JP4583672B2 - 冷却装置のための運転制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、速度制御される電動機によって駆動される圧縮機を有し、冷蔵庫、冷凍庫などの貯蔵庫内を冷却する冷却装置のための運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば特開平１１−１７３７２９号公報および特開昭６０−１８８７７５号公報に示されているように、庫内温度を検出し、同検出庫内温度を用いて電動機を速度制御することは知られている。この場合、検出庫内温度が設定温度から離れて高くなるに従って電動機の回転速度が速くなるように同電動機の回転速度を制御して、冷却装置の冷却能力を高め、庫内温度が設定温度から離れて高くなっても、庫内温度が短時間で設定温度に戻るとともに、庫内温度が設定温度にほぼ等しく保たれるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の装置にあっては、冷却装置の作動開始時のように、外気温度に近い極めて高い庫内温度を設定温度まで下げる場合、その初期においては庫内温度が設定温度に比べて極めて高いために、電動機の回転速度は極めて速くなるように制御されることになる。この電動機の回転速度が極めて速い状態では、電動機に大きな電流が流れ、この大きな電流を流すことを許容するためには、大きな容量の電動機および電源回路が必要になり、電動機および電源回路が大型化するとともにそれらの製造コストが高くなるという問題がある。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は、冷却されるべき物を庫内に新たに入れた場合でも、冷却された物を庫内から取出した場合でも、庫内温度が設定温度から大きく離れて上昇することはなく、通常、冷却装置の作動開始時以外には庫内温度が極めて高くなることはないことに基づくものである。また、この冷却装置の作動開始時に、電動機の回転速度を極めて速くして冷却装置の冷却能力を極めて高くする必要もなく、冷却されるべき物を庫内に新たに入れた場合に必要な冷却装置の冷却能力で十分なはずである。
【０００５】
本発明は、このような前提に基づくとともに、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、電動機および電源回路が大型化するとともに、それらの製造コストが高くなるとことを回避した冷却装置の運転制御装置を提供することにある。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、速度制御される電動機により駆動される圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒との熱交換により貯蔵庫内を冷却する蒸発器とを含む冷凍サイクルを備えた冷却装置のための運転制御装置において、貯蔵庫内の温度を直接的または間接的に表す物理量を検出する物理量検出手段と、前記検出された物理量に応じて電動機の回転速度を制御して貯蔵庫内の温度を所望の設定温度に保つ庫内温度制御手段と、前記検出された物理量が設定温度よりも高い所定温度以上の庫内温度を表すとき、電動機の回転速度を所定回転速度以下に制限する回転速度制限手段とを備え、回転速度制限手段に、前記検出された物理量が前記設定温度よりも高い所定温度以上の庫内温度を表している状態で、前記検出された物理量が低い庫内温度を表すに従って、前記設定温度とは無関係に、電動機の回転速度が速くなるように電動機の回転速度を変更制御する回転速度変更制御手段を設けたことにある。
この場合、前記回転速度変更制御手段を、庫内温度の高さにより区分された複数の領域を予め定めておき、検出された物理量が庫内温度の低い領域に属する庫内温度を表すほど、電動機の回転速度が速くなるように同電動機の回転速度を制御するようにするとよい。また、庫内温度が低くなるに従って電動機の回転速度が速くなるように定めた庫内温度（または検出物理量）と回転速度との関係を示す関数またはテーブルを予め用意しておき、この関数またはテーブルを用いることにより、検出された物理量が低い庫内温度を表すに従って、電動機の回転速度が連続的に速くなるように同電動機の回転速度を制御するようにしてもよい。また、前記回転速度変更制御手段によって変更制御される電動機の回転速度を、定常運転時における必要な最大冷却能力時に電動機に流れる定格電流に対応した回転速度以下に制限するとよい。
【０００７】
前記構成においては、前記物理量検出手段を、貯蔵庫内に設けられて貯蔵庫内の温度を検出する温度センサで構成するとよい。また、前記物理量検出手段を、蒸発器によって冷却されるとともに貯蔵庫内を冷却する冷却空気の通路に設けられて、同冷却空気の温度を検出する温度センサで構成してもよい。また、前記物理量検出手段を、蒸発器に組み付けられて、同蒸発器の温度を検出する温度センサで構成してもよい。この場合、特に、温度センサを蒸発器の冷媒の入口付近ではなく、蒸発器の中央部から後方すなわち中央部と出口との間に設けるとよい。
また、前記物理量検出手段を、蒸発器と圧縮機との間の冷媒通路に設けられて、同冷媒通路内を流れる冷媒の圧力を検出する圧力センサで構成してもよい。これらの温度センサおよび圧力センサによって検出される温度および圧力は、貯蔵庫内の温度を直接的または間接的に表す物理量である。
【０００８】
また、前記庫内温度制御手段を、前記検出された物理量が庫内温度と設定温度との大きな温度差を表すに従って、電動機の回転速度が速くなるように同電動機の回転速度を変更制御するように構成するとよい。例えば、庫内温度と設定温度との温度差の大きさにより区分された複数の領域を予め定めておき、電動機の回転速度を前記温度差が属する領域ごとに異なる回転速度に制御することができる。具体的には、検出された物理量が、設定温度よりも高い庫内温度を表し、かつ庫内温度と設定温度との温度差が大きくなる領域に属する庫内温度を表すほど、電動機の回転速度が速くなるように同電動機の回転速度を制御すればよい。また、前記温度差が大きくなるに従って電動機の回転速度が速くなるように定めた温度差（または検出物理量）と回転速度との関係を示す関数またはテーブルを予め用意しておき、この関数またはテーブルを用いることにより、検出された物理量が、設定温度よりも高い庫内温度を表し、かつ庫内温度と設定温度の温度差が大きくなる庫内温度を表すに従って、電動機の回転速度が連続的に速くなるように同電動機の回転速度を制御するようにしてもよい。
【００１０】
前記のように構成した本発明においては、冷却されるべき物を庫内に新たに入れた場合、冷却された物を庫内から取出した場合などに、庫内温度が設定温度から多少上昇しても、この庫内の温度上昇は庫内温度制御手段によって是正されて、冷却装置の定常運転時における庫内温度はほぼ設定温度に保たれ続ける。また、冷却装置の始動時のように、庫内温度が外気温度に近くて設定温度よりも極めて高く、電動機の同一の回転速度に対して大きな電流の流れる状況下では、回転速度制限手段により、電動機の回転速度が所定回転速度以下に制限される。したがって、このような状況下にあっても、電動機には大きな電流が流れることはない。なお、この場合には、庫内温度の降下速度はそれほど速くならないが、冷却装置の始動時には、冷却されるべき物が入っていないことが通常であり、問題とならない。その結果、本発明によれば、冷却装置による庫内の冷却に大きな問題を与えることなく、電動機に極めて大きな電流が流れることを防止できて、電動機および電源回路の大型化および製造コストが高くなることを回避できる。
【００１２】
また、前記本発明においては、冷却装置の始動時のように、庫内温度が外気温度に近くて設定温度よりも極めて高い状態では、電動機に流れる電流を所定電流値以下に抑えることができる。そして、冷却装置による冷却により庫内温度が減少し始めると、回転速度制限手段に設けた回転速度変更制御手段が、電動機の回転速度が速くなるように制御するので、この状態では、電動機に流れる電流を所定電流値以下に抑えたうえで、冷却装置の冷却能力を高めることもできる。その結果、本発明によれば、冷却装置の始動時にも、電動機に流れる電流を所定電流値以下に抑えたうえで、庫内温度を迅速に降下させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
ａ．第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態について説明すると、図１は、同第１実施形態に係る冷蔵庫の庫内１０を冷却する冷却装置２０およびその運転制御装置３０の全体を概略的に示している。
【００１４】
この冷却装置２０は、圧縮機２１、凝縮器２２、キャピラリチューブ２３および蒸発器２４からなり、冷媒を循環させる冷凍サイクルを備えている。圧縮機２１は、速度制御される電動機２５により回転駆動されて、高温高圧の冷媒ガスを吐出する。この電動機２５としては、例えば直流ブラシレスモータを利用できる。この圧縮機２１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは、冷却ファン２６の付設された凝縮器２２にて放熱液化され、キャピラリチューブ２３にて減圧され、凝縮器２２にて蒸発して圧縮機２１に帰還される。蒸発器２４の近傍には、庫内ファン２７が配置されている。庫内ファン２７は、蒸発器２４の一部または全部を収容するとともに庫内１０に連通した通路（冷却空気通路）１０ａ内に設けられて、蒸発器２４により冷却された空気を庫内１０に循環させて庫内１０を冷却する。図中の矢印は、空気の流れを示している。
【００１５】
運転制御装置３０は、電動機２５の回転速度を制御するインバータ回路３１を備えているとともに、冷却ファン２６および庫内ファン２７の作動を制御するためのファンドライブ回路３２，３３を備えている。本実施形態においては、インバータ回路３１によって電動機２５の回転数が、下記表１に示すように、レベルＬ１〜Ｌ５までの５ランクに切換え制御されるようになっている。なお、表１中の回転数は１秒当たりの電動機２５の回転数を示している。
【００１６】
【表１】
【００１７】
これらのインバータ回路３１およびファンドライブ回路３２，３３には、マイクロコンピュータ３４が接続されている。マイクロコンピュータ３４は、図３，４のフローチャートに対応したプログラムを実行して電動機２５の回転速度を制御する。このマイクロコンピュータ３４には、庫内温度センサ３５および吐出冷媒温度センサ３６がＡ／Ｄ変換器３７を介して接続されているとともに、庫内温度設定器３８が接続されている。
【００１８】
庫内温度センサ３５は、庫内１０の温度Ｔｘを検出して、同庫内温度Ｔｘを表すアナログ検出信号をＡ／Ｄ変換器３７に出力する。吐出冷媒温度センサ３６は、圧縮機２１から吐出された高温高圧の吐出冷媒温度Ｔｃを検出して、同吐出冷媒温度Ｔｃを表すアナログ検出信号をＡ／Ｄ変換器３７に出力する。Ａ／Ｄ変換器３７は、庫内温度Ｔｘおよび吐出冷媒温度Ｔｃをそれぞれ表すアナログ検出信号をＡ／Ｄ変換してマイクロコンピュータ３４に出力する。庫内温度設定器３８は、使用者が所望とする庫内１０の温度Ｔｓを設定するために、使用者によって操作される。
【００１９】
さらに、運転制御装置３０は、外部の電力供給線などから供給される電力をインバータ回路３１およびファンドライブ回路３２，３３に供給する電源回路４０を備えている。この電源回路４０は、マイクロコンピュータ３４、Ａ／Ｄ変換器３７などの各種回路にも必要に応じて電力を供給する。
【００２０】
上記のように構成した実施形態の動作を説明する前に、庫内温度Ｔｘに対する冷却装置２０の冷却能力および電動機２５に流れる電流の各関係について説明しておく。図２は、前記両関係の特性グラフを示しており、図２中の２点鎖線は、冷蔵庫の庫内温度Ｔｘに対する熱負荷の特性線を示している。熱負荷とは、外部から庫内１０への侵入熱量と、庫内１０の内部発熱量との合計値を表すものである。この特性線によれば、庫内温度Ｔｘが低くなるに従って、熱負荷は増加することが理解できる。
【００２１】
また、図２中の上部の実線、破線および一点鎖線は、庫内温度Ｔｘに対して、電動機２５をそれぞれ高速、中速および低速（例えば、上記表１のレベルＬ５，Ｌ３，Ｌ１に対応）で回転させた場合における冷却装置１０の冷却能力の各変化特性をそれぞれ示している。これによれば、冷却装置１０の冷却能力は、電動機２５を高速で回転させるほどが高くなり、かつ庫内温度Ｔｘが高くなるに従って高くなることが理解できる。さらに、庫内１０の冷却力は、前記冷却装置１０の冷却能力から前記熱負荷との差によって定義される。この庫内１０の冷却力も、図示太線矢印で示すように、電動機２５を高速で回転させるほどが高くなり、かつ庫内温度Ｔｘが高くなるに従って高くなることが理解できる。
【００２２】
また、図２中の下部の実線、破線および一点鎖線は、庫内温度Ｔｘに対して、電動機２５をそれぞれ高速、中速および低速（例えば、上記表１のレベルＬ５，Ｌ３，Ｌ１に対応）で回転させた場合に電動機２５に流れる各電流の大きさの変化特性を示している。これによれば、電動機２５に流れる電流は、電動機２５を高速で回転させるほどが大きくなり、かつ庫内温度Ｔｘが高くなるに従って大きくなることが理解できる。そして、図２中の点線は、電動機２５および電源回路４０の最大許容電流Ｉmax（定格電流）を示しており、電動機２５の回転速度を速くすると、庫内温度Ｔｘが高くなるに従って電動機２５に最大許容電流Ｉmax以上の電流が流れる傾向にあることが理解できる。したがって、電動機２５の最大許容電流Ｉmaxに一致するように電源回路４０の最大許容電流（定格電流）を決めればよい。また、図２中のドットを付した領域は、冷却装置１０が冷却力を発揮し得ない領域（禁止領域）を示すことになる。
【００２３】
このような特性を有する冷却装置２０を備えた冷蔵庫の動作を説明する。使用者が、庫内温度設定器３８を用いて設定温度Ｔｓを所望の値に設定した後、図示しないスイッチなどにより作動開始操作を行うと、マイクロコンピュータ３４は図３のステップ１００にてプログラムの実行を開始する。なお、このプログラムの実行開始とともに、マイクロコンピュータ３４は、ファンドライブ回路３２，３３に作動指令を出力し、冷却ファン２６および庫内ファン２７を作動させる。
【００２４】
このプログラムの実行開始後、ステップ１０２にて電動機２５の回転速度のランクを示すランクデータＲＮＫをレベルＬ３に設定して、同ランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。インバータ回路３１は、前記供給されたランクデータＲＮＫによって表されたレベルＬ３に対応した回転速度で電動機２５を回転させる。なお、各レベルに対する電動機２５の回転速度は、前述した表１のとおりであり、電動機２５に流れる電流が庫内温度Ｔｘとの関係で最大許容電流Ｉmax以下に抑えられる程度に遅い速度である。
【００２５】
電動機２５の回転は圧縮機２１に伝達され、圧縮機２１は、高温高圧の冷媒を吐出し始める。すなわち、冷却装置２０は作動して、庫内ファン２７と協働して庫内１０を冷却し始める。前記ステップ１０２の処理後、ステップ１０４にて、庫内温度センサ３５によって検出された庫内温度ＴｘをＡ／Ｄ変換器３７を介して入力して、同入力した庫内温度Ｔｘが予め決められた比較的高い所定温度Ｔ１（例えば、１０℃）未満であるか否かを判定する。
【００２６】
冷却装置２０の作動開始直後であって、庫内温度Ｔｘが外気温度に依存して高く所定温度Ｔ１以上であれば、ステップ１０４にて「ＮＯ」と判定してステップ１０２，１０４からなる循環処理を繰返し実行する。この循環処理により、庫内１０が冷却されて、庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ１未満になると、ステップ１０４にて「ＹＥＳ」と判定してプログラムをステップ１０６以降に進める。
【００２７】
ステップ１０６においては、吐出冷媒温度センサ３６によって検出された吐出冷媒温度ＴｃをＡ／Ｄ変換器３７を介して入力して、同入力した吐出冷媒温度Ｔｃが予め決められた所定温度Ｔ２未満であるかを判定する。なお、この所定温度Ｔ２は、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度Ｔｃが冷却装置２０の運転上過大である値に設定されている。吐出冷媒温度Ｔｃが所定温度Ｔ２未満であれば、ステップ１０６にて「ＹＥＳ」と判定してプログラムをステップ１０８に進める。ステップ１０８においては、ランクデータＲＮＫをレベルＬ４（またはレベルＬ５）に設定して、同ランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。インバータ回路３１は、前記設定されたレベルＬ４（またはレベルＬ５）に対応した回転速度で電動機２５を回転させる。なお、このレベルＬ４（またはレベルＬ５）に対応した電動機２５の回転速度は、前述した表１に示したレベルＬ３に対応した電動機２５の回転速度よりも速い速度であるが、電動機２５および電源回路４０に流れる電流が庫内温度Ｔｘとの関係で最大許容電流Ｉmax以下に抑えられる程度の速度である。これにより、電動機２５および電源回路４０に流れる電流を最大許容電流Ｉmax以下に抑えたうえで、冷却装置２０の冷却能力が高められる。
【００２８】
前記ステップ１０８の処理後、ステップ１１０にて、庫内温度センサ３５から入力した庫内温度Ｔｘが前記所定温度Ｔ１よりも低い所定温度Ｔ３（例えば、５℃）未満であるか否かを判定する。庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ３以上であれば、ステップ１１０にて「ＮＯ」と判定してステップ１０６〜１１０からなる循環処理を繰返し実行する。この循環処理により、庫内１０が引き続き冷却される。しかし、この循環処理中、吐出冷媒温度Ｔｃが所定温度Ｔ２以上になった場合には、ステップ１０６にて「ＮＯ」と判定して、プログラムをステップ１１２に進める。
【００２９】
ステップ１１２においては、ランクデータＲＮＫをレベルＬ３に戻して、同ランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。インバータ回路３１は、前記戻されたレベルＬ３に対応した回転速度で電動機２５を回転させる。したがって、圧縮機２１の出力が抑制され、冷却装置２０の過剰運転を避けることができる。そして、吐出冷媒温度Ｔｃが所定温度Ｔ２以上である限り、ステップ１０６における「ＮＯ」との判定のもとに、ステップ１０６，１１２，１１０からなる循環処理が実行され続けて、冷却装置２０の保護が図られる。一方、ステップ１０６，１１２，１１０からなる循環処理中、吐出冷媒温度Ｔｃが所定温度Ｔ２未満になれば、ステップ１０６にて「ＮＯ」と判定されるようになり、前述したステップ１０６〜１１０からなる循環処理が繰返し実行されるようになる。
【００３０】
このようなステップ１０６〜１１０またはステップ１０６，１１２，１１０からなる循環処理中、庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ３未満になれば、ステップ１１０にて「ＹＥＳ」と判定してプログラムをステップ１１４に進める。ステップ１１４においては、ランクデータＲＮＫから「１」を減算して、同減算したランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。インバータ回路３１は、前記減算されたランクデータＲＮＫに対応した回転速度で電動機２５を回転させる。したがって、電動機２５の回転速度は減速され、この減速された回転速度で圧縮器２１が駆動されて庫内１０が冷却されるようになる。すなわち、冷却装置２０の冷却能力は１ランクだけ低い側に切換えられる。
【００３１】
前記ステップ１１４の処理後、図４のステップ１１６，１１８からなる循環処理を繰返し実行する。ステップ１１６においては、庫内温度Ｔｘが前記所定温度Ｔ３よりも高い所定温度（上限温度）Ｔ３’（例えば、５．５℃）以上であるかを判定する。ステップ１１８においては、庫内温度Ｔｘが設定温度Ｔｓに所定増分値ΔＴ11を加算した下限温度Ｔｓ＋ΔＴ11以下であるかを判定する。なお、この所定増分値ΔＴ11は例えば２．５℃に設定されており、設定温度Ｔｓが例えば１℃に設定されていれば、前記下限温度Ｔｓ＋ΔＴ11は３．５℃である。したがって、庫内温度Ｔｘが下限温度Ｔｓ＋ΔＴ11と上限温度Ｔ３’との間にあれば、ステップ１１６，１１８にて共に「ＮＯ」と判定され続けて、ステップ１１６，１１８からなる循環処理が繰返し実行され続ける。この状態では、前記ステップ１１４の処理により１ランクだけ低い側に切換えられた状態で、冷却装置２０が運転され続ける。
【００３２】
この冷却により、庫内温度Ｔｘが下限温度Ｔｓ＋ΔＴ11以下になれば、ステップ１１８にて「ＹＥＳ」と判定してプログラムをステップ１２０以降に進める。ステップ１１８においては、ランクデータＲＮＫから「１」を減算して、同減算したランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。したがって、電動機２５の回転速度は減速され、この減速された回転速度で圧縮器２１が駆動されて庫内１０が冷却される。すなわち、冷却装置２０の冷却能力は１ランクだけ低い側に切換えられる。
【００３３】
一方、前記ステップ１１６，１１８の循環処理中、庫内温度Ｔｘが上限温度Ｔ３’以上になった場合には、ステップ１１６にて「ＹＥＳ」と判定してプログラムをステップ１２２に進める。ステップ１２２においては、ランクデータＲＮＫに「１」を加算して、同加算したランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。したがって、電動機２５の回転速度は増速され、この増速された回転速度で圧縮器２１が駆動されて庫内１０が冷却される。すなわち、冷却装置２０の冷却能力は１ランクだけ高い側に切換えられる。そして、前記ステップ１２２の処理後、前述した図３のステップ１０６〜１１０からなる循環処理に戻る。
【００３４】
前記ステップ１２０の処理後、ステップ１２４，１２６からなる循環処理を繰返し実行する。ステップ１２４においては、庫内温度Ｔｘが設定温度Ｔｓに所定増分値ΔＴ12を加算した上限温度Ｔｓ＋ΔＴ12以上であるかを判定する。なお、この所定増分値ΔＴ12は前記増分値ΔＴ11よりも大きく、例えば３．０℃に設定されており、設定温度Ｔｓが例えば１℃に設定されていれば、上限温度Ｔｓ＋ΔＴ12は４．０℃である。ステップ１２６においては、庫内温度Ｔｘが設定温度Ｔｓに所定増分値ΔＴ21を加算した下限温度Ｔｓ＋ΔＴ21以下であるかを判定する。なお、この所定増分値ΔＴ21は前記増分値Ｔ11よりも小さく、例えば１．０℃に設定されており、設定温度Ｔｓが例えば１℃に設定されていれば、下限温度Ｔｓ＋ΔＴ21は２．０℃である。したがって、庫内温度Ｔｘが下限温度Ｔｓ＋ΔＴ21と上限温度Ｔｓ＋ΔＴ12との間にあれば、ステップ１２４，１２６にて共に「ＮＯ」と判定され続けて、ステップ１２４，１２６からなる循環処理が繰返し実行され続ける。この状態では、前記ステップ１２０の処理により１ランクだけ低い側に切換えられた状態で、冷却装置２０が運転され続ける。
【００３５】
この冷却により、庫内温度Ｔｘが下限温度Ｔｓ＋ΔＴ21以下になれば、ステップ１２６にて「ＹＥＳ」と判定してプログラムをステップ１２８以降に進める。ステップ１２８においては、ランクデータＲＮＫから「１」を減算して、同減算したランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。したがって、電動機２５の回転速度は減速され、この減速された回転速度で圧縮器２１が駆動されて庫内１０が冷却される。すなわち、冷却装置２０の冷却能力は１ランクだけ低い側に切換えられる。
【００３６】
一方、前記ステップ１２４，１２６の循環処理中、庫内温度Ｔｘが上限温度Ｔ12以上になった場合には、ステップ１２４にて「ＹＥＳ」と判定してステップ１３０に進む。ステップ１３０においては、ランクデータＲＮＫに「１」を加算して、同加算したランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。したがって、電動機２５の回転速度は増速され、この増速された回転速度で圧縮器２１が駆動されて庫内１０が冷却される。すなわち、冷却装置２０の冷却能力は１ランクだけ高い側に切換えられる。そして、前記ステップ１３０の処理後、前述したステップ１１６，１１８からなる循環処理に戻る。
【００３７】
前記ステップ１２８の処理後、ステップ１３２，１３４からなる循環処理を繰返し実行する。ステップ１３２においては、庫内温度Ｔｘが設定温度Ｔｓに所定増分値ΔＴ22を加算した上限温度Ｔｓ＋ΔＴ22以上であるかを判定する。なお、この所定増分値ΔＴ22は前記増分値ΔＴ21よりも大きく、例えば１．５℃に設定されており、設定温度Ｔｓが例えば１℃に設定されていれば、上限温度Ｔｓ＋ΔＴ22は２．５℃である。ステップ１３４においては、庫内温度Ｔｘが設定温度Ｔｓに所定増分値ΔＴ31を加算した下限温度Ｔｓ＋ΔＴ31以下であるかを判定する。なお、この所定増分値ΔＴ31は前記増分値ΔＴ21よりも小さく、例えば−１．０℃に設定されており、設定温度Ｔｓが例えば１℃に設定されていれば、下限温度Ｔｓ＋ΔＴ31は０．０℃である。したがって、庫内温度Ｔｘが下限温度Ｔｓ＋ΔＴ31と上限温度Ｔｓ＋ΔＴ22との間にあれば、ステップ１３２，１３４にて共に「ＮＯ」と判定され続けて、ステップ１３２，１３４からの循環処理が繰返し実行され続ける。この状態では、前記ステップ１２８の処理により１ランクだけ低い側に切換えられた状態で、冷却装置２０が運転され続ける。
【００３８】
この冷却により、庫内温度Ｔｘが下限温度Ｔｓ＋ΔＴ31以下になれば、ステップ１３４にて「ＹＥＳ」と判定してステップ１３８以降に進む。ステップ１３８においては、電動機２５の作動を停止させる。この電動機２５の作動停止により、冷却装置２０は冷却動作を停止する。
【００３９】
一方、前記ステップ１３２，１３４の循環処理中、庫内温度Ｔｘが上限温度Ｔｓ＋Ｔ22以上になった場合には、ステップ１３２にて「ＹＥＳ」と判定してステップ１３６に進む。ステップ１３６においては、ランクデータＲＮＫに「１」を加算して、同加算したランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。したがって、電動機２５の回転速度は増速され、この増速された回転速度で圧縮器２１が駆動されて庫内１０が冷却される。すなわち、冷却装置２０の冷却能力は１ランクだけ高い側に切換えられる。そして、前記ステップ１３６の処理後、前述したステップ１２４，１２６からなる循環処理に戻る。
【００４０】
前記ステップ１３８の処理後、ステップ１４０にて、庫内温度Ｔｘが設定温度Ｔｓに所定増分値ΔＴ32を加算した上限温度Ｔｓ＋ΔＴ32以上であるかを判定する。なお、この所定増分値ΔＴ32は前記増分値ΔＴ31よりも大きく、例えば０．５℃に設定されており、設定温度Ｔｓが例えば１℃に設定されていれば、上限温度Ｔｓ＋ΔＴ32は１．５℃である。したがって、庫内温度Ｔｘが上限温度Ｔｓ＋ΔＴ32未満であれば、ステップ１４０にて「ＮＯ」と判定され続けて、ステップ１３８，１４０からの循環処理が繰返し実行され続ける。この状態では、電動機１３８の作動は停止され続けて、冷却装置２０の運転も停止され続ける。
【００４１】
一方、前記ステップ１３８，１４０の循環処理中、庫内温度Ｔｘが上限温度Ｔ32以上になった場合には、ステップ１４０にて「ＹＥＳ」と判定してステップ１４２に進む。ステップ１４２においては、電動機２５の作動を再開させる。そして、ステップ１３２，１３４の循環処理に戻り、冷却装置２０は庫内１０を冷却し始める。この場合、ランクデータＲＮＫは前述したステップ１２８にて設定されたままに保たれているので、電動機２５の回転速度は前述したステップ１３２，１３４の循環処理時と同じに保たれる。
【００４２】
上記作動説明からも理解できるとおり、上記第1実施形態によれば、冷蔵庫の作動開始時、すなわち冷却装置２０の始動時のように庫内温度Ｔｘが外気温度に近くて設定温度Ｔｓよりも極めて高い場合には、庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ１以上であれば、ステップ１０２，１０４の処理により、電動機２５の回転速度のランクはレベルＬ３に保たれる。また、庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ１よりも低く、かつ所定温度Ｔ３以上であれば、電動機２５の回転速度のランクはレベルＬ３〜Ｌ５に保たれる。すなわち、庫内温度Ｔｘが外気温度に近くて設定温度Ｔｓよりも極めて高く、電動機２５および電源回路４０に大きな電流の流れる状況下では、これらの回転速度は比較的低く、電動機２５および電源回路４０に流れる電流は最大許容電流Ｉmax以下に抑えられるので、電動機２５および電源回路４０の大型化および製造コストが高くなることを回避できる。また、このように冷蔵庫すなわち圧縮機２１の始動開始時の負荷を抑えることにより、凝縮器２２の能力も不必要に大きくすることを回避でき、凝縮器２２の製造コストを安く抑えることができる。
【００４３】
また、前記ステップ１０２〜１１０の処理においては、庫内温度Ｔｘが低くなるに従って、電動機２５の回転速度のランクが高い側に切換えられて、冷却装置２０の冷却能力が高くなる側に切換えられる。したがって、上記第1実施形態によれば、電動機２５および電源回路４０に流れる電流を最大許容電流Ｉmax以下に抑えた上で、庫内温度Ｔｘを迅速に降下させることができる。
【００４４】
さらに、冷却装置２０の始動後の定常運転状態すなわち庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ３未満の状態では、庫内温度Ｔｘが上昇するに従って電動機２５の回転速度が速くなるように、すなわち冷却装置２０の冷却能力が高くなるように制御される。したがって、冷蔵庫の定常運転状態において、冷却されるべき物を庫内１０に新たに入れた場合、冷却された物を庫内１０から取出した場合などに、庫内温度Ｔｘが設定温度Ｔｓから多少上昇しても、この庫内１０の温度上昇は迅速かつ的確に是正されるとともに、冷却装置２０の定常運転時における庫内温度Ｔｘはほぼ設定温度Ｔｓに保たれ続ける。
【００４５】
ｂ．第２実施形態
次に、本発明を冷凍庫に適用した第２実施形態について説明する。この第２実施形態においては、図１に破線で示すように、マイクロコンピュータ３４に警報器３９が接続されている。また、この第２実施形態においては、マイクロコンピュータ３４は、図５および図６のフローチャートに対応したプログラムを実行する。その他の構成に関しては、上記第１実施形態の冷蔵庫の場合と同様であるので説明を省略する。なお、図２の冷却装置２０および電動機２５の特性に関する図２のグラフも、温度こそ異なるものの、特性に関してはこの第２実施形態に係る冷凍庫の場合にも当てはまる。
【００４６】
次に、この第２実施形態の動作を説明する。この場合も、作動開始により、マイクロコンピュータ３４は図５のステップ２００からプログラムを開始するとともに、冷却ファン２６および庫内ファン２７を作動させる。図５のステップ２０２〜２１０，２１８の処理は、上記第１実施形態の図３のステップ１０２〜１１０，１１４の処理と実質的に同じである。異なる点は、ステップ２０２，２０８，２１８において設定される電動機２５の回転速度のランクおよびステップ２１０にて庫内温度Ｔｘと比較される温度である。すなわち、この冷凍庫の場合には、ステップ２０２，２０８、２１８にて、ランクデータＲＮＫはそれぞれレベルＬ２，Ｌ３，Ｌ４（またはＬ５）に設定される。また、ステップ２１０において庫内温度Ｔｘと比較される所定温度Ｔ４は、−５℃である。
【００４７】
また、この第２実施形態においては、前記ステップ２１８の処理後に、ステップ２２０にて庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ５（例えば、−１８℃）未満であるか否かの判定処理も付加されている。そして、庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ５以上である限り、ステップ２２０における「ＮＯ」との判定のもとに、ステップ２１８，２２０からなる循環処理を繰返し実行し続ける。一方、庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ５未満に降下すれば、ステップ２２０にて「ＹＥＳ」と判定して、図６のステップ２２２以降の通常運転制御ルーチンに進む。
【００４８】
したがって、この第２実施形態においては、冷却装置２０の作動開始直後の庫内温度Ｔｘが極めて高い状態から庫内温度Ｔｘが１０℃に達するまでは、電動機２５の回転速度のランクがレベルＬ２に設定される。そして、庫内温度Ｔｘが１０℃から−５℃までにおける電動機２５の回転速度のランクはレベルＬ３に設定され、庫内温度Ｔｘが−５℃から−１８℃までにおける電動機２５の回転速度のランクはレベルＬ４またはレベルＬ３に設定される。そして、これらのレベルＬ２〜Ｌ５までは、上記第１実施形態の場合と同様に、電動機２５および電源回路４０に流れる電流は最大許容電流Ｉmax以下に抑えられるようになっている。
【００４９】
これにより、この第２実施形態に係る冷凍庫においても、庫内温度Ｔｘが外気温度に近くて設定温度よりも極めて高く、電動機２５および電源回路４０に大きな電流の流れる状況下では、これらの回転速度は比較的低く保たれるので、電動機２５および電源回路４０の大型化および製造コストが高くなることを回避できる。また、このような冷凍庫が定常運転状態に入る前における庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ５以上の状態では、庫内温度Ｔｘが低くなるに従って、電動機２５の回転速度のランクが高い側に切換えられて、冷却装置２０の冷却能力が高くなる側に切換えられるので、電動機２５および電源回路４０に流れる電流を最大許容電流Ｉmax以下に抑えた上で、庫内温度Ｔｘを迅速に降下させることができる。また、凝縮器２２の能力の点も上記第１実施形態の場合と同じである。
【００５０】
また、この第２実施形態においては、ステップ２０６にて「ＮＯ」すなわち吐出冷媒温度Ｔｃが所定温度Ｔ２（例えば、６０℃）以上であると判定されると、ステップ２１２以降の処理が実行される。ステップ２１２においては、警報器３９に警報信号を出力させ、ステップ２１４にて電動機２５、冷却ファン２６および庫内ファン２７の作動など冷却装置２０の作動を停止させて、ステップ２１６にてこのプログラムの実行を終了する。このプログラムの実行終了後には、使用者が冷却装置２０をふたたび作動開始させない限り、冷却装置２０は作動されない。これは、このような状況下では、冷凍庫のいずれかに異常が発生している可能性が高く、使用者が冷蔵庫の各部を点検する必要があるからである。
【００５１】
なお、上記第1実施形態では、このような吐出冷媒温度Ｔｃが所定温度Ｔ２以上である場合もステップ１１２の処理により、電動機２５の回転速度のランクを下げて冷却装置２０を作動させ続けるようにした。しかし、上記第１実施形態に係る冷蔵庫の場合も、この第２実施形態の場合と同様に、ステップ２１２〜２１６からなる処理を実行して、冷蔵庫の作動を停止させるようにしてもよい。
【００５２】
ふたたび、この第２実施形態に係る冷凍庫の動作説明に戻ると、前記ステップ２２０にて「ＹＥＳ」と判定された場合、マイクロコンピュータ３４は図６のステップ２２２〜２４８からなる定常運転ルーチンを実行する。これらのステップ２２２〜２４８の処理は、上記第１実施形態の図４のステップ１１６〜１４２の処理と実質的に同じである。異なる点は、ステップ２２２，２２４，２３０，２３２，２３８，２４０，２４６において庫内温度Ｔｘと比較される温度である。
すなわち、このステップ２２２にて庫内温度Ｔｘと比較される所定温度（上限温度）Ｔ５’は、例えば−１７．５℃のように低い温度である。また、ステップ２２４，２３０，２３２，２３８，２４０，２４６にて設定温度Ｔｓに加算される所定増分値ΔＴ41，ΔＴ42，ΔＴ51，ΔＴ52，ΔＴ61，ΔＴ62は、それぞれ例えば０℃，１℃，−０．５℃，０．５℃，−１℃，０℃に設定されている。そして、設定温度Ｔｓを例えば−２０℃とすれば、ステップ２２４，２３０，２３２，２３８，２４０，２４６にて庫内温度Ｔｘと比較される上限または下限温度Ｔｓ＋ΔＴ41，Ｔｓ＋ΔＴ42，Ｔｓ＋ΔＴ51，Ｔｓ＋ΔＴ52，Ｔｓ＋ΔＴ61，Ｔｓ＋ΔＴ62は、それぞれ例えば−２０℃，−１９℃，−２０．５℃，−１９．５℃，−２１℃，−２０℃になる。
【００５３】
また、ステップ２２２にて、「ＹＥＳ」すなわち庫内温度Ｔｘが上限温度Ｔ５’以上であると判定されると、ステップ２２６の処理後、図５のステップ２１８，２２０からなる循環処理に戻される。
【００５４】
これにより、この第２実施形態に係る冷凍庫においても、冷却装置２０の始動後の定常運転状態すなわち庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ５未満の状態では、庫内温度Ｔｘが上昇するに従って電動機２５の回転速度が速くなるように、すなわち冷却装置２０の冷却能力が高くなるように制御される。したがって、冷凍庫の定常運転状態において、冷却されるべき物を庫内１０に新たに入れた場合、冷却された物を庫内１０から取出した場合などに、庫内温度Ｔｘが設定温度Ｔｓから多少上昇しても、この庫内１０の温度上昇は迅速かつ的確に是正されるとともに、冷却装置２０の定常運転時における庫内温度Ｔｘはほぼ設定温度Ｔｓに保たれ続ける。
【００５５】
ｃ．変形例
なお、上記第１および第２実施形態では、図３のステップ１０６および図５のステップ２０６にて吐出冷媒温度Ｔｃと所定温度Ｔ２とを比較するようにした。
しかし、これに代えて、圧縮機２１の出口の高温高圧の冷媒の圧力Ｐｃが所定圧力以下であるかを判定して、冷媒圧力Ｐｃが所定圧力以下であるときにのみステップ１０８，２０８の処理を実行するようにしてもよい。この場合、吐出冷媒温度センサ３６に代えて、圧縮機２１の出口における冷媒の圧力Ｐｃを検出する圧力センサを設けて、同圧力センサ出力をＡ／Ｄ変換器３７を介してマイクロコンピュータ３４に導くようにすればよい。
【００５６】
また、上記第１および第２実施形態においては、庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ３，Ｔ５以上でそれぞれあるとき、ステップ１０２〜１１０，１１４およびステップ２００〜２１０，２１８，２２０の処理により、庫内温度Ｔｘの高さにより区分された２および３個の領域をそれぞれ予め定めておき、庫内温度Ｔｘが低くなる領域ほど電動機２５の回転速度が速くなるようにした。しかし、この領域の数を４個以上にするようにしてもよい。
【００５７】
また、これらのステップ１０２〜１１０，１１４およびステップ２００〜２１０，２１８，２２０の処理に代えて、前記複数の領域ごとに電動機２５の回転速度を定めたテーブルを用意しておき、同テーブルを参照して庫内温度Ｔｘに対応した回転速度を導出して、この導出された回転速度により電動機２５の回転速度を制御するようにしてもよい。また、庫内温度Ｔｘの低下に従って速くなる回転速度を連続的に表すテーブルまたは関数を用意しておき、これらのテーブルまたは関数を用いて、庫内温度Ｔｘが低くなるに従って電動機２５の回転数が連続的に速くなるように制御してもよい。
【００５８】
また、上記第１および第２実施形態においては、庫内温度Ｔｘがそれぞれ所定温度Ｔ３，Ｔ５未満である場合、すなわち定常運転時におけるステップ１１６〜１４２およびステップ２２２〜２４８の処理の場合も、庫内温度Ｔｘと設定温度Ｔｓとの温度差により区分された３個の領域をそれぞれ予め定めておき、庫内温度Ｔｘが高くなる領域ほど電動機２５の回転速度が速くなるように、すなわち冷却装置２０の冷却能力が増大するようにした。しかし、この領域の数を４個以上にするようにしてもよい。
【００５９】
また、この場合も、前記ステップ１１６〜１４２およびステップ２２２〜２４８の処理に代えて、前記複数の領域ごとに電動機２５の回転速度を定めたテーブルを用意しておき、同テーブルを参照して庫内温度Ｔｘと設定温度Ｔｓとの温度差に対応した回転速度を導出して、この導出された回転速度により電動機２５の回転速度を制御するようにしてもよい。また、庫内温度Ｔｘと設定温度Ｔｓの温度差の増加に従って速くなる回転速度を連続的に表すテーブルまたは関数を用意しておき、これらのテーブルまたは関数を用いて、前記温度差が大きくなるに従って電動機２５の回転数が連続的に速くなるように制御してもよい。
【００６０】
また、上記第１実施形態および第２実施形態においては、庫内温度Ｔｘを庫内温度センサ３５により直接検出するようにした。しかし、この庫内温度Ｔｘを、他のセンサを用いて間接的に検出するようにしてもよい。例えば、図１に破線で示すように、通路１０ａに温度センサ４１を設け、同温度センサ４１により検出した通路温度Ｔx'を庫内温度Ｔｘに代えて用いるようにしてもよい。なお、温度センサ４１は、通路１０ａのいずれの場所に配置してもよい。温度センサ４１により検出された通路温度Ｔx'は、庫内温度Ｔｘとは異なると同時に温度センサ４１の配置された位置によっても異なるが、庫内を循環している空気の温度であることから庫内温度Ｔｘと変化の傾向は同じであるので、庫内温度Ｔｘを間接的に表すことになる。
【００６１】
また、同じく図１に破線で示すように、蒸発器２４に温度センサ４２を固着し、同温度センサ４２により検出した蒸発器温度Ｔx"を庫内温度Ｔｘに代えて用いるようにしてもよい。なお、この場合には、温度センサ４２を、冷媒が流入する蒸発器２４の入口から中央部までの間を避けて、中央部から出口までの間のいずれかの位置に配置すればよい。温度センサ４２により検出された蒸発器温度（通過冷媒の温度と同じ）Ｔx"も、庫内温度Ｔｘとは異なるが、庫内１０の空気との熱交換の関係から庫内温度Ｔｘと変化の傾向は同じであるので、庫内温度Ｔｘを間接的に表すことになる。
【００６２】
また、同じく図１に破線で示すように、蒸発器２４の下流に位置する冷媒通路内に圧力センサ４３を配置し、同圧力センサ４３により検出した冷媒圧力Ｐｘを庫内温度Ｔｘに代えて用いるようにしてもよい。なお、この場合には、圧力センサ４３を、蒸発器２４の出口から圧縮機２１の入口までの間のいずれかの位置に配置すればよい。蒸発器２４の下流の冷媒圧力Ｐｘは、前記蒸発器温度Ｔx"の場合と同様に庫内１０の空気との熱交換の関係から庫内温度Ｔｘと変化の傾向は同じであるので、庫内温度Ｔｘを間接的に表すことになる。なお、これらのセンサ４１〜４３の検出出力はアナログ信号であり、上記第１および第２実施形態の庫内センサ３５の場合と同様にＡ／Ｄ変換器３７に導かれる。
【００６３】
このように庫内温度センサ３５に代えて温度センサ４１，４２または圧力センサ４３を用いる場合、通路温度Ｔx'、蒸発器温度Ｔx"または冷媒圧力Ｐｘを庫内温度Ｔｘに変換するための変換テーブルまたは変換関数を用意しておく。そして、この変換テーブルまたは変換関数を用いて、温度センサ４１，４２または圧力センサ４３により検出した通路温度Ｔx'、蒸発器温度Ｔx"または冷媒圧力Ｐｘを庫内温度Ｔｘに変換し、同変換した庫内温度Ｔｘを上記第１および第２実施形態の図３〜６のプログラムに適用して電動モータ２５を上記第１および第２実施形態と同様に制御するようにすればよい。
【００６４】
また、上記第１および第２実施形態の図３〜６のプログラムにて庫内温度Ｔｘと比較される所定温度Ｔ１，Ｔ３〜Ｔ５，Ｔ3'，Ｔ5'および所定増分値ΔＴ11〜ΔＴ61，ΔＴ12〜ΔＴ62を、通路温度Ｔx'、蒸発器温度Ｔx"または冷媒圧力Ｐｘにそれぞれ換算した所定値を予め用意しておき、これらの換算値を所定温度Ｔ１，Ｔ３〜Ｔ５，Ｔ3'，Ｔ5'および所定増分値ΔＴ11〜ΔＴ61，ΔＴ12〜ΔＴ62に代えてプログラムに組み込んでおく。そして、温度センサ４１，４２または圧力センサ４３により検出された通路温度Ｔx'、蒸発器温度Ｔx"または冷媒圧力Ｐｘと、前記プログラム中に組み込まれた換算値とをプログラムの実行時に比較するようにしてもよい。また、この場合、庫内温度設定器３８にて設定された設定温度Ｔｓに関しては、マイクロコンピュータ３０に入力後または入力前に、前記通路温度Ｔx'、蒸発器温度Ｔx"または冷媒圧力Ｐｘにそれぞれ換算して用いる必要がある。これらによれば、通路温度Ｔx'、蒸発器温度Ｔx"または冷媒圧力Ｐｘは庫内温度Ｔｘと同等に機能するので、上記第１および第２実施形態と同様な効果が期待される。
【００６５】
また、上記第１実施形態および第２実施形態においては、庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ３，Ｔ５以上でそれぞれあるとき、すなわち冷却装置２０の作動開始時に庫内温度Ｔｘのみに応じて電動機２５の回転速度を変更するようにした。しかし、前記庫内温度Ｔｘの条件に加えまたは代え、冷却装置２０の作動開始から所定時間だけ電動機２５の回転速度を所定速度以下に抑えるようにしてもよい。また、前記庫内温度Ｔｘの条件に加えまたは代え、冷却装置２０の運転履歴または外部からの操作により、冷却装置２０の作動開始から所定時間だけ電動機２５の回転速度を所定速度以下に抑えるようにすることも可能である。
【００６６】
さらに、上記第１および第２実施形態では、本発明を冷蔵庫および冷凍庫に適用した例について説明したが、冷蔵庫および冷凍庫を兼用した冷凍冷蔵庫にも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1および第２実施形態に係り、冷蔵庫、冷凍庫などの庫内を冷却する冷却装置およびその運転制御装置の全体を概略的に示す概略ブロック図である。
【図２】庫内温度に対する冷却装置の冷却能力および電動機に流れる電流の各関係をそれぞれ示す特性グラフである。
【図３】本発明の第１実施形態に係り、図１のマイクロコンピュータによって実行されるプログラムの前半部分を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態に係り、図１のマイクロコンピュータによって実行されるプログラムの後半部分を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係り、図１のマイクロコンピュータによって実行されるプログラムの前半部分を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係り、図１のマイクロコンピュータによって実行されるプログラムの後半部分を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…庫内、１０ａ…通路（冷却空気通路）、２０…冷却装置、２１…圧縮機、２２…凝縮器、２３…キャピラリチューブ、２４…蒸発器、２５…電動機、２６…冷却ファン、２７…庫内ファン、３０…運転制御装置、３１…インバータ回路、３４…マイクロコンピュータ、３５…庫内温度センサ、３６…吐出冷媒温度センサ、３８…庫内温度設定器、４１，４２…温度センサ、４３…圧力センサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、速度制御される電動機によって駆動される圧縮機を有し、冷蔵庫、冷凍庫などの貯蔵庫内を冷却する冷却装置のための運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば特開平１１−１７３７２９号公報および特開昭６０−１８８７７５号公報に示されているように、庫内温度を検出し、同検出庫内温度を用いて電動機を速度制御することは知られている。この場合、検出庫内温度が設定温度から離れて高くなるに従って電動機の回転速度が速くなるように同電動機の回転速度を制御して、冷却装置の冷却能力を高め、庫内温度が設定温度から離れて高くなっても、庫内温度が短時間で設定温度に戻るとともに、庫内温度が設定温度にほぼ等しく保たれるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の装置にあっては、冷却装置の作動開始時のように、外気温度に近い極めて高い庫内温度を設定温度まで下げる場合、その初期においては庫内温度が設定温度に比べて極めて高いために、電動機の回転速度は極めて速くなるように制御されることになる。この電動機の回転速度が極めて速い状態では、電動機に大きな電流が流れ、この大きな電流を流すことを許容するためには、大きな容量の電動機および電源回路が必要になり、電動機および電源回路が大型化するとともにそれらの製造コストが高くなるという問題がある。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は、冷却されるべき物を庫内に新たに入れた場合でも、冷却された物を庫内から取出した場合でも、庫内温度が設定温度から大きく離れて上昇することはなく、通常、冷却装置の作動開始時以外には庫内温度が極めて高くなることはないことに基づくものである。また、この冷却装置の作動開始時に、電動機の回転速度を極めて速くして冷却装置の冷却能力を極めて高くする必要もなく、冷却されるべき物を庫内に新たに入れた場合に必要な冷却装置の冷却能力で十分なはずである。
【０００５】
本発明は、このような前提に基づくとともに、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、電動機および電源回路が大型化するとともに、それらの製造コストが高くなるとことを回避した冷却装置の運転制御装置を提供することにある。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、速度制御される電動機により駆動される圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒との熱交換により貯蔵庫内を冷却する蒸発器とを含む冷凍サイクルを備えた冷却装置のための運転制御装置において、貯蔵庫内の温度を直接的または間接的に表す物理量を検出する物理量検出手段と、前記検出された物理量に応じて電動機の回転速度を制御して貯蔵庫内の温度を所望の設定温度に保つ庫内温度制御手段と、前記検出された物理量が設定温度よりも高い所定温度以上の庫内温度を表すとき、電動機の回転速度を所定回転速度以下に制限する回転速度制限手段とを備え、回転速度制限手段に、前記検出された物理量が前記設定温度よりも高い所定温度以上の庫内温度を表している状態で、前記検出された物理量が低い庫内温度を表すに従って、前記設定温度とは無関係に、電動機の回転速度が速くなるように電動機の回転速度を変更制御する回転速度変更制御手段を設けたことにある。
この場合、前記回転速度変更制御手段を、庫内温度の高さにより区分された複数の領域を予め定めておき、検出された物理量が庫内温度の低い領域に属する庫内温度を表すほど、電動機の回転速度が速くなるように同電動機の回転速度を制御するようにするとよい。また、庫内温度が低くなるに従って電動機の回転速度が速くなるように定めた庫内温度（または検出物理量）と回転速度との関係を示す関数またはテーブルを予め用意しておき、この関数またはテーブルを用いることにより、検出された物理量が低い庫内温度を表すに従って、電動機の回転速度が連続的に速くなるように同電動機の回転速度を制御するようにしてもよい。また、前記回転速度変更制御手段によって変更制御される電動機の回転速度を、定常運転時における必要な最大冷却能力時に電動機に流れる定格電流に対応した回転速度以下に制限するとよい。
【０００７】
前記構成においては、前記物理量検出手段を、貯蔵庫内に設けられて貯蔵庫内の温度を検出する温度センサで構成するとよい。また、前記物理量検出手段を、蒸発器によって冷却されるとともに貯蔵庫内を冷却する冷却空気の通路に設けられて、同冷却空気の温度を検出する温度センサで構成してもよい。また、前記物理量検出手段を、蒸発器に組み付けられて、同蒸発器の温度を検出する温度センサで構成してもよい。この場合、特に、温度センサを蒸発器の冷媒の入口付近ではなく、蒸発器の中央部から後方すなわち中央部と出口との間に設けるとよい。
また、前記物理量検出手段を、蒸発器と圧縮機との間の冷媒通路に設けられて、同冷媒通路内を流れる冷媒の圧力を検出する圧力センサで構成してもよい。これらの温度センサおよび圧力センサによって検出される温度および圧力は、貯蔵庫内の温度を直接的または間接的に表す物理量である。
【０００８】
また、前記庫内温度制御手段を、前記検出された物理量が庫内温度と設定温度との大きな温度差を表すに従って、電動機の回転速度が速くなるように同電動機の回転速度を変更制御するように構成するとよい。例えば、庫内温度と設定温度との温度差の大きさにより区分された複数の領域を予め定めておき、電動機の回転速度を前記温度差が属する領域ごとに異なる回転速度に制御することができる。具体的には、検出された物理量が、設定温度よりも高い庫内温度を表し、かつ庫内温度と設定温度との温度差が大きくなる領域に属する庫内温度を表すほど、電動機の回転速度が速くなるように同電動機の回転速度を制御すればよい。また、前記温度差が大きくなるに従って電動機の回転速度が速くなるように定めた温度差（または検出物理量）と回転速度との関係を示す関数またはテーブルを予め用意しておき、この関数またはテーブルを用いることにより、検出された物理量が、設定温度よりも高い庫内温度を表し、かつ庫内温度と設定温度の温度差が大きくなる庫内温度を表すに従って、電動機の回転速度が連続的に速くなるように同電動機の回転速度を制御するようにしてもよい。
【００１０】
前記のように構成した本発明においては、冷却されるべき物を庫内に新たに入れた場合、冷却された物を庫内から取出した場合などに、庫内温度が設定温度から多少上昇しても、この庫内の温度上昇は庫内温度制御手段によって是正されて、冷却装置の定常運転時における庫内温度はほぼ設定温度に保たれ続ける。また、冷却装置の始動時のように、庫内温度が外気温度に近くて設定温度よりも極めて高く、電動機の同一の回転速度に対して大きな電流の流れる状況下では、回転速度制限手段により、電動機の回転速度が所定回転速度以下に制限される。したがって、このような状況下にあっても、電動機には大きな電流が流れることはない。なお、この場合には、庫内温度の降下速度はそれほど速くならないが、冷却装置の始動時には、冷却されるべき物が入っていないことが通常であり、問題とならない。その結果、本発明によれば、冷却装置による庫内の冷却に大きな問題を与えることなく、電動機に極めて大きな電流が流れることを防止できて、電動機および電源回路の大型化および製造コストが高くなることを回避できる。
【００１２】
また、前記本発明においては、冷却装置の始動時のように、庫内温度が外気温度に近くて設定温度よりも極めて高い状態では、電動機に流れる電流を所定電流値以下に抑えることができる。そして、冷却装置による冷却により庫内温度が減少し始めると、回転速度制限手段に設けた回転速度変更制御手段が、電動機の回転速度が速くなるように制御するので、この状態では、電動機に流れる電流を所定電流値以下に抑えたうえで、冷却装置の冷却能力を高めることもできる。その結果、本発明によれば、冷却装置の始動時にも、電動機に流れる電流を所定電流値以下に抑えたうえで、庫内温度を迅速に降下させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
ａ．第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態について説明すると、図１は、同第１実施形態に係る冷蔵庫の庫内１０を冷却する冷却装置２０およびその運転制御装置３０の全体を概略的に示している。
【００１４】
この冷却装置２０は、圧縮機２１、凝縮器２２、キャピラリチューブ２３および蒸発器２４からなり、冷媒を循環させる冷凍サイクルを備えている。圧縮機２１は、速度制御される電動機２５により回転駆動されて、高温高圧の冷媒ガスを吐出する。この電動機２５としては、例えば直流ブラシレスモータを利用できる。この圧縮機２１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは、冷却ファン２６の付設された凝縮器２２にて放熱液化され、キャピラリチューブ２３にて減圧され、凝縮器２２にて蒸発して圧縮機２１に帰還される。蒸発器２４の近傍には、庫内ファン２７が配置されている。庫内ファン２７は、蒸発器２４の一部または全部を収容するとともに庫内１０に連通した通路（冷却空気通路）１０ａ内に設けられて、蒸発器２４により冷却された空気を庫内１０に循環させて庫内１０を冷却する。図中の矢印は、空気の流れを示している。
【００１５】
運転制御装置３０は、電動機２５の回転速度を制御するインバータ回路３１を備えているとともに、冷却ファン２６および庫内ファン２７の作動を制御するためのファンドライブ回路３２，３３を備えている。本実施形態においては、インバータ回路３１によって電動機２５の回転数が、下記表１に示すように、レベルＬ１〜Ｌ５までの５ランクに切換え制御されるようになっている。なお、表１中の回転数は１秒当たりの電動機２５の回転数を示している。
【００１６】
【表１】
これらのインバータ回路３１およびファンドライブ回路３２，３３には、マイクロコンピュータ３４が接続されている。マイクロコンピュータ３４は、図３，４のフローチャートに対応したプログラムを実行して電動機２５の回転速度を制御する。このマイクロコンピュータ３４には、庫内温度センサ３５および吐出冷媒温度センサ３６がＡ／Ｄ変換器３７を介して接続されているとともに、庫内温度設定器３８が接続されている。
【００１８】
庫内温度センサ３５は、庫内１０の温度Ｔｘを検出して、同庫内温度Ｔｘを表すアナログ検出信号をＡ／Ｄ変換器３７に出力する。吐出冷媒温度センサ３６は、圧縮機２１から吐出された高温高圧の吐出冷媒温度Ｔｃを検出して、同吐出冷媒温度Ｔｃを表すアナログ検出信号をＡ／Ｄ変換器３７に出力する。Ａ／Ｄ変換器３７は、庫内温度Ｔｘおよび吐出冷媒温度Ｔｃをそれぞれ表すアナログ検出信号をＡ／Ｄ変換してマイクロコンピュータ３４に出力する。庫内温度設定器３８は、使用者が所望とする庫内１０の温度Ｔｓを設定するために、使用者によって操作される。
【００１９】
さらに、運転制御装置３０は、外部の電力供給線などから供給される電力をインバータ回路３１およびファンドライブ回路３２，３３に供給する電源回路４０を備えている。この電源回路４０は、マイクロコンピュータ３４、Ａ／Ｄ変換器３７などの各種回路にも必要に応じて電力を供給する。
【００２０】
上記のように構成した実施形態の動作を説明する前に、庫内温度Ｔｘに対する冷却装置２０の冷却能力および電動機２５に流れる電流の各関係について説明しておく。図２は、前記両関係の特性グラフを示しており、図２中の２点鎖線は、冷蔵庫の庫内温度Ｔｘに対する熱負荷の特性線を示している。熱負荷とは、外部から庫内１０への侵入熱量と、庫内１０の内部発熱量との合計値を表すものである。この特性線によれば、庫内温度Ｔｘが低くなるに従って、熱負荷は増加することが理解できる。
【００２１】
また、図２中の上部の実線、破線および一点鎖線は、庫内温度Ｔｘに対して、電動機２５をそれぞれ高速、中速および低速（例えば、上記表１のレベルＬ５，Ｌ３，Ｌ１に対応）で回転させた場合における冷却装置１０の冷却能力の各変化特性をそれぞれ示している。これによれば、冷却装置１０の冷却能力は、電動機２５を高速で回転させるほどが高くなり、かつ庫内温度Ｔｘが高くなるに従って高くなることが理解できる。さらに、庫内１０の冷却力は、前記冷却装置１０の冷却能力から前記熱負荷との差によって定義される。この庫内１０の冷却力も、図示太線矢印で示すように、電動機２５を高速で回転させるほどが高くなり、かつ庫内温度Ｔｘが高くなるに従って高くなることが理解できる。
【００２２】
また、図２中の下部の実線、破線および一点鎖線は、庫内温度Ｔｘに対して、電動機２５をそれぞれ高速、中速および低速（例えば、上記表１のレベルＬ５，Ｌ３，Ｌ１に対応）で回転させた場合に電動機２５に流れる各電流の大きさの変化特性を示している。これによれば、電動機２５に流れる電流は、電動機２５を高速で回転させるほどが大きくなり、かつ庫内温度Ｔｘが高くなるに従って大きくなることが理解できる。そして、図２中の点線は、電動機２５および電源回路４０の最大許容電流Ｉmax（定格電流）を示しており、電動機２５の回転速度を速くすると、庫内温度Ｔｘが高くなるに従って電動機２５に最大許容電流Ｉmax以上の電流が流れる傾向にあることが理解できる。したがって、電動機２５の最大許容電流Ｉmaxに一致するように電源回路４０の最大許容電流（定格電流）を決めればよい。また、図２中のドットを付した領域は、冷却装置１０が冷却力を発揮し得ない領域（禁止領域）を示すことになる。
【００２３】
このような特性を有する冷却装置２０を備えた冷蔵庫の動作を説明する。使用者が、庫内温度設定器３８を用いて設定温度Ｔｓを所望の値に設定した後、図示しないスイッチなどにより作動開始操作を行うと、マイクロコンピュータ３４は図３のステップ１００にてプログラムの実行を開始する。なお、このプログラムの実行開始とともに、マイクロコンピュータ３４は、ファンドライブ回路３２，３３に作動指令を出力し、冷却ファン２６および庫内ファン２７を作動させる。
【００２４】
このプログラムの実行開始後、ステップ１０２にて電動機２５の回転速度のランクを示すランクデータＲＮＫをレベルＬ３に設定して、同ランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。インバータ回路３１は、前記供給されたランクデータＲＮＫによって表されたレベルＬ３に対応した回転速度で電動機２５を回転させる。なお、各レベルに対する電動機２５の回転速度は、前述した表１のとおりであり、電動機２５に流れる電流が庫内温度Ｔｘとの関係で最大許容電流Ｉmax以下に抑えられる程度に遅い速度である。
【００２５】
電動機２５の回転は圧縮機２１に伝達され、圧縮機２１は、高温高圧の冷媒を吐出し始める。すなわち、冷却装置２０は作動して、庫内ファン２７と協働して庫内１０を冷却し始める。前記ステップ１０２の処理後、ステップ１０４にて、庫内温度センサ３５によって検出された庫内温度ＴｘをＡ／Ｄ変換器３７を介して入力して、同入力した庫内温度Ｔｘが予め決められた比較的高い所定温度Ｔ１（例えば、１０℃）未満であるか否かを判定する。
【００２６】
冷却装置２０の作動開始直後であって、庫内温度Ｔｘが外気温度に依存して高く所定温度Ｔ１以上であれば、ステップ１０４にて「ＮＯ」と判定してステップ１０２，１０４からなる循環処理を繰返し実行する。この循環処理により、庫内１０が冷却されて、庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ１未満になると、ステップ１０４にて「ＹＥＳ」と判定してプログラムをステップ１０６以降に進める。
【００２７】
ステップ１０６においては、吐出冷媒温度センサ３６によって検出された吐出冷媒温度ＴｃをＡ／Ｄ変換器３７を介して入力して、同入力した吐出冷媒温度Ｔｃが予め決められた所定温度Ｔ２未満であるかを判定する。なお、この所定温度Ｔ２は、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度Ｔｃが冷却装置２０の運転上過大である値に設定されている。吐出冷媒温度Ｔｃが所定温度Ｔ２未満であれば、ステップ１０６にて「ＹＥＳ」と判定してプログラムをステップ１０８に進める。ステップ１０８においては、ランクデータＲＮＫをレベルＬ４（またはレベルＬ５）に設定して、同ランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。インバータ回路３１は、前記設定されたレベルＬ４（またはレベルＬ５）に対応した回転速度で電動機２５を回転させる。なお、このレベルＬ４（またはレベルＬ５）に対応した電動機２５の回転速度は、前述した表１に示したレベルＬ３に対応した電動機２５の回転速度よりも速い速度であるが、電動機２５および電源回路４０に流れる電流が庫内温度Ｔｘとの関係で最大許容電流Ｉmax以下に抑えられる程度の速度である。これにより、電動機２５および電源回路４０に流れる電流を最大許容電流Ｉmax以下に抑えたうえで、冷却装置２０の冷却能力が高められる。
【００２８】
前記ステップ１０８の処理後、ステップ１１０にて、庫内温度センサ３５から入力した庫内温度Ｔｘが前記所定温度Ｔ１よりも低い所定温度Ｔ３（例えば、５℃）未満であるか否かを判定する。庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ３以上であれば、ステップ１１０にて「ＮＯ」と判定してステップ１０６〜１１０からなる循環処理を繰返し実行する。この循環処理により、庫内１０が引き続き冷却される。しかし、この循環処理中、吐出冷媒温度Ｔｃが所定温度Ｔ２以上になった場合には、ステップ１０６にて「ＮＯ」と判定して、プログラムをステップ１１２に進める。
【００２９】
ステップ１１２においては、ランクデータＲＮＫをレベルＬ３に戻して、同ランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。インバータ回路３１は、前記戻されたレベルＬ３に対応した回転速度で電動機２５を回転させる。したがって、圧縮機２１の出力が抑制され、冷却装置２０の過剰運転を避けることができる。そして、吐出冷媒温度Ｔｃが所定温度Ｔ２以上である限り、ステップ１０６における「ＮＯ」との判定のもとに、ステップ１０６，１１２，１１０からなる循環処理が実行され続けて、冷却装置２０の保護が図られる。一方、ステップ１０６，１１２，１１０からなる循環処理中、吐出冷媒温度Ｔｃが所定温度Ｔ２未満になれば、ステップ１０６にて「ＮＯ」と判定されるようになり、前述したステップ１０６〜１１０からなる循環処理が繰返し実行されるようになる。
【００３０】
このようなステップ１０６〜１１０またはステップ１０６，１１２，１１０からなる循環処理中、庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ３未満になれば、ステップ１１０にて「ＹＥＳ」と判定してプログラムをステップ１１４に進める。ステップ１１４においては、ランクデータＲＮＫから「１」を減算して、同減算したランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。インバータ回路３１は、前記減算されたランクデータＲＮＫに対応した回転速度で電動機２５を回転させる。したがって、電動機２５の回転速度は減速され、この減速された回転速度で圧縮器２１が駆動されて庫内１０が冷却されるようになる。すなわち、冷却装置２０の冷却能力は１ランクだけ低い側に切換えられる。
【００３１】
前記ステップ１１４の処理後、図４のステップ１１６，１１８からなる循環処理を繰返し実行する。ステップ１１６においては、庫内温度Ｔｘが前記所定温度Ｔ３よりも高い所定温度（上限温度）Ｔ３’（例えば、５．５℃）以上であるかを判定する。ステップ１１８においては、庫内温度Ｔｘが設定温度Ｔｓに所定増分値ΔＴ11を加算した下限温度Ｔｓ＋ΔＴ11以下であるかを判定する。なお、この所定増分値ΔＴ11は例えば２．５℃に設定されており、設定温度Ｔｓが例えば１℃に設定されていれば、前記下限温度Ｔｓ＋ΔＴ11は３．５℃である。したがって、庫内温度Ｔｘが下限温度Ｔｓ＋ΔＴ11と上限温度Ｔ３’との間にあれば、ステップ１１６，１１８にて共に「ＮＯ」と判定され続けて、ステップ１１６，１１８からなる循環処理が繰返し実行され続ける。この状態では、前記ステップ１１４の処理により１ランクだけ低い側に切換えられた状態で、冷却装置２０が運転され続ける。
【００３２】
この冷却により、庫内温度Ｔｘが下限温度Ｔｓ＋ΔＴ11以下になれば、ステップ１１８にて「ＹＥＳ」と判定してプログラムをステップ１２０以降に進める。ステップ１１８においては、ランクデータＲＮＫから「１」を減算して、同減算したランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。したがって、電動機２５の回転速度は減速され、この減速された回転速度で圧縮器２１が駆動されて庫内１０が冷却される。すなわち、冷却装置２０の冷却能力は１ランクだけ低い側に切換えられる。
【００３３】
一方、前記ステップ１１６，１１８の循環処理中、庫内温度Ｔｘが上限温度Ｔ３’以上になった場合には、ステップ１１６にて「ＹＥＳ」と判定してプログラムをステップ１２２に進める。ステップ１２２においては、ランクデータＲＮＫに「１」を加算して、同加算したランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。したがって、電動機２５の回転速度は増速され、この増速された回転速度で圧縮器２１が駆動されて庫内１０が冷却される。すなわち、冷却装置２０の冷却能力は１ランクだけ高い側に切換えられる。そして、前記ステップ１２２の処理後、前述した図３のステップ１０６〜１１０からなる循環処理に戻る。
【００３４】
前記ステップ１２０の処理後、ステップ１２４，１２６からなる循環処理を繰返し実行する。ステップ１２４においては、庫内温度Ｔｘが設定温度Ｔｓに所定増分値ΔＴ12を加算した上限温度Ｔｓ＋ΔＴ12以上であるかを判定する。なお、この所定増分値ΔＴ12は前記増分値ΔＴ11よりも大きく、例えば３．０℃に設定されており、設定温度Ｔｓが例えば１℃に設定されていれば、上限温度Ｔｓ＋ΔＴ12は４．０℃である。ステップ１２６においては、庫内温度Ｔｘが設定温度Ｔｓに所定増分値ΔＴ21を加算した下限温度Ｔｓ＋ΔＴ21以下であるかを判定する。なお、この所定増分値ΔＴ21は前記増分値Ｔ11よりも小さく、例えば１．０℃に設定されており、設定温度Ｔｓが例えば１℃に設定されていれば、下限温度Ｔｓ＋ΔＴ21は２．０℃である。したがって、庫内温度Ｔｘが下限温度Ｔｓ＋ΔＴ21と上限温度Ｔｓ＋ΔＴ12との間にあれば、ステップ１２４，１２６にて共に「ＮＯ」と判定され続けて、ステップ１２４，１２６からなる循環処理が繰返し実行され続ける。この状態では、前記ステップ１２０の処理により１ランクだけ低い側に切換えられた状態で、冷却装置２０が運転され続ける。
【００３５】
この冷却により、庫内温度Ｔｘが下限温度Ｔｓ＋ΔＴ21以下になれば、ステップ１２６にて「ＹＥＳ」と判定してプログラムをステップ１２８以降に進める。ステップ１２８においては、ランクデータＲＮＫから「１」を減算して、同減算したランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。したがって、電動機２５の回転速度は減速され、この減速された回転速度で圧縮器２１が駆動されて庫内１０が冷却される。すなわち、冷却装置２０の冷却能力は１ランクだけ低い側に切換えられる。
【００３６】
一方、前記ステップ１２４，１２６の循環処理中、庫内温度Ｔｘが上限温度Ｔ12以上になった場合には、ステップ１２４にて「ＹＥＳ」と判定してステップ１３０に進む。ステップ１３０においては、ランクデータＲＮＫに「１」を加算して、同加算したランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。したがって、電動機２５の回転速度は増速され、この増速された回転速度で圧縮器２１が駆動されて庫内１０が冷却される。すなわち、冷却装置２０の冷却能力は１ランクだけ高い側に切換えられる。そして、前記ステップ１３０の処理後、前述したステップ１１６，１１８からなる循環処理に戻る。
【００３７】
前記ステップ１２８の処理後、ステップ１３２，１３４からなる循環処理を繰返し実行する。ステップ１３２においては、庫内温度Ｔｘが設定温度Ｔｓに所定増分値ΔＴ22を加算した上限温度Ｔｓ＋ΔＴ22以上であるかを判定する。なお、この所定増分値ΔＴ22は前記増分値ΔＴ21よりも大きく、例えば１．５℃に設定されており、設定温度Ｔｓが例えば１℃に設定されていれば、上限温度Ｔｓ＋ΔＴ22は２．５℃である。ステップ１３４においては、庫内温度Ｔｘが設定温度Ｔｓに所定増分値ΔＴ31を加算した下限温度Ｔｓ＋ΔＴ31以下であるかを判定する。なお、この所定増分値ΔＴ31は前記増分値ΔＴ21よりも小さく、例えば−１．０℃に設定されており、設定温度Ｔｓが例えば１℃に設定されていれば、下限温度Ｔｓ＋ΔＴ31は０．０℃である。したがって、庫内温度Ｔｘが下限温度Ｔｓ＋ΔＴ31と上限温度Ｔｓ＋ΔＴ22との間にあれば、ステップ１３２，１３４にて共に「ＮＯ」と判定され続けて、ステップ１３２，１３４からの循環処理が繰返し実行され続ける。この状態では、前記ステップ１２８の処理により１ランクだけ低い側に切換えられた状態で、冷却装置２０が運転され続ける。
【００３８】
この冷却により、庫内温度Ｔｘが下限温度Ｔｓ＋ΔＴ31以下になれば、ステップ１３４にて「ＹＥＳ」と判定してステップ１３８以降に進む。ステップ１３８においては、電動機２５の作動を停止させる。この電動機２５の作動停止により、冷却装置２０は冷却動作を停止する。
【００３９】
一方、前記ステップ１３２，１３４の循環処理中、庫内温度Ｔｘが上限温度Ｔｓ＋Ｔ22以上になった場合には、ステップ１３２にて「ＹＥＳ」と判定してステップ１３６に進む。ステップ１３６においては、ランクデータＲＮＫに「１」を加算して、同加算したランクデータＲＮＫをインバータ回路３１に出力する。したがって、電動機２５の回転速度は増速され、この増速された回転速度で圧縮器２１が駆動されて庫内１０が冷却される。すなわち、冷却装置２０の冷却能力は１ランクだけ高い側に切換えられる。そして、前記ステップ１３６の処理後、前述したステップ１２４，１２６からなる循環処理に戻る。
【００４０】
前記ステップ１３８の処理後、ステップ１４０にて、庫内温度Ｔｘが設定温度Ｔｓに所定増分値ΔＴ32を加算した上限温度Ｔｓ＋ΔＴ32以上であるかを判定する。なお、この所定増分値ΔＴ32は前記増分値ΔＴ31よりも大きく、例えば０．５℃に設定されており、設定温度Ｔｓが例えば１℃に設定されていれば、上限温度Ｔｓ＋ΔＴ32は１．５℃である。したがって、庫内温度Ｔｘが上限温度Ｔｓ＋ΔＴ32未満であれば、ステップ１４０にて「ＮＯ」と判定され続けて、ステップ１３８，１４０からの循環処理が繰返し実行され続ける。この状態では、電動機１３８の作動は停止され続けて、冷却装置２０の運転も停止され続ける。
【００４１】
一方、前記ステップ１３８，１４０の循環処理中、庫内温度Ｔｘが上限温度Ｔ32以上になった場合には、ステップ１４０にて「ＹＥＳ」と判定してステップ１４２に進む。ステップ１４２においては、電動機２５の作動を再開させる。そして、ステップ１３２，１３４の循環処理に戻り、冷却装置２０は庫内１０を冷却し始める。この場合、ランクデータＲＮＫは前述したステップ１２８にて設定されたままに保たれているので、電動機２５の回転速度は前述したステップ１３２，１３４の循環処理時と同じに保たれる。
【００４２】
上記作動説明からも理解できるとおり、上記第1実施形態によれば、冷蔵庫の作動開始時、すなわち冷却装置２０の始動時のように庫内温度Ｔｘが外気温度に近くて設定温度Ｔｓよりも極めて高い場合には、庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ１以上であれば、ステップ１０２，１０４の処理により、電動機２５の回転速度のランクはレベルＬ３に保たれる。また、庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ１よりも低く、かつ所定温度Ｔ３以上であれば、電動機２５の回転速度のランクはレベルＬ３〜Ｌ５に保たれる。すなわち、庫内温度Ｔｘが外気温度に近くて設定温度Ｔｓよりも極めて高く、電動機２５および電源回路４０に大きな電流の流れる状況下では、これらの回転速度は比較的低く、電動機２５および電源回路４０に流れる電流は最大許容電流Ｉmax以下に抑えられるので、電動機２５および電源回路４０の大型化および製造コストが高くなることを回避できる。また、このように冷蔵庫すなわち圧縮機２１の始動開始時の負荷を抑えることにより、凝縮器２２の能力も不必要に大きくすることを回避でき、凝縮器２２の製造コストを安く抑えることができる。
【００４３】
また、前記ステップ１０２〜１１０の処理においては、庫内温度Ｔｘが低くなるに従って、電動機２５の回転速度のランクが高い側に切換えられて、冷却装置２０の冷却能力が高くなる側に切換えられる。したがって、上記第1実施形態によれば、電動機２５および電源回路４０に流れる電流を最大許容電流Ｉmax以下に抑えた上で、庫内温度Ｔｘを迅速に降下させることができる。
【００４４】
さらに、冷却装置２０の始動後の定常運転状態すなわち庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ３未満の状態では、庫内温度Ｔｘが上昇するに従って電動機２５の回転速度が速くなるように、すなわち冷却装置２０の冷却能力が高くなるように制御される。したがって、冷蔵庫の定常運転状態において、冷却されるべき物を庫内１０に新たに入れた場合、冷却された物を庫内１０から取出した場合などに、庫内温度Ｔｘが設定温度Ｔｓから多少上昇しても、この庫内１０の温度上昇は迅速かつ的確に是正されるとともに、冷却装置２０の定常運転時における庫内温度Ｔｘはほぼ設定温度Ｔｓに保たれ続ける。
【００４５】
ｂ．第２実施形態
次に、本発明を冷凍庫に適用した第２実施形態について説明する。この第２実施形態においては、図１に破線で示すように、マイクロコンピュータ３４に警報器３９が接続されている。また、この第２実施形態においては、マイクロコンピュータ３４は、図５および図６のフローチャートに対応したプログラムを実行する。その他の構成に関しては、上記第１実施形態の冷蔵庫の場合と同様であるので説明を省略する。なお、図２の冷却装置２０および電動機２５の特性に関する図２のグラフも、温度こそ異なるものの、特性に関してはこの第２実施形態に係る冷凍庫の場合にも当てはまる。
【００４６】
次に、この第２実施形態の動作を説明する。この場合も、作動開始により、マイクロコンピュータ３４は図５のステップ２００からプログラムを開始するとともに、冷却ファン２６および庫内ファン２７を作動させる。図５のステップ２０２〜２１０，２１８の処理は、上記第１実施形態の図３のステップ１０２〜１１０，１１４の処理と実質的に同じである。異なる点は、ステップ２０２，２０８，２１８において設定される電動機２５の回転速度のランクおよびステップ２１０にて庫内温度Ｔｘと比較される温度である。すなわち、この冷凍庫の場合には、ステップ２０２，２０８、２１８にて、ランクデータＲＮＫはそれぞれレベルＬ２，Ｌ３，Ｌ４（またはＬ５）に設定される。また、ステップ２１０において庫内温度Ｔｘと比較される所定温度Ｔ４は、−５℃である。
【００４７】
また、この第２実施形態においては、前記ステップ２１８の処理後に、ステップ２２０にて庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ５（例えば、−１８℃）未満であるか否かの判定処理も付加されている。そして、庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ５以上である限り、ステップ２２０における「ＮＯ」との判定のもとに、ステップ２１８，２２０からなる循環処理を繰返し実行し続ける。一方、庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ５未満に降下すれば、ステップ２２０にて「ＹＥＳ」と判定して、図６のステップ２２２以降の通常運転制御ルーチンに進む。
【００４８】
したがって、この第２実施形態においては、冷却装置２０の作動開始直後の庫内温度Ｔｘが極めて高い状態から庫内温度Ｔｘが１０℃に達するまでは、電動機２５の回転速度のランクがレベルＬ２に設定される。そして、庫内温度Ｔｘが１０℃から−５℃までにおける電動機２５の回転速度のランクはレベルＬ３に設定され、庫内温度Ｔｘが−５℃から−１８℃までにおける電動機２５の回転速度のランクはレベルＬ４またはレベルＬ３に設定される。そして、これらのレベルＬ２〜Ｌ５までは、上記第１実施形態の場合と同様に、電動機２５および電源回路４０に流れる電流は最大許容電流Ｉmax以下に抑えられるようになっている。
【００４９】
これにより、この第２実施形態に係る冷凍庫においても、庫内温度Ｔｘが外気温度に近くて設定温度よりも極めて高く、電動機２５および電源回路４０に大きな電流の流れる状況下では、これらの回転速度は比較的低く保たれるので、電動機２５および電源回路４０の大型化および製造コストが高くなることを回避できる。また、このような冷凍庫が定常運転状態に入る前における庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ５以上の状態では、庫内温度Ｔｘが低くなるに従って、電動機２５の回転速度のランクが高い側に切換えられて、冷却装置２０の冷却能力が高くなる側に切換えられるので、電動機２５および電源回路４０に流れる電流を最大許容電流Ｉmax以下に抑えた上で、庫内温度Ｔｘを迅速に降下させることができる。また、凝縮器２２の能力の点も上記第１実施形態の場合と同じである。
【００５０】
また、この第２実施形態においては、ステップ２０６にて「ＮＯ」すなわち吐出冷媒温度Ｔｃが所定温度Ｔ２（例えば、６０℃）以上であると判定されると、ステップ２１２以降の処理が実行される。ステップ２１２においては、警報器３９に警報信号を出力させ、ステップ２１４にて電動機２５、冷却ファン２６および庫内ファン２７の作動など冷却装置２０の作動を停止させて、ステップ２１６にてこのプログラムの実行を終了する。このプログラムの実行終了後には、使用者が冷却装置２０をふたたび作動開始させない限り、冷却装置２０は作動されない。これは、このような状況下では、冷凍庫のいずれかに異常が発生している可能性が高く、使用者が冷蔵庫の各部を点検する必要があるからである。
【００５１】
なお、上記第1実施形態では、このような吐出冷媒温度Ｔｃが所定温度Ｔ２以上である場合もステップ１１２の処理により、電動機２５の回転速度のランクを下げて冷却装置２０を作動させ続けるようにした。しかし、上記第１実施形態に係る冷蔵庫の場合も、この第２実施形態の場合と同様に、ステップ２１２〜２１６からなる処理を実行して、冷蔵庫の作動を停止させるようにしてもよい。
【００５２】
ふたたび、この第２実施形態に係る冷凍庫の動作説明に戻ると、前記ステップ２２０にて「ＹＥＳ」と判定された場合、マイクロコンピュータ３４は図６のステップ２２２〜２４８からなる定常運転ルーチンを実行する。これらのステップ２２２〜２４８の処理は、上記第１実施形態の図４のステップ１１６〜１４２の処理と実質的に同じである。異なる点は、ステップ２２２，２２４，２３０，２３２，２３８，２４０，２４６において庫内温度Ｔｘと比較される温度である。
すなわち、このステップ２２２にて庫内温度Ｔｘと比較される所定温度（上限温度）Ｔ５’は、例えば−１７．５℃のように低い温度である。また、ステップ２２４，２３０，２３２，２３８，２４０，２４６にて設定温度Ｔｓに加算される所定増分値ΔＴ41，ΔＴ42，ΔＴ51，ΔＴ52，ΔＴ61，ΔＴ62は、それぞれ例えば０℃，１℃，−０．５℃，０．５℃，−１℃，０℃に設定されている。そして、設定温度Ｔｓを例えば−２０℃とすれば、ステップ２２４，２３０，２３２，２３８，２４０，２４６にて庫内温度Ｔｘと比較される上限または下限温度Ｔｓ＋ΔＴ41，Ｔｓ＋ΔＴ42，Ｔｓ＋ΔＴ51，Ｔｓ＋ΔＴ52，Ｔｓ＋ΔＴ61，Ｔｓ＋ΔＴ62は、それぞれ例えば−２０℃，−１９℃，−２０．５℃，−１９．５℃，−２１℃，−２０℃になる。
【００５３】
また、ステップ２２２にて、「ＹＥＳ」すなわち庫内温度Ｔｘが上限温度Ｔ５’以上であると判定されると、ステップ２２６の処理後、図５のステップ２１８，２２０からなる循環処理に戻される。
【００５４】
これにより、この第２実施形態に係る冷凍庫においても、冷却装置２０の始動後の定常運転状態すなわち庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ５未満の状態では、庫内温度Ｔｘが上昇するに従って電動機２５の回転速度が速くなるように、すなわち冷却装置２０の冷却能力が高くなるように制御される。したがって、冷凍庫の定常運転状態において、冷却されるべき物を庫内１０に新たに入れた場合、冷却された物を庫内１０から取出した場合などに、庫内温度Ｔｘが設定温度Ｔｓから多少上昇しても、この庫内１０の温度上昇は迅速かつ的確に是正されるとともに、冷却装置２０の定常運転時における庫内温度Ｔｘはほぼ設定温度Ｔｓに保たれ続ける。
【００５５】
ｃ．変形例
なお、上記第１および第２実施形態では、図３のステップ１０６および図５のステップ２０６にて吐出冷媒温度Ｔｃと所定温度Ｔ２とを比較するようにした。
しかし、これに代えて、圧縮機２１の出口の高温高圧の冷媒の圧力Ｐｃが所定圧力以下であるかを判定して、冷媒圧力Ｐｃが所定圧力以下であるときにのみステップ１０８，２０８の処理を実行するようにしてもよい。この場合、吐出冷媒温度センサ３６に代えて、圧縮機２１の出口における冷媒の圧力Ｐｃを検出する圧力センサを設けて、同圧力センサ出力をＡ／Ｄ変換器３７を介してマイクロコンピュータ３４に導くようにすればよい。
【００５６】
また、上記第１および第２実施形態においては、庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ３，Ｔ５以上でそれぞれあるとき、ステップ１０２〜１１０，１１４およびステップ２００〜２１０，２１８，２２０の処理により、庫内温度Ｔｘの高さにより区分された２および３個の領域をそれぞれ予め定めておき、庫内温度Ｔｘが低くなる領域ほど電動機２５の回転速度が速くなるようにした。しかし、この領域の数を４個以上にするようにしてもよい。
【００５７】
また、これらのステップ１０２〜１１０，１１４およびステップ２００〜２１０，２１８，２２０の処理に代えて、前記複数の領域ごとに電動機２５の回転速度を定めたテーブルを用意しておき、同テーブルを参照して庫内温度Ｔｘに対応した回転速度を導出して、この導出された回転速度により電動機２５の回転速度を制御するようにしてもよい。また、庫内温度Ｔｘの低下に従って速くなる回転速度を連続的に表すテーブルまたは関数を用意しておき、これらのテーブルまたは関数を用いて、庫内温度Ｔｘが低くなるに従って電動機２５の回転数が連続的に速くなるように制御してもよい。
【００５８】
また、上記第１および第２実施形態においては、庫内温度Ｔｘがそれぞれ所定温度Ｔ３，Ｔ５未満である場合、すなわち定常運転時におけるステップ１１６〜１４２およびステップ２２２〜２４８の処理の場合も、庫内温度Ｔｘと設定温度Ｔｓとの温度差により区分された３個の領域をそれぞれ予め定めておき、庫内温度Ｔｘが高くなる領域ほど電動機２５の回転速度が速くなるように、すなわち冷却装置２０の冷却能力が増大するようにした。しかし、この領域の数を４個以上にするようにしてもよい。
【００５９】
また、この場合も、前記ステップ１１６〜１４２およびステップ２２２〜２４８の処理に代えて、前記複数の領域ごとに電動機２５の回転速度を定めたテーブルを用意しておき、同テーブルを参照して庫内温度Ｔｘと設定温度Ｔｓとの温度差に対応した回転速度を導出して、この導出された回転速度により電動機２５の回転速度を制御するようにしてもよい。また、庫内温度Ｔｘと設定温度Ｔｓの温度差の増加に従って速くなる回転速度を連続的に表すテーブルまたは関数を用意しておき、これらのテーブルまたは関数を用いて、前記温度差が大きくなるに従って電動機２５の回転数が連続的に速くなるように制御してもよい。
【００６０】
また、上記第１実施形態および第２実施形態においては、庫内温度Ｔｘを庫内温度センサ３５により直接検出するようにした。しかし、この庫内温度Ｔｘを、他のセンサを用いて間接的に検出するようにしてもよい。例えば、図１に破線で示すように、通路１０ａに温度センサ４１を設け、同温度センサ４１により検出した通路温度Ｔx'を庫内温度Ｔｘに代えて用いるようにしてもよい。なお、温度センサ４１は、通路１０ａのいずれの場所に配置してもよい。温度センサ４１により検出された通路温度Ｔx'は、庫内温度Ｔｘとは異なると同時に温度センサ４１の配置された位置によっても異なるが、庫内を循環している空気の温度であることから庫内温度Ｔｘと変化の傾向は同じであるので、庫内温度Ｔｘを間接的に表すことになる。
【００６１】
また、同じく図１に破線で示すように、蒸発器２４に温度センサ４２を固着し、同温度センサ４２により検出した蒸発器温度Ｔx"を庫内温度Ｔｘに代えて用いるようにしてもよい。なお、この場合には、温度センサ４２を、冷媒が流入する蒸発器２４の入口から中央部までの間を避けて、中央部から出口までの間のいずれかの位置に配置すればよい。温度センサ４２により検出された蒸発器温度（通過冷媒の温度と同じ）Ｔx"も、庫内温度Ｔｘとは異なるが、庫内１０の空気との熱交換の関係から庫内温度Ｔｘと変化の傾向は同じであるので、庫内温度Ｔｘを間接的に表すことになる。
【００６２】
また、同じく図１に破線で示すように、蒸発器２４の下流に位置する冷媒通路内に圧力センサ４３を配置し、同圧力センサ４３により検出した冷媒圧力Ｐｘを庫内温度Ｔｘに代えて用いるようにしてもよい。なお、この場合には、圧力センサ４３を、蒸発器２４の出口から圧縮機２１の入口までの間のいずれかの位置に配置すればよい。蒸発器２４の下流の冷媒圧力Ｐｘは、前記蒸発器温度Ｔx"の場合と同様に庫内１０の空気との熱交換の関係から庫内温度Ｔｘと変化の傾向は同じであるので、庫内温度Ｔｘを間接的に表すことになる。なお、これらのセンサ４１〜４３の検出出力はアナログ信号であり、上記第１および第２実施形態の庫内センサ３５の場合と同様にＡ／Ｄ変換器３７に導かれる。
【００６３】
このように庫内温度センサ３５に代えて温度センサ４１，４２または圧力センサ４３を用いる場合、通路温度Ｔx'、蒸発器温度Ｔx"または冷媒圧力Ｐｘを庫内温度Ｔｘに変換するための変換テーブルまたは変換関数を用意しておく。そして、この変換テーブルまたは変換関数を用いて、温度センサ４１，４２または圧力センサ４３により検出した通路温度Ｔx'、蒸発器温度Ｔx"または冷媒圧力Ｐｘを庫内温度Ｔｘに変換し、同変換した庫内温度Ｔｘを上記第１および第２実施形態の図３〜６のプログラムに適用して電動モータ２５を上記第１および第２実施形態と同様に制御するようにすればよい。
【００６４】
また、上記第１および第２実施形態の図３〜６のプログラムにて庫内温度Ｔｘと比較される所定温度Ｔ１，Ｔ３〜Ｔ５，Ｔ3'，Ｔ5'および所定増分値ΔＴ11〜ΔＴ61，ΔＴ12〜ΔＴ62を、通路温度Ｔx'、蒸発器温度Ｔx"または冷媒圧力Ｐｘにそれぞれ換算した所定値を予め用意しておき、これらの換算値を所定温度Ｔ１，Ｔ３〜Ｔ５，Ｔ3'，Ｔ5'および所定増分値ΔＴ11〜ΔＴ61，ΔＴ12〜ΔＴ62に代えてプログラムに組み込んでおく。そして、温度センサ４１，４２または圧力センサ４３により検出された通路温度Ｔx'、蒸発器温度Ｔx"または冷媒圧力Ｐｘと、前記プログラム中に組み込まれた換算値とをプログラムの実行時に比較するようにしてもよい。また、この場合、庫内温度設定器３８にて設定された設定温度Ｔｓに関しては、マイクロコンピュータ３０に入力後または入力前に、前記通路温度Ｔx'、蒸発器温度Ｔx"または冷媒圧力Ｐｘにそれぞれ換算して用いる必要がある。これらによれば、通路温度Ｔx'、蒸発器温度Ｔx"または冷媒圧力Ｐｘは庫内温度Ｔｘと同等に機能するので、上記第１および第２実施形態と同様な効果が期待される。
【００６５】
また、上記第１実施形態および第２実施形態においては、庫内温度Ｔｘが所定温度Ｔ３，Ｔ５以上でそれぞれあるとき、すなわち冷却装置２０の作動開始時に庫内温度Ｔｘのみに応じて電動機２５の回転速度を変更するようにした。しかし、前記庫内温度Ｔｘの条件に加えまたは代え、冷却装置２０の作動開始から所定時間だけ電動機２５の回転速度を所定速度以下に抑えるようにしてもよい。また、前記庫内温度Ｔｘの条件に加えまたは代え、冷却装置２０の運転履歴または外部からの操作により、冷却装置２０の作動開始から所定時間だけ電動機２５の回転速度を所定速度以下に抑えるようにすることも可能である。
【００６６】
さらに、上記第１および第２実施形態では、本発明を冷蔵庫および冷凍庫に適用した例について説明したが、冷蔵庫および冷凍庫を兼用した冷凍冷蔵庫にも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1および第２実施形態に係り、冷蔵庫、冷凍庫などの庫内を冷却する冷却装置およびその運転制御装置の全体を概略的に示す概略ブロック図である。
【図２】庫内温度に対する冷却装置の冷却能力および電動機に流れる電流の各関係をそれぞれ示す特性グラフである。
【図３】本発明の第１実施形態に係り、図１のマイクロコンピュータによって実行されるプログラムの前半部分を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態に係り、図１のマイクロコンピュータによって実行されるプログラムの後半部分を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係り、図１のマイクロコンピュータによって実行されるプログラムの前半部分を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係り、図１のマイクロコンピュータによって実行されるプログラムの後半部分を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…庫内、１０ａ…通路（冷却空気通路）、２０…冷却装置、２１…圧縮機、２２…凝縮器、２３…キャピラリチューブ、２４…蒸発器、２５…電動機、２６…冷却ファン、２７…庫内ファン、３０…運転制御装置、３１…インバータ回路、３４…マイクロコンピュータ、３５…庫内温度センサ、３６…吐出冷媒温度センサ、３８…庫内温度設定器、４１，４２…温度センサ、４３…圧力センサ。
Claims (6)
- 速度制御される電動機により駆動される圧縮機と、前記圧縮機から吐出された冷媒との熱交換により貯蔵庫内を冷却する蒸発器とを含む冷凍サイクルを備えた冷却装置のための運転制御装置において、
貯蔵庫内の温度を直接的または間接的に表す物理量を検出する物理量検出手段と、
前記検出された物理量に応じて前記電動機の回転速度を制御して貯蔵庫内の温度を所望の設定温度に保つ庫内温度制御手段と、
前記検出された物理量が前記設定温度よりも高い所定温度以上の庫内温度を表すとき、前記電動機の回転速度を所定回転速度以下に制限する回転速度制限手段とを備え、
前記回転速度制限手段に、前記検出された物理量が前記設定温度よりも高い所定温度以上の庫内温度を表している状態で、前記検出された物理量が低い庫内温度を表すに従って、前記設定温度とは無関係に、前記電動機の回転速度が速くなるように同電動機の回転速度を変更制御する回転速度変更制御手段を設けたことを特徴とする冷却装置のための運転制御装置。 - 前記請求項１に記載した冷却装置のための運転制御装置において、
前記物理量検出手段を、貯蔵庫内に設けられて貯蔵庫内の温度を検出する温度センサで構成した冷却装置のための運転制御装置。 - 前記請求項１に記載した冷却装置のための運転制御装置において、
前記物理量検出手段を、前記蒸発器によって冷却されるとともに貯蔵庫内を冷却する冷却空気の通路に設けられて、同冷却空気の温度を検出する温度センサで構成した冷却装置のための運転制御装置。 - 前記請求項１に記載した冷却装置のための運転制御装置において、
前記物理量検出手段を、前記蒸発器に組み付けられて、同蒸発器の温度を検出する温度センサで構成した冷却装置のための運転制御装置。 - 前記請求項１に記載した冷却装置のための運転制御装置において、
前記物理量検出手段を、前記蒸発器と前記圧縮機との間の冷媒通路に設けられて、同冷媒通路内を流れる冷媒の圧力を検出する圧力センサで構成した冷却装置のための運転制御装置。 - 前記請求項１ないし５のうちのいずれか一つに記載した冷却装置のための運転制御装置において、
前記庫内温度制御手段を、前記検出された物理量が庫内温度と前記設定温度との大きな温度差を表すに従って、前記電動機の回転速度が速くなるように同電動機の回転速度を変更制御するように構成した冷却装置のための運転制御装置。
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