JP2011158251A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却器への冷媒供給量を適切に調整することにより、高外気温時や庫内負荷量が多い時の冷却能力を確保し、かつ、消費電力量を低減した安価な冷蔵庫を提供すること。
【解決手段】圧縮機、凝縮器、減圧装置、冷却器等を順次接続して構成される冷凍サイクルを備えた冷蔵庫において、減圧装置を複数の異径の毛細管と、これらの毛細管への冷媒流通を切替える切替手段とで構成し、冷蔵庫の運転状態に応じて切替手段の切替制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、冷蔵庫に関するもので、詳しくは少なくとも独立した冷凍室および冷蔵室を設け、冷却器を通過した冷気を冷凍室、冷蔵室に導くそれぞれのダクトに冷気量調整ダンパを設け、且つ、１個の冷却器に複数の異径の毛細管と切替手段を接続した減圧装置を設けた冷蔵庫に関するものである。

図９は従来の冷蔵庫の縦断面図である。図に示すように、この冷蔵庫は上より冷蔵室８、野菜室９、冷凍室１０に区画され、背面側に冷却器４及び庫内ファン１７ｂを配置し、冷却器４を通過した冷気を庫内ファン１７ｂにより冷凍室ダクト１０ａ及び冷蔵室ダクト８ａに送り、該各ダクト内に設けた冷凍室冷気量調整ダンパ１８ａ、冷蔵室冷気量調整ダンパ１８ｂにより冷気量を調整する。冷蔵室８と冷凍室１０には室温検出用の冷蔵室温度センサ１１、冷凍室温度センサ１２を配置する。また、外気温度検出用に外気温度センサ１５を冷蔵庫外郭周囲の任意位置に設置する。

冷蔵室温度センサ１１、冷凍室温度センサ１２、外気温度センサ１５にて検出した温度を制御基板１４に入力し、制御基板１４から圧縮機１の回転数、庫内ファンモータ１７ａの回転数、冷凍室冷気量調整ダンパ１８ａ、冷蔵室冷気量調整ダンパ１８ｂの開度を制御する。

図１０は従来の冷蔵庫の冷媒回路構成を示す模式図である。図１０において、１は冷媒を圧縮する圧縮機、２は高温・高圧ガスを凝縮させる凝縮器、３は減圧手段である毛細管、４は冷気を生成する冷却器、５は冷媒の流れ方向、６は逆止弁を示している。

圧縮機１から吐出された冷媒ガスを凝縮器２により凝縮し、毛細管３にて減圧し、冷却器４に低圧の冷媒を供給する。

特開平９−１１３０９２号公報 特開平１１−２１１２４１号公報 特開２００１−１２４４５３号公報 特開平０７−１１０１８４号公報 実開昭６２−１９０１７８号公報

従来の冷蔵庫の場合、冷却器４を通過した冷気を各部屋へ供給し、各部屋への冷気供給量は、各部屋への風路内に設置したダンパの開閉により調整し、ダンパの開閉時間は各部屋の負荷量に応じて変化し、冷気量は各部屋に適量に供給される。しかしながら冷却器４への冷媒供給量は、圧縮機１の回転数のみによって調整されるため、冷媒供給量の細かい調整が不可能であった。

冷却器４に供給される冷媒流量は毛細管３の径および圧縮機１の回転数により決定される。圧縮機１の回転数の低速側は冷蔵庫を構成する構造体の固有値（固有振動数）により決定され、高速側は構造体固有値もしくは圧縮機１の信頼性により決定される。また、最高冷媒流量は冷蔵庫の箱体の熱漏洩特性により決定する。ここで最高流量を満足するための圧縮機１のストロークボリュームと毛細管３の径を選定する。

最高冷媒流量を基準に圧縮機１の回転数及び毛細管３の径を決定しているため、冷媒流量の調整は必然的に圧縮機１の回転数のみに依存することとなる。低外気時や庫内負荷が少量時には圧縮機１の回転数を調整可能な範囲内で低速側にシフトして冷媒流量を調整可能な範囲内で少量にし、圧縮機１の仕事量を軽減するが、負荷量が冷媒流量調整範囲下限以下の場合でも同じ冷媒流量を冷却器４に供給するため、圧縮機１に吸入される冷媒ガスの密度が濃くなり、圧縮機１の負荷が大きくなり、消費電力量の減少を図ることができない。

例えば、特開平９−１１３０９２号公報には、冷蔵室のみの冷却時は、冷凍室ダンパを閉鎖し、冷蔵室ダンパを開放して、圧縮機の回転数を低回転にするなど、低能力運転を行うことが記載されているが、これは上記従来の冷蔵庫と同様の技術の範疇である。

また、特開平１１−２１１２４１号公報には、庫内負荷によって、凝縮器能力と減圧部の流路抵抗を切替えることにより、圧縮機の負荷を軽減して消費電力量の低減を実現することが記載されているが、減圧部の流路抵抗の切替えは毛細管長さの切替えにより行うもので、冷蔵庫に必要な減圧能力を実現する毛細管長さは最低でもおよそ２ｍ〜３ｍであり、高価である。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、冷却器への冷媒供給量を適切に調整することにより、高外気温時や庫内負荷量が多い時の冷却能力を確保し、かつ、消費電力量を低減した安価な冷蔵庫を提供することを目的とする。

この発明に係る冷蔵庫は、圧縮機、凝縮器、減圧装置、冷却器等を順次接続して構成される冷凍サイクルを備えた冷蔵庫において、
前記減圧装置を２本の異径の毛細管と、これらの毛細管への冷媒流通を切替える三方切替弁で構成される切替手段とで構成し、冷蔵庫の運転状態に応じて前記切替手段の切替制御を行う制御手段を備え、
前記三方切替弁は、切替弁モータによって駆動され、所定の位置に来たときに、前記２本の異径の毛細管のいずれかに冷媒が流出するような形状に予め設定された切替弁弁体を有し、
冷蔵庫の各箇所に設置され冷蔵庫の運転状態を検出するため温度センサからの信号を前記制御手段が受取り、前記制御手段から前記切替弁モータに信号が送られ、該切替弁モータが前記切替弁弁体を駆動し、
前記冷却器への冷媒供給量を、前記毛細管の切替及び前記圧縮機の回転速度により調整し、
前記制御手段は前記温度センサの出力に基づいて、前記切替手段の切替制御を行い、
冷却器出口温度が所定の温度以上の場合、前記切替手段を太管毛細管側又は全ての毛細管へ冷媒が流通するように切替ることを特徴とする。

この発明に係る冷蔵庫は、冷媒流量調整範囲（下限域）を大きく拡大し、きめ細かい流量制御が可能とり、負荷耐力と省エネ性を改善することができる。また、庫内負荷に最適な冷気と冷媒流量を供給することを同時に実現して、圧縮機の負荷を軽減し、且つ消費電力量を低減することができる。また、適量の冷気が部屋へ供給され、消費電力量を低減することができる。また、冷媒流量調整範囲を大きく拡大し、きめ細かい流量制御が可能とり、負荷耐力と省エネ性を改善することができる。さらに、冷凍サイクルでの冷媒の過不足を抑制でき、負荷耐力と圧縮機信頼性を改善できる。

実施の形態１を示す図で、冷蔵庫の縦断面図である。 実施の形態１を示す図で、冷媒回路の模式図である。 実施の形態１を示す図で、三方切替弁の断面図である。 実施の形態１を示す図で、三方切替弁の出口２箇所の流量特性を示す模式図である。 実施の形態１を示す図で、冷蔵庫の冷媒流量特性を示す模式図である。 実施の形態１を示す図で、冷却器の出入口温度差（スーパーヒート）の試験結果の一例を示す図である。 実施の形態１を示す図で、三方切替弁と圧縮機の主たる動作の一例を示すフローチャート図である。 実施の形態１を示す図で、サービス時の故障診断の一例を示すフローチャート図である。 従来の冷蔵庫の構成を示す縦断面図である。 従来の冷蔵庫の冷媒回路の模式図である。

以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１乃至８は実施の形態１を示す図で、図１は冷蔵庫の縦断面図、図２は冷媒回路の模式図、図３は三方切替弁の断面図、図４は三方切替弁の出口２箇所の流量特性を示す模式図、図５は冷蔵庫の冷媒流量特性を示す模式図、図６は冷却器の出入口温度差（スーパーヒート）の試験結果の一例を示す図、図７は三方切替弁と圧縮機の主たる動作の一例を示すフローチャート図、図８はサービス時の故障診断の一例を示すフローチャート図である。

図１に示すように、冷蔵庫は食品等を貯蔵する部屋として、上より冷蔵室８、野菜室９、冷凍室１０に区画し、背面側に冷却器４及び庫内ファン１７ｂを配置し、冷却器４を通過した冷気を庫内ファン１７ｂにより冷凍室ダクト１０ａ及び冷蔵室ダクト８ａに送り、該各ダクト内に設けた冷凍室冷気量調整ダンパ１８ａ、冷蔵室冷気量調整ダンパ１８ｂにより冷気量を調整する。冷蔵室８と冷凍室１０等の部屋には、部屋温度検出用の部屋温度センサとして冷蔵室温度センサ１１、冷凍室温度センサ１２を配置し、外気温度検出用に外気温度センサ１５を冷蔵庫外郭周囲の任意位置に配置する。さらに、冷却器４に冷却器入口温度センサ１６ａ、冷却器入口温度センサ１６ｂを配置する。冷凍サイクルには後述するように、２本の毛細管が接続した三方切替弁７を設ける。

冷蔵室温度センサ１１、冷凍室温度センサ１２、外気温度センサ１５、冷却器入口温度センサ１６ａ、冷却器入口温度センサ１６ｂにて検出した温度を制御基板１４に入力し、制御基板１４から圧縮機１の回転数、庫内ファンモータ１７ａの回転数、冷凍室冷気量調整ダンパ１８ａ、冷蔵室冷気量調整ダンパ１８ｂの開度、三方切替弁７の切替を制御する。尚、三方切替弁７の切替制御の基となる温度センサは上記５個のうち任意のもので良い。

また、冷蔵室８、野菜室９、冷凍室１０の上下配置関係は任意で良い。これ以外に、並列に配置された製氷室、切替室等を冷蔵室８の上方あるいは下方に、あるいは野菜室９の上方あるいは下方に、あるいは冷凍室１０の上方あるいは下方に、１つ以上設けてもよい。また、製氷室と切替室を並列に配置せずに、それぞれ独立して任意の位置に１つ以上設置しても良い。また、製氷室と切替室へは専用風路を設けても良く、且つ専用風路内に冷気量調整ダンパを設置しても良い。

次に、実施の形態１における冷媒回路について、三方切替弁の下流側に２本の毛細管を接続した減圧機構を用いたものについて図２により説明する。図２において、１は冷媒を圧縮する圧縮機、２は高温・高圧の冷媒ガスを凝縮させる凝縮器、３ａは太管毛細管、３ｂは細管毛細管、４は冷却器、５は冷媒の流れ方向、６は逆止弁、７は三方切替弁、７ａは入口パイプＡ、７ｂは出口パイプＢ、７ｃは出口パイプＣを示している。圧縮機１から吐出された冷媒ガスを凝縮器２により凝縮し、三方切替弁７を外気温度や庫内負荷量により、太管毛細管３ａあるいは細管毛細管３ｂに切換え、冷却器４にその時点で最も適した冷媒量を供給する。

図３において、７ａは入口パイプＡ、７ｂは出口パイプＢ、７ｃは出口パイプＣ、７ｄは切替弁モータ、７ｅは切替弁弁体である。凝縮器２からドライヤを経た冷媒は入口パイプ７ａから三方切替弁７内に入り、弁本体内に充填される。冷蔵庫各箇所に設置された温度センサからの信号を制御基板１４が受取り、制御基板１４から切替弁モータ７ｄに信号が送られ、切替弁モータ７ｄが駆動し、切替弁モータ７ｄ駆動により、磁力結合されている切替弁弁体７ｅが駆動する。切替弁弁体７ｅ自体は、所定の位置に来たときに、出口パイプＢ７ｂ、あるいは出口パイプＣ７ｃから冷媒が流出するような形状に予め設置されている。

図４は三方切替弁の出口２箇所の流量特性を示す模式図であり、縦軸が全開時を１００％とした際の流量比率、横軸が三方切替弁７の弁の動作ステップを示す。図４（ａ）に出口パイプＢ７ｂと太管毛細管３ａを接続したときの流量特性、図４（ｂ）に出口パイプＣ７ｃと細管毛細管３ｂを接続したときの流量特性を示す。制御上の基点となる位置を三方切替弁７の出口２箇所が全閉の位置とし、仮に０パルスとすると、出口パイプＢ７ｂの流量は０パルスから１５パルスまでは０％、１５パルスから３０パルスまでは１００％、３０パルスから４５パルスは０％、４５パルスから６０パルスは１００％であることを示している。

出口パイプＣ７ｃの流量は０パルスから３０パルスまでは０％、３０パルスから６０パルスまでは１００％であることを示している。すなわち、０パルスから１５パルスまでは両方閉、１５パルスから３０パルスまでは出口パイプＢ７ｂのみ開、３０パルスから４５パルスまでは出口パイプＣ７ｃのみ開、４５パルスから６０パルスは両方開となっている。

この動作ステップの調整によって、三方切替弁７出口２箇所の流量を全閉や全開の４通りを任意のスパンで調節が可能となる。なお、三方切替弁７の基点位置は任意に設定が可能である。

また、数時間に一度、全閉点から０パルスまでイニシャライズを行い、各ポイントの位置精度を高めても良い。

次に毛細管の選定及び、流量特性について整理する。ここでは、出口パイプＣ７ｃと細管毛細管３ｂを接続した場合を説明する。
冷却器４に供給される冷媒流量は毛細管径および圧縮機回転数により決定される。圧縮機回転数の低速側は構造体の固有値により決定され、高速側は構造体固有値もしくは圧縮機１の信頼性により決定される。また、最高冷媒流量は冷蔵庫の箱体の熱漏洩特性により決定する。ここで最高流量を満足するための圧縮機ストロークボリュームと太い毛細管を選定する。これにより上側（太管×高回転側）の流量特性は決定される。

細管側の選定は、省エネを優先し最低流量を基準に選定する。図５はその特性を簡易的に示す模式図である。太管側特性ａと細管側特性ｂは一定の幅で下方に広がり、従来の太管−圧縮機低速時の冷媒流量に比べて、図中ｃで示す分さらに冷媒流量を少なくすることが可能となり、圧縮機の仕事量が軽減されて消費電力量が少なくなる。ここで、細管−圧縮機低速時の冷媒流量は、無負荷の状態での細管径とサブクールとのデータベースを基準に設定する。

もしくは、冷却器４出入り口に設置した冷却器入口温度センサ１６ａ、冷却器入口温度センサ１６ｂで冷却器４のスーパーヒートを検出し、所定の温度差に収まるように、細管径を決定してもよい。

また、外気温度センサ１５と凝縮器出口部の温度センサによるサブクールで毛細管切替を制御してもよい。

もちろん各部屋の温度センサ、外気温度センサは必要に応じて制御に取り入れてもよい。

ここでは、三方切替弁７を細管側毛細管３ｃに切替え、冷却器出入口に冷媒温度センサを用いた場合（出口は霜取サーミスタ兼）の制御の一例を簡単に説明する。
図６は冷却器４の出入口温度差（スーパーヒート）の試験結果の一例を示すものであり、横軸は圧縮機１の回転数、縦軸は消費電力量と出入口温度差（スーパーヒート）の数値軸であり、６ａは消費電力量、６ｂは出入口温度差（スーパーヒート）を示す。出入口温度差（スーパーヒート）は圧縮機起動後、任意の時間経過後のものを測定しており、図より弁開度がポイントＣになると、消費電力量が最小値となり、そのときの出入口温度差（スーパーヒート）はＣになることを示している。

温度センサのバラツキ、およびマイコン出力のバラツキを加味し、出入口温度差（スーパーヒート）の設定温度範囲を上限Ａ（＞Ｃ）、下限Ｂ（＜Ｃ）とする。また出入口温度差（スーパーヒート）の設定温度範囲は時定数の変更、冷却器４の熱交換効率や毛細管径により変化するため、一概に本図で示す特性を表すものではないので、時定数や冷却器４、毛細管径を変更した際に、改めてデータ取りを行うべきである。

図７のフローチャートにおいて、冷却器出口温度センサ１６ｂにより、冷却器出口温度ｔｏが任意に設定された温度ｔ以上かどうか判定し（ステップ７０１）、冷却器出口温度ｔｏが任意に設定された温度ｔ以上の場合、三方切替弁７を太管側あるいは両方開にし、冷媒供給量を多くする（ステップ７０２）。冷却器出口温度ｔｏが任意に設定された温度ｔより低くなった場合、三方切替弁７を細管側に切替る（ステップ７０３）。

次に、冷却器出口温度が任意に設定された温度以下になった場合、設定冷却器入口温度センサ１６ａと冷却器出口温度センサ１６ｂにより、冷却器４の出入口温度差Ｔｓが設定温度範囲の上限Ａ以上かどうかを判断し（ステップ７０４）、Ａ以上であれば（冷却器４への供給冷媒量が少なければ）、圧縮機回転数を高くし、冷媒供給量を多くする（ステップ７０５）。

出入口温度差Ｔｓが設定温度範囲の上限Ａより少ない場合、次にＴｓが設定温度範囲の下限Ｂ以下かどうかを判別し（ステップ７０６）、Ｂ以下であれば（冷却器４への供給冷媒量が多ければ）圧縮機回転数を低くし、冷媒供給量を少なくする（ステップ７０７）。出入口温度差Ｔｓが設定温度範囲の下限Ｂより多い場合、出入口温度差Ｔｓが設定範囲内にあると判断し、任意の時間経過後（ステップ７０８）、改めてステップ７０４にて判定を開始する。また、この制御は圧縮機停止の度にリセットされ、再起動時にステップ７０１からスタートしてもよい。

また、本制御に付随して冷蔵庫各箇所に設置された温度センサを併用すると、庫内に食品等の負荷が入った場合や、外気温度が高い場合、庫内温度センサ温度が任意の設定温度以下になるまで三方切替弁７を太管のみ開あるいは両方開にして冷媒量を増加させ、冷却時間を可能な限り早くすることか可能となり、任意の設定温度より低くなった場合、前記制御にて消費電力量低減を可能にすることが出来る。このように構成すると、冷却時間の短縮が容易に可能となり、消費電力量低減が可能となる。

上記のように構成すると、冷却器４を通過した冷気を各部屋へ供給し、各部屋への冷気供給量は、各部屋への風路内に設置したダンパの開閉により調整し、ダンパの開閉時間は各部屋の負荷量に応じて変化するので、供給される冷気量は各部屋に適量に送付され、圧縮機１は庫内負荷に応じて最適な運転時間にて運転され、消費電力量の低減を実施し、且つ、三方切替弁７を冷媒回路上の所定位置［圧縮機１→凝縮器２→減圧機構（三方切替弁７→２本の毛細管あるいは、２本の毛細管→三方切替弁７）→冷却器４］に設置し、冷却器４への冷媒供給量を、毛細管の切替、及び圧縮機１の回転速度の調整により、冷媒流量下限囲を拡大することが可能となり、圧縮機１の負荷軽減が図られて省エネ性が改善され、高負荷耐力と省エネの相反する事象を１冷却ユニットで実現することが可能となる。

また、冷凍サイクルの温度センサを用いた場合には、外気温度や庫内負荷に適した冷媒量が冷却器４に供給され、高負荷時の冷媒流量不足を解消し、低外気時や庫内負荷少量時の液バック等を無くすことによる圧縮機１の負荷軽減および圧縮機１の寿命延長が可能となり、冷却不良や毛細管への着露等の懸念を払拭し、さらに消費電力量を低減する。かつ、耐寒性確保や配線部のモールドの必要性がなく低コストでの実現が可能である。

また、圧縮機１の停止時は、低圧側（吸入管側）は逆止弁６によって、高圧側（凝縮器側）は三方切替弁７の出口２箇所を全閉させることにより、運転状態時の圧力バランスを維持させ、冷媒による熱移動を防止させ、圧縮機１の停止時間を長時間保ち、消費電力量が低減する。

また、霜取り時には三方切替弁７の出口２箇所を全開にすることで、意図的に冷媒による熱移動を発生させて、霜取り時間の大幅短縮が可能となる。且つ、霜取り時は各部屋への冷気送風ダクト内に設置された冷気量調節ダンパの開度を全閉にしてもよい。各部屋の、霜取り時の熱による温度上昇が発生せず、霜取り後の圧縮機運転時間の短縮が可能となる。

また、霜取り終了後や据付時、あるいは圧縮機運転後一定時間経過した後、霜取りサーミスタがある一定温度以上の場合は、一度イニシャライズを行った後、三方切替弁７の出口両方を開にしても良い。両方の出口を開にすることにより、冷却時間短縮による消費電力量の低下を図り、イニシャライズは弁が詰まっていた場合のクリーニングを兼ねる。

また、毛細管の目詰まりを圧縮機運転時間と冷却器温度センサもしくは各室温度センサにより検出し、目詰まり発生時には、もう一方の毛細管もしくは両方の毛細管に接続するものである。

また、製氷機能を有する冷蔵庫にて、急速製氷時には圧縮機を運転し、三方切替弁の切替を、毛細管径の細い方を優先してもよい。細管を選択することにより冷却器温度を低下し冷気温度を低下させて、製氷時間の大幅短縮を図る。

また、製氷室あるいは製氷機能を有する部屋への専用風路を設け、風路内に冷気量調整ダンパを設置した場合は、製氷室あるいは製氷機能を有する部屋以外の風路内の調整ダンパ開度を全閉にすることにより、冷気を製氷室あるいは製氷機能を有する部屋のみに集中させる。これにより製氷時間をさらに大幅に短縮する。

次に、該システムの制御について述べる。上記構成にて、冷凍室１０（もしくは冷凍設定室）のみ冷却する場合と、冷蔵室８（もしくは冷蔵室設定室）のみを冷却する場合と、その両方を冷却する場合で対応する毛細管および圧縮機１のＯＮ／ＯＦＦ及び回転数を調整する。

（１）冷凍室１０と冷蔵室８をそれぞれ独立したタイミングで冷却する場合
冷凍室１０のみを冷却する際には太管毛細管３ａもしくは細管毛細管３ｂのいずれかを開放する制御を行う。ただし、負荷量が多い場合には両管を開放する。次いで、冷蔵室８のみを冷却する際には太管毛細管３ａもしくは両管を開放し（圧縮機１の回転数を低速に近づけてもよい）、冷凍サイクルの低圧を上昇させ、冷凍サイクルＣＯＰ（Coefficient Of Performance、成績係数）の高いポジションで冷却を行う。

（２）冷凍室１０および冷蔵室８を個別に冷却し、必要に応じて両室を同時に冷却する場合
基本は（１）と同じであるが、両温度帯室を同時に冷却する必要がある際には、その際に必要な冷媒流量を供給する。

上述のように構成することにより、冷凍室１０と冷蔵室８がそれぞれの温度影響を受けず、かつ、必要最小限の風量および冷媒流量で冷凍サイクル運転が実現される。

また、複数の冷却器を備えた冷蔵庫については、本発明の三方切替弁システム（ドライヤ後に三方切替弁→毛細管２本（異径）→冷却器）を１つ以上設けても良い（但し、ドライヤは冷媒回路上に１つ以上あればよい）。この場合、設置した三方切替弁システムの数量分、先に説明した効果が得られる。

また、三方切替弁７の全パルス領域のうち、通常駆動範囲と両端側数パルスの範囲にて、パルスレートを変更してもよい。例えば、両端側のパルスレートを中央部の通常駆動範囲のパルスレートより小さくすることにより、両端点へのストッパへの衝撃力が小さくなり、イニシャライズ時のストッパ当り音が小さくなる。

また、逆に通常駆動範囲のパルスレートを大きくすることにより、動作音を小さくすることが可能である。

また、上記を組み合わせることにより、より静音タイプの三方切替弁７して使用することが可能である。

またサービス時、所定の操作に基いて、三方切替弁７を複数回往復運転させ、その動作音により故障診断を行ってもよい。図８のフローチャートにおいて、所定の操作にて三方切替弁７を全領域にて複数回往復運転し、往復運転時間が設定された往復運転時間ｔｓと同じかを判断する（ステップ８０１）。往復運転時間が設定された往復運転時間ｔｓと同じの場合、駆動範囲内での弁体の引掛り等が発生していないと判断し、三方切替弁７の動作に異常なしと判定する（ステップ８０２）。往復運転時間が、設定された往復運転時間ｔｓより少ない場合、駆動範囲内での弁体の引掛り等が発生していると判断して故障と判定し、ブザー音を発生させて、故障を知らせる（ステップ８０３）。

また、ステップ８０３にて故障を連絡する手段は、ブザー音に代えて液晶パネルがある場合は液晶パネルに何らかの表示をしてもよい。

また、ステップ８０３にて故障を連絡する手段は、液晶パネルがある場合は液晶パネル自体の点滅あるいは点灯により故障を連絡してもよい。

また、ステップ８０３にて故障を連絡する手段は、制御基板内や液晶基板内にＬＥＤを設け、点滅あるいは点灯により連絡してもよい。

以上の説明では、冷凍サイクルの減圧機構として、異径の２本の毛細管と、これらを切替える三方切替弁とで構成されたものを例としたが、本発明はもちろんこれに限定されるものではない。複数の異径の毛細管と、これらを切替える切替手段とで構成された減圧機構でもよい。

この発明に係る冷蔵庫は、減圧装置を複数の異径の毛細管と、これらの毛細管への冷媒流通を切替える切替手段とで構成し、冷蔵庫の運転状態に応じて切替手段の切替制御を行う制御手段を備えたことにより、冷媒流量調整範囲（下限域）を大きく拡大し、きめ細かい流量制御が可能とり、負荷耐力と省エネ性を改善することができる。

また、冷却器への冷媒供給量を、毛細管の切替及び圧縮機の回転速度により調整することにより、庫内負荷に最適な冷気と冷媒流量を供給することを同時に実現して、圧縮機の負荷を軽減し、且つ消費電力量を低減することができる。

また、冷蔵庫は食品等を貯蔵する部屋を備え、冷却器で生成された冷気を部屋へ風路を介して供給し、部屋への冷気供給量は部屋の負荷量に応じて風路に設けた冷気量調整ダンパにより調整することにより、適量の冷気が部屋へ供給され、消費電力量を低減することができる。

また、減圧装置を２本の異径の毛細管と、これらの毛細管への冷媒流通を切替える三方切替弁とで構成したことにより、冷媒流量調整範囲を大きく拡大し、きめ細かい流量制御が可能とり、負荷耐力と省エネ性を改善することができる。

また、冷蔵庫の運転状態を検出するための温度センサを備え、制御手段は温度センサの出力に基づいて、切替手段の切替制御を行うことにより、冷凍サイクルでの冷媒の過不足を抑制でき、負荷耐力と圧縮機信頼性を改善できる。

また、冷却器に冷却器入口温度センサ及び冷却器出口温度センサを設け、制御手段は冷却器入口温度センサ及び冷却器出口温度センサの出力に基づいて、切替手段の切替制御を行うことにより、外気温度や庫内負荷に適した冷媒量が冷却器に供給され、圧縮機の負荷軽減および寿命延長が可能となり、さらに消費電力量を低減する。

また、冷却器出口温度が所定の温度以上の場合、切替手段を太管毛細管側又は全ての毛細管へ冷媒が流通するように切替ることにより、冷媒量を増加させ、冷却時間を短縮することができる。

また、冷却器出口温度が所定の温度以下の場合、切替手段を細管毛細管側へ冷媒が流通するように切替ることにより、消費電力量を低減できる。

また、冷却器出口温度が所定の温度以下で、冷却器出入口温度差が所定の上限以下の場合、圧縮機回転数を高くすることにより、冷媒供給量を多くし、冷却時間を短縮できる。

また、冷却器出口温度が所定の温度以下で、冷却器出入口温度差が所定の下限以下の場合、圧縮機回転数を低くすることにより、消費電力量を低減することができる。

また、冷蔵庫の食品等を貯蔵する部屋の温度を検出する部屋温度センサ、外気温度を検出する外気温度センサを設け、制御手段は部屋温度センサ及び外気温度センサの出力に基づいて、切替手段の切替制御を行うことにより、冷却器への冷媒供給不足や液バック等を防止でき、負荷耐力と圧縮機寿命を確保することができる。

また、部屋に食品等の負荷が入った場合や、外気温度が高い場合、部屋温度センサが所定温度以下になるまで切替手段を太管毛細管側又は全ての毛細管へ冷媒が流通するように切替ることにより、冷却時間を短縮できる。

また、部屋温度センサが所定温度以下になった場合、請求項６記載の切替制御を行うことにより、消費電力量を低減することができる。

また、凝縮器出口部の温度を検出する凝縮器出口部温度センサ、外気温度を検出する外気温度センサを設け、サブクールに基づいて切替手段の切替制御を行うことにより、圧縮機の負荷を軽減し、且つ消費電力量を低減することができる。

また、圧縮機の低圧側に逆止弁を設け、圧縮機の停止時は切替手段を全閉させることにより、冷媒による熱移動を抑制して、圧縮機停止時間を長くし、消費電力量を低減することができる。

また、冷却器の霜取り時は、切替手段を全開させることにより、霜取り時間を短縮することができる。

また、冷却器の霜取り時は、冷却器で生成された冷気を部屋へ風路を介して供給し、部屋への冷気供給量を調整する風路に設けた冷気量調整ダンパを全閉にすることにより、各部屋の、霜取り時の熱による温度上昇が発生せず、霜取り後の圧縮機運転時間の短縮が可能となる。

また、冷却器に冷却器出口温度センサを設け、冷却器の霜取り後、又は据付時、又は圧縮機運転後一定時間経過時に、冷却器出口温度センサの検出温度が所定温度以上の場合は、切替手段を全開させることにより、冷却時間を短縮して消費電力量を低減できる。

また、切替手段をイニシャライズした後で、切替手段を所定のポイントに動作させることにより、切替手段のクリーニングができる。

また、毛細管の目詰まりを検出する手段を設け、目詰まり発生時には、切替手段を全開させることにより、目詰まりしていない毛細管に冷媒を供給できる。

また、冷蔵庫の食品等を貯蔵する部屋の温度を検出する部屋温度センサ、冷却器に冷却器入口温度センサ及び冷却器出口温度センサ、圧縮機運転時間を計測する手段を設け、毛細管の目詰まりを圧縮機運転時間と部屋温度センサ又は冷却器入口温度センサ及び冷却器出口温度センサの出力により検出することにより、簡単で安価な方法で、毛細管の目詰まりを検出できる。

また、冷蔵庫は製氷機能を有し、急速製氷時は圧縮機を運転し、切替手段は細い方の毛細管へ冷媒流通を切替えることにより、製氷時間を短縮できる。

また、製氷機能を有する部屋への専用風路を設け、風路内に冷気量調整ダンパを設置した場合は、製氷機能を有する部屋以外の風路内の冷気調整ダンパ開度を全閉にすることにより、冷気を製氷機能を有する部屋へ集中させることにより、製氷時間をさらに短縮できる。

また、冷蔵庫は食品等を貯蔵する部屋を備え、各部屋をタイミングをずらして冷却することにより、部屋同士がそれぞれの温度影響を受けず、かつ、必要最小限の風量および冷媒流量で冷凍サイクル運転が実現され、圧縮機の負荷が低減され、信頼性の向上、消費電力量の低下が可能となる。

また、食品等を冷凍する冷凍室を備え、冷凍室のみを冷却する場合は、切替手段の太管側もしくは細管側の何れかを開放することにより、短時間で冷凍室を冷却できる。

また、冷凍室のみを冷却する場合で、負荷量が多い場合は、切替手段を全開させることにより、短時間で冷凍室を冷却できる。

また、食品等を冷蔵する冷蔵室を備え、冷蔵室のみを冷却する場合は、切替手段を全開させることにより、冷凍サイクルの成績係数の高いポイントで運転することができる。

また、複数の冷却器を備え、少なくとも一つの冷却器には請求項１記載の減圧装置を接続することにより、設置した該減圧装置の数だけ、負荷耐力と省エネ性を改善することができる。

また、切替手段の全パルス領域のうち、通常駆動範囲と両端側数パルスの範囲にて、パルスレートを変更していることにより、イニシャライズ時や駆動運転時の静音化を実現することが出来る。

また、両端側のパルスレートを中央部の通常駆動範囲のパルスレートより小さくすることにより、イニシャライズ時のストッパ当り音を小さくできる。

また、通常駆動範囲のパルスレートを大きくすることにより、動作音を小さくできる。

また、両端側のパルスレートを中央部の通常駆動範囲のパルスレートより小さくすると共に、通常駆動範囲のパルスレートを大きくすることにより、静音タイプの切替手段として使用できる。

また、サービス時、所定の操作に基いて、切替手段を往復運転させ、その往復時間や動作音により故障診断を行うことにより、容易に切替手段の故障診断を行うことができる。

また、往復運転時間が設定された往復運転時間と同じ場合、駆動範囲内での弁体の引掛り等が発生していないと判断し、切替手段の動作に異常なしと判定することにより、容易に切替手段の故障診断を行うことができる。

また、往復運転時間が、設定された往復運転時間より少ない場合、駆動範囲内での弁体の引掛り等が発生していると判断して故障と判定し、故障を知らせることにより、ユーザが容易に故障を知ることができる。

また、ブザー音を発生させて故障を知らせることにより、ユーザが耳から容易に故障を知ることができる。

また、液晶パネルでの表示、又は液晶パネル自体の点滅で故障を知らせることにより、ユーザが視覚により容易に故障を知ることができる。

また、制御基板又は液晶基板を有し、制御基板又は液晶基板にＬＥＤを設け、ＬＥＤの点滅又は点灯により故障を知らせることにより、ＬＥＤの点滅又は点灯によりユーザが容易に故障を知ることができる。

１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ａ 太管毛細管、３ｂ 細管毛細管、４ 冷却器、５ 冷媒の流れ方向、６ 逆止弁、７ 三方切替弁、７ａ 入口パイプＡ、７ｂ 出口パイプＢ、７ｃ 出口パイプＣ、７ｄ 切替弁モータ、７ｅ 切替弁弁体、８ 冷蔵室、８ａ 冷蔵室ダクト、９ 野菜室、１０ 冷凍室、１０ａ 冷凍室ダクト、１１ 冷蔵室温度センサ、１２ 冷凍室温度センサ、１４ 制御基板、１５ 外気温度センサ、１６ａ 冷却器温度センサ、１６ｂ 冷却器出口温度センサ、１７ａ 庫内ファンモータ、１７ｂ 庫内ファン、１８ａ 冷凍室冷気調整ダンパ、１８ｂ 冷蔵室冷気調整ダンパ。

Claims (26)

1. 圧縮機、凝縮器、減圧装置、冷却器等を順次接続して構成される冷凍サイクルを備えた冷蔵庫において、
   前記減圧装置を２本の異径の毛細管と、これらの毛細管への冷媒流通を切替える三方切替弁で構成される切替手段とで構成し、冷蔵庫の運転状態に応じて前記切替手段の切替制御を行う制御手段を備え、
   前記三方切替弁は、切替弁モータによって駆動され、所定の位置に来たときに、前記２本の異径の毛細管のいずれかに冷媒が流出するような形状に予め設定された切替弁弁体を有し、
   冷蔵庫の各箇所に設置され冷蔵庫の運転状態を検出するための温度センサからの信号を前記制御手段が受取り、前記制御手段から前記切替弁モータに信号が送られ、該切替弁モータが前記切替弁弁体を駆動し、
   前記冷却器への冷媒供給量を、前記毛細管の切替及び前記圧縮機の回転速度により調整し、
   前記制御手段は前記温度センサの出力に基づいて、前記切替手段の切替制御を行い、
   冷却器出口温度が所定の温度以上の場合、前記切替手段を太管毛細管側又は全ての毛細管へ冷媒が流通するように切替ることを特徴とする冷蔵庫。
2. 冷却器出口温度が所定の温度以下の場合、前記切替手段を細管毛細管側へ冷媒が流通するように切替ることを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
3. 冷却器出口温度が所定の温度以下で、冷却器出入口温度差が所定の上限以下の場合、圧縮機回転数を高くすることを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
4. 冷却器出口温度が所定の温度以下で、冷却器出入口温度差が所定の下限以下の場合、圧縮機回転数を低くすることを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
5. 冷蔵庫の食品等を貯蔵する部屋の温度を検出する部屋温度センサ、外気温度を検出する外気温度センサを設け、前記制御手段は前記部屋温度センサ及び外気温度センサの出力に基づいて、前記切替手段の切替制御を行うことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
6. 部屋に食品等の負荷が入った場合や、外気温度が高い場合、前記部屋温度センサが所定温度以下になるまで前記切替手段を太管毛細管側又は全ての毛細管へ冷媒が流通するように切替ることを特徴とする請求項５記載の冷蔵庫。
7. 前記部屋温度センサが所定温度以下になった場合、請求項６記載の切替制御を行うことを特徴とする請求項６記載の冷蔵庫。
8. 前記凝縮器出口部の温度を検出する凝縮器出口部温度センサ、外気温度を検出する外気温度センサを設け、サブクールに基づいて前記切替手段の切替制御を行うことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
9. 前記圧縮機の低圧側に逆止弁を設け、前記圧縮機の停止時は前記切替手段を全閉させることを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
10. 前記冷却器の霜取り時は、前記切替手段を全開させることを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
11. 冷蔵庫は食品等を貯蔵する部屋を備え、前記冷却器で生成された冷気を前記部屋へ風路を介して供給し、前記部屋への冷気供給量を調整する前記風路に設けた冷気量調整ダンパを全閉にすることを特徴とする請求項１０記載の冷蔵庫。
12. 前記冷却器に冷却器出口温度センサを設け、前記冷却器の霜取り後、又は据付時、又は圧縮機運転後一定時間経過時に、前記冷却器出口温度センサの検出温度が所定温度以上の場合は、前記切替手段を全開させることを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
13. 前記切替手段をイニシャライズした後で、前記切替手段を所定のポイントに動作させることを特徴とする請求項１２記載の冷蔵庫。
14. 前記毛細管の目詰まりを検出する手段を設け、目詰まり発生時には、前記切替手段を全開させることを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
15. 冷蔵庫の食品等を貯蔵する部屋の温度を検出する部屋温度センサ、前記冷却器に冷却器入口温度センサ及び冷却器出口温度センサ、圧縮機運転時間を計測する手段を設け、前記毛細管の目詰まりを前記圧縮機運転時間と前記部屋温度センサ又は前記冷却器入口温度センサ及び冷却器出口温度センサの出力により検出することを特徴とする請求項１４記載の冷蔵庫。
16. 複数の冷却器を備え、少なくとも一つの冷却器には請求項１記載の減圧装置を接続することを特徴とする冷蔵庫。
17. 前記切替手段の全パルス領域のうち、通常駆動範囲と両端側数パルスの範囲にて、パルスレートを変更していることを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
18. 両端側のパルスレートを中央部の通常駆動範囲のパルスレートより小さくすることを特徴とする請求項１７記載の冷蔵庫。
19. 通常駆動範囲のパルスレートを大きくすることを特徴とする請求項１７記載の冷蔵庫。
20. 両端側のパルスレートを中央部の通常駆動範囲のパルスレートより小さくすると共に、通常駆動範囲のパルスレートを大きくすることを特徴とする請求項１７記載の冷蔵庫。
21. サービス時、所定の操作に基いて、前記切替手段を往復運転させ、その往復時間や動作音により故障診断を行うことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
22. 前記切替手段は弁体を備え、往復運転時間が設定された往復運転時間と同じ場合、駆動範囲内での前記弁体の引掛り等が発生していないと判断し、前記切替手段の動作に異常なしと判定することを特徴とする請求項２１記載の冷蔵庫。
23. 往復運転時間が、設定された往復運転時間より少ない場合、駆動範囲内での弁体の引掛り等が発生していると判断して故障と判定し、故障を知らせることを特徴とする請求項２１記載の冷蔵庫。
24. ブザー音を発生させて故障を知らせることを特徴とする請求項２３記載の冷蔵庫。
25. 液晶パネルでの表示、又は液晶パネル自体の点滅で故障を知らせることを特徴とする請求項２３記載の冷蔵庫。
26. 制御基板又は液晶基板を有し、前記制御基板又は液晶基板にＬＥＤを設け、ＬＥＤの点滅又は点灯により故障を知らせることを特徴とする請求項２３記載の冷蔵庫。

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