JP7059116B2 - 冷却貯蔵庫 - Google Patents

Description

本発明は、庫内を保冷する通常運転に加えて、庫内を除湿する除湿運転を行う冷却貯蔵庫に関する。

一般的な周知の冷却貯蔵庫では、庫内を冷却する冷却装置が間欠的に駆動されて、庫内温度が目標温度帯の範囲内に維持される。具体的には、庫内温度が目標温度帯の上閾値まで上昇すると冷却装置が駆動され、同温度帯の下閾値まで低下すると冷却装置が停止される。以上の点は本発明においても同様である。

冷却装置の駆動中は、庫内空気に含まれる水分の一部が凍結または凝縮して冷却装置に付着（着霜または結露）することにより、庫内湿度が低下する。一方、冷却装置の停止中は、同装置の着霜や結露の一部が気化することにより、庫内湿度が上昇する。冷却貯蔵庫の周囲の外気温が比較的低い低温環境下では、冷却装置の停止中における庫内温度の上昇が緩やかになるため、同装置の停止時間が長くなる傾向があり、停止時間が極端に長くなると、その間に庫内湿度が大きく上昇して、庫内が高湿状態に陥ることがある。冷却貯蔵庫の保冷対象が、例えば紙箱に入った医薬品である場合に、庫内が高湿状態に陥ると、紙箱が湿気の影響で変形するなどの不都合を招くおそれがある。

上記の不都合を解消する手段は、例えば本出願人が先に提案した特許文献１に記載されている。そこでは庫内にヒーターが配置されており、冷却装置の停止時間が予め設定した所定時間よりも長くなった場合に、ヒーターへの通電が開始される。このヒーターによれば、庫内温度を冷却開始温度、すなわち目標温度帯の上閾値まで速やかに上昇させて、冷却装置の起動を促すことができ、これにより冷却装置の着霜や結露の気化を抑制して、庫内が高湿状態に陥るのを防止することができる。

特開２００７－１９２４６０号公報

特許文献１の冷却貯蔵庫では、冷却装置の停止時間が所定時間を超えてからヒーターへの通電を開始し、庫内温度が冷却開始温度まで上昇して初めて冷却装置を起動させる。つまり、冷却装置を即座に起動させることはできず、同装置の起動までの間に庫内湿度がさらに上昇してしまう。また、冷却装置が起動するまでの間に、ヒーターで暖められた空気が、同装置の着霜や結露のさらなる気化を促進したり、庫内の保冷対象の品質を損なうおそれもある。

本発明は、庫内が高湿状態に陥るおそれが高くなった場合に、冷却装置の着霜や結露の気化を直ちに抑制して、庫内湿度の上昇を防止することができ、しかも、除湿運転中の庫内温度を安定化させて、庫内の保冷対象の品質を良好に保持することができる冷却貯蔵庫を得ることを目的とする。

本発明は、庫内Ｒを冷却する冷却装置７と、庫内Ｒを暖める温度補償用のヒーター９とを制御することにより、庫内Ｒを保冷する通常運転モードと、庫内Ｒを除湿する除湿運転モードとを実行可能な冷却貯蔵庫に関する。外気温度センサ１９で検出される外気温度Ｅが所定の除湿開始温度Ｅ１以下のときに、冷却装置７の連続停止時間Ｔが所定の除湿開始時間Ｔ１に達すると、通常運転モードから除湿運転モードに移行するように設定されており、除湿運転モードに移行すると冷却装置７とヒーター９が同時に起動することを特徴とする。

庫内Ｒの空気を循環させる送風機１０を備えており、送風機１０は、通常運転モードにおいては常時駆動され、除湿運転モードにおいては間欠的に駆動される形態を採ることができる。

通常運転モードにおける送風機１０の回転速度が、冷却装置７の停止中は低速に設定され、冷却装置７の駆動中は中速または高速に設定されており、除湿運転モードにおける送風機１０の駆動時の回転速度が高速に設定されている形態を採ることができる。

通常運転モードから除湿運転モードに移行した直後は、送風機１０を停止状態に維持することができる。

本発明に係る冷却貯蔵庫では、庫内Ｒを除湿する除湿運転モードに移行すると、冷却装置７とヒーター９が同時に起動するようにした。これによれば、除湿運転モードへの移行からタイムラグ無しに冷却装置７を駆動状態に切り換えて、同装置７の着霜や結露の気化を直ちに抑制して、庫内湿度の上昇を防止することができ、さらに同装置７への着霜や結露を促進させて、庫内湿度を低下させることができる。また、冷却装置７と同時にヒーター９を駆動させると、冷却装置７のみを駆動させる場合に比べて、庫内温度Ｄの変化が緩やかになるので、除湿運転モードにおける庫内温度Ｄを安定化させて、庫内Ｒの保冷対象の品質を良好に保持することができる。冷却装置７とヒーター９を同時に駆動させるため、ヒーター９で暖められた空気により冷却装置７の着霜や結露の気化が促進されることもない。さらに本発明では、冷却貯蔵庫が本来備える冷却装置７とヒーター９を駆動させて除湿運転モードを実行するので、冷却装置７とは別の専用の除湿装置を用いる場合に比べて、冷却貯蔵庫の製造コストを削減することができる。

また本発明では、外気温度センサ１９で検出される外気温度Ｅが除湿開始温度Ｅ１以下のときに、冷却装置７の連続停止時間Ｔが除湿開始時間Ｔ１に達すると、通常運転モードから除湿運転モードに移行するように設定した。このように、除湿運転モードへの移行に関して、外気温度Ｅと連続停止時間Ｔに係る２つの条件を設定すると、除湿運転モードへの頻繁な移行を避けることができる。除湿運転モードは、冷却装置７に加えてヒーター９を駆動させることから、通常運転モードに比べて消費電力が大きくなる。そのため、除湿運転モードへの移行を必要最小限とすることにより、冷却貯蔵庫の消費電力を抑制することができる。

庫内Ｒの空気を送風機１０で循環させると、庫内Ｒに温度ムラが生じることを防止して、庫内温度Ｄの均一化を図ることができる一方、冷却装置７の着霜や結露の気化が促進されて、庫内湿度が上昇してしまう。そこで本発明では、通常運転モードにおいては、庫内Ｒが高湿状態に陥るおそれは低いことから、送風機１０を常時駆動させて、庫内温度Ｄの確実な均一化を図る。一方、庫内Ｒの除湿を目的とする除湿運転モードにおいては、送風機１０を間欠的に駆動させて、温度ムラの防止と着霜や結露の気化の抑制とを交互に試みる。これにより、庫内温度Ｄを均一に維持しながら冷却装置７への着霜や結露を促進させて、庫内湿度を低下させることができる。

通常運転モードにおいて、冷却装置７の停止中の送風機１０の回転速度を低速に設定すると、庫内Ｒに温度ムラが生じることを防止しつつ、冷却装置７の着霜や結露の気化を最小限に抑えることができる。また同モードにおいて、冷却装置７の駆動中の送風機１０の回転速度を中速または高速に設定すると、庫内Ｒの空気を活発に循環させて、温度ムラが生じることをより確実に防止して、庫内温度Ｄの均一化を図ることができる。さらに、送風機１０が間欠的に駆動される除湿運転モードにおいて、その駆動時の回転速度を高速に設定すると、その停止中に生じた庫内Ｒの温度ムラを素早く解消して、庫内温度Ｄの均一化を図ることができる。

通常運転モードから除湿運転モードに移行した直後は、庫内湿度が比較的高いことが多く、これを下げることが優先される。そこで本発明では、同モードへの移行の直後は送風機１０を停止状態に維持するようにした。これにより、冷却装置７の着霜や結露の気化を抑制して、同装置７への着霜や結露を促進させて、庫内湿度を速やかに低下させることができる。

本発明を適用した薬用保冷庫の制御系のブロック図である。 薬用保冷庫の概略構成を示す縦断側面図である。 通常運転モードにおける各部の動作を示すタイミングチャートである。 通常運転モードと除湿運転モードの切り換えに係るフローチャートである。 冷却装置の連続停止時間の計時手段に係るフローチャートである。 除湿運転モードとその前後における各部の動作を示すタイミングチャートである。

（実施例） 本発明に係る冷却貯蔵庫を薬用保冷庫に適用した実施例を図１ないし図６に示す。図２において薬用保冷庫は、正面に開口を有する直方体状の断熱箱体１と、断熱箱体１の開口を開閉する断熱扉２とを備える。断熱箱体１と断熱扉２で囲まれる庫内Ｒは、区画板３で貯蔵室４と通気ダクト５に区画されており、断熱扉２に臨む貯蔵室４には、保冷対象である医薬品を載置するための棚板６が上下多段状に設置されている。断熱箱体１の内壁面に沿う通気ダクト５には、庫内Ｒを冷却する冷却装置７を構成する蒸発器８と、庫内Ｒを暖めて冷え過ぎを防止する温度補償用のヒーター９と、庫内Ｒの空気を循環させるための庫内ファン（送風機）１０とが配置されている。庫内ファン１０が駆動すると、貯蔵室４内の空気が通気ダクト５に吸い込まれて、蒸発器８とヒーター９を通過した後、区画板３の上下複数個所に開口した吹出口から貯蔵室４へ吹き出される。通気ダクト５における蒸発器８の上流側には、貯蔵室４から吸い込まれた空気（蒸発器８で冷却される前の空気）の温度を検出する庫内温度センサ１１が設けられている。

断熱箱体１の下側に区画された機械室１４には、蒸発器８と共に冷却装置７を構成する圧縮機１５と凝縮器１６と冷却ファン１７などが配置されている。冷却ファン１７が駆動すると、機械室パネル１８に形成された一群の通気口を介して、薬用保冷庫の周囲の外気が機械室１４に取り込まれる。機械室パネル１８の内面には、この外気の温度を検出する外気温度センサ１９が設けられている。外気温度センサ１９は、凝縮器１６の目詰まりを検出する警報センサを兼ねることができる。断熱箱体１の正面上部には制御ボックス２２が配置されており、制御ボックス２２に収容された制御部２３（図１参照）によって、冷却装置７（圧縮機１５・冷却ファン１７）とヒーター９と庫内ファン１０などの駆動状態が制御される。制御部２３は、庫内Ｒを保冷する通常運転モードに加えて、庫内Ｒを除湿する除湿運転モードを実行することができる。

通常運転モードにおける制御部２３は、主に冷却装置７のオンオフ制御を行って、庫内温度センサ１１で検出される庫内温度Ｄを目標温度帯の範囲内に維持する。具体的には、図３のタイミングチャートに示すように、目標温度Ｄ０を中心とする（Ｄ０±α）℃の目標温度帯を設定し、当該温度帯の上閾値すなわち（Ｄ０＋α）℃を、冷却装置７の駆動を開始する冷却開始温度Ｄｏｎとし、当該温度帯の下閾値すなわち（Ｄ０－α）℃を、冷却装置７の駆動を停止する冷却停止温度Ｄｏｆｆとする。本実施例では目標温度Ｄ０を５℃に設定し、温度幅αを１℃に設定した。つまり、本実施例における冷却開始温度Ｄｏｎは６℃であり、冷却停止温度Ｄｏｆｆは４℃である。

通常運転モードにおける庫内ファン１０は、冷却装置７の運転状態にかかわらず常時駆動されており、具体的には、冷却装置７の停止中は低速で駆動され（時点ｔ１～ｔ２）、冷却装置７の駆動中は中速ないし高速で駆動される（時点ｔ２～ｔ４）。より詳しくは、冷却装置７が起動してから、圧縮機１５のオン保護時間Ｔｏｎ（駆動状態を維持すべき下限時間：本実施例では３分）が経過するまでは、庫内ファン１０は中速で駆動され（時点ｔ２～ｔ３）、同時間Ｔｏｎの経過後は高速で駆動される（時点ｔ３～ｔ４）。

冷却装置７の駆動初期に庫内ファン１０を中速で駆動させるのは、庫内Ｒの急激な冷え込みを防止するためである。また、冷却装置７の停止中に庫内ファン１０を低速で駆動させるのは、庫内Ｒに温度ムラが生じることを防止しつつ、蒸発器８に付着した霜や水滴（着霜や結露）の気化を最小限に抑えるためである。庫内ファン１０を低速で駆動させることは、冷却装置７の停止直後の冷え込みを抑えつつ、庫内温度Ｄの上昇を緩やかにすることにも寄与しており、これにより圧縮機１５の停止時間を長くして、その運転率を下げることができる。圧縮機１５の運転率を下げると、その寿命を伸ばすとともに、薬用保冷庫の運転時の消費電力を削減することができる。

外気温度センサ１９で検出される外気温度Ｅが比較的低くなると、圧縮機１５のオン保護時間Ｔｏｎが経過する前に、庫内温度Ｄが冷却停止温度Ｄｏｆｆまで低下するおそれがある。これを解消するために制御部２３は、圧縮機１５が起動してからオン保護時間Ｔｏｎが経過する前に、庫内温度Ｄが目標温度Ｄ０まで低下すると、ヒーター９への通電を開始する（時点ｔ６；ｔ６－ｔ５＜Ｔｏｎ）。本実施例では、ヒーター９の加熱能力は冷却装置７の冷却能力よりも小さく設定されているため、ヒーター９の通電中も庫内温度Ｄは低下し続けるが、その低下速度は冷却装置７のみを駆動させる場合よりも緩やかになる（時点ｔ６～ｔ７）。これにより、圧縮機１５のオン保護時間Ｔｏｎが経過する前に、庫内温度Ｄが冷却停止温度Ｄｏｆｆまで低下することを確実に防止できる。

制御部２３は、圧縮機１５が起動してからオン保護時間Ｔｏｎが経過すると、上記のおそれが解消されたとしてヒーター９を停止させる（時点ｔ７；ｔ７－ｔ５＝Ｔｏｎ）。ヒーター９の停止後の庫内温度Ｄは、冷却装置７の起動直後（時点ｔ５～ｔ６）と同等の速度で低下する（時点ｔ７～ｔ８）。庫内温度Ｄが冷却停止温度Ｄｏｆｆまで低下すると、制御部２３は冷却装置７を停止させて、庫内ファン１０を低速に切り換える（時点ｔ８）。なお本実施例では、庫内温度Ｄが目標温度Ｄ０まで低下した時点ｔ６に、庫内ファン１０を中速から高速に切り換えるようにしたが、この切り換えは、オン保護時間Ｔｏｎが経過してヒーター９が停止する時点ｔ７に行うこともできる。

外気温度Ｅがさらに低い低温環境下では、圧縮機１５のオン保護時間Ｔｏｎが経過する前に、庫内温度Ｄが冷却停止温度Ｄｏｆｆまで低下するおそれがより高くなる。このような場合に制御部２３は、庫内温度Ｄが冷却開始温度Ｄｏｎまで上昇した時点で、冷却装置７とヒーター９を同時に起動させ（時点ｔ９）、両者７・９の起動からオン保護時間Ｔｏｎが経過すると、ヒーター９を停止させて庫内ファン１０を高速に切り換える（時点ｔ１０）。ヒーター９の停止後の庫内温度Ｄは、先の時点ｔ５～ｔ６や時点ｔ７～ｔ８と同等の速度で低下する。なお、外気温度Ｅが極端に低く、冷却装置７を駆動しなくても庫内温度Ｄが低下するような環境下では、ヒーター９に通電することにより庫内Ｒの冷え込みを防止することができる。

また低温環境下では、冷却装置７の停止中における庫内温度Ｄの上昇が緩やかになるため、同装置７の停止時間が長くなる傾向がある。冷却装置７の停止中は、蒸発器８の着霜や結露が気化して庫内湿度が上昇するため、停止時間が極端に長くなると、その間に庫内湿度が大きく上昇して、庫内が高湿状態に陥ることがある。このおそれが高くなった場合に、本実施例に係る薬用保冷庫は、通常運転モードから除湿運転モードに移行して、庫内Ｒの除湿を開始する。

具体的には、図４のフローチャートに示すように、外気温度センサ１９で検出される外気温度Ｅが所定の除湿開始温度Ｅ１以下（ステップＳ１でＹＥＳ）のときに、第１計時手段２５（図１参照）で計時される冷却装置７の連続停止時間Ｔが所定の除湿開始時間Ｔ１に達すると（ステップＳ２でＹＥＳ）、通常運転モードから除湿運転モードに移行する（ステップＳ３）。本実施例では、除湿開始温度Ｅ１を１５℃に設定し、除湿開始時間Ｔ１を１５分に設定した。第１計時手段２５は、図５のフローチャートに示すように、冷却装置７が停止すると（ステップＳ１１でＹＥＳ）、連続停止時間Ｔの計時を開始し（ステップＳ１２）、冷却装置７が起動すると（ステップＳ１３でＹＥＳ）、連続停止時間Ｔをリセットして計時を終了する（ステップＳ１４）。

除湿運転モードに移行すると、第２計時手段２６（図１参照）が除湿経過時間Ｐの計時を開始し、同時間Ｐが所定の除湿完了時間Ｐ１に達すると（ステップＳ４でＹＥＳ）、通常運転モードに復帰する（ステップＳ５）。本実施例では除湿完了時間Ｐ１を４分に設定した。なお、第１計時手段２５と第２計時手段２６は同時に作動しないため、１つのタイマーが両手段２５・２６を兼ねるようにしてもよい。

図６のタイミングチャートにおいて、除湿運転モードに移行する前の時点ｔ１１では、庫内温度Ｄが冷却停止温度Ｄｏｆｆまで低下して冷却装置７が停止している。次の時点ｔ１２では、冷却装置７の連続停止時間Ｔが除湿開始時間Ｔ１に達して（ｔ１２－ｔ１１＝Ｔ１）、除湿運転モードに移行して、冷却装置７とヒーター９が起動し、また庫内ファン１０が停止している。同モードにおいて冷却装置７とヒーター９は常時駆動される。冷却装置７が駆動することにより、蒸発器８の着霜や結露の気化が抑制され、さらに蒸発器８への着霜や結露が進行して、庫内湿度が低下する。また上記のように、ヒーター９の加熱能力は冷却装置７の冷却能力よりも小さいため、冷却装置７と同時にヒーター９を駆動させると、庫内温度Ｄは緩やかに低下する。これにより、除湿運転モードにおける庫内温度Ｄを目標温度帯の範囲内で安定化させて、庫内Ｒに貯蔵された医薬品の品質を良好に保持することができる。

除湿運転モードにおける庫内ファン１０は間欠的に駆動されて、停止状態と駆動状態（高速）を交互に繰り返す。本実施例では、除湿運転モードが実行される４分間（除湿完了時間Ｐ１）を、２分間の周期Ｃに二分割し、各周期Ｃの前半の１分間は庫内ファン１０を停止させ、後半の１分間は庫内ファン１０を駆動させるようにした。なお、周期Ｃにおける庫内ファン１０の停止時間と駆動時間は同一である必要はなく、一方を他方より長く設定してもよい。また本実施例では、説明の便宜上、除湿完了時間Ｐ１が周期Ｃの倍数となるように両パラメータを設定したが、本発明においてこれは必須ではない。なお、除湿完了時間Ｐ１を周期Ｃの倍数としない場合は、最後の周期Ｃの途中で除湿運転モードは終了する。

庫内ファン１０の駆動中は、庫内Ｒに温度ムラが生じることを防止して、庫内温度Ｄの均一化を図ることができ、また庫内ファン１０の停止中は、蒸発器８の着霜や結露の気化を抑制して、さらに着霜や結露を促進させることができる。従って、本実施例のように庫内ファン１０を間欠的に駆動させると、温度ムラの防止と着霜や結露の気化の抑制とを交互に試みて、庫内温度Ｄを均一に維持しながら蒸発器８への着霜や結露を促進させて、庫内湿度を低下させることができる。除湿運転モードに移行した直後に庫内ファン１０を停止させるのは、移行の直後は庫内湿度が比較的高いことが多く、着霜や結露の気化を抑制して庫内湿度を下げることが優先されるためである。

次の時点ｔ１３では、除湿運転モードに移行してからの除湿経過時間Ｐが除湿完了時間Ｐ１に達して（ｔ１３－ｔ１２＝Ｐ１）、通常運転モードに復帰して、ヒーター９が停止している。冷却装置７は、庫内温度Ｄが冷却停止温度Ｄｏｆｆよりも高いことから駆動状態に維持され、庫内ファン１０も駆動状態（高速）に維持されている。次の時点ｔ１４では、庫内温度Ｄが冷却停止温度Ｄｏｆｆまで低下したことに伴い、冷却装置７が停止し、また庫内ファン１０が低速に切り換わっている。

上記の実施例では、圧縮機１５や蒸発器８を含む冷凍サイクルで冷却装置７を構成したが、これ以外に例えばペルチェ素子などの熱電素子で冷却装置７を構成してもよい。ヒーター９も熱電素子で構成することができる。ヒーター９の加熱能力は、冷却装置７の冷却能力と同じであってもよく、冷却能力を上回っていてもよい。加熱能力が冷却能力を上回る場合は、除湿運転モードにおいてヒーター９を間欠的に駆動させて、庫内温度Ｄを目標温度帯の範囲内に維持することができる。本発明は、上記の実施例で示した薬用保冷庫以外に、例えば湿気を嫌う食品用の冷却貯蔵庫などにも適用することができる。

７ 冷却装置
９ ヒーター
１０ 送風機（庫内ファン）
１９ 外気温度センサ
Ｒ 庫内
Ｅ 外気温度
Ｅ１ 除湿開始温度
Ｔ 連続停止時間
Ｔ１ 除湿開始時間

Claims (4)

1. 庫内（Ｒ）を冷却する冷却装置（７）と、庫内（Ｒ）を暖める温度補償用のヒーター（９）とを制御することにより、庫内（Ｒ）を保冷する通常運転モードと、庫内（Ｒ）を除湿する除湿運転モードとを実行可能な冷却貯蔵庫であって、
   外気温度センサ（１９）で検出される外気温度（Ｅ）が所定の除湿開始温度（Ｅ１）以下のときに、冷却装置（７）の連続停止時間（Ｔ）が所定の除湿開始時間（Ｔ１）に達すると、通常運転モードから除湿運転モードに移行するように設定されており、
   除湿運転モードに移行すると冷却装置（７）とヒーター（９）が同時に起動することを特徴とする冷却貯蔵庫。
2. 庫内（Ｒ）の空気を循環させる送風機（１０）を備えており、
   送風機（１０）は、通常運転モードにおいては常時駆動され、除湿運転モードにおいては間欠的に駆動される請求項１に記載の冷却貯蔵庫。
3. 通常運転モードにおける送風機（１０）の回転速度が、冷却装置（７）の停止中は低速に設定され、冷却装置（７）の駆動中は中速または高速に設定されており、
   除湿運転モードにおける送風機（１０）の駆動時の回転速度が高速に設定されている請求項２に記載の冷却貯蔵庫。
4. 通常運転モードから除湿運転モードに移行した直後は、送風機（１０）が停止状態に維持される請求項２または３に記載の冷却貯蔵庫。

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