(57)【要約】【課題】複雑な温度設定が可能な温冷庫の温度制御装置を提供する。【解決手段】物品を貯蔵するための庫室が内部に形成された筐体１０と、第１の冷凍回路３１と、庫室の内部を加温する電気ヒータ２０と、を有し、第１の冷凍回路３１及び電気ヒータ２０の少なくとも一方を使用して庫室の内部を温度調整する温冷庫１の温度制御装置であって、庫室の内部の目標温度と目標温度に達するまでの目標時間とを複数組設定する操作装置３０と、複数組設定した目標温度及び目標時間より夫々温度勾配を演算し、順番に各組の目標温度、目標時間及び温度勾配に基づいて、第１の冷凍回路３１及び電気ヒータ２０を制御するコントロールユニット５０と、を備える。【選択図】図２
2019191842.tif 000002
【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冷却装置と、前記庫室の内部を加温する加温装置と、を有し、前記冷却装置及び前記加温装置の少なくとも一方を使用して前記庫室の内部を温度調整する温冷庫の温度制御装置であって、
前記庫室の内部の目標温度を設定する目標温度設定部と、
前記目標温度に達するまでの目標時間を設定する目標時間設定部と、
複数組設定した前記目標温度及び前記目標時間より夫々温度勾配を演算し、順番に各組の前記目標温度、前記目標時間及び前記温度勾配に基づいて、前記冷却装置及び前記加温装置を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする温冷庫の温度制御装置。
【請求項２】
前記物品の種類を設定する物品設定部と、
前記物品の庫内への保管目的を設定する目的設定部と、を備え、
前記制御部は、前記物品の種類、前記保管目的、前記目標時間に基づいて、前記温度勾配を自動的に設定することを特徴とする請求項１に記載の温冷庫の温度制御装置。
【請求項３】
前記庫室の内部に、前記物品と同等の温度特性を有する疑似物を前記物品とともに保管し、前記疑似物の温度を測定する物品温度検出器を備え、
前記制御部は、前記庫室の内部温度と共に、または代わりに、前記物品温度検出器において検出した前記疑似物の温度に基づいて、前記冷却装置及び前記加温装置を制御することを特徴とする請求項1または２に記載の温冷庫の温度制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記庫室の外部から内部への単位時間当たりの侵入熱量を演算する侵入熱量演算部と、
前記庫室の内部の温度制御の開始から前記庫室の内部温度が前記目標温度に達するまでの間の、前記庫室の外部から内部への単位時間当たりの最大侵入熱量を演算する最大侵入熱量演算部と、を有し、
前記最大侵入熱量と前記侵入熱量との差を、前記加温装置による加温により補うように前記温度制御を行う、庫内精密温度制御を実行することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の温冷庫の温度制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記庫内精密温度制御において、前記庫室の内部を単位時間当たり所定の冷却熱量で一定に冷却するよう前記冷却装置を制御するとともに、前記侵入熱量と前記冷却熱量と前記加温装置により加温する単位時間当たりの加温熱量との和が、前記温度勾配で前記庫室の内部を温度変化させるのに必要な熱量となるように、前記加温装置を制御することを特徴とする請求項４に記載の温冷庫の温度制御装置。
【請求項６】
前記庫室の外部温度を検出する外気温度検出器を備え、
前記侵入熱量演算部は、前記庫室の内部温度と外部温度との差に前記筐体の表面積と所定の係数を積算して前記侵入熱量を演算することを特徴とする請求項５に記載の温冷庫の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品を貯蔵するための温冷庫の温度制御技術に関する。
【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、例えば恒温槽や食品熟成庫として使用する温冷庫のように、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。
そして、このような精密な温度管理を要求される温冷庫において、複雑な温度制御を容易に設定することが要求されている。
【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、複雑な温度設定が可能な温冷庫の温度制御装置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、本発明の温冷庫の温度制御装置は、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冷却装置と、前記庫室の内部を加温する加温装置と、を有し、前記冷却装置及び前記加温装置の少なくとも一方を使用して前記庫室の内部を温度調整する温冷庫の温度制御装置であって、前記庫室の内部の目標温度を設定する目標温度設定部と、前記目標温度に達するまでの目標時間を設定する目標時間設定部と、複数組設定した前記目標温度及び前記目標時間より夫々温度勾配を演算し、順番に各組の前記目標温度、前記目標時間及び前記温度勾配に基づいて、前記冷却装置及び前記加温装置を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記物品の種類を設定する物品設定部と、前記物品の庫内への保管目的を設定する目的設定部と、を備え、前記制御部は、前記物品の種類、前記保管目的、前記目標時間に基づいて、前記温度勾配を自動的に設定する。
【００１１】
好ましくは、前記庫室の内部に、前記物品と同等の温度特性を有する疑似物を前記物品とともに保管し、前記疑似物の温度を測定する物品温度検出器を備え、前記制御部は、前記庫室の内部温度と共に、または代わりに、前記物品温度検出器において検出した前記疑似物の温度に基づいて、前記冷却装置及び前記加温装置を制御する。
【００１２】
好ましくは、前記制御部は、前記庫室の外部から内部への単位時間当たりの侵入熱量を演算する侵入熱量演算部と、前記庫室の内部の温度制御の開始から前記庫室の内部温度が前記目標温度に達するまでの間の、前記庫室の外部から内部への単位時間当たりの最大侵入熱量を演算する最大侵入熱量演算部と、を有し、前記最大侵入熱量と前記侵入熱量との差を、前記加温装置による加温により補うように前記温度制御を行う、庫内精密温度制御を実行する。
【００１３】
好ましくは、前記制御部は、前記庫内精密温度制御において、前記庫室の内部を単位時間当たり所定の冷却熱量で一定に冷却するよう前記冷却装置を制御するとともに、前記侵入熱量と前記冷却熱量と前記加温装置により加温する単位時間当たりの加温熱量との和が、前記設定温度変化量で前記庫室の内部を温度変化させるのに必要な熱量となるように、前記加温装置を制御する。
【００１４】
好ましくは、前記庫室の外部温度を検出する外気温度検出部を備え、前記侵入熱量演算部は、前記庫室の内部温度と外部温度との差に前記筐体の表面積と所定の係数を積算して前記侵入熱量を演算する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、庫室の内部温度を目標温度まで目標時間かけて変化させる温度勾配を演算して、この温度勾配に基づいて冷却装置及び加温装置を作動して庫室の内部の温度調整をするので、庫室の内部に貯蔵する部品の温度が設定された温度勾配から逸脱することを抑え、物品の状態維持を図ることができる。
【００１６】
更に、この目標温度及び目標時間複数組設定し、順次設定される目標温度、目標時間及び温度勾配に基づいて冷却装置及び加温装置を制御するので、複雑な温度制御を容易に設定して実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態の温度制御装置を採用する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冷凍回路及び制御系の構成図である。
【図３】操作装置の形状を示す正面図である。
【図４】温冷庫の温度制御要領の一部を示すフローチャートである。
【図５】温冷庫の温度制御要領の残部を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
本実施形態の温度制御装置を採用する温冷庫１は、例えば精密な温度管理が必要な恒温槽や食肉などを熟成させる食品熟成庫として使用される。
【００２０】
図１は、本発明の温冷庫の概略斜視図である。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、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３１及び第２の冷凍回路３２の庫内蒸発器２１、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。
【００２５】
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。
【００２６】
図２は、温冷庫１における冷凍回路及び制御系の構成図である。
【００２７】
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。
【００２８】
第１の冷凍回路３１は冷媒の循環路３３を有する冷凍サイクルであり、第２の冷凍回路３２は冷媒の循環路３４を有する冷凍サイクルである。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。
【００２９】
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、庫外蒸発器３８を備えている。
【００３０】
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を備えている。
【００３１】
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。
【００３２】
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とを連通する連通路４７と、により構成されている。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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で一体的に構成している。
【００３６】
庫外蒸発器３８は、庫内蒸発器２１より小さい容量のものが使用されている。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。
【００３７】
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。
【００３８】
温冷庫１の内箱１２の内部には庫内温度（庫室の内部温度）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（庫室の外部温度）を検出する外気温度センサ５２（外気温度検出器）を備えている。
【００３９】
なお、庫内温度センサ５１に加えて、あるいは代わりに、庫内に保管する物品と比熱等の温度特性が同一の疑似物（ダミー）の内部に設置した温度センサ（物品温度検出器）を使用するとよい。
【００４０】
また、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２の夫々には、庫内蒸発器２１の入口に冷媒の蒸発温度としての冷媒温度を検出する蒸発温度センサ５３ａ、５３ｂを備えるとともに、庫内蒸発器２１の出口に冷媒の過熱度としての冷媒温度を検出する過熱度センサ５４ａ、５４ｂを備えている。
【００４１】
機械部Ｍには、目標到達温度と所要時間を夫々設定可能な操作装置３０と、温冷庫１の作動制御をするコントロールユニット５０(制御部、侵入熱量演算部、最大進入熱量演算部）が備えられている。
【００４２】
図３は、操作装置３０の形状を示す正面図である。
【００４３】
操作装置３０は、自動設定部６０、マニュアル設定部６１、スタートスイッチ６２及びストップスイッチ６３を備えている。
【００４４】
自動設定部６０には、目的選択スイッチ６５（目的設定部）、物品選択スイッチ６６(物品設定部)、目標時間設定スイッチ６７、液晶表示部６８、を備えている。
【００４５】
目的選択スイッチ６５は、温冷庫１に物品を収納する目的を選択するスイッチであり、例えば食肉等の保管−使用、熟成の選択が可能である。保管−使用は、例えば保管する物品を−２℃まで冷却して保存し、目標時間経過後に室温程度の例えば２０℃まで温度上昇させて庫内から取り出すといったことを目的とする。熟成は、例えば保管する物品を１℃で維持するために使用される。
【００４６】
物品選択スイッチ６６は、庫内に収納する物品の種類を選択するスイッチである。例えば臓器の種類を選択可能である。
【００４７】
目標時間設定スイッチ６７は、上記の目標時間を設定するスイッチであり、例えば＋（プラス）及び−（マイナス）を選択可能なシーソータイプのモーメンタリスイッチである。
【００４８】
液晶表示部６８は、目的選択スイッチ６５、物品選択スイッチ６６の選択内容、目標時間設定スイッチ６７により設定した目標時間を表示する。
【００４９】
マニュアル設定部６１は、３つの設定部７０、７１、７２を有し、夫々の設定部７０、７１、７２に目標温度設定部７５、目標時間設定部７６、選択スイッチ７７を備えている。
【００５０】
目標温度設定部７５は、庫内の目標到達温度を設定可能である。
【００５１】
目標時間設定部７６は、同一の設定部の目標温度設定部７５において設定した目標到達温度にするまでの目標時間を設定可能である。
【００５２】
選択スイッチ７７は、同一の設定部７０、７１、７２における目標温度設定部７５にて設定した目標到達温度及び目標時間設定部７６において設定した目標時間を有効（ＯＮ）にするか否かを切り替え可能である。
【００５３】
選択スイッチ７７は、ＯＮにすることで対応する設定部７０、７１、７２が実行される。なお、設定部７０、７１、７２は、上から順番に実行される。例えば、全ての設定部７０、７１、７２がＯＮである場合に、１番目の設定部７０で設定された目標温度が―２℃、目標時間が１時間であり、２番目の設定部７１で設定された目標到達温度が―２℃、目標時間が６時間であり、３番目の設定部７２で設定された目標到達温度が３５℃、経過時間が２ｈである場合には、保管を開始してから１時間経過するまでに―２℃まで庫内を冷却し、その後６時間経過するまで庫内を―２℃に維持し、その後２時間かけて庫内を３５℃まで上昇させるように動作する。
【００５４】
スタートスイッチ６２は、自動設定部６０またはマニュアル設定部６１における設定に基づいて冷却及び加温制御の実行を開始する。なお、自動設定部６０及びマニュアル設定部６１の両方が設定された場合には、マニュアル設定部６１の設定を優先すればよい。
【００５５】
ストップスイッチ６３は、冷却制御または加温制御の実行を停止させるスイッチである。
【００５６】
コントロールユニット５０は、温冷庫１の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、時計及びタイマ等を含んで構成されている。コントロールユニット５０は、庫内温度センサ５１、外気温度センサ５２、蒸発温度センサ５３ａ、５３ｂ、過熱度センサ５４ａ、５４ｂから検出した各種温度を入力するとともに、操作装置３０により操作情報を入力して、各電子膨張弁３７、４２及び電気ヒータ２０を作動制御する。
【００５７】
コントロールユニット５０は、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２による庫内の冷却と電気ヒータ２０による庫内の加熱を行い、更に第１の冷凍回路３１、第２の冷凍回路３２及び電気ヒータ２０の少なくとも１つを追値制御して、精密な温度制御（庫内精密温度制御）を行う。
【００５８】
庫内の冷却については、蒸発温度制御及び過熱度制御のいずれかまたは両方を採用する。
【００５９】
蒸発温度制御は、蒸発温度センサ５３ａ、５３ｂにより検出した冷媒の蒸発温度が目標蒸発温度に近づくように、電子膨張弁３７、４２を制御する。また、過熱度制御は、過熱度センサ５４ａ、５４ｂにより検出した冷媒の過熱度が目標過熱度に近づくように、電子膨張弁３７、４２を制御する。なお、蒸発温度制御及び過熱度制御については、公知の技術であるので詳細な説明は省略する。
【００６０】
コントロールユニット５０は、庫内を冷却制御する際に、勾配運転の一種である急速冷却モード、平衡運転の一種である平衡冷却モード、勾配運転の一種である緩速冷却モードの３つの冷却モードが可能である。
【００６１】
急速冷却モードは、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２の両方を作動させて、中間目標温度（例えば４℃）に到達させる。なお、中間目標温度は目標到達温度より例えば数℃高い温度である。また、急速冷却モードにおいては、過熱度制御を採用することが望ましい。
【００６２】
平衡冷却モードは、第２の冷凍回路３２の作動を停止して、第１の冷凍回路３１のみ作動させる。ここで、蒸発温度を中間目標温度に平衡（維持）させるように所定時間稼働させる。なお、平衡冷却モードにおいては、蒸発温度制御を採用することが望ましい。
【００６３】
緩速冷却モードは、平衡冷却モードの後に、中間目標温度から目標到達温度（例えば-５℃）まで、緩やかに温度降下させる。なお、中間目標温度は目標到達温度より例えば数℃高い温度である。
【００６４】
なお、扉開閉や新たな冷却物の庫内への設置等により、庫内温度が大きく上昇して場合には、急速冷却モード→平衡冷却モード→緩速冷却モードの順番に実行され、目標到達温度に到達後は平衡冷却モードが実行される。
【００６５】
庫内温度が目標到達温度よりわずかに上昇しているような場合（例えば１℃未満）の場合には、緩速冷却モードを実行する。
【００６６】
これらの急速冷却モード、平衡冷却モード、緩速冷却モードは、上記のマニュアル設定部６１の３つの設定部７０、７１、７２によって設定可能である。例えば、設定部７０によって急速冷却モードを、設定部７１によって平衡冷却モードを、設定部７２によって緩速冷却モードを設定可能である。また、コントロールユニット５０は、目的及び物品に対応した目標到達温度及び所要時間の組合わせを記憶している。特に緩速冷却モードにおける単位時間当たりの温度変化量である温度勾配を記憶している。コントロールユニット５０は、自動設定部６０において設定した目的及び物品に対応した温度勾配や目標到達温度を読み出すとともに、設定した目標時間と読み出した温度勾配や目標到達温度に対応して所要時間を調整する機能を備えている。
【００６７】
図４は、コントロールユニット５０において実行される温冷庫１の温度制御要領の一部を示すフローチャートである。図５は、コントロールユニット５０において実行される温冷庫１の温度制御要領の残部を示すフローチャートである。
【００６８】
図４及び図５に示す本実施形態の温度制御(庫内精密温度制御)は、上記の各冷却モードに共通して実行することができる。
【００６９】
始めに、ステップＳ１０では、操作装置３０において設定内容を入力する。設定内容としては、目標到達温度と所要時間である。そして、ステップＳ２０に進む。
【００７０】
ステップＳ２０では、ステップＳ１０で入力した目標到達温度及び所要時間と、庫内温度センサ５１から検出した現在の庫内温度とに基づいて、温度勾配を算出する。温度勾配は、庫内温度から目標到達温度まで一定に変化させる際の単位時間あたりの設定温度変化量であり、庫内温度と目標到達温度との温度差を所要時間で除算して求められる。なお、物品選択スイッチ６６により物品が設定され、目標時間が設定されていない場合には、物品に基づいてメモリより温度勾配を読みだして使用する。この場合、読み出した温度勾配と目標到達温度に基づいて、目標時間を演算する。そしてステップＳ３０に進む。
【００７１】
ステップＳ３０では、推定最大侵入熱量Ｐmaxを算出する。推定最大侵入熱量Ｐmaxは、現在から庫内温度が目標到達温度に到達するまでの間に、即ち庫内精密温度制御を実行する間において、単位時間当たりに外部から庫内に侵入する熱量の最大値である。推定最大侵入熱量Ｐmaxは、外気温度と庫内温度との差が最も大きくなる時点での想定外気温度と想定庫内温度との差（例えば本制御の開始時での外気温度と庫内温度との差）ΔＴmaxから次式（１）を用いて演算される。
Ｐmax＝Ｋ×Ａ×ΔＴmax・・・（1）
【００７２】
なお、Ｋは温冷庫１の断熱度合いによって定まる固有の定数であり、Ａは温冷庫１の表面積である。したがって、Ｋ×Ａは、温冷庫１の固有の係数（所定の係数)であり、実験等によりあらかじめ測定した値を使用する。そして、ステップＳ４０に進む。なお、コントロールユニット５０における本ステップの制御は、本発明の最大侵入熱量演算部に該当する。
【００７３】
ステップＳ４０では、外気温度センサ５２により現在の外気温度を検出して入力する。そして、ステップＳ５０に進む。
【００７４】
ステップＳ５０では、庫内温度センサ５１により現在の庫内温度を検出して入力する。そして、ステップＳ６０に進む。
【００７５】
ステップＳ６０では、庫内の目標温度を設定し、設定の計時を開始する。目標温度は、後述する追値制御するために設定される追値制御用制御時間（例えば２分）後の目標温度であり、現在の庫内温度からステップＳ２０で演算した温度勾配で追値制御用所定時間経過後の庫内温度を演算する。そして、ステップＳ７０に進む。
【００７６】
ステップＳ７０では、ステップＳ４０で入力した現在の外気温度とステップＳ５０で入力した現在の庫内温度から、現在の推定侵入熱量Ｐ2を演算する。現在の推定侵入熱量Ｐ2は、現在の外気温度と現在の庫内温度との温度差であるΔＴから次式（2）を用いて演算される。
Ｐ2＝Ｋ×Ａ×ΔＴ・・・（2）
そしてステップＳ８０に進む。なお、コントロールユニット５０における本ステップの制御は、本発明の侵入熱量演算部に該当する。
【００７７】
ステップＳ８０では、不足熱量Ｐ1を算出する。不足熱量Ｐ1は、ステップＳ３０で演算した推定最大侵入熱量Ｐmaxから、ステップＳ７０で演算した現在の推定侵入熱量Ｐ2を減算して求める。即ち、Ｐmax＝Ｐ1+Ｐ2の関係となるように、不足熱量Ｐ1を演算する。更に、この演算した不足熱量Ｐ1に、ステップＳ２０で演算した温度勾配分の熱量も加算して、不足熱量Ｐ3を演算しておく。そして、ステップＳ９０に進む。
【００７８】
ステップＳ９０では、ステップＳ８０で演算した温度勾配分を加算した不足熱量Ｐ3を出力するように電気ヒータ２０の通電Duty比を演算する。詳しくは、電気ヒータ２０の最大加熱能力に対して、不足熱量Ｐ3を出力するように、電気ヒータの通電電流のDuty比を演算する。そして、ステップＳ１００に進む。
【００７９】
ステップＳ１００では、ステップＳ９０で演算したDuty比を、後述するステップＳ１５０で演算した追値制御用の補正値を加算して補正する。そして、図４のステップＳ１１０に進む。
【００８０】
ステップＳ１１０では、ステップＳ１００で補正したDuty比により電気ヒータ２０を通電する。そして、ステップＳ１２０に進む。
【００８１】
ステップＳ１２０では、庫内温度センサ５１より庫内温度を検出して、現在の庫内温度がステップＳ６０で設定された目標温度に到達したか否かを判別する。目標温度に到達した場合には、ステップＳ１３０に進む。目標温度に到達していない場合には、ステップＳ４０に戻る。
【００８２】
ステップＳ１３０では、庫内温度センサ５１より庫内温度を検出して、現在の庫内温度が操作装置３０において設定された目標到達温度に到達したか否かを判別する。目標到達温度に到達した場合には、本ルーチンを終了する。目標到達温度に到達していない場合には、ステップＳ１４０に進む。
【００８３】
ステップＳ１４０では、ステップＳ６０で計時開始してから追値制御用所定時間経過したか否かを判別する。なお、この追値制御用所定時間は、追値制御用に適宜設定される値である。追値制御は、庫内温度を目標温度に一致させるためのフィードバック制御（ＰＩＤ制御）であり、以下のステップＳ１５０における温度勾配の算出と、ステップＳ１００のDuty比の補正によって実行される。この追値制御については、例えば４秒間に１０回庫内温度を検出してその平均値と、前回の４秒間における平均値との差に基づいて行われる。追値制御用所定時間経過した場合には、ステップＳ１５０に進む。追値制御用所定時間経過していない場合には、ステップＳ４０に戻る。
【００８４】
ステップＳ１５０では、追値制御用の補正温度（勾配分）を算出する。本ステップでは、ステップＳ６０で設定した所定時間を経過しても、庫内が目標到達温度に到達していないので、電気ヒータ２０のDuty比を適宜増加させる値を設定する。そして、ステップＳ４０に戻る。
【００８５】
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、冷凍能力が低い値であっても安定して作動させることができる。これにより、第１の冷凍回路３１により冷却した際の温度変動を抑制することができる。
【００８６】
また、第１の冷凍回路３１においては、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。したがって、第１の冷凍回路３１による庫内への冷凍能力を僅少にすることができる。これにより、第１の冷凍回路３１によって冷却することで、例えば目標到達温度に到達後において庫内をわずかに冷却して、温度を狭い範囲で安定させる平衡冷却モードや、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急速冷却モードや緩速冷却モードに適したものとなる。
【００８７】
また、第２の冷凍回路３２は、庫外蒸発器３８を有していないので、大きな冷却能力を必要とする場合、効率よく冷却することができる。したがって、庫内温度と設定温度との差が大きい場合には、第１の冷凍回路３１よりも庫内を急速に冷却することができる。更に庫内温度と設定温度との差が大きい場合には、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２の両方によって、冷却能力を更に大きく確保することができる。
【００８８】
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よ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るとともに、冷却する際にも第１の冷凍回路３１と同時に作動させることで、精密に庫内を温度管理することができる。
【００８９】
本実施形態の温冷庫では、上記図３に示すような操作装置３０において、庫内の目標温度である目標到達温度と、目標到達温度に達するまでに要する所要時間を設定可能であり、これらの設定より単位時間当たりの温度変化量である温度勾配が演算される。
【００９０】
そして、現在の庫内温度から所要時間経過するまでの間において、庫内に侵入する推定最大侵入熱量Ｐmaxを演算し、この推定最大侵入熱量Ｐmax以上の冷却能力を発揮するように、第１の冷凍回路３１を制御する。庫内温度と外気温度との差が最も大きいときに推定最大侵入熱量Ｐmaxが大きくなるので、例えば温度制御開始時での侵入熱量を演算して、推定最大侵入熱量Ｐmaxとする。
【００９１】
庫内の加熱あるいは冷却により、庫内温度が変化し、庫内への侵入熱量は変化するが、第１の冷凍回路３１の冷却能力を一定に制御するとともに、逐次検出する現在の庫内温度と外気温度に基づいて演算する現在の庫内への侵入熱量と第１の冷凍回路３１の冷却熱量と電気ヒータ２０の熱量とを相殺し、かつ庫内温度が温度勾配分、変化するように電気ヒータ２０の熱量を制御する。このように制御することで、冷却あるいは加温による庫内の温度変化に拘わらず、設定した一定の温度勾配で庫内温度を変化させることができる。したがって、庫内の保管物の温度が設定された温度勾配から逸脱することを抑制し、庫内の保管物への温度変化による影響を抑制することができる。
【００９２】
また、比較的温度変化の応答性の低い第１の冷凍回路３１の出力を一定にして、温度変化の応答性のよい電気ヒータ２０の出力を制御するので、庫内を冷却する場合でも応答性よく精密に温度制御することが可能となる。
【００９３】
また、本実施形態では、急速冷却モード、平衡冷却モード、緩速冷却モードの３つのモードが可能である。例えば現状の庫内温度が２０℃であり、目標到達温度が−５℃である場合に、目標到達温度の手前に設定した４℃を中間目標温度として、始めに急速冷却モードで冷却する。そして、中間目標温度から目標到達温度まで、緩速冷却モードで運転させる。なお、４℃までは急速冷却モードで早く冷却しても、保管物への影響は比較的軽微であり、４℃から-５℃まで冷却する場合には０℃を超えて過冷却状態にするため、緩速冷却モードによる緩やかな温度変化が要求される。
【００９４】
第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２で冷却する急速冷却モードと第１の冷凍回路３１のみで冷却する緩速冷却モードとの切替え時には、蒸発器温度が中間目標温度とは異なる温度になっている場合がある。そこで、急速冷却モードと緩速冷却モードとの間に平衡冷却モードを設けることで、蒸発器温度を中間目標温度に一旦収束させ、緩速冷却モードへ移行する際の温度変化を抑制することができる。
【００９５】
また、現在の庫内温度を計測する際には、例えば４秒間に１０回計測し、その平均値と前回の平均値との差を用いて温度制御を行うので、ノイズ等による温度計測誤差を抑制して、精密な温度制御が可能となる。
【００９６】
特に、本実施形態では、操作装置３０によって、目標到達温度と目標時間とを複数組設定することが可能である。そして、この設定された複数組の目標到達温度と目標時間に基づいて夫々温度勾配が演算され、順番に各組毎に、目標時間経過するまでに演算された温度勾配で推移しつつ目標到達温度に到達するように電気ヒータ２０が制御されるので、物品及び目的に適した複雑な温度制御を行うことができる。
【００９７】
操作装置３０のマニュアル設定部６１では、目標到達温度及び目標時間を直接任意に設定することができる。一方、自動設定部６０で目的、物品及び目標時間を設定した場合には、設定した目的及び物品に対応した目標到達温度及び温度勾配が読み出され、設定した目標時間に対応して所要時間が調整されるので、目標到達温度及び目標時間を複数組設定する必要がなく、容易に温度調整の設定が可能となる。
【００９８】
更に、庫内温度センサ５１については、庫内に保管する物品と比熱等の温度特性が同一の疑似物の内部に設置した温度センサを使用することで、庫内温度を調整するのではなく、物品の内部温度を調整することが可能となる。これにより、設定された温度勾配から物品の内部温度の逸脱を抑え、物品の状態維持をより正確に行うことができる。
【００９９】
なお、上記実施形態では、緩速冷却モードにおいて、第１の冷凍回路３１による冷却能力は一定にするが、例えば圧縮機３５の回転速度を低下させて、第１の冷凍回路３１の冷却能力を更に低下させてもよい。これにより、庫内を冷却する際の温度勾配をより小さくすることができる。
【０１００】
また、上記実施形態では、緩速冷却モードにおいて、図３及び図４に示すような庫内への侵入熱量を考慮した制御を行うが、庫内温度を一定に保持する平衡冷却モードについても、上記制御を適用してもよい。平衡冷却モードにおいては、温度勾配を０として制御すればよい。
【０１０１】
また、上記実施形態では、電気ヒータ２０により庫内を加温するが、電気ヒータ２０の代わりに、内箱１２と外箱１０との間を内箱１２を覆うように設けた配管にブライン等の熱媒体を循環させるブライン設備を備えて、庫内を加温するようにしてもよい。あるいは、電気ヒータ２０とブライン設備の両方により庫内を加温するようにしてもよい。このようにブライン設備による加温装置を備えた場合には、ブライン設備による庫内への侵入熱量を加えて、庫内への侵入熱量が一定になるように制御する。これにより、庫内への侵入熱量をより精密に一定に制御することが可能となる。
【０１０２】
なお、本発明の温冷庫は、上記実施形態のように恒温槽や食品熟成庫だけでなく、環境試験装置や医薬品の保管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】
【０１０３】
１                温冷庫
１０              外箱（筐体）
２０              電気ヒータ（加温装置）
３０              操作装置(目標温度設定装置、目標時間設定装置)
３１              第１の冷凍回路（冷却装置）
５０              コントロールユニット（制御部、侵入熱量演算部、最大進入熱量演算部）
５１              庫内温度センサ（庫内温度検出器）
５２              外気温度センサ（外気温度検出器）
６５              目的選択スイッチ（目的設定部）
６６              物品選択スイッチ（物品設定部）
【図１】
2019191842.tif 000003
【図２】
2019191842.tif 000004
【図３】
2019191842.tif 000005
【図４】
2019191842.tif 000006
【図５】
2019191842.tif 000007