JP5571101B2 - 低温貯蔵庫 - Google Patents

Description

本発明は、低温貯蔵庫に関し、被保冷物の保存品質を確保しつつ消費電力を低減する技術に関する。

特許文献１には、冷媒回路、断熱箱体により構成される本体、冷却装置により冷却される貯蔵室、冷気循環用の送風機を備え、送風機を運転することにより冷却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させ、貯蔵室内を所定の設定温度に冷却する低温貯蔵庫に関して記載されている。また特許文献２には、冷気循環用送風機の冷気吸込側に貯蔵室側と区画するための仕切壁を設け、仕切壁にて形成された空間に庫内温度を検出するための温度センサを設け、これに基づき庫内温度表示を行うことが記載されている。

特開２００８−４５７９０号公報 特開平５−３２２４１５号公報

冷蔵庫やフリーザ等の低温貯蔵庫においては、設定温度を高くすれば冷凍機の負荷が軽減（例えば圧縮機（コンプレッサ）の負荷が軽減）されるので消費電力を低減することができる。しかし被保冷物の保存品質を確保すべく、実際には扉の開閉時における庫内の温度上昇を見込んで設定温度が本来必要とされる温度よりも低い温度に設定される傾向がある。とくに被保冷物が医薬品や生体試料等である場合には、これらが収納されている容器を取り出すために扉を開閉した後、直ちにその容器を庫内に戻すべく扉の開閉が行われるというように、被保冷物の取り出しのための開閉とその被保冷物の庫内への戻しのための開閉とが短い時間間隔で行われることが多く、そのような利用環境においてはとくに保存品質を確保する必要性が高く設定温度が低く設定される傾向がある。

一方、扉の開閉頻度は一日の時間帯によって、もしくは日によって異なるのが普通である。例えば食品等の保冷に用いられる家庭用の冷蔵庫では、昼間に比べて夜間は扉の開閉頻度が少ない。また研究機関や医療機関等に設けられ、医薬品や生体試料等の保冷に用いられる低温貯蔵庫は、平日に比べて休日や長期休暇中における扉の開閉頻度が極端に減少する。このため、被保冷物の保存品質を確保しようとして設定温度を低く設定してしまうと、開閉頻度が少ない期間においても庫内の温度が不必要に低温に維持されて無駄に電力を消費してしまうことになる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、被保冷物の保存品質を確保しつつ消費電力を低減することが可能な低温貯蔵庫を提供することを目的とする。

本発明は、被保冷物が収容され外気から断熱された収容部を有する断熱筐体と、前記断熱筐体に設けられ、前記収容部を開閉可能に閉塞する扉と、前記収容部内を冷却する冷却機構と、前記収容部内の温度を計測する温度検知部と、制御部とを備え、前記制御部は、前記温度検知部の計測する温度が予め設定された目標温度になるように前記冷却機構を制御する温度調節部と、第１温度を記憶する第１温度記憶部と、前記第１温度よりも高温の第２温度を記憶する第２温度記憶部と、前記目標温度を、所定の条件に応じて前記第１温度または前記第２温度に切換設定する目標温度設定部と、前記第１温度記憶部が記憶する前記第１温度、又は前記第２温度記憶部が記憶する前記第２温度の値を任意に設定する制御情報設定部と、を備え、前記制御情報設定部は、受け付けた前記第１温度と前記第２温度との差が予め設定された値以上である場合にその旨を示す情報を出力することで上記課題を解決するものである。

本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

本発明によれば、低温貯蔵庫において、被保冷物の保存品質を確保しつつ、消費電力を低減することができる。

本実施形態に係る低温貯蔵庫１の斜視図である。 低温貯蔵庫１の扉３を開いた状態を示す斜視図である。 制御部３０のハードウエア構成を示す図である。 リレー回路４１２を用いた制御部３０の構成例を示す図である。 制御部３０が備える機能を示す図である。 制御部３０の制御情報設定部４１が行う処理を説明するフローチャートである。 低温貯蔵庫１の運転中に制御部３０の庫内温度調節部４２、開閉操作監視部４３、経過時間計測部４４、及び目標温度設定部４５が行う処理を説明するフローチャートである。 図６に示した処理（制御）が行われた場合における、収容部２１の温度変化（温度調節）の一例である。

以下、発明を実施するための形態について説明する。図１に実施の形態として説明する低温貯蔵庫１の斜視図を示している。同図に示したＸ軸は低温貯蔵庫１に対する左右の方向に、Ｙ軸は低温貯蔵庫１に対する上下の方向に、Ｚ軸は低温貯蔵庫１に対する前後の方向に夫々設定されている。

同図に示す低温貯蔵庫１は、例えば、研究機関や医療機関等に設置されて医薬品や生体試料（検体）等を冷却保存する冷蔵庫やフリーザである。同図に示すように、低温貯蔵庫１は、断熱筐体２、断熱筐体２の前面に設けられる扉３、及び断熱筐体２の下部（−Ｙ方向）に設けられる機械室４を備えている。

図２は低温貯蔵庫１の扉３を開いた状態を示す斜視図である。同図に示すように、断熱筐体２の内部には、被保冷物が収容され外部と断熱される収容部２１が設けられている。断熱筐体２は、その前面（＋Ｚ側）が開口している。扉３はこの開口を開閉可能に閉塞するように、蝶番機構等の連結機構を介して断熱筐体２の前面側（＋Ｚ側）に設けられている。

扉３の−Ｘ方向の左端側には、扉３を開閉する際に把持されるレバー６１が設けられている。断熱筐体２の−Ｘ側の側面の＋Ｚ側の前端近傍には扉３を閉じた状態においてレバー６１と結合される位置に係止部６２が設けられている。

扉３の内部には発泡断熱材が充填されている。扉３の収容部２１側（−Ｚ側）の周縁部には、収容部２１の気密性を確保するためのパッキン３３が設けられている。扉３の収容部２１側（−Ｚ側）には内扉７が設けられている。収容部２１には内部空間を上下に仕切る仕切り板７５が設けられている。

機械室４には、収容部２１を冷却するための冷却機構７１の一部が収容されている。冷却機構４１は、冷却コイル、圧縮機、凝縮器、受液器、膨張弁、及び蒸発器を含み、この冷却コイル、圧縮機、凝縮器、受液器、及び膨張弁について機械室４に設けられている。一方、蒸発器については冷媒を収容部２１と熱交換させるべく断熱筐体２の外箱と内箱との間、内箱の外表面に沿って配設されている。冷却機構７１の作動中は、圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器、及びこれらを結ぶ配管を冷媒が循環する。尚、冷却機構７１は必ずしも上記のような構成でなくてよい。例えば多段圧縮方式の冷凍装置等、他の方式によるものであってよい。

図１に示すように、扉３の前面（＋Ｚ側）には、ユーザとの間で対話処理を行うためのコントロールパネル８が設けられている。ユーザはコントロールパネル８を介して温度等の設定を行ったり、冷却機構７１の運転状態の監視等を行うことができる。

図２に示すように、収容部２１の内壁の所定位置には、収容部２１の温度を検知するための温度センサ２１１（温度検知部）が設けられている。また断熱筐体２の開口面側（＋Ｚ側）の扉３が当接する縁部には、扉３の開閉状態を検知するための開閉センサ２１２（開閉検知部）が設けられている。開閉センサ２１２は、例えば機械式スイッチや非接触式スイッチを用いて構成される。

コントロールパネル８を介したユーザインタフェースの制御や冷却機構７１の運転制御は、低温貯蔵庫１が備える制御部３０によって行われる。制御部３０は、例えばコントロールパネル８の背面や内部、機械室４、断熱筐体２や扉３等に実装されている。

図３Ａに制御部３０のハードウエア構成を示している。同図に示すように、制御部３０は、プロセッサ３１、メモリ３２、Ｉ／Ｆ回路３３、タイマ３４、及び制御回路３７を備えている。これら各構成要素と、コントロールパネル８を構成している入力装置３５及び表示装置３６とは、制御バス３８を介して互いに通信可能に接続されている。

プロセッサ３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等を用いて構成される。メモリ３２（第１温度記憶部、第２温度記憶部、切換時間記憶部）は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＮＶＲＡＭ（Non Volatile RAM）等を用いて構成される。メモリ３２には、プログラムやデータが記憶される。

タイマ３４はＲＴＣ（Real Time Clock）等を用いて構成され、プロセッサ３１等からの要求に応じて、現在日時や計測した時間等、時間に関する情報を出力する。入力装置３５は、例えばキーボードやタッチパネルである。表示装置３６は、例えば液晶パネルである。

Ｉ／Ｆ回路３３は、温度センサ２１１及び開閉センサ２１２から入力されるアナログ信号の増幅やＡ／Ｄ変換を行って、アナログ信号に対応するデジタル信号をバス３８に入力する。

制御回路３７は、プロセッサ３１からの信号に応じて冷却機構７１の運転を制御する。この運転制御は、例えば制御回路３７が、リレー回路やインバータ等を用いて冷却機構７１の圧縮機７１１への電力供給を制御することにより行われる。図３Ｂにリレー回路４１２を用いた制御部３０の構成例を示す。

図４に制御部３０が備える機能を示す。同図に示すように、制御部３０は、制御情報設定部４１、庫内温度調節部４２、開閉操作監視部４３、経過時間計測部４４、及び目標温度設定部４５の各機能を備えている。尚、これらの機能は、制御部３０が備えるハードウエアによって、又はプロセッサ３１がメモリ３２に格納されているプログラムを読み出して実行することによって実現される。

上記機能のうち制御情報設定部４１は、コントロールパネル８を介してユーザとの間の対話処理を行い、ユーザが設定入力した情報（第１温度、第２温度（＞第１温度）、及び切換時間）を取得し、取得した情報をメモリ３２に記憶する。

庫内温度調節部４２は、制御回路３７を介して冷却機構７１を制御し、収容部２１の温度が予め設定された目標温度になるように調節制御する。尚、現在設定されている目標温度の値は例えばメモリ３２に記憶保持される。

開閉操作監視部４３は、開閉センサ２１２から入力される信号に基づき扉３が開閉されたか否かをリアルタイムに判断する。開閉操作監視部４３は、例えば、開閉センサ２１２から扉３が開いた旨の信号が入力され、続いて開閉センサ２１２から扉３が閉じられた旨の信号が入力されたことで扉３の開閉状態が変化したことを検知し、扉３が開閉されたと判断する。

経過時間計測部４４は、扉３が開閉された時刻から現在時刻までの時間である経過時間を計測する。

目標温度設定部４５は、扉３が開閉された場合に上記目標温度を第１温度に設定する。また目標温度設定部４５は、経過時間が切換時間以上（（現在時刻−開閉された時刻）≧切換時間）になると自動的に上記目標温度を第２温度に切換設定する。

次に制御部３０の具体的な動作について説明する。図５は制御部３０の制御情報設定部４１が行う処理を説明するフローチャートである。

制御情報設定部４１は、設定操作が行われたことを検知すると（Ｓ５１１：ＹＥＳ）、行われた操作が第１温度の設定操作であるか否かを判断する（Ｓ５１２）。制御情報設定部４１は、行われた操作が第１温度の設定操作であれば（Ｓ５１２：ＹＥＳ）、ユーザが設定入力した第１温度をメモリ３２に記憶する（Ｓ５１３）。その後はＳ５１４に進む。一方、行われた操作が第１温度の設定操作でなければ（Ｓ５１２：ＮＯ）、Ｓ５１４に進む。

次に制御情報設定部４１は、行われた操作が第２温度の設定操作であるか否かを判断する（Ｓ５１４）。行われた操作が第２温度の設定操作であれば（Ｓ５１４：ＹＥＳ）、制御情報設定部４１は、ユーザが設定入力した第２温度をメモリ３２に記憶する（Ｓ５１５）。その後はＳ５１６に進む。一方、行われた操作が第２温度の設定操作でなければ（Ｓ５１４：ＮＯ）、Ｓ５１６に進む。

次に制御情報設定部４１は、行われた操作が切換時間の設定操作であるか否かを判断する（Ｓ５１６）。行われた操作が切換時間の設定操作であれば（Ｓ５１６：ＹＥＳ）、制御情報設定部４１は、ユーザが設定入力した切換時間をメモリ３２に記憶する（Ｓ５１７）。その後はＳ５１８に進む。一方、行われた操作が切換時間の設定操作でなければ（Ｓ５１６：ＮＯ）、Ｓ５１８に進む。

Ｓ５１８では、制御情報設定部４１は、行われた操作（上記以外の他の設定操作）に応じた処理を実行する。実行後はＳ５１１に戻る。

図６は、低温貯蔵庫１の運転中に、制御部３０の庫内温度調節部４２、開閉操作監視部４３、経過時間計測部４４、及び目標温度設定部４５が行うリアルタイム処理を説明するフローチャートである。

開閉操作監視部４３は、開閉センサ２１２から入力される信号に基づき扉３が開閉されたか否かをリアルタイムに判断する（Ｓ６１１）。扉３が開閉されたと判断した場合には（Ｓ６１１：ＹＥＳ）、Ｓ６１２に進む。

Ｓ６１２では、経過時間計測部４４が経過時間の計測を開始する。尚、経過時間の計測の開始時点は、扉３が開閉された際における、扉３が閉じられた時点としてもよいし、扉３が開閉された際における、扉３が開かれた時点としてもよい。また扉３が開閉された際における、扉３が開かれた時点から扉３が閉じられた時点までの期間内のいずれかの時点としてもよい。

Ｓ６１３では、目標温度設定部４５が目標温度を第１温度に設定する。以後、庫内温度調節部４２は、収容部２１の温度が予め設定された目標温度（第１温度）になるように冷却機構７１を制御する。

Ｓ６１４では、目標温度設定部４５が、経過時間が切換時間以上（（現在時刻−開閉された時刻）≧切換時間）か否かを判断する。経過時間が切換時間以上でなければ（Ｓ６１４：ＮＯ）、Ｓ６１１に戻る。経過時間が切換時間以上であれば（Ｓ６１４：ＹＥＳ）、Ｓ６１５に進む。

Ｓ６１５では、目標温度設定部４５が目標温度を第２温度（＞第１温度）に設定する。以後、庫内温度調節部４２は、収容部２１の温度が予め設定された目標温度（第２温度）になるように冷却機構７１を制御する。

Ｓ６１６では、開閉操作監視部４３が、扉３が開閉されたか否かを判断する。扉３が開閉されたと判断した場合は（Ｓ６１６：ＹＥＳ）、Ｓ６１３に戻る。

図７は図６に示したリアルタイム処理が行われることによる収容部２１の温度変化（温度調節）の一例である。尚、同図は第１温度が−３０℃に設定されており、第２温度が第１温度よりも３℃高い−２７℃に設定されており、切換時間が１時間に設定されている場合である。同図は低温貯蔵庫１が冷蔵庫である場合であるので第１温度及び第２温度を上記のような値としているが、例えば、低温貯蔵庫１が超低温フリーザである場合は第１温度を−８０℃に、第２温度を−７７℃に夫々設定する。

同図に示すように、時刻ｔ１において扉３の開閉が行われるまでの間、収容部２１の温度は−３０℃の近傍に維持されている。時刻ｔ１において扉３の開閉が行われると、経過時間計測部４４による経過時間の計測が開始される（Ｓ６１２の処理）。また目標温度設定部４５により目標温度が第１温度に設定される（Ｓ６１３の処理）。

時刻ｔ３では目標温度設定部４５が、経過時間が切換時間（＝ｔ３−ｔ１）以上と判断し（Ｓ６１４の処理）、目標温度を第２温度（−２７℃）に設定する（Ｓ６１５の処理）。時刻ｔ４では開閉操作監視部４３が扉３が開閉されたと判断し（Ｓ６１６の処理）、目標温度設定部４５が目標温度を第１温度に設定する（Ｓ６１３の処理）。

以上のように、扉３が閉じられてから経過時間以上が経過した後の時刻ｔ３〜ｔ４期間においては、収容部２１の温度が第１温度（−３０℃）よりも高い温度である第２温度（−２７℃）に維持される。このため、この期間中は低温貯蔵庫１の消費電力が低減されることとなる。

一方、同図における時刻ｔ３までの期間、及び時刻ｔ４以降の期間においては、収容部２１の温度は第１温度（−３０℃）に維持されるように制御される。このため、扉３が開閉されて収容部２１の温度が上昇しても、短い時間（＝ｔ２−ｔ１、又は＝ｔ５−ｔ４）で収容部２１の温度を必要な温度（被保冷物の保存品質を確保するために必要とされる温度）に下げることができる。

ところで、例えば第１温度及び第２温度としてあまり差が大きな値が設定されてしまうと、扉３が開閉されてから第１温度に戻すまでに時間を要し、被保冷物の保存品質を確保することができなくなってしまう。そこでユーザが第１温度又は第２温度として差の大きな値を指定した場合（両者に予め設定された閾値以上の差がある場合）には、制御情報設定部４１が、例えば表示装置３６に警告を表示する、もしくはスピーカ等から警告音を発する等して、ユーザに注意喚起するようにする。また両者に予め設定された閾値以上の差がある場合、制御情報設定部４１がそのような設定を受け付けないようにしてもよい。

またユーザの設定の手間を軽減すべく、例えば、予め第１温度と第２温度の複数の組み合わせをメモリ３２に記憶しておき、それらを表示装置３６に表示してユーザに選択させ、選択された組み合わせにおける第１温度と第２温度をメモリ３２に記憶するようにしてもよい。また第１温度、第２温度、及び切換時間の複数の組み合わせをメモリ３２に記憶しておき、それらを表示装置３６に表示してユーザに選択させ、選択された組み合わせにおける、第１温度、第２温度、及び切換時間をメモリ３２に記憶するようにしてもよい。

また実験や経験に基づいて被保冷物ごとに設定した第１温度と第２温度の組み合わせを被保冷物の名称（識別子）と対応づけてメモリ３２に複数記憶しておき、被保冷物の名称を表示装置３６に表示してユーザに選択させ、選択された名称に対応づけられている第１温度と第２温度をメモリ３２に記憶するようにしてもよい。このようにすれば、ユーザは被保冷物ごとに第１温度と第２温度の組み合わせを覚えておいたり調べたりする必要がなく、被保冷物について適切な設定を容易に行うことができる。

さらに実験や経験に基づいて被保冷物ごとに設定した第１温度、第２温度、及び切換時間の組み合わせを被保冷物の名称（識別子）と対応づけてメモリ３２に複数記憶しておき、被保冷物の名称を表示装置３６に表示してユーザに選択させ、選択された名称に対応づけられている第１温度、第２温度、及び切換時間をメモリ３２に記憶するようにしてもよい。このようにすれば、ユーザは被保冷物ごとに第１温度、第２温度、及び切換時間の組み合わせを覚えておいたり調べたりする必要がなく、被保冷物について適切な設定を容易に行うことができる。

なお、上記実施例は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。

１ 低温貯蔵庫
２ 断熱筐体
３ 扉
４ 機械室
８ コントロールパネル
２１１ 温度センサ
２１２ 開閉センサ
３０ 制御部
３１ プロセッサ
３２ メモリ
３３ Ｉ／Ｆ回路
３４ タイマ
３５ 入力装置
３６ 表示装置
３７ 制御回路
４１ 制御情報設定部
４２ 庫内温度調節部
４３ 開閉操作監視部
４４ 経過時間計測部
４５ 目標温度設定部
７１ 冷却機構
７１１ 圧縮機

Claims (2)

1. 被保冷物が収容され外気から断熱された収容部を有する断熱筐体と、前記断熱筐体に設けられ、前記収容部を開閉可能に閉塞する扉と、前記収容部内を冷却する冷却機構と、前記収容部内の温度を計測する温度検知部と、制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記温度検知部の計測する温度が予め設定された目標温度になるように前記冷却機構を制御する温度調節部と、
   第１温度を記憶する第１温度記憶部と、
   前記第１温度よりも高温の第２温度を記憶する第２温度記憶部と、
   前記目標温度を、所定の条件に応じて前記第１温度または前記第２温度に切換設定する目標温度設定部と、
   前記第１温度記憶部が記憶する前記第１温度、又は前記第２温度記憶部が記憶する前記第２温度の値を任意に設定する制御情報設定部と、
   を備え、
   前記制御情報設定部は、受け付けた前記第１温度と前記第２温度との差が予め設定された値以上である場合にその旨を示す情報を出力する
   ことを特徴とする低温貯蔵庫。
2. 被保冷物が収容され外気から断熱された収容部を有する断熱筐体と、前記断熱筐体に設けられ、前記収容部を開閉可能に閉塞する扉と、前記収容部内を冷却する冷却機構と、前記収容部内の温度を計測する温度検知部と、制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記温度検知部の計測する温度が予め設定された目標温度になるように前記冷却機構を制御する温度調節部と、
   第１温度を記憶する第１温度記憶部と、
   前記第１温度よりも高温の第２温度を記憶する第２温度記憶部と、
   前記目標温度を、所定の条件に応じて前記第１温度または前記第２温度に切換設定する目標温度設定部と、
   を備え、
   前記制御部は、更に、前記第１温度と第２温度の組み合わせを複数記憶し、ユーザの選択指示に応じて、選択された組合せの第１温度と第２温度をそれぞれ前記第１温度記憶部と第２温度記憶部に設定する
   ことを特徴とする低温貯蔵庫。