(57)【要約】【課題】  冷却庫内を安定的に冷却することが可能な冷却機器を提供する。【解決手段】  この冷却機器では、スターリング冷凍エンジン１１のコールドヘッド１１ａの温度ＴＣの時間変化と低温側蒸発器１５の温度ＴＥの時間変化とに基づいて冷却用２次冷媒の凍結を検出し、加熱ヒータ１６によって低温側蒸発器１５を加熱して冷却用２次冷媒を溶解させる。したがって、たとえ冷却用２次冷媒が凍結した場合でも、それを検知して冷却用２次冷媒を溶解させ、冷凍室４などを安定的に冷却することができる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却機によって冷却される冷却庫を備えた冷却機器であって、
前記冷却庫内に供給される冷風を生成するための低温側蒸発器、
２次冷媒を循環させて前記冷却機の冷却部から前記低温側蒸発器に冷熱を搬送する冷熱搬送手段、
前記冷却機の放熱部から熱を放熱する放熱手段、
前記２次冷媒が凍結したことを検出する検出手段、および
凍結した２次冷媒を溶解させる溶解手段を備える、冷却機器。
【請求項２】
前記検出手段は、
前記冷却機の冷却部の温度を検出する第１の温度検出器、および
前記低温側蒸発器の温度を検出する第２の温度検出器を含み、
前記第１および第２の温度検出器の検出温度の時間変化に基づいて前記２次冷媒の凍結を検出する、請求項１に記載の冷却機器。
【請求項３】
前記検出手段は、
前記冷却機の冷却部の温度を検出する第１の温度検出器、および
前記冷却機の放熱部の温度を検出する第２の温度検出器を含み、
前記第１および第２の温度検出器の検出温度の時間変化に基づいて前記２次冷媒の凍結を検出する、請求項１に記載の冷却機器。
【請求項４】
前記検出手段は、さらに、前記第１および第２の温度検出器の検出温度の時間変化に基づいて前記２次冷媒が溶解したことを検出する、請求項２または請求項３に記載の冷却機器。
【請求項５】
前記溶解手段は、前記冷却機を停止することによって前記２次冷媒を溶解させる、請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷却機器。
【請求項６】
前記溶解手段は、さらに前記低温側蒸発器を加熱する、請求項５に記載の冷却機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は冷却機器に関し、特に、スターリング冷却機によって冷却される冷却庫（具体的には冷凍庫、冷凍冷蔵庫）を備えた冷却機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フロンガスの地球環境への悪影響が指摘されており、フロンガスを使用しない冷却機器としてスターリング冷凍機を搭載したものが注目されている。この冷却機器では、スターリング冷凍機のコールドヘッドの冷熱が冷却用２次冷媒を介して低温側蒸発器に搬送され、低温側蒸発器で生成された冷気が冷却庫に供給される（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２２１３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の冷却機器すなわち２次冷媒を循環させて冷熱を搬送させるものにおいては、たとえば冷凍庫の扉を長時間（数分）開放した場合、低温側蒸発器の熱交換を促進させるファンが停止して低温側蒸発器の熱交換が低下するため２次冷媒の温度が下がり冷凍機のコールドヘッドに接触する部分の２次冷媒が凍結し、スターリング冷凍機のコールドヘッドの冷熱が低温側蒸発器に搬送されなくなり、冷却庫内が冷却されなくなるという問題がある。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、冷却庫内を安定的に冷却することが可能な冷却機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係る冷却機器は、冷却機によって冷却される冷却庫を備えた冷却機器であって、冷却庫内に供給される冷風を生成するための低温側蒸発器と、２次冷媒を循環させて冷却機の冷却部から低温側蒸発器に冷熱を搬送する冷熱搬送手段と、冷却機の放熱部から熱を放熱する放熱手段と、２次冷媒が凍結したことを検出する検出手段と、凍結した２次冷媒を溶解させる溶解手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明に係る冷却機器では、２次冷媒が凍結したことを検出する検出手段と、凍結した２次冷媒を溶解させる溶解手段とが設けられる。したがって、たとえ２次冷媒が凍結した場合でも、それを検知して２次冷媒を溶解させることができ、冷却庫内を安定に冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１はこの発明の一実施の形態による冷却機器の構成を示す概略断面図であり、図２は冷却機器の配管構成図である。図１および図２において、この冷却機器は、食品保存用であり、断熱構造のハウジング１を備える。ハウジング１の内部は上下３段に仕切られており、上側から冷蔵室２、急速冷凍室３および冷凍室４が構成されている。冷蔵室２、急速冷凍室３および冷凍室４の正面側（図１では左側）の開口部には、それぞれ断熱性の冷蔵室ドア５、急速冷凍室ドア６および冷凍室ドア７が開閉自在に設けられている。ドア５〜７の各々の裏面には、対応の室の開口部をそれぞれ囲む形のドアパッキン８が装着されている。ハウジング１の内部には、収納する食品の種類に適合した棚９が適宜配置されている。
【０００８】
ハウジング１の上背面の一角には機械室１０が設けられており、機械室１０にはスターリング冷凍エンジン１１が設置されている。ハウジング１の上面から背面、さらには下面にかけては、スターリング冷凍エンジン１１を中心要素とする冷却システムが配設されている。
【０００９】
スターリング冷凍エンジン１１の一部は駆動時にコールドヘッドを形成する。そのコールドヘッドには、低温側凝縮器１２が取付けられている。また、冷凍室４の奥には、低温側蒸発器１５が設置されている。低温側凝縮器１２と低温側蒸発器１５は低温側２次冷媒循環パイプ１４を介して接続されており、両者によって低温側循環回路が構成されている低温側循環回路には、ＣＯ２などの自然冷媒が封入されており、低温側蒸発器１５および低温側凝縮器１２間で冷熱の授受が行なわれる。
【００１０】
ハウジング１の内部には、低温側蒸発器１５によって得られた冷気を冷蔵室２、急速冷凍室３および冷凍室４へ分配するためのダクト２０が設けられている。ダクト２０には、冷蔵室２、急速冷凍室３または冷凍室４に連通する冷気噴出口２１が適所に設けられている。また、ダクト２０内には、それぞれ冷蔵室２、急速冷凍室３および冷凍室４に冷気を強制的に送り出すための送風ファン２２〜２４が設けられている。
【００１１】
スターリング冷凍エンジン１１の他の一部は、駆動時にウォームヘッドを形成する。ウォームヘッドには、高温側蒸発器１３が取付けられている。また、ハウジング１の上面には、庫外環境に放熱を行なう高温側凝縮器３１と送風ファン３２が設けられている。高温側蒸発器１３と高温側凝縮器３１は高温側２次冷媒循環パイプ３０を介して接続されており、両者によって高温側自然循環回路が構成されている。高温側自然循環回路には、水（水溶液を含む）あるいは炭化水素系の自然冷媒が密封されており、冷媒は高温側自然循環回路内を自然循環する。
【００１２】
次に、この冷却機器の動作について説明する。スターリング冷凍エンジン１１が駆動されると、コールドヘッドの温度が低下する。したがって、低温側凝縮器１２は冷却され、その内部の冷媒が凝縮される。
【００１３】
低温側凝縮器１２で凝縮された冷媒は、低温側２次冷媒循環パイプ１４を通って低温側蒸発器１５に流れ込む。低温側蒸発器１５に流れ込んだ冷媒は、低温側蒸発器１５の外側を通過する気流の熱で蒸発し、低温側蒸発器１５の表面温度を下げる。したがって、低温側蒸発器１５を通り抜ける空気は冷気となり、ダクト２０の冷気吹出口２１から冷凍室４などに吹出し、冷凍室４などの温度を下げる。低温側蒸発器１５で蒸発した冷媒は、低温側２次冷媒循環パイプ１４を通って低温側凝縮器１２に戻り、そこで熱を奪われて再び凝縮する。
【００１４】
一方、スターリング冷凍エンジン１１の駆動によって発生する熱や、ウォームヘッドによって庫内から回収された熱は、廃熱としてウォームヘッドから放熱される。したがって、高温側蒸発器１３は加熱され、その内部の冷媒は蒸発する。
【００１５】
高温側蒸発器１３で蒸発した気相状態の冷媒は、高温側２次冷媒循環パイプ３０を通って、上方に設けられた高温側凝縮器３１に流れ込む。高温側凝縮器３１に流れ込んだ冷媒は、送風ファン３２によって庫外から高温側凝縮器３１内に導入された気流により熱を奪われて凝縮する。高温側凝縮器３１で凝縮した冷媒は高温側２次冷媒循環パイプ３０を通って高温側蒸発器１３に戻り、そこで熱を受け取って再び蒸発する。
【００１６】
さて、このような冷却機器において、冷却用２次冷媒（ＣＯ２）の凝固温度（−５６〜−５７℃）は、スターリング冷凍エンジン１１内の冷媒（Ｈｅ）の凝固温度よりもかなり高い。したがって、スターリング冷凍エンジン１１の冷却能力が大きい場合、スターリング冷凍エンジン１１のコールドヘッドの温度が２次冷媒の凝固温度よりも低くなり、冷却用２次冷媒が凍結する可能性がある。冷却用２次冷媒が凍結すると、スターリング冷凍エンジン１１のコールドヘッドの冷熱が低温側蒸発器１５に伝達されなくなり、冷凍室４などが冷却されなくなる。そこで、この実施の形態では、冷却用２次冷媒の凍結を検出する手段と、冷却用２次冷媒の凍結を解除する手段とが設けられる。
【００１７】
すなわち、この冷凍機器では、図３に示すように、加熱ヒータ１６、温度検出器３５，３６および制御部３７が設けられる。加熱ヒータ１６は、図２に示すように、低温側蒸発器室１７内において低温側蒸発器１５の近傍に設けられる。温度検出器３５は、スターリング冷凍エンジン１１のコールドヘッド１１ａの温度ＴＣを検出し、検出温度ＴＣを示す信号を制御部３７に出力する。温度検出器３６は、低温側蒸発器１５の温度ＴＥを検出し、検出温度ＴＥを示す信号を制御部３７に出力する。
【００１８】
制御部３７は、温度検出器３５，３６の出力信号に基づいて冷却用２次冷媒が凍結したことを検出する。制御部３５は、冷却用２次冷媒の凍結を検出した場合は、信号ＳＴＰを出力してスターリング冷凍エンジン１１を所定時間停止させるとともに、加熱ヒータ１６を所定時間オンさせて低温側蒸発器１５を加熱し、冷却用２次冷媒を溶解させる。
【００１９】
図４は、この冷凍機器の動作を示すタイムチャートである。図４において、スターリング冷凍エンジン１１はＨＩ（高）、ＭＩＤ（中）、ＬＯ（低）、停止の４つの運転モードを有し、スターリング冷凍エンジン１１の冷却能力はＨＩ、ＭＩＤ、ＬＯの３段階で制御可能になっている。一例として図４では、４つの運転モードを有し、３段階で制御しているが、無段階に制御してもよい。運転モードＨＩでスターリング冷凍エンジン１１が運転されると、コールドヘッド１１ａの温度ＴＣおよび低温側蒸発器１５の温度ＴＥが低下し、ウォームヘッドの温度ＴＨは、変化が無い状態で推移する。
【００２０】
２次冷媒が凍結すると、コールドヘッド１１ａから２次冷媒に冷熱が奪われないためコールドヘッド１１ａの温度ＴＣの低下が加速される。さらに、ウォームヘッド１１ｂに発生する熱量も低下し、高温側凝縮器３１からの放熱量は変わらないので、ウォームヘッド１１ｂの温度ＴＨは低下する。一方、低温側蒸発器１５には２次冷媒から冷熱が供給されなくなるため低温側蒸発器１５の温度ＴＥが上昇するか（実線）、温度ＴＥの低下が減速される（一点鎖線）。制御部３７は、ＴＣが低下しかつＴＥが上昇した場合、あるいはＴＣの低下速度がＴＥの低下速度よりも大きくなった場合に、信号ＳＴＰを出力してスターリング冷凍エンジン１１を所定時間停止させるとともに、加熱ヒータ１６を所定時間オンさせて低温側蒸発器１５を加熱し、冷却用２次冷媒を溶解させる。冷却用２次冷媒が溶解すると、スターリング冷凍エンジン１１のコールドヘッドの冷熱が低温側蒸発器１５に伝達され、冷凍室４などが再度冷却される。
【００２１】
この実施の形態では、スターリング冷凍エンジン１１のコールドヘッド１１ａの温度ＴＣの時間変化と低温側蒸発器１５の温度ＴＥの時間変化とに基づいて冷却用２次冷媒の凍結を検出し、低温側蒸発器１５を加熱して冷却用２次冷媒を溶解させる。したがって、たとえ冷却用２次冷媒が凍結した場合でも、それを検知して冷却用２次冷媒を溶解させることができ、冷凍室４などを安定に冷却することができる。
【００２２】
図５は、この実施の形態の変更例を示すタイムチャートである。図５を参照して、この冷却機器の制御部３７は、ＴＣの温度低下速度がＴＥの温度低下速度よりも大きい場合に冷却用２次冷媒が凍結したと判断し、スターリング冷凍エンジン１１を停止させ（図５ではでは既に停止されている場合が示されている）、加熱ヒータ１６をオンさせるとともに、低温側蒸発器室１７内のファン２４をオフさせる。これにより、ＴＣ，ＴＥが上昇する。冷却用２次冷媒が溶解すると、コールドヘッド１１ａと低温側蒸発器１５の間で冷却用２次冷媒が対流し、ＴＣとＴＥの温度上昇速度が同じになる。制御部３７は、ＴＣとＴＥの温度上昇速度が同じになったことに応じて冷却用２次冷媒が溶解したと判断し、スターリング冷凍エンジン１１を駆動させ、加熱ヒータ１６をオフさせるとともに、低温側蒸発器室１７内のファン２４をオンさせる。この変更例では、ＴＣとＴＥの時間変化に基づいて冷却用２次冷媒の溶解を検知し、加熱ヒータ１６をオフするので、冷凍室４などを安定に冷却することができる。
【００２３】
図６は、この実施の形態の他の変更例を示すブロック図である。図６を参照して、この冷却機器では、温度検出器３６は、低温側蒸発器１５の代わりにスターリング冷凍エンジン１１のウォームヘッド１１ｂの温度ＴＨを検出し、検出温度ＴＨを示す信号を制御部３７に出力する。図４に示すように、冷却用２次冷媒が凍結すると、放熱系の変化がなくなるためウォームヘッド１１ｂの温度ＴＨが変化しなくなる。制御部３７は、ＴＣが低下しているのにＴＨが変化しない場合に冷却用２次冷媒が凍結したと判断する。また、冷却用２次冷媒が溶解すると、放熱系も変化するためウォームヘッド１１ｂの温度ＴＨが変化する。制御部３７は、ＴＣの変化に応じてＴＨが変化した場合に冷却用２次冷媒が溶解したと判断する。この変更例でも、実施の形態と同じ効果が得られる。
【００２４】
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】
【００２５】
【図１】この発明の一実施の形態による冷却機器の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した冷却機器の配管構成を示す図である。
【図３】図１に示した冷却機器における冷却用２次冷媒の凍結検出・解除方法を示すブロック図である。
【図４】図１に示した冷却機器における冷却用２次冷媒の凍結検出・解除方法を示すタイムチャートである。
【図５】この実施の形態の変更例を示す図である。
【図６】この実施の形態の他の変更例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  ハウジング、２  冷蔵室、３  急速冷凍室、４  冷凍室、５  冷蔵室ドア、６  急速冷凍室ドア、７  冷凍室ドア、８  ドアパッキン、９  棚、１０  機械室、１１  スターリング冷凍エンジン、１１ａ  コールドヘッド、１１ｂ  ウォームヘッド、１２  低温側凝縮器、１４  低温側２次冷媒循環パイプ、１５  低温側蒸発器、１６  加熱ヒータ、１７  低温側蒸発器室、２０  ダクト、２１  冷気噴出口、２２〜２４  送風ファン、３０  高温側２次冷媒循環パイプ、３１  高温側凝縮器、３２  送風ファン、３５，３６  温度検出器、３７  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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【図５】
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【図６】
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