JP2009243776A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】製氷室の温度をその他の冷凍室の温度から演算して製氷完了の判断を行うプログラムを搭載した冷蔵庫を提供する。
【解決手段】蔵温度帯に保たれた冷蔵室１０と、それぞれ独自に区画形成された製氷室２０および冷凍室５０と、製氷室扉２３と、冷凍室扉５２と、各貯蔵室に蒸発器で冷却された冷気を送るための送風機１００と、冷凍室５０の温度を検知する冷凍室温度検知センサ５１と、製氷装置２１と、製氷装置２１や送風機１００に加えて蒸発器につながれた圧縮機等冷却システムを制御する制御装置６０とを備え、制御装置６０は冷凍室温度検知センサ５１の検知値に基づいて製氷室温度を演算して製氷完了を判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、製氷皿を備えた製氷装置及びこの装置を備えた冷蔵庫に関するものである。

近年、庫内の衛生状態を高めた冷蔵庫の商品化が求められており、その一環として製氷皿が取り外せて手洗いが可能な製氷装置が商品化されている（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら、上記従来の冷蔵庫について説明する。

図１５は、従来の冷蔵庫の扉を外した状態の正面図である。図１５において、１は本発明の冷凍冷蔵庫で、約３℃に制御される冷蔵室２、約５℃に制御される野菜室３、約−２０℃に制御される製氷室（冷凍室）４、冷凍室や製氷室に切換えられて使用される切換室５、約−２０℃に制御される冷凍室６が形成されている。冷蔵室２には仕切り棚７が配置されており、その冷蔵室２の下部右側には−１℃に温度制御される氷温室８が形成されており、下部左側には給水タンク９が配置されている。

また、野菜室３、切換室５、冷凍室６には、野菜室容器１０、切換室容器１１、冷凍室容器１２が配置されている。更に製氷室４には製氷皿１３や製氷皿からの氷を貯めるアイスボックス１４が配置されている。１５は給水タンク９から製氷皿に水を導くための給水管である。

図１６は制御装置を示すブロック図である。２１は制御装置で、冷蔵室用蒸発器の除霜ヒータ２２、冷凍室用蒸発器の除霜ヒータ２３、冷蔵室用送風機２４、冷凍室用送風機２５、自動製氷装置の駆動装置と使用される駆動モータ（脱氷機構）２６、給水装置に使用される給水ポンプ２７、冷媒圧縮機２８などを制御するもので、例えば、マイクロコンピュータなどから構成されており、冷凍冷蔵庫の背面に設置される電装基板に配置されている（図示せず）。２９は冷凍室用温度検知センサーで、冷凍室４に取付けられこの冷凍室４の温度を検知するものである。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作を説明する。

製氷装置において、製氷皿１３の検知温度と、冷凍室用温度検知センサー２９の検知温度と送風機２４の積算運転時間とに対する相関関係を予め求めておき、制御装置２１を、送風機の積算運転時間と、冷凍室用温度検知センサー２９の検知温度とから相関関係より製氷皿１３の温度を推定し、この推定した製氷皿１３の温度に基いて製氷完了と判断するように構成したので、製氷皿１３の温度を検知するセンサーを必要とせずに製氷皿１３での製氷完了を判断でき、製氷装置を安価にすることができる。
特開２００３−１３０５１９号公報

しかしながら、上記従来の構成では、製氷皿１３に温度検知センサを取り付ける必要はなくなるが、製氷室４内には温度検知センサを必要とすることから、取り付け場所を変えただけであり、コスト低減効果は限られたものになるという課題を有していた。

また、送風機２４の積算運転時間と冷凍室用温度検出センサ２９とからの相関関係より製氷皿１３の温度を推定して製氷完了を判断しており、潜熱変化状態と顕熱変化状態が混在する製氷の過程において、製氷皿の温度を正しく推定することは困難であり、製氷完了の判断を誤認識しやすいという課題を有していた。

上記従来の課題を解決する為に、本発明の冷蔵庫は、冷蔵温度帯に保たれた冷蔵室と、それぞれ独自に区画形成された製氷室と冷凍室と、前記製氷室の前面に配設された製氷室扉と、前記冷凍室の前面に配設された冷凍室扉と、各貯蔵室に蒸発器で冷却された冷気を送るための送風機と、前記冷凍室の温度を検知する冷凍室温度検知センサと、前記製氷室に内設された製氷装置と、前記製氷装置や前記送風機に加えて前記蒸発器につながれた冷媒圧縮機等を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記冷凍室温度検知センサの検知値に基づいて製氷完了を判断したものである。これによって、製氷皿や製氷室に温度検知センサが必要なくなる。

また、前記制御装置は、前記冷凍室温度検知センサの検知温度を基にした製氷室温度と、あらかじめ定められた潜熱変化状態の製氷皿内部の温度との温度差と、送風機の運転状態から得られる製氷室送風量とから製氷総熱量を演算し、前記製氷総熱量に基づいて製氷完了を判断する製氷プログラムを有したものである。

本発明の冷蔵庫は、実仕様の製氷過程を考慮して製氷完了の判断を冷凍室温度センサーで行うことができ、製氷室温度センサーなしで簡潔なプログラムで精度の高い製氷完了の判断が可能となる。

請求項１に記載の発明は、冷蔵温度帯に保たれた冷蔵室と、それぞれ独自に区画形成された製氷室と冷凍室と、前記製氷室の前面に配設された製氷室扉と、前記冷凍室の前面に配設された冷凍室扉と、各貯蔵室に蒸発器で冷却された冷気を送るための送風機と、前記冷凍室の温度を検知する冷凍室温度検知センサと、前記製氷室に内設された製氷装置と、前記製氷装置や前記送風機に加えて前記蒸発器につながれた冷媒圧縮機等冷却システムを制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記冷凍室温度検知センサの検知値に基づいて製氷完了を判断する製氷プログラムを有することにより、前記製氷室内に温度検知センサが不要となる。

請求項２に記載の発明は、前記冷凍室温度検知センサの検知温度を基にした製氷室温度と、外気温度と、各貯蔵室の温調設定によりあらかじめ定められた製氷時間を選択して製氷完了を判断することにより、簡潔なプログラムで比較的高い精度で製氷完了を判断できる。

請求項３に記載の発明は、前記製氷室扉が開放されている場合、開放時間と冷蔵庫の周囲温度によりあらかじめ定められた補正値を前記冷凍室温度検知センサの検知温度に加えて、これを製氷室温度とすることにより、製氷完了判断の精度を向上させることができる。

請求項４に記載の発明は、前記冷凍室扉の開閉後、前記冷凍室温度検知センサの検知温度が所定値以上の温度上昇をした場合は、あらかじめ定められた補正値を前記冷凍室温度検知センサの検知温度に加えて、これを製氷室温度とすることにより、製氷完了判断の精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における冷蔵庫の扉を外した状態の正面図である。図２は本発明の実施の形態１における制御装置を示すブロック図である。図３は本発明の実施の形態１における動作を示すフローチャートである。図４は本発明の実施の形態１における各部の温度特性図である。図５は本発明の実施の形態１における製氷室の横方向の断面図である。図６は本発明の実施の形態１における冷蔵庫の横方向の断面図である。図７は本発明の実施の形態１における冷却システム停止時の各部の温度特性図である。図８は本発明の実施の形態１における冷蔵室扉開放時の製氷室室温と冷凍室センサ温度の乖離温度と、冷蔵室扉の開放時間の関係を示す温度特性図である。図９は本発明の実施の形態１における製氷室扉開放時の製氷室室温と冷凍室センサ温度との乖離温度と、製氷室扉の開放時間との関係を示す温度特性図である。図１０は本発明の実施の形態１における製氷室扉開放時の製氷室室温と冷凍室センサ温度との乖離温度と、冷蔵庫の周辺温度との関係を示す温度特性図である。図１１は本発明の実施の形態１における冷凍室への負荷投入時の製氷室室温と冷凍室センサ温度の関係を示す温度特性図である。

図１において、冷蔵庫本体１は、上から順に冷蔵室１０、製氷室２０、切替室３０、野菜室４０、冷凍室５０が区画形成されている。

本実施の形態の冷蔵庫では、冷蔵室１０および冷凍室５０はそれぞれ３段階に室温を選択できるようになっており、また切替室３０は冷蔵温度と冷凍温度を切替られるようになっている。

冷蔵室１０内には冷蔵室温度検知センサ１１が配設されており、冷蔵室１０の室温をコントロールしている。また、冷蔵室１０には回動式の冷蔵室扉が構成されており（図示せず）、冷蔵室扉の開閉状態を検知する扉スイッチ１２が配設されている。

製氷室２０内には製氷装置２１が配設されており、給水タンク１３から供給された水を製氷皿２２に貯めて製氷を行う。また製氷室２０には引き出し式の製氷室扉２３が構成されており、製氷室扉２３の開閉状態を検知する扉スイッチ２４が配設されている。

切替室３０内には切替室温度検知センサ３１が取り付けられており、切替室３０の室温をコントロールしている。また、切替室３０には引き出し式の切替室扉が構成されている（図示せず）。野菜室４０には引き出し式の野菜室扉が構成されている（図示せず）。

冷凍室５０内には冷凍室温度検知センサ５１が取り付けられており、冷凍室５０の室温をコントロールしている。また冷凍室５０には引き出し式の冷凍室扉５２が構成されており、冷凍室扉５２の開閉状態を検知する扉スイッチ５３が配設されている。

図２において、制御装置６０は、圧縮機７０、給水装置に使用される給水ポンプ８０、製氷装置２１の駆動装置として使用される駆動モータ９０、送風機１００などを制御するもので、例えば、マイクロコンピュータなどから構成されており、冷蔵庫本体１の背面に配置される電装基板に配置されている（図示せず）。

外気温度検知センサ１１０は冷蔵庫の周囲温度を検知する温度センサである。

なお、圧縮機７０、凝縮器、減圧装置、蒸発器を順次冷媒管で管状につないで冷媒回路を構成しているが図示しない。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作、作用を説明する。

図３において、まず、制御装置６０の演算機能である製氷プログラムは、外気温度と、各貯蔵室の温調設定、により、あらかじめ定められた基本製氷時間を選択する。

この基本製氷時間は、給水が開始されてから離氷をするまでの時間である。

次に、給水してから選択した基本製氷時間が経過した時点で、その間の各貯蔵室の扉開閉状況や室温の状況により製氷時間の延長要否を判断する。

つまり、基本製氷時間中に負荷変動が生じた場合は、扉の開放時間や室温の温度上昇幅により、あらかじめ定められた製氷時間の延長を行う。最後に、製氷室温度ｔ１が−１０℃以下となった時点で製氷完了と判断して離氷を行う。

本実施の形態においては、製氷プログラムが製氷室温ｔ１と認識しているのは、冷凍室温度検知センサ５１の検出温度である。

図４において、冷凍室温度検知センサ５１と製氷室温度ｔ１は一定の乖離は示すも同期した特性であることが明らかになっており、一定の補正を行うことで、冷凍室温度検知センサ５１の検出温度から製氷温度ｔ１を推定することは可能である。

図５、図６において、本実施の形態では図４の温度特性を示す条件として、製氷室温度ｔ１は、製氷室２０へ吐出した冷気が製氷皿２２近傍を通過した後の温度とした。これに対して冷凍室温度検知センサ５１は冷凍室５０室内の風路において蒸発器への戻り空気温度を検知する場所に設置されている。

以上、冷凍室温度検知センサ５１の検知温度で製氷室温度ｔ１を推定して製氷完了を判断することとしたが、冷蔵庫の運転状況により先に述べた冷凍室温度検知センサ５１の検出温度と製氷温度ｔ１は乖離することがあり、よって運転条件により補正を加える必要が生じる。

図７において、冷却システムが運転停止をした場合、つまり圧縮機７０と送風機１００がいずれも停止した状態では、製氷室室温ｔ１は冷凍室温度検知センサ５１の検出温度と乖離して上昇する。これは、本実施の形態のレイアウトにおいて製氷室２０が冷凍室５０より上方に位置することから、冷却システムが停止した時の庫内の自然温度分布の影響によるものであり、冷却システムの停止時間の増加に伴い、乖離温度も大きくなる傾向にあることがわかる。

よって、冷却システム停止中は、停止してからの経過時間の関数として乖離温度Ｋ１を（数１）で求めて製氷室温度ｔ１を補正した（数２）。

図８において、冷却システム運転中に冷蔵室１０の扉１２が開放され、これを扉スイッチ１３が検知すると、圧縮機７０は運転状態を継続するが、送風機１００は停止する。この状態では、庫内の自然温度分布の影響により、製氷室室温ｔ１は冷凍室温度検知センサ５１の検出温度と乖離して上昇する。

これに加えて、圧縮機７０が運転していることから蒸発器の温度が低下してその温度影響を受けて冷凍室温度検知センサ５１の温度が低下することが明らかとなった。

以上、２つの要因による乖離は扉１２の開放時間と比例的関係にあることがわかる。

よって、冷却システム運転中に扉１２が開放された場合は、開放されてからの経過時間の関数として乖離温度Ｋ２を数３で求めて製氷室温度ｔ１を補正した（数４）。

図９、図１０において、製氷室２０の扉２３が開放され、これを扉スイッチ２４が検知すると、圧縮機７０は運転状態を継続するが、送風機１００は停止する。この状態では、周囲の空気が製氷室２０内に流れ込むことで、製氷室温度ｔ１は冷凍室温度検知センサ５１と乖離して急激に上昇する。

ここで、周囲温度を一定にした場合、扉２３の開放中は、製氷室温度ｔ１と冷凍室温度検知センサ５１の検出温度が乖離し、この乖離は経過時間に比例することが明らかになった。

加えて、周囲温度が変化した場合、周囲温度により乖離の値も変化する。つまり、周囲温度が高ければ一定時間後の乖離の値も大きくなり、逆に周囲温度が低ければ乖離の値も小さくなる。

よって、扉２３が開放された場合は、開放されてからの経過時間と周囲温度の関数として乖離温度Ｋ３を（数５）で求めて製氷室温度ｔ１を補正した（数６）。

図１１において、冷凍室５０の扉５２が開放され周囲の空気が流入した場合や、食材が投入された場合、冷凍室温度検知センサ５１の検出温度は急激な温度上昇を示すが、製氷室温度ｔ１は蒸発器により一旦冷却された冷気の影響により大きく変化せず、冷凍室温度検知センサ５１の検出温度が高くなる方向で製氷室温度ｔ１と乖離する。

よって、扉２３が開放された後に閉状態となったことを扉スイッチ５３が検知してから所定時間後の冷凍室温度検知センサ５１の検出温度の上昇幅に対応して、あらかじめ定められた定数分を減ずることで乖離分を補正した（数７）。

以上のように、それぞれ独自に区画形成された製氷室２０と冷凍室５０において、本実施の形態の製氷プログラムは、外気温度、各貯蔵室の温調設定により、あらかじめ定められた基本製氷時間を選択し、各貯蔵室の扉開閉状況や室温の状況による製氷時間の延長分をこれに加えることで製氷の完了を判断したので、簡素で比較的高い精度の制御が実現できた。

また、それぞれ独自に区画形成された製氷室２０と冷凍室５０において、本実施の形態の製氷プログラムは、冷凍室温度検知センサ５１の検出温度をもとに製氷室温度ｔ１を演算して、製氷完了を判断しているので、製氷室２０内に別途温度検出センサ５１を設置する必要がなくコスト低減が図れる。

さらに、本実施の形態の製氷プログラムは、冷却システム停止中に、冷凍室温度検知センサ５１の検出温度を補正して製氷室温度ｔ１を演算しているので、製氷完了制御の精度を向上させることができる。

さらに、本実施の形態の製氷プログラムは、送風機１００が停止中に、冷凍室温度検知センサ５１の検出温度を補正して製氷室温度ｔ１を演算しているので、製氷完了制御の精度を向上させることができる。

さらに、本実施の形態の製氷プログラムは、製氷室２０の扉２３が開放された場合、開放時間と周囲温度により、冷凍室温度検知センサ５１の検出温度を補正して製氷室温度ｔ１を演算しているので、製氷完了制御の精度を向上させることができる。

さらに、本実施の形態の製氷プログラムは、冷凍室５０に食材が投入された場合に対応して、冷凍室温度検知センサ５１の検出温度を補正して製氷室温度ｔ１を演算しているので、製氷完了制御の精度を向上させることができる。

（実施の形態２）
図１２は本発明の実施の形態２における冷蔵庫の扉を外した状態の正面図である。図１３は本発明の実施の形態２における冷蔵庫の動作を示すフローチャートである。図１４は本発明の実施の形態２の各部位の温度特性図である。

図１２、図１３において、冷蔵庫本体１は、上から順に冷蔵室１０、冷凍室１２０、野菜室１３０が区画形成されている。

冷凍室１２０は、上から順に製氷区画１４０、第一冷凍区画１５０、第二冷凍区画１６０が構成されている。

さらに、それぞれの区画には引き出し式の扉である製氷区画扉１４１、第二冷凍区画扉１６１が構成されている。

製氷区画１４０内には製氷装置１４２が取り付けられており、給水タンク１３から供給された水を製氷皿１４３に貯めて製氷を行う。製氷区画扉１４１の開閉状態を検知する扉スイッチ１４４が配設されている。

第二冷凍区画１６０には冷凍区画温度検知センサ１６２が取り付けられており、第二冷凍区画１６０の室温をコントロールしている。第二冷凍区画扉１６１の開閉状態を検知する扉スイッチ１６３が配設されている。

ここで、本実施の形態の送風機２００は、制御装置６０からの出力により、段階的に回転数を切り替えられる構成となっている。このとき、送風機２００の回転数は、周囲温度、温調設定、庫内温度によって自動的に調整される。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作、作用を説明する。

図１４において、製氷皿１４３に給水された場合、製氷皿１４３内の温度は急激に上昇する。その後、給水された水が潜熱変化状態の間、製氷皿１４３の温度は約−３℃で安定し、その後給水された水が完全に凍ると製氷皿１４３の温度は急激に低下する。

ここで、冷蔵庫の使用条件、運転状態により製氷室温度ｔ１が変化することで、製氷が完了するまでの時間は変化するが、１回当たりの製氷に必要な熱量は変化しないことがこれまでの実験により明らかとなった。

本実施の形態の製氷プログラムではこの熱量を数５で求めた。これは潜熱変化中の製氷皿１４３の温度（−３℃）と製氷区画室温度ｔ２の温度差に風量係数ｇを掛けた値を積分して、この値が所定値となった場合に製氷を完了することとした。

ここで、風量係数ｇは所定の運転条件での送風機１００の運転状況を１として、送風機１００の運転状況により風量の増減を係数として補正したものである。

以上、冷凍室温度検知センサ１６２の検知温度で製氷室の温度ｔ１を推定して製氷完了を判断することとしたが、冷蔵庫の運転状況により先に述べた冷凍室温度検知センサ１６２の検出温度と製氷温度ｔ１は乖離することがあり、本実施の形態においても実施の形態１と同一の補正を加えることにした。

以上のように、冷凍室１２０内に製氷区画１４０と第二冷凍区画１６０が構成され、それぞれ独自の扉が配設されている冷蔵庫においても、本実施の形態の製氷プログラムは、冷凍区画温度検知センサ１６２の検出温度をもとに製氷室温度ｔ２を演算して、製氷完了を判断しているので、製氷区画１４０内に別途温度検出センサを設置する必要がなくコスト低減が図れる。

さらに、潜熱変化中の製氷皿１４３の温度（−３℃）と製氷区画温度ｔ２の温度差に風量係数ｇを掛けた値を積分して、この値が所定値となった場合に製氷を完了することとしたので、簡潔で精度の高い制御が実現できた。

なお、冷凍区画温度検知センサ１６２は、冷凍区画１６０の下方に位置し、冷凍室１２０の戻り冷気の温度を検出するように配設したが、製氷区画１４０、第一冷凍区画１５０等、冷凍室１２０の上方に配設しても、製氷区画温度ｔ１と冷凍区画温度検知センサ１６２の相関を見直すことで、製氷プログラムは適用可能である。

以上のように、本発明にかかる冷蔵庫は、冷凍室に設置した温度検知センサで製氷室の温度を演算して製氷完了制御を行えるので業務用冷蔵庫の用途にも適用できる。

本発明による冷蔵庫の実施の形態１の扉を外した状態の正面図 本発明による冷蔵庫の実施の形態１の制御装置を示すブロック図 本発明による冷蔵庫の実施の形態１のフローチャート 本発明による冷蔵庫の実施の形態１の各部の温度特性図 本発明による冷蔵庫の実施の形態１の製氷室の横方向の断面図 本発明による冷蔵庫の実施の形態１の断面図 本発明による冷蔵庫の実施の形態１の冷却システム停止時の各部の温度特性図 本発明による冷蔵庫の実施の形態１の冷蔵室扉開放時の製氷室室温と冷凍室センサ温度の乖離温度と、冷蔵室扉の開放時間の関係を示す温度特性図 本発明による冷蔵庫の実施の形態１の製氷室扉開放時の製氷室室温と冷凍室センサ温度との乖離温度と、製氷室扉の開放時間との関係を示す温度特性図 本発明による冷蔵庫の実施の形態１の製氷室扉開放時の製氷室室温と冷凍室センサ温度との乖離温度と、冷蔵庫の周辺温度との関係を示す温度特性図 本発明による冷蔵庫の実施の形態１の冷凍室への負荷投入時の製氷室室温と冷凍室センサ温度の関係を示す温度特性図 本発明による冷蔵庫の実施の形態２の扉を外した状態の正面図 本発明による実施の形態２の冷蔵庫の動作を示すフローチャート 本発明による実施の形態２の各部位の温度特性図 従来の冷蔵庫の扉を外した状態の正面図 従来の冷蔵庫の制御装置を示すブロック図

符号の説明

１０ 冷蔵室
２０ 製氷室
２１ 製氷装置
２２ 製氷皿
２３ 製氷室扉
５０ 冷凍室
５１ 冷凍室温度検知センサ
５２ 冷凍室扉
６０ 制御装置
１２０ 冷凍室
１４０ 製氷区画
１４１ 製氷区画扉
１６０ 第二冷凍区画
１６１ 第二冷凍区画扉
１６２ 冷凍区画温度検知センサ

Claims (4)

1. 冷蔵温度帯に保たれた冷蔵室と、それぞれ独自に区画形成された製氷室および冷凍室と、前記製氷室の前面に配設された製氷室扉と、前記冷凍室の前面に配設された冷凍室扉と、各貯蔵室に蒸発器で冷却された冷気を送るための送風機と、前記冷凍室の温度を検知する冷凍室温度検知センサと、前記製氷室に内設された製氷装置と、前記製氷装置や前記送風機に加えて前記蒸発器につながれた冷媒圧縮機等冷却システムを制御する制御装置とからなり、前記制御装置は、前記冷凍室温度検知センサの検知値に基づいて製氷完了を判断する製氷プログラムを有することを特徴とした冷蔵庫。
2. 前記製氷プログラムは、前記冷凍室温度検知センサの検知温度を基に演算された製氷室温度と、外気温度と、各貯蔵室の温調設定によりあらかじめ定められた製氷時間を選択して製氷完了を判断することを特徴とした請求項１に記載の冷蔵庫。
3. 前記製氷プログラムは、前記製氷室扉が開放されている場合、開放時間と冷蔵庫の周囲温度によりあらかじめ定められた補正値を前記冷凍室温度検知センサの検知温度に加えて、これを製氷室温度とすることを特徴とする請求項１または２に記載の冷蔵庫。
4. 前記製氷プログラムは、前期冷凍室扉の開閉後、前記冷凍室温度検知センサの検知温度が所定値以上の温度上昇をした場合は、あらかじめ定められた補正値を前記冷凍室温度検知センサの検知温度に加えて、これを製氷室温度とすることを特徴とする請求項１または２に記載の冷蔵庫。

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