JP5236245B2 - 冷却貯蔵庫 - Google Patents

Description

本発明は冷却貯蔵庫に関し、特に冷凍装置を構成する圧縮機の運転制御に改良を加えた冷却貯蔵庫に関する。

従来、インバータ圧縮機を備えた冷凍回路と、一定速圧縮機を備えた冷凍回路との２系統の独立した冷凍回路を有する冷凍装置が設けられ、常には、第１冷凍回路すなわちインバータ圧縮機のみを駆動し、具体的には同インバータ圧縮機の回転数を制御しつつ冷却運転（コントロール冷却運転）を行い、第１冷凍回路（インバータ圧縮機側）のみでは冷凍能力が不足する場合には、第２冷凍回路すなわち一定速圧縮機を併せて駆動するといった使い方をするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、上記のような２系統の冷凍回路を有する冷凍装置を、例えば業務用冷凍庫（１０００Ｌ以上）に搭載する場合、以下のような事情がある。
インバータ圧縮機としては、家庭用冷蔵庫に搭載される小型レシプロタイプ（３００Ｗ以下）と、エアコンディショナに用いられる高出力（７５０Ｗ以上）のロータリ、スクロールタイプとがある。業務用冷凍庫では、出力的には、高出力のロータリ、スクロールタイプが適しているが、騒音とコスト面で問題がある。そこで、小型レシプロタイプのインバータ圧縮機（以下、単にインバータ圧縮機という）と、一定速圧縮機とを組み合わせれば、高出力でかつ比較的安価なものにできるが、インバータ圧縮機の能力不足を補うためには、高出力の一定速圧縮機を用いる必要がある。
特開２００５−１６８７４公報

ところで、上記のようにインバータ圧縮機と、高出力の一定速圧縮機とを組み合わせて使用した場合、冷凍能力は、図７のグラフに示すようになる。
同グラフの下側の特性線Ｒ１は、インバータ圧縮機のみの冷凍能力、上側の特性線Ｒ２は、インバータ圧縮機＋一定速圧縮機の冷凍能力を示すものであり、
インバータ圧縮機の最低回転数の冷凍能力：ａ
インバータ圧縮機の最高回転数の冷凍能力：ｂ
一定速圧縮機の冷凍能力：ｃ
とした場合に、インバータ圧縮機の能力可変幅（ｂ−ａ）に対して、一定速圧縮機の冷凍能力ｃの方が大きいと［ｃ＞（ｂ−ａ）］、特性線Ｒ１の終端Ｒ１ｅと、特性線Ｒ２の始端Ｒ２ｓとの間に差ができ、すなわち冷凍能力が不連続となる。その差（幅）Ｗは、インバータ圧縮機の能力可変幅（ｂ−ａ）が小さくなる、または一定速圧縮機の冷凍能力ｃが大きくなるほど、大きくなる。

上記のような冷凍能力の特性を持った冷凍装置で冷却する場合、例えば、冷凍能力ｂと冷凍能力（ａ＋ｃ）の間の幅Ｗ内における冷凍能力ｄが必要となった場合は、インバータ圧縮機の最高回転数の冷凍能力ｂ（特性線Ｒ１の終端Ｒ１ｅ）では能力不足であるため、それを補うために一定速圧縮機を起動することになる。ここで、インバータ圧縮機を最低回転数に落とした状態で一定速圧縮機を起動したとしても、そのときの冷凍能力は、インバータ圧縮機の最低回転数の冷凍能力＋一定速圧縮機の冷凍能力（ａ＋ｃ）（特性線Ｒ２の始端Ｒ２ｓ）となる。しかしながら、その冷凍能力（ａ＋ｃ）は、必要冷凍能力ｄと比べて過剰であるから、すぐに一定速圧縮機を停止することになる。そのとき、インバータ圧縮機が最高回転数に上げられたとしても、冷凍能力は、インバータ圧縮機の最高回転数の冷凍能力ｂ（特性線Ｒ１の終端Ｒ１ｅ）に留まる。

端的には、不連続部分である冷凍能力ｂと冷凍能力（ａ＋ｃ）の間の幅Ｗ内に位置する冷凍能力ｄが必要となった場合は、一定速圧縮機は起動と停止とを頻繁に繰り返しつつ、得られる能力は、特性線Ｒ１の終端Ｒ１ｅと、特性線Ｒ２の始端Ｒ２ｓとの間を行き来することになる。
なお、一定速圧縮機の冷凍能力ｃが、インバータ圧縮機の能力可変幅（ｂ−ａ）以下［ｃ≦（ｂ−ａ）］であると、特性線Ｒ１と特性線Ｒ２とを連続させることができるために、負荷に応じた冷凍能力で対応することができ、少なくとも一定速圧縮機の起動と停止とを頻繁に繰り返す自体を招くおそれはない。

それに対し上記のように、一定速圧縮機の起動と停止とが頻繁に繰り返されると、起動電流による消費電力の増大を招き、また一定速圧縮機が短時間の運転に留められるために、機構部に潤滑油が十分に行き渡らなくて潤滑不良を招く等、信頼性を損ねるおそれがあった。さらに、庫内温度も変動しやくて設定温度付近に維持できないという問題があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、冷凍能力の不足を補助的な圧縮機の駆動で補うに当たって、同圧縮機が起動と停止とを頻繁に繰り返すことを防止するところにある。

本発明の冷却貯蔵庫は、２系統の独立した冷凍回路を有し、第１冷凍回路には能力可変式の圧縮機が、第２冷凍回路には別の圧縮機がそれぞれ設けられ、かつ、前記別の圧縮機が最小能力を発揮したときの前記第２冷凍回路の冷凍能力の方が、前記能力可変式の圧縮機が最小から最大まで能力を変化させたときの前記第１冷凍回路の冷凍能力の幅よりも大きくなっている冷凍装置と、庫内温度が予め定められた設定温度よりも所定値高い上限温度と、前記設定温度よりも所定値低い下限温度との間にある冷却領域において目標となる温度降下の経時的変化態様を示す冷却特性がデータとして記憶された記憶手段と、庫内温度を検出する温度センサからの出力に基づき、前記庫内温度が前記記憶手段から読み出された前記冷却特性に倣って降下するように前記第１冷凍回路の能力可変式の圧縮機の能力を変化させ、かつ前記能力可変式の圧縮機が最大能力の発揮状態にあってなお同圧縮機の能力増が要求された場合には前記別の圧縮機を併せて駆動するとともに、両圧縮機の運転中において前記能力可変式の圧縮機が最小能力の発揮状態にあってなお同圧縮機の能力減が要求された場合には前記別の圧縮機を停止するようにした運転制御手段と、が設けられ、かつ、前記運転制御手段には、前記別の圧縮機を併せて駆動する場合に、前記温度センサで検出された庫内温度が前記設定温度の上限温度付近の所定温度にまで上昇したことを待って前記別の圧縮機の起動を許容し、また、前記別の圧縮機を停止する場合に、前記温度センサで検出された庫内温度が前記下限温度よりは高いが前記設定温度を所定値下回る仮下限温度にまで降下したことを待って前記別の圧縮機の停止を許容する運転規制手段が備えられているところに特徴を有する。

コントロール冷却中において、第１冷凍回路における能力可変式の圧縮機の能力幅と、第２冷凍回路の別の圧縮機の最小能力との関係で、能力可変式の圧縮機が単独で運転される際の冷凍能力と、両圧縮機が共に運転される際の冷凍能力とが連続的に変化しない領域がある場合、同領域内の冷凍能力が要求されると、別の圧縮機が起動されかつ短時間で停止される傾向にある。
それに対して本発明では、別の圧縮機の起動要求が出たとしても直ちに起動せず、庫内温度が設定温度の上限温度付近の所定温度に上昇したことを待って初めて別の圧縮機が起動される。また両圧縮機が運転されている状態から、別の圧縮機の停止要求が出たとしても直ちに停止せず、庫内温度が下限温度よりは高いが設定温度を所定値下回る仮下限温度にまで降下したことを待って初めて、別の圧縮機が停止される。

端的には、冷凍能力に不足を来して別の圧縮機を直ちに起動したいところを、庫内温度が、設定温度の上限温度付近といった、言わば貯蔵に対して好適な温度の限界に近いところに上昇するまで別の圧縮機の起動を遅らせる。その分、別の圧縮機は庫内負荷が大きいところで起動されるのであるから、冷凍能力が過剰となるまでには時間が掛かる。そして、両圧縮機の運転中に冷凍能力が過剰となって別の圧縮機を直ちに停止したいところをさらに、庫内温度が、仮下限温度といった、両圧縮機とも停止すべき温度（下限温度）近くに降下するまで別の圧縮機の停止を遅らせる。

この制御方式によれば、第２冷凍回路における別の圧縮機の起動と停止とが頻繁に繰り返されることが回避され、消費電力量の増加が抑えられる。また、別の圧縮機の運転時間が短時間に留められることが回避されるから、潤滑油が十分に行き渡らない事態が生じることが防止され、もって同圧縮機の駆動の信頼性が確保される。さらに、別の圧縮機の起動、停止時に、庫内温度が大きく降下または上昇することが避けられ、庫内温度を設定温度付近に安定して維持することができる。

また、以下のような構成としてもよい。
（１）前記第１冷凍回路の能力可変式の圧縮機が速度制御可能なインバータ圧縮機、前記第２冷凍回路の別の圧縮機が一定速圧縮機であり、かつ、前記一定速圧縮機の回転数は、同回転数で駆動されたときの前記第２冷凍回路の冷凍能力の方が、前記インバータ圧縮機が回転数を最低から最高まで変化させたときの前記第１冷凍回路の冷凍能力の幅よりも大きくなるように設定されているとともに、前記運転制御手段は、所定のサンプリング時間ごとに前記温度センサの信号に基づき庫内温度の降下度を算出する温度変化算出部と、前記サンプリング時間ごとに前記記憶手段に記憶された前記冷却特性に基づきこのサンプリング時間の庫内温度における目標の温度降下度を出力する目標温度降下度出力部と、前記温度変化算出部で算出された実際の温度降下度と、前記目標温度降下度出力部から出力された目標の温度降下度とを比較する比較部と、この比較部の比較結果に基づき、前記実際の温度降下度が前記目標の温度降下度よりも小さい場合には前記インバータ圧縮機に増速指令を出し、前記実際の温度降下度が前記目標の温度降下度よりも大きい場合には前記インバータ圧縮機に減速指令を出す増減速指令部とから構成され、かつ前記駆動規制手段は、前記インバータ圧縮機が最高回転数にあってなお前記増速指令が出た場合には、庫内温度が前記設定温度の上限温度付近の所定温度にまで上昇したことを条件に前記一定速圧縮機を起動し、また、前記両圧縮機が運転中において前記インバータ圧縮機が最低回転数にあってなお前記減速指令が出た場合には、庫内温度が前記仮下限温度にまで降下したことを条件に前記一定速圧縮機を停止するようになっている。
ここで温度降下度とは、単位時間当たりの温度降下量として定義される。

この構成では、コントロール冷却中において、初めは第１冷凍回路のインバータ圧縮機のみが運転され、所定のサンプリング時間ごとに、検出された庫内温度に基づいて実際の温度降下度が算出される一方、冷却特性のデータからその庫内温度における目標の温度降下度が出力され、実際の温度降下度が目標の温度降下度よりも小さければインバータ圧縮機が増速制御され、逆の場合はインバータ圧縮機が減速制御されつつ冷却特性に倣って冷却される。ここで、インバータ圧縮機を備えた第１冷凍回路の冷凍能力のみでは不足を来し、すなわちインバータ圧縮機が最高回転数にある状態で同インバータ圧縮機へ増速指令が出ることにより、第２冷凍回路の一定速圧縮機の起動要求が出たとしても、直ちに起動せず、庫内温度が設定温度の上限温度付近の所定温度に上昇したことを待って初めて一定速圧縮機が起動される。また両圧縮機の運転中において、インバータ圧縮機が最低回転数にある状態で同インバータ圧縮機へ減速指令が出ることにより、一定速圧縮機の停止要求が出たとしても、直ちに停止せず、庫内温度が下限温度よりは高いが設定温度を所定値下回る仮下限温度にまで降下したことを待って初めて、一定速圧縮機が停止される。

この制御方式によれば、第２冷凍回路の一定速圧縮機の起動と停止とが頻繁に繰り返されることが回避され、消費電力量の増加が抑えられる。また、一定速圧縮機の運転時間が短時間に留められることが回避されるから、潤滑油が十分に行き渡らない事態が生じることが防止され、もって同圧縮機の駆動の信頼性が確保される。さらに、一定速圧縮機の起動、停止時に、庫内温度が大きく降下または上昇することが避けられ、庫内温度を設定温度付近に安定して維持することができる。

（２）前記運転制御手段は、庫内温度が前記下限温度に達したことが検出された場合に、前記インバータ圧縮機を停止する機能を有している。この構成では、庫内温度が設定温度の下限温度に達すると、第１冷凍回路のインバータ圧縮機が停止される。
（３）前記第１冷凍回路と第２冷凍回路とは、蒸発器並びに凝縮器を共用している。冷凍装置がコンパクトにまとめられる。

本発明によれば、冷凍能力の不足を補助的な圧縮機の駆動で補うに当たって、同圧縮機が起動と停止とを頻繁に繰り返すことを防止でき、もって消費電力量の増加を抑制できるとともに、同圧縮機の駆動の信頼性を確保することができ、さらに、庫内温度を設定温度付近に安定して維持することができる。

＜実施形態＞
本発明の一実施形態を図１ないし図６に基づいて説明する。本実施形態では、業務用の縦型冷凍庫を例示している。
図１及び図２において、符号１０は、前面の開口された断熱箱体からなる冷凍庫本体であって、内部が冷凍室１１とされているとともに、冷凍室１１の前面開口には、上下一対の観音開き式の断熱扉１２が装着されている。冷凍庫本体１０は、底面の四隅に配された脚１３によって支持され、その上面には、回りにパネルが立てられることで機械室１４が構成されている。

機械室１４の底面となる冷凍庫本体１０の天井壁１０Ａのほぼ中央部には、方形の開口部１５が形成され、この開口部１５の上面を塞ぐようにして、詳しくは後記するユニット化された冷凍装置３０を搭載したユニット台２０が載置されている。開口部１５の前方側（図２の右側）における下面の口縁の位置から奥壁に向かい、ドレンパンを兼ねた冷却ダクト２２が下り勾配で張設されており、ユニット台２０との間に蒸発器室２３が形成されている。冷却ダクト２２の前端側には吸込口２５が形成され、その裏面に庫内ファン２６が装備されているとともに、冷却ダクト２２の後端側には吹出口２７が形成されている。

冷凍装置３０は、２系統の独立した冷凍回路、すなわち第１冷凍回路３１Ａと、第２冷凍回路３１Ｂとを備えている。両冷凍回路３１Ａ，３１Ｂは大まかには、圧縮機を互いに異にしている一方、蒸発器と凝縮器とは共用している。
図３に模式的に示されるように、第１冷凍回路３１Ａは、回転数が可変のインバータ圧縮機３２Ａと、共通の凝縮器３３と、ドライヤ３５Ａと、減圧手段であるキャピラリチューブ３６Ａと、共通の蒸発器３７とを、冷媒配管で循環接続して形成されている。なお、第１冷凍回路３１Ａでは、蒸発器３７の出口側の冷媒配管に、アキュムレータ３８が介設されている。
第２冷凍回路３１Ｂは、回転数が一定の一定速圧縮機３２Ｂと、共通の凝縮器３３と、ドライヤ３５Ｂと、減圧手段であるキャピラリチューブ３６Ｂと、共通の蒸発器３７とを、冷媒配管で循環接続して形成されている。

本実施形態では、インバータ圧縮機３２Ａについては、回転数が例えば５段階に切り替えられるようになっている。また、一定速圧縮機３２Ｂの回転数は、同回転数で駆動されたときの第２冷凍回路３１Ｂの冷却能力の方が、インバータ圧縮機３２Ａが回転数を最低から最高まで変化させたときの第１冷凍回路３１Ａの冷凍能力の幅よりも大きくなるように設定されている。

両冷凍回路３１Ａ，３１Ｂの構成部品のうち、インバータ圧縮機３２Ａ、一定速圧縮機３２Ｂ、共通の凝縮器３３、両ドライヤ３５Ａ，３５Ｂ、両キャピラリチューブ３６Ａ，３６Ｂとが、ユニット台２０の上面に設置され、一方、共通の蒸発器３７が、ユニット台２０の下面側に吊り下げられて取り付けられ、ユニット化されてる。なお、共通の凝縮器３３の裏面には、共通の凝縮器ファン３４が設置されている。ユニット台２０が、冷凍庫本体１０の天井壁１０Ａの開口部１５を塞いで載置されると、蒸発器３７が、蒸発器室２３内において庫内ファン２６の奥側の位置に収容されるようになっている。
そして基本的には、冷凍装置３０と庫内ファン２６とが駆動されると、図２の矢線に示すように、冷凍室１１内の空気が吸込口２５から蒸発器室２３内に吸引され、蒸発器３７を通過する間に熱交換により生成された冷気が、吹出口２７から冷凍室１１に吹き出されるといったように循環されることで、冷凍室１１内が冷却されるようになっている。

本実施形態では、冷凍室１１内の温度（庫内温度）を、所定の温度カーブに沿って制御する手段が講じられており、以下それについて説明する。
庫内の冷却態様としては、庫内を設定温度付近に維持するコントロール冷却と、庫内負荷の増加や周囲温度の上昇に起因して庫内温度が上昇した場合に、庫内を急速に設定温度付近まで温度降下させるプルダウン冷却とがある。
制御装置としては、図４に示すように、マイクロコンピュータ等を備えて所定のプログラムを実行する制御部４０が設けられ、ユニット台２０の上面に設けられた電装箱２８内に収納されている。制御部４０の入力側には、庫内温度を検出する庫内温度センサ３９が接続され、同庫内温度センサ３９は、図２に示すように、蒸発器室２３内における庫内ファン２６の下流側に配されている。

制御部４０には、クロック信号発生部４１とともにデータ格納部４２が設けられ、このデータ格納部４２には、図５に示すように、コントロール冷却時及びプルダウン冷却時における目標の温度カーブＸｃ，Ｘｐが、データとして格納されている。
コントロール領域は、予め定められた設定温度Ｔｏよりも所定値（例えば１Ｋ）高い上限温度ＴＨと、設定温度Ｔｏよりも所定値（例えば２Ｋ）低い下限温度ＴＬとの間の温度領域であり、プルダウン領域は、上限温度ＴＨを超えた領域である。

プルダウン領域の目標の温度カーブＸｐは、比較的急勾配の一次関数の直線として示され、同温度カーブＸｐに係る目標となる庫内温度降下度（単位時間当たりの温度降下量：ΔＴ／Δｔ）は、庫内温度によらず一定値Ａｐ（Ｋ／min ）となる。なお、目標となる庫内温度降下度Ａｐは、単に目標値Ａｐということがある。
コントロール領域の目標の温度カーブＸｃは、プルダウン冷却時の目標の温度カーブＸｐと比べて、勾配が緩やかとなった一次関数の直線として示される。同温度カーブＸｃでも、目標となる庫内温度降下度Ａｃ（Ｋ／min ）（単に目標値Ａｃということがある）は一定であり、ただしプルダウン冷却時の目標温度降下度（目標値）Ａｐに比べて小さい値となる。
なお、図６のフローチャートにおいては、プルダウン冷却時の目標温度降下度（目標値）Ａｐと、コントロール冷却時の目標温度降下度（目標値）Ａｃとをまとめて、目標温度降下度Ａと標記しているが、プルダウン領域では、目標温度降下度Ａとして「Ａｐ」が、コントロール領域では、目標温度降下度Ａとして「Ａｃ」がそれぞれ出力される。

両領域の目標の温度カーブＸｐ，Ｘｃは、制御部４０のデータ格納部４２に格納され、冷却運転に係るプログラムの実行時に利用される。
制御部４０の出力側には、インバータ回路４４を介して上記したインバータ圧縮機３２Ａが接続されている。
基本的な冷却制御を行うために制御部４０には、所定のサンプリング時間ごとに庫内温度センサ３９の信号に基いて庫内温度の降下度を算出する温度変化算出部４５と、同サンプリング時間ごとにデータ格納部４２に記憶された目標の温度カーブＸｐ，Ｘｃのデータに基づきこのサンプリング時間の庫内温度における目標の温度降下度Ａを出力する目標温度降下度出力部４６と、温度変化算出部４５で算出された実際の温度降下度Ｓと目標温度降下度出力部４６から出力された目標の温度降下度Ａとを比較する比較部４７と、この比較部４７の比較結果に基づきインバータ回路４４に増減速指令を出す増減速指令部４８とが設けられている。

そして制御部４０には、次のような特徴的な機能が備えられている。コントロール冷却中において、上記したインバータ圧縮機３２Ａが最高回転数で運転されている状態で、なお増減速指令部４８から増速指令が出されたら、第２冷凍回路３１Ｂの一定速圧縮機３２Ｂを起動させる。ただし一定速圧縮機３２Ｂは、その増速指令が出されたときに、庫内温度ＴＲが、設定温度Ｔｏの上限温度ＴＨ以上であることを条件として起動される。
また、インバータ圧縮機３２Ａと一定速圧縮機３２Ｂとが共に運転されている場合において、インバータ圧縮機３２Ａが最低回転数にある状態でなお減速指令が出されると、一定速圧縮機３２Ｂを停止させる。ただし、一定速圧縮機３２Ｂは、その減速指令が出されたときに、庫内温度ＴＲが、下限温度ＴＬよりは高いが設定温度Ｔｏを所定値（例えば１Ｋ）下回る仮下限温度ＴＬｋ（図５参照）以下であることを条件として停止される。

さらに、庫内温度ＴＲが、設定温度Ｔｏの下限温度ＴＬに達したことが検出された場合には、インバータ圧縮機３２Ａを停止させる。
また、インバータ圧縮機３２Ａの停止後に庫内温度が自然上昇し、庫内温度ＴＲが設定温度Ｔｏの上限温度ＴＨを超えるまで上昇したら、再びコントロール冷却制御が実行され、初めはインバータ圧縮機３２Ａのみが運転されるようになっている。

続いて、本実施形態の作動を図５並びに図６を参照して説明する。
先にプルダウン冷却時の制御を説明する。図６のフローチャートにおいて、所定のサンプリング時間ごとに庫内温度ＴＲが検出されて（ステップＳ１）、ステップＳ２において同庫内温度ＴＲが判断され、プルダウン領域は、設定温度Ｔｏの上限温度ＴＨを超えた温度領域であるから、「ＴＨ＜ＴＲ」の判断がなされ、ステップＳ３において、インバータ圧縮機３２Ａが起動される（運転中の場合は運転が維持される）。それとともにステップＳ４において、検出された庫内温度ＴＲに基づいて実際の庫内温度降下度Ｓが算出され、続くステップＳ５において、上記の庫内温度降下度の算出値Ｓが、データ格納部４２から読み出されたプルダウン冷却用の温度カーブＸｐに係る庫内温度降下度の目標値Ａｐと比較される。

算出値Ｓが目標値Ａｐよりも小さい場合は、ステップＳ６において、インバータ圧縮機３２Ａに対して増速指令が出され、現在の回転数が最高回転数でなければ（ステップＳ７が「Ｎｏ」）、回転数が一段増加される（ステップＳ８）。このプルダウン冷却時には、インバータ圧縮機３２Ａの運転のみでは冷却能力が不足することが予想されるため、インバータ圧縮機３２Ａが順次に増速制御され、最高回転数に達した状態で（ステップＳ７が「Ｙｅｓ」）、さらに増速指令が出されると、一定速圧縮機３２Ｂが停止中であり（ステップＳ９が「Ｎｏ」）、またプルダウン領域であって、庫内温度ＴＲが上限温度ＴＨ以上であるから（ステップＳ１０が「Ｙｅｓ」）、ステップＳ１１において、一定速圧縮機３２Ｂが起動される。

それ以降は、インバータ圧縮機３２Ａと一定速圧縮機３２Ｂとが共に運転された状態において、ステップＳ５における庫内温度降下度の算出値Ｓと、プルダウン冷却用の温度カーブＸｐに係る庫内温度降下度の目標値Ａｐとの比較に基づき、算出値Ｓが目標値Ａｐよりも小さい場合は、ステップＳ６において、インバータ圧縮機３２Ａに対して増速指令が出され、現在の回転数が最高回転数でなければ（ステップＳ７が「Ｎｏ」）、回転数が一段増加され（ステップＳ８）、最高回転数であれば（ステップＳ７が「Ｙｅｓ」）、同回転数が維持される（ステップＳ９が「Ｙｅｓ」）。算出値Ｓが目標値Ａｐと等しい場合は、インバータ圧縮機３２Ａは、現在の回転数が維持される（ステップＳ１２）。算出値Ｓが目標値Ａｐよりも大きい場合は、ステップＳ１３において、インバータ圧縮機３２Ａに対して減速指令が出され、インバータ圧縮機３２Ａは、現在の回転数が最低回転数でなければ（ステップＳ１４が「Ｎｏ」）、回転数が一段減少され（ステップＳ１５）、最低回転数であれば（ステップＳ１４が「Ｙｅｓ」）、同回転数が維持される（ステップＳ１６が「Ｙｅｓ」、ステップＳ１７が「Ｎｏ」）。
以上の制御が所定のサンプリング時間ごとに繰り返し実行されて、図５に示されたプルダウン領域の目標の温度カーブＸｐに沿うようにしてプルダウン冷却される。

プルダウン冷却が進んで、庫内温度ＴＲが上限温度ＴＨ以下に下がる、すなわちコントロール領域に入ると、ステップＳ２において、「ＴＬ≦ＴＲ≦ＴＨ」の判断がなされ、インバータ圧縮機３２Ａと一定速圧縮機３２Ｂが共に運転を継続した状態のまま（ステップＳ１８）、ステップＳ４で、同様に庫内温度降下度Ｓが算出され、続くステップＳ５において、上記の庫内温度降下度の算出値Ｓが、今度は、データ格納部４２から読み出されたコントロール冷却用の温度カーブＸｃに係る庫内温度降下度の目標値Ａｃと比較される。
コントロール冷却に入ったときにおいて、一定速圧縮機３２Ｂが共に運転されていて冷凍能力が高いから、「Ｓ＞Ａｃ」と判断されて、インバータ圧縮機３２Ａに対して順次に減速指令が出される（ステップＳ１３）と予想され、そのうちインバータ圧縮機３２Ａが最低回転数に達した状態で、温度カーブＸｃに倣ってコントロール冷却される。

そののち、庫内温度ＴＲが仮下限温度ＴＬｋにまで下がると（ステップＳ１７が「Ｙｅｓ」）、ステップＳ１９で一定速圧縮機３２Ｂが停止される。
それ以降は、インバータ圧縮機３２Ａのみが運転された状態において、ステップＳ５における庫内温度降下度の算出値Ｓと、コントロール冷却用の温度カーブＸｃに係る庫内温度降下度の目標値Ａｃとの比較に基づき、算出値Ｓが目標値Ａｃよりも小さい場合は、インバータ圧縮機３２Ａに対して増速指令が出され（ステップＳ６）、現在の回転数が最高回転数でなければ（ステップＳ７が「Ｎｏ」）、回転数が一段増加され（ステップＳ８）、最高回転数であれば（ステップＳ７が「Ｙｅｓ」）、同回転数が維持される（ステップＳ９が「Ｎｏ」、ステップＳ１０が「Ｎｏ」）。算出値Ｓが目標値Ａｃと等しい場合は、インバータ圧縮機３２Ａは、現在の回転数が維持される（ステップＳ１２）。算出値Ｓが目標値Ａｃよりも大きい場合は、インバータ圧縮機３２Ａに対して減速指令が出され（ステップＳ１３）、インバータ圧縮機３２Ａは、現在の回転数が最低回転数でなければ（ステップＳ１４が「Ｎｏ」）、回転数が一段減少され（ステップＳ１５）、最低回転数であれば（ステップＳ１４が「Ｙｅｓ」）、同回転数が維持される（ステップＳ１６が「Ｙｅｓ」）。
上記の制御が所定のサンプリング時間ごとに繰り返し実行されて、図５に示されたコントロール領域の目標の温度カーブＸｃに沿うようにしてコントロール冷却される。

コントロール冷却が進んで、庫内温度ＴＲが設定温度Ｔｏの下限温度ＴＬを下回る温度まで降下したら、ステップＳ２において、「ＴＬ＞ＴＲ」の判断がなされ、同判断に基づいて、ステップＳ２０において、インバータ圧縮機３２Ａが停止される。
そののちは、図５に示すように、庫内温度の自然上昇を待ち、庫内温度ＴＲが設定温度Ｔｏの上限温度ＴＨに戻ったところで、コントロール領域の目標の温度カーブＸｃに倣った冷却制御が再開されることになる。

このときのコントロール冷却は、インバータ圧縮機３２Ａのみが運転された状態から開始され、改めるとステップＳ５における庫内温度降下度の算出値Ｓと、コントロール冷却用の温度カーブＸｃに係る庫内温度降下度の目標値Ａｃとの比較に基づき、算出値Ｓが目標値Ａｃよりも小さい場合は、インバータ圧縮機３２Ａに対して増速指令が出され（ステップＳ６）、現在の回転数が最高回転数でなければ（ステップＳ７が「Ｎｏ」）、回転数が一段増加され（ステップＳ８）、最高回転数であれば（ステップＳ７が「Ｙｅｓ」）、一定速圧縮機３２Ｂが停止中であり（ステップＳ９が「Ｎｏ」）、庫内温度ＴＲも上限温度ＴＨを下回っているから（ステップＳ１０が「Ｎｏ」）、同最高回転数が維持される。算出値Ｓが目標値Ａｃと等しい場合は、インバータ圧縮機３２Ａは、現在の回転数が維持される（ステップＳ１２）。算出値Ｓが目標値Ａｃよりも大きい場合は、インバータ圧縮機３２Ａに対して減速指令が出され（ステップＳ１３）、インバータ圧縮機３２Ａは、現在の回転数が最低回転数でなければ（ステップＳ１４が「Ｎｏ」）、回転数が一段減少され（ステップＳ１５）、最低回転数であれば（ステップＳ１４が「Ｙｅｓ」）、同最低回転数が維持される（ステップＳ１６が「Ｙｅｓ」）。
基本的には、上記の制御が所定のサンプリング時間ごとに繰り返し実行されて、図５に示されたコントロール領域の目標の温度カーブＸｃに沿うようにしてコントロール冷却される。

さて、上記のコントロール冷却の間に、周囲温度が上昇したり、庫内負荷が増加した場合には、温度カーブＸｃに沿うように冷却するために、インバータ圧縮機３２Ａが最高回転数に達した状態（ステップＳ７が「Ｙｅｓ」）でなお、インバータ圧縮機３２Ａに増速指令が出されることがある（ステップＳ６）。これはすなわち、インバータ圧縮機３２Ａの最大能力を以てしてもなお冷凍能力が不足するために、一定速圧縮機３２Ｂの起動が要求されたことを意味する。
この場合も一定速圧縮機３２Ｂは直ちに起動されず、冷凍能力が不足した状態が続くために、庫内温度はさらに上昇に転じることとなる。そして、庫内温度ＴＲが設定温度Ｔｏの上限温度ＴＨに達した状態（ステップＳ１０が「Ｙｅｓ」）において、増速指令が出されたら、そこで初めて一定速圧縮機３２Ｂが起動される（ステップＳ１１）。

それ以降は、インバータ圧縮機３２Ａと一定速圧縮機３２Ｂが共に運転された状態において、同じように、ステップＳ４で庫内温度降下度Ｓが算出され、続くステップＳ５で、庫内温度降下度の算出値Ｓと、コントロール冷却用の庫内温度降下度の目標値Ａｃとが比較される。ここで基本的には、一定速圧縮機３２Ｂが併せて運転されることとなって、冷凍能力が一挙に増大されたのであるから、ある程度の時間が経てば、いずれ「Ｓ＞Ａｃ」と判断されて、インバータ圧縮機３２Ａに対して順次に減速指令が出され（ステップＳ１３）、そのうちインバータ圧縮機３２Ａが最低回転数に達した状態（ステップＳ１４が「Ｙｅｓ」）でなお、インバータ圧縮機３２Ａに減速指令が出されることになる（ステップＳ１３）。これはすなわち、インバータ圧縮機３２Ａを最小能力に落としてもなお冷凍能力が過剰であるために、一定速圧縮機３２Ｂの停止が要求されたことを意味する。
この場合も一定速圧縮機３２Ｂは直ちに停止されず、冷凍能力が過剰な状態が続くために、庫内温度は減少に転じることとなる。そして、庫内温度ＴＲが仮下限温度ＴＬｋまで下がった状態（ステップＳ１７が「Ｙｅｓ」）において、減速指令が出されたら、そこで初めて一定速圧縮機３２Ｂが停止される（ステップＳ１９）。

それ以降は、インバータ圧縮機３２Ａのみが運転された状態において、既述したと同様に、庫内温度降下度の算出値Ｓと庫内温度降下度の目標値Ａｃとの比較に基づいて、インバータ圧縮機３２Ａの回転数が制御されつつ、目標温度カーブＸｃに沿うようにしてコントロール冷却される。
そして、庫内温度ＴＲが設定温度Ｔｏの下限温度ＴＬを下回る温度まで降下したら、ステップＳ２において、「ＴＬ＞ＴＲ」の判断がなされ、同判断に基づいて、ステップＳ２０において、インバータ圧縮機３２Ａが停止される。
そののちは、庫内温度の自然上昇を待って庫内温度ＴＲが設定温度Ｔｏの上限温度ＴＨに戻ったところで、コントロール冷却が再開され、このような冷却運転が引き続いて繰り返し行われる。

本実施形態では、以下のような効果が得られる。
第１冷凍回路３１Ａのインバータ圧縮機３２Ａの運転のみでは冷凍能力が不足する場合に、第２冷凍回路３１Ｂの一定速圧縮機３２Ｂを併せて運転することで冷凍能力を補う機能を備えたものであって、かつインバータ圧縮機３２Ａの能力幅と、一定速圧縮機３２Ｂの能力との関係で、インバータ圧縮機３２Ａが単独で運転される際の冷凍能力と、両圧縮機３２Ａ，３２Ｂが共に運転される際の冷凍能力とが連続的に変化しない領域がある場合、同領域内の冷凍能力が要求されると、一定速圧縮機３２Ｂが起動されかつ短時間で停止される傾向にある。

それに対して本実施形態では、例えばコントロール冷却中において、インバータ圧縮機３２Ａを備えた第１冷凍回路３１Ａの冷凍能力のみでは不足を来し、すなわちインバータ圧縮機３２Ａが最高回転数にある状態で同インバータ圧縮機３２Ａへ増速指令が出ることにより、第２冷凍回路３１Ｂの一定速圧縮機３２Ｂの起動要求が出たとしても、直ちに起動せず、庫内温度ＴＲが設定温度Ｔｏの上限温度ＴＨまで上昇したことを待って初めて一定速圧縮機３２Ｂが起動される。また両圧縮機３２Ａ，３２Ｂの運転中において、インバータ圧縮機３２Ａが最低回転数にある状態で同インバータ圧縮機３２Ａへ減速指令が出ることにより、一定速圧縮機３２Ｂの停止要求が出たとしても、直ちに停止せず、庫内温度ＴＲが下限温度ＴＬよりは高いが設定温度Ｔｏを所定値下回る仮下限温度ＴＬｋにまで降下したことを待って初めて、一定速圧縮機３２Ｂが停止される。

端的には、冷凍能力に不足を来して一定速圧縮機３２Ｂを直ちに起動したいところを、庫内温度ＴＲが、設定温度Ｔｏの上限温度ＴＨといった、言わば被冷凍物の貯蔵に対して好適な温度の限界に近いところに上昇するまで一定速圧縮機３２Ｂの起動を遅らせる。その分、一定速圧縮機３２Ｂは庫内負荷が大きいところで起動されるのであるから、冷凍能力が過剰となるまでには時間が掛かる。そして、両圧縮機３２Ａ，３２Ｂの運転中に冷凍能力が過剰となって一定速圧縮機３２Ｂを直ちに停止したいところをさらに、庫内温度ＴＲが、仮下限温度ＴＬｋといった、両圧縮機３２Ａ，３２Ｂとも停止すべき温度（下限温度ＴＬ）近くに降下するまで一定速圧縮機３２Ｂの停止を遅らせることになる。

その結果、第２冷凍回路３１Ｂの一定速圧縮機３２Ｂの起動と停止とが頻繁に繰り返されることが回避され、消費電力量の増加が抑えられる。また、一定速圧縮機３２Ｂの運転時間が短時間に留められることが回避されるから、潤滑油が十分に行き渡らない事態が生じることが防止され、もって一定速圧縮機３２Ｂの駆動の信頼性が確保される。さらに、一定速圧縮機３２Ｂの起動、停止時に、庫内温度が大きく降下または上昇することが避けられ、庫内温度を設定温度付近に安定して維持することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、一定速圧縮機の起動要求が出たのち、庫内温度が設定温度の上限温度に達して初めて一定速圧縮機を起動するようにしたが、その起動を許容する温度は、例えば上限温度の「±０．数Ｋ」の範囲のように、上限温度付近の任意の温度に設定してもよい。
（２）また、一定速圧縮機の停止要求が出たのち、一定速圧縮機の停止を許容するべく設定された仮下限温度について、上記実施形態では、「設定温度−１Ｋ」を例示したが、設定温度と下限温度との間の任意の温度に設定することができる。

（３）一定速圧縮機を起動した際にインバータ圧縮機を最低回転数に落とし、逆に一定速圧縮機を停止した際にインバータ圧縮機を最高回転数に上げるようにしてもよい。
（４）上記実施形態では、補助的に用いる第２冷凍回路の圧縮機が一定速圧縮機である場合を例示したが、第２冷凍回路の圧縮機にインバータ圧縮機を用いてもよい。
（５）独立した冷凍回路を３系統以上備え、第２冷凍回路以降の複数の冷凍回路を補助的な冷凍回路として用いるようにしてもよく、そのようなものも本発明の技術的範囲に含まれる。

（６）上記実施形態では、目標とするコントロール冷却特性のデータとして、一次関数の直線を例示したが、温度−時間の二次関数で表したもの、あるいは庫内温度と目標の温度降下度とを対照させた参照テーブルを用いることも可能である。
（７）上記実施形態では、冷却装置の冷凍能力を調整する手段として、圧縮機にインバータ圧縮機を用いた場合を例示したが、これに限らず、多気筒で負荷に応じて駆動する気筒数を調整するアンロード機能付きの圧縮機等、他の容量可変式の圧縮機を用いてもよい。
（８）本発明は、上記実施形態に例示した冷凍庫に限らず、冷凍冷蔵庫、冷蔵庫、恒温高湿庫等の他の冷却貯蔵庫全般に広く適用することができる。

本発明の一実施形態に係る冷凍庫の外観斜視図 冷凍装置の設置位置付近の断面図 冷凍装置の回路構成図 圧縮機の制御機構部のブロック図 冷却特性を示すグラフ 圧縮機の運転制御のフローチャート 従来例に係る冷凍能力を示すグラフ

符号の説明

３０…冷却装置 ３１Ａ…第１冷凍回路 ３１Ｂ…第２冷凍回路 ３２Ａ…インバータ圧縮機（能力可変式の圧縮機） ３２Ｂ…一定速圧縮機（別の圧縮機） ３３…凝縮器 ３７…蒸発器 ３９…庫内温度センサ ４０…制御部（運転制御手段） ４２…データ格納部（記憶手段） ４４…インバータ回路 ４５…温度変化算出部 ４６…目標温度降下度出力部 ４７…比較部 ４８…増減速指令部 ＴＲ…庫内温度 Ｔｏ…設定温度 ＴＨ…（設定温度のＴｏの）上限温度 ＴＬ…（設定温度のＴｏの）下限温度 ＴＬｋ…仮下限温度 Ｘｃ…目標の温度カーブ（冷却特性） Ａ，Ａｃ…目標の温度降下度 Ｓ…実際の温度降下度

Claims (4)

1. ２系統の独立した冷凍回路を有し、第１冷凍回路には能力可変式の圧縮機が、第２冷凍回路には別の圧縮機がそれぞれ設けられ、かつ、前記別の圧縮機が最小能力を発揮したときの前記第２冷凍回路の冷凍能力の方が、前記能力可変式の圧縮機が最小から最大まで能力を変化させたときの前記第１冷凍回路の冷凍能力の幅よりも大きくなっている冷凍装置と、
   庫内温度が予め定められた設定温度よりも所定値高い上限温度と、前記設定温度よりも所定値低い下限温度との間にある冷却領域において目標となる温度降下の経時的変化態様を示す冷却特性がデータとして記憶された記憶手段と、
   庫内温度を検出する温度センサからの出力に基づき、前記庫内温度が前記記憶手段から読み出された前記冷却特性に倣って降下するように前記第１冷凍回路の能力可変式の圧縮機の能力を変化させ、かつ前記能力可変式の圧縮機が最大能力の発揮状態にあってなお同圧縮機の能力増が要求された場合には前記別の圧縮機を併せて駆動するとともに、両圧縮機の運転中において前記能力可変式の圧縮機が最小能力の発揮状態にあってなお同圧縮機の能力減が要求された場合には前記別の圧縮機を停止するようにした運転制御手段と、が設けられ、
   かつ、前記運転制御手段には、前記別の圧縮機を併せて駆動する場合に、前記温度センサで検出された庫内温度が前記設定温度の上限温度付近の所定温度にまで上昇したことを待って前記別の圧縮機の起動を許容し、また、前記別の圧縮機を停止する場合に、前記温度センサで検出された庫内温度が前記下限温度よりは高いが前記設定温度を所定値下回る仮下限温度にまで降下したことを待って前記別の圧縮機の停止を許容する運転規制手段が備えられていることを特徴とする冷却貯蔵庫。
2. 前記第１冷凍回路の能力可変式の圧縮機が速度制御可能なインバータ圧縮機、前記第２冷凍回路の別の圧縮機が一定速圧縮機であり、かつ、前記一定速圧縮機の回転数は、同回転数で駆動されたときの前記第２冷凍回路の冷凍能力の方が、前記インバータ圧縮機が回転数を最低から最高まで変化させたときの前記第１冷凍回路の冷凍能力の幅よりも大きくなるように設定されているとともに、
   前記運転制御手段は、所定のサンプリング時間ごとに前記温度センサの信号に基づき庫内温度の降下度を算出する温度変化算出部と、
   前記サンプリング時間ごとに前記記憶手段に記憶された前記冷却特性に基づきこのサンプリング時間の庫内温度における目標の温度降下度を出力する目標温度降下度出力部と、
   前記温度変化算出部で算出された実際の温度降下度と、前記目標温度降下度出力部から出力された目標の温度降下度とを比較する比較部と、
   この比較部の比較結果に基づき、前記実際の温度降下度が前記目標の温度降下度よりも小さい場合には前記インバータ圧縮機に増速指令を出し、前記実際の温度降下度が前記目標の温度降下度よりも大きい場合には前記インバータ圧縮機に減速指令を出す増減速指令部とから構成され、
   かつ前記駆動規制手段は、前記インバータ圧縮機が最高回転数にあってなお前記増速指令が出た場合には、庫内温度が前記設定温度の上限温度付近の所定温度にまで上昇したことを条件に前記一定速圧縮機を起動し、また、前記両圧縮機が運転中において前記インバータ圧縮機が最低回転数にあってなお前記減速指令が出た場合には、庫内温度が前記仮下限温度にまで降下したことを条件に前記一定速圧縮機を停止するようになっていることを特徴とする請求項１記載の冷却貯蔵庫。
3. 前記運転制御手段は、庫内温度が前記下限温度に達したことが検出された場合に、前記インバータ圧縮機を停止する機能を有していることを特徴とする請求項２記載の冷却貯蔵庫。
4. 前記第１冷凍回路と第２冷凍回路とは、蒸発器並びに凝縮器を共用していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の冷却貯蔵庫。

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