WO2020054252A1 - 冷却装置 - Google Patents

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cooling
condenser
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巧 西村
佐藤　貢
満将 白田
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Ｐｈｃホールディングス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a cooling device.
  • compressors with the same specifications are used in common for cooling units with different specifications for the purpose of reducing manufacturing costs, etc.
  • the performance of the compressor may be improved.
  • the temperature of the storage room (hereinafter, referred to as “inside temperature”) becomes lower than the low-side threshold. Therefore, when the temperature in the refrigerator becomes lower than the low-temperature threshold, the operation of the compressor is temporarily stopped, and thereafter, when the temperature in the refrigerator exceeds the high-temperature threshold, the operation of the compressor is restarted.
  • the compressor consumes more energy at startup than during operation.
  • the start and stop of the compressor are alternately performed, so that the energy consumption increases.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a cooling device capable of constantly suppressing the occurrence of dew condensation and suppressing energy consumption.
  • a cooling device of the present invention includes a storage having an opening, a door that opens and closes the opening, and a cooling unit that cools the inside of the storage.
  • the cooling unit includes a compressor, a condenser, a blower that blows air to the condenser and the compressor, and a frame pipe.
  • the frame pipe is disposed near the opening, and the refrigerant discharged from the compressor and before reaching the condenser flows.
  • the occurrence of dew can be constantly suppressed, and the energy consumption can be suppressed.
  • FIG. 1 Perspective view showing the overall configuration of the ultra-low temperature freezer Schematic plan view showing the configuration inside the machine room Refrigerant circuit diagram of cooling unit
  • Functional block diagram of control unit for cooling unit The figure which shows an example of the compressor control and the fan control of the control device of a cooling unit.
  • each configuration of each embodiment can be variously modified and implemented without departing from the spirit thereof.
  • each configuration of each embodiment can be selected or removed as needed, or can be appropriately combined.
  • the cooling device is a concept including a refrigerating device, a refrigerating device, an ultra-low temperature freezer, and a device having these functions in combination.
  • the ultra-low temperature freezer cools the inside of a storage chamber to an ultra-low temperature (for example, about -80 ° C.), and is used for, for example, ultra-low temperature preservation of frozen foods, living tissues or specimens.
  • the side facing the user during use (the side with the door that opens and closes the storage) is the front, and the opposite is the rear.
  • the left and right are determined based on the case where the user looks from the front to the rear.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the ultra-low temperature freezer.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing the configuration inside the machine room.
  • the ultra-low temperature freezer 1 includes a storage 2, an inner door 3, an outer door 4, and a machine room 5, as shown in FIG.
  • the storage 2 is a housing provided with a storage room 20 opening forward.
  • the storage room 20 is a space in which a storage target is stored.
  • the storage room 20 is divided by the partition wall 21 into two storage rooms (internal spaces) 22U and 22D arranged vertically.
  • the upper storage room 22U is also referred to as “upper room”
  • the lower storage room 22D is also referred to as “lower room”.
  • storage rooms 22 are referred to as storage rooms 22.
  • Each storage room 22 is further divided into upper and lower parts by a partition wall 23.
  • the inner door 3 is provided for each storage room 22, and is provided in the storage 2 in two stages, upper and lower.
  • the right edge of each inner door 3 is fixed to the front right edge of the storage 2 by a plurality of hinges 16 arranged vertically.
  • the outer door 4 is fixed to the front right edge of the storage 2 by a plurality of hinges (not shown) provided vertically above and outside the inner door 3 (that is, on the right side).
  • the opening 22a of the storage room 22 is opened and closed by the inner door 3 and the outer door 4, respectively.
  • a packing 10 is provided along the entire periphery of the inner wall surface of the inner door 3.
  • a packing 15 is provided on the entire periphery of the inner wall surface of the outer door 4.
  • the machine room 5 is provided below the storage 2, and the main part of the cooling unit 6 of the storage room 22 is stored therein as shown in FIG. 2.
  • one condenser 61 (condenser) is provided in the front row over substantially the entire width
  • two fans 67 (blowers) are provided side by side in the center row
  • two compressors 60 ( Compressors) are provided side by side.
  • the refrigerant pipe is omitted.
  • the compressor 60 and the fan 67 arranged on the right side are used for cooling the upper chamber 22U (may be used for cooling the lower chamber 22D), and the compressors 60 arranged on the left side, respectively.
  • the fan 67 is used for cooling the lower chamber 22D.
  • the condenser 61 is used for cooling both the upper chamber 22U and the lower chamber 22D (may be used for cooling the upper chamber 22U). That is, in the machine room 5, the cooling unit 6 of the upper chamber 22U is installed mainly on the right side, and the cooling unit 6 of the lower chamber 22D is installed mainly on the left side.
  • the compressor 60 is a DC electric compressor that uses an AC power supply as a power supply, and includes a driving electric motor and an inverter that controls the number of revolutions of the electric motor. Omitted).
  • the fan 67 uses an AC power supply as a power supply, and includes a DC electric motor (hereinafter referred to as a “fan motor”) 67 a for driving.
  • the ultra low temperature freezer 1 includes a control device 100 in the cooling unit 6. Further, in each of the upper chamber 22U and the lower chamber 22D, an internal temperature sensor 50 for detecting the indoor temperature (hereinafter referred to as “internal temperature”) is provided (for the control device 100 and the internal temperature sensor 50). FIG. 4).
  • FIG. 3 is a refrigerant circuit diagram of the cooling unit.
  • the arrow in FIG. 3 indicates the direction in which the refrigerant flows.
  • the cooling unit 6 includes a compressor 60, a condenser 61, a dehydrator 62, a capillary tube 63, an evaporator 64, and a header 65, which are connected in a ring by a refrigerant pipe in this order.
  • the cooling unit 6 further includes a frame pipe 66 described below and the above-described fan 67 that supplies air to the condenser 61.
  • the dehydrator 62 and the capillary tube 63 are arranged in the machine room 5, but are not shown in FIG.
  • the high-temperature refrigerant compressed by the compressor 60 is once discharged to the frame pipe 66.
  • the frame pipe 66 is provided near the opening 22a of the upper chamber 22U or the lower chamber 22D, and heats the opening 22a to prevent dew condensation. Note that the frame pipe 66 is omitted in FIG.
  • the refrigerant that has passed through the frame pipe 66 returns to the compressor 60 (there is no need to return to the compressor 60), then flows to the condenser 61, and is supplied to the condenser 61 by the fan 67 by the operation of the fan motor 67a. Exchanges heat with air to release heat.
  • the refrigerant that has passed through the condenser 61 is dehydrated by the dehydrator 62, and then expands when passing through the capillary tube 63, flows into the evaporator 64, and evaporates.
  • the evaporator 64 is disposed in the upper chamber 22U or the lower chamber 22D, and the refrigerant vaporized by the evaporator 64 cools the upper chamber 22U or the lower chamber 22D.
  • the refrigerant that has passed through the evaporator 64 returns to the compressor 60 via the header 65.
  • the fan 67 supplies the air supplied to the condenser 61 to the compressor 60, that is, blows the air. Thereby, the fan 67 not only cools the condenser 61 but also cools the compressor 60.
  • FIG. 4 is a functional block diagram of the control device of the cooling unit.
  • one control device 100 is provided for two cooling units 6, the cooling unit 6 for the upper chamber 22 ⁇ / b> U and the cooling unit 6 for the lower chamber 22 ⁇ / b> D.
  • the control device 100 includes a compressor control unit 101 and a fan motor control unit 102 as functions.
  • the compressor control unit 101 controls the operation of the compressor 60 so that the inside temperature T of each storage room 22 is substantially within a predetermined temperature range. Specifically, when the internal temperature T detected by the internal temperature sensor 50 is lower than the low temperature threshold value TMIN (T ⁇ TMIN), the compressor control unit 101 stops the compressor 60 and sets the internal temperature. When T is higher than the high temperature threshold value TMAX (T> TMAX), the compressor 60 is operated. Thereby, the inside temperature T is controlled so as to substantially fall within a predetermined temperature range (inside temperature control range) between the low temperature threshold value TMIN and the high temperature threshold value TMAX.
  • the compressor control unit 101 controls the compressor 60 (specifically, the frequency of the inverter and thus the electric power) so that the output (hereinafter referred to as “compressor output”) Pc increases continuously or stepwise as the internal temperature T increases. Motor speed). Immediately after the power of the ultra-low temperature freezer 1 is turned on, the compressor control unit 101 causes the compressor 60 to operate at a higher output, thereby rapidly cooling the storage room 22.
  • the fan motor control unit 102 decreases the output (hereinafter, referred to as “fan motor output”) Pf of the fan motor 67a (more specifically, controls the frequency of the inverter) as the internal temperature T decreases, and controls the fan motor 67a. Reduce output. That is, the amount of air blown by the fan 67 is reduced as the internal temperature T decreases.
  • the fan motor control unit 102 sets the fan motor output Pf to the initial output Pf1. Then, the fan motor control unit 102 decreases the fan motor output Pf continuously or stepwise from the initial output Pf1 as the internal temperature T decreases. Further, when the operation is restarted after the compressor 60 has stopped once, the fan motor control unit 102 sets the fan motor output Pf to the initial output Pf1 again. Note that the fan motor control unit 102 may increase the fan motor output Pf continuously or stepwise as the internal temperature T increases.
  • the fan motor control unit 102 may decrease the fan motor output and decrease the amount of air blown by the fan 67 as the elapsed time tc from the start of the operation of the compressor 60 increases.
  • a timer function is provided to the fan motor control unit 102, and the timer function is used to count an elapsed time tc after the compressor 60 starts operating. Then, the fan motor output Pf is reduced as the elapsed time tc becomes longer.
  • the fan motor control unit 102 sets the fan motor output Pf to the initial output Pf1. Then, fan motor control section 102 continuously or stepwise decreases fan motor output Pf from initial output Pf1 as elapsed time tc (see FIG. 5) from start of operation of compressor 60 increases. .
  • the fan motor control unit 102 resets the elapsed time tc after resetting the elapsed time tc, and sets the fan motor output Pf to the initial output Pf1 again. .
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of compressor control and fan motor control of the control device of the cooling unit. More specifically, FIG. 5 is a graph in which the elapsed time t from when the power of the cooling device 1 is turned on is set as a common horizontal axis, the vertical axis is a compressor output Pc, and the vertical axis is a fan motor output Pf.
  • FIG. 3 is a diagram showing a graph in which the vertical axis is the inside temperature T arranged in this order from the top.
  • the compressor control unit 101 rapidly cools the inside of the storage room 22 as described above for a period tpld, which is an elapsed time t1 to t2 shortly after the power of the cooling device 1 is turned on.
  • the output of the compressor 60 is controlled to be higher.
  • the fan motor control unit 102 starts the operation of the fan motor 67a at the initial output Pf1, and starts the blowing by the fan 67. After that, the fan motor control unit 102 decreases the fan motor output Pf as the inside temperature T decreases.
  • the compressor control unit 101 temporarily stops the compressor 60 because the internal temperature T has fallen below the low temperature threshold value TMIN.
  • the fan motor output Pf may be reduced to a predetermined value at once, or the fan motor output Pf may be set to 0 to stop the fan 67. That is, the amount of air blown by the fan 67 to the compressor 60 is reduced or stopped. Thereby, the temperature of the refrigerant in the frame pipe 66 can be maintained at a higher temperature, and the dew condensation at the opening 22a of the storage room 20 can be further suppressed.
  • the compressor control unit 101 sets the compressor 60 Is restarted, and the fan motor control unit 102 increases the fan motor output Pf to the initial output Pf1.
  • the compressor control unit 101 gradually reduces the compressor output Pc, and the fan motor control unit 102 decreases the fan motor output Pf.
  • the compressor control unit 101 temporarily stops the compressor 60.
  • the fan motor output Pf may be reduced to a predetermined value at once, or the fan motor output Pf may be set to 0 to stop the fan 67.
  • the compressor control unit 101 restarts the operation of the compressor 60, and the fan motor control unit 102 increases the fan motor output Pf to the initial output Pf1. .
  • FIG. 6 is a graph in which the horizontal axis indicates the elapsed time t from when the power of the cooling device 1 is turned on, and the vertical axis indicates the temperature T in the refrigerator. It is a figure showing an example of change of each in-compartment temperature.
  • the internal temperature of the ultra low temperature freezer 1 of the present embodiment is indicated by a solid line
  • the internal temperature of the conventional ultra low temperature freezer is indicated by a two-dot chain.
  • the conventional ultra-low temperature freezer means a fan motor output Pf that is constant regardless of the elapsed time t.
  • the internal temperature T of the ultra-low temperature freezer 1 and that of the conventional ultra-low temperature freezer are both the elapsed time t10 so that the internal temperature T of the ultra-low temperature freezer 1 of the present embodiment and the conventional ultra-low temperature freezer can be easily compared.
  • TMIN the low temperature threshold value
  • the internal temperature T gradually decreases from the time when the operation of the compressor 60 is restarted (at the time of start-up), and the fan motor output Pf gradually decreases in accordance with the decrease in the internal temperature T.
  • the degree to which the compressor 60 is cooled by the blowing of the fan 67 also gradually decreases from the time when the operation of the compressor 60 is restarted (when it is started).
  • the degree of cooling of the compressor 60 decreases, the temperature of the refrigerant flowing through the compressor 60 becomes relatively high, and as a result, the specific gravity of the refrigerant decreases, and the refrigerant discharge amount by the compressor 60 decreases.
  • the performance of the compressor 60 and, consequently, the cooling performance of the cooling unit 6 are reduced, and the rate of decrease in the internal temperature T is lower than in a conventional ultra-low temperature freezer in which the fan motor output Pf is constant.
  • the refrigerant of the ultra-low temperature freezer 1 has a higher temperature than the refrigerant of the conventional ultra-low temperature freezer. That is, the cold storage amount of the cooling unit 6 decreases.
  • the period during which high-temperature refrigerant cannot be supplied from the compressor 60 to the frame pipe 66 that is, the period during which dew condensation at the opening 22a of the storage 2 cannot be sufficiently suppressed, and the period during which the temperature of the frame pipe 66 decreases are shortened. be able to. Therefore, according to the ultra-low temperature freezer 1 of the present embodiment, the occurrence of dew condensation can be constantly suppressed.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of compressor control and fan control of the control unit of the cooling unit.
  • the cooling unit according to the second embodiment is different from the cooling unit according to the first embodiment only in the compressor control and the fan control. Therefore, only the compressor control and the fan control will be described.
  • the control device 100 is configured as shown in FIG. 4 similarly to the first embodiment, and includes a compressor control unit 101 and a fan motor control unit 102. Unlike the first embodiment, the compressor control unit 101 controls the compressor output Pc to be constant. The fan motor control unit 102 decreases the fan motor output Pf continuously or stepwise as the inside temperature T detected by the inside temperature sensor 50 increases.
  • the fan motor control unit 102 controls the fan motor output Pf as shown in FIG. That is, the fan motor control unit 102 increases the rotation speed of the fan motor 67a and increases the fan motor output Pf during the period P + in which the internal temperature T exceeds the high temperature threshold value TMAX. On the other hand, during a period P- in which the internal temperature T is lower than the low temperature threshold value TMIN, the rotation speed of the fan motor 67a is reduced to reduce the fan motor output Pf.
  • the performance of the compressor output Pc is reduced by reducing the fan motor output Pf, and the amount of heat radiated from the condenser 61 is reduced. Reduce output.
  • the performance of the compressor output Pc is increased by increasing the fan motor output Pf, and the amount of heat radiated from the condenser 61 is increased to reduce the output of the cooling unit 6. To raise. Thereby, the inside temperature T can be substantially kept within the predetermined temperature range.
  • the fan motor control unit 102 may decrease the fan motor output Pf as the inside temperature T is lower when the inside temperature T falls between the low temperature threshold value TMIN and the high temperature threshold value TMAX. Good. Further, the fan motor control unit 102 temporarily stops the fan 67 when the inside temperature T falls below the low temperature threshold value TMIN, and then restarts the fan 67 when the inside temperature T exceeds the high temperature threshold value TMAX. You may do so.
  • the compressor 60 in addition to obtaining the same effects as those of the first embodiment, since the start and stop of the compressor 60 are not repeated, the compressor 60 suffers at the time of start. Stress can be reduced, and the life of the compressor 60 can be made longer than in the first embodiment. Also, since the start and stop of the fan motor 67a are not repeated, the stress applied to the fan motor 67a at the time of start is reduced, and the life of the fan motor 67a can be made longer than in the first embodiment.
  • the present invention is applied to the cooling device provided with one compressor 60 for cooling each storage room 22.
  • the present invention applies two cooling units for cooling one storage room.
  • the present invention can also be applied to a type of cooling device provided with a compressor.
  • the present invention is applied to the cooling device having the configuration in which the inner door 3 and the outer door 4 are provided at the front, but the present invention is not limited to the application to the cooling device having such a configuration.
  • the present invention also relates to a cooling device having an upper outer door in the upper front part of the storage and a lower outer door in the lower front part of the storage, i.e., a cooling device having two upper and lower outer doors in front of the storage. Applicable.
  • the present invention can be applied to a cooling device provided with a door such as an upper lid that opens and closes an opening of a storage that opens upward.
  • the occurrence of dew condensation can be constantly suppressed, and the energy consumption can be suppressed. Therefore, its industrial applicability is enormous.

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Abstract

冷却装置は、開口を有する貯蔵庫と、前記開口を開閉する扉と、前記貯蔵庫の内部を冷却する冷却ユニットとを備える。前記冷却ユニットは、圧縮機と、凝縮器と、前記凝縮器及び前記圧縮機に送風する送風装置と、フレームパイプとを有する。前記フレームパイプは、前記開口の近傍に配設され、前記圧縮機から吐出され前記凝縮器に到達する前の冷媒が流れる。前記貯蔵庫の内部の温度である庫内温度が低いほど、又は、前記圧縮機が作動を開始してから経過時間が長くなるほど、前記送風装置の送風量を減少させる。前記送風装置の送風量を減少させることには、前記送風装置による送風を停止させることが含まれる。

Description

冷却装置
　本発明は、冷却装置に関する。
　超低温フリーザやメディカルフリーザに例示される冷却装置では、貯蔵室の開口縁の近傍に設けられたパッキンの近傍に結露が生じやすい。
　そこで、従来、圧縮機から吐出された高温の冷媒を、貯蔵室の開口縁の近傍に配設されたフレームパイプに供給して、貯蔵室の開口縁を加熱することで、結露を防止するようにしている（例えば特許文献１参照）。
特開２０１６－０７０５７１号公報
　製造コストの低減などを目的として、同一仕様の圧縮機を、異なる仕様の冷却装置に共通して使用した場合、貯蔵室が小さい等、必要な冷却性能が低い冷却装置では、当該冷却性能に比べて圧縮機の性能が高めとなることがある。
　このような場合、圧縮機を最低出力で運転させても、貯蔵室の温度（以下「庫内温度」という）が低温側の閾値未満となってしまう。このため、庫内温度が低温側の閾値未満になると、圧縮機の運転が一旦停止され、その後、庫内温度が高温側の閾値を超えると、圧縮機の運転が再開される。
　しかしながら、圧縮機の運転が停止される期間は、フレームパイプに高温の冷媒を供給できないので、フレームパイプにより貯蔵室の開口縁を加熱できず、この期間、結露の発生を抑制できない。
　また、圧縮機では、運転中よりも起動時に大きなエネルギが消費される。上述したような運転の態様では、圧縮機の起動と停止とが交互に繰り替えし行われることになるので、消費エネルギが大きくなってしまう。
　本発明は、このような課題を解決するために創案されたものであり、結露の発生を定常的に抑制でき、消費エネルギを抑制できるようにした冷却装置の提供を目的とする。
　上記従来の課題を解決するために、本発明の冷却装置は、開口を有する貯蔵庫と、前記開口を開閉する扉と、前記貯蔵庫の内部を冷却する冷却ユニットとを備える。前記冷却ユニットは、圧縮機と、凝縮器と、前記凝縮器及び前記圧縮機に送風する送風装置と、フレームパイプとを有する。前記フレームパイプは、前記開口の近傍に配設され、前記圧縮機から吐出され前記凝縮器に到達する前の冷媒が流れる。前記貯蔵庫の内部の温度である庫内温度が低いほど、又は、前記圧縮機が作動を開始してから経過時間が長くなるほど、前記送風装置の送風量を減少させる。
　本発明によれば、結露の発生を定常的に抑制でき、消費エネルギを抑制できる。
超低温フリーザの全体構成を示す斜視図 機械室の内部の構成を示す模式的な平面図 冷却ユニットの冷媒回路図 冷却ユニットの制御装置の機能ブロック図 冷却ユニットの制御装置の圧縮機制御及びファン制御の一例を示す図 冷却装置の電源がオンされてからの経過時間を横軸とし、縦軸を庫内温度としたグラフを示す図 冷却ユニットの制御装置の圧縮機制御及びファン制御の一例を示す図
　以下、本発明の実施の形態に係る冷却装置ついて、図面を参照しながら説明する。以下に示す各実施の形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の各実施の形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。また、各実施の形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに、各実施の形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
　以下の各実施形態では、本発明の冷却装置を超低温フリーザに適用した例を説明する。なお、冷却装置とは、冷凍装置や、冷蔵装置や、超低温フリーザや、これらの機能を併せ持つものを含む概念である。超低温フリーザとは、貯蔵室内を超低温（例えば－８０℃程度）まで冷却するものであり、例えば冷凍食品、生体組織あるいは検体などの超低温保存に用いられる。
　また、超低温フリーザにおいて、使用時にユーザが正対する側（貯蔵庫の開口を開閉する扉のある側）を前、その反対を後とする。また、前から後に向かって視た場合を基準に左右を定める。
　なお、各実施の形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その説明を省略することもある。
［１．第一実施形態］
　［１－１．構成］
　　［１－１－１．全体構成］
　以下、本発明の第一実施形態としての超低温フリーザの全体構成について図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。図１は、超低温フリーザの全体構成を示す斜視図である。図２は、機械室の内部の構成を示す模式的な平面図である。
　超低温フリーザ１は、図１に示すよう、貯蔵庫２と、内扉３と、外扉４と、機械室５とを備える。
　貯蔵庫２は、前方に開口する貯蔵室２０を備えた筐体である。貯蔵室２０は、保存対象が収容される空間である。
　貯蔵室２０は、仕切壁２１により、上下に並ぶ２つの貯蔵室（内部空間）２２Ｕ，２２Ｄに分割される。以下、上方の貯蔵室２２Ｕを「上室」ともいい、下方の貯蔵室２２Ｄを「下室」ともいう。また、上室２２Ｕと下室２２Ｄとを区別しない場合は貯蔵室２２という。なお、各貯蔵室２２は仕切壁２３によりさらに上下に２分割される。
　内扉３は、各貯蔵室２２に対して設けられており、貯蔵庫２に上下二段に設けられている。各内扉３の右縁は、貯蔵庫２の前面右縁に、上下に並設された複数のヒンジ１６により固定される。外扉４は、貯蔵庫２の前面右縁に、内扉３よりも外側（つまり右側）において、上下に設けられた図外の複数のヒンジにより固定される。
　このような構成により、貯蔵室２２の開口部２２ａが、それぞれ、内扉３と外扉４とによって開閉されるようになっている。
　内扉３の内壁面の周縁部には全周に亘ってパッキン１０が設けられている。同様に、外扉４の内壁面の周縁部には全周に亘ってパッキン１５が設けられている。パッキン１０，１５を設けることで、内扉３及び外扉４を閉じたときの内扉３及び外扉４と貯蔵庫２の密着性が向上し、貯蔵室２２の密閉性が向上する。
　機械室５は、本実施形態では、貯蔵庫２の下部に設けられ、その内部には、貯蔵室２２の冷却ユニット６の要部が図２に示すように格納される。具体的には、前列に略全幅に亘って１つのコンデンサ６１（凝縮器）が設けられ、中央列に２つのファン６７（送風装置）が左右に並べて設けられ、後列に２つの圧縮機６０（コンプレッサ）が左右に並べて設けられている。なお、図２では、冷媒配管は省略されている。
　機械室５において、右側にそれぞれ配置される圧縮機６０及びファン６７は、上室２２Ｕの冷却に使用され(下室２２Ｄの冷却に使用されてもよい)、左側にそれぞれ配置される圧縮機６０及びファン６７は、下室２２Ｄの冷却に使用される。コンデンサ６１は、上室２２Ｕ及び下室２２Ｄの両室の冷却に使用される(上室２２Ｕの冷却に使用されてもよい)。すなわち、機械室５には、主に右側に上室２２Ｕの冷却ユニット６が設置され、主に左側に下室２２Ｄの冷却ユニット６が設置されている。
　圧縮機６０は、電源に交流電源が使用される直流電動圧縮機であり、駆動用の電動モータと、この電動モータの回転数を制御するインバータとを備える（電動モータとインバータとは何れも図示略）。ファン６７は、電源に交流電源が使用され、駆動用の直流電動モータ（以下「ファンモータ」という）６７ａを備える。
　また、図１及び図２では省略されているが、超低温フリーザ１には、冷却ユニット６に制御装置１００が備えられている。また、上室２２Ｕ及び下室２２Ｄの各室に、室内の温度（以下「庫内温度」という）を検出する庫内温度センサ５０が設けられている（制御装置１００及び庫内温度センサ５０については図４参照）。
　　［１－１－２．冷却ユニットの構成］
　以下、本発明の第一実施形態に係る冷却ユニットの構成について図３を参照しながらさらに説明する。図３は、冷却ユニットの冷媒回路図である。なお、図３中の矢印は冷媒の流れる方向を示す。
　冷却ユニット６は、圧縮機６０、コンデンサ６１、デハイドレータ６２、キャピラリーチューブ６３、エバポレータ６４及びヘッダー６５を備え、これらがこの順で冷媒配管によって環状に接続される。冷却ユニット６は、さらに、後述のフレームパイプ６６と、コンデンサ６１に空気を供給する上述のファン６７とを備える。なお、デハイドレータ６２及びキャピラリーチューブ６３は、機械室５に配置されるが、図２では何れも省略している。
　圧縮機６０で圧縮された高温の冷媒は、一旦、フレームパイプ６６に吐出される。フレームパイプ６６は、上室２２Ｕ又は下室２２Ｄの開口部２２ａの近傍に設けられており、当該開口部２２ａを加熱して結露を防止する。なお、フレームパイプ６６は図１では省略している。
　フレームパイプ６６を通過した冷媒は、圧縮機６０に戻った後（なお、圧縮機６０に戻らなくてもよい）、コンデンサ６１へ流れ、ファンモータ６７ａの作動によりコンデンサ６１にファン６７により供給された空気と熱交換して放熱する。コンデンサ６１を通過した冷媒は、デハイドレータ６２で水分を除去された後、キャピラリーチューブ６３を通過した際に膨張し、エバポレータ６４に流れ気化する。エバポレータ６４は、上室２２Ｕ又は下室２２Ｄに配置され、エバポレータ６４で気化した冷媒は、上室２２Ｕ又は下室２２Ｄを冷却する。エバポレータ６４を通過した冷媒は、ヘッダー６５を経て圧縮機６０へと戻る。なお、ファン６７は、コンデンサ６１に供給した空気を圧縮機６０に供給、つまり、送風する。これにより、ファン６７は、コンデンサ６１を冷却するだけでなく、圧縮機６０も冷却する。
　［１－２．制御］
　以下、本発明の第一実施形態に係る冷却ユニットの制御について図４～図６を参照しながら詳細に説明する。
　先ず、図４を参照して、冷却ユニットの制御装置の機能構成について説明する。図４は、冷却ユニットの制御装置の機能ブロック図である。
　制御装置１００は、図４に示すように、上室２２Ｕ用の冷却ユニット６及び下室２２Ｄ用の冷却ユニット６の２つの冷却ユニット６に対して一つ設けられている。制御装置１００は、圧縮機制御部１０１と、ファンモータ制御部１０２とを機能として備える。
　圧縮機制御部１０１は、各貯蔵室２２について、庫内温度Ｔが所定温度範囲にほぼ収まるように圧縮機６０の作動を制御する。具体的には、圧縮機制御部１０１は、庫内温度センサ５０により検出された庫内温度Ｔが、低温閾値ＴＭＩＮよりも低いと（Ｔ＜ＴＭＩＮ）、圧縮機６０を停止し、庫内温度Ｔが、高温閾値ＴＭＡＸよりも高いと（Ｔ＞ＴＭＡＸ）、圧縮機６０を作動させる。これにより、庫内温度Ｔが、低温閾値ＴＭＩＮと高温閾値ＴＭＡＸとの間の所定温度範囲（庫内温度制御範囲）にほぼ収まるように制御される。
　また、圧縮機制御部１０１は、庫内温度Ｔが高くなるほど出力（以下「圧縮機出力」という）Ｐｃが連続的に又は段階的に高くなるように圧縮機６０（詳しくはインバータの周波数ひいては電動モータの回転速度）を制御する。また、圧縮機制御部１０１は、超低温フリーザ１の電源がオンされた直後は、圧縮機６０を高めの出力で運転させて、貯蔵室２２を急速に冷却する。
　ファンモータ制御部１０２は、庫内温度Ｔが低くなるにしたがって、ファンモータ６７ａの出力（以下「ファンモータ出力」という）Ｐｆを低下させ（詳しくはインバータの周波数を制御し）、ファンモータ６７ａの出力を低下させる。すなわち、庫内温度Ｔが低くなるにしたがってファン６７の送風量を減少させる。
　具体的には、ファンモータ制御部１０２は、圧縮機６０が作動を開始すると、ファンモータ出力Ｐｆを初期出力Ｐｆ１に設定する。そして、ファンモータ制御部１０２は、庫内温度Ｔが低くなるにしたがって、ファンモータ出力Ｐｆを初期出力Ｐｆ１から連続的又は段階的に減少させる。また、ファンモータ制御部１０２は、圧縮機６０が一旦停止した後に作動を再開したときには、ファンモータ出力Ｐｆを再び初期出力Ｐｆ１とする。なお、ファンモータ制御部１０２は、庫内温度Ｔが高くなるにしたがってファンモータ出力Ｐｆを連続的又は段階的に増加させるようにしてもよい。
　なお、ファンモータ制御部１０２は、圧縮機６０が作動を開始してからの経過時間ｔｃが長くなるにしたがって、ファンモータ出力を低下させ、ファン６７の送風量を減少させるようにしてもよい。具体的には、ファンモータ制御部１０２にタイマ機能を持たせ、このタイマ機能により、圧縮機６０が作動を開始してからの経過時間ｔｃをカウントする。そして、経過時間ｔｃが長くなるにしたがって、ファンモータ出力Ｐｆを低下させる。
　より具体的には、ファンモータ制御部１０２は、圧縮機６０が作動を開始すると、ファンモータ出力Ｐｆを初期出力Ｐｆ１に設定する。そして、ファンモータ制御部１０２は、圧縮機６０が作動を開始してからの経過時間ｔｃ（図５参照）が長くなるにしたがってファンモータ出力Ｐｆを初期出力Ｐｆ１から連続的又は段階的に減少させる。また、ファンモータ制御部１０２は、圧縮機６０が一旦停止した後に作動を再開したときには、経過時間ｔｃをリセットした後に経過時間ｔｃのカウントを再開すると共にファンモータ出力Ｐｆは再び初期出力Ｐｆ１とする。
　図５を参照して、制御装置１００の圧縮機制御及びファン制御の一例を説明する。図５は、冷却ユニットの制御装置の圧縮機制御及びファンモータ制御の一例を示す図である。詳しくは、図５は、冷却装置１の電源がオンされてからの経過時間ｔを共通の横軸とし、縦軸を圧縮機出力Ｐｃとしたグラフと、縦軸をファンモータ出力Ｐｆとしたグラフと、縦軸を庫内温度Ｔとしたグラフを上からこの順に並べて示す図である。
　図５に示すように、冷却装置１の電源がオンされてから間もない経過時間ｔ１～ｔ２にかけての期間ｔｐｌｄについては、圧縮機制御部１０１は、上述したように貯蔵室２２内を急速冷却するために圧縮機６０の出力を高めに制御する。ファンモータ制御部１０２は、経過時間ｔ１で圧縮機６０の運転が開始されると、初期出力Ｐｆ１でファンモータ６７ａの運転を開始させ、ファン６７による送風を開始する。その後、ファンモータ制御部１０２は、庫内温度Ｔの低下にしたがって、ファンモータ出力Ｐｆを減少させる。
　そして、経過時間ｔ３において、庫内温度Ｔが低温閾値ＴＭＩＮを下回ったため、圧縮機制御部１０１は、圧縮機６０を一旦停止させる。そして、このとき同時にファンモータ出力Ｐｆを所定の値まで一気に低下させるかファンモータ出力Ｐｆを０にしてファン６７を停止させてもよい。つまり、圧縮機６０へのファン６７の送風量を減少させる、もしくは、停止させる。これにより、フレームパイプ６６中の冷媒の温度を、より高温に維持することができ、貯蔵室２０の開口部２２ａの結露をさらに抑制できる。その後、圧縮機６０の停止、すなわち冷却ユニット６の停止により庫内温度Ｔが上昇して、経過時間ｔ４において庫内温度Ｔが高温閾値ＴＭＡＸを超えると、圧縮機制御部１０１は、圧縮機６０の運転を再開させ、ファンモータ制御部１０２は、ファンモータ出力Ｐｆを初期出力Ｐｆ１に引き上げる。
　その後、庫内温度Ｔの低下にしたがって、圧縮機制御部１０１は圧縮機出力Ｐｃを段階的に低下させ、ファンモータ制御部１０２はファンモータ出力Ｐｆを減少させる。以降、経過時間ｔ５で庫内温度Ｔが低温閾値ＴＭＩＮを下回ると、圧縮機制御部１０１は圧縮機６０を一旦停止させる。そして、このとき同時にファンモータ出力Ｐｆを所定の値まで一気に低下させるかファンモータ出力Ｐｆを０にしてファン６７を停止させてもよい。その後、経過時間ｔ６で庫内温度Ｔが高温閾値ＴＭＡＸを超えると、圧縮機制御部１０１は圧縮機６０の運転を再開させ、ファンモータ制御部１０２は、ファンモータ出力Ｐｆを初期出力Ｐｆ１に引き上げる。
　［１－３．作用効果］
　本発明の第一実施形態の作用効果について図６を参照して説明する。図６は、冷却装置１の電源がオンされてからの経過時間ｔを横軸とし、縦軸を庫内温度Ｔとしたグラフに、本実施形態の超低温フリーザ１と、従来の超低温フリーザとにおける各庫内温度の変化の一例を示す図である。図６では、本実施形態の超低温フリーザ１の庫内温度が実線で示され、従来の超低温フリーザにおける各庫内温度が二点鎖で示されている。ここでいう従来の超低温フリーザとは、経過時間ｔに拘わらずファンモータ出力Ｐｆが一定のものをいう。
　図６では、本実施形態の超低温フリーザ１と従来の超低温フリーザとの庫内温度Ｔの温度が比較しやすいよう、超低温フリーザ１と従来の超低温フリーザとの各庫内温度Ｔが共に経過時間ｔ１０で低温閾値ＴＭＩＮを下回るものとしている。圧縮機６０の運転再開時（起動時）から庫内温度Ｔが徐々に減少し、庫内温度Ｔの減少に応じてファンモータ出力Ｐｆが徐々に減少する。このため、圧縮機６０がファン６７の送風によって冷却される度合いも、圧縮機６０の運転再開時（起動時）から徐々に減少する。圧縮機６０の冷却される度合いが減少すると、圧縮機６０を流れる冷媒の温度が相対的に高くなり、ひいては冷媒の比重が小さくなって圧縮機６０による冷媒吐出量が減少する。
　この結果、圧縮機６０の性能ひいては冷却ユニット６の冷却性能が低下し、ファンモータ出力Ｐｆが一定の従来の超低温フリーザに比べて庫内温度Ｔの低下速度が低くなる。さらに、超低温フリーザ１の冷媒は、従来の超低温フリーザの冷媒に比べて温度が高くなる。すなわち冷却ユニット６の蓄冷量が少なくなる。
　したがって、経過時間ｔ１０で庫内温度Ｔが低温閾値ＴＭＩＮを下回って圧縮機６０が停止されてから、庫内温度Ｔが高温閾値ＴＭＡＸまで上昇して圧縮機６０が再起動されるまでの期間、換言すれば圧縮機６０の停止期間Ｐ１（＝経過時間ｔ１１－経過時間ｔ１０）は、従来の超低温フリーザの圧縮機の停止期間Ｐ２（＝経過時間ｔ１２－経過時間ｔ１０）よりも短くなる。
　このように、圧縮機６０からフレームパイプ６６に高温の冷媒を供給できない期間、すなわち貯蔵庫２の開口部２２ａの結露を十分に抑制できない期間であると共にフレームパイプ６６の温度が低下する期間を短くすることができる。したがって、本実施形態の超低温フリーザ１によれば、結露の発生を定常的に抑制できる。
　また、上述したように圧縮機６０の作動時の庫内温度Ｔの低下速度が従来よりも遅くなる。したがって、圧縮機６０を再起動後、庫内温度Ｔが低温閾値ＴＭＩＮを下回るまでの期間が長くなる。ひいてはその後に庫内温度Ｔが高温閾値ＴＭＡＸを超えて圧縮機６０の再起動までの期間Ｃ１（＝経過時間ｔ１４－経過時間ｔ１１）が従来の超低温フリーザの同期間Ｃ２（＝経過時間ｔ１３－経過時間ｔ１２）よりも長くなる。すなわち、圧縮機６０の起動周期を従来よりも長くすることができ、圧縮機６０の起動に伴う消費エネルギの低減を図れる。
　さらに、庫内温度Ｔが低温閾値ＴＭＩＮよりも低くなる温度（＝ＴＭＩＮ－Ｔ）及び庫内温度Ｔが低温閾値ＴＭＩＮよりも低くなる期間を抑制できる。
［２．第二実施形態］
　以下、本発明の第二実施形態に係る冷却ユニットの制御について図４及び図７を参照しながら詳細に説明する。図７は、冷却ユニットの制御装置の圧縮機制御及びファン制御の一例を示す図である。
　第二実施形態に係る冷却ユニットは、第一実施形態に係る冷却ユニットと、圧縮機制御及びファン制御が異なるだけなので、圧縮機制御及びファン制御についてだけ説明する。
　制御装置１００は、第一実施形態と同様に図４に示すように構成され、圧縮機制御部１０１及びファンモータ制御部１０２を備える。圧縮機制御部１０１は、第一実施形態と異なり、圧縮機出力Ｐｃを一定に制御する。ファンモータ制御部１０２は、庫内温度センサ５０により検出された庫内温度Ｔが高くなるほど、ファンモータ出力Ｐｆを連続的又は段階的に減少させる。
　本実施形態では、ファンモータ制御部１０２は、図７に示すようにファンモータ出力Ｐｆを制御する。つまり、ファンモータ制御部１０２は、庫内温度Ｔが高温閾値ＴＭＡＸを超える期間Ｐ＋については、ファンモータ６７ａの回転速度を加速させファンモータ出力Ｐｆを増大させる。一方、庫内温度Ｔが低温閾値ＴＭＩＮを下回る期間Ｐ－については、ファンモータ６７ａの回転速度を減速させファンモータ出力Ｐｆを減少させる。
　このように、庫内温度Ｔが低温閾値ＴＭＩＮを下回った時には、ファンモータ出力Ｐｆを減少させることで、圧縮機出力Ｐｃの性能を低下させると共にコンデンサ６１の放熱量を減少させて冷却ユニット６の出力を低下させる。また、庫内温度Ｔが高温閾値ＴＭＡＸを上回った時には、ファンモータ出力Ｐｆを増加させることで、圧縮機出力Ｐｃの性能を上昇させると共にコンデンサ６１の放熱量を増加させて冷却ユニット６の出力を上昇させる。これにより、庫内温度Ｔを所定温度範囲内に略収めることができる。
　なお、ファンモータ制御部１０２は、庫内温度Ｔが、低温閾値ＴＭＩＮと高温閾値ＴＭＡＸとの間に収まっている場合において、庫内温度Ｔが低いほどファンモータ出力Ｐｆを減少させるようにしてもよい。また、ファンモータ制御部１０２は、庫内温度Ｔが低温閾値ＴＭＩＮを下回った時に、ファン６７を一旦停止させ、その後、庫内温度Ｔが高温閾値ＴＭＡＸを上回った時に、ファン６７を再起動させるようにしてもよい。
　本発明の第二実施形態の冷却装置によれば、第一実施形態と同様の効果が得られることに加え、圧縮機６０の起動と停止とが繰り返されないので、起動時に圧縮機６０が被るストレスを低減して、圧縮機６０の寿命を第一実施形態よりも長くすることができる。またファンモータ６７ａも起動と停止が繰り返されないので、起動時にファンモータ６７ａが被るストレスが低減して、ファンモータ６７ａの寿命を第一実施形態よりも長くすることができる。
［３．その他］
　（１）上記実施形態では、本発明を、各貯蔵室２２の冷却用に圧縮機６０が一つずつ設けられる冷却装置に適用したが、本発明は、一つの貯蔵室の冷却用に２つの圧縮機を設けたタイプの冷却装置に適用することもできる。
　（２）上記実施形態では、本発明を、前方に内扉３と外扉４とを備えた構成の冷却装置に適用したが、本発明はこのような構成の冷却装置への適用に限定されない。例えば、本発明は、貯蔵庫の前方上段に上段の外扉、貯蔵庫の前方下段に下段の外扉をそれぞれ備えた冷却装置、すなわち貯蔵庫の前方に上下二段に外扉を設けた冷却装置にも適用できる。また、本発明は、上方に開口した貯蔵庫の当該開口を開閉する上蓋のような扉を備えた冷却装置に適用することもできる。
　２０１８年９月１１日出願の特願２０１８－１６９５０５の日本出願に含まれる明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
　本発明は、冷却装置において、結露の発生を定常的に抑制でき、消費エネルギを抑制できる。よって、その産業上の利用可能性は多大である。
　１　超低温フリーザ（冷却装置）
　２　貯蔵庫
　３　内扉
　４　外扉
　５　機械室
　６　冷却ユニット
　１０，１５　パッキン
　１６　ヒンジ
　２０　貯蔵室
　２１　仕切壁
　２２　貯蔵室（内部空間）
　２２ａ　開口部
　２２Ｕ　上室
　２２Ｄ　下室
　２３　仕切壁
　５０　庫内温度センサ
　６０　圧縮機
　６１　コンデンサ（凝縮器）
　６２　デハイドレータ
　６３　キャピラリーチューブ
　６４　エバポレータ
　６５　ヘッダー
　６６　フレームパイプ
　６７　ファン（送風装置）
　６７ａ　直流電動モータ（ファンモータ）
　１００　制御装置
　１０１　圧縮機制御部
　１０２　ファンモータ制御部

Claims (3)

  1. 　開口を有する貯蔵庫と、
    　前記開口を開閉する扉と、
    　前記貯蔵庫の内部を冷却する冷却ユニットとを備え、
    　前記冷却ユニットは、
    　圧縮機と、
    　凝縮器と、
    　前記凝縮器及び前記圧縮機に送風する送風装置と、
    　前記開口の近傍に配設され、前記圧縮機から吐出され前記凝縮器に到達する前の冷媒が流れるフレームパイプとを有し、
    　前記貯蔵庫の内部の温度である庫内温度が低いほど、又は、前記圧縮機が作動を開始してから経過時間が長くなるほど、前記送風装置の送風量を減少させる
    冷却装置。
  2. 　前記庫内温度が、低温側の閾値よりも低い場合には、前記圧縮機を停止させ、
    　前記庫内温度が、高温側の閾値よりも高い場合には、前記圧縮機を作動させる
    請求項１記載の冷却装置。
  3. 　前記圧縮機の出力を一定とし
    　前記庫内温度が低いほど、前記送風装置の送風量を減少させる
    請求項１記載の冷却装置。
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