JP2005098549A - 冷蔵庫 - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明は、許容最大周波数での圧縮機の運転を極力抑制するとともに、室内温度が上昇し過ぎることを防止する冷蔵庫を提供することを目的とする。
【解決手段】 温度検知手段24により検知した温度と予め設定した動作温度または検知温度の変化率などに基づき圧縮機37の回転周波数を決定し、許容最大周波数よりも小さい周波数の範囲内で運転させる通常運転モードから、温度検知手段24が前記動作温度よりも高い高負荷温度以上の温度を検知した場合または継続して検知した場合のみに(S2)、圧縮機37の周波数を許容最大周波数で運転させる高負荷運転モード(S4)に移行させる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、インバータ制御などによる能力可変の圧縮機を備えた冷蔵庫に関する。
従来より、圧縮機は、能力可変(例えば30Hz〜70Hzの周波数)で駆動されるようになっており、室内の温度センサの検知温度と予め設定した動作温度との温度差や変化率に基づいて回転周波数を決定し、温度差や変化率が小さいときには、負荷が小さいとみなして低速回転周波数で駆動することにより、冷凍サイクルの効率を上げて省エネを図るようになっている。逆に、温度差や変化率が大きい場合には、室内が高負荷であるとみなして許容最大周波数(例えば、70Hz)で駆動することにより、室内温度の上昇を防止している。
また、特許文献1に記載されている発明では、急速冷凍モードと除霜前に強制冷却するプリクール運転モード時のみに許容最大周波数で駆動することで、通常時には、、圧縮機の回転周波数を必要以上に上げることを防止するとともに、騒音などの不具合を解消する構成が開示されている。
特開平11−311467号公報
長時間の開扉などにより室内温度が上昇したときは、温度上昇が一時的なものであることから回転周波数を上昇させなくても即時、例えば1時間程度で冷却されたり、食品の保存に影響を与えない範囲、例えば冷凍室の場合−12℃前後で室温を保持できる場合がある。
しかしながら、従来の制御方法では、高負荷と判断する例えば−12℃以上の動作温度を超えたときには、常に圧縮機は許容最大周波数で運転するため、必要以上の周波数で運転して過剰に電力を消費させてしまうとともに、許容最大周波数での運転頻度が多くなり、騒音などの不具合が生じる。
一方、特許文献1に開示されている発明では、許容最大周波数での運転を急速冷凍モードと除霜前に限ることにより、上記のような不具合は解消されるが、例えば夏場などに高負荷の食品が投入されて、室内温度が上昇するのみで一向に冷却されない場合には、省電力運転よりも、圧縮機を許容最大周波数で駆動させて室内の冷却に注力することが必要な場合がある。
本発明はこの点に着目してなされたもので、許容最大周波数での圧縮機の運転を極力抑制するとともに、室内温度が上昇し過ぎることを防止する冷蔵庫を提供することにある。
上記課題を解決するために、外箱と内箱の間に断熱材を充填させた冷蔵庫本体と、この冷蔵庫本体内に配設された貯蔵室と、この貯蔵室を冷却する冷却器と、この冷却器に冷媒を流す能力可変の圧縮機と、前記貯蔵室内または前記冷却器の温度を検知する温度検知手段とを有し、この温度検知手段により検知した温度と予め設定した動作温度または検知温度の変化率などに基づいて圧縮機の回転周波数を決定し、許容最大周波数よりも小さい周波数の範囲内で運転させる通常運転モードと、前記温度検知手段が前記動作温度よりも高く設定した高負荷温度以上の温度を検知した場合または継続して検知した場合のみに、圧縮機の周波数を許容最大周波数で運転させる高負荷運転モードとを備えたことを特徴とする。
上記発明によれば、許容最大周波数での圧縮機の運転を極力抑制するとともに、室内温度が上昇し過ぎることを防止する冷蔵庫を提供することができる。
以下、図面に基づき本発明の1実施例について説明する。本発明に係る冷蔵庫の縦断面図である図3に示すように、冷蔵庫本体1は外箱2aと内箱2bの間に断熱材2cを充填させた矩形箱状の断熱箱体2内に、上段から順に、冷蔵室3、野菜室4、切替室5、冷凍室6を有して構成されている。なお、特に図示しないが製氷室を切替室5と併設させている。本体1の前面開口部には、上段から順に、各貯蔵室3〜6をそれぞれ開閉自在に閉塞する扉7〜10を設けている。
冷蔵室3および野菜室4は仕切板11により区画され、それぞれをほぼ1〜5度の温度帯に保持している。野菜室4の背面には、冷蔵室用冷却器27(以下、Rエバと称する。
)を設けており、その上部には、冷蔵室用ファン28(以下、Rファンと称する。)を設けている。このRファン28が運転されると、Rエバ27により生成された冷気が冷蔵室3および野菜室4に供給されて各室を冷却し、冷却し終えた冷気は再びRエバ27に戻されて熱交換されるようになっている。また、冷蔵室3の背面には、室内の温度を検知する温度検出手段である冷蔵室用温度センサ15(以下、Rセンサと称する。)を取付けている。
一方、冷凍室6は、―18〜―25度の温度帯に保持され、切替室5は、設定された温度帯になるように保持されるようになっており、それぞれ断熱仕切壁16により区画されている。切替室5および冷凍室6の背面には、冷凍室用冷却器32(以下、Fエバと称する。)を設け、その上部には、冷凍室用ファン33(以下、Fファンと称する。)を設けている。このFファン33が運転されると、Fエバ32により生成された冷気が切替室5および冷凍室6に供給されて各室を冷却し、冷却し終えた冷気は再びFエバ32によって熱交換されるようになっている。
また、冷凍室6の背面には室内の温度を検知する温度検知手段である冷凍室用温度センサ24(以下、Fセンサ24と称する。)を取付けており、Fエバ32の下方にはガラス管ヒータからなる除霜ヒータ34を設け、Fエバ32には温度検知手段である除霜完了を検知するFエバ除霜センサ35(以下、FDセンサ)を設けている。なお、除霜ヒータ34はシーズヒータやパイプヒータであってもよい。
本体1の背面底部には機械室36を設けており、内部には圧縮機37、圧縮機37を放熱させる放熱ファン38(以下、Cファンと称する)などを設けている。
圧縮機37は、インバータ制御により能力可変となっており、温度検出手段、ここではRセンサ15、Fセンサ24またはFDセンサ35の検知温度が予め設定されている動作温度との温度差または温度変化率に基づいて、回転周波数(例えば、0Hz〜70Hz)を決定して、運転する。この場合、温度差や変化率が大きいときには室内が高負荷であるとみなして高回転周波数で運転し、温度差や変化率が小さいときには室内が軽負荷であるとみなして低回転周波数で運転することにより、冷却効率を上げて省エネを図るようになっている。
この圧縮機37およびRエバ27、Fエバ32により構成されている冷凍サイクルについては特に図示しないが、三方弁43(図4参照)の切替により圧縮機37により吐出された冷媒がRエバ27またはFエバ32に選択的に流れるようになっている。
本体1の背面には、マイコンなどから構成されている制御装置47を設けている。なお、制御装置の配置位置は、機械室36に設けても構わない。本発明のブロック図である図4に示すように、制御装置47には、Rセンサ15、Fセンサ24、FDセンサ35などからの信号が入力されるとともに、それらの入力信号に基づいて、圧縮機37、三方弁43、Rファン28、Fファン33、Cファン38、除霜ヒータ34などを制御するようになっている。また、制御装置47は、上記入力信号に基づいて通常運転モード、除霜運転モード、高負荷運転モードに切替えて各室を適温に保持するようになっている。
以下、各運転モードについて説明する。通常運転モードは、冷媒をRエバ27に流して主として冷蔵室3および野菜室4を冷却するR冷却モードと、冷媒をFエバ32に流して主として切替室5や冷凍室6を冷却するF冷却モードとを、順次切替えて冷蔵温度室3,4と冷凍温度室5,6をそれぞれ交互に冷却することにより、平均して全室を目標温度に維持するモードである。
冷蔵温度室3,4および冷凍温度室5,6には、それぞれ例えば3度および−21度の目標温度に対して所定幅の動作温度、ここではON温度を5度および−18度、OFF温度を1度および−24度に設定し、この動作温度とRセンサ15およびFセンサ24の検知温度との温度差や変化率によって、R冷却およびF冷却モードを切替えるようになっている。具体的には、冷却中の室の検知温度がOFF温度に達したときや冷却積算時間が所定時間、例えばR冷却モードでは20分、F冷却モードでは40分経過したときに切替える。
Rファン28およびFファン33はそれぞれの冷却運転モード中に運転され、上記温度差や変化率に基づいて回転周波数が決定され冷却されるようになっている。なお、本実施例では、F冷却運転モード中にもRファン28を所定時間回転させることによりRエバ27の除霜を実行する。このとき、Rファン28の運転によりRエバ27の除霜を行わない場合には、運転をさせなくてもよい。また、Cファン
38は、圧縮機37の運転と同期して運転されるとともに、外気温が高いときには常時運転させて、機械室36の放熱を図っている。
圧縮機37は、各ファンと同様に上記温度差や変化率に基づいて回転周波数が決定され冷却されるようになっているが、許容最大周波数(例えば70Hz)よりも小さい通常最大周波数(例えば60Hz)以下の周波数範囲内で運転される。なお、両センサ15,24の検知温度がOFF温度に達している場合には、冷却は不要であるため圧縮機37を停止(0Hz)させる。
この場合、上記通常最大周波数の設定は、実験結果グラフである図7に示すように、圧縮機37を各周波数で運転させたときに使用者の聴覚により騒音と感じるか否かで判断し、本実験では20db以下では騒音とは感じないため、その境界周波数を通常最大周波数として設定する。このため通常最大周波数で圧縮機37を運転することにより騒音による不快感を解消させることができる。
次に除霜運転モードについて説明する。除霜運転モードは除霜ヒータ34に通電してFエバ32の除霜を実行するモードであるが、除霜により室内温度が著しく温度上昇するため、ヒータの通電前にプリクール運転を行う。このプリクール運転は、F冷却運転モードの終了前に冷凍室5のOFF温度を例えば低温側に3Kシフトさせて、通常最大周波数で圧縮機37を運転することにより冷凍室5を強制冷却し、通常運転モード復帰後の温度上昇を抑制するモードである。
また、除霜運転モードへの移行は、F冷却運転モードの運転により、Fエバ32の除霜が必要であると判断する通常除霜時間、例えば10時間以上をF冷却運転モードが積算して経過した場合にはモードを移行し、FDセンサ35の検知温度が除霜終了温度、例えば3度以上を検知したときに該モードを終了して通常運転モードに移行するようになっている。なお、Rエバ27の除霜は、上述したようにF冷却運転モード中のRファン15の運転により行われるが、Rエバ27にも除霜ヒータを設けた場合には、Fエバ32と同様の制御を行う。また、除霜運転モード中は、圧縮機37、各ファン28,33,38は停止させておくとともに、通常運転モードに復帰後は、低周波数から徐々に高くしていくようにしている。
次に、高負荷運転モードについて説明する。高負荷運転モードは圧縮機37を許容最大周波数で運転して室内温度が上昇し過ぎてしまうことを防止するモードである。
上述したように許容最大周波数で圧縮機37を運転させた場合には、騒音による弊害が生じるため極力運転を避けたい。しかし、例えば高負荷な食品が投入された場合に、通常最大周波数で圧縮機37を運転させても室内温度が一向に下降しないときや温度上昇を継続していくときには、貯蔵された食品に悪影響を及ぼす可能性があるため、騒音による弊害よりも室内冷却を優先することが必要となる。そこで、高負荷運転モードでは、貯蔵された食品に悪影響を与えず、許容最大周波数での運転を必要最小限に抑えるようにしている。
具体的には、前記動作温度であるON温度よりも高く設定した高負荷温度、例えば−12度をFセンサ24の検知温度が積算して所定時間、例えば6時間以上越えたときにのみ高負荷運転モードに移行させ、Fセンサ24の検知温度が高負荷温度以下になったときに、通常運転モードに移行するようになっている。なお、具体的な本モードの作用効果については後述する。
次に、本実施例の作用について、本発明のフローチャートである図1および圧縮機周波数と冷凍室温度の関係を示す図5に基づき説明する。なお、冷蔵室3および冷凍室6の冷却制御は高負荷温度や動作温度の相違のみで同制御を行ってもよいため、以下の説明では冷凍室6の制御を例に説明する。
冷蔵庫1は通常運転モードを実行しており、図5に示すように、高負荷温度、例えば室内温度が−12℃以下の温度帯では、温度差や温度変化率に基づいて圧縮機37の回転周波数を所定範囲、ここでは0Hz〜60Hzの範囲内で駆動し室内を適温に保持している。しかし、扉10が長時間に亙って開放された場合などには急激に室内温度が上昇し、T1のタイミングで、例えばFセンサー24の検知温度が−12℃を超えた場合は、室内が高温であるとみなして、圧縮機37の周波数を上げて室内を冷却する必要があるため、通常最大周波数で運転する。
通常であれば、この周波数で運転すれば室内温度は下降していくが、夏場など室外温度が高く高負荷の食品が貯蔵された場合などには、下降せずに−12℃以上の温度で停滞する場合がある。このとき、冷凍室6は温度上昇を続けることがないため、圧縮機37の回転周波数を上げて必要以上に許容最大周波数で運転してしまうと過剰に電力を消費するとともに騒音による不具合が生じる。一方、長時間に亙って通常最大周波数で運転しても温度下降しない場合には、温度上昇を続けたり、長時間に亙って高温が維持され室内の食品に悪影響を及ぼすことになる。
そこで、図1に示すような制御を行う。なお、スタートの状態は通常運転モードを実行している状態である。ステップ1では、冷凍室6の室内温度tf、ここではFセンサ24の検知温度が高負荷温度、例えば−12℃以上を検知した積算時間Tbをカウントする(S1)。ここでは積算時間Tbをカウントするが連続時間をカウントしてもよい。
ステップ2では、Fセンサ24の検知温度が高負荷温度以上の温度を継続して検知したか否か、具体的には前記積算時間Tbが所定時間、例えば6時間経過したか否かを検出する(S2)。経過していない場合には、通常最高周波数で運転を行っても時間経過とともに冷却されていく可能性があり、許容最大周波数での運転を極力抑制するためにステップ3に進む。一方、6時間経過した場合には、許容最大周波数での運転により室内を冷却する必要があるとみなしてステップ4に進む。なお、積算時間を連続時間としたときは、例えば6時間を1時間としてもよい。
ステップ3では、冷凍室温度tfが高負荷温度より高く冷凍室としての機能を果さなくなる所定温度、例えば−8℃以上か否かを検出する(S3)。一般的に、通常最高周波数での運転によれば、室内温度が下降したり高負荷温度よりも高い一定温度(−8℃〜−12℃)で保持されるため、貯蔵食品に悪影響を及ぼさない可能性がある。高負荷な食品が載置されるなどして室内温度が急激に上昇し、例えば、−8℃以上になった場合には、アイスクリームなどの冷凍食品が溶けてしまうなど冷凍室6としての機能を果さなくなってしまう問題がある。
このようなときには、何よりも食品の保護を優先することが必要であるため、冷凍室温度tfが所定温度、例えば−8℃以上を検知した場合には、即ステップ4に進み、通常運転モードから高負荷運転モードに移行し、圧縮機37を許容最大周波数で運転して室内を急激に冷却する(S4)。逆に、冷凍室温度tfが所定温度未満の場合には、室内温度は貯蔵された食品に大きな悪影響を及ぼさない範囲での温度であるため、許容最大周波数での運転は必要がないとみなしてステップ1に戻る。
ステップ5では、冷凍室温度tfが高負荷温度未満か否かを検出して(S5)、高負荷温度以上であればステップ4に戻り、一方、高負荷温度未満になれば、室内温度がある程度冷却されて許容最大周波数による強制冷却は必要がないとみなして、ステップ6に進み通常運転モードに移行するようになっている(S6)。
従来の制御方法では、図5に破線で示すように、高負荷温度を超えた場合には許容最高周波数で運転しており、通常最高運転周波数での運転により室内温度が下降したり、貯蔵された食品に大きな悪影響を及ぼさない範囲で保持されているにも拘らず、必要以上に許容最高周波数で圧縮機37を運転してしまうため、過剰に電力を消費したり、騒音による不快感を使用者に与える頻度を多くしてしまっていた。また、特許文献1による制御方法では、冷凍室としての機能を果さない程、室内温度が上昇しても許容最高周波数で運転されないため貯蔵された食品に大きな悪影響を及ぼす恐れがあった。
しかし、上述したように本発明の構成によれば、室内温度が高負荷温度以上を継続した場合にのみ、通常モードから高負荷運転モードに移行しないため、許容最高周波数での運転を必要最小限にして、省電力とともに騒音など使用者に与える不快感を極力抑制することができ、冷凍室としての機能を果さなくなるほど温度上昇した場合には、高負荷運転モードに移行して、強制冷却を実行するようになっているため、貯蔵された食品も確実に保護することができる。
なお、電源投入時や使用者の設定により室内を急速に冷却する運転モードなどが設定された場合には、使用者は急速な冷却運転を行っているとの認識があるため、許容最高周波数での運転を行ってもよい。また、動作温度、高負荷温度または所定温度などは、冷蔵庫の冷却性能によって適宜変更させてもよく、外気温に基いて変化させるようにしてもよい。
次に、本発明の他の実施例について、図2および図6を参照して説明する。なお、実施例1と重複する構成については、その説明を省略する。
本実施例は、除霜運転モードが終了したときのみに高負荷運転モードに移行する構成である。
図2に示すように、ステップ11では、F冷却運転モードの運転時間Taをカウントし(S11)、ステップ12において運転時間Taが通常除霜時間(例えば、10時間)以上経過したか否かを検出して(S12)、経過していればステップ13に進み除霜運転モードに移行する(S13)。除霜運転モードが終了すればステップ20に進み通常運転モードに移行する(S20)。これは通常の除霜運転モードのステップであり、具体的な内容は上述した通りである。
ステップ12において通常除霜時間を経過していない場合にはステップ14に進み、上記ステップ1,2と同様に冷凍室温度tfが高負荷温度以上になった積算時間をカウントし(S14)、積算時間が所定時間(例えば、6時間)以上を経過したか否かを検出して、経過していなければステップ16に進む。なお、積算時間は連続時間、例えば1時間でもよい。
ステップ16では、上記ステップ3で説明したように冷凍室温度tfが高負荷温度より高く冷凍室としての機能を果さなくなる所定温度、例えば−8℃以上か否かを検出し(S16)、所定温度以下であればステップ11に戻り、所定温度以上であれば、室内温度を迅速に降下させる必要があるため、即ステップ18に進み、高負荷運転モードに移行させる(S18)。
一方、ステップ15において、所定時間経過した場合には、ステップ17に進み除霜運転モードに移行させて(S17)、除霜運転後に高負荷運転モードに移行する(S18)。なお、ステップ19,20は上記ステップ5,6と同様であり、また、本除霜運転モードでは圧縮機は通常最大周波数で運転させても冷却されなかったとみなしているため、プリクール運転は行わない。
一般に、Fエバ32に着霜すると冷却性能は低下する。すなわち、Fエバ32に着霜した状態で圧縮機37を許容最高周波数で運転しても、冷却性能が低下した状態で運転することになるため、室内温度の降下速度は鈍くなり運転時間が長くなるという不具合が生じ、高負荷温度以下に達して通常運転モードに移行しても、冷却性能が低下した状態であるため、直ぐに温度上昇してしまう恐れがある。
そこで、本発明は除霜運転モードが終了したときのみに、高負荷運転モードに移行させる。これは、高負荷運転モードに移行させる前に、除霜運転モードを実行してFエバ32の冷却性能を復帰させることにより、高負荷運転モードにおける圧縮機37の冷却効率が増加し、もって許容最高周波数での運転時間を短縮させることができるとともに、その後の通常運転モードにおいても冷却性能が復帰した状態であるため、通常最大周波数でも充分に室内を冷却することができ、もって、許容最高周波数による運転を極力抑制することができるからである。
また、従来の制御方法では、図6に示すように、同タイミングで除霜を行っても、除霜前に許容最高周波数で運転しているため着霜量が多く、除霜時間が長くなるが、本発明では、許容最高周波数での運転前に除霜運転を実行するため、着霜量を抑制して除霜時間を短縮させることができるため、除霜時の室内温度上昇を最小限にさせることができる。
上述した構成では、冷凍室温度が高負荷温度以上の状態を継続した場合には、直ちに除霜運転モードに移行するようにされているが、高負荷運転モード移行への条件を積算時間Tbにより判断する場合には、ステップ13における通常除霜終了直後に、再びステップ17における除霜運転モードに移行され除霜が開始されてしまうという不具合が生じる可能性がある。
そこで、冷凍室温度が高負荷温度以上を検知した場合または継続した場合には(例えば、10分)、通常除霜時間を短縮、例えば10時間を6時間に変更することにより、除霜運転モードへの移行を促して、高負荷運転モードの冷却効率を増加させることができるとともに、上記不具合を解消させることができる。
なお、上記構成を採用しない場合には、除霜モード終了後は、積算時間Tbをリセットするようにしてもよい。
本発明は、許容最大周波数での圧縮機の運転を極力抑制するとともに、室内温度が上昇し過ぎることを防止する冷蔵庫を提供することができ、様々な冷蔵庫に適応可能である。
本発明の実施例1の制御方法を示すフローチャートである。 本発明の実施例1の制御方法を示すフローチャートである。 本発明の冷蔵庫を示す縦断面図である。 本発明の制御ブロック図である。 本発明の実施例1の冷凍室温度と圧縮機周波数との関係を示すグラフである。 本発明の実施例1の冷凍室温度と圧縮機周波数との関係を示すグラフである。 圧縮機周波数と回転音との関係を示すグラフである。
符号の説明
1…冷蔵庫本体 3…冷蔵室 4…野菜室
6…冷凍室 15…Rセンサ 27…Rエバ
28…Rファン 24…Fセンサ 32…Fエバ
33…Fファン 34…除霜ヒータ 35…FDセンサ
36…機械室 37…圧縮機 38…Cファン
47…制御装置

Claims (3)

  1. 外箱と内箱の間に断熱材を充填させた冷蔵庫本体と、この冷蔵庫本体内に配設された貯蔵室と、この貯蔵室を冷却する冷却器と、この冷却器に冷媒を流す能力可変の圧縮機と、前記貯蔵室内または前記冷却器の温度を検知する温度検知手段とを有し、この温度検知手段により検知した温度と予め設定した動作温度または検知温度の変化率などに基づいて圧縮機の回転周波数を決定し、許容最大周波数よりも小さい周波数の範囲内で運転させる通常運転モードと、前記温度検知手段が前記動作温度よりも高く設定した高負荷温度以上の温度を検知した場合または継続して検知した場合のみに、圧縮機の周波数を許容最大周波数で運転させる高負荷運転モードとを備えたことを特徴とする冷蔵庫。
  2. 圧縮機の運転を停止させて冷却器を除霜する除霜運転モードを備え、温度検知手段が動作温度よりも高く設定した高負荷温度以上の温度を検知した場合または継続して検知した場合で、かつ前記除霜運転モードが終了したときのみに高負荷運転モードで圧縮機を運転することを特徴とする請求項1に記載の冷蔵庫。
  3. 除霜運転モードは、予め設定された通常除霜時間以上圧縮機が運転したときに通常運転モードから移行するとともに、温度検知手段が動作温度よりも高い高負荷温度以上の温度を検知した場合または継続して検知した場合には、前記通常除霜時間を短縮することを特徴とする請求項2に記載の冷蔵庫。
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