| 【発明の名称】 |
温度調節機能付き保管庫 |
| 【発明者】 |
【氏名】栗原 正三郎
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| 【要約】 |
【課題】省エネ型の温度調節機能付き保管庫を提供する。
【解決手段】庫内が目標温度まで冷却されて冷凍機が停止した直後に、庫内ファンを所定時間だけ停止させることで、庫内空気の循環によって生じるエネルキ゛ーロスを回避し、加えて結露防止ヒータを所定時間だけオフ状態とすることにより、庫内温度の上昇速度を緩やかにさせる。また、冷凍機の発停保護のために庫内温度が一時的に目標温度以下となったときに、直ぐに加熱ヒータをオン状態にするのではなく、所定時間だけ加熱ヒータの通電を遅延させることでエネルキ゛ーの消費を節約する。さらに、加熱ヒータへの通電により庫内温度が低温側から目標温度に近づいてきて当該目標温度よりも所定温度だけ低い温度に達したときに、加熱ヒータへの通電率を所定量だけ低下させ、その状態で庫内温度が目標温度に達するまで所定のタイミンク゛で加熱ヒータをオン・オフさせることにより、庫内温度のオーハ゛ーシュートを防止し、この種のオーハ゛ーシュートによる冷凍機の作動を回避し、これによってエネルキ゛ーのムタ゛な消費を抑制する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 前面側に開口部が形成された庫本体と、この庫本体の開口部を閉鎖しうるように庫本体の前面側に開閉可能に取り付けられた扉とを具備した温度調節機能付き保管庫であって、庫内を加熱する加熱ヒータと、庫内を冷却する冷凍機と、扉の開口部の周縁に埋設された結露防止ヒータと、庫内の空気を循環させる庫内ファンと、庫内温度を検出する温度センサと、庫内の目標温度を設定する設定手段と、温度センサにより検出された庫内温度と設定手段により設定された目標温度とを比較し、その比較結果に基づいて、庫内温度が目標温度を中心とする所定の目標温度帯に維持されるように、加熱ヒータおよび冷凍機の動作を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、冷凍機により庫内が冷却されて庫内温度が目標温度以下まで下がったときに冷凍機を停止させ、その直後に庫内ファンを所定時間だけ停止させることを特徴とする温度調節機能付き保管庫。
【請求項２】 前面側に開口部が形成された庫本体と、この庫本体の開口部を閉鎖しうるように庫本体の前面側に開閉可能に取り付けられた扉とを具備した温度調節機能付き保管庫であって、庫内を加熱する加熱ヒータと、庫内を冷却する冷凍機と、扉の開口部の周縁に埋設された結露防止ヒータと、庫内の空気を循環させる庫内ファンと、庫内温度を検出する温度センサと、庫内の目標温度を設定する設定手段と、冷凍機が作動状態から停止状態に又は停止状態から作動状態に移行したときからの経過時間を計時するタイマー手段と、温度センサにより検出された庫内温度と設定手段により設定された目標温度とを比較し、その比較結果に基づいて、庫内温度が目標温度を中心とする所定の目標温度帯に維持されるように、加熱ヒータおよび冷凍機の動作を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、加熱ヒータがオフ状態で冷凍機により庫内が冷却されて庫内が目標温度以下となったときに、前記タイマー手段によって計時された経過時間が冷凍機の発停保護のために予め定められた発停保護時間を超えているか否かを判断し、発停保護時間を超えている場合は加熱ヒータをオフ状態にしたまま庫内が目標温度帯の下限温度以下となった時点で冷凍機を停止させる一方、発停保護時間を超えていない場合は加熱ヒータをオン状態にして前記経過時間が発停保護時間に達した時点で冷凍機を停止させ、さらに当該発停保護時間に達した時から所定時間が経過するまで加熱ヒータをオフ状態にすることを特徴とする温度調節機能付き保管庫。
【請求項３】 前面側に開口部が形成された庫本体と、この庫本体の開口部を閉鎖しうるように庫本体の前面側に開閉可能に取り付けられた扉とを具備した温度調節機能付き保管庫であって、庫内を加熱する加熱ヒータと、庫内を冷却する冷凍機と、扉の開口部の周縁に埋設された結露防止ヒータと、庫内の空気を循環させる庫内ファンと、庫内温度を検出する温度センサと、庫内の目標温度を設定する設定手段と、温度センサにより検出された庫内温度と設定手段により設定された目標温度とを比較し、その比較結果に基づいて、庫内温度が目標温度を中心とする所定の目標温度帯に維持されるように、加熱ヒータおよび冷凍機の動作を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、加熱ヒータへの通電により庫内温度が低温側から目標温度に近づいてきて当該目標温度よりも所定温度だけ低い温度に達したときに、加熱ヒータへの通電率を所定量だけ低下させ、その状態で庫内温度が目標温度に達するまで所定のタイミングで加熱ヒータをオン・オフさせることを特徴とする温度調節機能付き保管庫。
【請求項４】 前面側に開口部が形成された庫本体と、この庫本体の開口部を閉鎖しうるように庫本体の前面側に開閉可能に取り付けられた扉とを具備した温度調節機能付き保管庫であって、庫内を加熱する加熱ヒータと、庫内を冷却する冷凍機と、扉の開口部の周縁に埋設されて当該周縁の結露を防止する結露防止ヒータと、庫内の空気を循環させる庫内ファンと、庫内温度を検出する温度センサと、庫内の目標温度を設定する設定手段と、温度センサにより検出された庫内温度と設定手段により設定された目標温度とを比較し、その比較結果に基づいて、庫内温度が目標温度を中心とする所定の目標温度帯に維持されるように、加熱ヒータおよび冷凍機の動作を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、冷凍機により庫内が冷却されて庫内温度が目標温度以下まで下がったときに冷凍機を停止させ、かつ、その直後に結露防止ヒータへの通電を停止させることを特徴とする温度調節機能付き保管庫。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、所望温度の下で被保管物を保管しうるように温度調節機能を備えた保管庫に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、薬品などを所要温度の下で保管する場合、恒温庫などの温度調節機能付き保管庫を用いることがある。この種の保管庫は、一般に、周壁が断熱材等から構成されて前面側に開口部が形成された庫本体を有し、この庫本体の前面側に、前記開口部を開閉するための扉を取り付けた構成で、庫内温度を所要温度に保つための手段として、庫内を加熱する加熱ヒータと、庫内を冷却する冷凍機と、庫内温度を検出する温度センサと、庫内の目標温度を設定する設定手段とを具備する。そして、温度センサにより検出された庫内温度と設定手段により設定された目標温度とを比較し、その比較結果に基づいて加熱ヒータおよび冷凍機をオン・オフさせることにより、庫内温度を、例えば以下のようにして目標温度を中心とする所定の目標温度帯に維持するようになっている。
【０００３】すなわち、まず庫内温度が目標温度よりも所定温度以上高い場合には、冷凍機を作動させることにより、庫内を目標温度付近まで冷却する。庫内温度が目標温度付近まで達すると、庫内温度が目標温度を中心にした所定の目標温度帯（例えば目標温度±１℃）の下限温度まで下がったときに冷凍機を停止させ、その後に庫内温度が目標温度帯の上限温度まで上昇したときに冷凍機を作動させる。ただし、冷凍機の作動直後と停止直後には、冷凍機を構成している圧縮機の潤滑不良等を防止する、いわゆる発停保護のため、前記の範囲を超えても所定時間は作動状態又は停止状態を継続する。そして、冷凍機が発停保護の状態にない場合には、加熱ヒータに通電することなく前記のように冷凍機の作動・停止（オン・オフ）を繰り返す。
【０００４】ところで、このような温度調節機能付き保管庫においては、庫内の温度ムラを解消するために庫内の空気を循環させる庫内ファンが備えられるが、この種の庫内ファンは、冷凍機のオン・オフとは無関係に回転駆動されるのが通例である。
【０００５】また、扉の開口部の周縁における結露を防止するために、当該開口部の周縁にヒータが埋設される。この種のものでは、例えば、ヒータに常時通電することで扉開口部周縁の結露を防止している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】先に述べた温度調節機能付き保管庫では、冷凍機により庫内が所定温度（上記の例では目標温度帯の下限温度）まで冷却されたときに冷凍機が停止するようになっているが、そのときに庫内ファンが作動していると、それによって庫内空気が撹拌されるため、庫本体の壁面を介して庫内と庫外との間で熱交換が起こりやすくなる。したがって、その分だけエネルギーのロスが生じる。
【０００７】一方、冷凍機の発停保護のために庫内温度が一時的に目標温度以下となった場合には、少しの時間待てば冷凍機の発停保護のために予め設定された所定時間（発停保護時間）が経過して冷凍機が停止し、しばらくすると庫内温度が上昇に転じることがある。したがって、このような場合には、庫内温度が目標温度以下となって冷凍機が停止しても、その直後に加熱ヒータに通電させる必要はない。ところが、冷凍機により庫内が冷却されて庫内温度が目標温度以下となった場合において、冷凍機が停止した時点で一律に加熱ヒータに通電するようになっていたり、あるいは庫内温度が目標温度以下まで下がったために加熱ヒータがすでに通電状態にある場合（冷凍機が発停保護状態にある場合）には当該加熱ヒータへの通電状態を継続させるようになっていたりすると、必要以上に電力を消費することとなる。
【０００８】加えて、先に述べたような温度調節機能付き保管庫では、加熱ヒータへの通電により庫内が加熱されて庫内温度が低温側から目標温度に近づいてきたときに、オーバーシュートして冷凍機が作動することがあり、その結果、庫内温度が下がり過ぎてしまう場合がある。このような場合もエネルギーを必要以上に消費していることに変わりはない。
【０００９】また、庫内が所定温度まで冷却されて冷凍機が停止したときに結露防止ヒータがオン状態になっていると、そのヒータ熱も庫内温度を上昇させる要因となる。そのため、冷凍機を再び作動させる時期が早くなり、その分だけエネルギー消費量が増えることとなる。
【００１０】本発明は、温度調節機能付き保管庫において、消費エネルギーの増大を招く上述のような点を改善することにより、なるべく少ないエネルギーで庫内温度を目標温度帯に維持できるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本願の請求項１ないし４に記載した各発明は、前面側に開口部が形成された庫本体と、この庫本体の開口部を閉鎖しうるように庫本体の前面側に開閉可能に取り付けられた扉とを具備した温度調節機能付き保管庫において、それぞれ、以下のように構成したことを特徴とする。
【００１２】＜請求項１に記載した発明（第１発明）＞庫内を加熱する加熱ヒータと、庫内を冷却する冷凍機と、扉の開口部の周縁に埋設された結露防止ヒータと、庫内の空気を循環させる庫内ファンと、庫内温度を検出する温度センサと、庫内の目標温度を設定する設定手段と、温度センサにより検出された庫内温度と設定手段により設定された目標温度とを比較し、その比較結果に基づいて、庫内温度が目標温度を中心とする所定の目標温度帯に維持されるように、加熱ヒータおよび冷凍機の動作を制御する制御手段とを備える。そして、前記制御手段が、冷凍機により庫内が冷却されて庫内温度が目標温度以下まで下がったときに冷凍機を停止させ、その直後に庫内ファンを所定時間だけ停止させる構成とする。
【００１３】＜請求項２に記載した発明（第２発明）＞庫内を加熱する加熱ヒータと、庫内を冷却する冷凍機と、扉の開口部の周縁に埋設された結露防止ヒータと、庫内の空気を循環させる庫内ファンと、庫内温度を検出する温度センサと、庫内の目標温度を設定する設定手段と、冷凍機が作動状態から停止状態に又は停止状態から作動状態に移行したときからの経過時間を計時するタイマー手段と、温度センサにより検出された庫内温度と設定手段により設定された目標温度とを比較し、その比較結果に基づいて、庫内温度が目標温度を中心とする所定の目標温度帯に維持されるように、加熱ヒータおよび冷凍機の動作を制御する制御手段とを備え、この制御手段が次のような制御を行う構成とする。
【００１４】すなわち、加熱ヒータがオフ状態で冷凍機により庫内が冷却されて庫内が目標温度以下となったときに、前記タイマー手段によって計時された経過時間が冷凍機の発停保護のために予め定められた発停保護時間を超えているか否かを判断し、発停保護時間を超えている場合は加熱ヒータをオフ状態にしたまま庫内が目標温度帯の下限温度以下となった時点で冷凍機を停止させる。一方、発停保護時間を超えていない場合は加熱ヒータをオン状態にして前記経過時間が発停保護時間に達した時点で冷凍機を停止させる。そして、当該発停保護時間に達した時から所定時間が経過するまで加熱ヒータをオフ状態にする。
【００１５】＜請求項３に記載した発明（第３発明）＞庫内を加熱する加熱ヒータと、庫内を冷却する冷凍機と、扉の開口部の周縁に埋設された結露防止ヒータと、庫内の空気を循環させる庫内ファンと、庫内温度を検出する温度センサと、庫内の目標温度を設定する設定手段と、温度センサにより検出された庫内温度と設定手段により設定された目標温度とを比較し、その比較結果に基づいて、庫内温度が目標温度を中心とする所定の目標温度帯に維持されるように、加熱ヒータおよび冷凍機の動作を制御する制御手段とを備える。そして、前記制御手段が、加熱ヒータへの通電により庫内温度が低温側から目標温度に近づいてきて当該目標温度よりも所定温度だけ低い温度に達したときに、加熱ヒータへの通電率を所定量だけ低下させ、その状態で庫内温度が目標温度に達するまで所定のタイミングで加熱ヒータをオン・オフさせる構成とする。
【００１６】＜請求項４に記載した発明（第４発明）＞庫内を加熱する加熱ヒータと、庫内を冷却する冷凍機と、扉の開口部の周縁に埋設されて当該周縁の結露を防止する結露防止ヒータと、庫内の空気を循環させる庫内ファンと、庫内温度を検出する温度センサと、庫内の目標温度を設定する設定手段と、温度センサにより検出された庫内温度と設定手段により設定された目標温度とを比較し、その比較結果に基づいて、庫内温度が目標温度を中心とする所定の目標温度帯に維持されるように、加熱ヒータおよび冷凍機の動作を制御する制御手段とを備える。そして、前記制御手段が、冷凍機により庫内が冷却されて庫内温度が目標温度以下となったときに冷凍機を停止させ、その直後に結露防止ヒータへの通電を停止させる構成とする。
【００１７】
【作用および効果】＜第１発明＞第１発明によれば、庫内温度が目標温度以下まで下がって冷凍機が停止したときに、庫内ファンが所定時間だけ停止するから、その間は庫内空気が循環しなくなる。したがって、庫内空気が循環している場合と比べると、庫本体内壁面を介して庫内と庫外との間で生じる熱交換によるエネルギーロスが少なくなって、庫内温度の上昇速度が緩やかになる。加えて、庫内ファンの停止により当該ファン自体の発熱も生じなくなるから、これによっても庫内温度の上昇速度が緩やかになる。これらにより、冷凍機の稼働時間を全体として短縮でき、その分だけエネルギーを節約することができる。もちろん庫内ファン自体のエネルギーも所定時間だけ節約することができる。
【００１８】＜第２発明＞第２発明によれば、加熱ヒータがオフの状態で冷凍機により庫内が冷却されて庫内温度が目標温度以下となったときに、冷凍機が作動したときからの経過時間が冷凍機の発停保護時間を超えている場合は、庫内温度が目標温度帯の下限温度以下となった時点で冷凍機が停止する。これにより、庫内に対する冷却が停止されて、庫内温度が目標温度に向けて上昇することとなる。
【００１９】一方、冷凍機が作動したときからの経過時間が発停保護時間を超えていない場合は、発停保護時間に達するまでの間は冷凍機が作動したまま加熱ヒータがオンとなる。そして、その後に前記経過時間が発停保護時間に達したとき（以下、適宜、発停保護終了時という）に冷凍機が停止し、これと同時に加熱ヒータがオフ状態となって、その状態を所定時間維持する。この場合、発停保護終了時に庫内温度が目標温度帯の下限温度以上であれば、庫内温度が目標温度帯の下限温度に達するまで冷凍機が作動しつづけて、庫内温度が目標温度帯の下限温度まで下がった時点で上記の場合と同様にして冷凍機が停止する。また、発停保護終了時に庫内温度が目標温度帯の下限温度よりもさらに下がっていれば、発停保護の解除された状態で庫内温度が目標温度帯の下限温度以下となっているのであるから当然に冷凍機は停止状態となる。そして、このときから所定時間が経過するまで加熱ヒータがオフとなるが、それでも冷凍機が停止したことによって、通常は庫内温度が下げ止まり、やがては庫内温度が上昇に転じることとなる。したがって、前記所定時間が経過したときに庫内温度が目標温度帯まで上昇してれば結果的に加熱ヒータはオンとする必要がなくなるから、庫内温度が目標温度以下となったときに常に加熱ヒータに通電させるようにした場合と比べると、当該所定時間が経過するまで加熱ヒータをオフ状態とした分だけ、エネルギーの消費量を節約することができる。それと同時に温度上昇を緩やかにすることができるので、冷凍機の稼働時間を全体として短縮できる。なお、前記所定時間が経過しても目標温度帯の下限温度に達していなければ、その時点で加熱ヒータをオン状態にすることにより、庫内温度を目標温度帯まで速やかに上昇させることができるので、加熱ヒータをオンにする時期を上述のように所定時間だけ遅らせても別段問題が生じることはない。
【００２０】＜第３発明＞第３発明によれば、加熱ヒータへの通電により庫内温度が低温側から目標温度に近づいてきて目標温度よりも所定温度だけ低い温度に達したときに、加熱ヒータへの通電率を所定量だけ低下させ、その状態で庫内温度が目標温度に達するまで所定のタイミングで加熱ヒータをオン・オフさせるので、前記の所定温度だけ低い温度から目標温度に達するまでは庫内温度の上昇スピードを緩やかにすることができ、また庫内温度自体も比較的精密にコントロールすることができる。これにより、庫内温度が加熱ヒータへの通電時にオーバーシュートして目標温度以上まで上昇するといった事態を回避することが可能となる。その結果、オーバーシュートにより冷凍機が作動して庫内温度が下がり過ぎてしまうといった不都合も解消することができ、ひいてはエネルギーの不必要な消費を無くすことができる。
【００２１】＜第４発明＞第４発明の温度調節機能付き保管庫では、冷凍機により庫内が冷却されて庫内温度が目標温度以下となったときに冷凍機が停止し、これに伴って庫内温度が下げ止まり、やがては庫内温度が上昇に転じる。その場合に、扉の開口部の周縁に埋設されている結露防止ヒータがオン状態になっていると、その発熱分だけ庫内温度が速く上昇することとなるため、結果的に冷凍機の再作動時期が早くなり、ひいては冷凍機の稼働時間が全体として長くなってしまう。しかし、第４発明の構成によれば、庫内温度が目標温度以下となったときに冷凍機が停止し、その直後に結露防止ヒータが所定時間だけオフ状態となるので、結露防止ヒータをオン状態にしている場合に比べて庫内温度がゆっくりと上昇することとなる。その結果、冷凍機の再作動時期も遅らせることができ、ひいては全体として冷凍機の稼働時間が短縮されるので、その短縮化された分だけエネルギーを節約することができる。また、結露防止ヒータの通電時間が短縮された分のエネルギーも節約することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を用いて具体的に説明する。図１は、本発明を適用した恒温庫（温度調節機能付き保管庫）１の構造を簡略化して示したものである。同図に示すように、この恒温庫１は、前面側（図中の左側）に開口部２ａが形成された庫本体２と、これの開口部２ａを閉鎖しうるように庫本体２の前面側に開閉可能に取り付けられた扉３とを有する。庫本体２は、鋼板間に断熱材を挟持させてなる壁材等によって庫内２ｂを形成し、開口部２ａの周縁に、この部分の結露を防止するヒータ（結露防止ヒータ）４を埋設する一方、庫内２ｂの後部側（図中の右側）にパネル５を配置した構成である。このパネル５は、庫本体２の後壁２ｃとの間に一定の間隔を隔てて配置されており、これによってパネル５と後壁２ｃとの間には、庫内空気の循環経路の一部を構成し且つ後述する蒸発器８ａ等を収納しうる所定の空間２ｄが形成されている。
【００２３】パネル５の上部側には、後方側（空間２ｄ側）から空気を吸い出して庫内２ｂの前方に向けて風を送ることにより庫内空気を循環させる庫内ファン６が設けられている。パネル５と後壁２ｃとの間に形成された空間２ｄ内には、庫内２ｂを加熱する加熱ヒータ７がパネル５の裏面（後壁２ｃに対向する面）の近傍に取り付けられているとともに、庫内２ｂを冷却する冷凍機８の構成要素である蒸発器８ａと、庫内温度を検出する温度センサ（具体的には例えば熱電対またはサーミスター）９とが設けられている。庫内２ｂの底壁２ｅの下方側には機械室２ｆが設けられており、この機械室２ｆ内に、冷凍機８の構成要素である圧縮機８ｂ等が収納されている。
【００２４】図２は、恒温庫１の庫内温度等を制御する制御システムの構成を示すブロック図である。同図に示すように、恒温庫１には、先に述べた加熱ヒータ７、冷凍機８、庫内ファン６および結露防止ヒータ４に加えて、これらをそれぞれ駆動するための加熱ヒータ駆動回路１７、冷凍機（圧縮機）駆動回路１８、庫内ファン駆動回路１６および結露防止ヒータ駆動回路１４と、これらの駆動回路１７・１８・１６・１４を介して対応する各機器の動作を制御する制御手段２０とが備えられている。
【００２５】制御手段２０は、マイクロコンピュータおよびこれに内蔵あるいは外部接続されたＲＡＭやＲＯＭなどで構成されている。この制御手段２０には、庫内２ｂの目標温度を設定する設定手段２１と、冷凍機８（正確にはその構成要素である圧縮機８ｂ）が作動（オン）状態から停止（オフ）状態に又は停止状態から作動状態に移行したときからの経過時間を計時するタイマー手段２２とが接続されている。また、制御手段２０には、先に述べた温度センサ９がＡ／Ｄコンバータ（アナログ−デジタル変換器）２３を介して接続されているとともに、前記の各駆動回路１７・１８・１６・１４をそれぞれ介して加熱ヒータ７、冷凍機８（圧縮機８ｂ）、庫内ファン６および結露防止ヒータ４が接続されている。そして、温度センサ９によって検出された庫内温度と設定手段２１によって設定された庫内の目標温度とが制御手段２０において比較され、その比較結果に基づいて当該制御手段２０が加熱ヒータ７、冷凍機８、庫内ファン６および結露防止ヒータ４を、対応する各駆動回路１７・１８・１６・１４をそれぞれ介して以下で述べるように制御するようになっている。
【００２６】図３ないし図５は、上記の各機器の動作を示すタイムチャートである。以下では、主としてこれらのタイムチャートを用い、制御手段２０が冷凍機８や加熱ヒータ７等をどのように制御するかを具体的に説明する。
【００２７】＜冷凍機８および加熱ヒータ７に対する制御＞庫内を主として加熱して目標温度付近に維持する場合と、庫内を主として冷却して目標温度付近に維持する場合とがあるので、冷凍機８および加熱ヒータ７に対する制御については、次の２つの場合に分けて説明する。
【００２８】（１）目標温度が外気温度よりも低い場合、具体的には、運転開始時に庫内が目標温度を中心とする所定の目標温度帯（この例では「（目標温度−１℃）〜（目標温度＋１℃）」の温度領域とする）の上限温度（目標温度＋１℃）よりも高い温度にあり、その状態からまず冷凍機８により庫内を冷却して目標温度に近づけ、その上で庫内温度を目標温度帯に維持する場合（冷却運転時）。
【００２９】（２）目標温度が外気温度よりも高い場合、具体的には運転開始時に庫内が目標温度より所定量（0.５℃）以上低い温度にある状態にあり、その状態からまず加熱ヒータ７により庫内を加熱して目標温度に近づけ、その上で庫内温度を目標温度帯に維持する場合（加熱運転時）。
【００３０】なお、運転当初から庫内温度が目標温度帯にある場合には、冷凍機８および加熱ヒータ７はオフ状態のままとし、時間が経過して上記のいずれかに該当するようになった場合に下記に述べるような制御を行う。
【００３１】（１）冷却運転時（図３参照）：冷却運転開始時点には、制御手段２０は、温度センサ９により検出された庫内温度と設定手段２１によって設定された目標温度とを比較し、その比較結果から庫内温度が目標温度帯の上限温度以上であると判断して、まず冷凍機駆動回路１８を介して冷凍機８を作動させる（このとき加熱ヒータ７はオフ状態である）。これにより、図３に示すように庫内が冷却されて庫内温度が目標温度に近づく。その後、庫内温度が目標温度まで下がったときに、制御手段２０はタイマー手段２２（図２参照）によって計時された経過時間、つまり冷凍機８が作動してからの経過時間（以下、単に経過時間という）が冷凍機８の発停保護のために予め定められた発停保護時間（この場合は２分）を超えているか否かを判断する。そして、経過時間が発停保護時間を超えていれば（冷凍機８が発停保護の状態になければ）、庫内温度がさらに下がって目標温度帯の下限温度に達した時点で、制御手段２０は冷凍機駆動回路１８を介して冷凍機８を停止させる。以上が図３にＡで示した過程である。
【００３２】冷凍機８が停止すると、庫内温度が上昇して、やがては目標温度の上限温度に達する。庫内温度が目標温度の上限温度に達したときに冷凍機８が発停保護の状態にない場合は、この時点で冷凍機８を作動させて庫内を再び冷却し、以後、目標温度を中心に±1.０℃の幅で冷凍機をオン・オフさせることにより、庫内温度を目標温度帯に維持する。ただし、図示例の恒温庫１においては、冷凍機８の発停保護のために、その作動後２分間と停止後５分間はそれぞれ当該冷凍機８の発停保護時間として予め定められている。この発停保護時間は、制御手段２０を構成するマイクロコンピュータの制御プログラムに書き込まれている。この制御プログラムにしたがって、制御手段２０は、冷凍機８がいったん作動すると図３のＢに示すように庫内温度が目標温度帯の下限温度よりさらに下がっても２分間は冷凍機８に対して作動状態を継続させ、逆に冷凍機８がいったん停止すると図３のＣに示すように庫内温度が目標温度帯の上限温度を超えても５分間は冷凍機８に対して停止状態を継続させる。
【００３３】一方、目標温度帯の上限温度で冷凍機８を作動させた結果として庫内温度が目標温度まで下がったときに、前記のタイマー手段２２によって計時された経過時間が発停保護時間を超えていなければ、つまり冷凍機８が発停保護の状態にあれば、制御手段２０は図３のＢやＤに示すように冷凍機８の作動を継続した状態で加熱ヒータ駆動回路１７を介して加熱ヒータ７をオン状態にする。そして、その後に経過時間が発停保護時間に達した時点、つまり冷凍機８が作動してから２分が経過して発停保護状態が終了した時点で、加熱ヒータ７をオフ状態にする。このとき、図３のＢに示すように庫内温度が目標温度帯の下限温度以下まで下がっていれば冷凍機８も停止させるが、そうでない場合（例えば図３のＤの場合）には、庫内温度がさらに目標温度帯の下限温度まで下がった時点で冷凍機を停止させる。
【００３４】ところで、上記のようにして冷凍機８の発停保護状態が終了した時点で庫内温度が目標温度帯の下限温度以下まで下がっていれば冷凍機８を停止させるが、このときに庫内温度を目標温度帯まで再び上昇させるために冷凍機８の停止直後に加熱ヒータ７をオン状態にしたりオン状態を継続させたりすると、庫内温度は比較的早く目標温度帯まで上昇するものの、その分、エネルギーを消費することとなる。
【００３５】そこで、この恒温庫１においては、なるべくエネルギーを消費しないようにするために、制御手段は、上記のようにして冷凍機８の発停保護のために庫内温度が一時的に目標温度帯の下限温度以下まで下がった場合、発停保護の解除により冷凍機８が停止した時点で直ぐに加熱ヒータ７をオン状態にするのではなく、図３のＥに示すように所定時間（この例では７分間）だけ加熱ヒータ７をオフ状態にするか、または既に加熱ヒータ８がオフ状態となっていれば当該オフ状態を継続させる。そして、所定時間が経過してもなお庫内温度が目標温度帯の下限温度以下であれば、図３のＦに示すように、その時点で加熱ヒータ７をオン状態にして庫内温度を目標温度に向けて上昇させる。このようにすると、加熱ヒータ７をオフ状態にしている所定時間内に冷凍機８の停止に伴う庫内温度の自然上昇が見込まれるから、所定時間経過後に庫内温度を目標温度に向けて上昇させるために加熱ヒータ７をオン状態にするとしても、そのオン状態の時間を短くすることができるから、その分、エネルギーの消費量を少なくすることができる。また、図３には示していないが、冷凍機停止後の前記所定時間（７分間）内に例えば庫内よりも温度の高い庫外からの外気の侵入等により庫内温度が目標温度まで自然に上昇するような場合には、その過程で加熱ヒータをオン状態にする必要が無いから、このような場合は更にエネルギーの消費量を少なくすることが可能となる。
【００３６】（２）加熱運転時（図４参照）：加熱運転の開始時には、制御手段２０は、図２の温度センサ９により検出された庫内温度と設定手段２１によって設定された目標温度とを比較し、その比較結果から庫内温度が目標温度より所定量（0.５℃）以上低い温度であると判断して、加熱ヒータ駆動回路１７を介して加熱ヒータ７をオン状態にする（このとき冷凍機８はオフ状態であある）。これにより、庫内が加熱されて庫内温度が目標温度に向けて上昇する。そして、図３に示すように庫内温度が目標温度よりも所定量だけ低い所定温度（図示例では「目標温度−0.５℃」）に達したときに、制御手段２０は加熱ヒータ駆動回路１７を介して加熱ヒータ７への通電率を所定量（図示例では５０％）だけ低下させる。その後は、この所定量だけ低下させた通電率の条件下で、庫内温度が目標温度に達するまで所定のタイミングで加熱ヒータ７をオン・オフさせる。なお、図３に示した例では、庫内温度が「目標温度−0.５℃」から目標温度に達するまでの時間は３０分である。また、庫内温度が目標温度に達すると、加熱ヒータ７をオフ状態にするが、それ以後も所定のタイミングで比較的小刻みに加熱ヒータ７のオン・オフを切り換えることにより、庫内温度を「目標温度−0.５℃」から目標温度の間に維持する。なお、加熱ヒータ７をオン状態からオフ状態に切り換えるタイミングは、庫内温度が目標温度まで上昇したときとする。
【００３７】上述のようにすると庫内温度が「目標温度−0.５℃」から目標温度に達するまでの過程で、加熱ヒータ７のオン・オフに伴って庫内温度が細かく変動しながら比較的ゆっくりと上昇するようになるから、庫内温度がオーバーシュートして目標温度以上まで上昇するといった事態を回避することができる。したがって、オーバーシュートにより冷凍機８が作動して庫内温度が下がり過ぎてしまうといった事態も生じなくなるから、この種の冷凍機８の作動に伴うエネルギーの不必要な消費を回避することができる。
【００３８】ところで、庫内温度が上記の目標温度付近に維持されている状態において、図４に示したように外乱により庫内温度が目標温度を超えて上昇することがある。このような場合、制御手段２０は加熱ヒータ７をオフ状態にし、さらに庫内温度が先に述べた目標温度帯の上限温度（目標温度＋１℃）まで上昇したときに、それまで停止していた冷凍機８を作動させる。このようにして冷凍機８がいったん作動すると、図４のＧに示すように冷凍機８は２分間は作動状態を継続するため、庫内温度が目標温度よりも低い所定温度（目標温度−0.５℃）以下まで一時的に低下することがある。この場合には、冷却運転時の場合と同様の理由により、まず庫内が目標温度まで低下した時点で加熱ヒータ７を１００％の通電率でオン状態にし、その後、冷凍機８の発停保護が解除されて当該冷凍機８が停止したときに、加熱ヒータ７をオフ状態にして、所定時間そのオフ状態を継続させる（図４のＨ）。そして、所定時間経過後においても庫内温度が前記所定温度以上まで上昇していない場合には、当該所定時間が経過した時点で加熱ヒータ７をオン状態にして庫内温度を前記所定温度以上まで速やかに上昇させる（図４のＩ）。このようにして、加熱運転時に外乱により冷凍機８が作動して一時的に庫内温度が目標温度より低い所定温度以下となったときにも、冷凍運転時の場合と同様、加熱ヒータ７をオン状態にする時間をできるだけ短縮することで、エネルギーの消費を抑えることができる。
【００３９】＜庫内ファンに対する制御＞冷却運転時および加熱運転時とも、図１の扉３が閉じられている状態において、制御手段２０は、庫内空気を循環させて庫内温度を均一にするため、図２の庫内ファン駆動回路１６を介して通常は庫内ファン（正確にはファンモータ）６を回転させる。
【００４０】ただし、例えば図３のＣ・Ｅや図４のＨに示すように、冷凍機８の作動により庫内温度が目標温度よりも低い所定温度まで下がって冷凍機８が停止したときには、その直後に庫内ファン６を所定時間（図３の例では５分間）だけ停止させる。このようにすると、庫内空気が停滞するために、庫内空気と庫本体２の壁面との間、ひいては庫内２ｂと庫外との間で熱交換が比較的起こりにくくなるから、この種の熱交換によって生じるエネルギーロスを抑えることができる。また、庫内ファン６の発熱も生じなくなる。したがって、冷凍機８の停止後において、庫内ファン６の回転により庫内空気が循環している場合と比べると、緩やかに庫内温度が上昇することとなるから、その分だけ冷凍機８の次の作動開始時期を遅らせることができる。言い換えれば、庫内温度を上昇させて目標温度帯に維持する局面において、冷凍機８の停止時間を長くすることができ、その間は冷凍機８を停止させておくことができる。こうして冷凍機８の稼働時間を全体として短縮でき、その分だけエネルギーを節約することが可能となる。なお、庫内温度が目標温度よりも低い所定温度まで下がって冷凍機８が停止した上述の状態において、例えば目標温度が比較的高い温度に変更されたような場合には、庫内ファン停止中の前記所定時間内であっても庫内ファン６を回転させると同時に加熱ヒータ７も通常状態にする。このようにすることで、庫内温度を変更後の新たな目標温度付近まで速やかに上昇させることが可能となる。
【００４１】この恒温庫１においては、上記の場合以外に、図１に示した蒸発器８ａの周辺部の霜を除去している状態（霜取り中）のときと、扉３が開かれたとき（扉が開いている状態のとき）も、制御手段２０は庫内ファン６を停止させるようになっている。霜取り中および扉３が開かれたときに庫内ファン６を停止させるのは、霜取り用ヒータ（図示せず）による熱や外気の影響を受けて庫内温度が変動するのを、できるだけ回避するためである。
【００４２】＜結露防止ヒータに対する制御（図５参照）＞制御手段２０は、図１に示した庫本体２の開口部２ａの周縁部分や扉３の周囲における結露の発生を防止するため、後述する場合を除き、庫内温度が図５に示すような第１所定温度（この例では、−９℃）以下であるときに図２の結露防止ヒータ駆動回路１４を介して結露防止ヒータ４をオン状態とし、庫内温度が第１所定温度から第２所定温度（この例では、１７℃）の範囲にあるときに約８分毎に結露防止ヒータ４をオン・オフさせる。
【００４３】一方、庫内温度が第２所定温度以上で冷凍機８が停止しているとき（オフの発停保護状態にあるときを含む）は、上記のような結露は通常生じないので、制御手段２０は、結露防止ヒータ４を原則として常時オフ状態にする。ただし、庫内温度が外気の温度よりも１０℃以上高い場合において冷凍機８が停止しているときは、その温度差により開口部２ａの周縁部分や扉３の周囲に結露が生じる可能性があるので、制御手段２０は約８分毎に結露防止ヒータをオン・オフさせる。
【００４４】また、先に述べた冷却運転時において、制御手段２０は、冷凍機８を停止させた直後の５分間は結露防止ヒータ４をオフ状態にする。このようにすると、結露防止ヒータ４をオン状態にしている場合に比べて庫内温度がゆっくりと上昇することとなるから、冷凍機８の次の作動時期を遅らせることができる。したがって、その分だけ冷凍機８の稼働時間を短縮することができるので、その短縮化した分だけエネルギーの消費を低減することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２３９５８５
【氏名又は名称】福島工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月１７日（１９９９．１２．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７９２０
【弁理士】
【氏名又は名称】折寄 武士
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７４１１９（Ｐ２００１−１７４１１９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３５９５７７ |
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