JP7043387B2 - 冷却貯蔵庫 - Google Patents

Description

本明細書で開示する技術は冷却貯蔵庫に関する。

従来、冷却貯蔵庫において、凝縮器の温度を検知する温度センサを用いて外気温度を検知するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、特許文献１に記載の冷却貯蔵庫は、フィルタを有する凝縮器、凝縮器ファン、及び、フィルタの目詰まりを検知するために凝縮器の出口側の温度を検知する目詰まり検知用温度センサ（凝縮器の温度を検知する温度センサに相当）を備えている。

当該冷却貯蔵庫は、所定の除霜開始条件（予め設定されている除霜開始時刻が到来した、除霜スイッチが手動操作されたなど）が成立すると除霜運転を開始し、所定の除霜終了条件（蒸発器の温度あるいは庫内温度が所定温度以上になったなど）が成立すると除霜運転を終了する。除霜運転中は圧縮機が停止されるので凝縮器の温度が低下する。当該冷却貯蔵庫は除霜運転の終盤付近の所定のタイミングにおいて目詰まり検知用温度センサの検知温度を取り込む。

当該冷却貯蔵庫は、除霜運転中において目詰まり検知用温度センサの検知温度を取り込む前に凝縮器ファンを駆動する。凝縮器ファンを駆動するので、目詰まり検知用温度センサの検知温度を取り込むタイミングでは凝縮器の出口側の温度が外気温度に匹敵する程度まで低下していると考えられる。このため、取り込んだ検知温度が外気温度として出力される。

特開２００６－２５０４９５号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の冷却貯蔵庫は外気温度を精度よく検知する上で改善の余地があった。

本明細書では、凝縮器の温度を検知する温度センサを用いて外気温度を検知する場合の検知精度を向上させる技術を開示する。

本明細書で開示する冷却貯蔵庫は、圧縮機、凝縮器、凝縮器ファン及び蒸発器を有する冷凍回路と、前記凝縮器の温度を検知する温度センサと、制御部と、を備え、前記制御部は、前記冷凍回路を運転して庫内を冷却する冷却運転と、所定の除霜開始条件が成立すると前記圧縮機を停止して前記蒸発器を除霜する除霜運転と、前記除霜運転において前記凝縮器ファンを回転させ、前記凝縮器ファンの回転を開始した時から所定時間が経過すると前記温度センサによって前記凝縮器の温度を検知する温度検知処理と、所定の除霜終了条件が成立すると前記除霜運転を終了して前記冷却運転を再開する再開処理であって、前記所定時間が経過する前に前記除霜運転が終了した場合は前記所定時間が経過するまで前記冷却運転の再開を待機する再開処理と、を実行する。

一般に凝縮器の温度は５０℃以上などの高温になるため、凝縮器ファンを回転させても凝縮器の温度が外気温度まで低下するまでにはある程度の時間を要する。このため、凝縮器の温度が外気温度まで低下する前に除霜運転が終了する可能性もある。その場合、従来のように除霜運転の終盤付近で温度センサによって凝縮器の温度を外気温度として検知すると外気温度を精度よく検知できない可能性がある。

これに対し、上記の冷却貯蔵庫によると、所定時間が経過する前に除霜運転が終了した場合は所定時間が経過するまで冷却運転の再開を待機するので、所定時間を適切に設定することにより、凝縮器の温度が外気温度まで低下してから凝縮器の温度を検知できる。このため、凝縮器の温度が外気温度まで低下する前に除霜運転が終了しても凝縮器の温度を外気温度として精度よく検知できる。
よって上記の冷却貯蔵庫によると、凝縮器の温度を検知する温度センサを用いて外気温度を検知する場合の検知精度が向上する。

前記蒸発器によって冷却された空気を庫内に循環させる庫内ファンを備え、前記除霜運転は前記圧縮機を停止して前記庫内ファンを回転させるオフサイクルデフロストであり、前記制御部は、前記所定時間が経過する前に前記オフサイクルデフロストを終了した場合は前記冷却運転が再開されるまで前記庫内ファンを停止させてもよい。

オフサイクルデフロストが終了してから冷却運転が再開されるまでの間は庫内ファンの回転は不要である。にもかかわらず庫内ファンを回転させると無駄な電力消費となる。上記の冷却貯蔵庫によると、所定時間が経過する前にオフサイクルデフロストが終了した場合は冷却運転が再開されるまで庫内ファンを停止させるので無駄な電力消費を抑制できる。

実施形態１に係る冷却貯蔵庫の正面図 図１に示すＡ－Ａ線の断面図 図２に示すＢ－Ｂ線の断面図 図１に示すＣ－Ｃ線の断面図 冷却貯蔵庫の電気的構成を示すブロック図 外気温度と庫内温度との温度差と通電率との関係を示す図 冷却運転のタイミングチャート 除霜運転のタイミングチャート（１０分が経過してもオフサイクルデフロストが終了しない場合） 除霜運転のタイミングチャート（１０分が経過する前にオフサイクルデフロストが終了する場合）

＜実施形態１＞
実施形態１を図１ないし図６によって説明する。以降の説明では図１に示すＸ方向を左右方向、Ｚ方向を上下方向、図２に示すＹ方向を前後方向という。また、以降の説明において回転数とは単位時間当たりの回転数のことをいう。

（１）冷却貯蔵庫の構成
図１に示すように、実施形態１に係る冷却貯蔵庫としての冷蔵庫１は２ドア式の横型（テーブル型）の冷蔵庫である。冷蔵庫１は前側に開口した横長の断熱箱体からなる貯蔵庫本体１１、貯蔵庫本体１１の開口を開閉する左右一対の観音開き式の断熱扉１２、及び、貯蔵庫本体１１の左側に配されている機械室１３を備えている。

機械室１３の前面には操作パネル１５が設けられている。操作パネル１５は庫内温度などの各種の情報を表示する表示パネルや、ユーザが各種の設定を行うための操作ボタンなどを備えている。

貯蔵庫本体１１の開口には左右方向の中央において上下方向に延びるセンターピラー１４が設けられている。図２に示すように、センターピラー１４は金属板を曲げ加工して形成された断面コ字状の前面板１４Ａ、前面板１４Ａの内部に嵌め込まれた断熱材１４Ｂ、断熱材１４Ｂを裏側から覆うように前面板１４Ａに取り付けられている樹脂製のカバー１４Ｃを備えている。前面板１４Ａの背面と断熱材１４Ｂとの間にはコード状の結露防止ヒータ１４Ｄが設けられている。

図１に示すように、結露防止ヒータ１４Ｄは前面板１４Ａの裏面における左右の領域のいずれか一方の上端側から下がり、下端部で折り返されて反対側の領域を立ち上がるように配線されており、テープなどで貼り付けられている。

図３に示すように、貯蔵庫本体１１は左側の上部が機械室１３側に張り出しており、機械室１３側に張り出している部分が冷却室１６を構成している。冷却室１６の右側にはダクト１７が設けられており、ダクト１７によって貯蔵庫本体１１の内部が冷却室１６と貯蔵室１８とに仕切られている。ダクト１７の下側には庫内の空気を冷却室１６内に吸い込むための吸い込み口５２が設けられている。ダクト１７の上側には冷却室１６で冷却された空気を庫内に噴き出すための吹き出し口５３が設けられている。

機械室１３には冷却ユニット１９（冷凍回路の一例）が収容されている。図５に示すように、冷却ユニット１９はインバータ圧縮機２０、凝縮器２１、ドライヤ２２、減圧機構２３（キャピラリチューブ等）及び蒸発器２４を有しており、これらが冷媒配管２５によって循環接続されている。また、冷却ユニット１９は回転数を段階的に変更可能な凝縮器ファン２６も有している。

図４に示すように、インバータ圧縮機２０、凝縮器２１及び凝縮器ファン２６は機械室１３内において冷却室１６の外（すなわち庫外）に配されている。凝縮器２１の前面には図示しないフィルタが設けられている。凝縮器ファン２６は凝縮器２１を基準にフィルタとは逆側に設けられている。凝縮器２１の出口側にはフィルタの目詰まりを検知するために凝縮器２１の温度を検知する目詰まり検知用温度センサ３５（図５参照、温度センサの一例、以下、目詰まりサーミスタ３５という）が設けられている。

図３に示すように、機械室１３内において冷却室１６内には蒸発器２４、庫内ファン２７、除霜サーミスタ３６及び庫内サーミスタ２９が設けられている。
庫内ファン２７は蒸発器２４によって冷却された空気を貯蔵室１８内に循環させるためのものである。庫内ファン２７が回転すると庫内の空気が吸い込み口５２から冷却室１６内に吸い込まれ、蒸発器２４によって冷却されて吹き出し口５３から庫内に吹き出される。

除霜サーミスタ３６は蒸発器２４の温度を検知するものであり、蒸発器２４に取り付けられている。
庫内サーミスタ２９は庫内温度を検知するためのものであり、吸い込み口５２と蒸発器２４との間に配されている。

（２）冷蔵庫の電気的構成
図５を参照して、冷蔵庫１の電気的構成について説明する。冷蔵庫１は制御基板３１（制御部の一例）を備えている。制御基板３１にはＣＰＵやＲＡＭなどが１チップ化されたマイクロコンピュータやメモリなどが実装されている。図５に示すように、制御基板３１にはインバータ圧縮機２０、凝縮器ファン２６、目詰まりサーミスタ３５、庫内ファン２７、除霜サーミスタ３６、庫内サーミスタ２９、操作パネル１５などが電気的に接続されている。以降の説明では制御基板３１のことを制御部３１という。

（３）制御部によって実行される制御処理
制御部３１は各種の制御処理を実行する。ここでは制御部３１によって実行される制御処理のうちフィルタの目詰まり検知、センターピラー１４の結露防止、冷却運転、除霜運転、及び、目詰まりサーミスタ３５を用いた外気温度の検知について説明する。

（３－１）フィルタの目詰まり検知
凝縮器２１のフィルタが目詰まりすると凝縮器ファン２６が回転しても凝縮器２１と外気との間で十分に熱交換が行われず、冷却効率が低下する。このため制御部３１は目詰まりサーミスタ３５を用いてフィルタの目詰まりを検知する。具体的には、制御部３１は目詰まりサーミスタ３５によって凝縮器２１の温度を所定のサンプリング間隔で検知し、凝縮器２１の温度が所定の閾値以上である状態が一定時間以上継続した場合は凝縮器ファン２６の回転数を上げる。制御部３１は、凝縮器ファン２６の回転数を上げても凝縮器２１の温度が低下しない場合はフィルタが目詰まりしているとして操作パネル１５にフィルタの清掃を促す情報を表示する。

（３－２）センターピラーの結露防止
センターピラー１４は前面が庫外に露出している一方、背面が庫内に露出しているので庫内温度と外気温度との差によって前面に結露が生じる可能性がある。センターピラー１４の前面に結露が生じると断熱扉１２の裏面に装着されているパッキンが凍り付いて開閉の支障となる虞がある。このため、制御部３１は結露防止ヒータ１４Ｄによってセンターピラー１４を加熱することによって結露を防止する。

ここで、空気中の水分がセンターピラー１４に結露する量は外気温度と庫内温度との差に影響されるため、外気温度と庫内温度との差によっては結露する量が少ない場合もある。このため、常に結露防止ヒータ１４Ｄに通電したままにすると結露している水の量が少ない場合に電力の無駄となる。このため、制御部３１は無駄な電力消費を抑制するために外気温度と庫内温度との差に応じて結露防止ヒータ１４Ｄへの通電を制御する。

具体的には、図６に示すように、制御部３１は外気温度と庫内温度との温度差が大きいほど（すなわち結露している水の量が多いほど）結露防止ヒータ１４Ｄの通電率を高くする。ここで通電率とは、単位時間当たりに結露防止ヒータ１４Ｄに通電される時間の割合のことをいう。温度差が大きいほど通電率を高くすると、温度差が大きい場合の結露を確実に防止しつつ、温度差が小さい場合（すなわち結露している水の量が少ない場合）の無駄な電力消費を抑制できる。

ただし、冷蔵庫１は外気温度を検知するための温度センサを備えていない。このため、詳しくは後述するが、制御部３１は凝縮器２１の温度を検知する目詰まりサーミスタ３５を用いて外気温度を検知する。

（３－３）冷却運転
図７を参照して冷却運転について説明する。冷却運転はインバータ圧縮機２０及び凝縮器ファン２６の運転／停止を切り替えることによって庫内温度を所定の冷却温度範囲内に維持するものである。冷却温度範囲の上限温度は例えば設定温度＋１．７Ｋ［ケルビン］であり、下限温度は設定温度－２Ｋ［ケルビン］である。

冷却運転では、制御部３１はインバータ圧縮機２０、凝縮器ファン２６及び庫内ファン２７を運転し、庫内温度が下限温度まで低下するとインバータ圧縮機２０及び凝縮器ファン２６を停止させる。これらを停止させると庫内温度が徐々に上昇する。制御部３１は庫内温度が冷却温度範囲の上限温度まで上昇するとインバータ圧縮機２０及び凝縮器ファン２６の運転を再開する。これを繰り返すことによって庫内温度が概ね冷却温度範囲内に維持される。

（３－４）除霜運転
前述した冷却運転を行うと蒸発器２４に霜が付着する。このため制御部３１は所定の除霜開始条件が成立すると蒸発器２４を除霜する除霜運転を行う。所定の除霜開始条件は「前回の除霜運転が終了してから一定時間が経過した」、「予め設定されている時刻に達した」、「使用者によって除霜が指示された」などである。除霜開始条件は適宜に決定できる。

ここで、一般に除霜運転には蒸発器２４をヒータで加熱することによって除霜するヒータデフロストと、ヒータを用いずに除霜するオフサイクルデフロストとがある。本実施形態ではオフサイクルデフロストによって除霜する場合を例に説明する。

図８を参照して、オフサイクルデフロストについて説明する。詳しくは後述するが、制御部３１はオフサイクルデフロストが終了すると冷却運転を直ぐに再開する場合と、オフサイクルデフロストが終了しても冷却運転を直ぐには再開しない場合とがある。図８はオフサイクルデフロストが終了すると直ぐに冷却運転を再開する場合の例である。

図８において時点Ｐ１は前述した除霜開始条件が成立した時点を示している。除霜開始条件が成立すると、制御部３１はインバータ圧縮機２０の速度を３０秒間低速で回転させた後にインバータ圧縮機２０を停止させる。庫内ファン２７は除霜を促進するためにオフサイクルデフロスト中も回転される。また、詳しくは後述するが、本実施形態ではオフサイクルデフロスト中に凝縮器ファン２６も回転される。

インバータ圧縮機２０を停止させると蒸発器２４の温度が上昇し、蒸発器２４に付着している霜が解ける。制御部３１はオフサイクルデフロストを開始すると除霜サーミスタ３６によって蒸発器２４の温度を所定のサンプリング間隔で検知し、蒸発器２４の温度が所定のデフロスト終了温度まで上昇するとオフサイクルデフロストを終了して冷却運転を再開する。デフロスト終了温度は前述した冷却温度範囲の上限温度より高い温度である。蒸発器２４の温度が所定のデフロスト終了温度まで上昇することは「所定の除霜終了条件」の一例である。

なお、除霜サーミスタ３６ではなく庫内サーミスタ２９によって検知された庫内温度がデフロスト終了温度まで上昇するとオフサイクルデフロストを終了してもよい。

（３－５）目詰まりサーミスタを用いた外気温度の検知
図８に示すように、制御部３１はオフサイクルデフロストを開始すると１０分（所定時間の一例）が経過するまで凝縮器ファン２６を回転させて凝縮器２１を冷却する。そして、１０分が経過すると凝縮器２１の温度が外気温度まで低下したと見做し、その時の凝縮器２１の温度（あるいは１０分が経過した時点の直前又は直後の凝縮器２１の温度）を目詰まりサーミスタ３５から取得することによって外気温度を取得する（温度検知処理）。

前述した図８に示す例の場合は１０分が経過しても未だオフサイクルデフロストが終了していない。１０分が経過しても未だオフサイクルデフロストが終了していない場合は、制御部３１は省電力のために１０分が経過すると凝縮器ファン２６を停止させる。そして、制御部３１はオフサイクルデフロストが終了すると冷却運転を再開する（再開処理）。

しかしながら、図９に示すように、オフサイクルデフロストは必ずしも１０分以上継続されるとは限らない。例えば外気温度が高い場合は蒸発器２４の温度が短時間で上昇し、１０分が経過する前に蒸発器２４の温度がデフロスト終了温度まで上昇する可能性がある。１０分が経過する前にオフサイクルデフロストが終了した場合、オフサイクルデフロストが終了した時点で凝縮器２４の温度が十分に下がっておらず、外気温度より高くなっている可能性が高い。

このため、制御部３１は、１０分が経過する前にオフサイクルデフロストが終了した場合は、外気温度を精度よく検知するために、１０分が経過するまで冷却運転の再開を待機する。そして、制御部３１は１０分が経過すると凝縮器２１の温度を取得し（あるいは１０分が経過する直前の温度又は１０分が経過した直後の温度を取得し）、冷却運転を再開する（再開処理）。
制御部３１は、凝縮器２１の温度を取得すると、次回オフサイクルデフロストを実行するまでその温度を外気温度として用いる。

図９に示すように、１０分が経過する前にオフサイクルデフロストが終了した場合は１０分が経過すると直ぐに冷却運転が再開されるので、結果として凝縮器ファン２６は停止することなく回転し続けることになる。

また、図９に示すように、制御部３１は、１０分が経過する前にオフサイクルデフロストを終了した場合は、消費電力を低減するために、冷却運転が再開されるまで庫内ファン２７を停止させる。

（４）実施形態の効果
実施形態１に係る冷蔵庫１によると、１０分が経過する前にオフサイクルデフロストが終了した場合は１０分が経過するまで冷却運転の再開を待機するので、凝縮器２１の温度が外気温度まで低下してから凝縮器２１の温度を検知できる。このため、凝縮器２１の温度が外気温度まで低下する前にオフサイクルデフロストが終了しても凝縮器２１の温度を外気温度として精度よく検知できる。よって冷蔵庫１によると、凝縮器２１の温度を検知する目詰まりサーミスタ３５を用いて外気温度を検知する場合の検知精度が向上する。

冷蔵庫１によると、１０分が経過する前にオフサイクルデフロストが終了した場合は冷却運転が再開されるまで庫内ファン２７を停止させるので無駄な電力消費を抑制できる。

＜関連技術＞
従来、目詰まりサーミスタ３５によって検知される温度（凝縮器２１の温度）が所定の温度範囲内になるように凝縮器ファン２６の回転数を制御することが行われている。この場合、冷蔵庫１の製造コストを抑制するために性能の低い安価な目詰まりサーミスタ３５を用いると、凝縮器２１の温度を所定の温度範囲内に維持することが難しかった。

具体的には、従来の制御では、性能の低い安価な目詰まりサーミスタ３５を用いる場合は、目詰まりサーミスタ３５によって検知される温度が所定の温度範囲の上限温度以上である状態が一定時間継続すると凝縮器ファン２６の回転数を一段階高くし、所定の温度範囲の下限温度以下である状態が一定時間継続すると凝縮器ファン２６の回転数を一段階低くするという制御を行っていた。

しかしながら、このような制御では、目詰まりサーミスタ３５によって検知される温度が上限温度以上になっても一定時間が経過するまでは凝縮器ファン２６の回転数が高くならないので、凝縮器２１の温度の変化に対する凝縮器ファン２６の回転数の応答性が悪い。目詰まりサーミスタ３５によって検知される温度が下限温度以下になった場合も同様である。このため凝縮器２１の温度を所定の温度範囲内に維持することが難しかった。また、凝縮器ファン２６の回転数の応答性が悪いことで凝縮器ファン２６の回転数が過剰に高くなる場合があり、電力消費を抑制する上で改善の余地があった。

関連技術に係る制御部３１は、目詰サーミスタ３５によって検知された温度が上限温度未満から上限温度以上に変化すると直ちに凝縮器ファン２６の回転数を一段階高くし、所定時間はその回転数を維持する。また、制御部３１は、目詰サーミスタ３５によって検知された温度が下限温度以上から下限温度未満に変化すると直ちに凝縮器ファン２６の回転数を一段階低くし、所定時間はその回転数を維持する。

関連技術に係る冷蔵庫１によると、目詰サーミスタ３５によって検知された温度が上限温度以上あるいは下限温度未満になると直ちに凝縮器ファン２６の回転数を変更して所定時間はその回転数を維持するので、性能の低い安価な目詰まりサーミスタ３５を用いた場合でも凝縮器２１の温度の変化に対する凝縮器ファン２６の回転数の応答性が向上する。このため、従来に比べて凝縮器２１の温度をより確実に所定の温度範囲内に維持することができる。また、応答性が向上することで凝縮器ファン２６の過剰な回転も抑制することができるので、消費電力を抑制できる。

＜他の実施形態＞
本明細書によって開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書によって開示される技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では凝縮器２１がフィルタを有しており、そのフィルタの目詰まりを検知するために凝縮器２１に目詰まりサーミスタ３５（凝縮器の温度を検知する温度センサ）が設けられている場合を例に説明した。しかしながら、凝縮器２１の温度を検知する目的はこれに限られない。例えば冷凍ユニット１９が正常に動作しているか否かを凝縮器２１の温度から判断するために凝縮器２１の温度を検知する専用の温度センサが凝縮器２１に設けられる場合もある。その場合はその専用の温度センサが「凝縮器の温度を検知する温度センサ」の一例である。

（２）上記実施形態では目詰まりサーミスタ３５を用いて検知した外気温度を結露防止ヒータ１４Ｄの制御に用いているが、検知した外気温度をどのような制御に用いるかは適宜に決定できる。

（３）上記実施形態では冷却貯蔵庫として冷蔵庫１を例に説明したが、冷却貯蔵庫は冷凍庫であってもよい。

（４）上記実施形態ではオフサイクルデフロストを開始したタイミングで凝縮器ファン２６の回転を開始する場合を例に説明したが、オフサイクルデフロストを開始するタイミングと凝縮器ファン２６の回転を開始するタイミングとは必ずしも一致していなくてもよい。例えばオフサイクルデフロストを開始した時から時間をおいて凝縮器ファン２６の回転を開始してもよい。

（５）上記実施形態ではオフサイクルデフロストによって蒸発器２４を除霜する場合を例に説明したが、ヒータデフロストなどのように蒸発器２４を加熱することによって除霜する加熱除霜方式によって蒸発器２４を除霜してもよい。

１…冷蔵庫（冷却貯蔵庫の一例）、１９…冷却ユニット（冷凍回路の一例）、２０…圧縮機、２１…凝縮器、２４…蒸発器、２６…凝縮器ファン、３１…制御部、３５…目詰まり検知用温度センサ（目詰まりサーミスタ、温度センサの一例）

Claims (2)

1. 冷却貯蔵庫であって、
   圧縮機、凝縮器、凝縮器ファン及び蒸発器を有する冷凍回路と、
   前記凝縮器の温度を検知する温度センサと、
   制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記冷凍回路を運転して庫内を冷却する冷却運転と、
   所定の除霜開始条件が成立すると前記圧縮機を停止して前記蒸発器を除霜する除霜運転と、
   前記除霜運転において前記凝縮器ファンを回転させ、前記凝縮器ファンの回転を開始した時から所定時間が経過すると前記温度センサによって前記凝縮器の温度を検知する温度検知処理と、
   所定の除霜終了条件が成立すると前記除霜運転を終了して前記冷却運転を再開する再開処理であって、前記所定時間が経過する前に前記除霜運転が終了した場合は前記所定時間が経過するまで前記冷却運転の再開を待機する再開処理と、
   を実行する、冷却貯蔵庫。
2. 請求項１に記載の冷却貯蔵庫であって、
   前記蒸発器によって冷却された空気を庫内に循環させる庫内ファンを備え、
   前記除霜運転は前記圧縮機を停止して前記庫内ファンを回転させるオフサイクルデフロストであり、
   前記制御部は、前記所定時間が経過する前に前記オフサイクルデフロストを終了した場合は前記冷却運転が再開されるまで前記庫内ファンを停止させる、冷却貯蔵庫。

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