(57)【要約】      （修正有）【課題】厳密な管理条件が要求される貯蔵物の冷蔵保管が可能な冷蔵施設を提供する。【解決手段】冷蔵施設１０の天井１３との間に第１通路１６ｂを設け複数の開口２０を有する天板１１と、前記第１通路１６ｂに送り込まれる空気を冷却してする冷却器３１と、貯蔵領域１５に配置された温度検出手段３５と、前記第１通路１６ｂに配設され、前記温度検出手段３５により検出された前記貯蔵領域１５の温度と予め設定された前記貯蔵領域１５の設定温度との偏差に基づいて演算される入力信号によって、前記冷却器３１から前記第１通路１６ｂに送り出される前記空気を前記冷却器３１の近傍で加温を制御される加温器３３と、側壁面１４との間に、前記貯蔵領域１５の空気を前記第１通路１６ｂに向けて前記送風ファンの静圧によって還り空気として還気される第２通路１６ａを設ける通路構成部材１２と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯蔵物を冷蔵保管する冷蔵施設において、
施設本体の天井面との間に第１通路を設けるとともに、前記施設本体と前記第１通路とを連通させる複数の開口を有する天板と、
前記第１通路に送り込まれる空気を冷却して送風ファンにより前記第１通路に送り出す冷凍サイクルの蒸発器及び膨張弁と前記送風ファンとからなる冷却器と、
前記施設本体の内部に設けられた貯蔵領域に配置された温度検出手段と、
前記第１通路に配設され、前記温度検出手段により検出された前記貯蔵領域の温度と予め設定された前記貯蔵領域の設定温度との偏差に基づいて演算される入力信号によって、前記冷却器から前記第１通路に送り出される空気を前記冷却器の近傍で加温を制御される加温器と、
前記施設本体の側壁面との間に、前記貯蔵領域の空気を前記第１通路に向けて前記送風ファンの静圧によって還り空気として還気される第２通路を設ける通路構成部材と、
を有することを特徴とする冷蔵施設。
【請求項２】
請求項１に記載の冷蔵施設において、
前記冷却器は、前記施設本体の外部に配置された室外機に接続され、
前記蒸発器は、前記室外機との間で冷凍サイクルを形成しながら循環される熱交換媒体と前記第１通路に送り込まれた空気との間で熱交換を行って空気を冷却する第１の熱交換器であり、
前記室外機は、前記冷却器からの前記熱交換媒体の熱を放出する凝縮器である第２の熱交換器と、前記冷却器からの前記熱交換媒体を圧縮して前記第２の熱交換器に送り込む圧縮機と、を有することを特徴とする冷蔵施設。
【請求項３】
請求項２に記載の冷蔵施設において、
前記冷却器は、前記貯蔵領域を目的の温度まで冷却したときに必要となる基準負荷よりも高い高負荷で空気を冷却することが可能な冷却性能を有し、
前記室外機は、前記圧縮機のモータに給電される電力の周波数を変更することで前記圧縮機における圧縮性能を変更することが可能であり、負荷処理熱量を可変にして前記冷却器を駆動させることを特徴とする冷蔵施設。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の冷蔵施設において、
前記加温器は、給電により発熱するヒータエレメントを有し、
前記加温器は、前記ヒータエレメントへの給電量を、サイリスタを用いて比例制御することを特徴とする冷蔵施設。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の冷蔵施設において、
前記通路構成部材は、前記施設本体の側壁面に沿って設けられ、前記貯蔵領域の床面近傍に、前記貯蔵領域の内部の空気を前記第２通路に流入させる流入口を有する仕切り板であることを特徴とする冷蔵施設。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の冷蔵施設において、
前記通路構成部材は、前記天板の一端部から施設本体内部の側壁面に沿って吊設けられ、前記貯蔵領域の床面との間に所定間隔の隙間を設けた通風性のないカーテンであることを特徴とする冷蔵施設。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の冷蔵施設において、
前記冷却器は、前記第１通路に、前記第２通路を形成する側壁面に沿って複数配設し、
複数の前記冷却器について、複数の前記冷却器のいずれかの蒸発器熱交換面のデフロスト動作が必要になった際、当該冷却器の前記送風ファンは動作したまま、前記蒸発器のデフロストヒータを通電動作させてデフロスト制御を行う制御装置をさらに有することを特徴とする冷蔵施設。
【請求項８】
請求項７に記載の冷蔵施設において、
複数の前記冷却器は、前記冷却器から送り出される空気の到達範囲が重畳されるように各冷却器が対面する方向に所定の角度傾いて配置されることを特徴とする冷蔵施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の温度範囲内での冷蔵保管が要求される医薬品等の貯蔵物を冷蔵保管する冷蔵施設に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生物由来の原料を用いる食品、化粧品、薬品などでは、ＨＡＣＣＰ、日本薬局法や、ＧＭＰなどのそれぞれの分野における管理の決まりによって、特に高付加価値になる原料、中間製品から製品までの各段階では、その保管に一定の許容範囲内での低温保持が要求され、高付加価値の商品や半製品なので小さい規模の空間での低温保管となる場合がある。
【０００３】
例えば、医薬品の分野において、生物が産生する蛋白質などの生物学的製材や、医薬品を製造するための原料となる原薬は、医薬品の製造段階で温湿度管理されるだけでなく、劣化防止のため低温で冷蔵保管されている。これら生物学的製材や原薬の中には、保管時の温度精度が±２℃、また保管される施設内における温度分布が±２℃という厳密な管理条件が要求されるものもある。さらに、最終製品としても、錠剤ではなくバイアル瓶やパウチなどに詰めて出荷される、液、水溶液やゼリー状で熱変化による劣化が大きい製品では、出荷後の流通についても輸送途中の中長期保管にも同様な温度管理を要求される場合がある。
【０００４】
このような医薬品等の貯蔵物を冷蔵保管する冷蔵施設では、例えば大規模な保管施設が設置できる単一種の量産工場内ならば、大規模保管をする棚状の保管エリアに均一に温度管理できるように、室の棚近傍に多数の冷却器を適切に設置し、気流を考えて前記複数の冷却器に通風するよう送風機を設置し、送風機から送り出される冷風によって複数の気流を送って施設内を冷却し、該施設内の温度を均一に形成することは、例えば冷却器に流す冷媒を空気の設定温度に近いブラインなどとして、建屋などにある程度熱負荷を備えることで、冷媒と空気とを近い温度場で熱交換すれば達成できる。ところが、このようなブラインコイルなどの冷却器を棚段ごとに多数設置する大規模設備は、単一の量産製品で自動倉庫にするような大規模保管庫でしか経済的に難しい。
【０００５】
高付加価値である上記原薬や中間製品などでも、その保管は小さな容積で冷蔵保管する冷蔵施設となり、このような冷蔵施設では、それぞれ小さな容積の保管室ごとに独立して低温温度設定できるよう、冷凍サイクルを一式備えているユニットクーラを設置して冷蔵保管するスペースとの間で冷風循環する方式を用いることが一般的である。ここでのユニットクーラは、冷凍サイクルの蒸発器である直膨コイルと、そこに冷却する対象の空気を例えば軸流ファンで通風するように、直膨コイルとファンとが1台ずつ冷却対象の室側に設置されることとなる。
【０００６】
このようなユニットクーラを用いる冷風循環方式では、メーカがユニットの単位として区切っている熱負荷処理能力と、小規模な冷蔵施設である実際の室側の熱負荷（特に製品を静置しているだけで熱負荷を生じない）とが、室側の熱負荷が小さくて合致しないことが多い。よって、冷蔵施設では、施設内の冷却時における要求負荷よりもはるかに大きな能力を持った冷却性能を有する冷却器が設置される場合が多い。この要求能力と冷却器側の保有能力の大きさとの乖離があまりに大きいと、ユニットクーラではたとえ制御弁で冷媒を絞ったところで、冷却器の冷媒流路であるチューブでの冷媒流速が遅くなり入口側の冷却器伝熱面積の一部しか熱交換に寄与せずに冷媒が空気温度に近くなり、結局冷却器での不均一が発生する。
【０００７】
また、このようなユニットクーラを用いる冷風循環方式では、空気を循環するファンが１台なので、施設内の上層に熱だまり、下層に低温だまりが生じやすいので、施設内における温度分布が不均一となりやすい。施設内における不均一な温度分布は、冷蔵保管している生物学的製材や原薬の品質の劣化の原因となり、前述の日本薬局法やＧＭＰなどの管理手法ではそれを規制している場合がある。
【０００８】
そして、ユニットクーラでは、単純な冷凍サイクルを形成して蒸発器である冷却器に冷媒を流すので、低温空気である空気設定温度に冷却しようとすると、冷媒はすぐに０℃よりはるかに低くなり、冷却器の伝熱フィン面で空気中の水分が凝縮した水滴が凍結し、伝熱フィン間をふさいで空気流路をふさいでしまう。よって、定期的に蒸発器にホットガスを流す（つまり一時的に蒸発器を凝縮器的にすること）デフロスト動作が必要になり、このデフロスト動作は、冷却対象空気温度を激しくに乱すこととなる。そこで、デフロスト動作の際にも冷却能力を発揮するために、ユニットクーラを２台設置し、切り替え運転し、デフロスト動作側のファンを停止する動作とする。
【０００９】
上述したユニットクーラを用いる冷風循環方式において、例えば、２台設置したユニットクーラの１台がデフロスト動作になった場合にも他方のユニットクーラ１台が送風する際に、倉庫内の高さ方向に直交する平面内における温度分布が均一となるように、床面に設けた複数の吹出孔から冷風が倉庫内に送り込むことが提案されている（特許文献１参照）。また、この他に、冷媒を固体のドライアイスとし直接空気を接触させるべく内部空気を循環させる空気流通路と、空気流通路内に配置された空気循環用ファンとを設け、内部温度が、予め設定した温度又は該温度にオフセット値を加算した温度からなる設定温度よりも低い温度となるときに、冷蔵室の通風路に設けた冷風用のファンを停止させ、空気循環用ファンを駆動させることで内部空気を循環させる技術について提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】実公昭61-35908号公報
【特許文献２】特開2004-150735号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
例えば、特許文献１では、２台の冷却器に対して切替運転を行い、停止させる冷却器に対してデフロスト運転（霜取り運転）を行うことを開示している。このような２台の冷却器を用いた切替運転の場合には、片側のユニットクーラのファンが停止するため複数のユニットクーラが配置されているのに、停止している１台分は通風路を邪魔することとなって冷気が送風される領域が限定されるため、冷蔵倉庫の高さ方向に直交する平面内における温度分布が不均一となりやすいという問題を解決できるものではない。同時に、特許文献１では、床面に設けた複数の吹出孔を介して冷気を倉庫内に送り込むため、倉庫内の上層に熱だまり、下層に低温だまりが各々生じやすく、倉庫内の高さ方向における温度分布も不均一となりやすいという問題を解決できるものではない。
【００１２】
また、特許文献２では、倉庫内の温度が設定温度よりも低い温度となるときに冷却器用のファンを停止させ、倉庫内の温度が設定温度よりも高い温度となるときに冷却器用のファンを駆動させるため、結局設定温度を基準としたオン／オフ動作となるので、倉庫内の温度がオーバーシュート、アンダーシュートを繰り返すハンチング現象が発生する。例えば倉庫内の必要冷却負荷よりもはるかに高い熱負荷処理能力を有する冷却器が設置されている場合には、冷却器のファンが動作したら冷却性能が大きくてすぐに倉庫内の温度が上記設定温度よりも低い温度に到達し、冷却器が停止してしまう。その結果、厳格な管理条件を必要とする貯蔵物の冷蔵保管を行うことは難しい。
【００１３】
本発明は、上述した課題を解決するために発明されたもので、厳密な管理条件下が要求される貯蔵物の冷蔵保管を行えるようにした技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、本発明の冷蔵施設は、貯蔵物を冷蔵保管する冷蔵施設において、施設本体の天井面との間に第１通路を設けるとともに、前記施設本体と前記第１通路とを連通させる複数の開口を有する天板と、前記第１通路に送り込まれる空気を冷却して送風ファンにより前記第１通路に送り出す冷凍サイクルの蒸発器及び膨張弁と前記送風ファンとからなる冷却器と、前記施設本体の内部に設けられた貯蔵領域に配置された温度検出手段と、前記第１通路に配設され、前記温度検出手段により検出された前記貯蔵領域の温度と予め設定された前記貯蔵領域の設定温度との偏差に基づいて演算される入力信号によって、前記冷却器から前記第１通路に送り出される空気を前記冷却器の近傍で加温を制御される加温器と、前記施設本体の側壁面との間に、前記貯蔵領域の空気を前記第１通路に向けて前記送風ファンの静圧によって還り空気として還気される第２通路を設ける通路構成部材と、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、前記冷却器は、前記施設本体の外部に配置された室外機に接続され、前記蒸発器は、前記室外機との間で冷凍サイクルを形成しながら循環される熱交換媒体と前記第１通路に送り込まれた空気との間で熱交換を行って空気を冷却する第１の熱交換器であり、前記室外機は、前記冷却器からの前記熱交換媒体の熱を放出する凝縮器である第２の熱交換器と、前記冷却器からの前記熱交換媒体を圧縮して前記第２の熱交換器に送り込む圧縮機と、を有することを特徴とする。
【００１６】
このとき、前記冷却器は、前記貯蔵領域を目的の温度まで冷却したときに必要となる基準負荷よりも高い高負荷で空気を冷却することが可能な冷却性能を有し、前記室外機は、前記圧縮機のモータに給電される電力の周波数を変更することで前記圧縮機における圧縮性能を変更することが可能であり、負荷処理熱量を可変にして前記冷却器を駆動させることが好ましい。
【００１７】
また、前記加温器は、給電により発熱するヒータエレメントを有し、前記加温器は、前記ヒータエレメントへの給電量を、サイリスタを用いて比例制御することを特徴とする。
【００１８】
ここで、前記通路構成部材は、前記施設本体の側壁面に沿って設けられ、前記貯蔵領域の床面近傍に、前記貯蔵領域の内部の空気を前記第２通路に流入させる流入口を有する仕切り板であることが好ましい。
【００１９】
また、前記通路構成部材は、前記天板の一端部から施設本体内部の側壁面に沿って吊設けられ、前記貯蔵領域の床面との間に所定間隔の隙間を設けた通風性のないカーテンであることが好ましい。
【００２０】
また、前記冷却器は、前記第１通路に、前記第２通路を形成する側壁面に沿って複数配設し、複数の前記冷却器について、複数の前記冷却器のいずれかの蒸発器熱交換面のデフロスト動作が必要になった際、当該冷却器の前記送風ファンは動作したまま、前記蒸発器のデフロストヒータを通電動作させてデフロスト制御を行う制御装置をさらに有することを特徴とする。
【００２１】
なお、複数の前記冷却器は、前記冷却器から送り出される空気の到達範囲が重畳されるように各冷却器が対面する方向に所定の角度傾いて配置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、厳密な管理条件下が要求される貯蔵物の冷蔵保管を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態の冷蔵施設の一例を示す上面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図２に示すＣ−Ｃ断面図である。
【図５】本実施形態における空調システムの電気的構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図６】２台の空調装置を交互に運転させるときのタイミングチャートである。
【図７】空調システムにおける負荷の関係を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、仕切壁板の代わりに、シートを用いて貯蔵領域と循環通路とを仕切る場合の一例を示す図、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すＥ−Ｅ断面図である。
【図９】図９（ａ）は２つのユニットクーラをｘ方向に沿って配置したときの各ユニットクーラから送り出される冷却空気の到達範囲を示す図、図９（ａ）は２つのユニットクーラを互いに向けて傾斜させるように配置したときの各ユニットクーラから送り出される冷却空気の到達範囲を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本実施形態の冷蔵施設について、図面を用いて説明する。本実施形態の冷蔵施設は、生物が産生する蛋白質などの生物学的製材や、医薬品を製造するための原料となる原薬等の貯蔵物を冷蔵保管する。なお、本実施形態では、貯蔵物として生物学的製剤や原薬を挙げているが、果物類、野菜類、肉類及び魚介類などの生鮮食品など、あるいは生物由来材料を用いる再生医療等の製品や化粧品などを貯蔵物としてもよい。
【００２５】
図１から図４に示すように、冷蔵施設１０は、内部に配設された天板１１及び仕切壁板（請求項に記載の通路構成部材、仕切り板に相当）１２により、貯蔵物を冷蔵保管する貯蔵領域１５と、冷風を循環させる循環通路１６とに仕切られる。循環通路１６は、側壁部位１４に沿った通路形成部（請求項に記載の第２通路に相当）１６ａと、天井部位１３に沿った通路形成部（請求項に記載の第１通路に相当）１６ｂと、が組み合わされたｙｚ平面の断面がＬ字形状の通路である。図１及び図３中符号１７は、貯蔵領域１５に出入りするための扉である。なお、図示は省略しているが、貯蔵領域１５には、扉１７の開口時に貯蔵領域１５の冷気が外部に流出する、又は冷蔵施設１０の外部の空気が貯蔵領域１５の内部に流入することを防止するためのビニールシートなどの遮蔽部材が、扉１７の開口部分及びその外周部分に亘って配設される。
【００２６】
天板１１は、冷蔵施設１０の天井部位１３に吊設される。なお、図２から図４においては、天板１１を天井部位１３に吊設する機構については省略している。天板１１は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属板材を折り曲げたものである。天板１１は、軽量型鋼などからなる野縁とそれに交差して上に位置する野縁受けで下地を組み、野縁受けを羽子板で吊るなどの構造で吊られ、野縁に対して折り曲げた端部を差し込んだりして天井を形成する。天板１１は後述するように通風のためパンチング孔（吹出孔）を多数有していたりするので、野縁と天板とは特にシール構造でなくてよい。
【００２７】
天板１１は、多数の吹出孔（請求項に記載の開口に相当）２０を有する。図４においては、図の煩雑さを解消するために、多数の吹出孔の一部に対してのみ符号２０を付している。吹出孔２０は、後述するユニットクーラ３１から送り出され、電気ヒータ３３によって加温された冷却空気を貯蔵領域１５に向けて送り出す。ここで、天板１１に多数の吹出孔２０を設けることで、天板１１の全体面の吹出孔２０の通風抵抗がある程度大きく、天板１１の上部の気流による下向きの風速不均一、つまり動圧不均一を一度静圧にして天井内でならして吹出孔２０から下向き動圧に転換されるので、冷却空気は貯蔵領域１５に均一に送り出される。
【００２８】
なお、図４において示した吹出孔２０の形状は円形状としているが、吹出孔２０の形状は円形状に限定する必要はなく、楕円形状、多角形状、星形状、十字形状であってもよい。また、吹出孔２０の大きさや、天板１１に対する吹出孔２０の配置状態、また、天板１１の表面積に対する吹出孔２０の総面積の割合は、吹出孔２０の通風抵抗と天板１１全体の下向き風速の均一度合いとの兼合いでのユニットクーラ送風ファンの保有全圧のコストや消費エネルギー、冷蔵施設１０の内部における冷却効率等を考慮した上で設定される。
【００２９】
仕切壁板１２は、天井部位１３に吊設される天板１１の側壁部位１４に沿って配置される。仕切壁板１２の上端部は、天板１１の側壁部位１４側の一端部に固着され、その下端部は、床面ＦＬに固着される。天板野縁に強度がない場合は、仕切壁板１２の上端部と天井部位１３との間にチャンネル材などで枠組みを回し、天井部位１３から仕切壁板１２を吊りながら仕切壁板１２の上端より上に開口を設けるようにしてもよい。仕切壁板１２は、天板１１と同様に、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属板材で、側壁部位１４側に軽量型鋼などで胴縁を備えて強度を確保している。仕切壁板１２は、その下端部で、且つ仕切壁板１２の幅方向に沿って４箇所に流入口２２を有する（図２及び図３参照）。流入口２２は、貯蔵領域１５の冷却空気を循環通路１６の通路形成部１６ａに流入させる。つまり、冷却空気は、貯蔵領域１５と循環通路１６との間で循環される。ここで、仕切壁板１２は、天板１１と同様に、１枚の金属板材から形成してもよいし、複数枚の金属板材を胴縁にビス止めすることで連続して立設したものであってもよい。
【００３０】
上述した循環通路１６の通路形成部１６ａ及び通路形成部１６ｂの連結部分の近傍に、空調装置３０を構成するユニットクーラ（請求項に記載の冷却器に相当）３１が天井部位１３に対して図１中ｘ方向に沿って２箇所に吊設される。ここで、図１、図３及び図４における符号３２は、ユニットクーラ３１の各々に接続される室外機である。なお、ユニットクーラ３１及び室外機３２は、これらの間で冷凍サイクルを形成する冷媒を循環させる配管により接続されるが、図１、図３及び図４においては、配管については省略している。
【００３１】
電気ヒータ３３は、ユニットクーラ３１から送り出される冷却空気を加温する。電気ヒータ３３は、その電源を供給される２次盤の中にサイリスタを介して商用電力と接続され、貯蔵領域１５に設けた温度センサ３５から出力される現状の室温である温度計測信号を、温度調節計へ入力し、温度調節計に入力された温度設定値との偏差に基づいて、ＰＩＤ制御の値として演算された信号をサイリスタへ出力し、電気ヒータ３３は比例制御される。ここで、貯蔵領域１５に配置される温度センサ３５の位置は、特に限定されるものではない。
【００３２】
以下、２つの空調装置３０のうち、図１中左側に配置される空調装置に対して符号３０Ａを、図１中右側に配置される空調装置に対して符号３０Ｂを付して説明する。また、同時に、空調装置３０Ａに対応して設けられる電気ヒータに対して符号３３Ａを、空調装置３０Ｂに対応して設けられる電気ヒータに対して符号３３Ｂを付して説明する。
【００３３】
図５は、冷蔵施設１０における空調システム１００の電気的構成の一例を示す機能ブロック図である。空調装置３０Ａ及び空調装置３０Ｂの構成は同一の構成であり、また、電気ヒータ３３Ａ及び電気ヒータ３３Ｂの構成は同一の構成であることから、図５においては、空調装置３０Ｂ及び電気ヒータ３３Ｂの構成については省略している。また、以下の説明においても、空調装置３０Ａ及び電気ヒータ３３Ａの構成についてのみ説明し、空調装置３０Ｂ及び電気ヒータ３３Ｂの構成については、その説明を省略する。
【００３４】
図５に示すように、空調システム１００は、空調装置３０Ａのなかに、室内機であるユニットクーラ３１、室外機３２の他に、サイリスタ６１、ヒータエレメント６２を有する電気ヒータ３３Ａを有し、さらに、温度センサ３５及びコントロールユニット（請求項に記載の制御装置に相当）３６を有する。
【００３５】
ユニットクーラ３１は、送風ファン４０、膨張弁４１、蒸発器である熱交換器（請求項に記載の第１の熱交換器に相当）４２、除霜のためのデフロストヒータ４３、制御回路４４、温度検出部４５などを有する。ここで、符号５０は、ユニットクーラ３１及び室外機３２との間で冷媒を循環させる冷媒循環路である。
【００３６】
送風ファン４０は、モータ４６の駆動により回転して、蒸発器である熱交換器４２により冷却された空気を、後流にある別体の電気ヒータ３３Ａに向けて送り出す。
【００３７】
膨張弁４１は、室外機３２が有するコンプレッサ５２で圧縮されたガス冷媒を、凝縮器である熱交換器５３で冷却して送り出された冷媒を膨張させて、冷媒を低温低圧の液体にする。
【００３８】
蒸発器である熱交換器４２は、詳細は図示を省略するが、冷却管とフィンとを有する。熱交換器４２は、送り込まれた低温低圧の液体の状態である冷媒と、通過する空気との間で熱交換を行う。この熱交換により、熱交換器４２を通過する空気が冷却される一方で、熱交換器４２の内部の冷媒は加温される。なお、熱交換器４２の内部の冷媒は加温されることで気体状となる。その後、冷凍サイクルの循環として、圧縮機へ吸い込まれ、高温高圧のガス冷媒として再び凝縮器へ送られる。一方、熱交換器４２を通過する空気は、上述したユニットクーラ３１の送風ファン４０により冷却空気として循環通路１６の通路形成部１６ｂへ向けて電気ヒータ３３Ａを通過するように送り出される。
【００３９】
デフロストヒータ４３は、特に蒸発器である熱交換器４２の空気を取り込む側により伝熱するように熱交換器４２やユニットクーラ３１の下部のドレンパンなどに取り付けられ、通電時に発熱し、絶対湿度の高い空気を通風したときに凝縮し冷媒の低い温度により凍結することで、熱交換器４２が有する冷却管やフィンに付着した霜を取り除くための部材である。なお、図５においては、１つのデフロストヒータ４３を設けた場合を説明しているが、熱交換器４２の霜取りを行うヒータの他、送風ファン４０のフェースガードの霜取りを行うヒータ、図示を省略したドレンに残留し、冷却時に凍結した水分を溶解するためのヒータなど、同じ機能のヒータをまとめてデフロストヒータとして備えていてもよい。
【００４０】
制御回路４４は、ユニットクーラ３１Ａと室外機３２とを統合して制御する機側盤内の制御回路である。制御回路４４は、外部信号としてのコントロールユニット３６からの冷却開始信号や冷却停止信号の他、室外機を含めたユニットクーラ全体での自立制御として、デフロスト運転（霜取り運転）開始信号や停止信号を内部で送受信し、送風ファン４０の回転、回転停止、コンプレッサ５２のモータ５７の回転数制御、デフロストヒータの運転停止、ホットガスの蒸発器流入のための四方弁５４の制御などの制御を行う。また、制御回路４４は、内部でのデフロスト運転（霜取り運転）開始信号や停止信号を受けたときには、従来よく行われる送風ファン４０の回転、回転停止の制御をせずに、デフロストヒータ４３に対する給電、給電停止があっても送風ファン４０の運転は継続するよう制御を組み替える。したがって、空調装置３０がデフロスト運転するときには、送風のみが行われる。
【００４１】
また、コントロールユニット３６からの冷却開始信号や冷却停止信号を受けると、制御回路４４は、室外機３２の制御回路５５に向けて、冷却開始信号や冷却停止信号を出力する。また、制御回路４４は、蒸発器である熱交換器４２の配管出口などに備わる温度検出部４５からの検出信号を受けて、温度検出部４５では空気との熱交換ができず配管周囲が凍結していることを示す温度を検出するのだが、ユニットクーラ３０Ａが内蔵する制御回路４４により、温度検出部４５の温度が制御回路４４に設定された蒸発器の着霜を示す設定温度に到達しているか否かを判定する。例えば温度検出部４５にて検出された温度が蒸発器の着霜を示す設定温度に到達している場合には、制御回路４４は室外機３２の制御回路５５に向けて冷却停止信号を出力し、圧縮機を停止して冷凍サイクルを止めるか、四方弁５４を切り替えてホットガスを一時的に熱交換器４２に通過させる。その上でデフロストヒータ４３に通電する。なお、温度検出部４５にて検出された温度が制御回路４４にて設定された蒸発器の着霜を示す設定温度に到達していない場合には、制御回路４４は室外機３２の制御回路５５に向けて冷却停止信号を出力しない。
【００４２】
温度検出部４５は、例えば蒸発器である熱交換器４２の配管出口などに備わる温度計で蒸発器の着霜の有無を表示する温度を検出する温度センサである。
【００４３】
室外機３２は、ファン５１、コンプレッサ（請求項に記載の圧縮機に相当）５２、凝縮器である熱交換器（請求項に記載の第２の熱交換器に相当）５３、四方弁５４及び制御回路５５を有する。
【００４４】
ファン５１は、モータ５６の駆動により回転し、外気を吸い込んで熱交換器５３に通風し、熱交換器５３により熱交換した後の加熱された外気を室外機３２の外部に送り出す。
【００４５】
コンプレッサ５２は、モータ５７の駆動により回転し、コンプレッサ５２の内部に送り込まれる冷媒を圧縮して送り出す。その結果、コンプレッサ５２から送り出された冷媒は、高温高圧の気体となる。
【００４６】
凝縮器である熱交換器５３は、コンプレッサ５２から送り出された高圧高温の気体である冷媒と、室外機３２の内部に送り込まれる外気との間で熱交換を行う。この熱交換により、冷媒の温度が下がる。その一方で、室外機３２の内部に送り込まれた外気は高温の空気となり、ファンの回転により室外機３２の外部に排出される。
【００４７】
四方弁５４は、上述した貯蔵領域１５を冷却する場合と、着霜した蒸発器に一時的にホットガスである圧縮機出口の高温高圧ガスを流す場合とで、上述した冷媒循環路５０における冷媒の流路を切り替える。例えば貯蔵領域１５を冷却する場合には、四方弁５４は、図５中実線で示す状態に保持され、着霜した蒸発器に一時的にホットガスを流す場合には、図５中点線で示す状態に保持される。なお、除霜についてデフロストヒータだけを用いるのであれば、四方弁５４を用いる必要はない。
【００４８】
制御回路５５は、ユニットクーラ３１の制御回路４４から出力された信号に基づいて、ファン５１やコンプレッサ５２の駆動制御を行う。図示は省略するが、制御回路５５は、インバータ回路を有しており、インバータ回路により、モータ５６，５７の回転数を各々制御する。モータ５６，５７の回転数の制御としては、詳細には、モータ５６，５７に供給する交流電力の周波数に対する制御である。一例としては、上述したコンプレッサ５２を駆動する際にモータ５７に供給される交流電力を、一端、直流電力に変換し交流波の周波数を変える（コンバータ／インバータ）変換して、該インバータでの周波数を変えてそれに応じてコンプレッサ５２を駆動してガスを圧縮する仕事量を可変することで、圧縮圧力を変えて、制御回路５５はモータ５７に供給する電力を制御し、圧縮仕事を制御することで冷凍サイクルが必要十分な冷却能力を獲得する。
【００４９】
電気ヒータ３３Ａは、２次盤に内蔵される温度制御のためのサイリスタ６１、ユニットクーラ出口側に設置されるヒータエレメント６２を有する。サイリスタ６１は、コントロールユニット３６からの冷却開始信号や冷却停止信号を受けて通電されたのち、温度センサ３５からの温度計測信号を温度調節計であるコントロールユニット３６にて設定された設定温度値との偏差に基づいて演算されたコントロールユニット３６からの出力信号に応じてヒータエレメント６２への電力量の可変制御を行う。なお、サイリスタ６１に出力される出力信号の演算は、例えばＰＩＤ制御としての演算結果であることが挙げられる。ヒータエレメント６２は、供給される電力によって発熱し、ユニットクーラ３１から送り出された冷却空気を加温する。
【００５０】
温度センサ３５は、電気ヒータ３３Ａ，３３Ｂを制御するコントロールユニット３６に向けて、貯蔵領域１５の内部温度に係る計測信号を出力する。
【００５１】
コントロールユニット３６は、空調装置３０Ａ，３０Ｂの駆動制御、及び、温度調節計として電気ヒータ３３Ａ，３３Ｂの比例制御を行う。コントロールユニット３６は、制御回路６５、入力部６６、表示部６７を有する。制御回路６５は、入力部６６により入力された入力信号に基づいて、表示部６７の表示制御を行う他、空調装置３０Ａ，３０Ｂの駆動制御、及び、温度調節計として電気ヒータ３３Ａ，３３Ｂの比例制御を行う。入力部６６は例えばタッチパネルであり、冷蔵施設１０の貯蔵領域１５の冷却温度の設定や、空調装置の駆動方法の設定を行うためのものである。表示部６７は例えば液晶表示パネルであり、冷蔵施設１０の貯蔵領域１５の冷却温度の設定や、空調装置３０の駆動方法の設定を行う際の各種設定画面を表示する。
【００５２】
図６に示すように、上述した空調システム１００を構成する空調装置３０Ａ，３０Ｂは、交互に冷却運転を切り替えながら駆動する。例えば空調装置３０Ａが冷却運転を開始すると、空調装置３０Ｂはデフロスト運転を期間Ｔ１行った後、停止される。ここで、空調装置３０Ａにおいては、デフロスト運転が行われる期間Ｔ１よりも長い期間Ｔ２、冷却運転される。
【００５３】
空調装置３０Ａによる冷却運転が期間Ｔ２行われると、空調装置３０Ａは、冷却運転からデフロスト運転に切り替える。そして、デフロスト運転を開始してから期間Ｔ１経過すると空調装置３０Ａは停止する。一方、空調装置３０Ａにおいてデフロスト運転が開始されると同時に、空調装置３０Ｂによる冷却運転が開始される。空調装置３０Ｂによる冷却運転が期間Ｔ２行われると、空調装置３０Ｂは、冷却運転からデフロスト運転に切り替える。そして、デフロスト運転を開始してから期間Ｔ１経過すると空調装置３０Ｂは停止する。一方、空調装置３０Ｂにおいてデフロスト運転が開始されると同時に、空調装置３０Ａによる冷却運転が開始される。このように、一定時間経過する毎に、空調装置３０Ａ又は空調装置３０Ｂが交互に冷却運転を行う。
【００５４】
空調装置３０Ａ及び空調装置３０Ｂが交互に冷却運転を行う際には、冷却運転を行う空調装置３０に対応する電気ヒータ３３が比例制御を開始する。つまり、空調装置３０Ａが冷却運転を開始すると電気ヒータ３３Ａが比例制御をはじめ、空調装置３０Ａが冷却運転を停止すると、電気ヒータ３３Ａは比例制御を停止する。同様にして、空調装置３０Ｂが冷却運転を開始すると電気ヒータ３３Ｂが比例制御をはじめ、空調装置３０Ｂが冷却運転を停止すると、電気ヒータ３３Ｂは比例制御を停止する。
【００５５】
例えばコントロールユニット３６にて貯蔵領域１５の温度を設定した場合、空調装置３０Ａ，３０Ｂは、圧縮機の回転数や室外機３２のファン５１の回転数を通常インバータ制御にて比例制御される。
【００５６】
例えば、空調装置３０Ａ，３０Ｂがインバータ回路を有していない場合には、空調装置の圧縮機の制御方式としては、オン−オフ制御方式が用いられる。オン−オフ制御方式は、例えば設定温度以下となるときに駆動を停止し、設定温度以上となるときに駆動を再開する制御である。このオン−オフ制御方式では、冷媒圧力ひいては冷媒の各要素での温度が想定された温度を一定範囲で温度保持することができず、例えば貯蔵領域１５の内部の温度において、オーバーシュート、アンダーシュートを繰り返すハンチング現象が発生する。
【００５７】
一方、インバータ制御方式は、制御回路５５が有するインバータ回路により直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力の周波数を変更し、周波数が変更された交流電力を直流電力に変換してモータ５７に供給することで、モータ５７の回転数を制御する方式である。詳細には、制御回路５５は、制御回路４４から出力されたコントロールユニット３６にて設定された貯蔵領域１５の設定温度と、温度検出部４５により検出された温度との温度差の情報を用いて、モータ５７に供給される直流電力を変換した交流電力の周波数を変更する。そして、制御回路５５は、周波数を変更した交流電力を直流電力に再変換して、モータ５７に供給する。これにより、コンプレッサ５２の回転数を制御する。したがって、インバータ制御方式を用いた場合には、上述したハンチング現象の発生を低減することができる。
【００５８】
しかしながら、インバータ制御方式を用いた空調装置でも、前述のようにユニットクーラを用いる冷風循環方式では、メーカがユニットの単位として区切っている熱負荷処理能力と、小規模な冷蔵施設である実際の室側の熱負荷（特に製品を静置しているだけで熱負荷を生じない）とが、室側の熱負荷が小さくて合致しないことが多く、施設内の冷却時における要求負荷よりもはるかに大きな能力を持った冷却性能を有する冷却器が設置されることとなり、要求能力と冷却器側の保有能力の大きさとの乖離があまりに大きいと、インバータ制御で圧縮機の能力を絞ったり室外機ファンの風量を絞ったところで能力が出すぎることとなり、結果オーバーシュートを起こしてオンーオフ制御的になってしまう。オンーオフ制御的になってしまうので、冷媒圧力ひいては冷媒の各要素での温度が想定された温度を一定範囲で温度保持することができず、例えば貯蔵領域１５の内部の温度において、オーバーシュート、アンダーシュートを繰り返すハンチング現象が発生する。
【００５９】
そこで、本実施形態では、まず、空調装置３０Ａを常に安定した冷凍サイクルが形成できる蒸発器内圧力や凝縮器内圧力になるよう運転し、言い換えると、空調装置３０Ａのコンプレッサ５２を常にある仕事率で定常的に運転し、制御回路５５は、それに応じて室外機ファン周波数を調整し、モータ５６に供給する。つまり、本実施形態では、空調装置３０Ａは、インバータ制御をある一定範囲で運転し、一定の冷却能力を発揮させて安定運転させる。そして、同時に、電気ヒータ３３Ａの動作により、空調装置３０Ａのユニットクーラ３１から送り出される冷却空気を、サイリスタ６１を細かく制御するように比例制御して電気ヒータ３３Ａ出口の空気温度を、貯蔵領域１５内の温度センサ３５の位置の設定温度を実現できる温度になるよう加温を行う。
【００６０】
上述したように、電気ヒータ３３Ａの駆動制御は、貯蔵領域１５に設けた温度センサ３５からの出力信号（詳細には、貯蔵領域の温度を示す信号）に基づいた比例制御である。つまり、電気ヒータ３３Ａの温度制御回路６２は、貯蔵領域１５の温度と設定温度との偏差に基づいて、ヒータエレメント６２に給電する電力値を調整する。例えば、貯蔵領域１５の温度と設定温度との差が大きい場合には、サイリスタ６１は、電気ヒータ３３Ａのヒータエレメント６２への給電量を上げ、貯蔵領域１５の温度と設定温度との差が小さい場合には、電気ヒータ３３Ａのヒータエレメント６２への給電量を下げる。その結果、空調装置３０Ａのユニットクーラ３１から送り出された冷却空気が電気ヒータ３３Ａによって加温されて、貯蔵領域１５に送り出される。
【００６１】
したがって、図７に示すように、本実施形態における空調システム１００における実負荷は、空調装置３０Ａの定率冷却による負荷と、電気ヒータ３３Ａによる比例制御による負荷との差となる。なお、上述したように、空調装置３０Ａと空調装置３０Ｂは、交互に切り替えながらの冷却運転を行うので、空調装置３０Ｂが冷却運転を行った場合も、本実施形態における空調システム１００における実負荷は、空調装置３０Ｂの定率冷却による負荷と、電気ヒータ３３Ｂによる比例制御による負荷との差となる。
【００６２】
また、電気ヒータ３３Ａ及び電気ヒータ３３Ｂにおいては、比例制御を行うことで、対応する空調装置３０のユニットクーラ３１から送り出された冷却空気を加温することになるので、空調装置３０のユニットクーラ３１による冷却運転を停止することがない。その結果、貯蔵領域１５の温度において、ハンチング現象の発生を抑制でき、設定温度に対する温度精度を所定の温度範囲内に収めることができる。
【００６３】
また、電気ヒータ３３Ａにより加温された冷却空気は、天板１１に設けた多数の吹出孔２０から貯蔵領域１５の内部に流入する。吹出孔２０は天板１１の全体に亘って設けられていることから、冷却空気は貯蔵領域１５の高さ方向に直交する平面（図１中ｘｙ平面）において、均一に貯蔵領域１５に流入させることが可能となる。したがって、空調装置３０Ａ及び空調装置３０Ｂを交互に切り替えながら冷却運転することによって、貯蔵領域１５の温度分布が均一となり、また、温度精度も向上する。
【００６４】
本実施形態では、天板１１の他に仕切壁板１２を設けて、冷蔵施設１０の内部を、貯蔵領域１５と循環通路１６とに仕切る場合を例に挙げて説明しているが、図８に示すように、仕切壁板１２の代わりに、例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）や、ポリオレフィン系（ＰＯ）などの合成樹脂を用いた下端に重りを付けたカーテンやシートを使用することも可能である。なお、図８（ａ）、図８（ｂ）においては、幅方向の両端部を重畳させて配置した５枚のカーテン７０を仕切壁板１２の代わりに用いた場合を示す。仕切壁板１２の代わりにカーテンやシートを用いる場合、カーテンやシートの下端部と床面ＦＬとの間に間隔Ｄの隙間を設けることで、貯蔵領域１５の内部の空気を、循環通路１６に流入させることが可能となる。なお、間隔Ｄとしては、一例として２０ｃｍである。
【００６５】
本実施形態では、空調装置３０Ａ及び空調装置３０Ｂのユニットクーラ３１をｘ方向に沿って配置している。このとき、図９（ａ）に示すように、空調装置３０Ａのユニットクーラ３１から送り出される冷却空気の到達領域は、符号８０で示される領域となる。空調装置３０Ｂのユニットクーラ３１から送り出される冷却空気の到達領域は、符号８１で示される領域となる。つまり、空調装置３０Ａのユニットクーラ３１及び空調装置３０Ｂのユニットクーラ３１の各々から送り出される冷却空気の到達領域が重畳される領域（符号８２）が狭い。つまり、貯蔵領域１５内の温度は、図９（ａ）に示すｘｙ平面において、不均一な温度分布になりやすい。したがって、図９（ｂ）に示すように、空調装置３０Ａのユニットクーラ３１及び空調装置３０Ｂのユニットクーラ３１を互いに傾斜させて、空調装置３０Ａのユニットクーラ３１及び空調装置３０Ｂのユニットクーラ３１から各々送り出される冷却空気の到達領域８０’、８１’を重畳させる領域（符号８２’に示す領域）を確保する。これにより、貯蔵領域１５内の温度は、図９（ｂ）に示すｘｙ平面において、均一な温度分布にすることが可能となる。
【符号の説明】
【００６６】
１０…冷蔵施設、１１…天板、１２…仕切壁板（通路構成部材）、１５…貯蔵領域、１６…循環通路、３０，３０Ａ，３０Ｂ…空調装置、３１…ユニットクーラ（冷却器）、３２…室外機、３３，３３Ａ，３３Ｂ…電気ヒータ（加熱器）、３５…温度センサ、３６…コントロールユニット（制御装置）、６１・・・サイリスタ、６２…ヒータエレメント、７０…カーテン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020159619.tif 000008
【図７】
2020159619.tif 000009
【図８】
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【図９】
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