JP2012513009A - 冷凍機および冷凍機内で温度を調節する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に家庭用冷凍機であって、冷蔵・冷凍物のための使用スペース（３）と、制御装置（３５）とが設けられており、該制御装置（３５）によって、冷却信号（Ｓ_ｋ）が存在している場合に冷気流れ（Ｉ）を使用スペース（３）内に導入することができ、かつ使用スペース（３）内に供給された冷気流れ（Ｉ）に基づく結露および／または氷形成を阻止するために除霜加熱エレメント（３９）が制御可能である形式のものに関する。前記加熱エレメント（３９）には、時間素子（４３）が対応配置されていて、該時間素子（４３）により、加熱エレメント（３９）が、冷却信号（Ｓ_ｋ）の発生後に設定された期間（Δｔ_ｖ）の間作動されないままである。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の冷凍機、すなわち、特に家庭用冷凍機であって、冷却・冷蔵物のための使用スペースと、制御装置とが設けられており、該制御装置によって、冷却信号が存在している場合に冷気流れを使用スペース内に導入することができ、かつ使用スペース内に供給された冷気流れに基づく結露および／または氷形成を阻止するために除霜加熱エレメントが制御可能である形式の冷凍機に関する。さらに本発明は、請求項１１の上位概念部に記載の形式の、冷凍機の使用スペース内で温度を調節する方法であって、冷却信号が存在する場合に、冷気流れを使用スペースに供給し、除霜加熱エレメントを結露および／または氷形成を阻止するためにスイッチオンする方法に関する。

いわゆるノー・フロスト（無霜）型機器では、使用スペースに冷気流れが供給される。冷気流れの供給時に、使用スペース内に、減じられた表面温度を有する凝縮面もしくは結露面が生じる。この結露面で、結露および／または氷形成が生じる恐れがある。このような結露および／または氷形成を阻止するために、使用スペース内に除霜加熱エレメントが設けられていてよい。

欧州特許出願公開第１８７８９８６号明細書に基づいて、上記の形式の冷凍機が公知である。この冷凍機では、制御装置により、冷却信号が存在する場合に、冷気流れを使用スペースに導入することができる。制御装置を用いて、冷気流れに基づく結露／氷形成を阻止するための除霜加熱エレメントが、スイッチオンされるか、もしくはスイッチオフされる。除霜加熱エレメントの制御は、信号技術的に手間をかけて、使用スペースの温度に関連して行われる。使用スペースの温度が上側の温度閾値を下回るやいなや、加熱エレメントがスイッチオンされる。下側の温度閾値を下回ると、加熱エレメントはスイッチオフされる。

国際特許第２００８／００４４４１号に基づき、除霜加熱エレメントを備えた別の冷凍機が公知である。この冷凍機では、冷却運転の開始時に、圧縮機がスイッチオンされる。圧縮機のスイッチオンと同時に、加熱エレメント運転が中断されて、かつ設定された期間の経過後に再開される。これによって、圧縮機の始動段階中の加熱エレメントの電力消費が中断されて、これにより、短い始動段階後に安定的な圧縮機運転を生ぜしめることができる。

特開２００１−１７４１１９号公報に基づき、除霜加熱エレメントを備えた別の冷凍機が公知である。この冷凍機では、使用スペースが冷気により強制通気される。冷蔵室内で目標冷却温度が達成された場合、強制通気のために、除霜加熱エレメントがスイッチオフされる。使用スペース温度が目標温度の下に低下するやいなや、加熱エレメントは時間的に遅延してスイッチオフされる。

本発明の課題は、冷凍機のエネルギ消費を減じることが可能な冷凍機と、冷凍機内で温度を調節する方法とを提供することである。

この課題を解決した本発明の請求項１に記載の構成によれば、冷凍機、特に家庭用冷凍機であって、冷蔵・冷凍物のための使用スペースと、制御装置とが設けられており、該制御装置によって、冷却信号が存在している場合に冷気流れを使用スペース内に導入することができ、かつ使用スペース内に供給された冷気流れに基づく結露および／または氷形成を阻止するために除霜加熱エレメントが制御可能である形式のものにおいて、前記加熱エレメントに、時間素子が対応配置されていて、該時間素子によって、前記加熱エレメントは、冷却信号の発生後に、設定された期間の間停止されているようにした。

この課題を解決した本発明の請求項１１に記載の構成によれば、冷凍機の使用スペース内で温度を調節する方法であって、冷却信号が存在する場合に、冷気流れを使用スペースに供給し、除霜加熱エレメントを結露および／または氷形成を阻止するためにスイッチオンする方法において、前記加熱エレメントを、冷却信号の発生後に、設定された期間の間停止しているようにした。

有利な実施形態は請求項２以下に開示されている。

請求項１の特徴部によれば、加熱エレメントに時間素子が対応配置されていて、時間素子によって、加熱エレメントは、冷却信号の発生後に設定された期間の間停止されている。したがって、時間素子は、設定された期間だけ、加熱エレメントへの冷却信号の伝達を遅延させる。このようにして、信号技術的および制御技術的に簡単に、冷却信号の発生後に、加熱エレメントを遅延させてスイッチオンすることが達成されている。

本発明は、冷却信号の発生もしくはこれに関連する冷気流れの開始の直後には、使用スペースの面で結露／氷形成は生じないという事実を利用している。むしろ、冷気流れの、ある程度の流入継続時間の後にようやく、冷たい使用スペース−結露面が形成されて、この結露面で結露が発生し得る。本発明によれば、このような冷却期間の経過後にようやく、加熱エレメントが接続される。時間素子により設定された期間は、上述の冷却期間にほぼ相当する。冷却期間は一連の実験により経験的に規定され得る。これによって、使用スペース内の結露面の表面温度を測定するための温度センサを省略することができる。

時間素子により設定された期間の経過後に、冷却信号がまだ存在している場合に限って、加熱エレメントを作動させることができる。冷却信号が前記期間の経過後に、もはや存在していない場合、加熱エレメントは停止されていてよい。外側の周辺温度が低い場合、減じられた冷気供給しか必要とされず、以下の状態が生じる。すなわち、低い周辺温度に基づいて、使用スペース内では僅かな冷却需要しかない。制御装置が冷却信号を発生する期間は、相応して短くなる。したがって、信号期間が、時間素子により設定された期間の経過前に既に終了し得るので、加熱エレメントはスイッチオフされたままである。

これとは逆に周辺温度が高いか、または機器扉開放が頻繁に生じる場合、冷却信号継続時間は相応に延長されていてよい。しかしこの場合、加熱エレメントの遅延したスイッチオンは、割合的に極めて僅かにしか作用しない。実験により、時間素子により設定される期間が２分〜６分間のオーダにあってよいことが判った。

本発明の変化形では、加熱エレメントに、冷凍機の周辺温度に関連して種々異なる出力が供給され、特に周辺温度が低い場合、周辺温度がより高い場合よりも少ない出力が供給されてよい。これに対して付加的および／または択一的には、加熱エレメントを、単位時間当たりの扉開放に関連して種々異なる長さで作動させる、特に扉開放の回数が増えるにつれて、より長く作動させることができる。特に、冷凍機に対する周辺温度が上昇している場合にも、加熱エレメントのスイッチオン継続時間が長くされてよい。

冷気流れは、冷気通路によって、使用スペースに供給され得る。冷気流れを生ぜしめるために、冷気通路内に、有利には弁エレメントが配置されていてよい。弁エレメントは、冷却信号が存在している場合に冷気通路を開放するか、もしくは冷却信号が存在していない場合に冷気通路を閉じる。付加的には、冷気流れを生ぜしめるために、ブロアが設けられていてよい。ブロアは、冷気を、冷気通路を通じて圧送する。

加熱エレメントが制御装置に直接に信号接続をしていない、つまり制御ユニットによって直接に制御されていない場合に、これによって制御装置の出力容量を減少可能にすることは信号技術的に簡単である。この背景から、上述した弁エレメントに開放センサが対応配置されていてもよい。この場合、開放センサは、加熱エレメントと直接に信号接続している。開放センサは、弁エレメントの開放時に、開放信号を発生させることができる。この開放信号に基づいて、加熱エレメントをスイッチオンすることができる。この場合、弁エレメントは、制御装置と直接に信号接続している、つまり制御装置が弁エレメントを開放もしくは閉鎖する。これに対して、制御装置は加熱エレメントを直接的に制御していない。

有利には、加熱エレメントが、冷気流れの、使用スペースに面した通路壁内に設けられていてよい。この通路壁には、空気流出部が設けられている。この空気流出部を通って、冷気流れが使用スペース区分内に流入することができる。したがって、通路壁の、使用スペースに面した外面は、特に結露／氷形成を起こしやすい。

以下に本発明の２つの実施形態を添付した図面につき詳しく説明する。

第１の実施形態の冷凍機を示す概略的な原理図である。 冷凍機運転中の除霜加熱エレメントの運転状態と、該運転状態に重なる、制御装置によって発生された冷却信号Ｓ_ｋの時間的な信号経過を示した時間線図である。 第２の実施形態の冷凍機を示す、図１に相当する図である。

図１には、冷凍機の概略的な側面図が示されている。この冷凍機は、底部側の冷凍室１と、上側の冷蔵室３とを有している。冷凍室１と冷蔵室３とは、水平方向の分離壁５によって互いに分離されている。冷蔵室３は、２つの水平方向フロア４によって３つの冷蔵区画６に区分けされている。分離壁５も、冷凍機の外壁も、公知のように断熱式に構成されている。冷凍室１および冷蔵室３は、正面側で機器扉７により閉じられている。

冷凍室１を冷却するためには、公知の形式で蒸発器９が設けられている。この場合、蒸発器９は、たとえば冷凍室１の背面に熱的に連結されている。蒸発器９は、自体公知の冷媒回路１１の一部である。図示された冷媒回路には、さらに、圧縮機１３および膨張弁１５が接続されている。

図１に示した冷凍室１は、冷気通路１７を介して流体技術的に冷蔵室３に接続している。冷気通路１７は、冷凍機の、機器扉７とは反対の側に位置する後壁に配置されていて、拡張された空気流入部１９により冷凍室１内に開口している。冷気通路１７は、空気流入部１９を起点として、上方に向かって鉛直に、冷凍機の、冷蔵室３を画定する天井壁の直接下側にまで延びている。

冷気通路１７は、冷気通路カバー壁２１によって冷蔵室３から分離されている。カバー壁２１には、空気通流部２３が設けられている。この空気通流部２３を通って、水平方向に配向された冷気流れが、冷蔵室３の個別の冷蔵区画６に流入することができる。

冷気通路１７の空気流入部１９の領域には、ブロア２５が配置されている。流れ方向でブロア２５の下流側に、弁エレメントとして、作動駆動装置２７により電動モータで作動されるフラップ２９が設けられている。フラップ２９は、図１では、その開放位置で示されている。この開放位置では、ブロア２５によって、冷気が冷凍室１から冷気通路１７内に流入することができる。図示されていない閉鎖位置では、これとは反対に、フラップ２９が、冷気通路１７を遮断するので、冷気は冷気通路１７内に流入することはできない。

冷凍室１および冷蔵室３内には、それぞれ室センサ３１，３３が設けられている。これらの室センサ３１，３３は、冷蔵室３および冷凍室１の実際温度をそれぞれ検出して、制御装置３５に伝達する。冷凍室センサ３１により検出された冷凍室１内の実際温度が、ユーザ側で予め設定された目標温度を上回ると、制御装置３５は、冷却信号を発生させる。この冷却信号によって、信号線路３８を介して圧縮機１３が作動される。これによって、蒸発器９を介して、相応する冷却出力が冷凍室１に導入される。これに対して圧縮機１３は、冷凍室センサ３１により検出された実際温度が予め設定された目標温度を下回ると、制御装置３５により停止させられる。

冷凍室１内の温度調節と同じように、冷蔵室３内の実際温度は冷蔵室センサ３３により検出されて、制御装置３５に伝達される。冷蔵室センサ３３により検出された実際温度は、目標温度と比較される。実際温度が目標温度を上回った場合、制御装置３５は、図２に示されているように冷却信号Ｓ_ｋを発生させる。この冷却信号Ｓ_ｋは、信号線路３６，３７，３８を介して、フラップ２９の作動駆動装置２７に伝達される。フラップ２９は、図示された開放位置に移動される。相応して、信号線路３７，３８は、それぞれブロア２５と圧縮機１３とを作動させる。このようにして、冷凍室１から冷気通路１７を介して冷蔵室３に案内される冷気流れＩが形成される。

冷気通路カバー壁２１内には、図１に示したように、除霜加熱エレメント３９が組み込まれている。除霜加熱エレメント３９により、カバー壁２１の、冷蔵室３に面した側における結露／氷形成は阻止される。冷蔵室３内の目標温度が超過されることにより制御装置３５で冷却信号Ｓ_ｋが発生されると、制御装置３５は、フラップ２９、ブロア２５および圧縮機１３を制御するだけではなく、付加的に信号線路４１を介して除霜加熱エレメント３９をも制御する。

しかし、フラップ作動駆動装置２７、ブロア２５および圧縮機１３へ案内される信号線路３７，３８，３９とは異なり、信号線路４１には、時間素子４３が接続されている。この時間素子４３によって、除霜加熱エレメント３９への冷却信号Ｓ_ｋの伝達、ひいては除霜加熱エレメント３９の制御が時間的に遅延させられる。したがって、除霜加熱エレメント３９は、図２に示した時間線図から判るように、冷却信号Ｓ_ｋによる制御にもかかわらず、設定された期間Δｔ_ｖの間、停止されている。

図２に示された時間線図は、冷却信号Ｓ_ｋの時間的な信号経過を示している。冷却信号Ｓ_ｋの信号経過は、除霜加熱エレメント３９の運転時間と重なっている。したがって、時点ｔ１から、制御装置３５により、所定の期間Δｔにわたって、冷却信号Ｓ_ｋが発生させられる。冷却信号Ｓ_ｋが存在している場合、ブロア２５、フラップ２９および圧縮機１３はすぐに作動させられる。これとは反対に、本発明によれば、冷却信号Ｓ_ｋは、時間素子４３を介して遅延されて除霜加熱エレメント３９に伝達される。したがって、除霜加熱エレメント３９は、冷却信号Ｓ_ｋが存在しているにもかかわらず、時間素子４３により設定された期間Δｔ_ｖにわたって、引き続き停止されている。期間Δｔ_ｖの経過後にようやく、冷却信号Ｓ_ｋが除霜加熱エレメント３９に伝達されて、除霜加熱エレメント３９を作動させる。

同様に、図２によれば、時点Ｔ_２およびＴ_３でもそれぞれ冷却信号Ｓ_ｋが発生される。この場合、除霜加熱エレメント３９は、冷却信号Ｓ_ｋの発生後に、設定された期間Δｔ_ｖにわたって停止されている。期間Δｔ_ｖは、全て同じ長さであり、時間素子４３により設定されている。この場合、期間Δｔ_ｖの大きさは、冷気通路カバー２１で結露が起こり得るまで冷気通路カバー２１の表面の温度が冷却される冷却期間にほぼ相当する。したがって、この冷却期間内には、通路カバー壁２１の結露／氷形成の恐れはない。それゆえ、本発明によれば、まさにこの冷却期間中に、除霜加熱エレメントは停止されている。これにより、機器のエネルギ消費は減じられている。

図３には、第２の実施形態による冷凍機が示されている。この実施形態の構造および機能形式は、第１の実施形態の冷凍機と十分に同じである。その限りでは、第１の実施形態の説明が参照される。

第１の実施形態とは異なり、除霜加熱エレメント３９は、信号線路４１を介して制御装置３５に接続しているのではない。したがって、除霜加熱エレメント３９は、制御装置３５から直接に冷却信号Ｓ_ｋを供給されていない。むしろ、図３によれば、フラップ作動駆動装置２７に、開放センサ４５が設けられている。この開放センサ４５は、検出されたフラップ開放信号に応答して、信号線路４７を介して除霜加熱エレメント３９を制御する。これによって、制御装置３５は、第１の実施形態に比べて信号技術的に簡略化されている。信号線路４７には、時間素子４３が接続されている。この時間素子４３は、やはり時間的に遅延して、期間Δｔ_ｖの経過後にようやく除霜加熱エレメント３９を制御する。

１ 冷凍室
３ 冷蔵室
４ 水平方向フロア
５ 水平方向の隔壁
６ 冷蔵区分
７ 機器扉
９ 蒸発器
１１ 冷媒回路
１３ 圧縮機
１５ 膨張エレメント
１７ 冷気通路
１９ 空気流入部
２１ 冷気通路カバー壁
２３ 空気通流部
２５ ブロア
２７ 調節駆動装置
２９ 弁エレメント
３１，３３ 室センサ
３５ 制御装置
３６，３７，３８，４１ 信号線路
４３ 時間素子
４５ 開放センサ
４７ 信号線路
Ｓ_ｋ 冷却信号
Δｔ_ｖ 期間

Claims (11)

1. 冷凍機、特に家庭用冷凍機であって、冷蔵・冷凍物のための使用スペース（３）と、制御装置（３５）とが設けられており、該制御装置（３５）によって、冷却信号（Ｓ_ｋ）が存在している場合に冷気流れ（Ｉ）を使用スペース（３）内に導入することができ、かつ使用スペース（３）内に供給された冷気流れ（Ｉ）に基づく結露および／または氷形成を阻止するために除霜加熱エレメント（３９）が制御可能である形式のものにおいて、
   前記加熱エレメント（３９）に、時間素子（４３）が対応配置されていて、該時間素子（４３）によって、前記加熱エレメント（３９）は、冷却信号（Ｓ_ｋ）の発生後に、設定された期間（Δｔ_ｖ）の間停止されていることを特徴とする、冷凍機。
2. 前記期間（Δｔ_ｖ）の経過後に冷却信号（Ｓ_ｋ）が存在している場合、前記加熱エレメント（３９）が作動可能である、請求項１記載の冷凍機。
3. 前記期間（Δｔ_ｖ）の経過後に冷却信号（Ｓ_ｋ）が存在していない場合、前記加熱エレメント（３９）が停止されている、請求項１または２記載の冷凍機。
4. 前記期間（Δｔ_ｖ）が、２〜６分間のオーダにある、請求項１から３までのいずれか１項記載の冷凍機。
5. 前記加熱エレメント（３９）に、周辺温度に関連して種々異なる出力が供給され、特に周辺温度が低い場合、周辺温度がより高い場合よりも少ない出力が供給される、請求項１から４までのいずれか１項記載の冷凍機。
6. 前記加熱エレメント（３９）が、単位時間当たりの扉開放に関連して種々異なる長さで作動され、特に扉開放の回数が増えるにつれて、より長く作動されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の冷凍機。
7. 冷凍機に対する周辺温度の上昇とともに、前記加熱エレメント（３９）のスイッチオン継続時間が増大する、請求項１から６までのいずれか１項記載の冷凍機。
8. 冷気流れ（Ｉ）が冷気通路（１７）によって使用スペース（３）に供給可能であり、該冷気通路（１７）内に、有利には弁エレメント（２９）が配置されており、該弁エレメント（２９）は、冷却信号（Ｓ_ｋ）が存在している場合に冷気通路（１７）を開放する、請求項１から７までのいずれか１項記載の冷凍機。
9. 前記弁エレメント（２９）、特にフラップに、開放センサ（４５）が対応配置されており、該開放センサ（４５）が、前記加熱エレメント（３９）に信号接続されており、前記弁エレメント（２９）の開放に応答して前記加熱エレメント（３９）を制御する、請求項８記載の冷凍機。
10. 前記加熱エレメント（３９）が、冷気流れの、使用スペース（３）に面した通路壁（２１）内に設けられている、請求項１から９までのいずれか１項記載の冷凍機。
11. 特に請求項１から１０までのいずれか１項記載の冷凍機の使用スペース（３）内で温度を調節する方法であって、当該方法において、冷却信号（Ｓ_ｋ）が存在する場合に、冷気流れ（Ｉ）を使用スペース（３）に供給し、除霜加熱エレメント（３９）を結露および／または氷形成を阻止するためにスイッチオンする方法において、前記加熱エレメント（３９）を、冷却信号（Ｓ_ｋ）の発生後に、設定された期間（Δｔ_ｖ）の間停止していることを特徴とする、冷凍機の使用スペース内で温度を調節する方法。

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