JP4032819B2 - 冷凍冷蔵庫 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍室用冷却器および冷蔵室用冷却器を有し、かつ凝縮された冷媒をそれぞれの冷却器に分配する切替弁を備えた冷凍冷蔵庫に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は従来の冷凍室用および冷蔵室用の冷却器を備えた冷凍冷蔵庫の構造を示す。図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は三方切替弁、４ａは冷蔵室用毛細管、４ｂは冷凍室用毛細管、５ａは冷蔵室用冷却器、５ｂは冷凍室用冷却器、６は逆止弁、７ａは冷蔵室冷却器用霜取りヒータ、７ｂは冷凍室冷却器用霜取りヒータ、８ａは冷蔵室用ファン、８ｂは冷凍室用ファン、９は箱体、１０はドライヤ、１１は冷蔵室、１２はチルド室、１３は野菜室、１４は製氷機、１５は冷凍室上ケース、１６は冷凍室下ケース、１７は冷凍室用ファングリル、１８は冷蔵室用ファングリルである。
【０００３】
次に、従来の冷凍冷蔵庫の動作を説明する。冷媒は圧縮機１で圧縮され凝縮器２に入り、ドライヤ１０を経て三方切替弁３に至る。ここで冷凍室用ファングリル１７および冷蔵室用ファングリル１８に取り付けられた各サーミスタ（図示されていない）により、各流路の三方切替弁３を制御し各室冷却器５ａ、５ｂへ送られる。従来の三方切替弁３の役割としては、単純に流路切替の機能のみである。また三方切替弁３と各冷蔵室用冷却器５ａ、冷凍室用冷却器５ｂの間にはそれぞれ内径の異なる絞り装置である第１毛細管４ａ、第２毛細管４ｂがあり、各冷蔵室用冷却器５ａ、冷凍室用冷却器５ｂを所定の蒸発温度に設定する。
【０００４】
図１８、図１９は、従来の冷凍室用および冷蔵室用の冷却器を備えた冷凍冷蔵庫の冷媒回路図である。ここでは切替弁として三方切替弁を備えたものについて説明する。図１８において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は三方切替弁で、冷凍室側毛細管に接続する第１出口３ａ、冷蔵室用毛細管に接続する第２出口３ｂを設けている。４ａは冷蔵室用毛細管、４ｂは冷凍室用毛細管、５ａは冷蔵室用冷却器、５ｂは冷凍室用冷却器、６は逆止弁、矢印は冷媒の流れ方向を示している。
【０００５】
また、図１９に示すように、冷蔵室用冷却器５ａの出口を冷凍室用冷却器５ｂの入口（冷凍室用毛細管４ｂの前）に接続することもある。圧縮機１に戻す冷媒を冷凍室用冷却器５ｂに通して完全に蒸発させて液バックさせないためである。
【０００６】
図１８において、圧縮機１から吐出された冷媒は凝縮器２により凝縮され、三方切替弁３前に供給される。圧縮機１の運転について、その起動および停止をＦまたはＲサーミスタにて決定し、またその起動速度を外気温度にて決定し、その後の連続運転時間に伴い回転数を上げていく。
【０００７】
流路切替が決定され、冷蔵室用冷却器５ａまたは冷凍室用冷却器５ｂに冷媒が供給され、それを蒸発させることで庫内を冷却している。またＲサーミスタが三方切替弁３の閉点に達した時、三方切替弁を制御し第２出口３ｂを閉じ、冷蔵室用ファンも停止して、冷蔵室の冷却を停止する。
【０００８】
この際の圧縮機と各サーミスタと三方切替弁の制御フローチャートを図２０に示す。図２０では、まず、ステップＳ１で圧縮機の動作状態を確認し、ＯＮであれば、ステップＳ２に進み、ステップＳ２でＦサーミスタにて庫内温度を確認し冷却が必要であるかないかの判断し、ＯＦＦであれば、ステップＳ６において、Ｆサーミスタにて庫内温度を確認し冷却が必要であるかないかの判断する。ステップＳ６でＦサーミスタ確認温度がＴ2以上であれば、ステップＳ7に進み、ＣＯＭＰをＯＮし、Ｔ2以下であれば、ステップＳ8に進み、ＣＯＭＰをＯＦＦする。ステップＳ２でのＦサーミスタ確認温度がＴ１以上で冷却が必要な場合にはステップＳ３に進み、又、Ｆサーミスタ確認温度がＴ１以下であれば、ステップＳ9で三方切替弁３の第１出口３ａ、第２出口３ｂを閉とし、ステップＳ10でＣＯＭＰをＯＦＦする。ステップＳ３で三方切替弁３の第２出口３ｂ側を制御し、冷凍室用冷却器５ｂに冷媒が流れるように流路を開けたら、その後にステップＳ４でＲサーミスタにて冷却が必要であるかないかの判断をし、Ｔ３以上で冷却が必要な場合には、ステップＳ５に進み、前記ステップＳ３と同じように、三方切替弁３の第２出口３ｂ側を制御し、冷凍室用冷却器５ｂに冷媒が流れるように流路を開ける制御を行う。各流路が開けられるのと同時に各ファンを運転させて冷却された空気を送る。また、Ｔ３以下で冷却が不必要な場合には、ステップＳ１１に進み、三方切替弁３の第１出口３ａ側を閉とする。
【０００９】
図２１は、外気が18℃の場合における各要素の時系列的な動きを示すタイムチャートである。図２１では、外気サーミスタにより各要素の起動回転数が決定し、Ｆサーミスタにて圧縮機１の制御が行われる。その際、三方切替弁においてもＦおよびＲサーミスタの信号により、弁を切替て流路の開閉を決定する。
【００１０】
図２２は従来の冷凍冷蔵庫の外気温度に対する各要素（圧縮機１、冷凍室用ファン８ｂ、冷蔵室用ファン８ａ）の起動回転数表である。図において、Ｎ ＣＯＭＰは圧縮機、ＮＦ ＦＡＮは冷凍室用ファン、ＮＲ ＦＡＮは冷蔵室用ファンの起動回転数である。
【００１１】
図中、外気外気温度１５℃までは、Ｎ ＣＯＭＰｒｐｍ「４０」、ＮＲ ＦＡＮｒｐｍ「１０００」、ＮＦ ＦＡＮｒｐｍ「１０００」、外気温度１５℃〜２０℃であれば、Ｎ ＣＯＭＰｒｐｍ「５０」、ＮＲ ＦＡＮｒｐｍ「１１００」、ＮＦ ＦＡＮｒｐｍ「１１５０」、外気温度２０℃〜２５℃であれば、Ｎ ＣＯＭＰｒｐｍ「５５」、ＮＲ ＦＡＮｒｐｍ「１２００」、ＮＦ ＦＡＮｒｐｍ「１２００」、また、外気温度２５℃〜３０℃であれば、Ｎ ＣＯＭＰｒｐｍ「６０」、ＮＲ ＦＡＮｒｐｍ「１２００」、ＮＦ ＦＡＮｒｐｍ「１２５０」、で、外気温度３０〜であれば、Ｎ ＣＯＭＰｒｐｍ「６５」、ＮＲ ＦＡＮｒｐｍ「１３００」、ＮＦ ＦＡＮｒｐｍ「１３００」、である。
【００１２】
しかしこれらの冷凍サイクルにおいて、三方切替弁３の開度は一定、つまり全開か全閉のどちらかであり、その後に接続される毛細管４ａ、４ｂにより流量制御される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の冷凍冷蔵庫の場合、冷却器に供給される冷媒流量は圧縮機回転数および毛細管径により決定されていたが、流量制御手段としては各冷却器に一本の毛細管だけであった。
【００１４】
高外気時および庫内負荷変動（扉開閉、食品負荷など）に対して、冷媒流量が多く必要な場合において、弁制御流量が固定されているので圧縮機の回転数範囲でしか制御できなかったため、冷却器でのガス不足などが発生して冷却能力不足となることがあった。
【００１５】
また、低負荷時に対しては、消費電力量を減らすために冷媒流量を減らそうとしても、弁制御流量が固定されているために同じく圧縮機の回転数範囲でしか制御できなかったため、必要最小限の冷媒流量よりも多く流れてしまい冷却能力が大きすぎることがあった。
【００１６】
そして、高負荷時に最適な冷媒流量を設定すれば低負荷時において冷却能力が大きすぎてしまい、逆に低負荷時に最適な冷媒流量を設定すれば高負荷時においてガス不足になってしまうため、従来の冷凍サイクルではこの両者の中間をとるような形で設計がなされ、両者の流量最適値を同時に満たすものではなかった。
【００１７】
上述のように、従来の冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルでは、冷媒流量制御は圧縮機の回転数のみでしか行えず、変動負荷に対する最適流量を持った冷凍サイクルを構成することが課題となっている。
【００１８】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、安価で、各冷却器への冷媒供給量を幅広い範囲で適切に調整することにより、高外気時および庫内負荷変動に対して冷却能力を確保し、かつ、消費電力量を低減した冷凍冷蔵庫を市場に提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る冷凍冷蔵庫は、冷凍室用冷却器および冷蔵室用冷却器を備えた冷凍冷蔵庫において、凝縮された冷媒を前記複数の冷却器に分配し、前記複数の冷却器の少なくとも一方の冷却器に流れる冷媒流量を複数段階に流量制御する切替弁を備え、前記複数の冷却器のうち、前記冷媒流量が複数段階に分配制御される冷却器の出口と入口の温度差をｔｉｅ、第１の所定値をａ、第２の所定値をｂ（ａ＜ｂ）としたとき、前記冷却器の出口と入口の温度差ｔｉｅがａ≦ｔｉｅ＜ｂの範囲に入るように前記冷却器に流れる冷媒流量を制御するようにしたものである。
【００２０】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、前記複数の冷却器のうち、前記冷媒流量が複数段階に分配制御される冷却器の出口と入口の温度を検出する温度検出手段を備え、前記冷却器の出口と入口の温度差ｔｉｅがｔｉｅ＜ａの場合には前記切替弁の開度を開度減に切り替え、ｂ≦ｔｉｅの場合には前記切替弁の開度を開度増に切り替えるようにしたものである。
【００２１】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、前記複数の冷却器のうち、前記冷媒流量が複数段階に分配制御される冷却器が前記冷凍室用冷却器であって、ａ＝１、ｂ＝７程度としたものである。
また、回転数を増速可能な圧縮機を備え、ｂ≦ｔｉｅの状態が続くような場合に、前記圧縮機の回転数を増速する前に前記切替弁の開度を開度増に切り替えて前記冷却器に流れる流量を増加させるようにしたものである。
【００２２】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、前記切替弁と前記複数の冷却器のうちの少なくとも一方の冷却器との間を複数本の毛細管で接続し、前記切替弁によって前記複数本の毛細管を切替えて冷媒流量を制御するものである。
【００２３】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、霜取時には霜取りヒータによって前記冷却器を加熱するとともに前記切替弁の出入口を全開にして比較的温度の高い冷媒が圧縮機から前記冷却器に流れ込むようにしたものである。
【００２４】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、霜取後の一定時間は前記複数の冷却器に同時に冷媒を流すように前記切替弁の開度を制御するようにしたものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による冷凍サイクルの冷媒回路を説明する。図１はこの発明の実施の形態１による冷凍サイクルの冷媒回路図、図２は実施の形態１で使用した三方切替弁の流量特性図、図３は実施の形態１にて使用している三方切替弁本体の縦断面図、図４はの実施の形態１にて使用している前記三方切替弁の弁座を示す平面図、図５は弁体が弁座と接触する面との関係を示す概略図。図６は図５を断面で示す要部拡大断面図。図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は三方切替弁の動作ステップに対応する弁体の接触位置を示した説明図、図８は三方切替弁の動作ステップ毎の開度表。図９は三方切替弁の動作ステップ毎のタイムチャート。図１０はこの発明の実施の形態１による三方切替弁の制御を示すフローチャートである。
【００２６】
図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は開度を制御可能なものとした三方切替弁で、出口開度が制御できる第１出口３ａを冷蔵室用毛細管４ａに、もう一方の第２出口３ｂを冷凍室用毛細管４ｂに接続している。５ａは冷蔵室用冷却器、５ｂは冷凍室用冷却器、６は逆止弁である。
【００２７】
この実施の形態１の冷媒回路では、矢印で示すように圧縮機１から凝縮器２へ、そして三方切替弁３を経て一方は、第１出口３ａから冷蔵室用毛細管４ａ、冷蔵室用冷却器５ａに、他方は、第２出口３ｂから冷凍室用毛細管４ｂを経て冷凍室用冷却器５ｂ、を経て圧縮機１に流れる。
【００２８】
図２において、実施の形態１で使用した三方切替弁３の流量特性図であり、縦軸が全開時流量を１００％とした場合の流量比率、横軸が三方切替弁３の弁の動作ステップである。図２（ａ）に示すように、三方切替弁３の第１出口３ａについてはパルス数によって０％か１００％の二つの開度しか持たない。また、三方切替弁３の第２出口３ｂについては、ある特定のパルス数の範囲でその中間程度の開度を持たせている。その開度は負荷に応じて決定されるものであり、この発明の実施の形態１では７０％としている。この三方切替弁３を使用することで、冷凍室側毛細管４ｂに流れる冷媒流量は、１００％流れる場合、７０％流れる場合、０％（流れない）の場合の３通りに制御可能となる。
【００２９】
また、前記三方切替弁３は弁体を回転させる方式を採り、冷蔵庫のような比較的冷媒流量の少ない場合でも流量の制御が可能である。
【００３０】
図３乃至図９において、三方切替弁の詳細について説明する。図において、３ａは前記三方切替弁３の第１出口、３ｂは第２出口及び3ｃは入口で、いずれも弁座３ｄに設けている。３ｅは前記第１出口３ａ、第２出口３ｂに接続された出口側冷媒パイプ、３ｆは前記入口３ｃに接続された入口側冷媒パイプ、３ｇはコイル、３ｈはこのコイルにより駆動される樹脂ロータで、シャフト３ｉにより本体に固定されている。３ｊは前記樹脂ロータ３ｉの回転を規制するストッパーゴム、３ｋは弁体で、前記弁座３ｄに設けた第２出口３ｂの円周上の位置に弁溝３ｌを設けている。この弁溝は、図５および図６に示すように、溝の周方向に沿って溝入口部幅Ａが溝の長さＬ分および溝入口部深さＢが溝の長さＬ分減少すよう形成されている。
【００３１】
このように構成された弁体３ｋによって、弁座３ｄの第２出口３ｂの円周上に弁溝３ｌが位置し、この弁溝３ｌが第２出口３ｂに覆い被さることで流路を塞ぎ、開度を制御して流量を調整することが可能となる。
【００３２】
また、図３は片方の出口のみ開度を制御できるものであるが、この弁体を２個重ねることで両方の出口の開度を制御することも可能となる。
【００３３】
また、この制御の信号は、外気温度、各室サーミスタ、扉開閉の有無などのさまざまな条件により決定される。例えば、外気温度が高い場合や、庫内負荷が多い場合、また扉開閉の多い場合は三方切替弁３の開度を１００％として冷却能力を確保し、また、外気温度が低い場合や、庫内負荷が少ない場合、扉開閉などのない低負荷時においては三方切替弁３の開度を７０％として過冷却を防止し省エネ性を高めることが可能となる。
【００３４】
この実施の形態１の三方切替弁の第１出口３ａおよび、第２出口３ｂ側の開度調整を図７、図８および図９にしたがって説明する。図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は動作ステップ毎の弁体３ｋが弁座３ｄに接触した状態を示し、図８および図９に示すように、動作ステップ（Ａ）では、パルス数は▲１▼で、弁開閉状態は、三方切替弁の第１出口３ａは開、第２出口３ｂは閉となる。動作ステップ（Ｂ）では、パルス数は▲２▼で、弁開閉状態は、三方切替弁の第１出口３ａ、第２出口３ｂ共に閉となる。動作ステップ（Ｃ）では、パルス数は▲３▼で、弁開閉状態は、三方切替弁の第１出口３ａは閉、第２出口３ｂは７０％開となる。動作ステップ（Ｄ）では、パルス数は▲４▼で、弁開閉状態は、三方切替弁の第１出口３ａは閉、第２出口３ｂは開となる。
【００３５】
次に、図１０に示す三方切替弁の第２出口３ｂ側の開度調整の制御フローチャートについて説明する。スタートして、ステップＳ１１で圧縮機運転中？を判断する。その結果、ＮＯであればステップＳ１２に進む。そしてステップＳ１２で霜取り中？を判定し、ＹＥＳであればステップＳ１３に進み、三方切替弁３の、第１出口３ａ、第２出口３ｂの開度をともに１００％全開とする。また、ステップＳ１２で霜取り中？を判定した結果がＮＯであれば、ステップＳ１４に進み、、三方切替弁３の、第１出口３ａ、第２出口３ｂの開度をともに０％全閉とする。
【００３６】
また、前記ステップＳ１１での圧縮機運転中？を判断した結果がＹＥＳであれば、ステップＳ１５に進み、庫外に取付けられたサーミスタにより外気温度Ｔｏｕｔを測定する。そして、ステップＳ１６で測定した結果を判定し、Ｔｏｕｔ≦２５℃でなければ、ステップＳ１７へ進み、Ｔｏｕｔ≦２５℃であれば、ステップＳ１８に進み、三方切替弁３の、第２出口３ｂの開度を１００％全開とする。
【００３７】
また、ステップＳ１７では、冷凍室扉の一定時間τ１時間当りの開閉回数Ｎを検出する。そして、ステップＳ１９で５≦Ｎを判定し、ＮＯであれば、ステップＳ２０で一定時間τ２以内での冷凍室温度を上昇させＴｆｕｐとする。前記判定の結果ＹＥＳであれば、ステップＳ２１で三方切替弁３の、第２出口３ｂの開度を１００％全開とする。
【００３８】
前記、ステップＳ２０で一定時間τ２以内での冷凍室温度を上昇させＴｆｕｐさせた結果をステップＳ２２で判定し、２℃≦Ｔｆｕｐでなければ、ステップＳ２３に進み、三方切替弁３の、第２出口３ｂの開度を７０％とする。また、ステップＳ２２での判定の結果、２℃≦Ｔｆｕｐであれば、ステップＳ２４に進み、三方切替弁３の、第２出口３ｂの開度を１００％全開とする。
【００３９】
また、実施の形態１では０％と１００％の間の７０％しか持たせていないが、さらに細かい設定も可能で、例えば図２（ｂ）に示すように特定のパルス範囲に対して多段の開度を設定させたり、図２（ｃ）に示すように同じパルス範囲において０％から１００％までリニアに変化する開度を持たせたりすることも可能である。このようにすることで、従来よりもきめ細かい冷凍室の温度制御が可能となる。
【００４０】
また、冷蔵庫の形態に応じて、開度の制御できる三方切替弁の３ｂ側を冷蔵室用毛細管４ａ側に接続してもよい。さらには両側の開度を制御できる三方切替弁を使用することも可である。
【００４１】
このような三方切替弁３を設置することで、無駄なく必要なだけの冷却能力を確保することが可能となる。
【００４２】
実施の形態２．
実施の形態２による冷凍冷蔵庫の冷媒回路図を図１１に示す。図１１では凝縮器２の後に四方切替弁１９（入口１つ、出口三つ）を備え、第１の出口１９ａは冷蔵室用毛細管４ａに、第２の出口１９ｂおよび第３の出口１９ｃはそれぞれ、第１冷凍室用毛細管４ｂ、第２冷凍室用毛細管４ｃに接続されている。その他の冷媒回路の構成は従来のそれと同じである。
【００４３】
図１２は、実施の形態２による四方切替弁１９の流量特性図であり、この冷媒回路で備えている四方切替弁１９は、流路切替のみの機能を有する。縦軸が全開時流量を１００％とした場合の流量比率、横軸が四方切替弁１９の弁の動作ステップである。
【００４４】
また、第１冷凍室用毛細管４ｂ、第２冷凍室用毛細管４ｃの径がそれぞれ異なり、例えば、第１冷凍室用毛細管４ｂの径が第２冷凍室用毛細管４ｃ以上のものを備えている。このとき、冷凍室用冷却器５ｂに流れる冷媒流量は、第２冷凍室用毛細管４ｂに冷媒を流す場合と第２冷凍室用毛細管４ｃに流す場合とで異なり、第１冷凍室用毛細管４ｂに流す場合の方が第２冷凍室用毛細管４ｃに流す場合に比べて多くなる。高負荷時には第１冷凍室用毛細管４ｂに冷媒を流し、庫内ファンおよび圧縮機と連動させて、十分な冷却能力を確保し、また低負荷時には第２冷凍室用毛細管４ｃに冷媒を流し、、冷凍室用冷却器５ｂに流れる冷媒流量を落とし入力を低減させ、省エネ性を高めることができる。
【００４５】
このようなサイクルを構成することで、それぞれの負荷に対して冷凍室用冷却器への流量制御が２段階に可能となる。
【００４６】
もちろん、前記実施の形態１で使用した三方切替弁と同様、機能、動作ステップに対して多段もしくはリニアに開度を、それぞれの出口に持たせることで、さらなる流量制御が可能となる。
【００４７】
実施の形態３．
実施の形態３は、霜取前後に三方切替弁３又は四方切替弁１９の制御を行うものである。冷凍サイクルの構成は実施の形態１および２と同じである。
【００４８】
通常、霜取制御は、冷凍室用冷却器５ｂに取り付けられた霜取サーミスタがある温度に達するまで冷却器５ｂの下に設置される霜取ヒータによって冷却器５が加熱されるもので、管外側からの加熱である。ここで管内側からも暖めることで霜取時間を短縮することが可能となる。管内側から暖めるために三方切替弁３又四方切替弁１９の出入口を開放することで、比較的温度の高い冷媒が圧縮機から冷却器５に流れ込むため、三方切替弁３又四方切替弁１９の出入口を閉鎖している場合よりも霜取時間は短くなる。
【００４９】
霜取時間が短くなれば、霜取前後の庫内温度変化も小さくなり、また霜取時の庫内温度上昇も抑制され、庫内食品への影響も小さいものとなり、また消費電力量も低減できる。
【００５０】
また、霜取後において、霜取直後のそれぞれの冷却器はヒータによる加熱のためおよそ＋１５℃前後となっているため、冷蔵室もしくは冷凍室を交互に冷却する制御ではいずれかの部屋の温度は次に冷却するタイミングまで上がっていってしまう。
【００５１】
このようなことを防止するために、霜取直後の一定時間は両方の冷却器へ冷媒を流すように三方切替弁３又は四方切替弁１９を制御する。また過冷却を防止するために、例えば冷凍室側冷却器へは流量をある程度抑制（７０％程度）し、冷蔵室側冷却器へは１００％流すような制御も可能である。
【００５２】
上記のような制御を行った場合の、冷却器温度、庫内温度（冷凍室温度）および切替弁の開度の時系列的な変化を図１３に示す。図中の冷却器温度、冷凍室温度において、一点鎖線は三方切替弁３の出入り口を閉鎖している場合、実線は三方切替弁３の出入り口を開放している場合を示す。両線を比較して、霜取開始時における実線の立ち上がりが早く、霜取完了時間も短縮され（Ａ，Ｂ比較）、霜取完了時の冷凍室温度の上昇温度Ｃも低く抑えられていることがわかる。
【００５３】
実施の形態４．
図１４は、実施の形態４における冷凍室用冷却器に流れる冷媒流量に対する消費電力量および冷却器出入口温度差を表す概念図である。図中にて、実線は消費電力量、破線は冷却器出入口温度差を示す。図１４から、ある冷媒流量に対して消費電力量が極小となるポイントが存在することがわかる。
【００５４】
また、冷媒流量に対して冷却器出入口温度差は図１４のように変化するため、この温度差を検知して三方切替弁３制御および毛細管切替を行うことで冷却器に流れる冷媒流量を調整し、常に消費電力量の少ない状態での運転が可能となる。
【００５５】
この実施の形態４は、冷媒回路の複数ポイントの温度をサーミスタで検出し、その温度差にて三方切替弁３の開度の制御または毛細管切替を行うものである。冷媒回路の構成は前記実施の形態１および実施の形態２と同じである。
【００５６】
この実施の形態４においては、冷却器入口および出口に温度検出サーミスタが取り付けられている。出口は通常ヘッダに取り付けられる霜取サーミスタにて代用することもできる。
【００５７】
図１５はこの実施の形態４による制御フローチャートである。この制御を行うことで、冷却器出入口温度差をある範囲の値にとどめておき、安定した流量を冷却器に送ることができるので消費電力量を抑えることが可能となる。
図１５において、スタートして、ステップＳ２１で圧縮機が運転しているかどうかを判断した後、ステップＳ２２でタイマーカウントをスタートさせる。タイマーカウントをスタート後、ステップＳ２３に進み、タイマーがτ？分間になるまでカウントし、ＹＥＳであればステップＳ２４に進み冷却器出入口温度差ｔｉｅを検出し、ある範囲以外であるａ≦ｔｉｅ＜ｂ以外の場合で、ｔｉｅ＜ａの場合はステップ２５に進み、三方切替弁３の開度減または毛細管細に切替て流量を減とした制御を行う。また、ステップＳ２４で冷却器出入口温度差ｔｉｅを検出し、ｂ≦ｔｉｅの場合はステップ２６に進み、三方切替弁３の開度増または毛細管太に切替て流量を減とした制御を行う。
【００５８】
また、ステップＳ２４で冷却器出入口温度差ｔｉｅを検出し、ａ≦ｔｉｅ＜ｂであれば、ステップＳ２７でカウンタリセットし、スタートに戻り、圧縮機が停止するまでτ分間ごとにこの制御を繰り返す。このような制御を行うことで消費電力量の最も小さくなるポイントからずれることなく無駄のない運転が可能となる。
【００５９】
時定数τの具体的な一例の値として１〜３分程度、また冷却器出入口温度差ｔｉｅとしてａ＝１、ｂ＝７程度が望ましい。
【００６０】
実施の形態５．
実施の形態５は、外気温度、庫内温度、冷却器出入口温度をサーミスタで検出し、圧縮機回転数、および切替弁の開度の制御または毛細管切替を行うものである。
【００６１】
制御内容的には前記実施の形態４と同じであるが、起動時や高負荷時、霜取後において、冷却器出入口温度差ｔｉｅがある範囲以上（ｂ≦ｔｉｅ）の状態が続くような場合がある。そのような場合には、外気温度、庫内温度から圧縮機回転数を変更（増速）し、切替弁の開度を制御または毛細管の切替を行うものである。
【００６２】
従来では圧縮機の回転数を増速させることでしか冷却能力の増加はなかったが、この実施の形態５により、圧縮機の回転数を増速する前に切替弁３の開度を制御または毛細管を切り替えてやることが可能で、冷却器に流れる流量を増加させることができるため、ある程度の冷却能力増加が図れる。圧縮機の回転数を増速するよりもこの実施の形態５の方が消費電力量も小さく経済的である。
【００６３】
またファン回転数も同じように増速させていくことで、さらに細かい制御が可能となる。
【００６４】
図１６は、この実施の形態５の各要素の時系列的な動きを示すタイムチャート。図１６では、例えば圧縮機の回転数を３速（５０、５５、６０ｒｐｓ）、切替弁の開度を３段階（５０、７５、１００％）、ファンの回転数を３速（１２００、１２５０、１３００ｒｐｍ）持つ場合の時系列的な変化である。圧縮機の回転数およびファンの回転数が増速する前に切替弁の開度を開けていくことで、冷却器に流れ込む冷媒流量を段階的に、しかも従来よりも細かく制御できることで、高負荷時においても冷却能力を出し過ぎることはなく無駄のない運転を実現する。
【００６５】
【発明の効果】
以上に述べたように、この発明に係る冷凍冷蔵冷蔵庫は、冷凍室用冷却器および冷蔵室用冷却器を備えた冷凍冷蔵庫において、凝縮された冷媒を前記複数の冷却器に分配し、前記複数の冷却器の少なくとも一方の冷却器に流れる冷媒流量を複数段階に流量制御する切替弁を備え、前記複数の冷却器のうち、前記冷媒流量が複数段階に分配制御される冷却器の出口と入口の温度差をｔｉｅ、第１の所定値をａ、第２の所定値をｂ（ａ＜ｂ）としたとき、前記冷却器の出口と入口の温度差ｔｉｅがａ≦ｔｉｅ＜ｂの範囲に入るように前記冷却器に流れる冷媒流量を制御するようにしたので、消費電力量の少ない状態での運転が可能となり、消費電力量の最も小さくなるポイントからずれることなく無駄のない運転が可能となる。また、冷却器出入口温度差をある範囲の値にとどめることができるので、安定した流量を冷却器に送ることができ消費電力量を抑えることが可能となる。
【００６６】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、前記複数の冷却器のうち、前記冷媒流量が複数段階に分配制御される冷却器の出口と入口の温度を検出する温度検出手段を備え、前記冷却器の出口と入口の温度差ｔｉｅがｔｉｅ＜ａの場合には前記切替弁の開度を開度減に切り替え、ｂ≦ｔｉｅの場合には前記切替弁の開度を開度増に切り替えるようにしたので、消費電力量の最も小さくなるポイントからずれることなく無駄のない運転が可能となる。
【００６７】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、前記複数の冷却器のうち、前記冷媒流量が複数段階に分配制御される冷却器が前記冷凍室用冷却器であって、ａ＝１、ｂ＝７程度としたので、消費電力量の最も小さくなるポイントからずれることなく無駄のない運転が可能となる。また、回転数を増速可能な圧縮機を備え、ｂ≦ｔｉｅの状態が続くような場合に、前記圧縮機の回転数を増速する前に前記切替弁の開度を開度増に切り替えて前記冷却器に流れる流量を増加させるようにしたので、冷却器に流れる流量を増加させることができ、冷却能力増加が図れる。また、圧縮機の回転数を増速するよりも消費電力量も小さく経済的である。また、前記切替弁と前記複数の冷却器のうちの少なくとも一方の冷却器との間を複数本の毛細管で接続し、前記切替弁によって前記複数本の毛細管を切替えて冷媒流量を制御するので、安価で、負荷変動に対応できる冷蔵庫を提供できる。
【００６８】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、霜取時には霜取りヒータによって前記冷却器を加熱するとともに前記切替弁の出入口を全開にして比較的温度の高い冷媒が圧縮機から前記冷却器に流れ込むようにしたので、霜取時間の短縮化が図れ、庫内温度上昇の抑制が可能となる。
【００６９】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、霜取後の一定時間は前記複数の冷却器に同時に冷媒を流すように前記切替弁の開度を制御するようにしたので、霜取前後の庫内温度変化を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルの冷媒回路図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による三方切替弁の流量特性図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による三方切替弁本体の縦断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態１による三方切替弁の弁座を示す平面図である。
【図５】 この発明の実施の形態１による弁体が弁座と接触する面との関係を示す概略図である。
【図６】 この発明の図５を断面で示す要部拡大断面図である。
【図７】 この発明の実施の形態１で使用した三方切替弁の動作ステップに対応する弁体の弁座との接触面位置を示した説明図である。
【図８】 この発明の実施の形態１による三方切替弁の制御を示すフローチャートである。
【図９】 この発明の実施の形態１による三方切替弁の動作ステップ毎の開度表である。
【図１０】 この発明の実施の形態１による三方切替弁の動作ステップ毎のタイムチャートである。
【図１１】 この発明の実施の形態２による冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルの冷媒回路図である。
【図１２】 この発明の実施の形態２による切替弁の流量特性を簡易的に示した特性図である。
【図１３】 この発明の実施の形態３による霜取前後の冷却器温度、冷凍室温度、切替弁の開度の時系列的な変化を示す動きを示すタイムチャート図である。
【図１４】 この発明の冷却器に流れる冷媒流量に対する消費電力量、冷却器出入口温度差を表す概念図である。
【図１５】 この発明の実施の形態４の制御を簡単に表すフローチャートである。
【図１６】この発明の実施の形態５の各要素の時系列的な動きを示すタイムチャート図である。
【図１７】 従来の冷凍冷蔵庫の構造を示す概略断面図である。
【図１８】 従来の冷凍冷蔵庫の複数冷却器を並列接続した冷凍サイクルの冷媒回路図である。
【図１９】 従来の冷凍冷蔵庫の複数冷却器を直列接続した冷凍サイクルの冷媒回路図である。
【図２０】 従来の冷凍冷蔵庫における切替弁の制御を示すフローチャートである。
【図２１】 従来の冷蔵庫の各要素の時系列的な動きを示すタイムチャート図である。
【図２２】 従来の冷蔵庫の各要素の起動回転数を示す説明表である。
【符号の説明】
１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 三方切替弁、３ａ 第１出口、３ｂ 第２出口、３ｃ 入口、３ｄ 弁座、３ｈ 樹脂ロータ、３ｊ ストッパゴム、３ｋ 弁体、３ｌ 弁溝、３ｎ 弁体接触面、４ 毛細管、 ５ａ 冷蔵室用冷却器、５ｂ 冷凍室用冷却器、６ 逆止弁、１１ 冷蔵室。
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍室用冷却器および冷蔵室用冷却器を有し、かつ凝縮された冷媒をそれぞれの冷却器に分配する切替弁を備えた冷凍冷蔵庫に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は従来の冷凍室用および冷蔵室用の冷却器を備えた冷凍冷蔵庫の構造を示す。図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は三方切替弁、４ａは冷蔵室用毛細管、４ｂは冷凍室用毛細管、５ａは冷蔵室用冷却器、５ｂは冷凍室用冷却器、６は逆止弁、７ａは冷蔵室冷却器用霜取りヒータ、７ｂは冷凍室冷却器用霜取りヒータ、８ａは冷蔵室用ファン、８ｂは冷凍室用ファン、９は箱体、１０はドライヤ、１１は冷蔵室、１２はチルド室、１３は野菜室、１４は製氷機、１５は冷凍室上ケース、１６は冷凍室下ケース、１７は冷凍室用ファングリル、１８は冷蔵室用ファングリルである。
【０００３】
次に、従来の冷凍冷蔵庫の動作を説明する。冷媒は圧縮機１で圧縮され凝縮器２に入り、ドライヤ１０を経て三方切替弁３に至る。ここで冷凍室用ファングリル１７および冷蔵室用ファングリル１８に取り付けられた各サーミスタ（図示されていない）により、各流路の三方切替弁３を制御し各室冷却器５ａ、５ｂへ送られる。従来の三方切替弁３の役割としては、単純に流路切替の機能のみである。また三方切替弁３と各冷蔵室用冷却器５ａ、冷凍室用冷却器５ｂの間にはそれぞれ内径の異なる絞り装置である第１毛細管４ａ、第２毛細管４ｂがあり、各冷蔵室用冷却器５ａ、冷凍室用冷却器５ｂを所定の蒸発温度に設定する。
【０００４】
図１８、図１９は、従来の冷凍室用および冷蔵室用の冷却器を備えた冷凍冷蔵庫の冷媒回路図である。ここでは切替弁として三方切替弁を備えたものについて説明する。図１８において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は三方切替弁で、冷凍室側毛細管に接続する第１出口３ａ、冷蔵室用毛細管に接続する第２出口３ｂを設けている。４ａは冷蔵室用毛細管、４ｂは冷凍室用毛細管、５ａは冷蔵室用冷却器、５ｂは冷凍室用冷却器、６は逆止弁、矢印は冷媒の流れ方向を示している。
【０００５】
また、図１９に示すように、冷蔵室用冷却器５ａの出口を冷凍室用冷却器５ｂの入口（冷凍室用毛細管４ｂの前）に接続することもある。圧縮機１に戻す冷媒を冷凍室用冷却器５ｂに通して完全に蒸発させて液バックさせないためである。
【０００６】
図１８において、圧縮機１から吐出された冷媒は凝縮器２により凝縮され、三方切替弁３前に供給される。圧縮機１の運転について、その起動および停止をＦまたはＲサーミスタにて決定し、またその起動速度を外気温度にて決定し、その後の連続運転時間に伴い回転数を上げていく。
【０００７】
流路切替が決定され、冷蔵室用冷却器５ａまたは冷凍室用冷却器５ｂに冷媒が供給され、それを蒸発させることで庫内を冷却している。またＲサーミスタが三方切替弁３の閉点に達した時、三方切替弁を制御し第２出口３ｂを閉じ、冷蔵室用ファンも停止して、冷蔵室の冷却を停止する。
【０００８】
この際の圧縮機と各サーミスタと三方切替弁の制御フローチャートを図２０に示す。図２０では、まず、ステップＳ１で圧縮機の動作状態を確認し、ＯＮであれば、ステップＳ２に進み、ステップＳ２でＦサーミスタにて庫内温度を確認し冷却が必要であるかないかの判断し、ＯＦＦであれば、ステップＳ６において、Ｆサーミスタにて庫内温度を確認し冷却が必要であるかないかの判断する。ステップＳ６でＦサーミスタ確認温度がＴ2以上であれば、ステップＳ7に進み、ＣＯＭＰをＯＮし、Ｔ2以下であれば、ステップＳ8に進み、ＣＯＭＰをＯＦＦする。ステップＳ２でのＦサーミスタ確認温度がＴ１以上で冷却が必要な場合にはステップＳ３に進み、又、Ｆサーミスタ確認温度がＴ１以下であれば、ステップＳ9で三方切替弁３の第１出口３ａ、第２出口３ｂを閉とし、ステップＳ10でＣＯＭＰをＯＦＦする。ステップＳ３で三方切替弁３の第２出口３ｂ側を制御し、冷凍室用冷却器５ｂに冷媒が流れるように流路を開けたら、その後にステップＳ４でＲサーミスタにて冷却が必要であるかないかの判断をし、Ｔ３以上で冷却が必要な場合には、ステップＳ５に進み、前記ステップＳ３と同じように、三方切替弁３の第２出口３ｂ側を制御し、冷凍室用冷却器５ｂに冷媒が流れるように流路を開ける制御を行う。各流路が開けられるのと同時に各ファンを運転させて冷却された空気を送る。また、Ｔ３以下で冷却が不必要な場合には、ステップＳ１１に進み、三方切替弁３の第１出口３ａ側を閉とする。
【０００９】
図２１は、外気が18℃の場合における各要素の時系列的な動きを示すタイムチャートである。図２１では、外気サーミスタにより各要素の起動回転数が決定し、Ｆサーミスタにて圧縮機１の制御が行われる。その際、三方切替弁においてもＦおよびＲサーミスタの信号により、弁を切替て流路の開閉を決定する。
【００１０】
図２２は従来の冷凍冷蔵庫の外気温度に対する各要素（圧縮機１、冷凍室用ファン８ｂ、冷蔵室用ファン８ａ）の起動回転数表である。図において、Ｎ ＣＯＭＰは圧縮機、ＮＦ ＦＡＮは冷凍室用ファン、ＮＲ ＦＡＮは冷蔵室用ファンの起動回転数である。
【００１１】
図中、外気外気温度１５℃までは、Ｎ ＣＯＭＰｒｐｍ「４０」、ＮＲ ＦＡＮｒｐｍ「１０００」、ＮＦ ＦＡＮｒｐｍ「１０００」、外気温度１５℃〜２０℃であれば、Ｎ ＣＯＭＰｒｐｍ「５０」、ＮＲ ＦＡＮｒｐｍ「１１００」、ＮＦ ＦＡＮｒｐｍ「１１５０」、外気温度２０℃〜２５℃であれば、Ｎ ＣＯＭＰｒｐｍ「５５」、ＮＲ ＦＡＮｒｐｍ「１２００」、ＮＦ ＦＡＮｒｐｍ「１２００」、また、外気温度２５℃〜３０℃であれば、Ｎ ＣＯＭＰｒｐｍ「６０」、ＮＲ ＦＡＮｒｐｍ「１２００」、ＮＦ ＦＡＮｒｐｍ「１２５０」、で、外気温度３０〜であれば、Ｎ ＣＯＭＰｒｐｍ「６５」、ＮＲ ＦＡＮｒｐｍ「１３００」、ＮＦ ＦＡＮｒｐｍ「１３００」、である。
【００１２】
しかしこれらの冷凍サイクルにおいて、三方切替弁３の開度は一定、つまり全開か全閉のどちらかであり、その後に接続される毛細管４ａ、４ｂにより流量制御される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の冷凍冷蔵庫の場合、冷却器に供給される冷媒流量は圧縮機回転数および毛細管径により決定されていたが、流量制御手段としては各冷却器に一本の毛細管だけであった。
【００１４】
高外気時および庫内負荷変動（扉開閉、食品負荷など）に対して、冷媒流量が多く必要な場合において、弁制御流量が固定されているので圧縮機の回転数範囲でしか制御できなかったため、冷却器でのガス不足などが発生して冷却能力不足となることがあった。
【００１５】
また、低負荷時に対しては、消費電力量を減らすために冷媒流量を減らそうとしても、弁制御流量が固定されているために同じく圧縮機の回転数範囲でしか制御できなかったため、必要最小限の冷媒流量よりも多く流れてしまい冷却能力が大きすぎることがあった。
【００１６】
そして、高負荷時に最適な冷媒流量を設定すれば低負荷時において冷却能力が大きすぎてしまい、逆に低負荷時に最適な冷媒流量を設定すれば高負荷時においてガス不足になってしまうため、従来の冷凍サイクルではこの両者の中間をとるような形で設計がなされ、両者の流量最適値を同時に満たすものではなかった。
【００１７】
上述のように、従来の冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルでは、冷媒流量制御は圧縮機の回転数のみでしか行えず、変動負荷に対する最適流量を持った冷凍サイクルを構成することが課題となっている。
【００１８】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、安価で、各冷却器への冷媒供給量を幅広い範囲で適切に調整することにより、高外気時および庫内負荷変動に対して冷却能力を確保し、かつ、消費電力量を低減した冷凍冷蔵庫を市場に提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る冷凍冷蔵庫は、冷凍室用冷却器および冷蔵室用冷却器を備えた冷凍冷蔵庫において、凝縮された冷媒を前記複数の冷却器に分配し、前記複数の冷却器の少なくとも一方の冷却器に流れる冷媒流量を複数段階に流量制御する切替弁を備え、前記複数の冷却器のうち、前記冷媒流量が複数段階に分配制御される冷却器の出口と入口の温度差をｔｉｅ、第１の所定値をａ、第２の所定値をｂ（ａ＜ｂ）としたとき、前記冷却器の出口と入口の温度差ｔｉｅがａ≦ｔｉｅ＜ｂの範囲に入るように前記冷却器に流れる冷媒流量を制御するようにしたものである。
【００２０】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、前記複数の冷却器のうち、前記冷媒流量が複数段階に分配制御される冷却器の出口と入口の温度を検出する温度検出手段を備え、前記冷却器の出口と入口の温度差ｔｉｅがｔｉｅ＜ａの場合には前記切替弁の開度を開度減に切り替え、ｂ≦ｔｉｅの場合には前記切替弁の開度を開度増に切り替えるようにしたものである。
【００２１】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、前記複数の冷却器のうち、前記冷媒流量が複数段階に分配制御される冷却器が前記冷凍室用冷却器であって、ａ＝１、ｂ＝７程度としたものである。
また、回転数を増速可能な圧縮機を備え、ｂ≦ｔｉｅの状態が続くような場合に、前記圧縮機の回転数を増速する前に前記切替弁の開度を開度増に切り替えて前記冷却器に流れる流量を増加させるようにしたものである。
【００２２】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、前記切替弁と前記複数の冷却器のうちの少なくとも一方の冷却器との間を複数本の毛細管で接続し、前記切替弁によって前記複数本の毛細管を切替えて冷媒流量を制御するものである。
【００２３】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、霜取時には霜取りヒータによって前記冷却器を加熱するとともに前記切替弁の出入口を全開にして比較的温度の高い冷媒が圧縮機から前記冷却器に流れ込むようにしたものである。
【００２４】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、霜取後の一定時間は前記複数の冷却器に同時に冷媒を流すように前記切替弁の開度を制御するようにしたものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による冷凍サイクルの冷媒回路を説明する。図１はこの発明の実施の形態１による冷凍サイクルの冷媒回路図、図２は実施の形態１で使用した三方切替弁の流量特性図、図３は実施の形態１にて使用している三方切替弁本体の縦断面図、図４はの実施の形態１にて使用している前記三方切替弁の弁座を示す平面図、図５は弁体が弁座と接触する面との関係を示す概略図。図６は図５を断面で示す要部拡大断面図。図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は三方切替弁の動作ステップに対応する弁体の接触位置を示した説明図、図８は三方切替弁の動作ステップ毎の開度表。図９は三方切替弁の動作ステップ毎のタイムチャート。図１０はこの発明の実施の形態１による三方切替弁の制御を示すフローチャートである。
【００２６】
図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は開度を制御可能なものとした三方切替弁で、出口開度が制御できる第１出口３ａを冷蔵室用毛細管４ａに、もう一方の第２出口３ｂを冷凍室用毛細管４ｂに接続している。５ａは冷蔵室用冷却器、５ｂは冷凍室用冷却器、６は逆止弁である。
【００２７】
この実施の形態１の冷媒回路では、矢印で示すように圧縮機１から凝縮器２へ、そして三方切替弁３を経て一方は、第１出口３ａから冷蔵室用毛細管４ａ、冷蔵室用冷却器５ａに、他方は、第２出口３ｂから冷凍室用毛細管４ｂを経て冷凍室用冷却器５ｂ、を経て圧縮機１に流れる。
【００２８】
図２において、実施の形態１で使用した三方切替弁３の流量特性図であり、縦軸が全開時流量を１００％とした場合の流量比率、横軸が三方切替弁３の弁の動作ステップである。図２（ａ）に示すように、三方切替弁３の第１出口３ａについてはパルス数によって０％か１００％の二つの開度しか持たない。また、三方切替弁３の第２出口３ｂについては、ある特定のパルス数の範囲でその中間程度の開度を持たせている。その開度は負荷に応じて決定されるものであり、この発明の実施の形態１では７０％としている。この三方切替弁３を使用することで、冷凍室側毛細管４ｂに流れる冷媒流量は、１００％流れる場合、７０％流れる場合、０％（流れない）の場合の３通りに制御可能となる。
【００２９】
また、前記三方切替弁３は弁体を回転させる方式を採り、冷蔵庫のような比較的冷媒流量の少ない場合でも流量の制御が可能である。
【００３０】
図３乃至図９において、三方切替弁の詳細について説明する。図において、３ａは前記三方切替弁３の第１出口、３ｂは第２出口及び3ｃは入口で、いずれも弁座３ｄに設けている。３ｅは前記第１出口３ａ、第２出口３ｂに接続された出口側冷媒パイプ、３ｆは前記入口３ｃに接続された入口側冷媒パイプ、３ｇはコイル、３ｈはこのコイルにより駆動される樹脂ロータで、シャフト３ｉにより本体に固定されている。３ｊは前記樹脂ロータ３ｉの回転を規制するストッパーゴム、３ｋは弁体で、前記弁座３ｄに設けた第２出口３ｂの円周上の位置に弁溝３ｌを設けている。この弁溝は、図５および図６に示すように、溝の周方向に沿って溝入口部幅Ａが溝の長さＬ分および溝入口部深さＢが溝の長さＬ分減少すよう形成されている。
【００３１】
このように構成された弁体３ｋによって、弁座３ｄの第２出口３ｂの円周上に弁溝３ｌが位置し、この弁溝３ｌが第２出口３ｂに覆い被さることで流路を塞ぎ、開度を制御して流量を調整することが可能となる。
【００３２】
また、図３は片方の出口のみ開度を制御できるものであるが、この弁体を２個重ねることで両方の出口の開度を制御することも可能となる。
【００３３】
また、この制御の信号は、外気温度、各室サーミスタ、扉開閉の有無などのさまざまな条件により決定される。例えば、外気温度が高い場合や、庫内負荷が多い場合、また扉開閉の多い場合は三方切替弁３の開度を１００％として冷却能力を確保し、また、外気温度が低い場合や、庫内負荷が少ない場合、扉開閉などのない低負荷時においては三方切替弁３の開度を７０％として過冷却を防止し省エネ性を高めることが可能となる。
【００３４】
この実施の形態１の三方切替弁の第１出口３ａおよび、第２出口３ｂ側の開度調整を図７、図８および図９にしたがって説明する。図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は動作ステップ毎の弁体３ｋが弁座３ｄに接触した状態を示し、図８および図９に示すように、動作ステップ（Ａ）では、パルス数は▲１▼で、弁開閉状態は、三方切替弁の第１出口３ａは開、第２出口３ｂは閉となる。動作ステップ（Ｂ）では、パルス数は▲２▼で、弁開閉状態は、三方切替弁の第１出口３ａ、第２出口３ｂ共に閉となる。動作ステップ（Ｃ）では、パルス数は▲３▼で、弁開閉状態は、三方切替弁の第１出口３ａは閉、第２出口３ｂは７０％開となる。動作ステップ（Ｄ）では、パルス数は▲４▼で、弁開閉状態は、三方切替弁の第１出口３ａは閉、第２出口３ｂは開となる。
【００３５】
次に、図１０に示す三方切替弁の第２出口３ｂ側の開度調整の制御フローチャートについて説明する。スタートして、ステップＳ１１で圧縮機運転中？を判断する。その結果、ＮＯであればステップＳ１２に進む。そしてステップＳ１２で霜取り中？を判定し、ＹＥＳであればステップＳ１３に進み、三方切替弁３の、第１出口３ａ、第２出口３ｂの開度をともに１００％全開とする。また、ステップＳ１２で霜取り中？を判定した結果がＮＯであれば、ステップＳ１４に進み、、三方切替弁３の、第１出口３ａ、第２出口３ｂの開度をともに０％全閉とする。
【００３６】
また、前記ステップＳ１１での圧縮機運転中？を判断した結果がＹＥＳであれば、ステップＳ１５に進み、庫外に取付けられたサーミスタにより外気温度Ｔｏｕｔを測定する。そして、ステップＳ１６で測定した結果を判定し、Ｔｏｕｔ≦２５℃でなければ、ステップＳ１７へ進み、Ｔｏｕｔ≦２５℃であれば、ステップＳ１８に進み、三方切替弁３の、第２出口３ｂの開度を１００％全開とする。
【００３７】
また、ステップＳ１７では、冷凍室扉の一定時間τ１時間当りの開閉回数Ｎを検出する。そして、ステップＳ１９で５≦Ｎを判定し、ＮＯであれば、ステップＳ２０で一定時間τ２以内での冷凍室温度を上昇させＴｆｕｐとする。前記判定の結果ＹＥＳであれば、ステップＳ２１で三方切替弁３の、第２出口３ｂの開度を１００％全開とする。
【００３８】
前記、ステップＳ２０で一定時間τ２以内での冷凍室温度を上昇させＴｆｕｐさせた結果をステップＳ２２で判定し、２℃≦Ｔｆｕｐでなければ、ステップＳ２３に進み、三方切替弁３の、第２出口３ｂの開度を７０％とする。また、ステップＳ２２での判定の結果、２℃≦Ｔｆｕｐであれば、ステップＳ２４に進み、三方切替弁３の、第２出口３ｂの開度を１００％全開とする。
【００３９】
また、実施の形態１では０％と１００％の間の７０％しか持たせていないが、さらに細かい設定も可能で、例えば図２（ｂ）に示すように特定のパルス範囲に対して多段の開度を設定させたり、図２（ｃ）に示すように同じパルス範囲において０％から１００％までリニアに変化する開度を持たせたりすることも可能である。このようにすることで、従来よりもきめ細かい冷凍室の温度制御が可能となる。
【００４０】
また、冷蔵庫の形態に応じて、開度の制御できる三方切替弁の３ｂ側を冷蔵室用毛細管４ａ側に接続してもよい。さらには両側の開度を制御できる三方切替弁を使用することも可である。
【００４１】
このような三方切替弁３を設置することで、無駄なく必要なだけの冷却能力を確保することが可能となる。
【００４２】
実施の形態２．
実施の形態２による冷凍冷蔵庫の冷媒回路図を図１１に示す。図１１では凝縮器２の後に四方切替弁１９（入口１つ、出口三つ）を備え、第１の出口１９ａは冷蔵室用毛細管４ａに、第２の出口１９ｂおよび第３の出口１９ｃはそれぞれ、第１冷凍室用毛細管４ｂ、第２冷凍室用毛細管４ｃに接続されている。その他の冷媒回路の構成は従来のそれと同じである。
【００４３】
図１２は、実施の形態２による四方切替弁１９の流量特性図であり、この冷媒回路で備えている四方切替弁１９は、流路切替のみの機能を有する。縦軸が全開時流量を１００％とした場合の流量比率、横軸が四方切替弁１９の弁の動作ステップである。
【００４４】
また、第１冷凍室用毛細管４ｂ、第２冷凍室用毛細管４ｃの径がそれぞれ異なり、例えば、第１冷凍室用毛細管４ｂの径が第２冷凍室用毛細管４ｃ以上のものを備えている。このとき、冷凍室用冷却器５ｂに流れる冷媒流量は、第２冷凍室用毛細管４ｂに冷媒を流す場合と第２冷凍室用毛細管４ｃに流す場合とで異なり、第１冷凍室用毛細管４ｂに流す場合の方が第２冷凍室用毛細管４ｃに流す場合に比べて多くなる。高負荷時には第１冷凍室用毛細管４ｂに冷媒を流し、庫内ファンおよび圧縮機と連動させて、十分な冷却能力を確保し、また低負荷時には第２冷凍室用毛細管４ｃに冷媒を流し、、冷凍室用冷却器５ｂに流れる冷媒流量を落とし入力を低減させ、省エネ性を高めることができる。
【００４５】
このようなサイクルを構成することで、それぞれの負荷に対して冷凍室用冷却器への流量制御が２段階に可能となる。
【００４６】
もちろん、前記実施の形態１で使用した三方切替弁と同様、機能、動作ステップに対して多段もしくはリニアに開度を、それぞれの出口に持たせることで、さらなる流量制御が可能となる。
【００４７】
実施の形態３．
実施の形態３は、霜取前後に三方切替弁３又は四方切替弁１９の制御を行うものである。冷凍サイクルの構成は実施の形態１および２と同じである。
【００４８】
通常、霜取制御は、冷凍室用冷却器５ｂに取り付けられた霜取サーミスタがある温度に達するまで冷却器５ｂの下に設置される霜取ヒータによって冷却器５が加熱されるもので、管外側からの加熱である。ここで管内側からも暖めることで霜取時間を短縮することが可能となる。管内側から暖めるために三方切替弁３又四方切替弁１９の出入口を開放することで、比較的温度の高い冷媒が圧縮機から冷却器５に流れ込むため、三方切替弁３又四方切替弁１９の出入口を閉鎖している場合よりも霜取時間は短くなる。
【００４９】
霜取時間が短くなれば、霜取前後の庫内温度変化も小さくなり、また霜取時の庫内温度上昇も抑制され、庫内食品への影響も小さいものとなり、また消費電力量も低減できる。
【００５０】
また、霜取後において、霜取直後のそれぞれの冷却器はヒータによる加熱のためおよそ＋１５℃前後となっているため、冷蔵室もしくは冷凍室を交互に冷却する制御ではいずれかの部屋の温度は次に冷却するタイミングまで上がっていってしまう。
【００５１】
このようなことを防止するために、霜取直後の一定時間は両方の冷却器へ冷媒を流すように三方切替弁３又は四方切替弁１９を制御する。また過冷却を防止するために、例えば冷凍室側冷却器へは流量をある程度抑制（７０％程度）し、冷蔵室側冷却器へは１００％流すような制御も可能である。
【００５２】
上記のような制御を行った場合の、冷却器温度、庫内温度（冷凍室温度）および切替弁の開度の時系列的な変化を図１３に示す。図中の冷却器温度、冷凍室温度において、一点鎖線は三方切替弁３の出入り口を閉鎖している場合、実線は三方切替弁３の出入り口を開放している場合を示す。両線を比較して、霜取開始時における実線の立ち上がりが早く、霜取完了時間も短縮され（Ａ，Ｂ比較）、霜取完了時の冷凍室温度の上昇温度Ｃも低く抑えられていることがわかる。
【００５３】
実施の形態４．
図１４は、実施の形態４における冷凍室用冷却器に流れる冷媒流量に対する消費電力量および冷却器出入口温度差を表す概念図である。図中にて、実線は消費電力量、破線は冷却器出入口温度差を示す。図１４から、ある冷媒流量に対して消費電力量が極小となるポイントが存在することがわかる。
【００５４】
また、冷媒流量に対して冷却器出入口温度差は図１４のように変化するため、この温度差を検知して三方切替弁３制御および毛細管切替を行うことで冷却器に流れる冷媒流量を調整し、常に消費電力量の少ない状態での運転が可能となる。
【００５５】
この実施の形態４は、冷媒回路の複数ポイントの温度をサーミスタで検出し、その温度差にて三方切替弁３の開度の制御または毛細管切替を行うものである。冷媒回路の構成は前記実施の形態１および実施の形態２と同じである。
【００５６】
この実施の形態４においては、冷却器入口および出口に温度検出サーミスタが取り付けられている。出口は通常ヘッダに取り付けられる霜取サーミスタにて代用することもできる。
【００５７】
図１５はこの実施の形態４による制御フローチャートである。この制御を行うことで、冷却器出入口温度差をある範囲の値にとどめておき、安定した流量を冷却器に送ることができるので消費電力量を抑えることが可能となる。
図１５において、スタートして、ステップＳ２１で圧縮機が運転しているかどうかを判断した後、ステップＳ２２でタイマーカウントをスタートさせる。タイマーカウントをスタート後、ステップＳ２３に進み、タイマーがτ？分間になるまでカウントし、ＹＥＳであればステップＳ２４に進み冷却器出入口温度差ｔｉｅを検出し、ある範囲以外であるａ≦ｔｉｅ＜ｂ以外の場合で、ｔｉｅ＜ａの場合はステップ２５に進み、三方切替弁３の開度減または毛細管細に切替て流量を減とした制御を行う。また、ステップＳ２４で冷却器出入口温度差ｔｉｅを検出し、ｂ≦ｔｉｅの場合はステップ２６に進み、三方切替弁３の開度増または毛細管太に切替て流量を減とした制御を行う。
【００５８】
また、ステップＳ２４で冷却器出入口温度差ｔｉｅを検出し、ａ≦ｔｉｅ＜ｂであれば、ステップＳ２７でカウンタリセットし、スタートに戻り、圧縮機が停止するまでτ分間ごとにこの制御を繰り返す。このような制御を行うことで消費電力量の最も小さくなるポイントからずれることなく無駄のない運転が可能となる。
【００５９】
時定数τの具体的な一例の値として１〜３分程度、また冷却器出入口温度差ｔｉｅとしてａ＝１、ｂ＝７程度が望ましい。
【００６０】
実施の形態５．
実施の形態５は、外気温度、庫内温度、冷却器出入口温度をサーミスタで検出し、圧縮機回転数、および切替弁の開度の制御または毛細管切替を行うものである。
【００６１】
制御内容的には前記実施の形態４と同じであるが、起動時や高負荷時、霜取後において、冷却器出入口温度差ｔｉｅがある範囲以上（ｂ≦ｔｉｅ）の状態が続くような場合がある。そのような場合には、外気温度、庫内温度から圧縮機回転数を変更（増速）し、切替弁の開度を制御または毛細管の切替を行うものである。
【００６２】
従来では圧縮機の回転数を増速させることでしか冷却能力の増加はなかったが、この実施の形態５により、圧縮機の回転数を増速する前に切替弁３の開度を制御または毛細管を切り替えてやることが可能で、冷却器に流れる流量を増加させることができるため、ある程度の冷却能力増加が図れる。圧縮機の回転数を増速するよりもこの実施の形態５の方が消費電力量も小さく経済的である。
【００６３】
またファン回転数も同じように増速させていくことで、さらに細かい制御が可能となる。
【００６４】
図１６は、この実施の形態５の各要素の時系列的な動きを示すタイムチャート。図１６では、例えば圧縮機の回転数を３速（５０、５５、６０ｒｐｓ）、切替弁の開度を３段階（５０、７５、１００％）、ファンの回転数を３速（１２００、１２５０、１３００ｒｐｍ）持つ場合の時系列的な変化である。圧縮機の回転数およびファンの回転数が増速する前に切替弁の開度を開けていくことで、冷却器に流れ込む冷媒流量を段階的に、しかも従来よりも細かく制御できることで、高負荷時においても冷却能力を出し過ぎることはなく無駄のない運転を実現する。
【００６５】
【発明の効果】
以上に述べたように、この発明に係る冷凍冷蔵冷蔵庫は、冷凍室用冷却器および冷蔵室用冷却器を備えた冷凍冷蔵庫において、凝縮された冷媒を前記複数の冷却器に分配し、前記複数の冷却器の少なくとも一方の冷却器に流れる冷媒流量を複数段階に流量制御する切替弁を備え、前記複数の冷却器のうち、前記冷媒流量が複数段階に分配制御される冷却器の出口と入口の温度差をｔｉｅ、第１の所定値をａ、第２の所定値をｂ（ａ＜ｂ）としたとき、前記冷却器の出口と入口の温度差ｔｉｅがａ≦ｔｉｅ＜ｂの範囲に入るように前記冷却器に流れる冷媒流量を制御するようにしたので、消費電力量の少ない状態での運転が可能となり、消費電力量の最も小さくなるポイントからずれることなく無駄のない運転が可能となる。また、冷却器出入口温度差をある範囲の値にとどめることができるので、安定した流量を冷却器に送ることができ消費電力量を抑えることが可能となる。
【００６６】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、前記複数の冷却器のうち、前記冷媒流量が複数段階に分配制御される冷却器の出口と入口の温度を検出する温度検出手段を備え、前記冷却器の出口と入口の温度差ｔｉｅがｔｉｅ＜ａの場合には前記切替弁の開度を開度減に切り替え、ｂ≦ｔｉｅの場合には前記切替弁の開度を開度増に切り替えるようにしたので、消費電力量の最も小さくなるポイントからずれることなく無駄のない運転が可能となる。
【００６７】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、前記複数の冷却器のうち、前記冷媒流量が複数段階に分配制御される冷却器が前記冷凍室用冷却器であって、ａ＝１、ｂ＝７程度としたので、消費電力量の最も小さくなるポイントからずれることなく無駄のない運転が可能となる。また、回転数を増速可能な圧縮機を備え、ｂ≦ｔｉｅの状態が続くような場合に、前記圧縮機の回転数を増速する前に前記切替弁の開度を開度増に切り替えて前記冷却器に流れる流量を増加させるようにしたので、冷却器に流れる流量を増加させることができ、冷却能力増加が図れる。また、圧縮機の回転数を増速するよりも消費電力量も小さく経済的である。また、前記切替弁と前記複数の冷却器のうちの少なくとも一方の冷却器との間を複数本の毛細管で接続し、前記切替弁によって前記複数本の毛細管を切替えて冷媒流量を制御するので、安価で、負荷変動に対応できる冷蔵庫を提供できる。
【００６８】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、霜取時には霜取りヒータによって前記冷却器を加熱するとともに前記切替弁の出入口を全開にして比較的温度の高い冷媒が圧縮機から前記冷却器に流れ込むようにしたので、霜取時間の短縮化が図れ、庫内温度上昇の抑制が可能となる。
【００６９】
また、この発明に係る冷凍冷蔵庫は、霜取後の一定時間は前記複数の冷却器に同時に冷媒を流すように前記切替弁の開度を制御するようにしたので、霜取前後の庫内温度変化を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルの冷媒回路図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による三方切替弁の流量特性図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による三方切替弁本体の縦断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態１による三方切替弁の弁座を示す平面図である。
【図５】 この発明の実施の形態１による弁体が弁座と接触する面との関係を示す概略図である。
【図６】 この発明の図５を断面で示す要部拡大断面図である。
【図７】 この発明の実施の形態１で使用した三方切替弁の動作ステップに対応する弁体の弁座との接触面位置を示した説明図である。
【図８】 この発明の実施の形態１による三方切替弁の制御を示すフローチャートである。
【図９】 この発明の実施の形態１による三方切替弁の動作ステップ毎の開度表である。
【図１０】 この発明の実施の形態１による三方切替弁の動作ステップ毎のタイムチャートである。
【図１１】 この発明の実施の形態２による冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルの冷媒回路図である。
【図１２】 この発明の実施の形態２による切替弁の流量特性を簡易的に示した特性図である。
【図１３】 この発明の実施の形態３による霜取前後の冷却器温度、冷凍室温度、切替弁の開度の時系列的な変化を示す動きを示すタイムチャート図である。
【図１４】 この発明の冷却器に流れる冷媒流量に対する消費電力量、冷却器出入口温度差を表す概念図である。
【図１５】 この発明の実施の形態４の制御を簡単に表すフローチャートである。
【図１６】この発明の実施の形態５の各要素の時系列的な動きを示すタイムチャート図である。
【図１７】 従来の冷凍冷蔵庫の構造を示す概略断面図である。
【図１８】 従来の冷凍冷蔵庫の複数冷却器を並列接続した冷凍サイクルの冷媒回路図である。
【図１９】 従来の冷凍冷蔵庫の複数冷却器を直列接続した冷凍サイクルの冷媒回路図である。
【図２０】 従来の冷凍冷蔵庫における切替弁の制御を示すフローチャートである。
【図２１】 従来の冷蔵庫の各要素の時系列的な動きを示すタイムチャート図である。
【図２２】 従来の冷蔵庫の各要素の起動回転数を示す説明表である。
【符号の説明】
１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 三方切替弁、３ａ 第１出口、３ｂ 第２出口、３ｃ 入口、３ｄ 弁座、３ｈ 樹脂ロータ、３ｊ ストッパゴム、３ｋ 弁体、３ｌ 弁溝、３ｎ 弁体接触面、４ 毛細管、 ５ａ 冷蔵室用冷却器、５ｂ 冷凍室用冷却器、６ 逆止弁、１１ 冷蔵室。
Claims (7)
- 冷凍室用冷却器および冷蔵室用冷却器を備えた冷凍冷蔵庫において、凝縮された冷媒を前記複数の冷却器に分配し、前記複数の冷却器の少なくとも一方の冷却器に流れる冷媒流量を複数段階に流量制御する切替弁を備え、前記複数の冷却器のうち、前記冷媒流量が複数段階に分配制御される冷却器の出口と入口の温度差をｔｉｅ、第１の所定値をａ、第２の所定値をｂ（ａ＜ｂ）としたとき、前記冷却器の出口と入口の温度差ｔｉｅが消費電力量が小さくなるポイントからずれない範囲であるａ≦ｔｉｅ＜ｂの範囲に入るように前記冷却器に流れる冷媒流量を制御するようにしたことを特徴とする冷凍冷蔵庫。
- 前記複数の冷却器のうち、前記冷媒流量が複数段階に分配制御される冷却器の出口と入口の温度を検出する温度検出手段を備え、前記冷却器の出口と入口の温度差ｔｉｅがｔｉｅ＜ａの場合には前記切替弁の開度を開度減に切り替え、ｂ≦ｔｉｅの場合には前記切替弁の開度を開度増に切り替えるようにしたことを特徴とする請求項１記載の冷凍冷蔵庫。
- 前記複数の冷却器のうち、前記冷媒流量が複数段階に分配制御される冷却器が前記冷凍室用冷却器であって、ａ＝１、ｂ＝７程度としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷蔵庫。
- 回転数を増速可能な圧縮機を備え、ｂ≦ｔｉｅの状態が続くような場合に、前記圧縮機の回転数を増速する前に前記切替弁の開度を開度増に切り替えて前記冷却器に流れる流量を増加させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の冷蔵庫。
- 前記切替弁と前記複数の冷却器のうちの少なくとも一方の冷却器との間を複数本の毛細管で接続し、前記切替弁によって前記複数本の毛細管を切替えて冷媒流量を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫。
- 霜取時には霜取りヒータによって前記冷却器を加熱するとともに前記切替弁の出入口を全開にして比較的温度の高い冷媒が圧縮機から前記冷却器に流れ込むようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫。
- 霜取後の一定時間は前記複数の冷却器に同時に冷媒を流すように前記切替弁の開度を制御するようにしたことを特徴とした請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫。
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