JP6789896B2 - 冷蔵庫 - Google Patents

Description

本発明は、冷蔵庫に関する。

従来の冷蔵庫として、特開２００９−３６４４０号公報（特許文献１）に示されたものがある。この冷蔵庫は、減圧貯蔵室を設け、この減圧貯蔵室は他の貯蔵室内に設置されて冷却される構造となっており、真空ポンプにより空気を吸引して減圧する。これにより、食品の酸化を抑制し、長期保存した場合の食品の保鮮性能を向上することができる。また減圧貯蔵室内の空気圧力検知手段として圧力スイッチを用い、検知圧力が所定圧力より高い場合は真空ポンプを運転し、低い場合は真空ポンプを停止させ、間欠的に運転することで消費電力を低減している。

特開２００９−３６４４０号公報

ところが上述した従来例では次のような問題がある。

特許文献１では、真空ポンプの運転のオン／オフを圧力スイッチにより制御するものなので、特許文献１の図５のように、減圧貯蔵室（低圧室）以外にも、真空ポンプ内に圧力スイッチ用の密閉室を形成する必要がある。このように、密閉空間が複数設けると、その分だけ空気がリークする可能性も増加してしまう。また、圧力スイッチを設けることで、高コスト化につながっている。

本発明の目的は、減圧貯蔵室を備えた冷蔵庫において、信頼性を高めつつ低コスト化を実現することにある。

本発明は、貯蔵室と、該貯蔵室を減圧する減圧手段を備えた冷蔵庫であって、前記減圧手段として、圧力検知手段を有しない真空ポンプを用い、前記真空ポンプは、ポンプ機構部と、前記ポンプ機構部を駆動する直流モータとを有しており、前記直流モータを流れる電流に基づいて、前記真空ポンプの制御を行う。

本発明によれば、信頼性が高く低コストの減圧貯蔵室を備えた冷蔵庫を提供できる。

本発明の一実施形態の冷蔵庫の正面図である。 図１の冷蔵庫の冷蔵室部分の正面図である。 図２の冷蔵室の最下段空間部分の断面斜視図である。 図２の冷蔵室の低圧室の斜視図である。 真空ポンプと導管と低圧室の接続を簡易的に示した図である。 本実施形態における制御ブロック図である。 真空ポンプの減圧性能を示す図である。 実施形態１における減圧動作時の基本制御タイムチャート図である。 実施形態１における減圧動作時の基本制御フローチャート図である。 実施形態２における減圧動作時の基本制御タイムチャート図である。 実施形態２における減圧動作時の基本制御フローチャート図である。 実施形態２における、第４所定時間を５０％より長く設定した場合の電流信号の推移を示す図である。 実施形態２における、第４所定時間を５０％以下に設定した場合の電流信号の推移を示す図である。 実施形態３における、直流モータの特性を示す図である。 実施形態３における減圧動作時の基本制御タイムチャート図である。 実施形態３における減圧動作時の基本制御フローチャート図である。

本発明の実施の形態について、以下図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態の冷蔵庫の正面図である。冷蔵庫は、上から冷蔵室２，製氷室３，冷凍室４，野菜室５に構成・配置されている。冷蔵室２及び野菜室５は冷蔵温度帯の貯蔵室であり、製氷室３及び冷凍室４は０℃以下の冷凍温度帯（例えば、約−２０℃〜−１８℃の温度帯）の貯蔵室である。また符合１３は操作パネルであり表示ＬＥＤ１３ａ（図示せず）や操作スイッチ（図示せず）で構成されたものである。

図２は図１の冷蔵室２内の正面図である。符号８は冷蔵室２開口部を閉塞する冷蔵室ドア２ａの開閉を検知する冷蔵室ドアスイッチであり、冷蔵室２最下段に貯蔵室である低圧室６が配置されている。ここで、低圧室とは、減圧手段（例えば真空ポンプ）によって、０ｋＰａ・Ｇ（大気圧）から大気圧未満に減圧することのできる室をいう。

図３は図２の冷蔵室２最下段部の斜視図、図４は低圧室６の斜視図である。低圧室６前面には食品出し入れ用開口部を開閉する低圧室ドア６ａを備え、符号９は低圧室ドア６ａの開閉を検知する低圧室ドアスイッチである。符号７は真空ポンプであり、真空ポンプ７と低圧室６間を導管７ａで接続し、真空ポンプ７にて導管７ａを通して低圧室６内の空気を吸引し減圧する動作・構成である。図５は真空ポンプ７から低圧室６にわたる接続を簡易的に示した図である。図５に示すように真空ポンプ７は導管７ａを通して低圧室６内と導通している。

（第一の実施形態）
上記構成において、圧力スイッチを用いずに過剰な真空ポンプＯＮを抑制しつつ低圧室６内を減圧動作する第一の実施形態について説明する。

図６は制御ブロック図である。符号１０は冷蔵室２内の温度を検出する冷蔵室温度センサ、符号１２は冷蔵庫制御基板（図示せず）に搭載されているマイコン、符号１３ａは操作パネル１３内に組み込まれる表示ＬＥＤ、符号７ｂは真空ポンプ７を駆動する直流モータである。冷蔵室ドアスイッチ８，低圧室ドアスイッチ９，冷蔵室温度センサ１０それぞれ検出信号がマイコン１２に入力され、後述の制御仕様に基づき表示ＬＥＤ１３ａ及び真空ポンプ７（直流モータ７ｂ）に出力信号を出力する構成である。また電流信号７ｃは直流モータ７ｂのモータ電流を表す信号であり、マイコン１２へ信号がフィードバックされる。また、マイコン１２にフィードバックされる電流信号７ｃは、冷蔵庫制御基板上に実装された電流増幅回路１１により増幅されており、微小な電流の増減をより精度よく検出できる構成となっている。

次に、図７は、真空ポンプ７を運転させ続けた時の低圧室６の内部の圧力状態と、電流信号７ｃの状態を示す。横軸は、真空ポンプ７を運転開始してからの運転時間、縦軸は低圧室６内の圧力、電流信号７ｃの高低を示している。なお本明細書中、圧力値はゲージ圧とし、その単位はｋＰａ・Ｇで表すものとする。従って大気圧＝０ｋＰａ・Ｇであり、それより低圧時はマイナスの値となる。

低圧室６に真空ポンプ７を接続して運転したところ、発明者らの実験によれば、図７のように真空ポンプ７を運転開始すると時間経過とともに徐々に圧力が低下した。ここで、本実施形態における真空ポンプ７の減圧能力は−３０ｋＰａ・Ｇ以下にならないポンプを使用する。このようなポンプを用いることで、低圧室６の容積が異なる、つまり吸引する空気量が異なるのに対し真空ポンプ７は同じものを使用した場合、容積が小さいほど圧力が下がるスピードが速くなると考えられるが、本実施形態においては低圧室６内部の圧力は−３０ｋＰａ・Ｇを下回ることはないと考えられる。

一方、電流信号７ｃは、低圧室内圧力の低下にともない電流値が増大していく。この現象は、真空ポンプ７の動力源として用いている直流モータ７ｂの特徴によるものである。直流モータはモータ負荷とモータ電流が比例する特徴を有しているため、低圧室内の気圧が低下するにつれてモータ負荷が増大することにより電流値も増大する。

一定圧力以下となった場合は、ポンプ機構の仕事量が減少（減圧しなくなる）ためモータ負荷が低減するためモータ電流が低下していく。

上述した冷蔵庫において、圧力を検出するスイッチを持たない真空ポンプで、低圧室６内の圧力が所定圧力以下であることを検知する制御仕様について、図８に示すタイムチャートと、図９に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、低圧室６は冷蔵室２の内部に格納されているため、冷蔵室ドア２ａの開閉の有無によって真空ポンプ７をＯＮするか判断する。
本実施形態においては、冷蔵庫ドア２ａが開（Ｓ００１）してから閉（Ｓ００２）するまでの時間が３ｓ以上の時にのみ真空ポンプをＯＮする。（Ｓ００３）。開閉時間が３ｓ未満の場合は真空ポンプをＯＦＦのまま（Ｓ００４）とし、３ｓ以上の場合は真空ポンプ７をＯＮする（Ｓ００５）。

ここで、真空ポンプを動作させるための条件であるドア開時間３秒の根拠について説明する。低圧室６の低圧室ドア６ａを開閉して食品を出し入れするには、冷蔵室ドア２ａ（観音開き方式のフレンチドアの場合は左右両側の扉）を開け、低圧室ドア６ａを開けて、トレイを引き出し、食品を出し入れし、トレイを戻して低圧室ドア６ａを閉めて、冷蔵室ドア２ａを閉めるという一連の手順が必要となり、低圧室６を利用しない場合と比べて長くなる。

そこで、具体的にどのくらい時間を要するのか、冷蔵室ドアがフレンチ扉の冷蔵庫を用いて、２１人による実験で確認した。すると、平均時間が約７秒であり、ばらつきを考慮した結果、冷蔵室ドアの両開時間が３秒経過した際に真空ポンプを動作させるようにすれば、低圧室６以外の冷蔵室を利用する場合に、無駄に真空ポンプを動作させるのを防ぐことができることが分かった。

真空ポンプＯＮ中に冷蔵室ドアの開閉の有無を検出（Ｓ００６）し、開閉があった場合は、低圧検知制御を終了し、冷蔵庫ドア閉後に第３所定時間（ｔ３）まで真空ポンプをＯＮし、動作終了する（Ｓ００７）。
ここで、第３所定時間（ｔ３）は、低圧室６内部の圧力を−１５〜−２０ｋＰａ・Ｇの間にするための時間を設定しており、本実施例においては１５０ｓ等の値を設定している。第３所定時間（ｔ３）は低圧室６の容積によって、例えば２０Ｌであれば１５０ｓ、１０Ｌであれば７５ｓのように容積によって設定時間を変える必要がある。

冷蔵室ドアの開閉が無い状態で第１所定時間（ｔ１）を経過した場合、その時の第１電流値（Ｉ１）を測定する（Ｓ００８）。図８のチャイムチャートに示したように、直流モータ７ｂはＯＮ直後に通常電流より非常に大きいで電流（突入電流）が流れるため、これを誤って検出しないために真空ポンプ７ＯＮ後に第１所定時間（ｔ１）を経過してから第１電流値（Ｉ１）を測定している。突入電流は目安として数ｍｓ〜数百ｍｓであるため、本実施形態においては第１所定時間を１０ｓとしている。

その後、第２所定時間（ｔ２）までの間に冷蔵室ドア２ａの開閉が無かった場合、第２電流値（Ｉ２）を測定する（Ｓ０１１）。第２所定時間（ｔ２）経過前に冷蔵室ドア２ａの開閉があった場合は低圧検知制御を終了し、冷蔵庫ドア閉後に第３所定時間（ｔ３）まで真空ポンプをＯＮし、動作終了する。（Ｓ０１０）
ここで、第２所定時間（ｔ２）は第３所定時間（ｔ３）より短い時間が設定されており、これにより低圧室６内が既に低圧で、これ以上の減圧が必要ない場合は過剰な真空ポンプ７の動作を抑制することができる。

前述した通り、直流モータ７ｂはモータ負荷によって電流値が増減するため、圧力の変化幅を十分に確保するためには第２所定時間は極力長い方が好ましい。ただし、過剰な真空ポンプ７のＯＮを抑制するためには可能な限り短い時間とする必要がある。本実施形態においては、第２所定時間（ｔ２）は第３所定時間（ｔ３）の３０〜７０％に設定している。例えば第３所定時間（ｔ３）を１５０ｓに設定する低圧室容量の場合は、第３所定時間を７５ｓに設定する。

第１電流値（Ｉ１）と第２電流値（Ｉ２）とのを差分を演算し（Ｓ０１２）、その結果（ΔＩ）と０ｋＰａ・Ｇ（大気圧）と低圧を判定するための閾値（Ｘ）を比較し（Ｓ０１３）する。ΔＩ＜Ｘの場合、低圧室６内の圧力を低圧と判断し真空ポンプ７をＯＦＦとする。（Ｓ０１４）。ΔＩ≧Ｘの場合、低圧室６内の圧力を０ｋＰａ・Ｇ（大気圧）と判断し真空ポンプ７を第３所定時間（ｔ３）までＯＮ継続する。（Ｓ０１５）
以上の制御仕様により、低圧室６内の圧力を直流モータ７ｂの電流から推定し、無駄な真空ポンプ７の動作を抑制することが可能となる。これにより、圧力スイッチを用いずに低圧室６内の圧力を判別することで、リークを低減した信頼性の高い冷蔵庫を提供することができる。なお、ここでいうリークとは、減圧貯蔵室や真空ポンプの密閉空間において、減圧された密閉空間と密閉空間外の圧力差によって、密閉空間の隙間から空気が密閉空間に流れることを指す。

（第二の実施形態）
次に、第一の実施形態よりさらに単純な制御により、圧力スイッチを用いずに過剰な真空ポンプＯＮを抑制しつつ低圧室６内を減圧動作する第二の実施形態について説明する。なお、部品構成は第一の実施形態と同一である。

第二の実施形態におけるタイムチャート図を図１０に、フローチャートを図１１に示す。

まず、Ｓ０１６からＳ０２２までの動作については、第一の実施形態で説明したＳ０１からＳ０７と同じ動作を行う。

真空ポンプ７をＯＮ後（Ｓ０２０）、第４所定時間まで運転継続した場合、その時の第４電流値（Ｉ４）を測定する（Ｓ０２３）。

第１電流値（Ｉ１）と低圧判定値Ｙを比較（Ｓ０２４）し、Ｉ１＜Ｙであれば低圧と判断し真空ポンプ７をＯＦＦし（Ｓ０２５）、Ｉ１≧Ｙであれば０ｋＰａ・Ｇ（大気圧）と判断し真空ポンプ７を第３所定時間（ｔ３）までＯＮ継続する（Ｓ０２６）
ここで本実施形態の冷蔵庫においては、第４所定時間は第３所定時間の５０％以下の範囲の時間で設定している。前述の通り、真空ポンプ７の動力源として用いている直流モータ７ｂはモータ負荷の増加に比例してモータ電流が増加する。第４所定時間を第３所定時間の５０％より長く設定した場合、０ｋＰａ・Ｇ（大気圧）から減圧を開始したとしても電流が増加してしまい、低圧から減圧した場合との明確な差が無く判別が困難となる。この状態の時の電流信号の推移を図１２に示す。図１２に示した通り、０ｋＰａ・Ｇ（大気圧）から真空ポンプＯＮした場合、低圧空真空ポンプＯＮした場合、いずれの第４電流値（Ｉ４）もＹより大きな値となり判別ができない状態となっている。

一方で、第４所定時間を第３所定時間の５０％以下とした場合、０ｋＰａ・Ｇ（大気圧）から真空ポンプＯＮした場合の第４電流値（Ｉ４）は低圧判定値Ｙを下回っており、０ｋＰａ・Ｇ（大気圧）と低圧の判別が可能である。この状態の時の電流信号の推移を図１３に示す。

以上の制御により、より単純な制御構成で圧力スイッチを用いずに低圧室６内の圧力を判別することを可能とした冷蔵庫を提供することができる。

（第三の実施形態）
次に、直流モータ７ｂの回転数により低圧室６内の圧力が０ｋＰａ・Ｇ（大気圧）か低圧であるかを判別する方法について述べる。

まず図１４に一般的な直流モータの特性図を示す。縦軸は電流［Ｉ］と回転数［ｍｉｎ＾−１］を、横軸はトルク［ｍＮｍ］を示しており、トルクはモータにかかる負荷の重さを表している。

図１４に示す特性図によれば、電流［Ｉ］はトルクの増加によって比例して増加し、回転数［ｍｉｎ＾−１］は比例して現象する特性を有する。

第一および第二の実施形態においては、この電流［Ｉ］を用いた低圧検知方法について述べたが、第三の実施形態においては回転数［ｍｉｎ＾−１］を元に低圧検知する方法について説明する。

回転数［ｍｉｎ＾−１］を用いた低圧検知制御のタイムチャート図を図１５に、フローチャート図を図１６に示す。以下図１５と１６を用いて動作を説明する。

制御フローは第一の実施形態で示したＳ００１〜Ｓ０１５と同一であり、検出対象を電流から回転数に変更している。

第一の実施形態と同様に、第１回転数（Ｎ１）と第２回転数（Ｎ２）を測定し、その差分ΔＮを演算（Ｓ０３８）し、ΔＮ＜Ｚの場合、低圧室６内の圧力を低圧と判断し真空ポンプ７をＯＦＦとする。（Ｓ０１４）ΔＮ≧Ｚの場合、低圧室６内の圧力を０ｋＰａ・Ｇ（大気圧）と判断し真空ポンプ７を第３所定時間（ｔ３）までＯＮ継続する。（Ｓ０４１）以上の動作により、低圧室６内の圧力を直流モータ７ｂの回転数から推定し、無駄な真空ポンプ７の動作を抑制することが可能となる。これにより、圧力スイッチを用いずに低圧室６内の圧力を判別することで、リークを低減した信頼性の高い冷蔵庫を提供することができる。

なお、直流モータ７ｂの回転数を検出する手段としては、ＤＣブラシ付きモータの場合、モータの電流の周波数から求めることができる。

また、ＤＣブラシレスモータの場合は内蔵された駆動基板上で回転数信号（ＦＧ信号）を出力するものがあり、これにより回転数を検出することができる。

いずれモータにおいても、回転数から低圧検知をする場合、電流増幅回路１１を不要とすることができるため、より安価な低圧検知仕様を実現することが可能となる。

２ 冷蔵室
２ａ 冷蔵室ドア
３ 製氷室
４ 冷凍室
５ 野菜室
６ 低圧室
６ａ 低圧室ドア
７ 真空ポンプ
７ａ 導管
７ｂ 直流モータ
７ｃ 電流信号
１１ 電流増幅回路
８ 冷蔵室ドアスイッチ
９ 低圧室ドアスイッチ
１０ 冷蔵室温度センサ
１１ 電流増幅回路
１２ マイコン
１３ 操作パネル
１３ａ 表示ＬＥＤ

Claims (2)

1. 貯蔵室と、該貯蔵室を減圧する減圧手段を備えた冷蔵庫であって、
   前記減圧手段として、圧力検知手段を有しない真空ポンプを用い、
   前記真空ポンプは、ポンプ機構部と、前記ポンプ機構部を駆動する直流モータとを有しており、
   前記真空ポンプをＯＮした直後の突入電流が流れた後の時刻に検出する第１の電流値と、該第１の電流値の検出後に検出する第２の電流値との差が、
   閾値より大きいことに応じ、該真空ポンプのＯＮを継続し、
   閾値より小さいことに応じ、該真空ポンプをＯＦＦする冷蔵庫。
2. 貯蔵室と、該貯蔵室を減圧する減圧手段を備えた冷蔵庫であって、
   前記減圧手段として、圧力検知手段を有しない真空ポンプを用い、
   前記真空ポンプは、ポンプ機構部と、前記ポンプ機構部を駆動する直流モータとを有しており、
   前記真空ポンプをＯＮした直後の突入電流が流れた後の時刻に検出する前記直流モータの第１の回転数と、該第１の回転数の検出後に検出する第２の回転数との差が、
   閾値より大きいことに応じ、該真空ポンプのＯＮを継続し、
   閾値より小さいことに応じ、該真空ポンプをＯＦＦする冷蔵庫。

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