JP5927428B2 - 冷蔵庫 - Google Patents

Description

本発明は、冷蔵庫の内部に庫内の収納量を検知する手段を備えた冷蔵庫に関し、詳しくは、庫内の収納量に応じて冷蔵庫内の運転状態を制御する冷蔵庫に関する。

近年の家庭用冷蔵庫は、冷気をファンで冷蔵庫内に循環させる間接冷却方式が一般的である。従来の冷蔵庫では、庫内温度の検知結果に応じて温調制御することにより、庫内の温度を適温に保っている。

例えば、庫内温度を均一に保つ冷蔵庫として、可動式の冷気吐出装置を設けた冷蔵庫がある（特許文献１参照）。

図９は、特許文献１に記載された従来の冷蔵庫の冷蔵室の正面断面図を示すものである。

図９に示すように、冷蔵室１０１内に設けられた可動式の冷気吐出装置１０２が左右に冷気を供給し庫内温度の均一化を図っている。

特開平８−２４７６０８号公報

しかしながら、庫内温度の均一化を行っても、収納物が最適な温度で保存されているとは限らない。これは、冷蔵庫がサーミスタによって庫内の雰囲気温度を検知制御しており、収納物の温度を直接検知する手段が無いためである。よって、庫内の雰囲気温度と収納物の実際の温度には差異が発生する。

例えば、収納物投入直後から温度安定に至る過渡期間においては、庫内に配置された温度検知手段の検知温度と収納物の温度との間に収納物の量に依存した温度差が生じるため、収納量によって保存温度に至るまでの時間が変化する。具体的には、収納量が少ないときには冷却時間は短くなり、収納量が多いときには冷却時間は長くなる。特に収納量が少ないときには過剰に冷却運転が行われていることがあり、収納物の「冷えすぎ」が生じる。

また、十分な時間が経過した後には、収納物は自身の熱容量により温度を保つため、収納量が多いほど庫内雰囲気温度よりも低温となる。このため、収納物は「冷えすぎ」の状態となり、収納物を最適な温度で冷却することができない。更に、この間冷蔵庫は余分な消費電力を使用して冷却運転を行っている。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、冷蔵庫内部の収納量を、風路内に配置した風量センサにより得られる情報から予め推定し、その情報に基づいて、冷蔵庫の運転状態を制御することにより、庫内の収納状況に拘わらない、高い保鮮機能を備えるとともに、「冷えすぎ」を防止し消費電力を抑制する冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の冷蔵庫は、断熱壁と断熱扉によって区画され収納物を収納する収納室と、前記収納室を冷却するための冷却器と、前記収納室への冷気の量を制御するダンパーと、前記収納室を覆う断熱扉と、前記断熱扉の開閉を検知する扉開閉検知手段と、前記収納室に冷気を供給する冷却ファンと、前記収納室の風量を検知する検知部と、前記検知部の検知結果を演算処理する演算制御部と、を備え、前記演算制御部は、前記扉開閉検知手段の検知結果と前記検知部の検知結果とに基づいて前記収納室の収納量を推定するものである。

これにより、収納物による風路抵抗の変動を風量センサで検知し、収納量を推定することができる。

本発明の冷蔵庫は、収納量を予め検知し、その情報に基づいて冷蔵庫の運転状態を制御することにより、庫内の収納量に適した冷却が可能となり、収納物の高い保鮮性を実現することができるとともに、収納物の「冷えすぎ」を防止することで、消費電力を抑制することができる。

本発明の実施の形態１における冷蔵庫の側面断面図 本発明の実施の形態１における制御ブロック図 本発明の実施の形態１における風量と静圧・収納量の特性図 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１における補正要因を含めた風量と収納量の特性図 本発明の実施の形態２における制御ブロック図 本発明の実施の形態２における風量と静圧・収納量の特性図 本発明の実施の形態２における制御フローチャート 従来冷蔵庫の要部の正面図

第１の発明は、断熱壁と断熱扉によって区画され収納物を収納する収納室と、前記収納室を冷却するための冷却器と、前記収納室への冷気の量を制御するダンパーと、前記収納室を覆う断熱扉と、前記断熱扉の開閉を検知する扉開閉検知手段と、前記収納室に冷気を供給する冷却ファンと、前記収納室の風量を検知する検知部と、前記検知部の検知結果を演算処理する演算制御部と、を備え、前記演算制御部は、前記扉開閉検知手段の検知結果と前記検知部の検知結果とに基づいて前記収納室の収納量を推定するものである。

これによって、収納物による風路抵抗の変動を風量センサで検知し、収納量を推定することで、サーミスタの庫内検知温度と収納物との温度差を補正するので、収納物の温度は常に最適な状態に保たれ、高い保鮮性を実現することができるとともに、収納物の「冷えすぎ」を防止することで、消費電力を抑制することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記演算制御部は、前記扉開閉検知手段により前記断熱扉の閉状態が検知されたときから所定期間経過した後の前記検知部の検知結果に基づいて収納量を推定するものである。

これによって、扉開時にファンモータを停止する制御の場合、扉を閉じてファンが駆動した直後の過渡期を除き、ファンモータの動作が安定した一定期間後に風量を検知し、収納量推定を行うので、収納量の推定精度を高めることができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記検知部が前記風量を検知する際に
は、前記ダンパーを完全に開くものである。

これによって、ダンパー開閉による風路抵抗の変化に影響されず、収納量の推定精度を高めることができる。

第４の発明は、第１から第３のいずれか１つの発明において、前記冷却ファンの周囲の温度を検知する温度検知手段を備え、前記演算制御部は前記温度検知手段の検知結果に基づいて前記収納室の収納量を補正するものである。

これによって、温度変動によるセンサのバラツキ、およびセンサ周辺回路のバラツキの影響を除去することができ、収納量の推定精度を高めることができる。

第５の発明は、第１から第４のいずれか１つの発明において、前記冷却器のデフロストを検知するデフロスト検知手段を備え、前記演算処理部は前記デフロスト検知手段の検知結果に基づいて前記収納室の収納量を補正するものである。

これによって、前記冷却器への霜付き状態による風路抵抗変化の影響を補正するので、収納量の推定精度を高めることができる。

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、この発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１を図１から図５に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における冷蔵庫の側面断面図、図２は、同実施の形態における制御ブロック図、図３は、同実施の形態１における風量と静圧・収納量の特性図、図４は、同実施の形態１における制御フローチャート図、図５は、同実施の形態１における補正要因を含めた風量と収納量の特性図である。

図１において、１は冷蔵庫本体の断熱箱体を示しており、主に鋼板を用いた外箱と、ＡＢＳなどの樹脂で成形された内箱と、外箱と内箱の空間に断熱材が設けられた構造で、周囲と断熱となっている。

冷蔵庫１は、複数の貯蔵室に断熱区画されており、最上部に冷蔵室２、その冷蔵室２の下部に切換室３が設けられ、その切換室３の下部に冷凍室４、そして最下部に野菜室５が配置され、各貯蔵室の前面には外気と区画するため、それぞれ断熱扉７ａ〜ｄが冷蔵庫本体の前面開口部に構成されている。

冷蔵室２内には、複数の収納棚２２を設け、一部、上下に稼動できるように構成されている。

冷蔵室２内の最上部の後方領域に形成された機械室内に、圧縮機８、水分除去を行うドライヤ等の冷凍サイクルの高圧側構成部品が収納されている。

冷凍室４の背面には冷気を生成する冷却室が設けられ、冷却室内には、冷却器９、および、冷却器で冷却した冷却手段である冷気を冷蔵室２、切換室３、冷凍室４、野菜室５に送風する冷却ファン１０が配置される。また、冷却器９やその周辺に付着する霜や氷を除霜するために除霜ヒータ１１、ドレンパン、収納物による風路抵抗の変化を風量から判別するための風量センサ１５、ドレンチューブ蒸発皿等が構成されている。

また、冷却ファン１０、および冷却器９、風量センサ１５周辺の温度を検知するため、温度検知手段２１を設けており、例えば次のような役割を担う。ひとつは冷却ファン１０の周囲温度による回転数への影響、または出力電流への影響を補正する役割で、周囲の温度に応じて印加電圧を可変するなどで使用する。また、ひとつは冷却器９への着霜状態を検知する役割で、着霜による熱交換性の低下、もしくは風路抵抗の増大を検知するために使用する。また、ひとつは風量センサ、およびその検知回路の温度影響による特性変化を補正するために使用する。

なお、本実施の形態における、以下に述べる発明の要部に関する事項は、従来一般的であった断熱箱体の最下部の貯蔵室後方領域に機械室を設けて、圧縮機８を配置するタイプの冷蔵庫に適用しても構わない。

冷蔵室２は冷蔵保存のために凍らない温度を下限に通常１℃〜５℃とし、最下部の野菜室５は冷蔵室２と同等もしくは若干高い温度設定の２℃〜７℃としている。また、冷凍室４は冷凍温度帯に設定されており、冷凍保存のために通常−２２℃〜−１５℃で設定されているが、冷凍保存状態の向上のために、例えば−３０℃や−２５℃の低温で設定されることもある。

切換室３は、１℃〜５℃で設定される冷蔵保存、２℃〜７℃で設定される野菜保存、通常−２２℃〜−１５℃で設定される冷凍保存の温度帯以外に、冷蔵温度帯から冷凍温度帯の間で予め設定された温度帯に切り換えることができる。

各部屋の温調は冷却システムの制御、すなわち圧縮機８のモータ回転速度調節、冷却ファン１０の回転速度調節、および、ダンパー１２の開閉による各部屋への風量分配調節によって行っている。ダンパー１２は回転式の開閉部をモータで駆動させ、風路を遮蔽・開口するもので、開閉部を半開にして収納室に微風を共有するなど、開度の調節によって微細な温調をすることが可能である。通常は開度が小さくなれば風路抵抗が上がり、冷却ファン１０による風量は低下する。

なお、本実施の形態では、切換室３を、冷蔵と冷凍の温度帯までを含めた貯蔵室としているが、冷蔵は冷蔵室２と野菜室５、冷凍は冷凍室４に委ねて、冷蔵と冷凍の中間の上記温度帯のみの切り換えに特化した貯蔵室としても構わない。また、特定の温度帯、例えば近年冷凍食品の需要が多くなってきたことに伴い、冷凍に固定された貯蔵室でも構わない。

また、図示していないが、切換室と横並びに氷を生成・保存する製氷室を併設する構成でも良い。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下、その動作・作用を説明する。

冷却ファン１０はモータドライバが内蔵されており、外部からは電源電圧の供給のみで駆動することができる。また、単位時間あたりの回転数（以下、回転数のみで表記）をアナログ入力で指令することができる。また、現状の回転数を出力する機能を備えており、半回転毎に１パルスの矩形波を電圧出力する仕組みとなっている。本実施の形態では、収納量検知時にはこの機能でのフィードバックにより、風路抵抗などの外乱によらず回転数を一定化する。

このとき、図３のようなＰＱ特性を示す冷却ファン１０において、冷却ファン１０の風量は、風路抵抗の増減、即ち冷蔵庫１の収納量によって変化するため、図３に示したように風量と収納量の相関をとることができる。

風量センサとしては、超音波式、風車式、圧電素子式、静電容量式など、色々な種類のものがあるが、省スペース、電気的出力制御の面から、本実施の形態１の風量センサ１５は、ヒータ等で一定温度に管理された温度検知部と、周囲温度変動を検知する温度変動検知部とで構成されている。本実施の形態の風量センサでの風量検知の原理は、ヒータによる発熱と流速による冷却とが平衡したときの温度と、周囲温度変動との両者の値から風速を求め、さらに風速と通過面積との積から風量を求めるものである。

なお、一般的に風量センサと風速センサ同様の検知原理であり、また、風量と風速は比例関係にあるため、風速センサと呼称されるものを使用しても構わない。

また、本実施の形態では、冷蔵庫１全体の収納量を管理するために、全収納室への風量を検知できる場所として、冷却器９の近傍に風量センサ１５を設置した。各収納室の収納量管理が必要な場合は、収納室毎にそれぞれ風量センサを設置すればよい。

以下、図２〜図５を用いて、冷蔵庫１における収納量推定動作を詳細に説明する。

図４のフローチャートにおいて、扉開閉検知手段１３によって扉７が開閉され食品の収納、または取出しの可能性を判別し（ステップ１０１）、タイマー１８によって所定時間を計時（ステップ１０２）した後に収納量検知を開始する。これは、扉が開いたときは冷却ファン１０を停止する制御としているため、扉が閉じた直後に再起動する冷却ファン１０の所定時間の過渡期を除き、動作が安定してから収納量を検知するためである。

次にダンパー１２が完全に開いているかを判別し（ステップ１０３）、ダンパー１２の開度によっては、同じ収納量でも図５のように風量が減少して収納量を多めに判別することがあるため、補正値Ｅを減じる（ステップ１０４）。ダンパー１２の開閉状態による風量の増減は、風路構成によって異なるため、システム毎の補正値設定が必要である。

次に冷却器９への着霜状態を判別する（ステップ１０５）。着霜状態の判別は、着霜センサ、温度検知手段２１による冷却器付近の温度検知、または除霜ヒータ１１による除霜直後からの経過時間などで判別する。冷却器９への着霜量が多いときは、同じ収納量でも図５のように風量が減少して収納量を多めに判別するため、補正値Ｆを減じる（ステップ１０６）。

次に収納量の推定を行う。図３から、風量がＡであったとき、演算制御部１４の収納量推定手段１６によって収納量はＣと推定される（ステップ１０７）。そして、推定した収納量Ｃの値は収納量記憶手段１７に記録される（ステップ１０８）。

最後に収納量変化の算出を行う。図３から、前回の収納量検知時に、風量がＢであったとき、演算制御部１４の収納量推定手段１６によって収納量はＤと推定され、収納量記憶手段１７に記録されている。今回検知した収納量がＣであるから、収納量変化は前回に推定した収納量Ｄと今回推定した収納量Ｃとの差分となる（ステップ１０９）。

以上のように推定した収納量、または収納量変化から、以降の冷却制御を決定する。

例えば、収納量が極端に少ないときに、冷却システムの制御で省エネ運転を行う、または、収納量が急増したときに、冷却システムの制御で急冷運転を行うなど、状況に応じた最適な冷却制御を選択する。

以上のように、本実施の形態においては、断熱壁と断熱扉によって区画され収納物を収
納する冷蔵室２、切換室３、冷凍室４、野菜室５と、収納室を冷却するための冷却器９と、前記収納室への冷気の量を制御するダンパー１２と、前記収納室を覆う断熱扉７ａ〜ｄと、断熱扉７ａ〜ｄの開閉を検知する扉開閉検知手段１３ａ〜ｄと、前記収納室に冷気を供給する冷却ファン１０と、前記収納室の風量を検知する風量センサ１５と、この検知結果を演算処理する演算制御部１４とを備え、収納物による風路抵抗の変動を風量センサで検知し、収納量を推定することで、サーミスタの庫内検知温度よりも早く収納量の変化による庫内の負荷変動を検知することができ、それにより素早く冷却能力を適切に制御することが可能となり、収納物の温度は常に最適な状態に保たれ、高い保鮮性を実現することができるとともに、収納物の「冷えすぎ」を防止することで、消費電力を抑制することができる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２を図６から図８に基づいて説明する。図６は、本実施の形態２における制御ブロック図、図７は、同実施の形態２における風量と静圧・収納量の特性図、図８は、同実施の形態２における制御フローチャート図である。なお、実施の形態１と同一部分については同一符号を付して異なる部分について説明する。

以上のように構成された同実施の形態２における冷蔵庫は、実施の形態１における補正工程（ステップ１０３から１０６）がない点を特徴とするものであり、以下、収納量の変化を推定する手段を中心に説明する。

なお、冷却ファン１０、および風量センサ１５の構成は実施の形態１と同様であり、詳細な説明を省略する。

図８のフローチャートにおいて、本実施の形態２ではタイマー１８による計時により（ステップ３０１）、扉７の開閉がなくとも所定時間毎に風量センサ１５による収納量推定を行う（ステップ３０２）。ここで推定した収納量は収納量記憶手段１７に記録し（ステップ３０３）、さらに、検知時の圧縮機８の運転状態、ダンパー１２の開閉状態など、収納量検知の誤差要因となり得る条件を検知条件記憶手段２３に記録する（ステップ３０４）。このとき、図７から、風量がＧであったとき、演算制御部１４の収納量推定手段１６によって収納量はＪと推定されている。

以上により、食品収納直前の収納量を常時管理していることになる。

以降、このデータを基準として、食品収納後に検知した収納量と比較することで収量変化を推定していく。

扉開閉検知手段１３によって扉７が開閉され食品の収納、または取出しの可能性を判別したときは（ステップ３０５）、タイマー１８によって所定時間を計時（ステップ３０６）した後に収納量検知を開始する。これは、扉が開いたときは冷却ファン１０を停止する制御としているため、扉が閉じた直後に再起動する冷却ファン１０の所定時間の過渡期を除き、動作が安定してから収納量を検知するためである。

次に、収納量の推定を行う前に、ステップ３０４で検知条件記憶手段２３に記録された圧縮機８の運転状態、ダンパー１２の開閉状態などを読み出し、冷蔵庫の動作を同じ条件に合わせる（ステップ３０７）。これにより、食品収納以外の要因による風路抵抗変化などが、食品投入直前の収納量検知時と同等となる。また、食品収納前後の収納量検知の時間間隔は比較的短いので、冷却器９への着霜状態は食品収納前とほぼ同等である。

すなわち、食品収納前後の収納量を比較するにあたって誤差要因が排除され、実施の形
態１のような補正工程が不要となる。

次に、収納量の推定を行う。図７から、風量がＨであったとき、演算制御部１４の収納量推定手段１６によって収納量はＫと推定される（ステップ３０８）。そして、推定した収納量Ｋの値は収納量記憶手段１７に記録される（ステップ３０９）。

最後に収納量変化の算出を行う。食品収納直前の収納量はＪと記録されており、収納後に検知した収納量がＫであるから、収納量変化はＪとＫとの差分となる（ステップ３１０）。

以上のように推定した収納量変化から、以降の冷却制御を決定する。

例えば、収納量が急増したときに、冷却システムの制御で急冷運転を行うなど、状況に応じた最適な冷却制御を選択する。

以上のように、本実施の形態においては、断熱壁と断熱扉によって区画され収納物を収納する冷蔵室２、切換室３、冷凍室４、野菜室５と、収納室を冷却するための冷却器９と、前記収納室への冷気の量を制御するダンパー１２と、前記収納室を覆う断熱扉７ａ〜ｄと、断熱扉７ａ〜ｄの開閉を検知する扉開閉検知手段１３ａ〜ｄと、前記収納室に冷気を供給する冷却ファン１０と、収納物による風路抵抗の変化を風量から判別するための風量センサ１５と、この検知結果を演算処理する演算制御部１４とを備え、収納物による風路抵抗の変動を風量センサで検知し、収納量の変化を推定することで、食品の収納に合わせた最適な温度管理が可能で、高い保鮮性を実現することができる。

実施の形態１および２においては、冷蔵庫１全体の収納量を管理するために、全収納室への風量を検知できる場所として、冷却器９の近傍に風量センサ１５を設置した。各収納室の収納量管理が必要な場合は、収納室毎にそれぞれ風量センサを設置すればよい。

さらに、複数の収納室に対してそれぞれダンパーを備えたものにおいては、収納量を推定する際に、対象とする収納室のダンパーのみを開状態とし、それ以外を閉状態で演算することで、各収納室の個別の収納量の推定も可能となる。

また、実施の形態１および２においては、扉開閉前後の収納量変化を演算し制御するもので説明したが、図３、図７の風量と収納量との相関データを用い、推定時点の絶対収納量の推測ももちろん可能である。

本発明にかかる冷蔵庫は、家庭用または業務用冷蔵庫に収納量検知機能を設けて、その結果を用いて、節電運転などに運転モードを切換える制御に実施、応用できるものである。

１ 冷蔵庫（断熱箱体）
２ 冷蔵室
３ 切換室
４ 冷凍室
５ 野菜室
６ａ、６ｂ、６ｃ 仕切り壁
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ 断熱扉
８ 圧縮機
９ 冷却器
１０ 冷却ファン
１１ 除霜ヒータ
１２ ダンパー
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ 扉開閉検知手段
１４ 演算制御部
１５ 風量センサ
１６ 収納量推定手段
１７ 収納量記憶手段
１８ タイマー
１９ 補正手段
２０ 電流検知手段
２１ 温度検知手段
２２ 収納棚
２３ 検知条件記憶手段

Claims (5)

1. 断熱壁と断熱扉によって区画され収納物を収納する収納室と、前記収納室を冷却するための冷却器と、前記収納室への冷気の量を制御するダンパーと、前記収納室を覆う断熱扉と、前記断熱扉の開閉を検知する扉開閉検知手段と、前記収納室に冷気を供給する冷却ファンと、前記冷却ファンを駆動するファンモータと、前記収納室の風量を検知する検知部と、前記検知部の検知結果を演算処理する演算制御部と、を備え、前記演算制御部は、前記扉開閉検知手段の検知結果と前記検知部の検知結果とに基づいて前記収納室の収納量を推定することを特徴とする冷蔵庫。
2. 前記演算制御部は、前記扉開閉検知手段により前記断熱扉の閉状態が検知されたときから所定期間経過した後の前記検知部の検知結果に基づいて収納量を推定することを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。
3. 前記検知部が前記ファンモータの風量を検知する際には、前記ダンパーを完全に開くことを特徴とする請求項１または２に記載の冷蔵庫。
4. 前記冷却ファンの周囲の温度を検知する温度検知手段を備え、前記演算制御部は前記温度検知手段の検知結果に基づいて前記収納室の収納量を補正することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
5. 前記冷却器のデフロストを検知するデフロスト検知手段を備え、前記演算制御部は前記デフロスト検知手段の検知結果に基づいて前記収納室の収納量を補正することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の冷蔵庫。