JP2009036483A - 冷蔵庫及びその除霜方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】除霜運転の頻度を必要最小限にとどめて庫内温度の上昇を抑制する。
【解決手段】蒸発器に蒸発器温度計8を設け、冷凍サイクルの運転開始から所定基準時T2、T3に到達したとき及び冷凍サイクルの運転開始時の蒸発器温度を計測する。この計測結果が予め設定したしきい温度T以下の場合にこの蒸発器への着霜が生じているものと判断して、除霜ヒータ9による加熱又は庫内冷気の送風のいずれかの除霜運転によって上記着霜を融解して解消する。この冷蔵室内の設定温度Tが基準設定温度Tよりも高いときは庫内の冷気を蒸発器に送風して除霜を行い、設定温度が基準設定温度よりも低いときは除霜ヒータを通電加熱して着霜を解消する。このように除霜運転を必要最小限に抑えたのでこの除霜運転によって、庫内温度が過度に上昇するのを防止し得る。
【選択図】図1

Description

この発明は、蒸発器に付着した霜を除去するための除霜方法、及び、この除霜方法を適用した冷蔵庫に関する。
一般的な冷蔵庫を図4に示して説明すると、圧縮機1、凝縮器2、減圧器及び蒸発器3からなる冷凍サイクルを備え、その蒸発器3と庫内6との間を、庫内ファン5により空気(冷気)を循環させて庫内6を冷却するものである。
この冷却の際、庫内6の冷気中に含まれている水分が蒸発器3の表面において凍結して霜となる。この蒸発器3への着霜量はこの蒸発器3の表面温度と関係があり、この表面温度が低いほど冷気中の水分がその表面で結露して凍結しやすいので着霜量は多い。
この霜は蒸発器3の表面と庫内6の冷気とが接触するのを妨げるため、この冷蔵庫の冷却効率の低下を招く。
その着霜を防止するため、この冷蔵庫は、図5に示すように、庫内6に設けた庫内温度計7で測定した温度に基づいて上記冷凍サイクルを運転又は停止し、この冷凍サイクルの停止中に除霜運転を行うようにしている。
この除霜運転において、図示しない冷気循環制御手段によって庫内6と冷凍サイクルとの間の通気を隔離しつつ、蒸発器3への着霜量に対応して、その量が多い場合は蒸発器3の近傍に設けた除霜ヒータ9を通電加熱し、その量が少ない場合は庫内6の冷気(3〜10℃程度)をこの蒸発器3に冷気送風手段(庫内ファン)によって循環送風して、上記霜を融解して除去する技術がある(特許文献1の段落0018参照)。
特開平8−285440号公報
その除霜方法は、冷凍サイクルの停止に合わせて必ず除霜運転が行われる。その結果、この除霜運転の都度、蒸発器温度が急上昇するため(図5中の「温度」の項目を参照)、それによって庫内の食品等の鮮度を劣化させるおそれがある。
また、上記除霜運転で急上昇した庫内温度を下げる必要があるため、上記冷凍サイクルを再運転(再稼動)した際に多くの電力を消費するという問題もある。
そこで、この発明は、除霜運転の頻度を必要最小限にとどめて庫内温度の上昇を抑制することを課題とする。
上記の課題を解決するため、この発明は、蒸発器の温度が予め設定したしきい温度以下の場合に除霜運転を行うこととしたのである。
このしきい温度とは、冷凍サイクルの運転によって蒸発器が冷却された時に、その蒸発器の除霜運転を開始する温度のことをいう。この温度は、実験等によって決められた上記蒸発器の表面に霜が付着し始める温度を基準として、この冷蔵庫の使用者が、通常はマイナス5℃から5℃の範囲で設定する。
また、基準設定温度とは、ある温度の空気を霜が付着した蒸発器に送風した時に、その霜が融解し得る温度のことをいい、上記と同様にその温度は実験等によって決定される。理論上は0℃以上の送風により霜は融解し得るが、このように送風温度が氷点に近いと、この霜の融解に長時間を要する。そのため、通常は、基準設定温度は5℃程度に設定される。
また、設定温度は食品等の保存に適した温度範囲に調節し得るようになっており、例えば一般的な冷蔵庫と同じく、マイナス5℃から10℃の温度範囲で庫内温度を設定し得る。
この除霜運転は、庫内の設定温度が上記基準設定温度よりも高い場合は庫内の冷気を蒸発器に循環送風する方法によってなされる。この除霜方法では、冷蔵庫の冷気(通常、基準設定温度の5℃以上)の送風によって蒸発器に付着した霜が融解するとともに気化するので、次第に着霜が解消される。
また、庫内の設定温度が上記基準設定温度よりも低い場合(通常、基準設定温度の5℃以下)は、上記の循環送風する方法では上述したように霜の融解に長時間を要する。そのため、この方法に代えて、除霜ヒータを通電加熱し、それによって蒸発器を温めてこれに付着した霜を融解して除去する方法が採用される。
この発明の構成としては、冷凍サイクルの蒸発器と庫内との間を、ファンにより空気を循環させて上記庫内を冷却する冷蔵庫の上記蒸発器に付着した霜を除霜する除霜方法において、上記蒸発器の温度測定を行い、その測定温度が予め設定したしきい温度以下の場合、上記蒸発器に霜が付着していると判断して除霜運転を行うようにする。
基本的には、上記冷凍サイクルの運転又は停止は庫内に設けた庫内温度計で測定した温度に基づいて行われ、その温度が設定温度をほぼ維持するようにコントロールされる。
ただし、蒸発器温度計による蒸発器の温度測定の結果が、その温度が上記しきい温度よりも低いときは、上記冷凍サイクルが運転している状態であっても、その運転を一旦強制的に停止して除霜運転を先に行う。この除霜を行うことにより、蒸発器における熱交換がスムーズに行われるようになり冷却効率が向上するためである。
また、上記除霜運転は、上記庫内の設定温度が基準設定温度よりも高い時、上記冷凍サイクルの運転を停止するとともに、上記ファンで庫内の冷気を上記蒸発器に循環送風してこの蒸発器に付着した霜を融解して除去し、庫内の上記設定温度が上記基準設定温度よりも低い時には、上記冷凍サイクルの運転を停止するとともに、上記蒸発器の除霜ヒータを通電加熱してこの蒸発器に付着した霜を融解して除去するようにすることもできる。
このように除霜運転において、上記設定温度と基準設定温度の高低関係によって、冷気の循環送風による除霜方法と、除霜ヒータによる除霜方法とを適宜使い分けることによって、上記循環送風による除霜方法においては庫内温度の急激な上昇が防止し得るとともに、上記除霜ヒータによる除霜方法においては迅速に上記除霜を解消し得る。
上記除霜ヒータを通電加熱する時は、この除霜ヒータの通電時間を測定し、その通電時間が予め設定した所定時間に達した際に、この除霜ヒータへの通電を停止するようにすることもできる。
この所定時間とは、上記除霜ヒータの通電加熱による庫内温度の過度の上昇を抑制し得る通電の限度時間のことをいう。この除霜ヒータを通電加熱することによる庫内温度の上昇速度は、冷蔵庫の内容積、除霜ヒータの出力等によって変わる。そこで予め実験等を行うことで、この冷蔵庫の設計段階において上記所定時間の推奨値が決定される。
上記蒸発器温度の測定は、常時、又は一定の時間間隔、例えば20分ごとに行っても良いが、例えば、上記冷凍サイクルの運転開始から、予め設定した第1基準時より後の第2基準時まで経過した時、一旦停止した上記冷凍サイクルの運転を再開する時、又は、上記第2基準時に到達する前に上記冷凍サイクルが停止しそのまま上記第2基準時より後の第3基準時まで経過した時、の上記各基準時又は上記再開時において行うようにすることもできる。
このように、上記各基準時等においてきめ細かく上記蒸発器の温度測定を行い、その温度測定の結果によって除霜運転を行うか否か決めるようにすることで、蒸発器の温度がそれほど低くないのにも拘らず除霜運転を行ってこの冷蔵庫の庫内温度が上昇するおそれがなく、逆にこの蒸発器に大量の着霜が生じて冷却効率が低下するおそれもない。
この除霜方法を備えた冷蔵庫は、その蒸発器に着霜が生じて除霜が必要な場合にのみ除霜運転を行うので、不必要な除霜運転に伴う庫内の温度上昇を防止し得る。
この発明によると、蒸発器の温度を測定し、その温度がしきい温度よりも低い場合に除霜運転を行うので、庫内温度の不必要な上昇を招くことなく、蒸発器に付着した霜を確実に除去し得る。
この除霜方法によって除霜運転の制御を行う一般的な冷蔵庫を図4に示して説明すると、この冷蔵庫は、上述したように圧縮機1、凝縮器2、蒸発器3等から構成される冷凍サイクルを備えている。この冷凍サイクルに付属して凝縮器ファン4及び庫内ファン5が設けられ、蒸発器3によって生じた冷気をこの庫内ファン5によって強制的に循環(同図中の矢印f参照)して、庫内6全体を冷却するようになっている。この庫内ファン5は、庫内温度に対応して、その回転数が強・中・弱の3段階に自動切換される。
この冷蔵庫には庫内温度計7が設けられ、この庫内温度計7での温度測定値に基づいて、庫内温度が設定温度T±3℃の範囲内に収まるように、上記冷凍サイクルを運転又は停止して温度コントロールを行っている。
具体的には、上記冷凍サイクルを運転することによって、庫内温度が設定温度T−3℃まで下がったら、この冷凍サイクルを停止し、この停止により庫内温度が設定温度T+3℃まで上昇したら、この冷凍サイクルを再び運転する。
この冷蔵庫は、マイナス5℃から10℃の範囲内で設定温度Tの設定を行うことができるようになっており、例えばこの設定温度Tを4℃とすることができる。この場合においては、庫内温度が1℃から7℃の範囲内に収まるように温度がコントロールされる。
また、この冷凍サイクルには図示しないタイマーが設けられ、上記冷凍サイクルの運転とともにこのタイマーを作動開始して、この冷凍サイクルの運転時間を計測している。
また、この蒸発器3には蒸発器温度計8及び除霜ヒータ9が設けられ、蒸発器温度計8での測定を、図1に示すように、上記冷凍サイクルに設けたタイマーでの測定時間が、第1基準時T1より後の第2基準時T2まで経過した時、一旦停止した冷凍サイクルの冷却運転を再開する時、第2基準時T2に到達する前に上記冷凍サイクルが停止しそのまま上記第2基準時T2より後の第3基準時T3まで経過した時、の上記各基準時又は上記再開時において行うようにしている。
この第1基準時T1、第2基準時T2、第3基準時T3及び各基準時の各時間間隔は、蒸発器3への実際の着霜状況を把握した上で適宜変更し得る。例えば、庫内に水気の多い食品を保存している場合は庫内湿度が高くなりやすく、それによって霜が発生しやすいので、第1基準時T1、第2基準時T2、第3基準時T3及び各時間間隔を短めに設定して、蒸発器3の温度測定の頻度を高くする。このようにきめ細かく蒸発器3の温度測定をするようにすれば、除霜運転を行う必要があるときに、速やかにその除霜運転を開始するようにすることができる。
この第1基準時T1は従来の冷蔵庫における除霜周期に相当する。この従来の冷蔵庫ではこの除霜運転の開始は冷凍サイクルの運転時間のみで管理され、この除霜周期に到達した時点で冷凍サイクルの運転を強制的に停止して除霜運転を行っていた。そのため、着霜量がそれほど多くなく、除霜運転を行う必要がない状況であっても、その除霜運転が行われるということがあった。
この除霜方法においては、この第1基準時T1を経過した後の蒸発器温度を第2基準時T2、第3基準時T3及び冷凍サイクルの運転開始時においてきめ細かく測定するようにしたので、着霜量がそれほど多くなく除霜運転の必要性が低い場合は、除霜運転を行わずにそのまま冷却運転をし得るようにすることができるとともに、着霜が生じているにもかかわらず除霜運転が行われずにそのまま冷却運転が行われるという問題も生じにくい。
なお、この第1基準時T1は従来の除霜周期とほぼ同等の、冷凍サイクルの運転開始時から6時間後とし、第2基準時T2及び第3基準時T3は、例えば、第1基準時T1からそれぞれ20分後及び1時間後とすることができる。この除霜運転が適切なタイミングで行われるように、この各基準時は、この冷蔵庫に保存する食品等の種類(水分量等)や、冷蔵庫の内容量に対応して適宜変更し得る。
この冷却運転及び除霜運転について、圧縮機1(冷凍サイクル)の運転開始からの時間経過を追って説明する。
この圧縮機1の運転が第1基準時T1を経過後、第2基準時T2に到達するまで停止することなく行われた場合(同図のパターン1参照)、この第2基準時T2に到達した際に蒸発器温度計8で温度測定を行う。この温度測定の結果がしきい温度Tよりも高ければ除霜運転の必要がないと判断できるので、上記と同様に、冷却運転をそのまま継続する。
このしきい温度Tは、除霜運転を行う温度に合わせて適宜調節することができ、通常は2℃から6℃の温度範囲内で設定する。
この圧縮機1の運転が第1基準時T1を経過後、第2基準時T2に到達する前に停止した場合(同図のパターン2及び3参照)、この停止後、再度圧縮機1が運転する際(その運転開始の直前)に蒸発器温度計8による温度測定を行い、この温度測定の結果がしきい温度Tよりも高ければこの圧縮機1を運転し、しきい温度T以下であればまず除霜運転を行い、この除霜運転の後に圧縮機1を運転して冷却運転を再開する。
また、この圧縮機1が第2基準時T2に到達する前に停止し、第3基準時T3に到達してもなおその停止状態が継続している場合(同図のパターン4参照)、この第3基準時T3に到達した際に上記温度測定を行い、この温度測定の結果がしきい温度T以下であれば除霜運転を行う。
その一方で、この温度測定の結果がしきい温度Tより高ければ、庫内温度計7による温度測定の結果に従って、通常の冷却運転と同様に、この圧縮機1の運転又は停止について決定する。
この圧縮機1の運転が第1基準時T1に到達する前に停止した場合(同図のパターン5及び6参照)、この停止後、再度圧縮機1が運転する際(その運転の直前)に上記温度測定を行い、この温度測定の結果がしきい温度Tよりも高ければこの圧縮機1を運転し、しきい温度T以下であればまず除霜運転を行い、この除霜運転完了後に圧縮機1を運転する。
また、この圧縮機1が第1基準時T1に到達する前に停止し、第3基準時T3に到達してもなおその停止状態が継続している場合(同図のパターン7参照)、この第3基準時T3に到達した際に上記温度測定を行い、この温度測定の結果がしきい温度T以下であれば除霜運転を行う。その一方、この温度測定の結果がしきい温度Tより高ければ、庫内温度計7による温度測定の結果に従って、通常の冷却運転と同様に、この圧縮機1の運転又は停止について決定する。
上記除霜運転は、上述したように冷蔵庫の設定温度Tが予め設定した基準設定温度Tよりも高い際には、上記冷凍サイクルを停止した上で、庫内ファン5で庫内6の冷気を蒸発器3に循環送風して、その送風によって上記霜を融解して除去し(以下、オフサイクル除霜運転という)、設定温度Tが基準設定温度Tよりも低い際には、上記冷凍サイクルを停止した上で、除霜ヒータ9を通電加熱して上記霜を融解して除去する(以下、ヒータ除霜運転という)。
例えば、この基準設定温度Tが5℃であって、庫内の設定温度Tを3℃、及び、しきい温度Tを4℃とした場合においては、蒸発器温度計8での測定温度が4℃を下回った際に除霜運転が行われ、設定温度Tが基準設定温度Tよりも低いので、この除霜運転はヒータ除霜運転となる。
また、この基準設定温度Tが5℃であって、庫内の設定温度Tを6℃、及び、しきい温度Tを4℃とした場合においては、蒸発器温度計8での測定温度が4℃を下回った際に除霜運転が行われ、設定温度Tが基準設定温度Tよりも高いので、この除霜運転はオフサイクル除霜運転となる。
この基準設定温度Tは、オフサイクル除霜運転とヒータ除霜運転の切り替え温度であって、この各除霜運転が効率的に行われる限りにおいては、上記のように必ずしも5℃に設定する必要はなく、製造段階において、その前後数℃の範囲で変更することもできる。
上記ヒータ除霜運転の制御フローを図2に示す。
この制御フローにおいては、はじめに、蒸発器温度計8での測定結果がしきい温度T(例えば3℃以下)を下回るか否かを判断する(同図のS1)。この条件に当てはまる場合は、圧縮機1、凝縮ファン4、庫内ファン5等の冷凍サイクルを停止する(同図のS2)。
次に、上記測定結果が予め設定した除霜終了温度TOFFよりも高いか否かを判断する(同図のS3)。この際、除霜終了温度TOFFよりも低ければ除霜ヒータ9を通電加熱して(あるいは通電加熱したままの状態として)霜を融解除去する(同図のS4)。一方、上記測定結果が除霜終了温度TOFFよりも高い場合は、除霜は完了したと判断して除霜ヒータ9への通電を停止する(同図のS6)。
この除霜終了温度TOFFは適宜調節し得るが、通常はしきい温度Tよりも数℃高い温度に設定される(例えば、しきい温度Tが上記のように3℃の場合にあっては10℃)。
また、除霜ヒータ9に設けたタイマーで計測した、除霜ヒータ9の通電加熱時間が所定時間(この例では30分間)を経過した場合においても(同図のS5)、この除霜ヒータ9への通電を停止する(同図のS6)。このように、所定時間経過後に強制的に除霜ヒータ9への通電を停止するようにすれば蒸発器3の過熱が防止されるとともに、無駄に電力を消費するのが防止される。
この除霜運転後においては、霜が融解して水となって蒸発器から滴り落ちている状態なので、数分間このまま放置して水切り処理を行う(同図のS7)。
この水切り処理の終了後、庫内ファン5を除く冷凍サイクルを運転する、いわゆる待機運転を行う(同図のS8)。この待機運転によって蒸発器3の温度が待機完了温度Tまで下がったら(同図のS9)、庫内ファン5を回転して通常の冷却運転を行う(同図のS11)。
この水切り処理の終了直後は、ヒータ除霜運転によって温められた蒸発器3がまだ十分に冷めていないことがある。この状態で冷凍サイクルを運転すると、この蒸発器3周囲の暖気が庫内ファン5によって庫内に送り込まれ、それによって食品等の鮮度を劣化するおそれがある。
このように庫内ファン5を回転させる前に予め待機運転によって蒸発器3を待機完了温度Tまで冷却しておけば、このように暖気が庫内に送り込まれることがないので、食品等の鮮度が保たれる。
この待機完了温度Tは、蒸発器3が食品等に悪影響を及ぼさない程度の温度まで冷却されていれば良く、除霜終了温度TOFFよりも低い温度範囲(例えば6℃)において適宜設定することができる。
この待機運転は、庫内ファン5を除く冷凍サイクルの運転開始後、少なくとも所定時間(この例では5分)行われ(同図のS10)、この所定時間経過後、上記の判断(同図のS9)に従って待機運転を継続するかどうかが決定される。
上記オフサイクル除霜運転の制御フローを図3に示す。
この制御フローにおいては、はじめに、蒸発器温度計8での測定結果がしきい温度T(例えば3℃以下)を下回るか否かを判断する(同図のS21)。この条件に当てはまる場合は、庫内ファン5を除く冷凍サイクル(圧縮機1、凝縮ファン4等)を停止する(同図のS22)。
次に、庫内ファン5の回転を強回転にして、庫内6の冷気を蒸発器3に循環送風する。このオフサイクル除霜運転が行われる条件においては、少なくとも庫内6の冷気温度は5℃以上で氷点を上回っているので(基準設定温度Tは通常5℃で固定されているため)、この冷気の蒸発器3への送風循環によって、その蒸発器3への着霜は融解除去される(同図のS23)。
この循環送風によって所定時間(この例では、少なくとも5分間)、除霜運転を行う(同図のS25及びS26)。この所定時間内に蒸発器3の温度が除霜温度範囲Tを1℃以上上回った際(同図のS24)(例えば、この実施形態のようにしきい温度Tが3℃の場合において、蒸発器3の温度が4℃以上になった際)、除霜が完了したものと判断して除霜運転を終了する。
この所定時間(例えば30分間)は、この冷蔵庫に保管する食品等の水分量等に対応して適宜設定し得る。
上記の実施形態では冷凍室を備えていない冷蔵庫を例として説明したが、この除霜方法は、冷蔵室の冷気(少なくとも0℃よりも高い温度)を蒸発器に循環送風し得る形式であれば、冷凍冷蔵庫にも適用し得る。
この発明の一実施形態において圧縮機の動作及び温度測定に係るタイミングチャートを示す図 同実施形態においてヒータ除霜運転の制御フローを示す図 同実施形態においてオフサイクル除霜運転の制御フローを示す図 一般的な冷蔵庫の正面断面図 従来技術における圧縮機等の動作に係るタイミングチャートを示す図
符号の説明
1 圧縮機
2 凝縮器
3 蒸発器
4 凝縮器ファン
5 庫内ファン
6 庫内
7 庫内温度計
8 蒸発器温度計
9 除霜ヒータ
T1 第1基準時
T2 第2基準時
T3 第3基準時
基準設定温度
しきい温度
待機完了温度
OFF 除霜終了温度
設定温度

Claims (5)

  1. 冷凍サイクルの蒸発器(3)と庫内(6)との間を、ファン(5)により空気を循環させて上記庫内(6)を冷却する冷蔵庫の上記蒸発器(3)に付着した霜を除霜する除霜方法において、
    上記蒸発器(3)の温度測定を行い、その測定温度が予め設定したしきい温度以下の場合、上記蒸発器(3)に霜が付着しているものと判断して除霜運転を行うようにしたことを特徴とする除霜方法。
  2. 上記除霜運転は、上記庫内(6)の設定温度が基準設定温度よりも高い時、上記冷凍サイクルの運転を停止するとともに、上記ファン(5)で庫内(6)の冷気を上記蒸発器(3)に循環送風してこの蒸発器(3)に付着した霜を融解して除去し、
    庫内(6)の上記設定温度が上記基準設定温度よりも低い時には、上記冷凍サイクルの運転を停止するとともに、上記蒸発器(3)の除霜ヒータ(9)を通電加熱してこの蒸発器(3)に付着した霜を融解して除去するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の除霜方法。
  3. 上記除霜ヒータ(9)の通電時間を測定し、その通電時間が予め設定した所定時間に達したときに、上記除霜ヒータ(9)の通電加熱を停止するようにしたことを特徴とする請求項2に記載の除霜方法。
  4. 上記蒸発器(3)の温度測定を、冷凍サイクルの運転開始から、予め設定した第1基準時(T1)より後の第2基準時(T2)まで経過した時、一旦停止した冷凍サイクルの運転を再開する時、又は、上記第2基準時(T2)に到達する前に上記冷凍サイクルが停止しそのまま上記第2基準時(T2)より後の第3基準時(T3)まで経過した時、の上記各基準時又は上記再開時において行うようにしたことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の除霜方法。
  5. 請求項1から4のいずれかに記載の除霜方法によって除霜運転を行うようにしたことを特徴とする冷蔵庫。
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