JP2015010815A

JP2015010815A - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP2015010815A
Application number: JP2013139011A
Authority: JP
Inventors: 悠二東中; Yuji Higashinaka; 勝久天生; Katsuhisa Tensho
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2015-01-19

Abstract

【課題】適切な条件下で同時冷却を行うことで、庫内の冷却時間を減少させるとともに、消費電力量を低減した冷蔵庫を提供すること。【解決手段】本実施形態の冷蔵庫は、冷蔵温度帯の貯蔵室を冷却する冷蔵用冷却器と、冷凍温度帯の貯蔵室を冷却する冷凍用冷却器と、庫外温度を測定する外気温センサと、冷蔵用冷却器と冷凍用冷却器のどちらか一方にのみ冷媒を送る制御と、これらの両冷却器に同時に冷媒を送る制御とが可能な冷媒流量調節手段と、冷媒流量調節手段を制御する冷媒制御部とを備え、冷媒制御部は、外気温センサで測定した外気温が所定温度以下の場合に、冷蔵用冷却器と冷凍用冷却器との両冷却器に同時に冷媒を流すように冷媒流量調節手段の制御を行う。【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、冷蔵庫に関する。

冷蔵用冷却器と冷凍用冷却器の二つの冷却器と冷媒流路の切換えを行う三方弁を備えた冷蔵庫において、冷却方式の一つとして冷蔵用冷却器と冷凍用冷却器の二つの冷却器に同時に冷媒を流して、冷蔵室と冷凍室を同時に冷却する同時冷却が行われている（例えば、特許文献１参照）。

これは、三方弁の制御により、冷蔵用冷却器のみに冷媒を流す場合と、冷凍用冷却器のみに冷媒を流す場合のほかに、冷蔵用冷却器と冷凍用冷却器の両方に同時に冷媒を流す制御を行うものであるが、例えば冷蔵用冷却器のみに冷媒を流す制御を行った後に、同時冷却を行った場合においては、冷凍用冷却器の圧力は冷蔵用冷却器の圧力に比べて低い圧力であるため、冷凍用冷却器に送られた冷媒が蒸発した後、その冷媒は逆止弁よりも先の圧力の高い冷媒配管に送られず、冷凍用冷却器内で冷媒が蒸発を続けることで圧力が上昇し、結果として蒸発温度が上昇する。また、同時冷却により冷凍用冷却器にも冷媒を流すことになるので、冷媒の流れる経路が交互冷却において冷蔵用冷却器を運転する場合に比べて増加した分、冷蔵用キャピラリーチューブの冷媒入口側の圧力が低下し、結果として冷蔵用キャピラリチューブの冷媒出口側の圧力も低下するため、冷蔵用冷却器の蒸発温度は低下する。

同時冷却の実施により、両冷却器におけるこれらの蒸発温度の変化により、冷蔵用冷却器の蒸発温度は冷蔵室の冷却を行うには低く、冷凍用冷却器の蒸発温度は冷凍室の冷却を行うには高い蒸発温度となるため、外気温が高い場合あるいは冷凍温度帯の目標冷却温度が低い場合など、冷凍温度帯の冷却に高い冷却能力が必要となる場合に十分な冷却能力が得られず、また同時冷却を行うことで通常の冷却方式である交互冷却に比べて冷却に要する時間が長くなり、消費電力量が増加する場合があった。

特開２００５−２１４５０５号公報

本発明は上記の問題を考慮してなされたものであり、適切な条件下で同時冷却を行うことで、庫内の冷却時間を減少させるとともに、消費電力量を低減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に、本実施形態の冷蔵庫は、冷蔵温度帯の貯蔵室を冷却する冷蔵用冷却器と、冷凍温度帯の貯蔵室を冷却する冷凍用冷却器と、庫外温度を測定する外気温センサと、冷蔵用冷却器と冷凍用冷却器のどちらか一方にのみ冷媒を送る制御と、これらの両冷却器に同時に冷媒を送る制御とが可能な冷媒流量調節手段と、冷媒流量調節手段を制御する冷媒制御部とを備え、冷媒制御部は、外気温センサで測定した外気温が所定温度以下の場合に、冷蔵用冷却器と冷凍用冷却器との両冷却器に同時に冷媒を流すように冷媒流量調節手段の制御を行う。

本発明の第一実施形態の冷蔵庫全体の概略構成を示す縦断面図である。図１の冷蔵庫における冷凍サイクルを示す模式図である。三方弁の平面図である。図１の冷蔵庫における制御装置のブロック図である。外気温に基づく冷媒制御におけるフローチャート図である。図５に示す冷媒制御におけるタイミングチャート図である。本発明の第二実施形態の冷媒制御におけるフローチャート図である。図７に示す冷媒制御におけるタイミングチャート図である。本発明の第三実施形態の冷媒制御におけるフローチャート図である。図９に示す冷媒制御におけるタイミングチャート図である。

（第一実施形態）
以下、第一実施形態を図面に基づき説明する。冷蔵庫の概略的な全体構成である図１に示すように、冷蔵庫本体１は鋼板製の外箱２ａと合成樹脂製の内箱２ｂとの間隙にウレタンフォームなどの断熱材２ｃを発泡充填することで、前面を開口し内部を貯蔵空間とした縦長の断熱箱体２を形成しており、貯蔵空間を上方の冷蔵貯蔵空間と下方の冷凍貯蔵空間に断熱区画している。

単一の内箱２ｂで形成された冷蔵貯蔵空間には、複数の載置棚を設けた冷蔵室３と貯蔵容器である下部ケースと上部ケースを備えた野菜室４とを隣接状態で上下に区分配置している。

野菜室４の下方には断熱壁を介して、自動製氷装置と貯氷箱を設けた製氷室５と、図示しない小冷凍室とを左右に併置するとともに、最下段には、貯蔵容器である下部ケースと上部ケースを備えた主冷凍室６を配置して−１８〜−２０℃に冷却する冷凍貯蔵空間としている。

各貯蔵室の前面開口部は、独立した断熱扉で閉塞されており、冷蔵室３の前面開口部は、左右両側の上下部に設けたヒンジにより回動自在に支承された観音開き式の扉３ａが設けられている。野菜室４および製氷室５と小冷凍室、主冷凍室６は、それぞれの貯蔵容器を扉４ａ、５ａ、６ａに連結保持し、貯蔵室内に設けたレール機構により引き出し式で閉塞されている。また、冷蔵室扉３ａの前面中央には外気温を測定する外気温センサ７が設置される。

冷蔵室３と野菜室４とに跨る冷蔵貯蔵空間の背部には、冷蔵用冷却器８と冷蔵用送風機９が配設されるとともに、冷気ダクト１０と冷却器カバー１１と送風機カバー１２によって貯蔵室内と区画されている。また、製氷室５や小冷凍室および主冷凍室６の背面にわたっては、冷凍用冷却器１３と冷凍用送風機１４が配設され、カバー体１５によって貯蔵室内と区画されている。

冷蔵用冷却器８の除霜は、冷蔵用冷却器８への冷媒の流入を停止させた状態で、冷蔵用送風機９を運転することで、冷蔵室３並びに野菜室４の０℃以上の温度の空気を循環させ、冷蔵用冷却器８を加温させて行う。

冷凍用冷却器１３の下方には、除霜ヒータ１６と除霜水を受ける図示しない排水樋が配設される。冷凍用冷却器１３の除霜は、除霜ヒータ１６による輻射熱で冷凍用冷却器１３を加熱することで行う。この時、融解した除霜水は排水樋により、外部に排出される。

断熱箱体２の背面下部の外側には内方に凹陥する機械室１７を形成し、冷凍サイクルの一環をなす圧縮機１８や凝縮器１９、放熱ファン、除霜水を蒸発させる蒸発皿２０を配設している。

また機械室１７の上部には、冷蔵庫の運転を制御するマイコンなどを実装した制御装置２１を設置している。

制御装置２１には、冷蔵室３、野菜室４、主冷凍室６の各室内に設けた庫内温度センサ２２、２３、２４からの検出信号と、冷蔵室３や主冷凍室６の扉開閉を検出する各検出スイッチからの検出信号が入力される。また、冷蔵室３の扉前面に設置した図示しない操作パネルへの使用者の操作による冷却モードの切換えなどの信号が入力され、事前に備えた制御プログラムに基づき、圧縮機１８の駆動や三方弁２５による冷凍サイクルの冷媒切換え、冷蔵用送風機９、冷凍用送風機１４の制御や、操作パネル部の表示などを行う。

次に、冷凍サイクルについて説明する。冷凍サイクルの模式図である図２に示すように、圧縮機１８を起動することで冷媒が圧縮され、高温高圧となったガス冷媒は凝縮器１９に送られ、その熱を放出させながら冷却される。温度の低下したガス冷媒は機械室１７に位置する三方弁（冷媒流量調節手段）２５に導かれ、制御装置２１の指令に基づき、この三方弁２５によって冷蔵用キャピラリチューブ２６と冷凍用キャピラリチューブ２７のどちらか、あるいは双方に冷媒流路を切り換える。キャピラリチューブを通過することで減圧され、液状となった冷媒は冷蔵庫奥面に配される冷蔵用冷却器８と冷凍用冷却器１３へと向かい、それぞれの冷却器で気化し、気化熱によって冷蔵用と冷凍用の冷却器８、１３を低温化し、冷気を生成して冷蔵用送風機９あるいは冷凍用送風機１４により各冷却室を冷却する。熱交換により気化した冷媒は、その後、冷蔵用と冷凍用キャピラリチューブ２６、２７と熱交換しながら、サクションパイプ２８を通って再び圧縮機１８に吸入され、一連の冷凍サイクルが繰り返される。なお、冷凍用冷却器１３の出口側の配管には逆止弁２９が接続され、冷蔵用冷却器８で気化したガス冷媒が、冷蔵用冷却器８に比べて圧力の低い冷凍用冷却器１３内に逆流することを防止している。

通常の冷凍サイクルとしては、冷蔵用と冷凍用の冷却器８、１３のどちらか一方に冷媒を送り、冷蔵温度帯と冷凍温度帯の貯蔵室を片方ずつ順番に冷却する交互冷却（通常冷却）を行うが、後述する特定の条件下においては、冷蔵用と冷凍用の冷却器８、１３の両方に同時に冷媒を送り、冷蔵温度帯と冷凍温度帯の貯蔵室を同時に冷却する同時冷却を行う。

冷凍サイクルに用いる三方弁２５について図３に基づき説明する。三方弁２５は、弁ケース３１の底部に設けられた弁座３２と、この弁座３２の上部に配置される弁体３３とを有している。

弁座３２には、冷蔵用冷却器８側へ冷媒が流れ出る冷蔵用出口（Ｒ出口）３２Ｒと、冷凍用冷却器１３側へ冷媒が流れ出る冷凍用出口（Ｆ出口）３２Ｆと、凝縮器１９から入口配管を介して冷媒が流れ込む流入口３４とが形成されている。

弁体３３は、弁座３２に形成されたＲ出口３２Ｒ及びＦ出口３２Ｆを覆うように弁座３２の上部に配置され、パルス制御されるステッピングモータ（不図示）によって角度制御可能に回動される。また、弁体３３には、冷蔵用溝（Ｒ溝）３３Ｒ及び冷凍用溝（Ｆ溝）３３Ｆが、互いに回転軸３３ａからの距離を相違させ、かつ、周方向の位置をずらして肉厚段部３３ｂの下面に形成されている。

ステッピングモータによって弁体３３が、所定方向（本実施例では図３における矢印Ｋで示す時計回りの方向）へ所定角度回動することで、Ｒ溝３３Ｒ及びＲ出口３２Ｒ、または、Ｆ溝３３Ｆ及びＦ出口３２Ｆが上下に重なり連通したり、いずれのＦ溝３３Ｆ，Ｒ溝３３ＲもＦ出口３２Ｆ，Ｒ出口３２Ｒに重なり合わずＦ出口３２Ｒ，Ｆ出口３２Ｆが弁体３３によって閉鎖されたりする。

Ｒ溝３３ＲとＲ出口３２Ｒとが連通すると、流入口３４から弁ケース３１内に流入した冷媒が、肉厚段部３３ｂの開放端縁からＲ溝３３Ｒの内に進入し、Ｒ出口３２Ｒから流出してＲ出口配管を介して冷蔵用キャピラリーチューブ２６及び冷蔵用冷却器８に導入される。

Ｆ溝３３ＦとＦ出口３２Ｆとが連通すると、流入口３４から弁ケース３１内に流入した冷媒が、肉厚段部３３ｂの開放端縁からＦ溝３３Ｆの内に進入し、Ｆ出口３２Ｆから流出して出口配管を介して冷凍用キャピラリーチューブ２７及び冷凍用冷却器１３に導入される。

Ｆ出口３２Ｆ，Ｒ出口３２Ｒが弁体３３の肉厚段部３３ｂによって閉鎖されると冷凍用冷却器１３、冷蔵用冷却器８への冷媒供給を遮断される。

さらに、Ｒ溝３３Ｒは、回転方向の前端から後端に向かうにしたがって断面積が漸次拡大するように形成されており、ステッピングモータによって弁体３３の回動角度を制御することで、Ｒ溝３３ＲとＲ出口３２Ｒとが重なり合う面積を変更できる。これにより、Ｒ出口３２Ｒの開度を調整して冷蔵用冷却器８に供給する冷媒流量を、全閉から全開まで絞り調整できる。

また、Ｆ溝３３Ｆについても、Ｒ溝３３Ｒと同様、回転方向の前端から後端に向かうにしたがって断面積が漸次拡大するように形成されており、ステッピングモータによって弁体３３の回動角度を制御することで、Ｆ出口３２Ｆの開度を調整して冷凍用冷却器１３に供給する冷媒流量を、全閉から全開まで絞り調整できる。

上述したように、三方弁２５には冷媒流量を調節するための絞り機構が備えられ、庫外温度である外気温が所定温度以下であるなど、冷凍サイクルの負荷が小さくなり、冷却器内の冷媒量が過剰気味になる場合には、冷媒の流路を絞って小さくすることで冷媒流量を減少させる制御を行う。それとは逆に、外気温が所定温度よりも高い場合など、冷凍サイクルの負荷が大きくなり、冷却器内の冷媒量が不足気味になる場合には、冷媒の流路を大きくすることで冷媒流量を増加させる制御を行うことで、外気温に応じた最適な冷媒流量に調整する。なお、外気温が所定温度以下であっても、凝縮器１９に液化冷媒が滞留してしまい、冷凍サイクル中の冷媒量が不足する場合には、三方弁２５を絞らず、冷媒流量を減少させないように制御する。

次に、冷凍サイクルの冷却運転における制御機構について説明する。図４は、冷凍サイクルの運転制御機構のブロック図であって、制御装置２１には各庫内の庫内温度センサ２２、２３、２４と外気温センサ７が接続され、各検出信号が送られるとともに、制御対象である圧縮機１８と冷蔵用と冷凍用の送風機９、１４及び三方弁２５が接続されており、制御装置２１は、圧縮機１８及び冷蔵用と冷凍用の送風機９、１４の運転制御を行う運転制御部４０と、外気温の情報から冷媒流量調節手段である三方弁２５の制御を行う冷媒制御部４１とを備えている。

運転制御部４０による圧縮機１８及び冷蔵用と冷凍用の送風機９、１４の制御について説明する。冷蔵室３の庫内温度が設定された動作温度幅の上限であるオン点に達すると、圧縮機１８を駆動し、三方弁２５の弁体３３を所定角度回動させてＲ溝３３ＲとＲ出口３２Ｒとを連通させるとともに、Ｆ出口３２Ｆを閉鎖することで、冷蔵用冷却器８のみに冷媒を供給する。こうして冷蔵用冷却器８によって冷気を生成し、この冷気を冷蔵用送風機９の送風作用により冷蔵室３へ送風することで冷蔵室３内を冷却し、冷蔵室３の庫内温度が動作温度幅の下限であるオフ点に達すると圧縮機１８と冷蔵用送風機９の運転を停止するとともに、三方弁２５の弁体３３を回動してＲ出口３２Ｒを閉鎖する。

同様に、主冷凍室６の庫内温度が設定された動作温度幅の上限であるオン点に達すると、圧縮機１８を駆動し、三方弁２５のＦ溝３３ＦとＦ出口３２Ｆとを連通させるとともに、Ｒ出口３２Ｒを閉鎖することで、冷凍用冷却器１３のみに冷媒を供給する。こうして冷凍用冷却器１３によって冷気を生成し、この冷気を冷凍用送風機１４の送風作用により冷凍温度帯の各貯蔵室に送風することで主冷凍室６内を冷却し、主冷凍室６の庫内温度が動作温度幅の下限であるオフ点に達すると圧縮機１８と冷凍用送風機１４の運転を停止するとともに、三方弁２５の弁体３３を回動してＦ出口３２Ｆを閉鎖する。

このように、運転制御部４０は、冷蔵室３と主冷凍室６の庫内温度が設定された動作温度幅内におさまるように、圧縮機１８と冷蔵用と冷凍用の送風機９、１４を運転し、各貯蔵室の庫内温度を目標とする温度範囲内に保持するように運転制御する。

次に、冷蔵温度帯と冷凍温度帯の冷却を同時に行う同時冷却の場合の運転制御部４０による制御を説明する。

冷蔵室３あるいは主冷凍室６の庫内温度のいずれかが、設定された動作温度幅の上限であるオン点に達すると、圧縮機１８を駆動し、三方弁２５の弁体３３を回動してＲ溝３３ＲとＲ出口３２Ｒ、及びＦ溝３３ＦとＦ出口３２Ｆとを連通させることで、冷蔵用冷却器８と冷凍用冷却器１３の双方に冷媒を供給する。こうして冷蔵用と冷凍用の両冷却器８、１３によって冷気を生成し、この冷気を冷蔵用と冷凍用の両送風機９、１４の送風作用により冷蔵温度帯と冷凍温度帯の各貯蔵室に送風することで庫内を冷却し、冷蔵室３と主冷凍室６の庫内温度が動作温度幅の下限であるオフ点に達すると圧縮機１８と両送風機９、１４の運転を停止し、それまで開いていた三方弁２５のＲ出口３２Ｒ及びＦ出口３２Ｆを閉鎖する。

なお、同時冷却への移行に伴い、冷蔵用冷却器８の蒸発温度は低下し、冷凍用冷却器１３の蒸発温度は上昇することとなる。これは、双方の冷却器８、１３に冷媒を流すため、各キャピラリチューブ２６、２７を流れる冷媒の流量が、それぞれの冷却器８、１３を単独で使用する場合に比べて少なくなるが、冷蔵用冷却器８に比べて冷凍用冷却器１３の圧力が低い状態では、冷凍用冷却器内の冷媒が逆止弁２９から先の圧力の高い配管へは向かわず、冷凍用冷却器１３内に留まることで、冷凍用冷却器１３の圧力を上昇させ、結果として、冷蔵用冷却器８と冷凍用冷却器１３の圧力が等しい状態で安定となり、冷凍用冷却器１３内の冷媒が逆止弁２９を通って圧縮機１８へと戻され、冷凍サイクル内を冷媒が循環する。この安定時の圧力は、各冷却器８、１３を単独で運転した場合の中間の圧力となるため、蒸発温度も各冷却器８、１３を単独で運転した場合のそれぞれの蒸発温度の中間のほぼ同一の温度で安定することになる。

このため、例えば、冷蔵用冷却器８の蒸発温度が通常冷却時に比べて過剰に低く、冷蔵温度帯の貯蔵室が冷えすぎてしまう場合には、冷蔵用送風機９の回転数を低くすることで冷蔵室３への送風作用を低下させ、冷やしすぎを防止する。逆に、冷凍用冷却器１３の蒸発温度が高く、冷凍温度帯の貯蔵室が冷えにくい場合には、冷凍用送風機１４の回転数を高くすることで、冷凍温度帯の貯蔵室の冷却能力を高める。

外気温に基づく冷媒制御におけるフローチャート図である図５及びそのタイミングチャート図である図６を用いて、冷蔵室３の目標温度が４℃、主冷凍室６の目標温度が−１８℃である場合を例に、冷媒制御部による三方弁２５の制御を説明する。

庫内温度センサ２２により測定した冷蔵室３内の温度情報から、冷蔵室３の冷却が必要と判断された場合、蒸発温度を−５℃に設定した冷蔵用冷却器８のみに冷媒を送り、通常冷却により冷蔵室３内の冷却を開始する。その後、外気温センサ７により外気温を測定し、外気温が所定温度（例えば１５℃）より高い場合には、冷蔵用冷却器８のみに冷媒を送り続け、通常冷却による冷蔵室３内の冷却を継続する。一方、外気温が所定温度である１５℃以下である場合には、冷蔵用冷却器８と冷凍用冷却器１３の両冷却器に冷媒を供給し、冷蔵温度帯である冷蔵室３のみならず、冷凍温度帯の貯蔵室も同時に冷却する。この場合、通常は蒸発温度を−５℃に設定している冷蔵用冷却器８と、−３０℃に設定している冷凍用冷却器１３の両方に同時に冷媒を供給するため、両冷却器の蒸発温度は冷凍用冷却器１３の蒸発温度よりも高く、冷蔵用冷却器８よりも低い温度であり、且つ主冷凍室６の目標温度である−１８℃よりも低い温度である−２３℃程度で安定となる。なお、同時冷却に伴い、三方弁２５を全開にしたことで、主冷凍室６の目標温度である−１８℃以下の温度である−２３℃程度の蒸発温度になる場合には問題ないが、−２３℃程度まで蒸発温度が下がらない場合には、三方弁２５の絞り機構を利用して冷凍サイクル中の冷媒量を減少させることで、蒸発温度を低下させ、少なくとも冷凍温度帯の貯蔵室の目標温度を下回る温度にする。

庫内の冷却運転中には、所定時間が経過するごとに外気温センサ７により外気温を測定し、所定温度である１５℃以下の状態であれば、同時冷却を行う。その逆に、外気温が１５℃よりも高い場合には、同時冷却を行わず、通常の冷却方式である交互冷却を行うように、冷媒制御部４１により三方弁２５を制御して、冷蔵用冷却器８を−５℃の蒸発温度で運転する。冷凍温度帯の冷却を行う場合にも、同様に外気温センサ７で測定した外気温に基づいて、同時冷却を行うか、通常冷却を行うかを判断する。

上記構成により、外気温が所定温度以下の場合に同時冷却を行うように制御することで、冷凍用冷却器１３の蒸発温度が通常冷却時よりも高くなってしまう同時冷却であっても、外気温が低いため冷凍サイクルの負荷が小さく、冷凍温度帯の貯蔵室を十分に冷却することができる。すなわち、同時冷却時の冷凍用冷却器１３は、通常冷却時に比べて蒸発温度が高く、冷却能力が低い状態となるが、冷凍サイクルの負荷が小さければたとえ低い冷却能力である同時冷却であっても、通常冷却時に比べて遜色ない運転時間で目標温度まで冷却することが可能である。それとともに、冷蔵用冷却器８と冷凍用冷却器１３に同時に冷媒を供給して庫内を冷却するため、冷却が必要な貯蔵室以外の貯蔵室の温度を低く保つことで、貯蔵室内の温度が動作温度幅の上限であるオン点以上になる状況を少なくすることができる。その結果、交互冷却に比べて圧縮機１８を運転する時間を短縮できるため、消費電力量を低減できる。

また、外気温が高い場合には外部からの熱の流入などにより冷凍サイクルの負荷が大きくなり、冷凍用冷却器１３の蒸発温度が高い場合には十分な冷却能力が得られず、主冷凍室６内の温度がなかなか下がらないことになる。この場合、主冷凍室６を目標温度まで冷却するために圧縮機１８を運転し続けることになってしまい、結果として圧縮機１８の運転時間が長くなり、同時冷却を行うことで消費電力量が増加してしまう場合があったが、外気温が所定温度以上の場合には同時冷却を行わないように制御するため、消費電力量を無用に増加させることを防止できる。

冷媒制御部４１は、冷却運転中に所定時間が経過するごとに測定した外気温から、同時冷却を行うか、通常冷却を行うかを判断して冷媒流量調節手段である三方弁２５を制御するので、時間経過により外気温が変化した場合であっても、変化した外気温に応じて、同時冷却と通常冷却のうち適切な運転方式で運転できる。

また、外気温が低い場合には、三方弁２５の絞り機構を制御することにより、冷媒の流路を絞って小さくすることで冷媒流量を減少させ、外気温が高い場合には、冷媒の流路を大きくすることで冷媒流量を増加させる。これにより、外気温に応じて冷媒流量を最適に制御できるため、冷媒の不足や過剰な冷媒量による圧縮機１８への液バックを防止し、冷凍サイクルの効率を最適化することができる。

なお、上述した同時冷却の可否の基準となる外気温はあくまで一例であり、庫内の冷却目標温度、冷凍サイクルの性能などによって、同時冷却と交互冷却での消費電力量は変化するため、同時冷却の可否の基準となる外気温の値は、個別の製品や使用態様に応じて適宜変更が必要である。

（第二実施形態）
第一実施形態と異なる点は、外気温が所定温度以下かどうかによって、同時冷却を行うか否かを判断するのではなく、外気温と庫内温度の温度差であるΔＴが所定値以下かどうかによって、同時冷却を行うか否かを判断する点にある。ここで、ΔＴは外気温センサ７によって測定した外気温から庫内温度センサ２２で測定した冷蔵室３内の庫内温度を引いた値である。

ΔＴに基づく冷媒制御におけるフローチャート図である図７及びそのタイミングチャート図である図８を用いて、冷蔵室３の目標温度が４℃、主冷凍室６の目標温度が−１８℃である場合を例に、冷蔵室３内を冷却する流れを説明する。

庫内温度センサ２２により測定した冷蔵室３内の温度情報から、冷蔵室３の冷却が必要と判断された場合、蒸発温度を−５℃に設定した冷蔵用冷却器８のみに冷媒を送り、冷蔵用冷却器８の通常冷却により冷蔵室３内の冷却を開始する。その後、外気温センサ７により外気温を測定するとともに、庫内温度センサ２２により冷蔵室３内の温度を測定して、外気温と庫内温度との温度差であるΔＴを算出する。このΔＴが所定値（例えば１１℃）よりも大きい場合には、冷蔵用冷却器８のみに冷媒を送り続け、通常冷却による冷蔵室３内の冷却を継続する。一方、ΔＴが所定値である１１℃以下の値である場合には、冷蔵用冷却器８と冷凍用冷却器１３の両冷却器に冷媒を供給し、冷蔵温度帯である冷蔵室３のみならず、冷凍温度帯の貯蔵室も冷却する。この場合、第一実施形態と同様、通常は蒸発温度を−５℃に設定している冷蔵用冷却器８と、−３０℃に設定している冷凍用冷却器１３の双方に同時に冷媒を供給し、両冷却器の蒸発温度は冷凍用冷却器１３の蒸発温度よりも高く、冷蔵用冷却器８よりも低い蒸発温度であり、且つ、主冷凍室６の目標温度である−１８℃よりも低い−２３℃程度で安定となる。

タイミングチャートである図８に示すように、外気温の低下によりΔＴが１１℃以下となった時からΔＴが１１℃以下であり続ける間は同時冷却で運転を続ける。なお、外気温の低下のみならず、庫内温度の上昇によってΔＴが１１℃以下になる場合にも同時冷却を行う。それとは逆に、外気温の上昇や庫内温度の低下によりΔＴが１１℃よりも高い場合には同時冷却を行わず、交互冷却により庫内を冷却する。

庫内の冷却運転中には所定時間が経過するごとに、外気温と庫内温度を測定するとともにΔＴを算出し、ΔＴが所定値である１１℃以下の状態であれば、同時冷却を行う。その逆に、ΔＴが１１℃よりも大きい場合には、同時冷却を行わず、通常の冷却方式である交互冷却を行うように、冷媒制御部４１により三方弁２５を制御して、冷蔵用冷却器８を−５℃の蒸発温度で運転する。冷凍温度帯の冷却を行う場合も同様に、外気温と庫内温度の温度差であるΔＴに基づいて、同時冷却を行うか、交互冷却を行うかを判断する。

上記構成により、外気温と庫内温度の温度差ΔＴが所定値以下の場合に、冷蔵温度帯と冷凍温度帯の両温度帯を冷却する同時冷却を行うように制御することで、冷凍用冷却器１３の蒸発温度を通常よりも高く設定されてしまう同時冷却であっても、外気温と庫内温度との温度差が小さい、すなわち冷凍サイクルの負荷が小さいため、冷凍温度帯の貯蔵室を十分に冷却することができるとともに、冷蔵用冷却器８と冷凍用冷却器１３を同時に冷却して、短時間で冷蔵温度帯と冷凍温度帯の両温度帯の貯蔵室を冷却することができ、通常の交互運転に比し圧縮機１８を運転する時間を短縮できるため、消費電力量を低減できる。

また、ΔＴが所定値よりも大きい場合には、貯蔵室を所定温度まで冷却するのに、より大きな冷却力を必要とするため、冷凍サイクルの負荷が大きくなるが、同時冷却を行うと冷凍用冷却器１３の蒸発温度が交互冷却に比べて高くなるので十分な冷却能力が得られず、圧縮機１８を長時間運転することになり、かえって消費電力量が増加してしまう場合があったが、ΔＴが所定値よりも大きい場合には同時冷却を行わないように制御するため、消費電力量を無用に増加させることを防止できる。

外気温と庫内温度の温度差から同時冷却の可否を判断するため、冷蔵庫の庫内温度を高めに設定した場合や低めに設定した場合など、実際の運転態様に応じて交互冷却と同時冷却のうち、より適した冷却運転の方式を選択して運転できる。

冷媒制御部４１は、冷却運転中に所定時間経過ごとに測定した外気温と庫内温度から算出した温度差ΔＴから、同時冷却を行うか、通常冷却を行うかを判断して冷媒流量調節手段２５を制御するので、時間経過によりΔＴが変化した場合であっても、変化したΔＴに応じて、同時冷却と通常冷却のうち適切な運転方式で運転できる。

上述した同時冷却の可否の基準となるΔＴの所定値はあくまで一例であり、庫内の冷却目標温度、冷凍サイクルの性能などによって、交互冷却と同時冷却での消費電力量は変化するため、同時冷却の可否の基準となる外気温と庫内温度の温度差の所定値は、個別の製品や使用態様に応じて適宜変更が必要である。

変形例としては、庫内温度の基準に使用する庫内温度センサは冷蔵室３内の庫内温度センサ２２に限られず、野菜室４内あるいは、主冷凍室６内に配した庫内温度センサ２３、２４を用いる、あるいは複数の庫内温度センサを用いてもよい。

各貯蔵室に対応する庫内温度センサを使用することで、例えば主冷凍室６に比較的温度の高い貯蔵品を収納したことで、庫内温度が上昇した場合などに、主冷凍室６を冷却する必要が生じるが、この場合には冷却対象である主冷凍室６に備えた庫内温度センサ２４を用いて温度差ΔＴを算出し、冷凍サイクルの運転制御を行うことで、冷蔵室３内の庫内温度センサ２２を用いた場合よりも、精度よく同時冷却の可否判断を行い、適切な運転方式を選択することができる。

なお、野菜室４あるいは主冷凍室６の庫内温度を用いて温度差ΔＴを算出し、同時冷却の可否判断を行う場合には、冷蔵室３の庫内温度と外気温との温度差の所定値とは値が異なるので、各貯蔵室の目標温度に応じた所定値を設定する必要がある。

（第三実施形態）
上述した実施形態と異なる点は、同時冷却を行うか否かの判断を、外気温と庫内温度の温度差であるΔＴと外気温の２つの情報から判断する点にある。

外気温とΔＴの二つの情報に基づく冷媒制御におけるフローチャート図である図９、及びそのタイミングチャート図である図１０を用いて、冷蔵室３の目標温度が４℃、主冷凍室６の目標温度が−１８℃である場合を例に、冷蔵室３内を冷却する流れを説明する。

庫内温度センサ２２により測定した冷蔵室３内の温度情報から、冷蔵室３の冷却が必要と判断された場合、蒸発温度を−５℃に設定した冷蔵用冷却器８のみに冷媒を送り、通常冷却により冷蔵室３内の冷却を開始する。その後、外気温センサ７により外気温を測定し、外気温が所定温度（例えば１５℃）より高い場合には、冷蔵用冷却器８のみに冷媒を送り続け、通常の交互冷却による冷蔵室３内の冷却を継続する。

一方、外気温が所定温度である１５℃以下に低下した場合には、外気温と庫内温度の温度差であるΔＴを算出する。このΔＴが所定値（例えば１１℃）よりも大きい場合には、冷蔵用冷却器８のみに冷媒を送り続け、通常の交互冷却による冷蔵室３内の冷却を継続する。それに対して、ΔＴが所定値である１１℃以下の値である場合には、三方弁２５の流路を切り替えて冷蔵用冷却器８と冷凍用冷却器１３の両冷却器に冷媒を供給し、冷蔵温度帯である冷蔵室３のみならず、冷凍温度帯の貯蔵室も冷却する。すなわち、外気温が所定温度以下であり、且つ、外気温と庫内温度との温度差ΔＴが所定値以下の場合にのみ同時冷却を行い、それ以外の場合には同時冷却を行わず、通常冷却により庫内を冷却する。

同時冷却を行う場合、第一実施形態と同様、通常は蒸発温度を−５℃に設定している冷蔵用冷却器８と、−３０℃に設定している冷凍用冷却器１３の両方に同時に冷媒を供給するため、両冷却器の蒸発温度を冷凍用冷却器１３の蒸発温度よりも高く、冷蔵用冷却器８よりも低い温度である−２３℃程度で安定となる。

タイミングチャートである図１０に示すように、外気温の低下によりΔＴが１１℃以下となった場合であっても、外気温が１５℃以下でない状態では第二実施形態とは異なり、同時冷却を行わず、交互冷却を行う。なお、外気温が１５℃以下であっても、ΔＴが１１℃以下でない状態では、第一実施形態とは異なり、同時冷却を行わず、交互冷却を行う。

庫内の冷却運転中には所定時間が経過するごとに、外気温と庫内温度を測定するとともにΔＴを算出し、外気温が所定温度である１５℃以下であり、且つ、ΔＴが所定値である１１℃以下の状態であれば、同時冷却を行う。それ以外の場合には、同時冷却は行わず、通常の冷却方式である交互冷却を行うように、冷媒制御部４１により三方弁２５を制御して、冷蔵用冷却器８を−５℃の蒸発温度で運転する。冷凍温度帯の冷却を行う場合も同様に、外気温の情報と外気温と庫内温度の温度差であるΔＴの情報の二つの情報に基づいて、同時冷却を行うか、交互冷却を行うかを判断する。

上記構成により、外気温が所定温度以下であり、且つ、外気温と庫内温度の温度差ΔＴが所定値以下の場合に、冷蔵温度帯と冷凍温度帯の両温度帯を冷却する同時冷却を行うように制御することで、冷凍用冷却器１３の蒸発温度を通常よりも高く設定されてしまう同時冷却であっても、外気温が低く、且つ、外気温と庫内温度との温度差が小さい、すなわち冷凍サイクルの負荷が小さいため、冷凍温度帯の貯蔵室を十分に冷却することができるとともに、冷蔵用冷却器８と冷凍用冷却器１３に同時に冷媒を流して庫内を冷却するため、短時間で冷蔵温度帯と冷凍温度帯の両温度帯の貯蔵室を冷却することができ、圧縮機１８の運転時間を短くできるため、消費電力量を低減できる。

また、外気温が所定温度よりも高い、あるいはΔＴが所定値よりも大きい、すなわち冷凍サイクルの負荷が大きい場合には、冷凍用冷却器１３の蒸発温度を高く設定した場合に庫内の冷却に十分な冷却能力が得られず、同時冷却を行うことでかえって消費電力量が増加してしまう場合があったが、外気温が所定温度よりも高いあるいは、ΔＴが所定値よりも大きい場合には同時冷却を行わないように制御するため、消費電力量を無用に増加させることを防止できる。

外気温の情報と外気温と庫内温度の温度差ΔＴの情報との二つの情報から同時冷却の可否を判断するため、その運転態様に適した冷却運転の方式をより精度よく選択して冷凍サイクルを運転できる。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、外気温センサ７で測定した外気温の情報に基づいて同時冷却の可否を判断し、通常冷却に比べて同時冷却をした方が消費電力量を低減できる場合にのみ同時冷却を行うため、冷蔵庫の消費電力量の低減が実現できる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。外気温センサ７としては、冷蔵室扉３ａに備えたものに限られず、別の位置に備えるか、あるいは機械室１７の温度を測定する機械室温度センサを用いて機械室１７内の温度のような外気温に準ずる温度情報から、外気温の情報を推定してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

３は冷蔵室、４は野菜室、６は主冷凍室、７は外気温センサ、８は冷蔵用冷却器、９は冷蔵用送風機、１３は冷凍用冷却器、１４は冷凍用送風機、１８は圧縮機、１９は凝縮器、２１は制御装置、２２、２３、２４は庫内温度センサ、２５は三方弁（冷媒流量調節手段）、２６は冷蔵用キャピラリチューブ、２７は冷凍用キャピラリチューブ、２９は逆止弁、３１は弁ケース、３２は弁座、３２ＲはＲ出口、３２ＦはＦ出口、３３は弁体、３３ＲはＲ溝、３３ＦはＦ溝、３３ａは回転軸、３３ｂは肉厚段部、３４は流入口、４０は運転制御部、４１は冷媒制御部を示す。

Claims

冷蔵温度帯の貯蔵室を冷却する冷蔵用冷却器と、
冷凍温度帯の貯蔵室を冷却する冷凍用冷却器と、
庫外温度を測定する外気温センサと、
前記冷蔵用冷却器と前記冷凍用冷却器のどちらか一方にのみ冷媒を送る制御と、これらの両冷却器に同時に冷媒を送る制御とが可能な冷媒流量調節手段と、
この冷媒流量調節手段を制御する冷媒制御部とを備え、
この冷媒制御部は、前記外気温センサで測定した庫外温度が所定温度以下の場合に、前記冷蔵用冷却器と前記冷凍用冷却器との両冷却器に同時に冷媒を流すように前記冷媒流量調節手段の制御を行う冷蔵庫。
前記冷媒制御部は、前記外気温センサで測定した庫外温度が前記所定温度よりも高い場合に、前記冷蔵用冷却器と前記冷凍用冷却器との両冷却器に同時に冷媒を流すことのないように前記冷媒流量調節手段の制御を行う請求項１に記載の冷蔵庫。
前記冷媒流量調節手段は、冷却器に送る冷媒の流量を変化させる制御が可能であって、冷媒制御部により庫外温度の低下に応じて前記冷蔵用冷却器と前記冷凍用冷却器とに流す冷媒流量を減少させるように制御を行う請求項１または２に記載の冷蔵庫。
冷蔵温度帯の貯蔵室を冷却する冷蔵用冷却器と、
冷凍温度帯の貯蔵室を冷却する冷凍用冷却器と、
庫外温度を測定する外気温センサと、
庫内温度を測定する庫内温度センサと、
前記冷蔵用冷却器と前記冷凍用冷却器のどちらか一方にのみ冷媒を送る制御と、これらの両冷却器に同時に冷媒を送る制御とが可能な冷媒流量調節手段と、
この冷媒流量調節手段を制御する冷媒制御部とを備え、
前記冷媒制御部は、前記外気温センサで測定した庫外温度と前記庫内温度センサで測定した庫内温度との温度差が所定値以下の場合に、前記冷蔵用冷却器と前記冷凍用冷却器との両冷却器に同時に冷媒を流すように前記冷媒流量調節手段の制御を行う冷蔵庫。
前記冷媒制御部は、前記外気温センサで測定した庫外温度と前記庫内温度センサで測定した庫内温度との温度差が前記所定値よりも大きい場合に、前記冷蔵用冷却器と前記冷凍用冷却器との両冷却器に同時に冷媒を流すことのないように前記冷媒流量調節手段の制御を行う請求項４に記載の冷蔵庫。
前記冷媒流量調節手段は、冷却器に送る冷媒の流量を変化させる制御が可能であって、冷媒制御部により庫外温度と庫内温度との温度差が小さくなるに応じて前記冷蔵用冷却器と前記冷凍用冷却器とに流す冷媒流量を減少させるように制御を行う請求項４または５に記載の冷蔵庫。
冷蔵温度帯の貯蔵室を冷却する冷蔵用冷却器と、
冷凍温度帯の貯蔵室を冷却する冷凍用冷却器と、
庫外温度を測定する外気温センサと、
庫内温度を測定する庫内温度センサと、
前記冷蔵用冷却器と前記冷凍用冷却器のどちらか一方にのみ冷媒を送る制御と、これらの両冷却器に同時に冷媒を送る制御とが可能な冷媒流量調節手段と、
この冷媒流量調節手段を制御する冷媒制御部とを備え、
前記冷媒制御部は、前記外気温センサで測定した庫外温度が所定温度以下であり、かつ、前記外気温センサで測定した庫外温度と前記庫内温度センサで測定した庫内温度との温度差が所定値以下の場合に、前記冷蔵用冷却器と前記冷凍用冷却器との両冷却器に同時に冷媒を流すように前記冷媒流量調節手段の制御を行う冷蔵庫。
前記冷媒制御部は、前記外気温センサで測定した庫外温度が前記所定温度よりも高い、または、前記外気温センサで測定した庫外温度と前記庫内温度センサで測定した庫内温度との温度差が前記所定値よりも大きい場合に、前記冷蔵用冷却器と前記冷凍用冷却器との両冷却器に同時に冷媒を流すことのないように前記冷媒流量調節手段の制御を行う請求項７に記載の冷蔵庫。