制御部５２が上述した省電力制御を行うと共に、運転切替部５６は、吸込温度センサＲＳで検出した吸込温度ＲＴと、庫内の目標温度ＴＳ±０．５℃の目標範囲（図７に示す領域Ａ）との比較を行う（Ｓ９）。吸込温度ＲＴが目標温度ＴＳ±０．５℃の目標範囲外となった場合には（Ｓ９でＮＯ）、庫内温度を速やかに目標範囲内とするため、運転切替部５６は、運転モードを通常運転モードに切り替え、通常運転制御部５１による通常時制御が行われる（Ｓ１）。

吸込温度ＲＴが目標温度ＴＳ±０．５℃の目標範囲内が維持されている場合（Ｓ９でＹＥＳ）、運転切替部５６は、湿度センサＨＳで検出した湿度ｈが、目標湿度ＴＨ＋５％以上である否かを判定する（Ｓ１０）。湿度センサＨＳで検出した湿度ｈが目標湿度ＴＨ＋５％以上になっていない状態では（Ｓ１０でＮＯ）、運転切替部５６は運転モードを省電力運転モードに維持し、省電力運転制御部５２による省電力制御が続行される（Ｓ８）。一方、湿度センサＨＳで検出した湿度ｈが目標湿度ＴＨ＋５％以上になった場合には（Ｓ１０でＹＥＳ）、運転切替部５６は運転モードを除湿運転モードに切り替え（図７に示す（３）から（４）への遷移）、除湿制御部５７は除湿制御を開始する（Ｓ３）。

なお、この冷凍装置１では、各運転モードを問わず上述したデフロスト運転が定期的（例えば４時間置き）に行われる。このデフロスト運転の終了後は、通常運転制御部５１による通常時制御が行われ、上述のように、運転切替部５６によってステップＳ１以降の運転モードの切替制御が行われる。

［実施形態の効果］
上記実施形態では、以下の効果が発揮される。

従来の冷凍装置では、除湿及び冷却の両方を確保するために、通常時制御と省電力制御との間での切り替え、又は、通常時制御と除湿制御との間での切り替えを行うことしかできない。しかし、上記実施形態では、運転切替部５６が、除湿制御時における庫内の湿度が上記多湿域の目標湿度を含む目標範囲以下になることを条件として、除湿制御から省電力制御の切り替えを行うので、当該省電力制御での冷却であっても除湿を確保可能とし、必要な冷却能力の確保も実現される。

なお、本発明は上記実施の形態の構成に限られず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、タイマ５６１により予め定められた時間ｔが経過したときのみ、運転切替部５６は、除湿運転モードから省電力運転モードに切り替えるが、例えば、湿度センサＨＳによって検出される湿度が、上述した下限値である目標湿度ＴＨよりも５％低い湿度（目標湿度ＴＨ−５％）よりも更に低い湿度（例えば、目標湿度ＴＨよりも７％低い湿度（目標湿度ＴＨ−７％））となった場合に、上記予め定められた時間tの経過を待たずに、除湿運転モードから省電力運転モードに切り替えるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、運転切替部５６が、上述した所定条件を満たす場合に、除湿運転モードから省電力運転モードに切り替えているが、操作者により操作部５８の操作で指定された目標湿度ＴＨが、上記通常運転では除湿不可能な湿度（例えば、９０％）よりも低い場合は、この除湿運転モードから省電力運転モードへの切替を行わないようにしてもよい。この場合、運転切替部５６は、除湿運転により、湿度センサＨＳによって検出される湿度が、目標湿度ＴＨの前後領域を含む上述した目標範囲内に収まると、運転モードを通常運転モードに一旦戻し、通常運転において、吸込温度ＲＴが目標温度ＴＳ±０．３℃の範囲内になり、庫内温度が上記目標範囲内に収まったときのみ、通常運転モードから省電力運転モードに切り替える。また、運転切替部５６は、省電力運転において、湿度センサＨＳによって検出される湿度が、目標湿度ＴＨの前後領域を含む上述した目標範囲内から外れると、運転モードを通常運転モードに一旦戻し、通常運転においても、湿度センサＨＳによって検出される湿度が、目標湿度ＴＨの前後領域を含む上述した目標範囲内から外れるときに、通常運転モードから除湿運転モードに切り替える。

１ 冷凍装置
１０ 冷媒回路
１１ 圧縮機
１４ 蒸発器
１６ 庫内ファン
５０ コントローラ
５１ 通常運転制御部
５２ 省電力運転制御部
５６ 運転切替部
５７ 除湿制御部
５８ 操作部
５６１ タイマ
ＨＳ 湿度センサ

Claims (5)

1. 庫内を冷却するための冷却熱交換器（１４）と、
   前記冷却熱交換器（１４）に空気を送り込む送風機構（１６）と、
   高圧の冷媒を吐出する圧縮機（１１）と、
   前記冷却熱交換器（１４）及び前記圧縮機（１１）を備え、循環する冷媒により冷凍サイクルを行うための冷媒回路（１０）と、
   庫内の湿度を検出する湿度検出部（ＨＳ）と、
   庫内の温度を検出する温度検出部（ＲＳ）と、
   前記温度検出部（ＲＳ）によって検出される庫内温度を目標温度とするために前記送風機構（１６）及び前記圧縮機（１１）を駆動制御する通常時制御と、前記湿度検出部（ＨＳ）によって検出される湿度を予め定められた多湿域の目標範囲に調整するための除湿制御と、前記目標温度を基準とする温度範囲内での前記庫内温度の変化を許容する前記送風機構（１６）及び前記圧縮機（１１）の駆動制御による省電力制御とを行う制御部（５０）とを備え、
   前記制御部（５０）は、前記除湿制御時に、前記湿度検出部（ＨＳ）によって検出される湿度が、前記多湿域の目標範囲の下限値以下になった場合に、当該除湿制御から前記省電力制御に切り替える冷凍装置。
2. 前記多湿域の目標範囲は、予め定められた多湿域の目標湿度を含むように定められ、
   前記多湿域の目標湿度を、前記通常時制御で除湿可能な湿度範囲帯内の値とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記多湿域の目標湿度の指定を受け付ける目標湿度受付部（５８）を更に備え、
   前記制御部（５０）は、前記目標湿度受付部（５８）によって受け付けられた前記多湿域の目標湿度を含むように定められた前記多湿域の目標範囲を用いて、前記除湿制御から前記省電力制御への切り替えを行う請求項１又は請求項２に記載の冷凍装置。
4. 前記湿度検出部（５８）によって検出される湿度が、前記多湿域の目標範囲の下限値以下になった時点からの経過時間を計測する計測部（５６１）を更に備え、
   前記制御部（５０）は、前記計測部（５６１）によって計測された前記経過時間が、予め定められた一定時間に達した場合に、前記除湿制御から前記省電力制御への切り替えを行う請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の冷凍装置。
5. 前記制御部（５０）による前記省電力制御は、
   前記冷却熱交換器（１４）の冷却能力を調節しながら前記圧縮機（１１）を運転する第１動作と、
   前記第１動作中に庫内温度が前記目標温度に達すると前記冷却熱交換器（１４）の冷却能力を増大させて当該目標温度を含んだ目標範囲の下限値まで庫内温度を引き下げてから前記圧縮機（１１）を停止させる第２動作と、
   前記第２動作による前記圧縮機（１１）の停止後に、庫内温度が上記目標範囲の上限値に達すると前記圧縮機（１１）を起動させる第３動作と
   を有する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の冷凍装置。
   

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