(57)【要約】【課題】  効率的に除霜を行うことが可能な低価格の冷却庫を提供する。【解決手段】  冷却庫１の制御部５６は、蒸発器２１で生成された冷気の温度Ｔ３とスターリング冷凍機１０のコールドヘッド１２の温度との差が基準値ＴＲ１を超えたことに応じて除霜運転を開始し、蒸発器２１近傍の温度Ｔ３が基準値ＴＲ２を超えたことに応じて除霜運転を停止する。したがって、冷却庫１の使用状況によらず効率的に除霜を行うことができ、除霜のためのセンサの数が少なくて済む。【選択図】        図４
2006046841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スターリング冷凍機を備えた冷却庫であって、
前記スターリング冷凍機のコールドヘッドから２次冷媒を介して冷熱を受け、前記冷却庫の内部冷却用冷気を生成する蒸発器、
前記蒸発器の近傍に設けられた除霜ヒータ、
前記コールドヘッドの温度を検出する第１の温度センサ、
前記蒸発器で生成された冷気の温度を検出する第２の温度センサ、および
前記第２の温度センサの検出値と前記第１の温度センサの検出値との差が予め定められた温度差を超えたことに基づいて前記除霜ヒータへの通電を開始させる制御手段、を備えた冷却庫。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第２の温度センサの検出値が予め定められた温度を超えたことに基づいて前記除霜ヒータへの通電を停止させる、請求項１に記載の冷却庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は冷却庫に関し、特に、スターリング冷凍機を備えた冷却庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却庫（冷蔵庫、冷凍庫、冷凍冷蔵庫）では、蒸発器に霜が着くことにより冷却能力が低下するため、所定のタイミングで除霜運転をする必要がある。
【０００３】
従来の冷却庫では、運転時間、ドア開閉状態、外気温などを監視して蒸発器の着霜量を推測し、除霜開始タイミングを判断していた。
【０００４】
また、冷凍庫内と蒸発器の温度差、あるいは冷気吹き出し口と蒸発器の温度差に基づいて除霜開始タイミングを判断する方法もある（たとえば特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開平６−２３１３５０号公報
【特許文献２】実開平２−１０３６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、運転時間などを監視して着霜量を推測する方法では、着霜量を求めるのに長時間の実験が必要であり、また、負荷容量、湿度などの影響により推測値と実際の着霜量が必ずしも一致しないという問題があった。
【０００６】
また、庫内と蒸発器の温度差に基づいて除霜を開始する方法では、庫内の収蔵物の状態、ドア開閉状態などの冷却庫の使用状況によって除霜量の変動が大きく除霜の効率が悪いという問題と、蒸発器の温度を検知する温度センサを追加する必要があり、コスト高になるという問題があった。
【０００７】
また、冷気吹き出し口と蒸発器の温度差に基づいて除霜を開始する方法では、蒸発器と冷気吹き出し口に温度センサを追加する必要があり、コスト高になるという問題があった。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、効率的に除霜運転をすることが可能な低価格の冷却庫を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る冷却庫は、スターリング冷凍機を備えた冷却庫であって、スターリング冷凍機のコールドヘッドから２次冷媒を介して冷熱を受け、冷却庫の内部冷却用冷気を生成する蒸発器と、蒸発器の近傍に設けられた除霜ヒータと、コールドヘッドの温度を検出する第１の温度センサと、蒸発器で生成された冷気の温度を検出する第２の温度センサと、第２の温度センサの検出値と第１の温度センサの検出値との差が予め定められた温度差を超えたことに基づいて除霜ヒータへの通電を開始させる制御手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る冷却庫では、蒸発器で生成された冷気の温度とスターリング冷凍機のコールドヘッドの温度との差が予め定められた温度差を超えたことに基づいて除霜ヒータへの通電を開始する。したがって、冷却庫の使用状況によらず効率の良い除霜を、除霜のためのセンサの数が少なくて低コストで実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、この発明の一実施の形態による冷却庫１の構成を示す要部垂直断面図であり、図２は冷却庫１の熱交換ユニットを示す図である。
【００１２】
図１において、冷却庫１は食品（冷凍食品）保存用であり、断熱構造の筐体２を備える。筐体２の正面（図１において左側）は全面的に開口部となっており、この開口部には断熱構造の扉３が開閉自在に設けられている。冷却庫１の庫内空間４は複数の棚板５により上下複数段に区画されている。
【００１３】
筐体２の上面と背面のなす角部に冷凍機収納凹部６が形設され、その中にスターリング冷凍機１０が設置されている。スターリング冷凍機１０のウォームヘッド１１には２次冷媒回路１５が結合され、コールドヘッド１２には２次冷媒回路２０が結合されている。
【００１４】
２次冷媒回路１５は、銅や銅合金、アルミなどの熱伝導の良い金属からなるパイプを閉ループ状にしたものであり、図２に示すように一部はウォームヘッド１１を取り巻き、他の一部はスターリング冷凍機１０の圧力容器１３の上方にて屈曲している。圧力容器１３の上方にて屈曲した部分に、多数の放熱フィン１７を嵌着した放熱器１６が取り付けられている。放熱フィン１７も熱伝導の良い金属からなる。２次冷媒回路１５の内部には水などの２次冷媒が密封されている。
【００１５】
２次冷媒回路２０も銅や銅合金、アルミなど熱伝導の良い金属からなるパイプを閉ループ状にしたものであり、図２に示すように一部はコールドヘッド１２を取り巻き、他の一部は筐体２の内部に入り込む。筐体２の内部に入り込んだ部分に、多数の冷却フィン２２を嵌着した蒸発器２１を取り付ける。冷却フィン２２も熱伝導の良い金属からなる。２次冷媒回路２０の内部にはＣＯ２などの２次冷媒が密封されている。
【００１６】
冷凍機収納凹部６の背面と左右側面はカバー３０により、上面は天板３１により、それぞれ覆われる。天板３１は筐体２の上面と所定間隔を隔てて対峙する。この間隔が通風経路３２となる。カバー３０には排気口３３が形設される。排気口３３にはパンチングメタル、金網、格子などからなる侵入防止手段が取り付けられる。
【００１７】
通風経路３２と排気口３３を連結するダクト３４が設けられ、その中に放熱器１６が収容される。放熱器１６の前面側にはプロペラファンとこれを回転させるモータからなる送風機３５が設置される。
【００１８】
冷却庫１の庫内空間４には、背面壁の内側に沿って垂直方向に延びるダクト４０，４１が設けられる。ダクト４０は奥側に位置し、ダクト４１はその手前側に位置する。ダクト４０は庫内空間４の途中までの高さで終わるが、ダクト４１は天井部まで続く。
【００１９】
ダクト４０の下端には庫内空間４から庫内空気を吸い込む吸気口４２が設けられ、上端にはダクト４１に空気を吹き出す送風機４３が設けられる。送風機４３は送風機３５と同様の構造である。吸気口４２と送風機４３の間に蒸発器２１が設置される。送風機４３の運転により吸気口４２から吸い込まれた空気は、蒸発器２１を通過する際に熱を奪われ、冷気となる。送風機４３によりダクト４１に吹き出された冷気はダクト４１の中を上下に分かれて進み、区画毎に設けられた吹出口４４から庫内空間４に吹き出される。
【００２０】
次に、この冷却庫１の動作について説明する。スターリング冷凍機１０が駆動されると、ウォームヘッド１１の温度が上昇し、コールドヘッド１２の温度が低下する。
【００２１】
２次冷媒回路１５内の２次冷媒はウォームヘッド１１の熱により気化し、放熱器１６に熱を伝達する。スターリング冷凍機１０とともに送風機３５が駆動され、通風経路３２から放熱器１６を通り、排気口３３から排出される強制空冷気流が形成される。強制空冷気流により、放熱器１６の熱は速やかに大気中に放散される。２次冷媒は放熱器１６で熱を奪われて凝縮し、重力によってウォームヘッド１１のレベルまで流下する。このように２次冷媒回路１５内の２次冷媒は気化と凝縮を繰り返して循環し、ウォームヘッド１１の熱を放熱器１６に伝達する。
【００２２】
一方、２次冷媒回路２０内の２次冷媒はコールドヘッド１２の冷熱により凝縮して蒸発器２１に流下する。スターリング冷凍機１０とともに送風機４３が駆動され、吸気口４２から蒸発器２１を経てダクト４１内に排出される空気流が形成される。蒸発器２１を通過するとき、空気は熱を奪われて冷気となる。逆に２次冷媒回路２０内の２次冷媒は蒸発器２１から熱を与えられて気化し、コールドヘッド１２のレベルまで上昇する。このように２次冷媒回路２０内の２次冷媒は凝縮と気化を繰り返して循環し、コールドヘッド１２の冷熱を蒸発器２１に伝達する。そして、コールドヘッド１２の温度と蒸発器２１の温度は数℃の温度差をもって連動する。蒸発器２１表面には、空気中の水分が凝縮して霜が付着するため、蒸発器２１の直下には除霜ヒータ５０が設置されている。除霜ヒータ５０は、必要に応じて通電され、発熱して空気を加熱し上方にある蒸発器２１に付着した霜を溶かして除去する。
【００２３】
ダクト４１内に送り込まれた冷気は各所の吹出口４４から吹き出し、庫内空間４の各区画を冷却する。冷気は棚板５と扉３との隙間を通って吸気口４２に戻る。このようにして、庫内空間４に冷気の循環が形成される。
【００２４】
冷却庫１には、以下の３つの運転モードがある。スターリング冷凍機１０を駆動するととともに、送風機４３を運転することにより上記のように庫内空間４を冷却する冷却運転モード、スターリング冷凍機１０および送風機４３を停止し、除霜ヒータ５０に通電することにより、蒸発器２１の除霜を行う除霜運転モード、および除霜後除霜ヒータ５０の通電を停止し高温になった蒸発器２１が充分に冷えるまで送風機４３を停止したままスターリング冷凍機１０を運転する予冷運転モードである。
【００２５】
図３は、冷却庫１のうちの運転制御に関連する部分を示すブロック図である。図３において、この冷却庫１は、庫内温度センサ５１、コールドヘッド温度センサ５２、蒸発器温度センサ５３、運転モード記憶部５４、基準温度記憶部５５および制御部５６を備える。
【００２６】
庫内温度センサ５１は、たとえばダクト４１の庫内空間４側の表面に設けられ、庫内空間４の温度Ｔ１を検出し、検出値を示す信号を制御部５６に与える。コールドヘッド温度センサ５２は、スターリング冷凍機１０のコールドヘッド１２に設けられてコールドヘッド１２の温度Ｔ２を検出し、検出値を示す信号を制御部５６に与える。この検出値はスターリング冷凍機１０の運転制御および蒸発器２１の（間接的）温度検出により霜付き検知に利用される。すなわちコールドヘッド温度センサ５２は、コールドヘッド１２の温度Ｔ２と蒸発器２１の温度の両方を検出していることになる。蒸発器温度センサ５３は、たとえば蒸発器２１の上側（蒸発器２１を経た空気流の下流側）近傍に設けられ、蒸発器２１で生成された冷気の温度Ｔ３を検出し、検出値を示す信号を制御部５６に与える。蒸発器２１近傍の温度Ｔ３とコールドヘッド１２の温度Ｔ２との差Ｔ３−Ｔ２を検知することにより、蒸発器２１近傍の温度Ｔ３と蒸発器２１の温度（Ｔ２＋数℃）との差Ｔ３−（Ｔ２＋数℃）を検知したことになり、従来技術の「冷気吹き出し口と蒸発器の温度差に基づいて除霜を開始する方法」と同じ除霜開始検知ができる。
【００２７】
運転モード記憶部５４は、ＲＡＭ等の書き換え可能なメモリからなり、制御部５６によって選択されている現在の運転モード（上記３つの運転モードのいずれか）を記憶し、必要に応じて記憶内容を読み出して制御部５６に与える。基準温度記憶部５５は、ＲＯＭ等の読み出し専用メモリ、もしくはＥＥＰＲＯＭなどの書き換え可能なメモリからなり、３つの運転モードの各々におけるＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ３−Ｔ２の基準値を記憶している。
【００２８】
制御部５６は、温度センサ５１〜５３および記憶部５４，５５からの各種情報に基づいて３つの運転モードのうちのいずれか１つの運転モードを選択し、選択した運転モードに応じてスターリング冷凍機１０、送風機４３および除霜ヒータ５０を制御する。
【００２９】
図４は、制御部５６の動作を示すフローチャートである。冷却運転時、蒸発器２１近傍の温度Ｔ３はほぼ一定の低温で推移している（ステップＳ１の否定判定）が、蒸発器２１へ霜が付着してくると蒸発器２１での熱交換効率が低下し、蒸発器２１近傍の温度Ｔ３が上昇し始める。逆に蒸発器２１の温度は低下し始め、連れてコールドヘッド１２の温度Ｔ２も低下し始める。
【００３０】
そして、蒸発器２１近傍の温度Ｔ３とコールドヘッド１２の温度Ｔ２との差Ｔ３−Ｔ２が基準温度記憶部５５に記憶された基準値ＴＲ１を超えると（ステップＳ１の肯定判定）、運転モード記憶部５４に記憶された運転モードを除霜運転に更新して（ステップＳ２）、冷却庫１を除霜運転で動作させる。すなわち、送風機４３を停止し（ステップＳ３）、スターリング冷凍機１０を停止し（ステップＳ４）、除霜ヒータ５０への通電を行う（ステップＳ５）。この除霜運転の間（ステップＳ６の否定判定）、除霜ヒータ５０の熱によって蒸発器２１の霜が融け、蒸発器２１近傍の温度Ｔ３が上昇していく。
【００３１】
そして、蒸発器２１近傍の温度Ｔ３が基準温度記憶部５５に記憶された基準値ＴＲ２を超えると（ステップＳ６の肯定判定）、運転モード記憶部５４に記憶された運転モードを予冷運転に更新して（ステップＳ７）、冷却庫１を予冷運転で動作させる。すなわち、除霜ヒータ５０の通電を停止し（ステップＳ８）、スターリング冷凍機１０を起動する（ステップＳ９）。この予冷運転では、送風機４３は停止されており、蒸発器２１が充分に冷えるまで除霜直後の高温になった蒸発器２１の周辺空気が庫内空間４に送られることがなく、庫内空間４内の貯蔵食品（冷凍食品）を傷める心配がない。この予冷運転の間（ステップＳ１０の否定判定）、スターリング冷凍機１０は運転されているので、コールドヘッド１２の温度Ｔ２は急激に低下していく。
【００３２】
そして、コールドヘッド５２の温度が基準温度記憶部５５に記憶された基準温度ＴＲ３よりも低くなると（ステップＳ１０の肯定判定）、運転モード記憶部５４に記憶された運転モードを冷却運転に更新して（ステップＳ１１）、冷却庫１を再び冷却運転モードで動作させる。すなわち、送風機４３の運転を再開する（ステップＳ１２）。その後、ステップＳ１に戻り、上記動作を繰り返す。
【００３３】
この実施の形態では、蒸発器２１で生成された冷気の温度Ｔ３とスターリング冷凍機１０のコールドヘッド１２の温度との差が基準値ＴＲ１を超えたことに応じて除霜運転を開始し、蒸発器２１近傍の温度Ｔ３が基準値ＴＲ２を超えたことに応じて除霜運転を停止する。したがって、冷却庫１の使用状況によらず効率の良い除霜を行うことができる。また、除霜開始検知のための「蒸発器２１の温度を検出するセンサ」を、スターリング冷凍機１０の運転制御に必要なコールドヘッド温度センサ５２で兼用させるので、除霜のためのセンサの数が少なくて済み、低コスト化を図ることができる。
【００３４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の一実施の形態による冷却庫の構成を示す部分垂直断面図である。
【図２】図１に示した冷却庫の熱交換ユニットを示す図である。
【図３】図１に示した冷却庫の運転制御に関連する部分の構成を示す図である。
【図４】図３に示した制御部の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１  冷却庫、２  筐体、３  扉、４  庫内空間、５  棚板、６  冷凍機収納凹部、１０  スターリング冷凍機、１１  ウォームヘッド、１２  コールドヘッド、１３  圧力容器、１５，２０  ２次冷媒回路、１６  放熱器、１７  放熱フィン、２１  蒸発器、２２  冷却フィン、３０  カバー、３１  天板、３２  通風経路、３３  排気口、３４，４０，４１  ダクト、３５，４３  送風機、４２  吸気口、４４  吹出口、５０  除霜ヒータ、５１〜５３  温度センサ、５４  運転モード記憶部、５５  基準温度記憶部、５６  制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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