JP4185836B2

JP4185836B2 - 冷蔵庫の運転制御方法

Info

Publication number: JP4185836B2
Application number: JP2003317661A
Authority: JP
Inventors: 厚紺野; 英樹吉田; 純一高木; 展昭荒川
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2023-09-10
Also published as: JP2005083685A

Description

本発明は制御装置を備えた冷蔵庫及び冷蔵庫の運転制御方法に関する。

インバータ制御を行う冷蔵庫では、マイクロコンピュータ（以下、マイコン、という）を含んで構成された冷蔵庫運転制御回路を備え、このマイコンの指令に基づき圧縮機等の各負荷機器を制御して、冷蔵庫の運転制御を行っている。特許文献１に記載されているように、マイコンは一つ設けられているのが普通である。

しかしながら、一つのマイコンですべての制御を行うと、たとえば制御プログラムの一部変更が生じた際には、すべての制御プログラムに影響を与える可能性も生じ、また、マイコンそのものを変更する必要が生じた際には、全ての制御プログラムを新たなマイコン用にプログラミングしなければならない。

そこで最近では、特許文献２に記載のように、冷蔵庫固有の制御を行う主制御マイコンと、副制御として圧縮機のインバータ制御を行う圧縮機制御マイコンの2個のマイコンを用いる構成することで、各々のマイコンROM容量を低減させると共に、冷蔵庫制御プログラムと効率化が要求される圧縮機のインバータ制御プログラムの開発を並列に行い開発効率を上げ、開発期間の短縮およびコスト削減を図っている。

特開平7-159014号公報

特開2001-289549号公報

最近のインバータによる圧縮機モータ制御は、高効率化のため制御が複雑化しており、マイコンの高スピード化が必要である。

また庫内制御においても最近の冷蔵庫はマイナスイオン発生機能、急冷凍機能、急冷却機能、表示機能といった高機能化が図られている。このため、年々マイコンのROM容量が増加している。

一方で、冷蔵庫消費電力の低減の要求があり、冷蔵庫の消費電力低減手段としては、上記特許文献１に記載のように全負荷装置停止時に制御マイコンの動作クロックを停止する待機（スタンバイ）状態にする方法が提案されている。

しかし、現在の冷蔵庫では上述のように高機能化が図られており、たとえば急冷却機能は、手動の急冷却スイッチをオンにすると、庫内の温度変化によらず、冷蔵室ファンモータを駆動させ送風することで、冷蔵室内の冷気循環を図り食品の急速な冷却を行なっている。急冷凍機能は、手動の急冷凍スイッチをオンにすると、庫内の温度変化によらず、圧縮機、冷凍室ファンモータを駆動させ、冷凍室内の食品を急速に冷凍させる。

また、マイナスイオン機能においては手動のイオンスイッチをオンにすると、庫内に取付けられたマイナスイオン発生装置、およびイオンファンモータが駆動し、発生したマイナスイオンを貯蔵室内に循環させる。なお、イオンスイッチがオンの間は常時駆動を行なう。

また、表示機能は蔵室扉に取付けたＬＥＤを点灯させ、各機能の動作状態を表示させる。

すなわち、現在の冷蔵庫は以上のような機能のため、全ての負荷装置が停止する機会は少なく、制御マイコンがスタンバイ状態をとる延べ時間は短くなり、消費電力の低減効果は低くなっている。

本発明は、マイナスイオン発生機能、急冷凍機能、急冷却機能、表示機能といった高機能化が図られる冷蔵庫においても消費電力の低減を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、冷蔵庫全体を制御する主制御装置と、前記主制御装置によって制御され圧縮機の運転を制御する圧縮機制御装置と、前記圧縮機制御装置によって制御される圧縮機とを有する冷蔵庫の運転制御方法において、前記主制御装置は前記圧縮機制御装置へスタンバイ指令を送信し、前記圧縮機制御装置は前記スタンバイ指令を受信して内部コンピュータの一部又は全部の機能を停止するスタンバイ状態となり、前記主制御装置からのスタンバイ解除指令によって前記スタンバイ状態を解除して前記圧縮機の運転状態を前記主制御装置に出力し、前記主制御装置は前記スタンバイ解除指令後、前記圧縮機制御装置からの出力信号を判断して前記スタンバイ状態が継続していると判断した場合、スタンバイ指令及びスタンバイ解除指令を前記圧縮機制御装置に続けて行うことを特徴とする。

本発明は、冷蔵庫全体を制御する主制御マイコンと圧縮機を制御する圧縮機制御マイコンを別々に設けた前記冷蔵庫運転制御装置の構成を生かし、圧縮機が停止状態ならば、他負荷装置の状態によらず、圧縮機制御マイコンをスタンバイ状態に遷移させることで、多くの機会で圧縮機制御マイコンがスタンバイ状態へと遷移できる。そのため延べ時間として長くスタンバイ状態を取ることが可能となり、効率的な消費電力の低減および誤作動防止、および圧縮機制御マイコンから発するノイズの低減を図ることができる。

本実施例において、冷蔵庫全体を制御する主制御装置３０は、冷蔵庫固有の制御であるファンモータ制御やダンパ制御、自動製氷機制御、ヒータ制御、ドアスイッチの監視、各センサの温度状態の監視等を行うと共に、各センサの温度状態等から、その状況に見合った圧縮機回転数を演算し、圧縮機回転数指令信号を出力する。圧縮機制御装置はその圧縮機回転数指令信号をもとに圧縮機の運転制御を行う。

従来の冷蔵庫制御装置では、主制御装置が圧縮機回転数を0[min^-1]と指令した場合、つまり圧縮機停止指令にも圧縮機制御装置に属する圧縮機制御マイコンは常に動作しており、無駄な電力を消費し続けている。

前述の通り近年、圧縮機運転のさらなる高効率化のため運転制御は複雑化しており、運転制御に必要な演算量は増大している。それに伴い、圧縮機制御に用いるマイコンの端子数、ＲＯＭ容量の増加および高スピード化を図る必要が有り、消費電力も増大する。

また、マイコンの個数が増加すると、ノイズなどの影響で制御指令のデータに誤りが生じたり、プログラム暴走の発生確率が高くなり、圧縮機制御装置および圧縮機が異常動作する恐れがある。

そこで圧縮機制御マイコン３３が動作状態の際に、主制御装置が圧縮機を停止と指令した時、主制御装置３０はスタンバイ指令を出力し、そのスタンバイ指令を受けた圧縮機制御マイコン３３はＣＰＵ、内蔵周辺機能、および発振器を停止するスタンバイ状態となる。また圧縮機制御マイコン３３がスタンバイ状態の際に、主制御装置３０が圧縮機を駆動と指令した時、主制御装置３０はスタンバイ解除指令信号を出力し、そのスタンバイ解除指令を受けた圧縮機制御マイコン３３はスタンバイ状態を解除することで、冷蔵庫の消費電力の低減、および誤作動防止、および圧縮機制御マイコンから発するノイズの低減を図る。

以下、図面を参照しつつ、本実施例について説明する。
図１は本発明の実施例を示す制御装置のブロック図である。冷蔵庫全体を制御する主制御装置３０からの圧縮機回転数指令信号は圧縮機制御装置３２に備えられた圧縮機制御マイコン３３へ入力される。圧縮機制御マイコンは入力された圧縮機回転数指令信号を基に、圧縮機のドライブ信号を演算により作成する。

圧縮機制御マイコンは、先に作成した駆動仕様のドライブ信号を出力し、インバータ回路駆動用ドライバ３４、インバータ回路３５を経て、圧縮機１０を指令された回転数に制御する。

圧縮機の運転状態は圧縮機マイコンから主制御マイコンへ返信される。また、主制御マイコンから圧縮機制御マイコンへ、本発明の特徴とするスタンバイ／スタンバイ解除指令が送られるようになっている。

以下、本発明の実施形態について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。主制御装置は各センサの温度状態等から状況を判断し、圧縮機の駆動回転数を指令する（ステップＳ１）。回転数0[min^-1]つまり停止指令の場合、主制御装置は現在の圧縮機制御マイコンの状態が動作状態かスタンバイ状態かを判断する（ステップＳ２）。動作状態であれば、主制御装置はスタンバイ指令を行い（ステップＳ３）、圧縮機制御マイコンはスタンバイ状態となり、前述したステップＳ１の処理に戻る。

また、ステップＳ２においてスタンバイ状態の場合は、前述したステップＳ１の処理に戻る。

次に前述したステップＳ１で駆動指令の場合、主制御装置は現在の圧縮機制御マイコンの状態が動作状態かスタンバイ状態かを判断する（ステップＳ４）。動作状態であれば前述のステップＳ１の処理に戻る。

前述のステップＳ４にてスタンバイ状態であれば、主制御装置はスタンバイ解除指令を行い（ステップＳ５）、圧縮機制御マイコンは動作状態となり、圧縮機制御マイコンは、圧縮機の駆動制御を行う。

また、ある一定時間内に圧縮機制御マイコンから圧縮機運転状態の返信の有無を確認し（ステップＳ６）、返信が有った場合、圧縮機制御マイコンのスタンバイ解除成功とみなし、前述のステップＳ１の処理に戻る。

ステップＳ６にて圧縮機運転状態の返信がない場合、圧縮機制御マイコンのスタンバイ解除失敗とみなし、リトライ動作としてスタンバイ指令（ステップＳ７）、次いでスタンバイ解除指令（ステップＳ８）を行い、前述のステップＳ６の処理に戻る。

前述のリトライ動作（ステップＳ６、Ｓ７、Ｓ８）が連続して任意回数以上行われた場合、もしくは任意時間以上圧縮機運転状態の返信が無い場合は、異常と判断し、エラー信号を出力する。

図２は本発明が適用される冷蔵庫の概略的側断面図である。１は冷蔵庫本体であり、その内部に冷蔵室２と貯蔵室３及び自動製氷機２９が備わった製氷室４aと、手動で温度帯を設定できる切替室４ｂ、冷凍室５を形成している。６は冷蔵室２と貯蔵室３を冷却する冷却器である。７は冷却器６で冷却された冷気を循環させる冷蔵室ファンモータ、１３は前記冷気量を調整する冷蔵室電動ダンパ、１５はマイナスイオン発生装置１６で生成したイオンを貯蔵室内に保存された食品に直接付着するように送風するイオンファンモータである。２１は冷却器６に付着した霜を溶かすための除霜ヒータである。

８は製氷室４a、切替室４ｂと冷凍室５を冷却する冷却器である。９は冷却器８で冷却された冷気を循環させる冷凍室ファンモータ、１４ａおよび１４ｂは前記冷気量を調整する冷凍室電動ダンパおよび切替室電動ダンパである。

上記の冷蔵室ファンモータ７は、冷凍サイクルの圧縮機１０が運転していない時でも、冷蔵室や貯蔵室の湿度制御上、運転できるように構成されている。つまり、着霜した冷却器６の霜を溶かしつつ、冷蔵室や貯蔵室を加湿するために冷蔵室ファンモータ７の運転が出来るように構成してある。

また各室内および庫外の温度検知手段として冷蔵室温度センサ２２、貯蔵室温度センサ２３、製氷室温度センサ２４、切替室温度センサ２５、冷凍室温度センサ２６、機械室温度センサ２７、除霜温度センサ２８、外部温度センサ２９が取付けられている。

冷蔵室扉には手動の外部操作スイッチとして、急冷凍機能を制御する急冷凍スイッチ２０ａ、急冷却機能を制御する急冷凍急冷却スイッチ２０ｂ、マイナスイオン機能を制御するイオンスイッチ２０ｃ、および前記各スイッチには前記各機能の運転状態をＬＥＤにて表示する表示装置１２が取付けられている。

また冷蔵室ドアスイッチ１８、冷凍室ドアスイッチ１９によってドアの開閉を検知している。冷蔵庫背面上部に取付けられた制御装置１７が各温度センサ、各スイッチを監視し、各室を温度に適切に保つべく個々の負荷装置の制御を行っている。

図３は制御装置１７のブロック図である。本実施例では、各種センサ、各種スイッチ、圧縮機制御装置３２からの入力信号に対し、主制御マイコン３１は、各種モータ、各種ダンパ、マイナスイオン発生装置１６、除霜ヒータ２１、自動製氷機２９、表示装置、圧縮機制御装置３２へ必要な出力を行う。圧縮機制御装置３２への出力に依存しないものとしては、例えばマイナスイオン発生装置１６、イオンファンモータ１５、イオンスイッチ２０ｃがあり、出力に依存するものとして、例えば温度センサ２２〜２９、冷蔵室ファンモータ７、冷凍室ファンモータ９、電動ダンパ１３、１４、除霜ヒータ２１、自動製氷機２９がある。

図５は冷蔵庫の制御フローチャートである。主制御装置３０に備えられた主制御マイコン３１は、各温度センサにより検出した温度情報（ステップＳ１０１）および外部操作スイッチの設定（ステップＳ１０２）を基に、ファンモータの各々の駆動仕様、電動ダンパの各々の開度仕様、自動製氷機の動作仕様、除霜ヒータの通電仕様、および圧縮機の回転数を演算により決定する（ステップＳ１０３）。

そして、この演算により決定した運転仕様を行うため、主制御マイコン３１はファンモータに先に決定した駆動仕様の運転信号を出力しファンモータを駆動（ステップＳ１０４）、ダンパに先に決定した開度仕様の運転信号を出力しダンパを駆動（ステップＳ１０５）、自動製氷機に先に決定した動作仕様を行う制御指令信号を出力し自動製氷機を動作（ステップＳ１０６）、除霜ヒータに先に決定した通電仕様の運転信号を出力し除霜ヒータを通電（ステップＳ１０７）、をそれぞれ行い、また、先に決定した圧縮機の回転数の圧縮機回転数指令信号を作成し、圧縮機制御装置３２に出力する（ステップＳ１０８）。

なお、圧縮機回転数指定送信ステップＳ１０８及び圧縮機運転状態の受信Ｓ１０９は、他の装置の制御の運転状態には依存せず、圧縮機制御装置による回転数指令の受信ステップＳ２０２は、主制御装置の送信指令にのみ依存して、圧縮機の運転を制御し（ステップＳ２０３）、運転状態を主制御装置へと送信する（ステップＳ２０４）。各制御のステップＳ１０４〜Ｓ１０７及び圧縮機回転数指令送信のステップＳ１０８は、順序に依存しないことから、主制御マイコンはこれらを平行して処理しても差し支えない。したがって、この場合は、圧縮機制御装置は、主制御装置の負荷が大きい場合でも回転数指令を受信していれば主制御装置の負荷の大小に依存しないため、圧縮機の運転制御を行うことができる。また、圧縮機の回転数指令送信を先に行うようにすれば、圧縮機の運転制御は圧縮機制御装置が行うため、主制御装置の負荷が軽減される。

すなわち、負荷装置運転の仕様が決定されると（Ｓ１０３）、この仕様に基づいて圧縮機の回転数指令を圧縮機制御装置へ送信し（Ｓ１０８）、圧縮機制御装置は、当該指令に基づいて圧縮機の運転を制御する（Ｓ２０４）。

前記圧縮機回転数指令信号は図４に示すステップＳ１で駆動か停止かを判断され、駆動であれば図４のフローチャートに従い、圧縮機制御マイコンのスタンバイ解除が行われ、圧縮機制御マイコンは入力された圧縮機回転数指令信号を基に作成したドライブ信号を出力し、インバータ回路駆動用ドライバ３４、インバータ回路３５を経て、圧縮機１０を指令された回転数に制御を行う。

ステップＳ１で停止であれば、図４のフローチャートに従い、圧縮機制御マイコンのスタンバイを行う。

次に急冷凍機能時の実施例について説明する。手動の急冷凍スイッチ２０ａをオンにすると急冷凍指令信号が主制御装置３０に送られる。前記急冷凍指令信号を受けて、主制御装置３０に備えられた主制御マイコン３１は各負荷装置の運転仕様を決定する。この場合庫内の温度変化によらず、表示装置１２の急冷凍機能ＯＮを示すＬＥＤに点灯指令信号を、冷凍室ファンモータ９に運転指令信号を、また圧縮機制御装置３２に４８００[min^-1]の圧縮機回転数指令信号を出力する。

前記圧縮機回転数指令信号はつまり図４に示すステップＳ１で駆動指令であるため、ステップＳ４へ進み主制御装置は現在の圧縮機制御マイコンの状態が動作状態かスタンバイ状態かを判断する。動作状態であれば圧縮機制御マイコンは、指令回転数４８００[min^-1]で圧縮機の駆動制御を行う。

前述のステップＳ４にてスタンバイ状態であれば、主制御装置はスタンバイ解除指令（ステップＳ５）および場合に応じてリトライ動作（ステップＳ６、Ｓ７、Ｓ８）を行い、圧縮機制御マイコンを動作状態とさせ、圧縮機制御マイコンは、指令回転数４８００[min^-1]で圧縮機の駆動制御を行う。

以上動作により表示装置１２の該当ＬＥＤを点灯、冷凍室ファンモータ９および圧縮機１０を駆動させ、冷凍室内の食品を急速に冷凍させる。

次に急冷却機能時の実施例について説明する。手動の急冷却スイッチ２０ｂをオンにすると急冷却指令信号が主制御装置３０に送られる。前記急冷却指令信号を受けて、主制御装置３０に備えられた主制御マイコン３１は各負荷装置の運転仕様を決定する。この場合庫内の温度変化によらず、表示装置１２の急冷却機能ＯＮを示すＬＥＤに点灯指令信号を、冷蔵室ファンモータ７に運転指令信号を出力する。

以上動作により表示装置１２の該当ＬＥＤを点灯、冷蔵室ファンモータ７を駆動させ送風することで、冷蔵室内の冷気循環を図り食品の急速な冷却を行う。

圧縮機の運転は通常制御時と同様各温度センサにより検出した温度情報を基に決定され、急冷却機能にはよらない。つまり、圧縮機制御マイコンがスタンバイ状態であれば、急冷却機能ＯＮ時でも、庫内温度変化がない限り圧縮機回転数指令信号は０[min^-1]つまり停止状態であるため、圧縮機制御マイコンはスタンバイ状態を取り続ける。

次にマイナスイオン機能時の実施例について説明する。手動のイオンスイッチ２０ｃをオンにするとイオン指令信号が主制御装置３０に送られる。前記イオン指令信号を受けて、主制御装置３０に備えられた主制御マイコン３１は各負荷装置の運転仕様を決定する。この場合庫内の温度変化によらず、表示装置１２のマイナスイオン機能ＯＮを示すＬＥＤに点灯指令信号を、マイナスイオン発生装置１６、イオンファンモータ１５に運転指令信号を出力する。

以上動作により表示装置１２の該当ＬＥＤを点灯、マイナスイオン発生装置１６、イオンファンモータ１５を駆動させることで、発生したマイナスイオンを貯蔵室内に循環させる。

圧縮機の運転は通常制御時と同様各温度センサにより検出した温度情報を基に決定され、マイナスイオン機能にはよらない。つまり、圧縮機制御マイコンがスタンバイ状態であれば、マイナスイオン機能ＯＮ時でも、庫内温度変化がない限り圧縮機回転数指令信号は０[min^-1]つまり停止状態であるため、圧縮機制御マイコンはスタンバイ状態を取り続ける。

すなわち、主制御装置は、負荷装置運転仕様を決定する際において、圧縮機の運転の要否を判断し、例えば、急速冷凍運転のように圧縮機の運転が必要であると判断した場合には、圧縮機の運転に必要な回転数を決定し、圧縮機の回転数の指令を圧縮機制御マイコンへと送信する。一方、例えば、マイナスイオン発生のように圧縮機の運転が必要でないと判断した場合には、圧縮機の運転に必要な回転数を決定することはなく、したがって、圧縮機制御マイコンに対する指令を送信しない。このとき、圧縮機制御マイコンがスタンバイ状態であればその状態を継続するために、効率的に消費電力を低減できる。

以上説明したように、本実施例の冷蔵庫制御装置によれば、冷蔵庫制御手段を冷蔵庫全体を制御する主制御マイコンと、圧縮機を制御する圧縮機制御マイコンとに分離した構成にすることで、圧縮機が停止状態であれば、他負荷装置の運転状態にはよらず、多くの機会で圧縮機制御マイコンがスタンバイ状態へと遷移できるため、効率的な消費電力の低減が図れる。

また、スタンバイ状態では圧縮機制御マイコンのＣＰＵおよび発振器が停止するため、スタンバイ状態中は圧縮機制御マイコンのプログラム暴走は起こらず、圧縮機制御装置および圧縮機の異常動作を防止できる。

また、主制御装置のプログラム暴走時においても、スタンバイ状態ではスタンバイ解除指令以外の信号は受け付けないので、圧縮機制御装置および圧縮機の異常動作を減少できる。

また、スタンバイ状態中は圧縮機制御マイコンの発振器が停止しているため、圧縮機制御マイコンから発するノイズを削減できる。

また、圧縮機制御マイコンのスタンバイ解除が失敗した場合もリトライ動作を行うため、より確実にスタンバイ解除を行える。

本発明の実施例を示す制御装置のブロック図本発明が適用される冷蔵庫の概略的側面図図２に示す制御装置のブロック図本実施例の動作を説明するフローチャート冷蔵庫の制御フローチャート

符号の説明

１…冷蔵庫本体２…冷蔵室３…貯蔵室
４ａ…製氷室４ｂ…切替室５…冷凍室
６…冷却器７…冷蔵室ファンモータ
８…冷却器９…冷凍室ファンモータ
１０…圧縮機１２…表示装置
１３…冷蔵室電動ダンパ１４…冷凍室電動ダンパ
１５…イオンファン１６…マイナスイオン発生装置
１７…制御装置１８…冷蔵室ドアスイッチ
１９…冷凍室ドアスイッチ２０ａ…急冷凍スイッチ
２０ａ…急冷却スイッチ２０ｃ…イオンスイッチ
２１…除霜ヒータ２２…冷蔵室温度センサ
２３…貯蔵室温度センサ２４…製氷室温度センサ
２５…切替室温度センサ２６…冷凍室温度センサ
２７…機械室温度センサ２８…除霜温度センサ
２９…外部温度センサ３０…主制御装置３１…主制御マイコン
３２…圧縮機制御装置３３手円圧縮機制御マイコン
３４…インバータ回路駆動用ドライバ３５…インバータ回路

Claims

冷蔵庫全体を制御する主制御装置と、該主制御装置によって制御され圧縮機の運転を制御する圧縮機制御装置と、該圧縮機制御装置によって制御される圧縮機とを有する冷蔵庫の運転制御方法において、
前記主制御装置は前記圧縮機制御装置へスタンバイ指令を送信し、
前記圧縮機制御装置は前記スタンバイ指令を受信して内部コンピュータの一部又は全部の機能を停止するスタンバイ状態となり、前記主制御装置からのスタンバイ解除指令によって前記スタンバイ状態を解除して前記圧縮機の運転状態を前記主制御装置に出力し、
前記主制御装置は前記スタンバイ解除指令後、前記圧縮機制御装置からの出力信号を判断して前記スタンバイ状態が継続していると判断した場合、スタンバイ指令及びスタンバイ解除指令を前記圧縮機制御装置に続けて行う冷蔵庫の運転制御方法。