(57)【要約】【課題】必要とされる冷凍能力を発揮しながら、消費電力の低減化を図ることができるスターリング冷凍機の運転制御装置を提供すること。【解決手段】スターリング冷凍機１０の運転を制御するためのスターリング冷凍機１０の運転制御装置３０において、判断時点におけるスターリング冷凍機１０の運転状態から要求される冷却熱量を算出する冷却熱量算出部３５と、冷却熱量算出部３５で算出した冷却熱量に応じた複数の運転条件を導出する運転条件導出部３６と、運転条件導出部３６で導出した複数の運転条件から消費電力が最小となる条件を検出する運転条件検出部３７とを備えたものである。【選択図】        図４
2005249375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スターリング冷凍機の運転を制御するためのスターリング冷凍機の運転制御装置において、
判断時点におけるスターリング冷凍機の運転状態から要求される冷却熱量を算出する冷却熱量算出手段と、
前記冷却熱量算出手段で算出した冷却熱量に応じた複数の運転条件を導出する運転条件導出手段と、
前記運転条件導出手段で導出した複数の運転条件から消費電力が最小となる条件を検出する運転条件検出手段と
を備えたことを特徴とするスターリング冷凍機の運転制御装置。
【請求項２】
前記運転条件導出手段は、前記冷却熱量算出手段により算出した冷却熱量に応じて、記憶手段に予め格納された入力電力に対する消費電力についての関数を導出することを特徴とする請求項１に記載のスターリング冷凍機の運転制御装置。
【請求項３】
前記記憶手段は、
スターリング冷凍機の冷熱を発生する冷却端および高熱を発生する放熱端の少なくとも一方における温度ごとの入力電力に対する運転効率についての第一関数と、
前記冷却端および前記放熱端の少なくとも一方における温度ごとの入力電力に対する運転率についての第二関数と、
運転率に対する消費電力増加率についての第三関数と、
前記第一関数、前記第二関数および前記第三関数から得られた、前記冷却熱量ごとの入力電力に対する消費電力についての関数と
を格納していることを特徴とする請求項２に記載のスターリング冷凍機の運転制御装置。
【請求項４】
前記記憶手段に格納してある前記第一関数、前記第二関数および前記第三関数のそれぞれの係数を、運転状況に応じて補正する係数補正手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載のスターリング冷凍機の運転制御装置。
【請求項５】
スターリング冷凍機の放熱端で発生した高熱を放出するための放熱ユニットを備えた前記スターリング冷凍機の運転を制御するためのスターリング冷凍機の運転制御装置において、
前記放熱端の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出した前記放熱端の温度に応じた複数の運転条件を導出する運転条件導出手段と、
前記運転条件導出手段で導出した複数の運転条件から前記スターリング冷凍機および前記放熱ユニットの消費電力の合計が最小となる条件を検出する運転条件検出手段と
を備えたことを特徴とするスターリング冷凍機の運転制御装置。
【請求項６】
前記運転条件導出手段は、記憶手段に予め格納されたデータから前記放熱ユニットの運転率に対する前記スターリング冷凍機および前記放熱ユニットの消費電力の合計についての関数を導出することを特徴とする請求項５に記載のスターリング冷凍機の運転制御装置。
【請求項７】
前記記憶手段は、
前記放熱端の温度に対する前記スターリング冷凍機の消費電力についての第一関数と、
前記放熱ユニットの運転率に対する前記放熱端の温度についての第二関数と、
前記放熱ユニットの運転率に対する前記放熱ユニットの消費電力についての第三関数と
を格納していることを特徴とする請求項６に記載のスターリング冷凍機の運転制御装置。
【請求項８】
前記記憶手段に格納してある前記第一関数、前記第二関数および前記第三関数のそれぞれの係数を、運転状況に応じて補正する係数補正手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載のスターリング冷凍機の運転制御装置。
【請求項９】
前記温度検出手段により検出した前記放熱端の温度が、予め設定された閾値よりも低い場合には、前記放熱ユニットの運転を停止する放熱ユニット運転制御手段を備えたことを特徴とする請求項５〜８のいずれか一つに記載のスターリング冷凍機の運転制御装置。
【請求項１０】
スターリング冷凍機の運転を制御するためのスターリング冷凍機の運転制御装置において、
判断時点における各温度状態からこれに関連づけられた複数の運転条件を導出する運転条件導出手段と、
前記運転条件導出手段で導出した複数の運転条件から消費電力が最小となる条件を検出する運転条件検出手段と
を備えたことを特徴とするスターリング冷凍機の運転制御装置。
【請求項１１】
前記運転条件導出手段は、冷却対象となる冷却庫の庫内温度と、スターリング冷凍機が搭載された機器の周囲温度とに基づいて複数の運転条件を導出し、
前記運転条件検出手段は、前記機器の合計消費電力が最小となる条件を前記運転条件導出手段で導出した運転条件から検出することを特徴とする請求項１０に記載のスターリング冷凍機の運転制御装置。
【請求項１２】
判断時点における前記冷却庫の庫内温度、並びにスターリング冷凍機が搭載された機器の周囲温度からこれらに関連づけられた、前記冷却庫の内部雰囲気を循環させるための庫内ファンの複数の風量条件を導出する風量条件導出手段と、
前記風量導出条件で導出された複数の風量条件から、前記機器の合計消費電力が最小となる条件を検出する風量条件検出手段と
を備えたことを特徴とする請求項１１に記載のスターリング冷凍機の運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スターリング冷凍機の運転制御装置に関し、より詳細には、例えば自動販売機等に適用されたスターリング冷凍機の運転を制御する運転制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動販売機等に適用される冷凍機においては、フロン系ガスが用いられていた。フロン系ガスは、大気中に放出されると、温室効果による地球温暖化を助長する。そのため、環境保護の観点からフロン系ガスの使用が世界的に規制される趨勢にある。
【０００３】
そのような背景において、近年、スターリング冷凍機が注目されている。スターリング冷凍機は、外部に圧縮機や凝縮器等を備えていない自己冷却型の冷凍機であり、内部の作動ガスを往復圧縮機で圧縮、膨張させることで、冷熱端から冷熱を、放熱端から高熱を発生するものである。ここに、作動ガスとしては、ヘリウムガス等の自然冷媒が用いられており、フロン系ガスを用いないので、スターリング冷凍機は地球環境に優しいものである。また、スターリング冷凍機は小型であり、高エネルギー効率を有することも周知である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、スターリング冷凍機は、入力電力（入力電圧）を変化させると、冷凍能力が変化するという特質を有している。また、インバータを用いて入力電力周波数を変換することにより冷凍能力の制御を行うことが可能なランキンサイクルを利用した冷凍機とは違い、スターリング冷凍機は、起動、停止を繰り返しても、起動時の消費電力の損失が少ないという特質を有している。そこで、スターリング冷凍機を自動販売機に適用する場合には、必要とされる冷却能力を発揮しながら、消費電力の低減化を図ることができる運転制御が求められている。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みて、必要とされる冷凍能力を発揮しながら、消費電力の低減化を図ることができるスターリング冷凍機の運転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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るスターリング冷凍機の運転制御装置は、スターリング冷凍機の運転を制御するためのスターリング冷凍機の運転制御装置において、判断時点におけるスターリング冷凍機の運転状態から要求される冷却熱量を算出する冷却熱量算出手段と、前記冷却熱量算出手段で算出した冷却熱量に応じた複数の運転条件を導出する運転条件導出手段と、前記運転条件導出手段で導出した複数の運転条件から消費電力が最小となる条件を検出する運転条件検出手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の請求項２に係るスターリング冷凍機の運転制御装置は、上記請求項１において、前記運転条件導出手段は、前記冷却熱量算出手段により算出した冷却熱量に応じて、記憶手段に予め格納された入力電力に対する消費電力についての関数を導出することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項３に係るスターリング冷凍機の運転制御装置は、上記請求項２において、前記記憶手段は、スターリング冷凍機の冷熱を発生する冷却端および高熱を発生する放熱端の少なくとも一方における温度ごとの入力電力に対する運転効率についての第一関数と、前記冷却端および前記放熱端の少なくとも一方における温度ごとの入力電力に対する運転率についての第二関数と、運転率に対する消費電力増加率についての第三関数と、前記第一関数、前記第二関数および前記第三関数から得られた、前記冷却熱量ごとの入力電力に対する消費電力についての関数とを格納していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項４に係るスターリング冷凍機の運転制御装置は、上記請求項３において、前記記憶手段に格納してある前記第一関数、前記第二関数および前記第三関数のそれぞれの係数を、運転状況に応じて補正する係数補正手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項５に係るスターリング冷凍機の運転制御装置は、スターリング冷凍機の放熱端で発生した高熱を放出するための放熱ユニットを備えた前記スターリング冷凍機の運転を制御するためのスターリング冷凍機の運転制御装置において、前記放熱端の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出した前記放熱端の温度に応じた複数の運転条件を導出する運転条件導出手段と、前記運転条件導出手段で導出した複数の運転条件から前記スターリング冷凍機および前記放熱ユニットの消費電力の合計が最小となる条件を検出する運転条件検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項６に係るスターリング冷凍機の運転制御装置は、上記請求項５において、前記運転条件導出手段は、記憶手段に予め格納されたデータから前記放熱ユニットの運転率に対する前記スターリング冷凍機および前記放熱ユニットの消費電力の合計についての関数を導出することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項７に係るスターリング冷凍機の運転制御装置は、上記請求項６において、前記記憶手段は、前記放熱端の温度に対する前記スターリング冷凍機の消費電力についての第一関数と、前記放熱ユニットの運転率に対する前記放熱端の温度についての第二関数と、前記放熱ユニットの運転率に対する前記放熱ユニットの消費電力についての第三関数とを格納していることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項８に係るスターリング冷凍機の運転制御装置は、上記請求項７において、前記記憶手段に格納してある前記第一関数、前記第二関数および前記第三関数のそれぞれの係数を、運転状況に応じて補正する係数補正手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項９に係るスターリング冷凍機の運転制御装置は、上記請求項５〜８のいずれか一つにおいて、前記温度検出手段により検出した前記放熱端の温度が、予め設定された閾値よりも低い場合には、前記放熱ユニットの運転を停止する放熱ユニット運転制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項１０に係るスターリング冷凍機の運転制御装置は、スターリング冷凍機の運転を制御するためのスターリング冷凍機の運転制御装置において、判断時点における各温度状態からこれに関連づけられた複数の運転条件を導出する運転条件導出手段と、前記運転条件導出手段で導出した複数の運転条件から消費電力が最小となる条件を検出する運転条件検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項１１に係るスターリング冷凍機の運転制御装置は、上記請求項１０において、前記運転条件導出手段は、冷却対象となる冷却庫の庫内温度と、スターリング冷凍機が搭載された機器の周囲温度とに基づいて複数の運転条件を導出し、前記運転条件検出手段は、前記機器の合計消費電力が最小となる条件を前記運転条件導出手段で導出した運転条件から検出することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項１２に係るスターリング冷凍機の運転制御装置は、上記請求項１１において、判断時点における前記冷却庫の庫内温度、並びにスターリング冷凍機が搭載された機器の周囲温度からこれらに関連づけられた、前記冷却庫の内部雰囲気を循環させるための庫内ファンの複数の風量条件を導出する風量条件導出手段と、前記風量導出条件で導出された複数の風量条件から、前記機器の合計消費電力が最小となる条件を検出する風量条件検出手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るスターリング冷凍機の運転制御装置によれば、冷却熱量算出手段が判断時点におけるスターリング冷凍機の運転状態から要求される冷却熱量を算出し、運転条件導出手段が算出した冷却熱量に応じた複数の運転条件を導出し、運転条件検出手段が導出した複数の運転条件から消費電力が最小となる条件を検出するので、必要とされる冷凍能力を発揮しながら、消費電力の低減化を図ることができるという効果を奏する。
【００１９】
また、本発明に係るスターリング冷凍機の運転制御装置によれば、温度検出部がスターリング冷凍機の放熱端の温度を検出し、運転条件導出手段が検出した温度に応じた複数の運転条件を導出し、運転条件検出手段が導出した複数の運転条件からスターリング冷凍機および放熱ユニットの消費電力の合計が最小となる条件を検出するので、放熱ユニットの消費電力の低減化を図りながら、放熱端の温度を低くすることができ、これにより、スターリング冷凍機の消費電力を低減させることが可能になる。従って、必要とされる冷凍能力を発揮しながら、スターリング冷凍機および放熱ユニットにおける消費電力の低減化を図ることができるという効果を奏する。
【００２０】
また、本発明のスターリング冷凍機の運転制御装置によれば、運転条件導出手段が判断時点における各温度状態からこれに関連づけられた複数の運転条件を導出し、運転条件検出手段が導出した複数の運転条件から消費電力が最小となる条件を検出するので、必要とされる冷凍能力を発揮しながら、消費電力の低減化を図ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るスターリング冷凍機の運転制御装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。尚、以下においては、自動販売機に適用されたスターリング冷凍機の運転制御装置について説明する。
【００２２】
＜実施の形態１＞
図１〜図３は、それぞれ本発明の実施の形態１に係る運転制御装置の運転制御の対象となるスターリング冷凍機が適用された自動販売機を示したものであり、図１は、自動販売機の正面断面図であり、図２は、図１に示した自動販売機の側断面図であり、図３は、図１に示した自動販売機の要部を拡大して示した拡大正面断面図である。これら図１〜図３において、自動販売機は、本体キャビネット１を備えている。
【００２３】
本体キャビネット１は、前面が開口した直方状の断熱筐体として形成したものである。この本体キャビネット１には、その前面に外扉２と内扉３とが設けてあり、その内部に例えば二つの断熱仕切板４ａ，４ｂに仕切られた三つの独立した商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃが左右に並んだ態様で配設してある。より詳細に説明すると、外扉２は、本体キャビネット１の前面開口を開閉するためのものである。内扉３は、商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの前面を開閉するためのものである。商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃは、缶入り飲料やペットボトル入り飲料等を所望の温度に保持した状態で収容するためのものである。
【００２４】
商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃには、それぞれ、商品収納ラック６、搬出機構７および商品搬出シュータ８が設けてある。商品収納ラック６は、缶入り飲料やペットボトル入り飲料等の商品を上下方向に沿って並ぶ態様で収納するためのものである。搬出機構７は、商品収納ラック６の下部に設けてあり、この商品収納ラック６に収納された商品群のうち最下部にある商品を一つずつ搬出するためのものである。商品搬出シュータ８は、搬出機構７から搬出された商品を外扉２に設けた商品取出口２ａに導くためのものである。
【００２５】
上記本体キャビネット１の内部において商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの外部となる機械室９には、スターリング冷凍機１０と、冷却器２１と、放熱装置（放熱ユニット）２２とが配設してある。スターリング冷凍機１０は、機械室９の内部に横置きに載置してあり、稼動することにより冷熱を発生する冷却端１１と、高熱を発生する放熱端１２とを有している。
【００２６】
冷却器２１は、機械室９の内部に配設してあり、スターリング冷凍機１０の冷却端１１からの冷熱を熱交換ダクト２３まで伝達して、該熱交換ダクト２３の内部の空気を冷却するものである。この冷却器２１について詳細に説明すると次のようなものである。
【００２７】
冷却器２１は、熱伝達手段としてのヒートパイプを有している。ヒートパイプは、その内部に冷媒を封入してあり、凝縮部２１１と、蒸発部２１２と、液体流路２１３と、蒸気流路２１４とを備えて構成してある。ここに、冷媒としては、例えば二酸化炭素のように常温では気体であって、スターリング冷凍機１０の冷却端１１からの冷熱では凍らないもの（不凍冷媒）が用いられている。
【００２８】
凝縮部２１１は、スターリング冷凍機１０の冷却端１１に熱的に接続してある。この凝縮部２１１では、冷却端１１から得た冷熱により冷媒が凝縮されて凝縮液になる。蒸発部２１２は、凝縮部２１１から所定の距離だけ離隔した位置に配設してある。この蒸発部２１２では、外部から得た熱により冷媒が気化されて蒸気になる。換言すると、蒸発部２１２の周辺領域は、冷媒が気化することによって熱が奪われることになり、冷却される。液体流路２１３は、凝縮部２１１と蒸発部２１２とを繋ぐ流路である。この液体流路２１３は、凝縮部２１１で凝縮された冷媒を、該凝縮部２１１から蒸発部２１２まで移動させるためのものである。蒸気流路２１４は、上記液体流路２１３とは別個に、凝縮部２１１と蒸発部２１４とを繋ぐ流路である。この蒸気流路２１４は、蒸発部２１２で気化された冷媒を、該蒸発部２１２から凝縮部２１１まで移動させるためのものである。液体流路２１３と蒸気流路２１４との配置関係は、蒸気流路２１４が液体流路２１３の上方に位置するようになっている。これは、蒸気流路２１４を通る冷媒の密度の方が、液体流路２１３を通る冷媒の密度よりも小さいためである。このようなヒートパイプは、上述のように、液体流路２１３と蒸気流路２１４とが別個に設けられており、ループ型サーモサイフォン式ヒートパイプと呼ばれるものである。
【００２９】
放熱装置２２は、機械室９の内部に配設してあり、スターリング冷凍機１０の放熱端１２からの高熱を自動販売機の外部に放出するためのものであり、高熱移送手段と、放熱用送風ファン２２６とを有している。
【００３０】
高熱移送手段は、その内部に冷媒を封入してあり、蒸発部２２１と、凝縮部２２２と、蒸気流路２２３と、液体流路２２４とを備えて構成してある。ここに、冷媒としては、例えば水のように常温では液体であって、スターリング冷凍機１０の放熱端１２からの高熱で気化されるものが用いられる。
【００３１】
蒸発部２２１は、スターリング冷凍機１０の放熱端１２に熱的に接続してある。この蒸発部２２１では、放熱端１２からの高熱により冷媒が気化されて蒸気になる。凝縮部２２２は、蒸発部２２１から所定の距離だけ離隔した位置に配設してある。この凝縮部２２２では、外部から得た熱により冷媒が凝縮されて凝縮液になる。換言すると、凝縮部２２２の周辺領域は、冷媒が凝縮することによって熱が与えられることになり、加熱される。蒸気流路２２３は、蒸発部２２１と凝縮部２２２とを繋ぐ流路である。この蒸気流路２２３は、蒸発部２２１で気化された冷媒を、該蒸発部２２１から凝縮部２２２まで移動させるためのものである。液体流路２２４は、上記蒸気流路２２３とは別個に、蒸発部２２１と凝縮部２２２とを繋ぐ流路である。この液体流路２２４は、凝縮部２２２で凝縮された冷媒を、該凝縮部２２２から蒸発部２２１まで移動させるためのものである。これら高熱移送手段には、冷媒を循環させるための動力となるポンプ２２５が所定の個所に配設してある。
【００３２】
放熱用送風ファン２２６は、凝縮部２２２の周辺領域における所定の個所に配設してある。この放熱用送風ファン２２６は、凝縮部２２２で冷媒が凝縮することによって加熱された空気を自動販売機の外部に放出するためのものである。
【００３３】
熱交換ダクト２３は、冷却器２１の蒸発部２１２を包囲する態様で配設した管路であり、その内部を流れる空気を冷却するものである。より詳細に説明すると、熱交換ダクト２３は、蒸発部２１２で冷媒が気化することにより、その内部を流れる空気を冷却するものである。このように熱交換ダクト２３で冷却された空気は、送気ダクト２４を経由して商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの内部まで移動し、商品収納ラック６に収納された商品を冷却することになる。
【００３４】
図４は、本発明の実施の形態１に係るスターリング冷凍機の運転制御装置、すなわち図１〜３に示したスターリング冷凍機の運転を制御する運転制御装置の構成を簡略的に示したブロック図である。
【００３５】
この図４において、上記スターリング冷凍機１０の運転制御装置３０は、主制御部３１と、温度検出部３２と、入力電力制御部３３と、冷凍機運転率制御部３４と、冷凍能力算出部３５と、運転条件導出部３６と、運転条件検出部３７とを備えて構成してある。
【００３６】
主制御部３１は、記憶手段であるメモリ３８に格納されたプログラムやデータ等に基づいて運転制御装置３０の動作を統括的に制御するものである。温度検出部３２は、スターリング冷凍機１０の冷却端１１および放熱端１２のそれぞれの温度を検出するものである。この温度検出部３２で検出された冷却端１１および放熱端１２のそれぞれの温度データは、メモリ３８に適宜格納されることになる。
【００３７】
メモリ３８には種々のデータが予め格納してある。このメモリ３８に格納してあるデータについて説明する。メモリ３８には、入力電力に対する運転効率についての関数（以下、入力電力−運転効率関数ともいう。第一関数）と、入力電力に対する冷凍機運転率についての関数（以下、入力電力−冷凍機運転率関数ともいう。第二関数）と、冷凍機運転率に対する消費電力増加率についての関数（以下、冷凍機運転率−消費電力増加率関数ともいう。第三関数）と、入力電力に対する冷凍機消費電力についての関数（以下、入力電力−冷凍機消費電力関数ともいう）とが格納してある。
【００３８】
入力電力−運転効率関数は、図５に示したようなものであり、図示の例では、冷却端１１の温度Ｔｃおよび放熱端１２の温度Ｔｈが或る値の場合、例えばＴｃがｔ１、Ｔｈがｔ２の場合の関数を示している。このような関数の関係式は、下記式（１）のように表される。
【００３９】
Ｃ＝ｆ（Ｐ，Ｔｃ，Ｔｈ）・・・・・・（１）
ここで、Ｃは運転効率、Ｐは入力電力を示しており、ｆは関数を示している。
【００４０】
入力電力−冷凍機運転率関数は、図６に示したようなものであり、図示の例では、冷却端１１の温度Ｔｃおよび放熱端１２の温度Ｔｈが或る値の場合、例えばＴｃがｔ１、Ｔｈがｔ２の場合の関数を示している。このような関数の関係式は、下記式（２）のように表される。
【００４１】
Ｒ＝ｇ（Ｐ）・・・・・・（２）
ここで、Ｒは冷凍機運転率を示しており、ｇは関数を示している。
【００４２】
冷凍機運転率−消費電力増加率関数は、図７に示したようなものである。このような関数の関係式は、下記式（３）のように表される。
【００４３】
Ｉ＝ｈ（Ｒ）・・・・・・（３）
ここで、Ｉは消費電力増加率を示しており、ｈは関数を示している。
【００４４】
入力電力−冷凍機消費電力関数は、図８に示したようなものであり、図示の例では、冷凍能力（冷却熱量）Ｑが或る値の場合の関数を示している。このような関数の関係式は、下記式（４）のように表される。
【００４５】
Ｗ＝｛Ｑ／ｆ（Ｐ，Ｔｃ，Ｔｈ）｝×ｈ｛ｇ（Ｐ）｝・・・・・・（４）
ここで、Ｗは冷凍機消費電力を示している。
上記式（４）は、次のようにして求められる。一般に冷却熱量Ｑは、下記式（５）のように表される。
【００４６】
Ｑ＝Ｃ×Ｐ×Ｒ・・・・・・（５）
また、冷凍機消費電力Ｗは、一般に下記式（６）のように表される。
【００４７】
Ｗ＝Ｐ×Ｒ×Ｉ・・・・・・（６）
この式（６）に対して、上記式（１）〜（５）を適宜代入することにより、上記式（４）が得られる。上記式（４）は、冷凍機消費電力Ｗは、冷凍能力Ｑ、スターリング冷凍機１０の冷却端１１の温度Ｔｃ、放熱端１２の温度Ｔｈ、入力電力Ｐ、関数ｆ，ｇ，ｈにより決定することができることを示している。
【００４８】
入力電力制御部３３は、スターリング冷凍機１０の入力電力を制御するものである。冷凍機運転率制御部３４は、スターリング冷凍機１０の運転率を制御するものである。冷凍能力算出部３５は、詳細は後述するが、判断時点におけるスターリング冷凍機１０の運転状態から要求される冷凍能力（冷却熱量）を算出するものである。運転条件導出部３６は、詳細は後述するが、冷凍能力算出部３５で算出した冷凍能力に応じた複数の運転条件、すなわちメモリ３８に格納してある所定の関数を導出するものである。運転条件検出部３７は、運転条件導出部３６で導出した複数の運転条件から消費電力が最小となる条件を検出するものである。
【００４９】
上記運転制御装置３０は、次のようにしてスターリング冷凍機１０の運転を制御する。ある判断時点において、運転制御装置３０の主制御部３１は、温度検出部３２を通じてスターリング冷凍機１０の冷却端１１および放熱端１２のそれぞれの温度を検出する。検出した温度は、温度データとしてメモリ３８に格納する。また、主制御部３１は、入力電力制御部３３を通じて上記判断時点における入力電力を検出するとともに、冷凍機運転率制御部３４を通じて上記判断時点における冷凍機運転率を検出する。
【００５０】
判断時点におけるスターリング冷凍機１０の冷却端１１および放熱端１２の温度、入力電力、冷凍機運転率を検出した後、主制御部３１は、冷凍能力算出部３５を通じて必要な冷凍能力を算出する。より詳細に説明すると、主制御部３１は、温度検出部３２を通じて検出した冷却端１１および放熱端１２のそれぞれの温度から、メモリ３８に予め格納してある入力電力−運転効率関数のうち検出した温度に相当するものを選択する。そして、選択した関数と、入力電力制御部３３を通じて検出した入力電力とから、判断時点におけるスターリング冷凍機１０の運転効率を算出する。この算出した運転効率と、判断時点に検出した入力電力および冷凍機運転率とから、上記式（５）のようにして必要な冷凍能力を算出する。
【００５１】
冷凍能力算出部３５を通じて必要な冷凍能力を算出した主制御部３１は、運転条件導出部３６を通じて、メモリ３８に予め格納してある入力電力−冷凍機消費電力関数のうち算出した冷凍能力に相当するものを導出する。そして、主制御部３１は、運転条件検出部３７を通じて、導出された入力電力−冷凍機消費電力関数から消費電力が最小となる条件、すなわち消費電力が最小となる入力電力を検出する。
【００５２】
運転条件検出部３７を通じて入力電力を検出した主制御部３１は、入力電力制御部３３を通じて、スターリング冷凍機１０の入力電力を新たな入力電力にして運転させる。また、それと同時に、メモリ３８に格納してある入力電力−冷凍機運転率関数から新たな入力電力に対応する冷凍機運転率を算出し、冷凍機運転率制御部３５を通じてスターリング冷凍機１０の運転率を制御する。
【００５３】
以上説明したように、本発明の実施の形態１に係る運転制御装置３０によれば、冷凍能力算出部３５を通じて判断時点におけるスターリング冷凍機１０の運転状態から必要な冷凍能力を算出し、運転条件導出部３６を通じて算出した冷凍能力に応じた運転条件を導出し、運転条件検出部３７を通じて消費電力が最小となる運転条件を検出してスターリング冷凍機１０の運転を制御するので、必要とされる冷凍能力を発揮しながら、消費電力の低減化を図ることができる。特に、運転条件導出部３６を通じて導出される運転条件、すなわち入力電力−冷凍機消費電力関数は、上述のように、冷凍機運転率および消費電力増加率を考慮したものであるので、より確実に消費電力の低減化を図ることができる。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。例えば、上記実施の形態１では、温度検出部３２を通じてスターリング冷凍機１０の冷却端１１および放熱端１２のそれぞれの温度を検出したが、本発明では、冷却端１１および放熱端１２のいずれか一方の温度を検出するだけでも良い。
【００５５】
また、本発明に係る運転制御装置は、スターリング冷凍機を評価運転させて、次のようにして入力電力−運転効率関数、入力電力−冷凍機運転率関数、冷凍機運転率−消費電力増加率関数のそれぞれにおける関数ｆ、ｇ、ｈの係数を変更させることができる。具体的には、冷却器側に設けたファンの風速を変化させて冷却端の温度を変動させ、冷却端温度が変化した場合の冷凍機性能の関数を求める。また、放熱装置側に設けたファンの風速を変化させて放熱端の温度を変動させ、放熱端温度が変化した場合の冷凍機性能の関数を求める。更に、入力電力を変化させ、入力電力が変化した場合の冷凍機性能の関数および冷凍機運転率の関数を求める。これらの操作により上記関数ｆ、ｇ、ｈの係数をスターリング冷凍機の運転状況に応じて決定することができ、スターリング冷凍機の個体差による性能のばらつきや運転経過後の性能劣化等のよっても正確に消費電力が最小となるよう運転を制御することができる。
【００５６】
＜実施の形態２＞
図９は、本発明の実施の形態２に係るスターリング冷凍機の運転制御装置、すなわち図１〜３に示したスターリング冷凍機の運転を制御する運転制御装置の構成を簡略的に示したブロック図である。尚、以下において、上述の実施の形態１に係る運転制御装置と同一の構成を有するものには、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５７】
この図９において、上記スターリング冷凍機１０の運転制御装置４０は、主制御部４１と、温度検出部４２と、入力電力制御部４３と、冷凍機運転率制御部４４と、放熱装置制御部４５と、運転条件導出部４６と、運転条件検出部４７とを備えて構成してある。
【００５８】
主制御部４１は、記憶手段であるメモリ４８に格納されたプログラムやデータ等に基づいて運転制御装置４０の動作を統括的に制御するものである。温度検出部４２は、スターリング冷凍機１０の放熱端１２の温度を検出するものである。この温度検出部３２で検出された放熱端１２の温度データは、メモリ４８に適宜格納されることになる。
【００５９】
メモリ４８には種々のデータが予め格納してある。このメモリ４８に格納してあるデータについて説明する。メモリ４８には、図１０に示したような放熱端１２の温度に対するスターリング冷凍機１０の消費電力についての関数（以下、放熱端温度−冷凍機消費電力関数ともいう。第一関数）と、図１１に示したような放熱装置２２の運転率（ポンプ２２５およびファン２２６の運転率）に対する放熱端１２の温度についての関数（以下、放熱装置運転率−放熱端温度関数ともいう。第二関数）と、図１２に示したような放熱装置２２の運転率に対する放熱装置２２の消費電力についての関数（以下、放熱装置運転率−放熱装置消費電力関数ともいう。第三関数）とが格納してある。
【００６０】
入力電力制御部４３は、スターリング冷凍機１０の入力電力を制御するものである。冷凍機運転率制御部４４は、スターリング冷凍機１０の運転率を制御するものである。放熱装置制御部４５は、放熱装置２２の運転を制御するものである。運転条件導出部４６は、詳細は後述するが、温度検出部４２を通じて検出した放熱端１２の温度に応じた複数の運転条件、すなわちメモリ４８に格納してある種々の関数から、図１３に示したような、放熱装置２２の運転率に対するスターリング冷凍機１０および放熱装置２２の合計の消費電力についての関数（以下、放熱装置運転率−全体消費電力関数ともいう）を導出するものである。運転条件検出部４７は、運転条件導出部４６で導出した複数の運転条件から消費電力が最小となる条件を検出するものである。
【００６１】
上記運転制御装置４０は、次のようにしてスターリング冷凍機１０の運転を制御する。運転制御装置４０の主制御部４１は、温度検出部４２を通じてスターリング冷凍機１０の放熱端１２の温度を検出する。検出した温度は、温度データとしてメモリ４８に格納する。
【００６２】
スターリング冷凍機１０の放熱端１２の温度を検出した主制御部４１は、運転条件導出部４６を通じて、検出した温度データとメモリ４８に格納してある種々のデータとから、スターリング冷凍機の消費電力、放熱装置２２の運転率および放熱装置２２の消費電力の演算を行い、放熱装置運転率−全体消費電力関数を導出する。そして、主制御部４１は、運転条件検出部４７を通じて、導出された入力電力−全体消費電力関数から全体消費電力が最小となる条件、すなわち全体消費電力が最小となる放熱装置２２の運転率を検出する。
【００６３】
運転条件検出部４７を通じて放熱装置２２の運転率を検出した主制御部４１は、放熱装置制御部４５を通じて、放熱装置２２（ポンプ２２５およびファン２２６）の運転を制御する。また、主制御部４１は、入力電力制御部４３を通じてスターリング冷凍機１０の入力電力を制御し、かつ冷凍機運転率制御部４４を通じてスターリング冷凍機１０の運転率を制御する。
【００６４】
以上説明したように、本発明の実施の形態２に係る運転制御装置４０によれば、温度検出部４２を通じてスターリング冷凍機１０の放熱端１２の温度を検出し、運転条件導出部４６を通じて検出した温度に応じた運転条件を導出し、運転条件検出部４７を通じて全体の消費電力が最小となる運転条件を検出してスターリング冷凍機１０および放熱装置２２の運転を制御するので、放熱装置２２の消費電力の低減化を図りながら、放熱端１２の温度を低くすることができ、これにより、スターリング冷凍機１０の消費電力を低減させることが可能になる。従って、必要とされる冷凍能力を発揮しながら、スターリング冷凍機１０および放熱装置２２における消費電力の低減化を図ることができる。特に、冬季等においては、スターリング冷凍機１０の運転量はあまり大きいものにはならないので、放熱装置２２の運転を制御することにより全体の消費電力の低減化を図ることができる。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態２について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。例えば、放熱装置を評価運転させて、次のようにして放熱端温度−冷凍機消費電力関数、放熱装置運転率−放熱端温度関数、放熱装置運転率−放熱装置消費電力関数のそれぞれにおける係数を変更させることができる。具体的には、放熱装置を構成するポンプおよびファンの運転率を変化させる。また放熱端の温度、スターリング冷凍機および放熱装置の消費電力を監視する。更に各関数の係数を適宜変更する。これらにより、スターリング冷凍機および放熱装置のそれぞれの個体差による性能のばらつきや運転経過後の性能劣化等のよっても正確に消費電力が最小となるよう運転を制御することができる。
【００６６】
また、図１４に示したように、運転制御装置は、温度検出部を通じて検出したスターリング冷凍機の放熱端の温度が予め設定した閾値（ＴＬ）よりも低い場合には、放熱装置制御部を通じて放熱装置の運転を一時的に停止させることができるようにしても良い。これにより、スターリング冷凍機の放熱端の温度を必要以上に下げることがなく、放熱装置を間欠運転しながらスターリング冷凍機および放熱装置の全体の消費電力を低減させることができる。
【００６７】
＜実施の形態３＞
図１５は、本発明の実施の形態３に係るスターリング冷凍機の運転制御装置の構成を模式的に示したブロック図である。尚、以下において、上述の実施の形態１および実施の形態２と同一の構成を有するものには、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００６８】
この図１５において、上記スターリング冷凍機１０の運転制御装置５０は、主制御部５１と、温度検出部５２と、入力電力制御部５３と、風量調整処理部５４と、運転条件導出部５５と、運転条件検出部５６と、風量条件導出部５７と、風量条件検出部５８とを備えて構成してある。主制御部５１は、記憶手段であるメモリ５９に格納されたプログラムやデータ等に基づいて運転制御装置５０の動作を統括的に制御するものである。
【００６９】
温度検出部５２は、商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの各庫内温度、並びに自動販売機の周囲温度（外気温度）を検出するものである。より詳細には、温度検出部５２は、商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれの内部に設けた温度センサ（図示せず）が検知した各庫内温度、並びに自動販売機の外部に設けた温度センサ（図示せず）が検知した周囲温度を検出するものである。この温度検出部５２で検出された各庫内温度および周囲温度の温度データは、メモリ５９に適宜格納されることになる。
【００７０】
メモリ５９には、種々のデータが予め格納してある。このメモリ５９に格納してあるデータについて説明する。メモリ５９には、スターリング冷凍機１０の出力率に対する自動販売機の総合消費電力量についての関数（以下、冷凍機出力率−総合消費電力量関数ともいう）（イ）と、庫内ファンＦ（図２および図３参照）の風量に対する自動販売機の総合消費電力量についての関数（風量−総合消費電力量関数ともいう）（ヘ）とが、それぞれ庫内温度および周囲温度に関連づけられて格納してある。ここに、自動販売機の総合消費電力量とは、自動販売機（機器）を構成する各装置の消費電力量の合計量、すなわち各装置の合計消費電力量のことである。自動販売機を構成する各装置としては、スターリング冷凍機１０と、ポンプ２２５、放熱用送風ファン２２６および庫内送風ファンＦ（以下、これらを補機ともいう）とがある。
【００７１】
冷凍機出力率−総合消費電力量関数（イ）は、図１６に示したようなものであり、図示の例では、周囲温度が例えば３２℃、庫内温度が例えば５℃の場合の関数を示している。この冷凍機出力率−総合消費電力量関数（イ）は、同じ図１６に便宜的に示した、スターリング冷凍機１０の出力率に対する冷凍機消費電力量についての関数（ロ）と、スターリング冷凍機１０の出力率に対する補機消費電力量についての関数（ハ）とを組み合わせたものである。尚、図１６では、説明の便宜上、スターリング冷凍機１０の出力率に対する冷凍機ＣＯＰ（成績係数）についての関数（以下、冷凍機出力率−冷凍機ＣＯＰ関数ともいう）（ニ）、並びにスターリング冷凍機１０の出力率に対する各機器運転率についての関数（冷凍機出力率−各機器運転率関数ともいう）（ホ）についても示してある。
【００７２】
風量−総合消費電力量関数（ヘ）は、図１７に示したようなものであり、図示の例では、周囲温度が例えば３２℃、庫内温度が例えば５℃の場合の関数を示している。尚、図１７では、説明の便宜上、庫内ファンＦの風量に対するヒートリークについての関数（風量−ヒートリーク関数ともいう）（チ）、庫内ファンＦの風量に対する冷凍機ＣＯＰについての関数（以下、風量−冷凍機ＣＯＰ関数ともいう）（リ）についても示してある。ここに、ヒートリークとは、いわゆる熱漏れのことを意味し、商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの内部の冷熱が自動販売機の外部に漏れてしまう割合のことである。
【００７３】
入力電力制御部５３は、スターリング冷凍機１０の入力電力を制御して該スターリング冷凍機１０を間欠運転させるものである。風量調整処理部５４は、庫内ファンＦの風量を調整するものである。運転条件導出部５５は、詳細は後述するが、判断時点における庫内温度および周囲温度からこれらに関連づけられた複数の運転条件を導出、すなわちメモリ５９に格納してある所定の関数を導出するものである。運転条件検出部５６は、運転条件導出部５５で導出した複数の運転条件から総合消費電力量が最小となる条件を検出するものである。風量条件導出部５７は、詳細は後述するが、判断時点における庫内温度および周囲温度からこれらに関連づけられた複数の風量条件を導出、すなわちメモリ５９に格納してある所定の関数を導出するものである。風量条件検出部５８は、風量条件導出部５７で導出した複数の風量条件から総合消費電力量が最小となる条件を検出するものである。
【００７４】
上記運転制御装置５０は、次のようにしてスターリング冷凍機１０の運転を制御する。尚、以下において、説明の便宜上、商品収容庫５ａに収容された商品を冷却するものとし、商品収容庫５ａの庫内温度は５℃、自動販売機の周囲温度は３２℃として説明する。
【００７５】
ある判断時点において、運転制御装置５０の主制御部５１は、温度検出部５２を通じて、商品収容庫５ａの庫内温度、並びに自動販売機の周囲温度をそれぞれ検出する。検出した温度（庫内温度５℃、周囲温度３２℃）は、温度データとしてメモリ５９に格納する。
【００７６】
判断時点における庫内温度および周囲温度を検出した後、主制御部５１は、運転条件導出部５５を通じて、メモリ５９から検出温度に関連づけられた冷凍機出力率−総合消費電力量関数（イ）を選択する。これにより、該検出温度に関連づけられたスターリング冷凍機１０の運転条件が導出されたことになる。そして、主制御部５１は、運転条件検出部５６を通じて、導出された冷凍機出力率−総合消費電力量関数（イ）から総合消費電力量が最小となる条件、すなわち総合消費電力量が最小となる冷凍機出力率を検出する。
【００７７】
運転条件検出部５６を通じて冷凍機出力率を検出した主制御部５１は、入力電力制御部５３を通じて、スターリング冷凍機１０の入力電力を、検出した冷凍機出力率に対応する入力電力にして間欠運転させる。
【００７８】
また、主制御部５１は、上記判断時点において検出した温度に基づき、風量条件導出部５７を通じて、メモリ５９から検出温度に関連づけられた風量−総合消費電力量関数（ヘ）を選択する。これにより、該検出温度に関連づけられた庫内ファンＦの風量条件が導出されたことになる。そして、主制御部５１は、風量条件検出部５８を通じて、導出された風量−総合消費電力量関数（ヘ）から総合消費電力量が最小となる条件、すなわち総合消費電力量が最小となる風量を検出する。
【００７９】
風量条件検出部５８を通じて風量を検出した主制御部５１は、風量調整処理部５４を通じて、庫内ファンＦの風量を、検出した風量に調整する。
【００８０】
ところで、総合消費電力量が最小となる条件は、庫内ファンＦを運転停止させることによるヒートリーク低減（冷却熱量低減）効果と、スターリング冷凍機が運転停止時における補機（庫内ファンＦ、ポンプ２２５および放熱用送風ファン２２６）の運転停止による消費電力低減効果と、運転起動時および運転時の冷凍機ＣＯＰ低下による消費電力増加分とを総合した結果、存在することになる。
【００８１】
以上説明したように、本発明の実施の形態３に係る運転制御装置５０によれば、運転条件導出部５５を通じて、判断時点における庫内温度および周囲温度からこれらに関連づけられた運転条件（スターリング冷凍機１０の出力条件）を導出し、運転条件検出部５６を通じて、総合消費電力量が最小となる冷凍機出力率を検出して、かかる冷凍機出力率でスターリング冷凍機１０を運転させるので、冷凍機出力率−冷凍機ＣＯＰ関数（ニ）（図１６参照）から冷凍機ＣＯＰをある程度満足することができるとともに、冷凍機出力率−各機器運転率関数（ホ）（図１６参照）から各機器をある程度の運転率で間欠運転させることができる。従って、必要とされる冷凍能力を発揮しながら、消費電力の低減化を図ることができる。
【００８２】
また、上記運転制御装置５０によれば、風量条件導出部５７を通じて、判断時点における庫内温度および周囲温度からこれらに関連づけられた風量条件を導出し、風量条件検出部５８を通じて、総合消費電力量が最小となる風量を検出して、かかる風量で庫内ファンＦを運転させるので、風量−ヒートリーク関数（チ）（図１７参照）からヒートリークをある程度満足することができるとともに、風量−冷凍機ＣＯＰ関数（リ）（図１７参照）から冷凍機ＣＯＰをある程度満足することができる。これにより、ヒートリークを有効に抑制しながら、必要とされる冷凍能力を発揮し、消費電力の低減化を図ることができる。
【００８３】
以上、本発明の実施の形態１〜３について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。例えば、上記実施の形態では、ポンプ２２５が冷媒を循環させる放熱装置２２について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、ポンプ無しで冷媒を循環させる放熱装置であってもよい。かかるポンプ無しの放熱装置を用いた場合には、実施の形態３に係る運転制御装置５０の制御では、ポンプの消費電力等を除いて行えばよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上のように、本発明に係るスターリング冷凍機の運転制御装置は、例えば自動販売機等に適用されたスターリング冷凍機の運転を制御する運転制御装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る運転制御装置の運転制御の対象となるスターリング冷凍機が適用された自動販売機の正面断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る運転制御装置の運転制御の対象となるスターリング冷凍機が適用された自動販売機の側断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る運転制御装置の運転制御の対象となるスターリング冷凍機が適用された自動販売機の要部を拡大して示した拡大正面断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るスターリング冷凍機の運転制御装置、すなわち図１〜３に示したスターリング冷凍機の運転を制御する運転制御装置の構成を簡略的に示したブロック図である。
【図５】入力電力−運転効率関数を示した図表である。
【図６】入力電力−冷凍機運転率関数を示した図表である。
【図７】冷凍機運転率−消費電力増加率関数を示した図表である。
【図８】入力電力−冷凍機消費電力関数を示した図表である。
【図９】本発明の実施の形態２に係るスターリング冷凍機の運転制御装置、すなわち図１〜３に示したスターリング冷凍機の運転を制御する運転制御装置の構成を簡略的に示したブロック図である。
【図１０】放熱端温度−冷凍機消費電力関数を示した図表である。
【図１１】放熱装置運転率−放熱端温度関数を示した図表である。
【図１２】放熱装置運転率−放熱装置消費電力関数を示した図表である。
【図１３】放熱装置運転率−全体消費電力関数を示した図表である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る運転制御装置の運転制御の変形例を説明するための図表である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係るスターリング冷凍機の運転制御装置、すなわち図１〜３に示したスターリング冷凍機の運転を制御する運転制御装置の構成を示したブロック図である。
【図１６】冷凍機出力率−総合消費電力量関数を示した図表である。
【図１７】庫内ファン風量−総合消費電力量関数を示した図表である。
【符号の説明】
【００８６】
１０      スターリング冷凍機
１１      冷却端
１２      放熱端
２１      冷却器
２２      放熱装置
３０      運転制御装置
３１      主制御部
３２      温度検出部
３３      入力電力制御部
３４      冷凍機運転率制御部
３５      冷凍能力算出部
３６      運転条件導出部
３７      運転条件検出部
３８      メモリ
【図１】
2005249375.tif 000003
【図２】
2005249375.tif 000004
【図３】
2005249375.tif 000005
【図４】
2005249375.tif 000006
【図５】
2005249375.tif 000007
【図６】
2005249375.tif 000008
【図７】
2005249375.tif 000009
【図８】
2005249375.tif 000010
【図９】
2005249375.tif 000011
【図１０】
2005249375.tif 000012
【図１１】
2005249375.tif 000013
【図１２】
2005249375.tif 000014
【図１３】
2005249375.tif 000015
【図１４】
2005249375.tif 000016
【図１５】
2005249375.tif 000017
【図１６】
2005249375.tif 000018
【図１７】
2005249375.tif 000019