JP2014031972A - 冷却機用コンプレッサ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シングル冷却式の冷凍冷蔵庫について、冷蔵室及び冷凍室の双方の庫内温度を好適に制御させ得る冷却機用コンプレッサ制御装置を提供する。
【解決手段】本実施の形態に係る制御装置１９によると、冷凍室及び冷蔵室の庫内温度に基づいてコンプレッサモータを停止する条件が設定されるので、冷蔵室の庫内温度が冷えたのを待って、コンプレッサモータを停止させることが可能となる。また、コンプレッサモータを運転開始させる条件は冷凍室の庫内温度にのみによって規定されている為、冷凍室では、庫内温度がカットオン温度まで上昇すれば即座に冷却が開始され、冷凍貯蔵物の品質が保たれることとなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、シングル冷却式冷凍冷蔵庫の定常運転制御に関し、特に、インバータ制御方式を採用したコンプレッサの制御装置に用いて好適のものである。

近年、ヒートポンプを用いた冷却技術では、消費電力の低減に関する取組として、コンプレッサのモータ制御にインバータ技術が導入されている。インバータ制御方式では、モータ回転数を適宜に制御できるので、冷却対象の温度状況に応じて最適な回転数でヒートポンプ装置を駆動させることが可能となる。

また、新興国では、生活水準の向上に伴い、シングル冷却タイプ（エバポレータを一つしか持たないタイプ）の冷凍冷蔵庫の普及が拡大しつつある。このような情勢を受けて、冷凍冷蔵庫に係る技術分野では、シングル冷却タイプの装置を再検討し、これにインバータ制御方式を導入させた従来稀有なる冷凍冷蔵庫の検討が行われている。

特開Ｈ１０−１８５３９４号公報（特許文献１）では、インバータ制御方式を採用したシングル冷却タイプの冷凍冷蔵庫が紹介されている。かかる冷凍冷蔵庫では、以下の条件でコンプレッサモータの回転数が設定される。
条件１：冷凍室の庫内温度がカットオフ温度より低いとき、コンプレッサモータの運転を停止する。
条件２：冷凍室の庫内温度がカットオン温度より高いとき、コンプレッサモータの運転を開始する。
条件３：条件２を満たしている場合、且つ、送風ファン（庫内ファン）が運転状態の場合、コンプレッサモータの回転数を通常回転数（例えば、1800rpm）に設定する。
条件４：条件２を満たしている場合、且つ、送風ファン（庫内ファン）が停止状態の場合、コンプレッサモータの回転数を低速回転数（例えば、1500rpm）に設定する。

このように、特許文献１の技術では、冷凍室の庫内温度Ｔｆがカットオン温度Ｔｔｈ−ｆ１又はカットオフ温度Ｔｔｈ−ｆ２へ到達したか否かによって、コンプレッサモータの運転開始・運転停止が規定される。また、コンプレッサモータを運転開始させる場合、庫内ファンのモータが駆動しているか否かによって、コンプレッサモータの回転数設定が行われる。

特開Ｈ１０−１８５３９４号公報

しかし、特許文献１に係る技術では、冷凍室の庫内温度に基づいてコンプレッサモータが「オフ」される為、このオフ動作について冷蔵室の庫内温度が関係することは無い。従って、コンプレッサモータは、冷蔵室を十分に冷却させる前であっても、冷凍室の庫内温度がカットオフ温度へ達した時点で、当該モータを運転停止してしまう（所謂、熱のショートサーキット現象）。

このため、冷蔵室では、庫内温度Ｔｒが上昇してしまうので、庫内の貯蔵物の鮮度を低下させるとの不具合を招く。一方、冷凍室では、冷蔵室から予定以上の熱量を受け、結果として、庫内温度Ｔｆを上昇させる事態を招いてしまう。

本発明は上記課題に鑑み、シングル冷却式冷凍冷蔵庫について冷蔵室及び冷凍室の双方の庫内温度を好適に制御させ得る冷却機用コンプレッサ制御装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では次のような冷却機用コンプレッサ制御装置の構成とする。即ち、コンプレッサモータの回転数を規定する出力信号を生成し、ヒステリシス変動に伴う庫内温度の運転サイクルを制御させるシングル冷却式冷凍冷蔵庫用の冷却機用コンプレッサ制御装置において、
冷凍室の庫内温度が冷凍室用カットオン温度を上回っているか否かを判定する第１の温度判定処理と、
前記冷凍室の庫内温度が前記冷凍室用カットオン温度を上回っている場合、前記コンプレッサモータの運転を開始させるモータ運転処理と、
前記冷凍室の庫内温度が前記冷凍室用カットオン温度を下回っている場合、冷蔵室の庫内温度に基づいて前記コンプレッサモータの運転を停止させるモータ停止処理と、を機能させることとする。

前記モータ運転処理は、前記冷蔵室の庫内温度が回転数切換温度を上回っている場合、前記コンプレッサモータの回転数を第１の回転数で運転開始させ、且つ、前記冷蔵室の庫内温度が前記回転数切換温度を下回っている場合、前記コンプレッサモータの回転数を前記第１の回転数よりも低い第２の回転数で運転開始させることとする。

前記モータ停止処理は、前記冷凍室の庫内温度が前記冷凍室用カットオン温度を下回っている場合、前記冷蔵室の庫内温度が冷蔵用カットオフ温度を下回っているか否かを判定する第３の温度判定処理を実行させ、前記冷蔵室の庫内温度が前記冷蔵用カットオフ温度を下回っているとする前記第３の温度判定処理での結果が得られた場合、前記コンプレッサモータを停止させることとする。

前記モータ停止処理は、更に、前記冷蔵室の庫内温度が前記冷蔵用カットオフ温度を上回っているとする前記第３の温度判定処理での結果が得られた場合、前記コンプレッサモータの運転を維持させることとする。

本発明に係る冷却機用コンプレッサ制御装置によると、冷凍室及び冷蔵室の庫内温度に基づいてコンプレッサモータを停止する条件が設定されるので、冷蔵室の庫内温度が冷えたのを待って、コンプレッサモータを停止させることが可能となる。また、コンプレッサモータを運転開始させる条件は冷凍室の庫内温度にのみによって規定されている為、冷凍室では、庫内温度がカットオン温度まで上昇すれば即座に冷却が開始され、冷凍貯蔵物の品質が保たれることとなる。

シングル冷却式冷凍冷蔵庫の機能構成を示す図。 シングル冷却式冷凍冷蔵庫の断面構造を示す図。 実施の形態に係る回転数設定ルーチンを説明する図。

以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して具体的に説明する。図１は、シングル冷却方式を採用した冷凍冷蔵庫の触媒回路１０（冷凍回路）が示されている。ここでシングル冷却方式とは、冷凍室又は冷蔵室の何れか一方にエバポレータを配備させた装置形態を指し、本実施の形態にあっては、冷凍室側にエバポレータが配置されている。

図示の如く、冷凍冷蔵庫に形成される触媒回路１０は、冷却機用コンプレッサ１１，凝縮器１３，キャピラリーチューブ１５，エバポレータ１６が設けられ、各々が冷媒チューブ１８によってループ状に接続されている。チューブ内には冷媒が封入されており、この冷媒は、冷却機用コンプレッサ１１に応動して冷媒回路を循環する。

更に、冷凍冷蔵庫には、ドライブ回路１２と送風ファン１４及び庫内ファン１７が適宜に配備されている。これらは、冷却機用コンプレッサ制御装置１９へ電気的に接続され、冷却機用コンプレッサ制御装置１９から与えられた信号によって制御される。以下、冷却機用コンプレッサ制御装置１９を、単に制御装置１９と呼ぶこととする。

ドライブ回路１２は、複数のパワートランジスタから成るインバータ回路であって、ＰＷＭ信号によって制御される。当該インバータ回路は、ＰＷＭ信号の周波数に応じて三相交流電流を生成し、冷却機用コンプレッサへ内蔵されるコンプレッサモータ（図示なし）の回転数を制御する。このＰＷＭ信号は、特許請求の範囲における出力信号の一形態であって、コンプレッサモータの各運転を規定するものである。具体的に説明すると、ＰＷＭ信号は、サイン波形を表現するためにパルス幅変調させているパルス部分が当該モータの駆動動作を規定している。また、ＤＵＴＹが一定値とされているパルス部分が当該モータの停止動作を規定している。また、パルス変調の表現する周波数が当該モータの指令回転数を規定することとなる。このように、ＰＷＭ信号は、コンプレッサモータの様々な運転動作を規定している。

コンプレッサモータは、上述したＰＷＭ信号によって制御され、冷却機用コンプレッサの羽根車を駆動・停止・回転数調整させる。そして、駆動開始した羽根車は、冷媒を入力側（低圧）から出力側（高圧）へと送り込み、冷媒が封入された冷媒回路へ作用する。即ち、この羽根車は、制御モータの回転数に応じて冷媒循環量〔ｑｍｒ〕を増減させることとなる。

送風ファン１４は、冷却機用コンプレッサ１１によって高圧高温化された冷媒温度を低下させる。また、庫内ファン１７は、庫内の熱量と冷媒の熱量との熱交換を促す役割を担う。これらの送風ファン１４，庫内ファン１７は、ドライブ回路及びファンモータが内蔵されており、制御装置１９からの指令信号によってファンモータの回転数が各々制御される。

更に、冷凍冷蔵庫は、冷凍室に庫内温度計２１を配備させ、冷蔵室に庫内温度計２２を配備させている。これら庫内温度計は、貯蔵庫内の温度を計測し、計測結果を電気信号に変換し出力する。制御装置１９は、信号ラインを介して各々の庫内温度計２１，２２に接続されており、庫内温度の計測結果が電気信号として入力される。制御装置１９では、各庫内温度の情報に基づいて、熱負荷の状態を判別する。本実施の形態の場合、熱負荷とは、庫内の貯蔵物の熱量に限らず、庫内からの熱リーク量等を含む概念とする。

冷媒回路１０において、これを循環する冷媒は、気相状態で冷却機用コンプレッサ１１へ投入され、冷却機用コンプレッサ１１を通過する際に高圧高温化され、凝縮器１３を通過する際にこれが冷却され液相状態となる。その後、液相状態の冷媒は、キャピラリーチューブ１５で減圧され、エバポレータ１６では、其の冷媒が気化されることで、庫内温度を吸収（冷却）する。かかる冷媒は、気相の状態で冷却機用コンプレッサ１１へ再投入され、冷却サイクルが繰り返されることとなる。ヒートポンプ式の冷却サイクルでは、冷媒循環量〔ｑｍｒ〕に応じて庫内の冷却速度が調整される。即ち、庫内の冷却速度は、コンプレッサ用の制御モータの回転数によって制御されることとなり、言換えると、制御装置１９の生成するＰＷＭ信号によって制御されることを意味する。

制御装置１９は、上述したＰＷＭ信号を生成し、これをドライブ回路１２へ出力することで、コンプレッサモータを制御する。また、本実施の形態に係る制御装置１９は、送風ファン１４・庫内ファン１７の指令信号を生成出力し、送風ファン１４，庫内ファン１７を各々制御する。当該制御装置１９は、ＣＰＵ，メモリ回路，ＡＤ変換回路，クロック回路等のハードウェア資源と、メモリ回路等に格納された制御プログラム及びマップ情報といったソフトウェア資源とから成る装置である。そして、制御装置１９は、これらハードウェア資源とソフトウェア資源とが協働することで、適宜の機能的装置を構築させる。

こうして、制御装置１９では、温度検出処理，温度判定処理，コンプレッサモータの回転数設定処理といった様々な処理を構築させる。また、制御装置１９では、冷凍庫の庫内温度Ｔｆに対して、カットオン温度Ｔｔｈ−ｆ１（第１の閾値温度）を設定し、冷蔵庫の庫内温度Ｔｒに対して、回転数切換温度Ｔｔｈ−ｒ１（第２の閾値温度），カットオフ温度Ｔｔｈ−ｒ２（第３の閾値温度）を各々設定する。そして、本実施の形態に係る冷凍冷蔵庫では、目標温度を前後するよう庫内温度がヒステリシス変動しつつ調整され、コンプレッサモータの運転期間及び停止期間から成る運転サイクルが制御される。

図２は、本実施の形態に係る冷凍冷蔵庫の断面構造が示されている。図示の如く、冷凍冷蔵庫１００は、本体部１１０に間仕切り部１３０が設けられることで、冷凍室１１０と冷蔵室１２０とを形成させている。この冷凍室１１０及び冷蔵室１２０には、防熱ドアー１１１，１２１が開閉自在に取り付けられている。これら、本体部１１０，間仕切り部１３０，防熱ドアーは、内部に断熱材を充填させた保冷性の高い部材が用いられる。また、防熱ドアー１１１，１２１は、パッキン１１１ａ，１２１ａが設けられ、冷気のリークを防止させている。

冷凍室１１０は、化粧壁１１２が設けられ、冷凍貯蔵室１１０ａと冷却機収容室１１０ｂとに分けられる。このうち、冷凍貯蔵室１１０ａには、冷凍庫内温度計２１が配備され、冷却機収容室１１０ｂには、エバポレータ１６と庫内ファン１７とが配備されている。上述した化粧壁１１２は、スリット１１２ａが形成され、エバポレータ１６の冷気を直接取り込ませている。また、冷蔵室１２０は、冷蔵庫内温度計２２と、スリット１２２ａを設けた冷気吐出口１２２とが設けられている。

間仕切り部１３０は、流入口１３１ａ及び１３２ａが設けられ、各々に形成された連通路１３１ｂ，１３２ｂは、途中で合流され、流出口１３０ｃへと繋げられている。このうち、流入口１３１ａは冷凍貯蔵室１１０ａに臨むよう、流入口１３２ａは冷蔵室１２０に臨むよう、流出口１３０ｃは冷却機収容室１１０ｂに臨む位置へ配される。また、冷凍室１１０と冷蔵室１２０との間には、冷気ダクト１４０が設けられ、自然流下によって冷気が冷蔵室に送り込まれる。このように、本実施の形態に係る冷凍冷蔵庫１００では、冷凍室及び冷蔵室への冷気分配を変動させるダンパー機構は設けられていない。

かかる構成を具備する冷凍冷蔵庫１００では、エバポレータ１６→スリット１１２ａ→冷凍貯蔵室１１０ａ→間仕切り部１３０の連通路，という経路によって、冷凍室１１０の冷気Ａｆが循環する。一方、冷蔵室の冷気Ａｒは、エバポレータ１６→冷気ダクト１４０→スリット１２２ａ→冷蔵室１２０→間仕切り部１３０の連通路，という経路を循環することとなる。

図３は、コンプレッサモータ制御プログラムのフローチャートが示されている。かかる制御プログラムは、所定の処理タイミング（例えば、数sec〜数十sec毎）で、定期的に起動されるものである。

当該処理タイミングが到来すると、先ず、冷凍室１１０の庫内温度Ｔｆと冷蔵室１２０の庫内温度Ｔｒとを検出する（Ｓ１１０）。処理Ｓ１１０では、庫内温度計から送られた信号をＡＤ変換回路でデータ作成させ、これをＣＰＵのデータレジスタ等へ格納させる。

処理Ｓ１１０が完了すると、冷凍室の庫内温度Ｔｆについて温度判定処理（第１の温度判定処理）を実行させる（Ｓ１１１）。処理Ｓ１１１では、庫内温度Ｔｆに対してカットオン温度Ｔｔｈ-ｆ１（第１の閾値温度）が設定されており、庫内温度Ｔｆがカットオン温度Ｔｔｈ−ｆ１を上回っているか否かを判定する。そして、処理Ｓ１１１では、この判定結果に基づいて、コンプレッサモータの運転を開始（又は、再開）させるか、停止又は運転持続させるか、の何れかを選択することとなる。

処理Ｓ１１１で庫内温度Ｔｆがカットオン温度Ｔｔｈ−ｆ１より高いと判定された場合、図示の如く、何れかの回転数にて、コンプレッサモータの運転を開始させる。このように、コンプレッサモータを運転開始させる条件は冷凍室の庫内温度にのみによって規定されている為、冷凍室では、庫内温度がカットオン温度まで上昇すれば即座に冷却が開始され、冷凍貯蔵物の品質が保たれる。また、かかる特徴を具備した上で、本実施の形態にあっては、以下のような処理が実施される。処理Ｓ１１１で庫内温度Ｔｆがカットオン温度Ｔｔｈ−ｆ１より高いと判定された場合、冷蔵室の庫内温度Ｔｒについて温度判定処理（第２の温度判定処理）が実施される（Ｓ１１２）。処理Ｓ１１２では、庫内温度Ｔｒに対して回転数切換温度Ｔｔｈ−ｒ１（第２の閾値温度）が設定されており、庫内温度Ｔｒが回転数切換温度Ｔｔｈ−ｒ１を上回っているか否かを判定する。かかる処理Ｓ１１２は、冷蔵室１２０での運転サイクルが好適に制御されるよう、冷蔵室１２０の温度状況を監視している。

そして、庫内温度Ｔｒが回転数切換温度Ｔｔｈ−ｒ１を下回っている旨の判定結果を得た場合、十分な冷却速度を維持している為、コンプレッサモータの回転数を１５００（ｒｐｍ／低速回転）に設定させる（Ｓ１１３）。一方、庫内温度Ｔｒが回転数切換温度Ｔｔｈ−ｒ１を上回っている旨の判定結果を得た場合、冷却能力の不足が判明した為、コンプレッサモータの回転数を１８００（ｒｐｍ）に設定させる（Ｓ１１４）。尚、これらの処理Ｓ１１３，Ｓ１１４は、特許請求の範囲におけるモータ運転処理に属する。また、処理Ｓ１１４で設定される回転数は、「特許請求の範囲における第１の回転数」に相当し、処理Ｓ１１３で設定される回転数は、「特許請求の範囲における第２の回転数」に相当する。

上述の如く、本実施の形態に係る制御装置１９は、冷蔵室１２０の庫内温度Ｔｒに基づいてコンプレッサモータの回転数設定が実施される。従って、冷蔵室１２０では、当該冷蔵室の庫内温度Ｔｒに応じて冷却速度が調整され、冷却能力不足に起因する温度上昇を防ぐことが可能となる。また、これらの回転数で運転を再開させる際、コンプレッサモータの運転開始条件は、冷凍庫の庫内温度に委ねられている。このため、冷凍庫では、庫内温度がカットオン温度を上回らないよう制御され、冷凍貯蔵物の品質を保つことができる。

処理Ｓ１１１に戻り、庫内温度Ｔｆがカットオン温度Ｔｔｈ−ｆ１より低いと判定された場合について説明する。この場合、庫内温度Ｔｒに係るもう一つの温度判定処理（第３の温度判定処理）が実施される（Ｓ１１５）。処理Ｓ１１５では、庫内温度Ｔｒに対してカットオフ温度Ｔｔｈ−ｒ２（第３の閾値温度）が設定されており、庫内温度Ｔｒがカットオフ温度Ｔｔｈ−ｒ２を上回っているか否かを判定する。かかる処理Ｓ１１５は、冷蔵室の庫内温度Ｔｒを監視することによって、コンプレッサモータの停止タイミングを定めている。ここで設定されるカットオフ温度Ｔｔｈ−ｒ２は、回転数切換温度Ｔｔｈ−ｒ１よりも低く設定された基準値であって、庫内温度Ｔｒ，Ｔｆが各目標温度を推移できるよう適宜に設定されている。

そして、処理Ｓ１１５で庫内温度Ｔｒがカットオフ温度Ｔｔｈ−ｒ２を下回っているとされた場合、コンプレッサモータを停止させる（Ｓ１１６／モータ停止処理の第１形態）。即ち、処理Ｓ１１１→処理Ｓ１１５→処理Ｓ１１６の一連の処理では、冷凍庫の庫内温度Ｔｆがカットオン温度を下回っている場合、冷蔵室の庫内温度Ｔｒに基づいて、コンプレッサモータの運転を停止させるか否かを判断している。そして、この場面にあっては、冷凍室も冷蔵室も十分に冷却されている為、コンプレッサモータが停止されるのである。

また、以下の場面は、冷凍庫の庫内温度Ｔｆがカットオン温度を下回っている一方、庫内温度Ｔｒがカットオフ温度Ｔｔｈ−ｒ２を上回っている場面である。即ち、処理Ｓ１１１→処理Ｓ１１５→処理Ｓ１１７を経由する場面である。このような場面は、冷凍室の庫内温度が低下していても、冷蔵室の庫内温度が十分冷却されていないことから、コンプレッサモータを運転させておきたい。このため、本実施の形態では、コンプレッサモータの回転数を維持させている（Ｓ１１７／モータ運転処理の第２形態）。

上述の如く、本実施の形態に係る制御装置１９によると、冷凍室及び冷蔵室の庫内温度に基づいてコンプレッサモータを停止する条件が設定されるので、冷凍室又は冷蔵室の何れかが予定温度まで冷却される前に、コンプレッサモータが停止されることは起こらなくなる。このため、制御装置１９を用いた冷凍冷蔵庫では、双方での貯蔵物の品質が好適に保たれる。

一例として、冷凍室の庫内温度がカットオフ温度以下で冷蔵室の庫内温度がカットオン温度以上の場合、制御装置１９では、コンプレッサモータを運転させ続けるので、冷蔵室の庫内温度が低下するのを待って、その後、コンプレッサモータを停止させるという好ましい動作を実現させる。

１１ 冷却機用コンプレッサ， １６ エバポレータ， １７ 庫内ファン， １９ 冷却機用コンプレッサ制御装置， ２１ 冷凍庫内温度計， ２２ 冷蔵庫内温度計， １００ シングル冷却式冷凍冷蔵庫， １１０ 冷凍室， １２０ 冷蔵室， Ｔｆ 冷凍室の庫内温度， Ｔｒ 冷蔵室の庫内温度， Ｔｔｈ−ｆ１ 第１の閾値温度， Ｔｔｈ−ｒ１ 第２の閾値温度， Ｔｔｈ−ｒ２ 第３の閾値温度， Ｓ１１１ 第１の温度判定処理， Ｓ１１２ 第２の温度判定処理， Ｓ１１５ 第３の温度判定処理。

Claims (4)

1. コンプレッサモータの回転数を規定する出力信号を生成し、ヒステリシス変動に伴う庫内温度の運転サイクルを制御させるシングル冷却式冷凍冷蔵庫用の冷却機用コンプレッサ制御装置において、
   冷凍室の庫内温度が冷凍室用カットオン温度を上回っているか否かを判定する第１の温度判定処理と、
   前記冷凍室の庫内温度が前記冷凍室用カットオン温度を上回っている場合、前記コンプレッサモータの運転を開始させるモータ運転処理と、
   前記冷凍室の庫内温度が前記冷凍室用カットオン温度を下回っている場合、冷蔵室の庫内温度に基づいて前記コンプレッサモータの運転を停止させるモータ停止処理と、
   を機能させることを特徴とする冷却機用コンプレッサ制御装置。
2. 前記モータ運転処理は、
   前記冷蔵室の庫内温度が回転数切換温度を上回っている場合、前記コンプレッサモータの回転数を第１の回転数で運転開始させ、且つ、前記冷蔵室の庫内温度が前記回転数切換温度を下回っている場合、前記コンプレッサモータの回転数を前記第１の回転数よりも低い第２の回転数で運転開始させる、ことを特徴とする請求項１に記載の冷却機用コンプレッサ制御装置。
3. 前記モータ停止処理は、
   前記冷凍室の庫内温度が前記冷凍室用カットオン温度を下回っている場合、前記冷蔵室の庫内温度が冷蔵用カットオフ温度を下回っているか否かを判定する第３の温度判定処理を実行させ、
   前記冷蔵室の庫内温度が前記冷蔵用カットオフ温度を下回っているとする前記第３の温度判定処理での結果が得られた場合、前記コンプレッサモータを停止させることを特徴とする請求項１に記載の冷却機用コンプレッサ制御装置。
4. 前記モータ停止処理は、更に、
   前記冷蔵室の庫内温度が前記冷蔵用カットオフ温度を上回っているとする前記第３の温度判定処理での結果が得られた場合、前記コンプレッサモータの運転を維持させることを特徴とする請求項３に記載の冷却機用コンプレッサ制御装置。

Images