JP2016142423A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機をインバータで制御する信頼性の高い冷蔵庫を提供する。
【解決手段】冷凍サイクル内の冷媒を循環させる圧縮機４と、圧縮機の駆動に同期して運転する冷蔵庫１庫内に冷気を循環させる庫内ファン７と、庫内温度を検出する庫内温度検出手段９と、冷蔵庫扉の開閉を検出する扉開閉検出手段１３と、圧縮機の負荷状態を検出する負荷検出部１５を有し、冷蔵庫内温度が冷却状態にあり冷蔵室扉が閉じられているにも拘らず、負荷が大きいと検出した場合に庫内ファンを停止することで負荷の増大を抑制するので、圧縮機駆動手段１１のパワー回路および圧縮機の異常な温度上昇を防止でき信頼性の高い冷蔵庫を提供することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は圧縮機をインバータ制御により駆動する冷蔵庫に関するものである。

従来、この種の冷蔵庫は冷蔵庫の運転効率を向上させるように構成されている（例えば特許文献１参照）。

図５は特許文献１に記載された従来の冷蔵庫の運転制御装置を示すものである。図５に示すように、冷蔵庫の運転制御装置は庫内温度検出手段１０１と、設定温度検出手段１０２と、インバータ制御回路１０３と、前記インバータ制御回路１０３と接続する圧縮機駆動用モータ１０４と圧縮機１０５とからなり、また、冷蔵庫の扉の開閉状態を検出する扉開閉検出手段１０６と、庫内ファン制御回路１０７と、庫内ファン駆動用モータ１０８と、庫内ファン１０９とからなる冷蔵庫の制御手段において、庫内温度検出手段１０１と、設定温度検出手段１０２の検出信号に基づき庫内温度が設定温度に近づくように、インバータ制御回路１０３にて圧縮機駆動用モータ１０４の回転数の可変速制御を行い、決定した回転数にて圧縮機１０５を運転する。それとは別に、冷蔵庫の扉の開閉状態を検出する扉開閉検出手段１０６からの入力により、庫内ファン制御回路１０７にて庫内ファン駆動用モータ１０８に運転または停止信号を出力し、庫内ファン１０９の運転または停止を決定する。

特開昭６０−１４００８１号公報

しかしながら前記従来の構成は、庫内ファン駆動用モータの運転または停止制御は庫内の扉開閉を検出して、その開閉動作に連動して停止または運転制御を行うため、全ての扉に扉開閉検出手段を設ける必要があり、冷蔵庫のコストアップが伴うという課題を有していた。

また、上記従来の構成は、冷蔵庫の低価格化を図るために扉開閉検出手段を特定の扉（例えば冷蔵室扉のみ）に設ける様にした場合、扉開閉検出手段を設けていない扉を長時間解放されたとき、冷凍サイクルの蒸発圧力が上昇することで、圧縮機駆動用モータの負荷増大に伴い、モータ電流が増加しインバータ制御回路部のパワー素子およびモータ巻線（すなわち圧縮機）の温度上昇につながるため、インバータ制御回路および圧縮機の信頼性を大きく損ねることになる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、圧縮機をインバータで制御する信頼性の高い冷蔵庫を低価格で提供することを目的とする。

冷凍室と冷蔵室を有する冷蔵庫本体と、圧縮機と凝縮器、減圧器および、冷蔵庫の庫内を冷却する冷却器としての蒸発器から構成された冷凍サイクルと、前記圧縮機の運転および停止に連動した運転で、前記冷却器により冷却された空気を冷蔵庫内に循環させる庫内ファンと、冷蔵室内の温度を検出する庫内温度検出手段と、冷蔵室扉の開閉を検出する扉開閉検出手段と、前記庫内温度検知器で取得した庫内温度を所定の一定の温度に保つため
に前記圧縮機を駆動する圧縮機駆動手段と、前記圧縮機の負荷状態を検出する負荷検出部を有し、冷蔵室温度が冷却状態にあり冷蔵室扉が閉じられているにも拘らず、負荷が大きいと検出した場合、庫内ファンを停止する様にしたものである。

これにより冷蔵庫内が安定した冷却状態にあるなかで圧縮機が運転している際、冷凍室扉の解放を、圧縮機の負荷状態から検出し、庫内ファンモータを停止することができる。

本発明の冷蔵庫は、圧縮機をインバータ駆動する消費電力の低い冷蔵庫を高い信頼性を確保するとともに低価格で提供することが出来る。

本発明の実施の形態１における冷蔵庫の制御ブロック図 本発明の実施の形態１における負荷検出部のブロック図 本発明の実施の形態１における制御フローチャート 本発明の実施の形態２における負荷検出部のブロック図 従来の冷蔵庫の制御装置を示すブロック図

第１の発明は、冷凍室と冷蔵室を有する冷蔵庫本体と、圧縮機と凝縮器、減圧器および、冷蔵庫の庫内を冷却する冷却器としての蒸発器から構成された冷凍サイクルと、前記冷却器で冷却された空気を冷蔵庫内に循環させる庫内ファンと、冷蔵室内の温度を検出する庫内温度検出手段と、冷蔵室扉の開閉を検出する扉開閉検出手段と、前記庫内温度検出手段で取得した庫内温度を所定の一定の温度に保つために前記圧縮機のモータを駆動する圧縮機駆動手段と、前記圧縮機の負荷状態を検出する負荷検出部を有し、冷蔵室温度が冷却状態にあり冷蔵室扉が閉じられているにも拘らず負荷が大きいと検出した場合、庫内ファンを停止する。

これにより、圧縮機の負荷増大を検出して庫内ファンを停止するので、圧縮機駆動手段のパワー回路およびモータ（すなわち圧縮機）の異常な温度上昇を防止でき信頼性の高い冷蔵庫を提供することが出来る。

また全ての扉に扉開放検出手段を付加せずとも、扉の解放状態を圧縮機の負荷状態から推定できるため、冷蔵庫のコストを抑制でき低価格な冷蔵庫を提供することができる。

さらに扉開閉検出手段が無い扉が解放されていることを圧縮機の負荷状態から推定できるため、扉開放中の庫内ファンの運転による庫内冷気の流出による庫内温度上昇を抑制でき収納食品の保鮮性劣化の抑制と、庫内温度上昇による圧縮機運転率アップに伴う消費電力量増加を抑制することが出来る。

第２の発明は、第１の発明の冷蔵庫における負荷検出部は、パワー回路部を構成する素子温度または素子近傍の温度で検出するものである。

これによりパワー素子の発熱状態を確実に検出でき、パワー素子の過負荷（既定の動作温度以上）になることを未然に防ぐことが出来るので、冷蔵庫の信頼性を向上することが可能となる。

第３の発明は、第１発明の冷蔵庫における負荷検出部は、パワー回路の電流により検出する様にしたものである。

これによりパワー回路の過電流保護回路と圧縮機負荷検出部を兼用することが出来るようになり制御部のさらなるコストダウンにより低価格な冷蔵庫を提供することが出来る。

第４の発明は、第１から第３のいずれか１つの発明の冷蔵庫において、庫内ファンの停止時間を計測し、所定の時間が経過したとき庫内ファンを運転する様にしたものである。

これにより圧縮機の過負荷を検出して停止後の庫内ファンの確実な再起動が可能となり、より実用性を高めることができる。

また、冷蔵庫の負荷が最大となるのは、冷蔵庫を設置した直後等の庫内が未冷却時で、圧縮機駆動手段のパワー素子はこの最大負荷時の電流をもとに使用部品を選定する必要がある。したがって庫内が冷却状態にあるときの電流値に対してパワー素子は定格の大きな部品の選定が必要である。しかし本発明では圧縮の高負荷時は、ファンモータの断続的な運転で、冷却器の熱交換を抑制することで圧縮機の最大負荷を抑制できるため、最大定格の低いパワー素子を使用することが可能となり、部品のコストダウンによる冷蔵庫の低価格化に貢献できる。

以下本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における冷蔵庫の制御ブロック図を示すものである。

図１において冷蔵庫本体１は断熱材で形成された壁、仕切り板、扉により囲われた複数の貯蔵室を持つ。実施の形態１では貯蔵室内温度が５℃程度の冷蔵室２と−１８℃程度の冷凍室３を有する２ドア冷凍冷蔵庫としているが、３つ以上の貯蔵室を有する冷蔵庫であっても、貯蔵室温度が冷蔵温度帯（５℃程度）や冷凍温度帯（−１８℃程度）以外でも構わない。冷蔵庫内の冷却には冷凍サイクルを用いており、冷凍サイクル内に封入した冷媒ガスを圧縮機４で圧縮し、冷凍サイクル内に循環させる。そして冷媒ガスは、凝縮器（図示せず）で液化し、減圧器（図示せず）で減圧し、蒸発器５で気化させ、再び圧縮機４に戻るように構成している。尚、蒸発器５は、液状の冷媒が気化する際に冷蔵庫内の空気と熱交換により冷蔵庫内の空気から熱を奪うことで庫内を冷やす冷却器５として作用する。

冷却器５は、冷却室６内に庫内ファン７とともに設置され、圧縮機４に同期して庫内ファン７を運転することで、冷却器により冷却された冷気を冷却室に設けた開口部（６ａおよび６ｂ）を介して強制的に庫内に循環することで、冷却器５における熱交換の促進と、冷蔵庫内への冷気の強制的な循環で庫内温度の安定化を図っている。

温度検知器８は庫内温度を検出するものであり、本実施の形態では冷蔵室２に設置し、庫内温度検出手段９により庫内温度を検出する。

庫内温度判定部１０は、庫内温度検出手段９から得た庫内温度情報と、あらかじめ設定した温度と比較して、圧縮機を運転または停止することで庫内温度を一定に保つようにしている。例えば検出した庫内温度が６℃以上に上昇したとき圧縮機を運転し、４℃以下に低下したとき圧縮機を停止する。

このように実施の形態１の冷蔵庫は、温度検知器８を冷蔵室側のみに設置し、圧縮機４の運転および停止を冷蔵室２の温度を基に制御する様にしている。冷凍室温度で圧縮機を制御する場合、冷蔵室の冷え過ぎを防ぐために冷蔵室に冷気を送る風路にダンパー等を設置する必要があるため、冷蔵室温度での圧縮機運転制御方式とすることで、冷蔵庫のコス
トダウンを図っている。

圧縮機駆動手段１１は、圧縮機４を駆動するもので実際には圧縮機４の圧縮機構を動作させるブラシレスＤＣモータ（図示せず）を駆動するもので、直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換するインバータ回路により構成されている。

扉開閉検知器１２は冷蔵庫扉の開閉で異なる信号を発し、扉開閉検出手段１３は扉の開閉状態を検出する。

庫内ファン駆動手段１４は冷気循環用の庫内ファン７を運転または停止するものであり、圧縮機４の運転と同期して運転または停止させるとともに、圧縮機運転中であっても庫内扉が開放された場合運転を停止して、庫内冷気の庫外流出を抑制し、庫内温度の安定と消費電力量の低減を図っている。

また本発明の実施の形態１の冷蔵庫は、扉開閉検知器１２を冷蔵室側のみに設置する様にして、部品点数削減によるコストダウンを図り低価格な冷蔵庫を実現している。

負荷検出部１５は圧縮機の負荷状態を検出するものであり、負荷判定部１６は前記負荷検出部１５からの信号から負荷状態が所定の状態より高いか低いか判定する。

ここで負荷検出部１５について詳しく説明する。

図２は本発明の実施の形態１における負荷検出部を示すブロック図である。図２においてインバータ回路１１ａは圧縮機駆動手段１１において直流電圧を任意の周波数の３相交流電圧に変換して圧縮機４のブラシレスＤＣモータに電力を供給する。温度サーミスタ１５ａはインバータ回路の温度を検出するものであり、インバータ回路に接触またはすぐ近傍に設置する。そしてパワー部温度検出部１５ｂによりその温度を検出し、パワー回路負荷判定部１６ｂに出力する。ブラシレスＤＣモータの電流は出力トルクに比例して増えるため、パワー素子の損失も電流に比例し、負荷上昇に伴いパワー素子温度は上昇する。すなわちパワー回路負荷判定部１６ｂは、インバータ回路１１ａの温度を検出することで圧縮機４の負荷状態を判定できる。

扉開放推定部１７はパワー回路負荷判定部１６の負荷状態判定結果と庫内温度判定部１０による冷蔵室温度状態から、冷凍室扉が開放されているかどうかを推定する。具体的には、冷蔵庫が冷却状態にあるときは、冷却器５の温度は−２０℃以下にまで冷やされているため、圧縮機４の吸入圧力は非常に低い状態にあり低入力電力で駆動している。この状況での開閉検出器が付加されていない冷凍室扉が開かれた時、庫内ファンは運転を続けることになる。したがって、冷却器で冷却された冷気は冷凍室外に流出し、庫外から暖気が侵入し冷却器の周囲温度が上昇する。その結果圧縮機の吸入圧力は急激に上昇し入力電力も増加する。

一方で、冷蔵室２は、貯蔵室が断熱材で囲われているため、大きな温度変化はなく冷却状態は継続される。したがって冷凍室の扉開放推定部１７は冷蔵室内が安定した冷却状態にあるにもかかわらず、圧縮機の入力電力が急激に増加していることを検出し、冷凍室側の扉が開放されていると推定して、庫内ファン駆動手段１４により庫内ファン７を停止する様にしている。

ファン停止時間設定部１８は、圧縮機の負荷状態が高いと判断して庫内ファンモータを停止したときの停止時間を設定するもので、庫内ファンの停止から所定の時間が経過したとき庫内ファンを再度駆動する。

以上の様に構成した冷蔵庫について以下その動作を説明する。

図３は本発明の実施の形態１の冷蔵庫における動作フローチャートである。図３においてＳｔｅｐ１で圧縮機４が運転中か否かを確認し、圧縮機４が停止中の場合、Ｓｔｅｐ１に戻り圧縮機４が運転するまで待機する。圧縮機４が運転中であればＳｔｅｐ２に進み、冷蔵室の扉の開閉状態を確認し、扉が開放されている場合はＳｔｅｐ１に戻り扉が閉じられるまで待機する。冷蔵室の扉が閉じられている場合Ｓｔｅｐ３で庫内ファンを駆動し、Ｓｔｅｐ４に進む。Ｓｔｅｐ４では負荷検出部で検出した負荷状態が、負荷判定部によるあらかじめ設定した負荷状態より大きいか小さいかを判断する。実施の形態１では負荷状態の検出はインバータ回路１１ａの温度が設定値より高いか低いかで検出する様にしている。

Ｓｔｅｐ４で負荷状態が低いと判断したときはＳｔｅｐ１に戻り、負荷が高いと判断したときはＳｔｅｐ５に進む。Ｓｔｅｐ５では庫内温度検出手段により検出した冷蔵室温度の状態を確認し、冷蔵室温度が高い場合はＳｔｅｐ１に戻る。この時の状態は、設置直後等で冷蔵庫が未だ冷却状態に無いなどで負荷が大きな場合なので、庫内ファンを駆動して冷却器と積極的な熱交換を促して冷蔵庫内の冷却を促進する。またＳｔｅｐ５で冷蔵庫内温度が低い状態にあると判断した場合は、Ｓｔｅｐ６に進む。

Ｓｔｅｐ６では、冷凍室扉開放推定部１７により冷凍室扉が開放されたと推定して、庫内ファンを停止する。尚、冷凍室扉開放推定部１７による冷凍室扉が開放状態にあると推定する条件として、負荷検出部１５により検出した負荷の増加の傾きで検出すれば、より精度が高く冷凍室扉の解放を判定できる。具体的な方法としてはインバータ回路部の温度上昇の傾きが一定以上にあるときなど考えられる。

Ｓｔｅｐ７では庫内ファンが停止された時からの時間計測を開始して、Ｓｔｅｐ８で一定時間（例えば６０秒）経過したときＳｔｅｐ９に進み、庫内ファンを再度駆動する様にしている。

尚、図３で示すフローチャートにおいて、Ｓｔｅｐ５を省いた制御とした場合、圧縮機の負荷が大きいと判断したとき、Ｓｔｅｐ６以降で庫内ファンを断続的な運転状態とすることになるので、負荷状態上昇を抑制しながら庫内の冷却を行うこととができる。

以上の様に本実施の形態においては、冷凍室と冷蔵室を有する冷蔵庫本体と、圧縮機と凝縮器、減圧器および、冷蔵庫の庫内を冷却する冷却器としての蒸発器から構成された冷凍サイクルと、前記圧縮機の運転および停止に連動した運転で、前記冷却器により冷却された空気を冷蔵庫内に循環させる庫内ファンと、冷蔵室内の温度を検出する庫内温度検出手段と、冷蔵室扉の開閉を検出する扉開閉検出手段と、前記庫内温度検出手段で取得した庫内温度を所定の一定の温度に保つために前記圧縮機を駆動する圧縮機駆動手段と、前記圧縮機の負荷状態を検出する負荷検出部を有し、冷蔵室温度が冷却状態にあり冷蔵室扉が閉じられているにも拘らず、負荷が大きいと検出した場合、庫内ファンを停止する。

これにより、圧縮機負荷増大を検出して庫内ファンモータを停止するので、圧縮機駆動手段のパワー回路およびモータ（すなわち圧縮機）の異常な温度上昇を防止でき信頼性の高い冷蔵庫を提供することが出来る。

また全ての扉に扉開放検出手段を付加せずとも、扉の解放状態を圧縮機の負荷状態から推定できるため、冷蔵庫のコストを抑制でき低価格な冷蔵庫を提供することができる。

さらに扉開閉検出手段が無い扉が解放されていることを圧縮機の負荷状態から推定できるため、扉開放中の庫内ファンの運転による庫内冷気の流出による庫内温度上昇の抑制で収納食品の保鮮性劣化の抑制と、庫内温度上昇による圧縮機運転率アップに伴う消費電力量増加を抑制することが出来る。

また負荷検出を、パワー回路部を構成する素子温度または素子近傍の温度で検出することで、パワー素子の発熱状態を確実に検出でき、パワー素子の過負荷（既定の動作温度以上）になることを未然に防ぐことが出来るので、冷蔵庫の信頼性を向上することが可能となる。

また、高負荷状態の検出による庫内ファンの停止時間を計測し、所定の時間が経過したとき庫内ファンを再び運転することで、圧縮機の過負荷検出で庫内ファンを停止した後、確実な再起動が可能となり、実用性を向上することができる。

また、冷蔵庫の負荷が最大となるのは、設置直後等の庫内が未冷却時であり、圧縮機駆動手段のパワー素子はこの最大負荷時に流れる電流値により選定する必要があり、庫内が冷却状態にあるときの電流値に対して定格の大きな部品の採用が必要である。したがって本発明では圧縮の高負荷時は、ファンモータを断続的な運転で、冷却器の熱交換を抑制することで圧縮機の最大負荷を抑制する。これにより最大定格の低いパワー素子を使用できるようになり、冷蔵庫のコストダウンによる冷蔵庫の低価格化に貢献できる。

（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２の冷蔵庫の負荷検出部のブロック図である。

図４において電流検出器１５ｃはインバータ回路に流れる電流を検出し、その電流が一定以上の電流（例えばブラシレスＤＣモータの減磁電流や、パワー素子の定格電流）近くになったときインバータ回路の出力を停止するために設けている。実施の形態２ではこの電流検出器からの出力を電流検出部１５ｄに入力して圧縮機の負荷状態を検出する負荷検出部１５を構成する様にしている。

これによりパワー回路の過電流保護回路と圧縮機負荷検出部を兼用することが出来るようになり、冷蔵庫の制御部のさらなるコストダウンを実現し、より低価格な冷蔵庫の提供に貢献できる。

以上の様に本発明にかかる冷蔵庫は、冷蔵庫のコストダウンと高負荷時の負荷上昇抑制による信頼性向上が図れるので、家庭用冷蔵庫のほか業務用冷蔵庫、ショーケース等の用途にも適用できる。

１ 冷蔵庫本体
２ 冷蔵室
３ 冷凍室
４ 圧縮機
５ 蒸発器（冷却器）
７ 庫内ファン
８ 温度検知器
１１ 圧縮機駆動手段
１３ 扉開閉検出手段
１５ 負荷検出部

Claims (4)

1. 冷凍室と冷蔵室を有する冷蔵庫本体と、圧縮機と凝縮器、減圧器および、冷蔵庫の庫内を冷却する冷却器としての蒸発器から構成された冷凍サイクルと、前記冷却器で冷却された空気を冷蔵庫内に循環させる庫内ファンと、冷蔵室内の温度を検出する庫内温度検出手段と、冷蔵室扉の開閉を検出する扉開閉検出手段と、前記庫内温度検出手段で取得した庫内温度を所定の一定の温度に保つために前記圧縮機のモータを駆動する圧縮機駆動手段と、前記圧縮機の負荷状態を検出する負荷検出部を有し、冷蔵室温度が冷却状態にあり冷蔵室扉が閉じられているにも拘らず負荷が大きいと検出した場合、庫内ファンを停止する冷蔵庫。
2. 前記負荷検出部は、パワー回路部を構成する素子の温度または素子近傍の温度により検出する請求項１に記載の冷蔵庫。
3. 前記負荷検出部は、パワー回路の電流により検出する請求項１に記載の冷蔵庫。
4. 庫内ファンの停止時間を計測し、所定の時間が経過したとき庫内ファンを運転する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の冷蔵庫。