JP2005331140A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷蔵室および冷凍室の室温を的確に保持するとともに、省電力化とした冷蔵庫を提供することにある。
【解決手段】 冷凍室３および冷蔵室４を有する貯蔵室と、圧縮機１８の運転により蒸発器１１に冷媒を流して貯蔵室３,４を冷却する冷凍サイクルと、冷蔵室４の設定温度に
対する第１温度差に基づき、圧縮機１８を運転（Ｓ８）または停止（Ｓ１）させる制御手段とを備え、制御手段は、外気温が所定温度以下の場合に（Ｓ３）、第１温度差と、この第１温度差よりも小さく設定した第２温度差とを交互に切替える（Ｓ５）。
【選択図】 図１

Description

本発明は、単一の蒸発器によって２つの温度帯の冷却を制御する冷蔵庫に関する。

単一の蒸発器による２温度式冷凍冷蔵庫では、冷蔵室のみに設けた温度センサに基づき、圧縮機を運転または停止させて冷蔵室および冷凍室の温度制御を行っているものがあり、この場合、冷蔵室の設定温度帯に合わせて冷凍室も冷却されるようになっている。

具体的には、冷蔵室の設定温度、例えば３℃に対する温度差を±１℃とし、これに基づいて圧縮機を運転または停止させる。この場合、冷蔵室の室内温度が温度差の下限温度（以下、ＯＦＦ温度と称する）、ここでは２℃に達すると、圧縮機を停止させ、温度差の上限温度（以下、ＯＮ温度と称する）、例えば４℃に達すると、圧縮機を運転させることにより、冷蔵室を平均的に設定温度に保持している。冷凍室も同様に圧縮機の動作に合わせて、ここでは平均的に−１８℃以下になるように冷却制御されている。

しかし、冷蔵室は低外気温時、例えば１０℃より低くなると、室内温度が上昇し難くなり圧縮機の停止時間はここでは４０分〜１時間と長くなる。この場合、冷蔵室は設定温度に保持されるが、冷凍室は、短い圧縮機の運転時間では設定温度まで低下しないため、圧縮機の運転と停止が繰り返される度に冷凍室の最上点温度または最下点温度が除々に上昇していくことになる。したがって冷凍室は高温化し、悪化すると−１０℃程度まで上昇し冷凍室の冷却不足が生じるようになる。

このため、低外気温時には、ＯＮ・ＯＦＦ温度の温度差の差を小さく変更することにより（例えば、特許文献１参照）、冷蔵室の室温を保持したまま圧縮機の運転率を増すことで、冷凍室の冷却時間を増加させて庫内温度の適性化を図る温度補償制御が考えられる。
特開平９−１５２２４７号公報

しかしながら上述した温度補償制御では、冷凍室の冷却時間を確保できるが圧縮機の運転率が増大し過ぎてしまうため、電力を過剰に消費するものであった。

本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、その目的は、冷蔵室および冷凍室の室温を的確に保持するとともに、省電力化とした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、本発明の冷蔵庫は、冷凍室および冷蔵室を有する貯蔵室と、圧縮機の運転により単一の蒸発器に冷媒を流して各貯蔵室を冷却する冷凍サイクルと、前記冷蔵室の設定温度に対する第１温度差に基づき、前記圧縮機を運転または停止させる制御手段とを備え、前記制御手段は、外気温が所定温度以下の場合に、前記第１温度差と、この第１温度差よりも小さく設定した第２温度差とを交互に切替えることを特徴とする。

上記発明によれば、低外気温時には、通常時における設定温度の第１温度差よりも小さい第２温度差に基づいて圧縮機の運転または停止を行うことにより圧縮機の運転率を増大させて冷凍室の冷却不足を解消することができるとともに、第１温度差との切替えにより圧縮機の運転率を抑制することで、冷凍室の室温を適度に保持しつつ省電力化とすることができる。

以下、本発明の一実施形態について説明する。図２は、冷蔵庫本体１を示す斜視図である。図３は、冷蔵庫本体１を示す縦断面図である。図２、図３において、冷蔵庫本体１は、前面が開口した断熱箱体２内に、断熱仕切壁７により上下に区画された冷凍室３および冷蔵室４を設けており、各室３，４の開口部には、ヒンジ開閉式の冷凍室扉５、冷蔵室扉６をそれぞれ開閉自在に取付けている。

冷凍室３の背面には冷却室９を設けており、この冷却室９には、冷気を生成する蒸発器１１、冷気を庫内に送風する冷却ファン１０、蒸発器１１を除霜する除霜ヒータ１２などを設けている。断熱仕切壁７内部には、冷却室９の冷気が冷蔵室４に流れるように送風路１４を設けており、冷蔵室４の背面には庫内に吹出された冷気を冷却室９に戻すリターンダクト１５を形成している。

冷蔵庫背面底部には、圧縮機１８、制御装置３０、外気温センサ２５などを配設した機械室１７を設けており、圧縮機１８が運転すると、蒸発器１１に冷媒が流れて庫内を冷却するようになっている。

冷蔵室４の右側上部には、ユニットケース２０を取付けている。図４は、このユニットケースの分解図を示すが、ユニットケース２０には、ドアスイッチ２１、設定温度帯を調節する調節器２２、温度センサ２３、庫内灯２４、ヒータ２６を設けており、リード線、コネクタなどをこのユニットケース２０内に収納することにより、各部品の取付け、配線などを一つに纏めることができるので、取付け作業等が簡単に行えるようになっている。

ドアスイッチ２１は、前後に摺動可能でバネなどにより扉側に付勢されている突起部２１ａを設けており、ユニットケース２０の前面に突起部２１ａが突出するように設けられている。冷蔵室扉６が、閉扉されると、ビード部６ａがこの突起部２１ａを押圧して閉扉されたことを検知し、開扉されると、押圧されていた突起部２１ａが解放して、開扉されたことを検知するようになっている。

調節器２２は、ユニットケース２０の前面に回動可能に設けられたノブ２２ｂと、このノブ２２ｂの停止位置によって抵抗値が可変するサーモ２２ａとから形成されており、ユーザが調節器２２を、例えば弱、中、強と調節することにより、設定温度が可変されるようになっている。

また、それぞれの設定温度に対しては、第１温度差、例えば±１℃のＯＮ温度とＯＦＦ温度を設けており、温度センサ２３の検出温度が、調節器２２で調節された設定温度に対するＯＮ温度に達すると圧縮機１８を運転させて、ＯＦＦ温度に至ると圧縮機１８を停止させるようになっている。

温度センサ２３は、サーモスタットなどから構成されており、冷蔵室４温度を検知するようになっている。庫内灯２４は、ソケット２４ａに電球２４ｂが嵌合されて形成されている。ヒータ２６は、圧縮機１８の停止時に通電され、その加熱により温度センサ２３を温めて圧縮機１８の停止時間を短くするようになっている。

図３において、ドアスイッチ２１の開閉信号、調節器２２の設定温度帯、温度センサ２３、外気温センサ２５の検出温度は制御装置３０に入力されるようになっており、上記入力信号に基づき各電気部品の運転制御を行っている。

圧縮機１８は、予め制御装置３０に設定された複数の設定温度から、調節器２２により一つの設定温度（ここでは、中設定で３℃）が選択され、この設定温度に対する上下の温度差に基づいて、平均的に設定温度に保持されるように運転と停止を繰り返す。

具体的には、圧縮機１８が停止している場合、温度センサ２３の検出温度がＯＮ温度、ここでは４℃以上となると、庫内温度が高くなったと判断して圧縮機１８を駆動させて、冷却運転を開始する。一方、圧縮機１８が運転している場合には、温度センサ２３の検出温度がＯＦＦ温度、ここでは２℃以下となると、庫内温度が低くなったと判断して、圧縮機１８を停止させて、冷却運転を終了する。

冷却ファン１０は、圧縮機１８が運転されると運転し、停止されると停止するように圧縮機１８と同期運転をおこなうようになっており、また、ドアスイッチ２１が開扉を検知した場合には、冷気リークの防止のため停止する。

除霜ヒータ１２は、制御装置３０に内蔵された圧縮機１８の運転時間を積算する運転タイマ３１の計測時間が、例えば８時間に至ると、冷却運転を停止させて、通電するようになっており、このとき蒸発器１１の除霜を行う。その後、蒸発器１１の温度が上昇し、例えば３℃以上になったときには、その通電を停止して冷却運転に復帰するようになっている。

庫内灯２４は、ドアスイッチ２１の開扉信号に基づいて点灯し、閉扉信号により消灯するようになっている。

このような構成により、圧縮機１８の駆動とともに蒸発器１１により生成された冷気の一部は、冷却ファン１０により冷凍室３に吹出された後、冷却室９に戻されて冷凍室３が冷却されるようになっている。また、他の冷気は送風路１４より冷蔵室４に流された後、リターンダクト１５を介して冷却室９に戻されて冷蔵室４が冷却されるようになっている。

このとき冷凍室３は所定の冷凍温度帯、（ここでは、−１８℃〜−２２℃）に保持されるよう冷気流量構造を設計している。すなわち冷蔵室の室温で冷蔵室および冷凍室の温度制御を行っている。

次に、本発明の制御手段の動作について図１のフローチャートに基づいて説明する。

ステップ１では、温度センサ２３の検出温度がＯＦＦ温度に達しているか否かを検出して（Ｓ１）、ＯＦＦ温度以下であれば、庫内は十分に冷却されていると見做して、ステップ２に進み圧縮機１８を停止させる（Ｓ２）。この場合、圧縮機１８の停止時間短縮のためヒータ２６に通電して温度センサ２３を加熱させる。

ステップ３では、外気温センサ２５の検出温度が所定温度、ここでは１０℃以下か否かを検出して（Ｓ３）、１０℃以上であれば冷凍室に冷却不足が生じていないと判断してステップ４に進み、設定温度の温度差を第１温度差である±１℃に設定する（Ｓ４）。

ここで、外気温を検出する理由について、図８のグラフを参照して説明する。この図８は、外気温度を３０℃、１５℃、５℃に設定し、それぞれの外気温度における冷蔵室４および冷凍室３の貯蔵空間の中心温度を測定して平均化したものである。また、四角印は、外気温に拘わらず第１温度差に基づいて圧縮機を運転した結果を示し、三角印は、外気温が１０℃以下になった場合に、設定温度の温度差を前記第１温度差よりも小さい第２温度差、ここでは±０．５℃に切替えて圧縮機を運転した結果を示し、丸印は、本発明の実施形態である外気温が１０℃以下になった場合に、第１温度差と第２温度差とを交互に切替えて圧縮機の運転を行った結果を示す。

本グラフによれば、冷蔵室４は、外気温が低下する程、貯蔵室内と外気との温度差が小さくなるためヒートリークが減少し、徐々に貯蔵室内の平均温度は低下する。これは、温度センサ２３の検出温度に基づいて圧縮機の運転を制御していても、温度センサ２３はヒータ２６により加熱されるため、実際の貯蔵空間の中心温度と若干のずれが生じるからである。

また、冷凍室３は、外気温度が１５℃以下になってくると、急激に貯蔵室温度が上昇する。これは、冷蔵室４のヒートリークの減少に伴い、圧縮機１８の運転率が低下するため、冷凍室３の冷却を十分に行えないからである。

したがって、外気温度が１５℃以下、本実施形態では、顕著に冷凍室３の温度上昇が表れる１０℃以下になるまでは、設定温度に対する第１温度差を変更しなくても冷凍室３の冷却不足は発生しないため、ステップ４の通り、第１温度差のまま圧縮機１８の運転を行う。

さて、外気温度が１０℃以下になると、上記したように冷凍室３の冷却不足が発生するため、ステップ５において、所定のタイミングか否かを検出して（Ｓ５）、切替えのタイミングであれば、第２温度差に切替える（Ｓ６）。

この場合、図７に示すように、低外気温時に第２温度差に切替えると、ＯＮ温度が低くなることから圧縮機１８の運転頻度が高くなる。このため、冷凍室３の温度上昇は抑制されることになり、外気温が５℃の状態でも貯蔵空間は−１６℃以下に保持されて、冷凍室３の冷却不足の発生を防止することができる。

一方、冷蔵室４の貯蔵空間温度は、０℃にまでに至らないが外気温が低下する程低くなることから、過剰に冷却されて不要に電力を消費していることが伺える。

また、圧縮機１８の運転時間に対する入力電力を示したグラフである図９に示すように、運転開始時には、蒸発器１１や貯蔵室が無冷却状態であるため圧縮機１８にかかる負荷が大きく入力電力も極めて高いことから、第２温度差に切替えた状態を継続させると、圧縮機１８の運転頻度が高くなり、不要に電力を消費することが確認できる。

このため、本発明ではステップ５においては、低外気温時であっても、所定のタイミングか否かによってステップ４またはステップ６に進み、第１温度差と第２温度差とを交互に切替えるようになっている。

ここで、所定のタイミングとして本実施形態では、圧縮機１８の運転と停止を１サイクルとした場合に、この１サイクルを所定のタイミングとしている。具体的には、第２温度差に設定されて１サイクルを経過すると、ステップ４に進み第１温度差に設定され、この第１温度差に設定されて１サイクルを経過するとステップ６に進み第２温度差に進むようになっている。

なお、この所定のタイミングは、その他に種々のタイミングが考えられる。例えば、１サイクルではなく複数のサイクル毎に交互に切替えを行ってもよいし、圧縮機１８の運転積算時間が所定時間、例えば４時間経過した場合に切替えを行ってもよい。

さて、ステップ４およびステップ６において、それぞれ温度差を設定したら、ステップ７において、温度センサ２３の検出温度がＯＮ温度以上か否かを検出し（Ｓ７）、ＯＮ温度以上であれば貯蔵室の冷却が必要であると見做してステップ８に進んで圧縮機１８の運転を開始する（Ｓ８）。

次に、本発明の制御手段の作用・効果について図５乃至図８を参照して説明する。図５は、本発明の制御手段による冷蔵室及び冷凍室の貯蔵空間の中心温度を表したグラフであり、同様に、図６は第１温度差に基づいて圧縮機を運転させた場合、図７は第２温度差に基づいて圧縮機を運転させた場合について、各室の温度をそれぞれ表したグラフである。

なお、外気温度は５℃に設定している。

図６に示すように、第１温度差のまま圧縮機１８を運転させると、冷蔵室３の温度上昇が鈍いため、圧縮機１８の停止時間が長くなる。このため、冷凍室４には冷気が供給されずに除々に貯蔵室内の温度が上昇して冷却不足が生じることになる。

また、図７に示すように、第２温度差のまま圧縮機１８を運転させると、冷蔵室４、冷凍室３はともに設定された温度に保持されるが、上記したように圧縮機１８の運転率が増大し過ぎて、不要な電力を消費することになる。

これに対して、本発明の制御手段は、第２温度差に基づいて圧縮機１８の運転を行うことにより、圧縮機１８の停止時間を短縮させ、運転率を高くすることで冷凍室４の冷却不足を解消することができる。また、第１温度差に切替えることで、圧縮機１８の運転率を抑制して省電力化とすることができる。この場合、圧縮機１８の停止時間が長くなるため冷凍室４の温度上昇が懸念されるが、その後、第２温度差に切替えて圧縮機１８の運転率を高くさせるため、図８に示すように、低外気温時においても冷凍室３の平均温度は−１６℃以下に保持され、従来のように徐々に温度上昇していく不具合を解消することができる。もって、冷凍室３は冷却不足とならない範囲内において冷凍室３の室温を平均的に保持することができる。

次に、他の実施形態について説明する。本実施形態では、所定時間内に開扉される回数が所定以下の場合には、第１温度差と第２温度差とを交互に切替えるようにしている。

低外気温であっても、使用者の使用頻度が多ければ開扉により貯蔵室の温度が上昇して圧縮機１８の停止時間が長くなり過ぎるという不具合は生じない。よって、ステップ３において低外気温と判断しても、所定時間、例えば１時間以内に開扉される回数が所定、例えば２回以上の場合には、使用頻度が多いとして第２温度差に切替えることなく、ステップ４に進み第１温度差のまま圧縮機１８の運転を行う。

一方、所定時間内に開扉される回数が、例えば１回以下の場合には、使用頻度が低いため、冷蔵室４が温度上昇せず圧縮機１８の停止時間が長くなると見做して、ステップ６に進み第２温度差に設定して圧縮機１８の運転を行う。その後においては、使用頻度が低ければ所定のタイミング毎に第２温度差と第１温度差の設定を交互に切替える。

上記した構成によれば、使用頻度が高い場合には第１温度差のまま運転を行うため、開扉による冷蔵室４の温度上昇により圧縮機１８の運転率が上昇して冷凍室３の冷却不足は解消されるとともに、第２温度差で運転する場合よりも運転率を減少させることができるため、省電力化とすることができる。

本発明は、外気温に基づき設定温度に対する温度差を調節する様々な冷蔵庫に適応可能である。

本発明の１実施形態を示すフローチャートである。 本発明の１実施形態を示す冷蔵庫の斜視図である。 図２の冷蔵庫の縦断面図である。 ユニットケースの分解斜視図である。 本発明の圧縮機の動作及び冷凍室と冷蔵室の温度変化を示すグラフである。 第１温度差のまま圧縮機を動作させた場合の圧縮機の動作及び冷凍室と冷蔵室の温度変化を示すグラフである。 第２温度差のまま圧縮機を動作させた場合の圧縮機の動作及び冷凍室と冷蔵室の温度変化を示すグラフである。 外気温度と冷凍室および冷蔵室との相関を示したグラフである。 圧縮機の運転時間に対する入力電力を示したグラフである。

符号の説明

１…冷蔵庫本体 ２…断熱箱体 ３…冷凍室
４…冷蔵室 ５…冷凍室扉 ６…冷蔵室扉
１０…冷却ファン １１…蒸発器 １２…除霜ヒータ
１８…圧縮機 ２０…ユニットケース ２１…ドアスイッチ
２２…調節器 ２３…温度センサ ２４…庫内灯
２５…外気温センサ ２６…ヒータ ３０…制御装置

Claims (2)

1. 冷凍室および冷蔵室を有する貯蔵室と、圧縮機の運転により単一の蒸発器に冷媒を流して各貯蔵室を冷却する冷凍サイクルと、前記冷蔵室の設定温度に対する第１温度差に基づき、前記圧縮機を運転または停止させる制御手段とを備え、前記制御手段は、外気温が所定温度以下の場合に、前記第１温度差と、この第１温度差よりも小さく設定した第２温度差とを交互に切替えることを特徴とする冷蔵庫。
2. 所定時間内に開扉される回数が所定以下の場合に、第１温度差と第２温度差とを交互に切替えることを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。

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