(57)【要約】【課題】温度変化を抑えた精密な温度管理が可能な温冷庫を提供する。【解決手段】温冷庫（1）は、物品を貯蔵するための庫室が内部に形成された外箱(10)と、庫室の内部を冷却する第１の冷凍回路（31）と、を有し、第１の冷凍回路(31)は、冷媒の循環路(33)に、少なくとも、庫室の内部と熱交換して冷媒を蒸発させる庫内蒸発器(21)と、冷媒を圧縮する圧縮機(35)と、圧縮機(35)の上流側の循環路(33)に配置され、庫室の外部と熱交換する庫外蒸発器(38)と、を設けて構成され、庫内蒸発器(21)から流出された冷媒が庫外蒸発器(38)を通過して、圧縮機（35）に戻る構成になっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品を貯蔵するための庫室が内部に形成された筐体と、
前記庫室の内部を冷却する第１の冷凍サイクルと、を有する温冷庫であって、
前記第１の冷凍サイクルは、冷媒の循環路に、少なくとも、前記庫室の内部と熱交換して前記冷媒を蒸発させる第１の庫内蒸発器と、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機の上流側の前記循環路に配置され、前記庫室の外部と熱交換して前記冷媒を蒸発させる庫外蒸発器と、を設けて構成されることを特徴とする温冷庫。
【請求項２】
前記庫室の内部を加熱する加熱器を備えたことを特徴とする請求項１に記載の温冷庫。
【請求項３】
前記第１の冷凍サイクルとは異なる冷媒の循環路に、少なくとも、前記庫室の内部と熱交換して前記冷媒を蒸発させる第２の庫内蒸発器を設けて構成された第２の冷凍サイクルを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の温冷庫。
【請求項４】
前記庫室の内部温度を検出する庫内温度検出器と、
前記庫内温度検出器により検出した前記庫室の内部温度に基づいて、少なくとも一部が互いに異なる温度帯で前記第１の冷凍サイクル及び前記第２の冷凍サイクルを運転させる制御部と、を備えたことを特徴とする請求項３に記載の温冷庫。
【請求項５】
前記第１の冷凍サイクルの前記循環路において、前記庫外蒸発器は前記第１の庫内蒸発器の下流に配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の温冷庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品を所望の冷凍冷蔵温度帯から温蔵温度帯の温度で貯蔵するための温冷庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
庫内を任意の温度に保持する温冷庫は、電気ヒータ等の加熱装置と冷却装置の蒸発器とが庫内に配置されており、庫内を加熱及び冷却可能となっている。このような温冷庫においては、庫内の温度を検出して、設定した温度になるように加熱装置及び冷却装置の運転を制御して、庫内を設定温度にまで変化させる勾配運転や、庫内を設定温度に維持させる平衡運転を行う。
【０００３】
例えば特許文献１では、冷却装置の膨張機構に開度可変膨張機構を備え、冷却装置を連続的に運転しつつ、膨張機構の開度及び加熱装置の出力を制御して、勾配運転及び平衡運転を行う。
【０００４】
また、特許文献２では、冷却装置をＯＮ-ＯＦＦ制御して、勾配運転時の設定された温度勾配からの逸脱を抑えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２２９５５６号公報
【特許文献２】特開平３-２１８８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、例えば恒温槽や研究用として使用する温冷庫においては、わずかな温度範囲に平衡運転させるとともに、勾配運転においても設定された温度勾配からの逸脱を更に抑える精密な温度管理が要求されている。
【０００７】
このように精密な温度管理を必要とする温冷庫に対しては、上記特許文献１及び特許文献２の温度制御方式では、平衡運転において狭い範囲で温度を正確に維持することや、勾配運転において設定された温度勾配からの逸脱を抑えかつ滑らかに温度変化させることは困難である。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであって、設定された温度からの逸脱を抑えた精密な温度管理が可能な温冷庫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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の温冷庫は、物品を貯蔵するための庫室が内部に形成された筐体と、前記庫室の内部を冷却する第１の冷凍サイクルと、を有する温冷庫であって、前記第１の冷凍サイクルは、冷媒の循環路に、少なくとも、前記庫室の内部と熱交換して前記冷媒を蒸発させる第１の庫内蒸発器と、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機の上流側の前記循環路に配置され、前記庫室の外部と熱交換して前記冷媒を蒸発させる第1の庫外蒸発器と、を設けて構成されることを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記庫室の内部を加熱する加熱器を備える。
【００１１】
好ましくは、前記第１の冷凍サイクルとは異なる冷媒の循環路に、少なくとも、前記庫室の内部と熱交換して前記冷媒を蒸発させる第２の庫内蒸発器を設けて構成された第２の冷凍サイクルを備える。
【００１２】
好ましくは、前記庫室の内部温度を検出する庫内温度検出器と、前記庫内温度検出器により検出した前記庫室の内部温度に基づいて、少なくとも一部が互いに異なる温度帯で前記第１の冷凍サイクル及び前記第２の冷凍サイクルを運転させる制御部と、を備える。
【００１３】
好ましくは、前記第１の冷凍サイクルの前記循環路において、前記庫外蒸発器は前記第１の庫内蒸発器の下流に配置される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１の冷凍サイクルが庫内蒸発器と庫外蒸発器を備えることで、庫内蒸発器における冷媒の蒸発量を抑え、庫内蒸発器による庫内の冷却能力を抑えることができる。また、庫外蒸発器によって冷媒を蒸発させることで、圧縮機に液体の冷媒が戻ることを防止できるとともに、圧縮機に流入する冷媒温度を安定して高くすることができる。これにより、庫内をわずかな温度範囲に維持したり、設定された温度勾配からの逸脱を抑えかつ滑らかに温度変化させたりするような精密な温度管理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の温冷庫の概略斜視図である。
【図２】本実施形態の温冷庫における第１の冷凍回路及び第２の冷凍回路の構成図である。
【図３】第２の実施形態の温冷庫における各冷凍サイクルの冷却能力の設定要領を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態の温冷庫は、例えば精密な温度管理が必要な恒温槽や医薬品の保管庫として使用される。
【００１７】
図１は、本発明の温冷庫の概略斜視図である。
【００１８】
温冷庫１は、下部に配置された貯蔵部Ｓと、上部に配置された機械部Ｍとから構成されている。
【００１９】
貯蔵部Ｓは、前面開口を有する直方体状の筐体である外箱１０（筐体）と、外箱１０の前面開口を閉鎖するための外扉１１とを備えており、外箱１０及び外扉１１は、いずれも、内部に断熱材が充填された構造を有している。
【００２０】
外扉１１は、外箱１０の向かって左側または右側の側壁の前面に取り付けられたヒンジ（図示省略）を中心として回動することにより、外箱１０の前面開口を開閉する。
【００２１】
外箱１０の内部には、物品を貯蔵する内箱１２（庫室）が備えられている。内箱１２と外箱１０との間には、庫内（貯蔵部Ｓ内）の空気を循環させるダクト１３が備えられている。ダクト１３は内箱の後方及び上方に設けられ、内箱１２の上方のダクト１３には庫内を加熱する加熱装置としての電気ヒータ２０（加熱器）、庫内を冷却する冷却装置として後述する第１の冷凍回路及３１及び第２の冷凍回路３２の庫内蒸発器２１（第１の庫内蒸発器、第２の庫内蒸発器)、ファン２２が備えられている。ダクト１３は、内箱１２の後部下端部の開口部２３と上部の前端部の開口部２４とを連通している。内箱１２の上方のダクト１３には、後方から前方に向かって庫内蒸発器２１、ファン２２、電気ヒータ２０の順番に配置されている。ファン２２の作動により、ダクト１３内の空気が庫内蒸発器２１及び電気ヒータ２０を通過して、外扉１１の内壁面に反射し開口部２４から内箱１２内に流入する。そして、内箱１２内の空気は、開口部２３からダクト１３内に吸い込まれ庫内蒸発器２１に戻り、貯蔵部Ｓ内を循環する。
【００２２】
また、機械部Ｍの前面には、庫内の目標到達温度等を設定するための操作装置３０が備えられている。
【００２３】
図２は、温冷庫１における第１の冷凍回路３１（第１の冷凍サイクル）及び第２の冷凍回路３２（第２の冷凍サイクル）の構成図である。
【００２４】
本実施形態の温冷庫１は、庫内を冷却する冷却装置として、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２を備えている。
【００２５】
第１の冷凍回路３１は冷媒の循環路３３を有し、第２の冷凍回路３２は冷媒の循環路３４を有している。循環路３３及び循環路３４は、互いに独立して構成されている。冷媒は、例えば、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２のいずれもＨＦＣ-１３４ａを使用している。
【００２６】
第１の冷凍回路３１の循環路３３には、冷媒の流通方向で順番に、圧縮機３５、凝縮器３６、電子膨張弁３７、庫内蒸発器２１(第１の庫内蒸発器)、庫外蒸発器３８を備えている。
【００２７】
一方、第２の冷凍回路３２の循環路３４には、冷媒の流通方向で順番に、圧縮機４０、凝縮器４１、電子膨張弁４２、庫内蒸発器２１(第２の庫内蒸発器)を備えている。
【００２８】
各冷凍回路３１、３２における圧縮機３５、４０、凝縮器３６、４１、電子膨張弁３７、４２、庫内蒸発器２１の夫々については公知の構成であるので、詳細な構造、機能についての記述は省略する。
【００２９】
また、第１の冷凍回路３１には、ホットガス除霜回路４５が備えられている。ホットガス除霜回路４５は、圧縮機３５と凝縮器３６との間の循環路３３に配置された流路切換用の電磁弁４６と、当該電磁弁４６から分岐して電子膨張弁３７と庫内蒸発器２１との間の循環路３３に連通する連通路４７と、により構成されている。
【００３０】
通常時は圧縮機３５から吐出した冷媒が全て凝縮器３６に流入するように電磁弁４６が切り替えられている。ホットガス除霜回路４５は、例えばユーザが操作装置３０の操作により電磁弁４６を操作して、圧縮機３５によって圧縮され高温となった冷媒を連通路４７を介して庫内蒸発器２１に導くことで、庫内蒸発器２１を加熱して、庫内の霜を除去する。
【００３１】
圧縮機３５、４０、凝縮器３６、４１、電子膨張弁３７、４２及び庫外蒸発器３８は、機械部Ｍに配置されている。庫内蒸発器２１は、上述のように外箱１０の内部、即ち貯蔵部Ｓに配置されている。
【００３２】
なお、庫内蒸発器２１は、内部で冷媒の循環路３３、３４は互いに独立して配置されているが、フィン等のその他の部品を全てあるいは部分的に共通化して、第１の冷凍回路３１と第２の冷凍回路３２の両方で使用可能に一体的に構成されている。
【００３３】
庫外蒸発器３８は、庫内蒸発器２１より小さい容量の蒸発器である。
【００３４】
庫外蒸発器３８は、庫内蒸発器２１を通過した冷媒を外気と熱交換し、庫内蒸発器２１において蒸発しきれなかった冷媒を蒸発させる。これにより、圧縮機３５に戻る冷媒の温度を安定的に高くし、圧縮機３５の吸入温度を安定化させることができる。
【００３５】
即ち、第１の冷凍回路３１は、庫外蒸発器３８を有しない第２の冷凍回路３２と比較して、小さい冷却能力であっても安定して作動させることができる。
【００３６】
また、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２の夫々について、庫内蒸発器２１の入口には冷媒の蒸発温度としての冷媒温度を検出する図示しない蒸発温度センサを備えるとともに、庫内蒸発器２１の出口には冷媒の過熱度としての冷媒温度を検出する図示しない過熱度センサを備えている。
【００３７】
温冷庫１の内箱１２内には庫内温度を検出する庫内温度センサ５１（庫内温度検出器）を備えるとともに、機械部Ｍには外気温度を検出する外気温センサ５２を備えている。そして、機械部Ｍに備えられたコントロールユニット５０(制御部)において、庫内温度、外気温度、蒸発温度、過熱度、及び操作装置３０によって設定された目標設定温度等に基づいて、電子膨張弁３７、４２、電気ヒータ２０、ファン２２等が作動制御され、第１の冷凍回路３１による冷却制御、第２の冷凍回路３２による冷却制御、及び電気ヒータ２０による昇温制御がされる。
【００３８】
第１の実施形態の温冷庫１では、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２は、略同一の庫内温度帯で作動するように設定されている。基本的に第１の冷凍回路３１は常時連続運転させ、例えば庫内温度が目標温度より大幅に高く要求する冷却能力が大きい場合には、第１の冷凍回路３１とともに第２の冷凍回路３２を作動させる。
【００３９】
以上のように、第１の実施形態の温冷庫１では、第１の冷凍回路３１が庫内蒸発器２１と庫外蒸発器３８を備えているため、庫内蒸発器２１における冷媒の熱交換量を抑えることができる。したがって、庫内温度が目標温度に近い場合に、第１の冷凍回路３１を連続的に運転させても庫内蒸発器２１による庫内の冷却を抑えることができ、安定した庫内の温度管理を行うことができる。
【００４０】
庫内蒸発器２１において冷媒の蒸発が十分でなくても、庫外蒸発器３８において冷媒を蒸発させることができるので、圧縮機３５に液体の冷媒が戻ることを防止することができる。これにより、圧縮機３５を保護することができる。また、圧縮機３５に流入する冷媒温度を安定して高くすることができ、第１の冷凍回路３１を安定して作動させることができる。
【００４１】
したがって、第１の冷凍回路３１により、庫内を狭い温度範囲に維持したり、設定された温度勾配からの逸脱を抑えかつ滑らかに温度変化させたりするような、精密な温度管理を行うのに適した温冷庫１にすることができる。
【００４２】
更に、温冷庫１は、第２の冷凍回路３２を備えているので、第１の冷凍回路３１とともに第２の冷凍回路３２を作動させることで、庫内蒸発器２１における熱交換量を増加させることができる。これにより、例えば庫内温度が高い場合に冷却能力を大きく確保して、庫内温度を迅速に低下させることが可能となる。
【００４３】
また、電気ヒータ２０を備えているので、庫内を循環する空気を応答性良く所望の熱量で加熱することができる。これにより、庫内を外気温よりも加熱することができ、例えば、庫内を冷凍冷蔵温度帯から温蔵温度帯の温度に維持させる恒温槽などとして使用する温冷庫として利用することができる。
【００４４】
また、冷却する際に電気ヒータ２０を使用することで、庫内の温度変化に迅速に対応して電気ヒータ２０を制御することにより、より精密に庫内を温度管理することができる。
【００４５】
なお、第１の冷凍回路３１は庫外蒸発器３８を備えており、庫内の冷却性能を低く安定させて運転することができるため、上記のように冷却する際に電気ヒータ２０を使用しても、電気ヒータ２０の消費電力を抑えることができる。
【００４６】
なお、上記実施形態では、第１の冷凍回路３１の庫内蒸発器２１と庫外蒸発器３８が循環路３３に直列に配置されているが、並列に配置してもよい。並列に配置することで、庫内蒸発器２１から流出した冷媒が庫外蒸発器３８を通過せずに圧縮機３５に戻る。したがって、直列に配置したものより圧縮機３５の保護性能は劣るものの、庫内蒸発器２１の冷媒の通過量を減少させて庫内の冷却性能を抑制することができる。
【００４７】
庫内蒸発器２１と庫外蒸発器３８を並列に設けた場合に、夫々に電子膨張弁３７を設けるとよい。これにより、この２つの電子膨張弁３７の制御により、庫内蒸発器２１へ流入する冷媒量及び庫外蒸発器３８へ流入する冷媒量を制御することができる。例えば庫内温度と適宜設定される目標温度との差が大きい場合には、庫外蒸発器３８へ流入する冷媒量を抑え、庫内の冷却性能を大きく確保し、庫内温度と目標温度との差が小さい場合には、庫外蒸発器３８へ流入する冷媒量を多くして、庫内の冷却性能を低下させて僅かな冷却を安定させて行うことができる。
【００４８】
また、第２の冷凍回路３２に、第１の冷凍回路３１と同様にホットガス除霜回路４５を設けてもよい。これにより、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２の両方で庫内蒸発器２１を加熱して、庫内の除霜機能を向上させることができる。
【００４９】
次に、第１の冷凍回路３１と第２の冷凍回路３２を、庫内温度に基づいて切り替え作動する第２の実施形態について説明する。
【００５０】
第２の実施形態では、第１の冷凍回路３１は第１の実施形態の構成と同一であるが、第２の冷凍回路３２については、第１の冷凍回路３１と同様に庫外蒸発器３８を備える。
【００５１】
コントロールユニット５０は、庫内温度に基づいて、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２の作動を切り替える。
【００５２】
図３は、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２の冷却能力の設定例を示すグラフである。図３は、庫内温度に対する第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２夫々の冷却能力の変化を示している。
【００５３】
図３に示すように、第１の冷凍回路３１の冷却能力と第２の冷凍回路３２の冷却能力とを加算して、必要とされる冷却能力となるように第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２の冷却能力が調整される。
【００５４】
庫内温度８℃以下では、第１の冷凍回路３１の冷却能力を１００％、第２の冷凍回路３２の冷却能力を０％とし、第１の冷凍回路３１のみ可動させる。
【００５５】
なお、第１の冷凍回路３１の冷却能力は、庫内温度、冷媒の過熱度及び蒸発温度により制御されるので、図３中の庫内温度８℃以下における冷却能力の１００％は、第１の冷凍回路３１の最大冷却能力ではなく、庫内温度等に基づいて必要とされる冷却能力である。
【００５６】
庫内温度１２℃以上では、第１の冷凍回路３１の冷却能力を０％、第２の冷凍回路３２の冷却能力を１００％とし、第２の冷凍回路３２のみ可動させる。
【００５７】
また、第２の冷凍回路３２の冷却能力についても、庫内温度等により制御されるので、図３中の庫内温度１２℃以上における冷却能力の１００％は第２の冷凍回路３２の最大冷却能力ではなく、庫内温度等に基づいて必要とされる冷却能力である。
【００５８】
例えば、第１の冷凍回路３１の最大冷却能力＝第２の冷凍回路３２の最大冷却能力＝１ｋｗであって、庫内温度１０℃の時に必要とされる冷却能力が１ｋｗの場合には、第１の冷凍回路３１の冷却能力＝第２の冷凍回路３２の冷却能力＝０．５ｋｗにする。また、庫内温度１０℃の時に必要とされる冷却能力が０．５ｋｗの場合には、第１の冷凍回路３１の冷却能力＝第２の冷凍回路３２の冷却能力＝０．２５ｋｗにする。
【００５９】
庫内温度９℃の時に必要とされる冷却能力が１ｋｗの場合には、第１の冷凍回路３１の冷却能力＝０．７５ｋｗとし、第２の冷凍回路３２の冷却能力＝０．２５ｋｗにする。
【００６０】
以上のように、第２の実施形態では、庫内温度が８℃以下の場合には第１の冷凍回路３１のみ作動させ、庫内温度が１２℃以上の場合には第２の冷凍回路３２のみ作動させる。重複する温度帯である８℃〜１２℃においては、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２が能力を調整しながら稼働する。図３に示すように、８℃〜１２℃において、庫内の温度変化に対して、第１の冷凍回路３１の冷却能力と第２の冷凍回路３２の冷却能力との比率が連続的に滑らかに変化するので、全体的な庫内の冷却能力も滑らかに変化させることができる。
【００６１】
このように、第２の実施形態では、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２を夫々適した少なくとも一部が互いに異なる温度帯で作動させる。第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２のいずれにも庫外蒸発器３８を備えているので、いずれの異なる温度帯においても冷却性能を低く安定して作動させることができ、精密な温度管理が可能となる。
【００６２】
また、第２の実施形態においては、第１の冷凍回路３１にのみ、ホットガス除霜回路４５を備えている。第１の冷凍回路３１は例えば上記のように水の凍結温度帯でも稼働するので庫内蒸発器２１のフィン等に結露した水が凍結するが、第２の冷凍回路３２は水の凍結温度帯では作動しないので、庫内蒸発器２１のフィン等に結露したとしても凍結はしない。したがって、作動温度帯に応じてホットガス除霜回路４５が不要となり、部品点数の削減を図ることができる。
【００６３】
また、上記第２の実施形態において、第１の冷凍回路３１の冷媒と第２の冷凍回路３２の冷媒を異なるものに採用するとよい。例えば、第１の冷凍回路３１では冷媒としてＨＦＣ―４０４Ａを使用し、第２の冷凍回路３２では冷媒としてＨＦＯ―１２３４ＹＦを使用すればよい。上記のように第１の冷凍回路３１を使用する庫内の温度帯１２℃以下と、第２の冷凍回路３２を使用する庫内の温度帯８℃以上とで、夫々適した冷媒を使用することで、効率の向上あるいは安定した冷却を図ることができる。
【００６４】
また、第２の実施形態において、第１の冷凍回路３１の冷媒量と第２の冷凍回路３２の冷媒量を異なるようにしてもよい。上記のように第１の冷凍回路３１を庫内の温度帯１２℃以下で使用し、第２の冷凍回路３２を庫内の温度帯８℃以上で使用する場合には、第１の冷凍回路３１では庫内温度がすでに低下していることから、第１の冷凍回路３１の冷媒量を第２の冷凍回路３２の冷媒量よりも少なくするとよい。これにより、第１の冷凍回路３１の冷却能力が低下するので、僅かな温度変化で目標温度に維持するような平衡制御に適した冷凍回路にすることができる。
【００６５】
なお、上記第１の実施形態及び第２の実施形態では、第１の冷凍回路３１の循環路３３において、庫内蒸発器２１の下流側に庫外蒸発器３８を配置しているが、庫内蒸発器２１の上流側に庫外蒸発器３８を配置してもよい。この場合、電子膨張弁３７を、庫外蒸発器３８と凝縮器３６との間に配置してもよいし、庫外蒸発器３８と凝縮器３６との間、及び庫外蒸発器３８と庫内蒸発器２１との間に夫々配置してもよい。また、第２の実施形態の第２の冷凍回路３２においても同様に、庫内蒸発器２１の上流側に庫外蒸発器３８を配置してもよい。
【００６６】
また、本発明の温冷庫は、上記実施形態のように恒温槽や医薬品の保管庫だけではなく、環境試験装置や食肉等の熟成など精密な温度管理を必要とする温冷庫に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１                温冷庫
１０              外箱（筐体）
２０              電気ヒータ（加熱器）
２１              庫内蒸発器（第１の庫内蒸発器、第２の庫内蒸発器)
３１              第１の冷凍回路（第１の冷凍サイクル）
３２              第２の冷凍回路（第２の冷凍サイクル）
３３、３４        循環路
３５              圧縮機
３８              庫外蒸発器
５０              コントロールユニット（制御部）
５１              庫内温度センサ（庫内温度検出器）
【図１】
2019190706.tif 000003
【図２】
2019190706.tif 000004
【図３】
2019190706.tif 000005