JP2012026585A

JP2012026585A - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP2012026585A
Application number: JP2010162406A
Authority: JP
Inventors: Toshie Takasaki; 寿江高崎; Atsuko Funayama; 敦子船山
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-02-09

Abstract

【課題】誤判断を防止し、且つ無駄な離氷の待ち時間を少なくする冷蔵庫を提供することを目的とする。
【解決手段】製氷皿を備えた製氷室と、前記製氷室の上部に設けた非接触型の赤外線センサと、前記製氷室の冷気吹き出し口の温度を検知する冷気温度検知手段と、前記赤外線センサ自身の温度と該赤外線センサが検知した温度との差から前記製氷皿の水面温度を検知する制御装置と、を備え、前記制御装置は前記製氷皿の水面温度変化の変曲点を検知して、前記冷気吹き出し口の温度又は所定温度の経過時間を検知して、再び温度が下がり始めたことを検知してから製氷完了を判断することを特徴とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、冷蔵庫に関する。

本発明の従来技術として、特開２００７−１０１０８０号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、製氷皿内の水の温度検出用非接触型センサの電圧に基づき自動製氷機の製氷工程と脱氷工程の制御を行う制御回路部を備え、非接触型センサの電圧を増幅する増幅器を設け、所定時間内の増幅器の電圧出力の平均値を製氷皿内の水の温度とし、これを基準としてここから所定温度が下がれば製氷工程から脱氷工程へ移行するよう制御することが記載されている。

特開２００７−１０１０８０号公報

しかし、特許文献１では、冷蔵庫内の冷気温度は絶えず変化するため、赤外線センサを設置している場所の温度が安定せず、検知する温度データの精度が不十分となる。その結果、誤判断をする可能性がある。また、製氷完了と判断される温度に達した後も待ち時間を設ける場合があり、氷ができるまでの時間が長くなるおそれがある。

そこで本発明は、誤判断を防止し、且つ無駄な離氷の待ち時間を少なくした冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、製氷皿を備えた製氷室と、前記製氷室の上部に設けた非接触型の赤外線センサと、前記製氷室の冷気吹き出し口の温度を検知する冷気温度検知手段と、前記赤外線センサ自身の温度と該赤外線センサが検知した温度との差から前記製氷皿の水面温度を検知する制御装置と、を備え、前記制御装置は前記製氷皿の水面温度変化の変曲点を検知して、前記冷気吹き出し口の温度又は所定温度の経過時間を検知して、再び温度が下がり始めたことを検知してから製氷完了を判断することを特徴とする。

本発明によれば、誤判断を防止し、且つ無駄な離氷の待ち時間を少なくした冷蔵庫を提供することができる。

本発明の一実施例における冷蔵庫であって扉を外した状態の正面図である。本発明の一実施例における自動製氷装置の概略図である。急速冷凍モードで製氷を行ったときの製氷皿の水の中心温度と赤外線センサ検知温度の関係を示す図である。通常冷凍モードで製氷を行ったときの製氷皿の水の中心温度と赤外線センサ検知温度の関係を示す図である。製氷皿のセル数が６個の場合に通常冷凍モードで製氷を行ったときの製氷皿の水の中心温度と赤外線センサ検知温度の関係を示す図である。除霜運転が入った場合の製氷皿の水の中心温度，センサ検知温度及び冷気吹き出し口温度の関係を示す図である。長時間の扉開放があった場合の製氷皿の水の中心温度，センサ検知温度及び冷気吹き出し口温度の関係を示す図である。製氷開始から製氷完了を判断するまでのフローチャート図である。

以下、本発明の一実施形態の冷蔵庫について、図を用いて説明する。

まず、冷蔵庫の全体構成について説明する。図１において、１は冷蔵庫本体である。冷蔵庫本体１は、内部に上から冷蔵室２，冷凍室３，野菜室４を有している。冷凍室３は、製氷室３ａと上段冷凍室３ｂが左右に並べて配置されて、その下部に下段冷凍室３ｃが配置されている。各貯蔵室の全面開口にはそれぞれ扉を有している。冷蔵室２にはヒンジを介して回転する回転扉（図示せず）が設けられている。製氷室３ａ，上段冷凍室３ｂ，下段冷凍室３ｃ及び野菜室４には、引き出し式の扉（図示せず）がそれぞれ設けられ、収納容器が扉とともに引き出される。

下段冷凍室３ｃは、上下３段の収納容器が収納され、下段から下段容器５，中段容器６，上段容器７が配設されている。下段容器５及び中段容器６は、下段冷凍室３ｃの扉の引出し枠に固定されており、この扉の開閉に連動して下段冷凍室３ｃ内を出入する。上段容器７は、下段冷凍室３ｃの側壁を構成する内箱側面に設けられたレールを利用して、引出し可能な構成としている。さらに、下段容器５，中段容器６，上段容器７は、互いに深さ寸法が異なる容器であり、大きさの異なる各種の食品の収納に適したものとしている。

製氷室３ａ内には、自動製氷機５０及び貯氷容器１６が備えられている。貯氷容器１６は、引き出し式の製氷室扉を引き出すことによって共に引き出される構成となっている。また、冷蔵室２の左下部には、製氷室３ａで製氷を行う水を溜める給水タンク８が備えられている。

次に、製氷室３ａ内の構造及び自動製氷機５０の動作について説明する。図２において、冷蔵室２内の給水タンク８から、導水部９を介して製氷皿１０に水が導かれる。次に、製氷皿１０の中に溜めた水を凍らせるために、製氷室３ａの冷気吹き出し口１１から、製氷皿１０の水面へと冷気が流れる。なお、冷気吹き出し口１１には、冷気温度検知手段であるサーミスタ１２を備え、冷気の温度を検知する仕組みとなっている。

また、製氷完了を判断するために、製氷皿１０上部に非接触の赤外線センサ１３を設けており、製氷皿１０の水面温度を検知する。本実施例では、赤外線センサ１３自身の温度と該赤外線センサ１３が検知した温度との差から製氷皿１０の水面温度を検知する。

制御部１４（制御装置）は、赤外線センサ１３にて製氷皿１０の水面温度の変曲点を検知した後、この変曲点からの経過時間と冷気吹き出し口１１に設けたサーミスタ１２温度との関係を検知して、製氷完了を判断する（詳細は後述する）。製氷完了を判断すると、駆動部１５が回転して製氷皿１０を反転することにより、貯氷容器１６に氷が落下して溜まる。このような動作により製氷ができる。

また、本実施例においては、赤外センサ１３で絶対温度を直接検知しない。そのため、センサ検知温度に高い精度を要しないが、赤外線センサ１３の温度検知部で水温ではなく冷気温度を直接検知してしまうことを防止するために、赤外線透過カバー（冷気接触防止カバー）を設ける。これにより、検知温度を安定させることができ、変曲点の検知がより正確になる。なお、赤外線センサ１３は、赤外線が届く範囲の温度域全体の温度を平均化して見る特徴があるため、赤外線センサ１３で製氷皿１０の水面温度を検知する際に、冷気の吹き出しを止めると検知精度が向上し、誤検知を減らすことができる。

また、検知精度を向上させるために、赤外線センサ１３で製氷皿１０の複数セルの温度を検知するとよい。赤外線センサ１３を増やすことによって温度検知可能な範囲は広くなり、検知精度が向上する。しかし、赤外線センサ１３のセンサ数を増やすと、コスト高となることや、情報量が増えることで制御が難しくなるという問題がある。そこで、赤外線センサ１３をスイングさせて温度検知を行う方法を用いるとよい。また、赤外線センサ１３の前にレンズやプリズムを設け、赤外線の届く範囲を広くする方法を用いてもよい。

次に、製氷を行ったときの赤外線センサの検知温度と製氷皿の水の中心温度との関係について、図３を参照して説明する。

図３において、縦軸は温度、横軸は製氷皿に水を入れた時間を０分としたときの経過時間を示している。製氷完了は実際に製氷皿の中の氷を割って判断した。なお、本実験は急速冷凍モードにて製氷を行い、冷気温度は−３０℃で変動が少ない条件となっている。

図３中の符号１７は、製氷皿の水の中心温度、符号１８は赤外線センサ検知温度、符号１９は冷気吹き出し温度を示している。

図３から、赤外線センサ検知温度１８は、製氷開始から１０分程で最初の変曲点を検知する。この変曲点から後は、製氷皿の水の中心温度１７及び赤外線センサ検知温度１８は共にしばらく一定温度となる。さらに変曲点から約２０分経過後、製氷皿の水の中心温度１７及び赤外線センサ検知温度１８は、再び低下し始める。

ここで、赤外線センサ検知温度１８が再び低下し始めたことを確認してから１０分後に、製氷皿内の氷を割ってみたところ、中心に水が残ることなく製氷が完了していた。また、図示していないが、再現実験を行ってみたところ、冷気吹き出し温度１９が同様の温度範囲の場合は、一定温度停滞時間が３０〜４０分の範囲となった。また、再び温度が下がり始めてから製氷完了までに要する時間もバラツキがないことがわかった。

そこで、赤外線センサ検知温度の変曲点及び再び下がり始める点に加えて、冷気吹き出し温度又は一定温度停滞時間を検知する。これによって製氷完了を判断すれば、誤判断を防止し、且つ無駄な離氷の待ち時間を少なくすることができる。

次に、図４を用いて図３の場合よりも冷気温度が高い場合の製氷時間について説明する。図４の実験条件は、図３と同様の自動製氷機において、通常冷凍モードで製氷を行った。符号２０は製氷皿の水の中心温度、符号２１は赤外線センサ検知温度、符号２２は冷気吹き出し温度を示す。

図４から、赤外線センサ検知温度２１は製氷開始から１０分程で最初の変曲点を検知する。この変曲点を検知する時間は、急速冷凍と通常冷凍とでほぼ同様の時間であった。変曲点から後は、製氷皿の水の中心温度２０も赤外線センサ検知温度２１も一定温度が継続する。そして、冷気吹き出し温度２２が−２５℃〜−１０℃の間の場合、変曲点検知後から５０分後に再度温度が低下し始めることがわかった。

また、再び温度が下がり始めた点から２０分後に離氷を行ったところ、製氷完了していることを確認した。さらに、再現試験を行ったところ、冷気吹き出し温度が−２５℃〜−１０℃の間となっている場合は、一定温度停滞時間が５０〜６０分となっており、再び温度が下がり始めてから製氷完了までに要する時間にバラツキがなかった。このことから、冷気吹き出し温度が−２５℃から−１０℃又は一定温度停滞時間が５０分以上の場合、再び温度が下がり始めてから２０分〜３０分後に製氷完了と判断することが望ましいといえる。

次に、図５を用いて、氷の大きさが大きい場合の製氷皿の水の中心温度と赤外線センサ検知温度，冷気吹き出し温度の関係について説明する。

図５の実験条件は図４の場合と同様の条件とし、製氷皿を８個製氷用のものから６個製氷用のものに変更して製氷を行った。符号２３は製氷皿の水の中心温度、符号２４は赤外線センサ検知温度、符号２５は冷気吹き出し温度を示す。

図５から、製氷皿のセルが大きくなることで、図４の場合よりも製氷皿の水の中心温度２３が一定温度から更に温度が下がり始める時間が遅くなった。また、赤外線センサ検知温度２４が変曲点となる時間も同様に遅くなっているため、赤外線センサ検知温度２４の変曲点からの経過時間を計算することにより、氷の大きさによらず製氷完了の検知ができる。

次に、図６を用いて、製氷時に霜取り運転が入ったときの製氷皿の水の中心温度，赤外線センサ検知温度及び冷気吹き出し温度の関係について説明する。

図６の実験条件は図４と同様の条件とした。符号２６は製氷皿の水の中心温度、符号２７は赤外線センサ検知温度、符号２８は冷気吹き出し温度を示す。

図６から、図３〜図５と同様に、赤外線センサ検知温度２７が変曲点となってから一定温度に停滞するが、温度停滞時に霜取り運転が入ることで、急激な温度上昇が見られる。温度上昇後、製氷皿の水の中心温度２６や赤外線センサ検知温度２７は再び安定し、やがて温度が下がり始め、２０分経過後に製氷が完了する。

霜取り運転を含む製氷時の一定温度停滞時間を算出したところ、霜取り運転前が８分、霜取り運転後が４０分となっていた。合計の一定時間停滞時間は４８分となるため、通常運転時の一定温度停滞時間に近い時間となる。従って、霜取り運転の場合は、冷気吹き出し温度２８が−１０℃以上になった場合、一定温度停滞時間の計測を一時停止し、再び冷気温度が−１０℃以下になったときに一定温度停滞時間の計時を再開することによって、通常時と同様の製氷完了の判断ができる。

次に、図７を用いて、製氷途中に長時間扉開放をすることにより、一旦氷が解けてしまった場合の製氷皿の水の中心温度，赤外線センサ検知温度及び冷気吹き出し温度の関係について説明する。

図７の実験条件も図４と同様の条件とした。符号２９は製氷皿の水の中心温度、符号３０は赤外線センサ検知温度、符号３１は冷気吹き出し温度を示す。

図７から、製氷皿の水の中心温度２９及び赤外線センサ検知温度３０がマイナス温度となり、水が氷に変化し始めている。しかし、２０分経過後に製氷室の扉を開放したことによって、全ての温度が２５℃付近まで上昇し、製氷室の扉を閉めると温度が一気に低下している。そして、次第に通常の製氷と同様に赤外線センサ検知温度の変曲点が現れる。変曲点から温度が一定になり、５０分間一定温度で停滞後、再び温度が下がり始めて２０分後に製氷が完了している。

本実験の結果より、冷気吹き出し温度が室温に近い温度になった場合には、製氷皿の氷は製氷途中であっても水に戻ってしまう。そこで、冷気吹き出し温度が１０℃以上になった場合には、製氷管理の検知情報を一旦リセットして、冷気吹き出し温度が１０℃以下となったときに再び変曲点の検知から一定温度停滞時間及び冷気吹き出し温度を検知し始める制御が望ましい。

次に、図８を用いて製氷開始から製氷完了と判断するまでの制御方法について説明する。図８は、通常時の製氷開始から製氷完了を判断するまでの制御のフローチャートを示す。

まず、Ｓ１００において、赤外線センサが水のない製氷皿の温度を検知し、その後製氷皿に水が入ることにより、検知温度が上昇したことを制御部で確認し、制御を開始する。

Ｓ１０１において、赤外線センサで温度変化の変曲点を検知する。Ｓ１０２で、製氷皿の水面が凍結点に達した場合、赤外線センサで検知した温度が最初の変曲点となる。ここでは、冷気吹出し口サーミスタ検知温度が所定温度（例えば−１０℃）以下となった場合に次にステップ（Ｓ１０３）に移る。

そして、Ｓ１０３では、変曲点の後、一定温度に停滞している所定時間を計測する。Ｓ１０４にて再び温度が下がり始めたことを検知した後、Ｓ１０５において冷気温度が例えば−２５℃以下もしくは一定温度停滞時間が例えば５０分以内であるか否かを判断する。Ｓ１０５において、条件を満たした場合（ＹＥＳ）、Ｓ１０６で例えば１０〜２０分経過後に製氷完了と判断する。一方、Ｓ１０５で条件を満たさない場合（ＮＯ）、Ｓ１０７で所定時間（例えば１００分）経過後に製氷完了を判断する。

また、図示していないが、冷気吹き出し温度は常に検知しておき、冷気吹き出し温度が−１０℃〜１５℃の範囲になった場合には、冷気吹き出し温度が−１０℃以上となった時点で時間計測を一時停止し、冷気温度が再び−１０℃未満になったことを検知した際に時間計測を再開する。その後の制御は通常製氷時と同様の方法で、再び温度が下がり始めたことを検知した際、冷気吹き出し温度又は一定温度停滞時間に応じて製氷完了を判断する。

冷気吹き出し温度が１５℃以上となった場合には、以前の製氷検知情報はすべてリセットして、冷気温度が−１０℃以下となったことを検知した後、変曲点の検知から制御を再開し、一定温度停滞時間を計測し、再び温度が下がり始めたことを検知した後、冷気吹き出し温度又は一定温度停滞時間に応じて製氷完了を判断する。さらに、製氷完了を判断する前に冷気を止めて再度水面温度を検知し、所定温度以下となっていることを確認すると検知精度が向上し、誤検知を防ぐことができる。

本実施例では、上述のように、赤外線センサのノイズに関係なく製氷完了の判断をする方法を検討したところ、水の表面が凍結し始める際に、温度が急激に変化する変曲点が現れることを見出した。また、この変曲点から一定温度の状態となり、再び温度が下がり始めて製氷が完了する。冷気吹き出し口温度又は一定温度停滞時間の長さと関連付けた製氷制御を特定した。

本発明は、製氷皿を備えた製氷室と、製氷室の上部に設けた非接触型の赤外線センサと、製氷室の冷気吹き出し口の温度を検知する温度検知手段と、赤外線センサ自身の温度と該赤外線センサが検知した温度との差から製氷皿の水面温度を検知する制御装置と、を備え、制御装置は製氷皿の水面温度変化の変曲点を検知して、前記冷気吹き出し口の温度又は所定温度の経過時間を検知して、再び温度が下がり始めたことを検知してから製氷完了を判断する。これにより、誤判断を防止し、且つ無駄な離氷の待ち時間を少なくすることができる。

１冷蔵庫本体
３ａ製氷室
８給水タンク
９導水部
１０製氷皿
１１冷気吹き出し口
１２サーミスタ（冷気温度検知手段）
１３赤外線センサ
１４制御部（制御装置）
１５駆動部
１６貯氷容器
１７，２０，２３，２６，２９製氷皿の水の中心温度
１８，２１，２４，２７，３０赤外線センサ検知温度
１９，２２，２５，２８，３１冷気吹き出し温度
５０自動製氷機

Claims

製氷皿を備えた製氷室と、前記製氷室の上部に設けた非接触型の赤外線センサと、前記製氷室の冷気吹き出し口の温度を検知する冷気温度検知手段と、前記赤外線センサ自身の温度と該赤外線センサが検知した温度との差から前記製氷皿の水面温度を検知する制御装置と、を備え、
前記制御装置は前記製氷皿の水面温度変化の変曲点を検知して、前記冷気吹き出し口の温度又は所定温度の経過時間を検知して、再び温度が下がり始めたことを検知してから製氷完了を判断することを特徴とする冷蔵庫。
前記製氷皿は区画された複数のセルを備え、該複数のセルの水面温度を複数検知して、前記水面温度変化の変曲点を検知することを特徴とする、請求項１記載の冷蔵庫。
前記冷気吹き出し口の温度が−１０℃以上を検知した場合に所定温度の経過時間の計時を停止して、前記冷気吹き出し口の温度が−１０℃未満を検知した場合、前記経過時間の計時を再開することを特徴とする、請求項１又は２記載の冷蔵庫。
前記冷気吹き出し口の温度が１５℃以上の場合に検知情報をリセットして、前記冷気吹き出し口の温度が−１０℃以下を検知してから再び前記製氷皿の水面温度変化の変曲点と、前記冷気吹き出し口の温度又は所定温度の経過時間を検知することを特徴とする、請求項１又は２記載の冷蔵庫。