特許 7425659 冷却庫

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-23

(45)【発行日】2024-01-31

(54)【発明の名称】冷却庫

(51)【国際特許分類】

   F25D 11/00 20060101AFI20240124BHJP

   F25D 17/06 20060101ALI20240124BHJP

   F25B 49/02 20060101ALI20240124BHJP

   F25B 47/02 20060101ALI20240124BHJP

【ＦＩ】

F25D11/00 101B

F25D17/06 315

F25B49/02 A

F25B47/02 D

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020064632

(22)【出願日】2020-03-31

(65)【公開番号】P2021162241

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2022-10-12

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 令和２年２月４日－３月３１日の間、販売先（納入先）一覧表に記載される販売先へ販売。

(73)【特許権者】

【識別番号】000239585

【氏名又は名称】フクシマガリレイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100148138

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡

(72)【発明者】

【氏名】河戸 哲郎

(72)【発明者】

【氏名】井上 光

【審査官】森山 拓哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２９８９８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｄ １１／００

Ｆ２５Ｄ １７／０６

Ｆ２５Ｂ ４９／０２

Ｆ２５Ｂ ４７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

庫内（３）の空気を冷却する冷却器（４）と、該空気を循環させる庫内ファン（６）と、該冷却器（４）の除霜用の除霜手段（５）と、庫内ファン（６）の駆動源であるファンモータ（７）の回転数を制御するモータ制御部（２０）とを備えており、
モータ制御部（２０）が、
ファンモータ（７）にパルス状の電圧を印加する駆動部（２４）と、
ファンモータ（７）の回転数の目標値を出力する速度指令部（２２）と、
ファンモータ（７）の実際の回転数を測定する速度測定部（２３）と、
速度指令部（２２）から出力された目標値および速度測定部（２３）で測定された測定値に基づいて、パルス電圧のデューティー比を設定し、該設定値を駆動部（２４）へ出力するＰＷＭ指令部（２１）と、
パルス電圧のデューティー比の正常値を記憶する記憶部（２５）と、
冷却運転中の所定のタイミングで、ＰＷＭ指令部（２１）から出力されているデューティー比の設定値を取得し、該設定値を記憶部（２５）に記憶されている正常値と比較することにより、ファンモータ（７）の劣化の程度を判定する判定部（２６）と、
を備え、
判定部（２６）による判定のタイミングが、除霜手段（５）による冷却器（４）の加熱を含む除霜運転の終了後に冷却運転が再開されてから所定の測定開始時間が経過した時点であることを特徴とする冷却庫。

【請求項2】

冷却庫が起動してから最初の除霜運転の終了後、冷却運転が再開されてから前記測定開始時間が経過した時点で、ＰＷＭ指令部（２１）から出力されているパルス電圧のデューティー比の設定値が、正常値として記憶部（２５）に記憶される請求項１に記載の冷却庫。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＰＷＭ制御される庫内ファンを備える冷却庫において、庫内ファンが完全に故障する前にその劣化を検知する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

モータの回転数を高低に制御する方法の１つとして、パルス幅変調（Pulse Width Modulation）がよく知られている。パルス幅変調制御すなわちＰＷＭ制御においては、モータに印加する電圧を一定周期でオン／オフするパルス状とし、一周期の中でオン時間が占める割合すなわちデューティー比を大小に変化させることにより、モータを所望の回転数に制御する。本発明が対象とする冷気強制循環式の冷却庫において、庫内ファンのファンモータをＰＷＭ制御することもよく知られており、このことは例えば特許文献１に開示されている。

【0003】

また、ＰＷＭ制御されるファンモータが経年などの要因により劣化した場合に、その劣化を検知し得る寿命判定装置が、特許文献２に開示されている。そこでは、基準ＰＷＭ値（基準となるデューティー比：例えば５０％）と、この値に対応するファンモータの基準回転数（例えば１０００ｒｐｍ）とが、予め記憶部に記憶されている。寿命判定装置は、基準ＰＷＭ値でファンモータを実際に駆動させて、その回転が安定した際の回転数すなわち実回転数を測定し、これを基準回転数と比較する。そして、基準回転数から実回転数を引いた値である回転差が所定値以下であれば、ファンモータは正常であると判定し、逆に回転差が所定値よりも大きければ、ファンモータが寿命に近づいていると判定して警告表示を行う。この寿命判定装置を冷却庫の庫内ファンに適用すると、庫内ファンが完全に故障して庫内の冷却不良が発生する前に、庫内ファンの劣化が進んでいることをメンテナンス従事者に知らせて、交換や修理などの適切な措置を執らせることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００８－７００１２号公報

【文献】特開２００１－２９８９８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献２の寿命判定装置は、ファンモータを基準ＰＷＭ値で実際に駆動させた際の回転数に基づいて、ファンモータの状態を判定するものである。つまり、特許文献２の寿命判定装置でファンモータの劣化の進行を早期に検知するためには、ファンモータの普段の制御とは別に、これを基準ＰＷＭ値で駆動させる制御を定期的に行う必要があり、ファンモータの制御フローが複雑化するおそれがある。

【0006】

本発明は、ＰＷＭ制御される庫内ファンを備える冷却庫において、ファンモータの制御フローを複雑化させることなく、その劣化の進行を早期に検知することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る冷却庫は、庫内３の空気を冷却する冷却器４と、該空気を循環させる庫内ファン６と、該冷却器４の除霜用の除霜手段５と、庫内ファン６の駆動源であるファンモータ７の回転数を制御するモータ制御部２０とを備える。モータ制御部２０が、ファンモータ７にパルス状の電圧を印加する駆動部２４と、ファンモータ７の回転数の目標値を出力する速度指令部２２と、ファンモータ７の実際の回転数を測定する速度測定部２３と、速度指令部２２から出力された目標値および速度測定部２３で測定された測定値に基づいて、パルス電圧のデューティー比を設定し、該設定値を駆動部２４へ出力するＰＷＭ指令部２１と、パルス電圧のデューティー比の正常値を記憶する記憶部２５と、冷却運転中の所定のタイミングで、ＰＷＭ指令部２１から出力されているデューティー比の設定値を取得し、該設定値を記憶部２５に記憶されている正常値と比較することにより、ファンモータ７の劣化の程度を判定する判定部２６と、を備え、判定部２６による判定のタイミングは、除霜手段５による冷却器４の加熱を含む除霜運転の終了後に冷却運転が再開されてから所定の測定開始時間が経過した時点であることを特徴とする。

【0009】

冷却庫が起動してから最初の除霜運転の終了後、冷却運転が再開されてから前記測定開始時間が経過した時点で、ＰＷＭ指令部２１から出力されているパルス電圧のデューティー比の設定値が、正常値として記憶部２５に記憶される。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る冷却庫においては、庫内ファン６のファンモータ７に印加されるパルス電圧のデューティー比に基づいて、ファンモータ７の状態を判定する。具体的には、冷却運転中の所定のタイミングで、ＰＷＭ指令部２１から出力されているデューティー比の設定値を取得し、該設定値を記憶部２５に記憶されている正常値と比較することにより、ファンモータ７の劣化の程度を判定するようにした。これによれば、普段の冷却運転を行いながらファンモータ７の劣化の程度を判定することができ、該判定のためのファンモータ７の特別な制御を不要とすることができる。つまり、本発明によれば、ファンモータ７の制御フローを複雑化させることなく、その劣化の進行を早期に検知することができる。

【0011】

ここで、パルス電圧のデューティー比に基づいてファンモータ７の状態を判定できる理由について説明する。ファンモータ７が劣化しその稼動初期と比べて例えば回転し難くなると、パルス電圧のデューティー比を記憶部２５に記憶されている正常値に設定しても、速度測定部２３で測定されるファンモータ７の実際の回転数は、該正常値に対応する目標回転数よりも低くなる。そこでＰＷＭ指令部２１は、回転数の測定値を目標値に近付けるべく、パルス電圧のデューティー比を上方修正する。この上方修正は、測定値が目標値に到達するまで繰り返される。つまり、ファンモータ７の劣化が進行するほど、ＰＷＭ指令部２１で設定されるデューティー比は高くなり、記憶部２５に記憶されている正常値との乖離が大きくなる。本発明ではこの現象を利用して、ファンモータ７の劣化の程度を判定する。

【0012】

判定部２６による判定のタイミングを、除霜運転の終了後に冷却運転が再開されてから測定開始時間（例えば５分間）が経過した時点に設定することができる。これによれば、判定部２６による毎回の判定を、冷却器４への着霜が無いという同じ条件の下で行えるので、ファンモータ７の劣化の程度を常に高い精度で判定することができる。

【0013】

冷却庫が起動してから最初の除霜運転の終了後、冷却運転が再開されてから測定開始時間が経過した時点で、ＰＷＭ指令部２１から出力されているパルス電圧のデューティー比の設定値を、正常値として記憶部２５に記憶させることができる。これによれば、冷却庫の各出荷先において、そこの設置環境や庫内３の負荷状況などを反映させた正常値を設定することができる。このように設定された正常値を用いると、冷却庫の工場出荷時に正常値を一律に設定する場合に比べて、より高い精度でファンモータ７の劣化の程度を判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施例に係る冷却庫のモータ制御部を示すブロック図である。

【図2】冷却庫の要部の概略構成を示す縦断面図である。

【図3】冷却庫の全体の制御系を示すブロック図である。

【図4】各機器の駆動状態と庫内温度との関係を示すタイミングチャートである。

【図5】ファンモータの状態の判定の手順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】

【0015】

（実施例） 本発明に係る冷却庫の実施例を図１ないし図５に示す。図２において冷却庫は、正面に開口を有する直方体状の断熱箱体１と、その開口を開閉する断熱扉２とを備えており、断熱箱体１と断熱扉２で囲まれる庫内３の上部には、庫内３の空気を冷却する冷却器４と、冷却器４の除霜用の除霜ヒータ（除霜手段）５と、庫内３の空気を循環させる庫内ファン６とが設けられている。庫内ファン６は、直流モータからなるファンモータ７を駆動源とする軸流型のファンである。

【0016】

冷却器４は、庫外の機械室１０に設置された圧縮機１１および凝縮器１２とともに冷凍サイクルを構成する。圧縮機１１の駆動中すなわち冷却運転中の冷却器４には、凝縮器１２と不図示の膨張弁を経て冷却された低温低圧の冷媒液が供給されて、冷却器４を通過する庫内３の空気が熱交換により冷却される。庫内ファン６と冷却器４の間には、庫内３の温度（冷却器４を通過して冷却される前の空気の温度）を検出する庫内温度センサ８が配置されている。符号１３は、圧縮機１１と凝縮器１２の空冷用の冷却ファンである。

【0017】

冷却庫の全体を制御する制御部１５（図３参照）は、主に圧縮機１１をオンオフ制御することにより、庫内温度センサ８で検出される庫内温度Ｄを設定温度Ｄ０に維持する。具体的には、図４のタイミングチャートに示すように、設定温度Ｄ０を中心とする（Ｄ０±α）℃の設定温度帯を設け、当該温度帯の上閾値すなわち（Ｄ０＋α）℃を、圧縮機１１の駆動を開始する冷却開始温度Ｄｏｎとし、当該温度帯の下閾値すなわち（Ｄ０－α）℃を、圧縮機１１の駆動を停止する冷却停止温度Ｄｏｆｆとする。庫内ファン６（ファンモータ７）は、圧縮機１１の駆動時には高速で駆動され、圧縮機１１の停止時には低速で駆動される。つまり制御部１５は、圧縮機１１と庫内ファン６を同時に駆動させる冷却運転と、庫内ファン６のみを駆動させる送風運転とを交互に行って、庫内温度Ｄを設定温度帯の範囲内に維持する。なお冷却ファン１３は、圧縮機１１に連動してオンオフ制御される。次に説明する除霜運転中も同様である。

【0018】

また制御部１５は、定期的なタイミングあるいは冷却器４に対する所定量の着霜が検知されたタイミングで、除霜ヒータ５への通電すなわち除霜運転を開始する。除霜運転中は圧縮機１１に加えて庫内ファン６も停止制御される。除霜運転を行うと、庫内温度Ｄは冷却開始温度Ｄｏｎを超えて上昇するため、除霜運転の終了後に行われる冷却運転の所要時間Ｔ２は、通常（送風運転の終了後）の冷却運転の所要時間Ｔ１よりも長くなる。なお制御部１５は、除霜ヒータ５への通電の終了後、直ちに冷却運転を再開するのではなく、冷却器４の水切りのために数分間待機した後、冷却運転を再開する。本実施例ではこの水切り時間も除霜運転の一部と規定する。

【0019】

制御部１５の一部であるモータ制御部２０は、冷却運転中はファンモータ７が高速（本実施例では２０００ｒｐｍ）で駆動し、送風運転中はファンモータ７が低速（本実施例では１０００ｒｐｍ）で駆動するように、ファンモータ７に印加するパルス状の電圧のデューティー比を制御する。このデューティー比は、図１に示すＰＷＭ指令部２１で設定される。ＰＷＭ指令部２１は、速度指令部２２から出力されるファンモータ７の回転数の目標値（２０００ｒｐｍまたは１０００ｒｐｍ）と、速度測定部２３で測定されるファンモータ７の実際の回転数の測定値とに基づいて、パルス電圧のデューティー比を設定する。つまり、パルス電圧のデューティー比はフィードバック制御により設定される。設定されたデューティー比は駆動部２４へ出力され、駆動部２４はスイッチング制御によって該デューティー比のパルス電圧を生成し、これをファンモータ７へ印加する。

【0020】

またモータ制御部２０は、上述のＰＷＭ指令部２１、速度指令部２２、速度測定部２３および駆動部２４に加えて、各種の情報を記憶する記憶部２５を備える。記憶部２５に記憶される情報には、冷却運転中（庫内ファン６の高速駆動中）にファンモータ７に印加されるパルス電圧のデューティー比の正常値と、該正常値を中心とする正常範囲とが含まれる。本実施例では、デューティー比の正常範囲を正常値の７０～１３０％（７０％以上１３０％以下）に設定した。

【0021】

このデューティー比の正常値は、冷却庫の工場出荷時に一律に設定することも可能であるが、本実施例では、出荷先で冷却庫を起動させたときの実際のデューティー比を、正常値として設定するようにした。具体的には、冷却庫が起動してから最初の除霜運転の終了後、冷却運転が再開されてから所定の測定開始時間（本実施例では５分間）が経過した時点で、ＰＷＭ指令部２１から出力されているパルス電圧のデューティー比の設定値が、正常値として記憶部２５に記憶されるようにした（図５のフローチャートのステップＳ１～Ｓ４）。この測定開始時間は、図４に示した除霜運転終了後の冷却運転の所要時間Ｔ２よりも十分に短く設定される。従って、測定開始時間が経過した時点では、冷却庫は必ず冷却運転を継続中（庫内ファン６は高速駆動中）である。庫内ファン６の高速時の目標回転数が２０００ｒｐｍの場合、デューティー比の正常値はおよそ４０％前後となる。

【0022】

さらにモータ制御部２０は、ファンモータ７の劣化の程度を判定する判定部２６を備える。判定部２６は、冷却庫を起動させてから２回目以降の除霜運転の終了後、先の正常値の設定と同じタイミングすなわち冷却運転の再開から測定開始時間（５分間）が経過した時点で、ＰＷＭ指令部２１から出力されているデューティー比の設定値を取得し、該設定値を記憶部２５に記憶されている正常範囲と比較する（図５のフローチャートのステップＳ５～Ｓ８）。そして、取得した設定値が正常範囲内にあれば、ファンモータ７の劣化の程度は軽いすなわち正常であると判定し、逆に正常範囲内に無い場合は、ファンモータ７の劣化が看過できない程度まで進行していると判定して、ブザーやランプなどの報知手段３０を作動させる（ステップＳ９）。これにより、ファンモータ７の劣化をユーザやメンテナンス従事者などに知らせて、その交換や修理などの適切な措置を促すことができる。

【0023】

ここで、パルス電圧のデューティー比に基づいてファンモータ７の状態を判定できる理由について説明する。ファンモータ７が劣化しその稼動初期と比べて例えば回転し難くなると、パルス電圧のデューティー比を記憶部２５に記憶されている正常値に設定しても、速度測定部２３で測定されるファンモータ７の実際の回転数は、該正常値に対応する目標回転数（本実施例では２０００ｒｐｍ）よりも低くなる。そこでＰＷＭ指令部２１は、回転数の測定値を目標値に近付けるべく、パルス電圧のデューティー比を上方修正する。この上方修正は、測定値が目標値に到達するまで繰り返される。つまり、ファンモータ７の劣化が進行するほど、ＰＷＭ指令部２１で設定されるデューティー比は高くなり、記憶部２５に記憶されている正常値との乖離が大きくなる。本実施例では、この乖離の許容範囲（正常範囲）を正常値の３０％以内に設定し、これを超えた場合にはファンモータ７が寿命に近付いていると判定するようにした。

【0024】

以上のように、本実施例に係る冷却庫においては、冷却運転中にＰＷＭ指令部２１で設定されたパルス電圧のデューティー比を取得し、これを記憶部２５に記憶されている正常値と比較することにより、ファンモータ７の劣化の程度を判定するようにした。これによれば、普段の冷却運転を行いながらファンモータ７の劣化の程度を判定することができ、該判定のためのファンモータ７の特別な制御を不要とすることができる。つまり、本実施例によれば、ファンモータ７の制御フローを複雑化させることなく、その劣化の進行を早期に検知することができる。

【0025】

また本実施例では、判定部２６による判定のタイミングを、除霜運転の終了後に冷却運転が再開されてから測定開始時間が経過した時点に設定した。これによれば、判定部２６による毎回の判定を、冷却器４への着霜が無いという同じ条件の下で行えるので、ファンモータ７の劣化の程度を常に高い精度で判定することができる。さらに本実施例では、冷却庫が起動してから最初の除霜運転の終了後、冷却運転が再開されてから測定開始時間が経過した時点で、ＰＷＭ指令部２１から出力されているパルス電圧のデューティー比の設定値を、正常値として記憶部２５に記憶させるようにした。これによれば、冷却庫の各出荷先において、そこの設置環境や庫内３の負荷状況などを反映させた正常値を設定することができる。このように設定された正常値を用いると、冷却庫の工場出荷時に正常値を一律に設定する場合に比べて、より高い精度でファンモータ７の劣化の程度を判定することができる。

【0026】

上記の実施例では、除霜手段５をヒータで構成したが、これ以外に例えば圧縮機１１から冷却器４へ直接送給されるホットガスであってもよい。本発明は、食品を冷蔵あるいは冷凍状態で展示するショーケースなどにも適用することができる。

【符号の説明】

【0027】

３ 庫内
４ 冷却器
５ 除霜手段（除霜ヒータ）
６ 庫内ファン
７ ファンモータ
２０ モータ制御部
２１ ＰＷＭ指令部
２２ 速度指令部
２３ 速度測定部
２４ 駆動部
２５ 記憶部
２６ 判定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】