JP2519135B2 - 冷凍サイクルの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷媒流路を逆転させる
ことにより冷却器に高温圧縮冷媒を流して除霜を行う冷
凍サイクルの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば冷蔵庫に使われる冷凍サイクルで
は、図９に示すようにコンプレッサ１、四方弁２、コン
デンサ３、絞り装置４及び冷却器５を閉サイクルにて構
成したものがある。この構成で、通常の冷却運転ではコ
ンプレッサ１にて圧縮された冷媒はコンデンサ３を流れ
て冷却・凝縮され、絞り装置４を通って冷却器５にて蒸
発し、ここで冷却作用を呈した上でコンプレッサ１に戻
るように循環する。このような冷却運転が繰り返し実行
されると、冷却器５への着霜量が増大するため、例えば
電源が投入されている時間を積算してそれが所定の時間
に達すると除霜信号が出力され、これに基づき四方弁２
が切り替わって除霜運転が実行されるようになってい
る。この除霜運転は、コンプレッサ１にて圧縮された高
温高圧の冷媒を冷却器５、絞り装置４及びコンデンサ３
の順となるように冷却運転とは逆に流して冷却器５を加
熱することにより行われる。なお、上述の四方弁２は、
確実な切換動作を行わせるために、パイロット電磁弁を
作動させることによりコンプレッサ１の吸引側と吐出側
との差圧に基づき弁体を移動させて冷媒流路を切り換え
るタイプが一般的に利用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記構成で
は、コンプレッサ１の運転中に除霜信号が出力された場
合には、コンプレッサ１の吸引側と吐出側との間に十分
な差圧が発生しているために問題はないが、コンプレッ
サ１が停止してから比較的長い時間が経過してしまって
いる時点で除霜信号が出力されると、コンプレッサ１の
吸引側と吐出側との差圧が十分に得られないため、流路
切換動作が不安定になるという問題があった。

【０００４】本発明は上述の問題を解決するために工夫
されたものであり、その目的とするところは、除霜運転
のための弁装置の流路切換動作を安定的に行うことがで
きる冷凍サイクルの制御装置を提供することにある。

【０００５】本発明に係る冷凍サイクルの制御装置は、
冷媒を圧縮するコンプレッサと、圧縮冷媒を凝縮させる
コンデンサと、冷媒流路に流路抵抗を与える絞り装置
と、冷媒を蒸発させる冷却器と、コンプレッサの吐出側
と吸引側との圧力差に基づいて流路切換動作を行う弁装
置とを備えた冷凍サイクルを制御するものであって、庫
内温度に応じてコンプレッサの起動と停止とを繰り返さ
せるコンプレッサ制御手段と、冷却器の除霜のための除
霜信号を一定時間毎に出力するタイマ手段と、除霜信号
に基づき弁装置を、コンプレッサからの圧縮冷媒をコン
デンサに流した後に冷却器で蒸発させる冷却運転状態か
ら圧縮冷媒を冷却器に流してこれを加熱する除霜運転状
態への流路切換動作を行わせる弁切換手段と、コンプレ
ッサの起動時点からの運転時間を計時する運転時間計測
手段と、コンプレッサの停止時点からの停止時間を計時
する停止時間計測手段と、除霜信号が与えられた時点に
おいてコンプレッサが起動している場合にはコンプレッ
サの運転時間が所定値に達したことを条件に弁切換手段
を動作させ、除霜信号が与えられた時点においてコンプ
レッサが停止している場合にはその停止時間が所定値に
達したことを条件にコンプレッサを起動させてその運転
時間が所定値に達するまで運転させた後に弁切換手段を
動作させるコンプレッサ運転保証手段とを具備したこと
に特徴を有する。

【０００６】上記手段の制御装置によれば、タイマ手段
により一定時間毎に必ず除霜信号が与えられる。そし
て、除霜信号が与えられた時点においてコンプレッサが
運転中か停止中かに関わらず、コンプレッサ運転保証手
段によってコンプレッサが所定の時間以上必ず運転され
てから弁切換手段が動作する。これにより、コンプレッ
サの吸引側と吐出側との間の差圧は十分に確保される。
しかも、コンプレッサの停止中に除霜信号が与えられた
場合には、コンプレッサの停止時間が所定の時間以上経
過していることを条件にコンプレッサが再起動するた
め、コンプレッサが停止してから再起動するまでの時間
が保証されコンプレッサが過負荷状態になることが防止
される。

【０００７】このように本発明の制御装置によれば、弁
切換手段が動作する際において、コンプレッサの吸引側
と吐出側との間の差圧は十分に確保されるから、弁装置
の流路切換動作は安定的に実行され、切換不良の発生が
なくなり、しかもコンプレッサが過負荷状態となること
が防止されるから、耐久性に優れ高寿命化が図られる。
さらに、除霜信号はタイマ手段によって出力されるた
め、着霜をセンサ等で直接検出して除霜信号を出力する
のに比べて確実に除霜信号が出力され、もって除霜効果
が確実に保証される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を冷蔵庫の冷凍サイクルに適用
して具体化した一実施例について図１ないし図７を参照
して詳細に説明する。

【０００９】コンプレッサ１１は例えばレシプロ形であ
り、その吸引側及び吐出側が弁装置に相当する四方弁２
０の第１流路２０ａ及び第２流路２０ｂに連結されてい
る。また、四方弁２０の第３通路２０ｃはコンデンサ１
２に連なり、このコンデンサ１２は絞り装置としてのキ
ャピラリキューブ１３を介して冷却器１４に連なり、更
にこの冷却器１４が四方弁２０の第４通路２０ｄに連な
る。

【００１０】上述した四方弁２０は、詳細には図２及び
図３に示す通りの構成である。即ち、これは内径が異な
る大シリンダ部２１及び小シリンダ部２２を一体に備え
ると共に、両シリンダ部２１，２２間にピストン２３を
移動可能に設けてなる。ピストン２３には、小シリンダ
部２２内に位置する小ピストン部２３ａと大シリンダ部
２１内に位置する大ピストン部２３ｂが設けられると共
に、小シリンダ部２２の端板部には第１通路２０ａが連
結され、周壁部にはこの第１通路２０ａ側から順に第３
通路２０ｃ、第２通路２０ｂ及び第４通路２０ｄが連結
されている。また、前記ピストン２３には弁体２４が一
体に設けられ、この弁体２４がピストン２３と共に移動
することにより、図２に示すように第１及び第３の両通
路２０ａ，２０ｃ間並びに第２及び第４の両通路２０
ｂ，２０ｄ間を連通させた状態と、図３に示すように第
１及び第４の両通路２０ａ，２０ｄ間並びに第２及び第
３の両通路２０ｂ，２０ｃ間を連通させた状態とに流路
が切り換えられる。

【００１１】上述の流路切換動作を行わせるためには弁
切換手段としてパイロット電磁弁３０が設けられてい
る。このパイロット電磁弁３０は、プランジャ３１の移
動に基づいて球状の弁体３２が移動され、これに基づい
て連結管３０ａを連結管３０ｂ又は連結管３０ｃのいず
れかに選択的に連通させる三方弁タイプである。コイル
３３が断電された状態では、プランジャ３１がバネ３４
の弾発力によって図２に示すように弁体３２を押して連
結管３０ａと連結管３０ｂとを連通状態とし、コイル３
３に通電されると図３に示すように弁体３２が移動して
連結管３０ａと連結管３０ｃとが連通状態になる。

【００１２】このようなパイロット電磁弁３０の動作に
基づいて四方弁２０を切換動作させるため、連結管３０
ａは四方弁２０の大シリンダ部２１の右端部に連通さ
れ、連結管３０ｂはコンプレッサ１１の吸引側に連なる
第２通路２０ｂに連通され、連結管３０ｃはコンプレッ
サ１１の吐出側に連なる第１通路２０ａに連通されてい
る。そして、大シリンダ部２１の左端部がコンプレッサ
１１の吸引側に連なる第２通路２０ｂに連結管３４を介
して連通されている。

【００１３】従って、パイロット電磁弁３０が図２に示
す状態では、小シリンダ部２２がコンプレッサ１１の吐
出側に連なると共に、大シリンダ部２１がコンプレッサ
１１の吸引側に連なり、ピストン２３は両シリンダ部２
１，２２間の差圧によって右端に移動し、四方弁２０の
弁体２４は同図に示す位置となり、コンプレッサ１１か
らの高温圧縮冷媒がコンデンサ１２に供給される冷却運
転状態になる。また、パイロット電磁弁３０が図３に示
す状態となると、大シリンダ部２１内の右側がコンプレ
ッサ１１の吐出側に連なるから、ピストン２３は吸引側
と吐出側との差圧によって左端に移動し、四方弁２０の
弁体２４は同図に示す位置となってコンプレッサ１１か
らの高温圧縮冷媒が冷却器１４に供給される除霜運転状
態となる。

【００１４】上記した冷凍サイクルを制御するための制
御装置４０はマイクロコンピュータを含んで構成されて
おり、ここには冷蔵庫の庫内温度を検出する庫内温度セ
ンサ４１及び冷却器１４の温度を検出する除霜検出セン
サ４２からの信号が与えられ、これに基づきリレーＸ1
，リレーＸ2 が制御される。なお、除霜検出センサ４
２は、冷却器１４の除霜が完了して温度が上昇するとオ
ン状態からオフ状態に転ずるようになっている。これら
の制御の様子については後に詳述するが、リレーＸ1 は
庫内温度Ｔに応じてコンプレッサ１１の起動・停止を制
御し、リレーＸ2は前記パイロット電磁弁３０の通断電
を制御する。また、制御装置４０には表示器４３が接続
され、ここに庫内温度及び運転状況を表示できるように
なっている。

【００１５】さて、上記制御装置４０のマイクロコンピ
ュータは、ソフトウエア的には図４及び図５に示す手順
を実行するように構成されており、これにて本発明にお
けるタイマ手段、運転時間計測手段、停止時間計測手段
及びコンプレッサ運転保証手段として機能するようにな
っている。そこで、その手順を本実施例の冷蔵庫の動作
と共に詳細に説明する。

【００１６】図４及び図５に示したフローチャートは一
連のものであり、これは冷蔵庫の電源が投入されるとス
タートする。まず除霜タイマをスタートさせると共にオ
フタイマフラグＦoff 及びオンタイマフラグＦonを
「１」に初期化し（ステップ１０１）、庫内温度Ｔの入
力処理を実行し（同１０２）、その温度を表示器４３に
表示する（同１０３）。

【００１７】そして、測定された庫内温度Ｔが予め設定
された上限温度ＴH と下限温度ＴLとの間にあるか否か
が判断され（同１０４，１０５）、その判断結果に応じ
てリレーＸ1 の状態が決定される。電源投入当初は庫内
温度Ｔが十分に高いから、ステップ１０４で「 yes」と
なってリレーＸ1 が通電され（同１０６）、コンプレッ
サ１１が起動される。次いで、オフタイマフラグＦoff
の状態を検査した後（同１０７）、オンタイマＴonをス
タートさせ（同１０８）、オンタイマフラグＦonを
「１」にセットする（同１０９）。この後、ステップ１
１０にて除霜タイマがタイムアップしたか否かが判断さ
れ、タイムアップしていない場合にはステップ１０２に
戻って以上の手順が繰り返されるから、コンプレッサ１
１が連続的に運転されることになる。この段階ではリレ
ーＸ2 が断電されてパイロット電磁弁３０は図２の状態
にあるから、四方弁２０は冷却運転状態にあり、冷却器
１４にて冷却作用が生じて庫内が徐々に冷却される。

【００１８】このような冷却運転が継続されると、庫内
温度Ｔが低下してついには下限温度ＴL を下回るため、
ステップ１０５にて「 yes」となり、リレーＸ1 が断電
されて（同１１１）コンプレッサ１１が停止される。そ
して、オンタイマフラグＦonの状態を検査した後（同１
１２）、オフタイマＴoff をスタートさせ（同１１
３）、オフタイマフラグＦoff を「１」にセットする
（同１１４）。この後、ステップ１１５にて除霜タイマ
がタイムアップしたか否かが判断され、タイムアップし
ていない場合にはステップ１１６に至って、オフタイマ
Ｔoff の値Ａ1 が所定の停止保証時間Ｂ1 に達したか否
かが判断され、Ａ1 ＝Ｂ1 となるまでステップ１１１に
戻ってコンプレッサ１１を強制的に停止させる。ここ
で、上記停止保証時間Ｂ1 はコンプレッサ１１の保護の
観点から定められる停止時間であって、本実施例では３
分に設定されている。

【００１９】コンプレッサ１１が停止状態を３分間だけ
維持するとステップ１０１に戻るから、以上述べた動作
を繰り返す。従って、この後に庫内温度Ｔが予め設定さ
れた上限温度ＴH を上回ると、コンプレッサ１１が起動
して冷却運転が実行され、下限温度ＴL を下回るまで冷
却されると、コンプレッサ１１が停止することになる。
また、この場合、コンプレッサ１１が停止してから再起
動するまでの時間は最低３分が必ず確保されることにな
る。

【００２０】さて、このような庫内を設定温度に保つた
めのコントロール運転が実行されているうちに除霜タイ
マがタイムアップし（除霜信号の出力）、これに基づき
除霜運転が開始される。除霜タイマは電源の投入時間を
積算しているから、タイムアップする時点としては、コ
ンプレッサ１１の停止中と運転中との２つの場合があり
得る。そこで、その２つの場合に分けて動作を説明す
る。なお、タイムアップまでの積算時間は冷却器１４に
着霜が除去すべき程度まで発達する時間を目安として設
定され、本実施例では７時間である。

【００２１】（１）コンプレッサ１１の停止中にタイム
アップした場合 この場合には、ステップ１１５にて「 yes」となる。そ
こで、図５のステップ２０１に移行し、まず表示器４３
に除霜運転を実行中である旨を表示し、次にその時点ま
でのコンプレッサ１１のオフ時間Ａ1 がオフ保証時間Ｂ
1 に達しているか否かが判断される（ステップ２０
２）。ここで、コンプレッサ１１のオフ時間Ａ1 がオフ
保証時間Ｂ1 に達していなければ、Ａ1＝Ｂ1となるまで
コンプレッサ１１の停止状態を保持し（同２０３）、オ
フタイマＴoff をリセットしてオンタイマＴonをスター
トさせた上で（同２０４）、オンタイマＴonにより計測
されるコンプレッサ１１の起動時点からの運転時間Ａ2
が所定の運転保証時間Ｂ2 に達するまでコンプレッサ１
１を強制的に運転する（同２０５，２０６）。この運転
保証時間Ｂ2 は、コンプレッサ１１の吸引側と吐出側と
の間の差圧が、四方弁２０を切換作動させるに十分な圧
力になるまでの時間として設定されており、本実施例で
は３０秒である。

【００２２】コンプレッサ１１が連続３０秒間運転され
ると、次にステップ２０７に移行し、オンタイマＴonを
リセットした上で、リレーＸ1 に加えてリレーＸ2 も通
電する。このため、パイロット電磁弁３０が動作して図
３に示す状態に切り替わるため、コンプレッサ１１から
の高温圧縮冷媒は冷却器１４に供給され、冷却器１４が
加熱されてここに生じた霜が徐々に解かされる。そし
て、冷却器１４に付着した霜が完全に解かされれば、冷
却器１４は急激に温度上昇するようになって、除霜検出
センサ４２により検出される温度が所定値を越えるか
ら、その時点でステップ２０９において「 yes」とな
り、除霜運転を終了して図４のステップ１０１以下の通
常のコントロール運転に戻る。

【００２３】上述の運転例のタイムチャートは図６に示
してあるが、同図から明かなように本実施例では、コン
プレッサ１１の停止中に除霜運転が開始されるような場
合でも、コンプレッサ１１が起動され、３０秒間運転が
継続される。このため、コンプレッサ１１が停止してい
て吸引側と吐出側との圧力差が小になっていたとして
も、コンプレッサ１１の起動によってその圧力差は十分
に大きな値に回復するから、除霜運転への移行のための
四方弁２０は確実に切り替わり、安定的な切換動作が期
待できる。しかも、特に本実施例では、このようなコン
プレッサ１１の起動に際しては、コンプレッサ１１の停
止から３分を経過していることを条件に起動させるよう
にしているから、コンプレッサ１１が停止後短時間で再
起動して過負荷状態になってしまうことが防止され、コ
ンプレッサ１１の保護の面でも全く問題がない。

【００２４】（２）コンプレッサ１１の運転中にタイム
アップした場合 この場合には、ステップ１１０で「 yes」となる。する
と、図５のステップ２１０に示すように、まず表示器４
３に除霜運転を実行中である旨を表示し、次にその時点
までのコンプレッサ１１のオン時間Ａ2 がオン保証時間
Ｂ2 （３０秒）に達しているか否かが判断される（ステ
ップ２１１）。ここで、コンプレッサ１１のオン時間Ａ
2 がオン保証時間Ｂ2 に達していなければ、Ａ2＝Ｂ2と
なるまでコンプレッサ１１の運転を継続する（同２１
２）。この結果、コンプレッサ１１は最低３０秒は運転
されていることを条件に次のステップ２０７に移行する
ことになる。即ち、ステップ２０７〜２０９は、前述し
た除霜運転の手順であるから、コンプレッサ１１の運転
中に除霜タイマがタイムアップした場合には、コンプレ
ッサ１１の運転時間が所定値（３０秒）に達しているこ
とを条件に除霜運転に移行することになる。

【００２５】この運転例のタイムチャートは図７に示す
通りで、同図から明らかなようにコンプレッサ１１の運
転中に除霜タイマがタイムアップした場合には、その時
点までのコンプレッサ１１の運転時間が３０秒に達した
ことを条件にパイロット電磁弁３０が切り換えられる。
従って、コンプレッサ１１の起動直後であって未だコン
プレッサ１１の吸引側と吐出側との圧力差が十分に上昇
していない時点に四方弁２０が切り換えられてしまうこ
とが確実に防止され、やはり安定的な切換動作を行わせ
ることができる。

【００２６】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば弁装置としては図２及び図３に示し
た構成に限らず、例えば図８に示したような構成の四方
弁５０を使用してもよい。これは四方パイロット電磁弁
５１により切換動作が制御されるところが前記実施例の
四方弁２０と相違するが、その機能は同一であり、同等
機能部分には同一符号を付して説明を省略する。その
他、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実
施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷凍サイクルと共に示すブロック図

【図２】冷凍サイクルと共に示す四方弁の断面図

【図３】図２の四方弁を異なる切換状態で示す断面図

【図４】制御装置のフローチャート

【図５】制御装置のフローチャート

【図６】コンプレッサの停止中に除霜信号が出力された
場合のタイムチャート

【図７】コンプレッサの運転中に除霜信号が出力された
場合のタイムチャート

【図８】四方弁の変形例を示す断面図

【図９】一般的な冷凍サイクルの構成図

【符号の説明】

１１…コンプレッサ １２…コンデンサ １３…キャピラリキューブ（絞り装置） １４…冷却器 ２０，５０…四方弁（弁装置） ３０，５１…パイロット電磁弁（弁切換手段） ４０…制御装置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を圧縮するコンプレッサと、圧縮冷
   媒を凝縮させるコンデンサと、冷媒流路に流路抵抗を与
   える絞り装置と、冷媒を蒸発させる冷却器と、前記コン
   プレッサの吐出側と吸引側との圧力差に基づいて流路切
   換動作を行う弁装置とを備えた冷凍サイクルを制御する
   ものであって、 庫内温度に応じて前記コンプレッサの起動と停止とを繰
   り返させるコンプレッサ制御手段と、 前記冷却器の除霜のための除霜信号を一定時間毎に出力
   するタイマ手段と、 前記除霜信号に基づき前記弁装置を、コンプレッサから
   の圧縮冷媒を前記コンデンサに流した後に前記冷却器で
   蒸発させる冷却運転状態から圧縮冷媒を前記冷却器に流
   してこれを加熱する除霜運転状態への流路切換動作を行
   わせる弁切換手段と、 前記コンプレッサの起動時点からの運転時間を計時する
   運転時間計測手段と、 前記コンプレッサの停止時点からの停止時間を計時する
   停止時間計測手段と、 前記除霜信号が与えられた時点において前記コンプレッ
   サが起動している場合にはコンプレッサの運転時間が所
   定値に達したことを条件に前記弁切換手段を動作させ、
   除霜信号が与えられた時点において前記コンプレッサが
   停止している場合にはその停止時間が所定値に達したこ
   とを条件に前記コンプレッサを起動させてその運転時間
   が所定値に達するまで運転させた後に前記弁切換手段を
   動作させるコンプレッサ運転保証手段とを具備してなる
   冷凍サイクルの制御装置。