KR20200024075A - 냉장고 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

일 실시예에 따른 냉장고는 냉매를 순환시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 순환된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에 의해 응축된 냉매에 의해 저장실을 냉각하기 위한 냉각용 부품; 및 상기 냉각용 부품의 구동을 제어하는 적어도 하나의 프로세서;를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 냉동 사이클을 포함하는 냉장고의 저장실의 부하 변동을 취득하고, 상기 부하 변동에 기초하여 상기 냉동 사이클을 구성하는 부품을 구동하는 구동 값을 결정하고, 상기 구동 값에 기초하여 상기 냉각용 부품을 구동하고, 상기 냉동 사이클이 상기 저장실을 냉각하는 적어도 하나의 냉각 주기 동안, 시간의 경과에 따른 상기 부하 변동을 취득할 수 있다.

Description

냉장고 및 그 제어방법{REFRIGERATOR AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 냉장고의 상태에 적합한 제어를 수행하는 냉장고 및 그 제어방법에 관한 것이다.

내부에 저장실이 형성된 본체와, 본체의 단열벽 내에 배치된 진공 단열재와, 냉동 사이클의 일부를 구성하고, 회전 속도를 가변할 수 있는 압축기와, 압축기를 제어하는 제어 장치를 구비한 냉동 냉장고에 있어서, 제어 장치가, 냉동 냉장고에 전원이 투입되고 나서 기간(TL) 동안은, 압축기의 회전 속도 상한값을 제1 속도로 하고, 기간(TL)이 경과한 후에는 압축기의 회전 속도 상한값을, 제1 속도보다도 큰 제2 속도로 끌어올리는 기술은 이미 공지의 기술로 알려져 있다

여기서, 전원이 투입된 후의 시간에 따라서, 냉동 사이클을 구성하는 부품의 설정값 범위를 결정하는 것에 지나지 않는 구성을 채용한 경우에는, 냉동 사이클이 특정 저장실을 냉각하는 상태와 냉각하지 않는 상태가 전환되기 전에, 그때의 상태에 따라서, 냉동 사이클을 구성하는 부품을 구동할 수는 없다.

본 발명은, 냉동 사이클이 특정 저장실을 냉각하는 상태와 냉각하지 않는 상태가 전환되기 전에, 그때의 상태에 따라서, 냉동 사이클을 구성하는 부품을 구동하는 냉장고 및 그 제어방법을 제공한다.

일 실시예에 따른 냉장고는 냉매를 순환시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 순환된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에 의해 응축된 냉매에 의해 저장실을 냉각하기 위한 냉각용 부품; 및 상기 냉각용 부품의 구동을 제어하는 적어도 하나의 프로세서;를 포함하고,

상기 적어도 하나의 프로세서는, 냉동 사이클을 포함하는 냉장고의 저장실의 부하 변동을 취득하고, 상기 부하 변동에 기초하여 상기 냉동 사이클을 구성하는 부품을 구동하는 구동 값을 결정하고,

상기 구동 값에 기초하여 상기 냉각용 부품을 구동하고,

상기 냉동 사이클이 상기 저장실을 냉각하는 적어도 하나의 냉각 주기 동안, 시간의 경과에 따른 상기 부하 변동을 취득할 수 있다.

상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 냉각 주기보다 짧은 미리 결정된 주기 동안 시간에 따라 변화하고, 상기 저장실의 고내 온도를 포함하는 제1 상태의 특정 값을 이용하여 상기 부하 변동을 취득할 수 있다.

상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 제1 상태의 특정 값에 기초하여, 상기 부품의 상태인 제2 상태의 특정 값을, 상기 구동 값으로서 결정할 수 있다.

상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 구동 값으로서 상기 제2 상태의 특정 값에 기초하여 상기 구동 값을 결정하고, 상기 구동 값을 이용하여, 상기 부품을 구동할 수 있다.

상기 제1 상태는, 상기 냉장고의 고내 온도 및 외기 온도 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 상태는, 상기 부품의 설정을 포함할 수 있다.

상기 설정은, 상기 냉각용 부품의 냉각 정도 설정을 포함할 수 있다.

상기 냉각 정도 설정은, 상기 압축기의 회전 수를 포함할 수 있다.

상기 냉각용 부품은, 팽창 밸브를 더 포함하며,

상기 냉각 정도 설정은, 상기 팽창 밸브의 개방도를 포함할 수 있다.

상기 냉각용 부품은, 팬을 더 포함하며,

상기 냉각 정도 설정은, 상기 팬의 회전 수를 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 프로세서는, 제약조건을 부합하는 상기 제2 상태의 특정 값을 결정할 수 있다.

상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 제1 상태의 특정값에 기초하여,

복수의 상기 제2 상태 값 각각에 대응되는 상기 제1 상태 값의 변화를 결정하고,

상기 제1 상태 값의 변화 및 복수의 상기 제2 상태 값을 기초로 상기 제약조건을 부합하는 적어도 2개의 상기 제2 상태 값을 결정하고, 상기 적어도 2개의 상기 제2 상태 값을 기초로 상기 제2 상태의 특정 값을 결정할 수 있다.

상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 제2 상태의 복수의 값 각각에 대응되는 상기 제1 상태 값의 변화를 예측 모델로 결정하고,

상기 제1 상태의 특정 값과 상기 제1 상태의 과거 값으로부터의 상기 제1 상태 값의 변화를 기초로 상기 예측 모델의 상태를 결정하고,

상기 예측 모델의 상태를 기초로 상기 제1 상태의 특정 값을 기초로 당해 제1 상태값의 변화를 예측할 수 있다.

상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 제1 상태의 특정 값에 기초하여,

상기 제2 상태의 적어도 2개의 값 각각의 지표를 예측하고, 상기 지표에 기초하여, 상기 제2 상태의 적어도 2개의 값으로부터 상기 제2 상태의 특정 값을 결정할 수 있다.

상기 지표는, 상기 냉장고의 소비 전력을 포함하며,

상기 제2 상태의 특정 값은, 상기 소비 전력을 최소로 하는 상기 부품의 설정 값일 수 있다.

상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 냉동 사이클이 제1 저장실 및 제2 저장실을 교대로 냉각 가능한 경우,

상기 제약조건은, 상기 제1 저장실 및 상기 제2 저장실의 중 한쪽의 온도가 상승하여 미리 정해진 온도에 도달할 때까지,

상기 제1 저장실 및 상기 제2 저장실의 다른 쪽의 온도가 하강하여 미리 정해진 온도에 도달할 수 있다.

상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 냉동 사이클이 제1 저장실 및 제2 저장실을 동시에 냉각 가능한 경우에,

상기 제약조건으로서, 상기 제1 저장실 및 상기 제2 저장실의 중 한쪽의 온도가 상승하여 미리 정해진 온도에 도달할 때까지,

상기 제1 저장실 및 상기 제2 저장실의 중 다른 쪽의 온도도 상승하여 미리 정해진 온도에 도달하는 것을 사용할 수 있다.

상기 적어도 하나의 프로세서는, 종점에서 상기 제약조건이 부합되는 주기 내에서, 상기 제1 상태의 특정 값에 기초하여, 상기 종점에서 상기 제약조건의 부합 여부를 복수 회 추정하고, 상기 제2 상태의 특정 값을 결정할 수 있다.

상기 적어도 하나의 프로세서는, 종점에서 상기 제약조건이 부합하는 주기 내에서,

상기 제1 상태의 특정 값에 기초하여, 상기 제2 상태의 복수의 값 각각의 상기 제1 상태값의 변화를 예측하고, 상기 종점에서 상기 제약조건이 부합 여부를 복수 회 추정하고,

상기 제1 상태값의 변화 및 상기 제2 상태의 복수의 값에 기초하여

상기 종점에서 상기 제약조건이 만족되도록 상기 제2 상태의 적어도 2개의 값을 결정하고, 상기 제2 상태의 적어도 2개의 값을 기초로 상기 제2 상태의 특정 값을 결정할 수 있다.

상기 적어도 하나의 프로세서는, 과거의 부하 변동과

상기 과거의 부하 변동에 기초하여 결정된 과거의 구동 값을 시계열로 축적한 시계열 데이터의 학습을 기초로 상기 부품의 정지 조건 또는 상기 구동 값을 발생시키는 예측 모델을 형성하고, 상기 예측 모델을 기초로 상기 부하 변동에 따라 상기 정지 조건 또는 상기 구동 값을 변경 시킬 수 있다.

일 실시예에 따른 냉장고 제어 방법은, 냉장고의 저장실의 부하 변동을 취득하는 취득 단계; 상기 부하 변동에 기초하여, 상기 냉동 사이클을 구현하기 위한 부품을 구동하는 구동 값을 결정하는 결정 단계; 및 상기 구동값에 기초하여 상기 부품을 구동하는 구동 단계;를 포함하고, 상기 냉동 사이클이 상기 저장실을 냉각하는 적어도 하나의 주기 동안, 시간의 경과에 따른 상기 부하 변동을 취득하는 단계;를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 냉장고 및 그 제어방법은, 냉동 사이클이 특정 저장실을 냉각하는 상태와 냉각하지 않는 상태가 전환되기 전에, 그때의 상태에 따라서, 냉동 사이클을 구성하는 부품을 구동할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 기능 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 온도 예측기로부터 제어기에 입력되는 압축기의 회전수마다의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 전력 예측기로부터 제어기로 입력되는 압축기의 회전수마다의 소비 전력을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 제어기가 출력하는 압축기의 회전수의 추이를 나타낸 그래프이다.
도 5a는, 일반적인 냉장고에 있어서의 온도 및 압축기의 회전수의 추이를 나타낸 그래프이며, 도5b는, 본 발명의 실시 형태가 적용된 냉장고에 있어서의 온도 및 압축기의 회전수의 추이를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 제어기의 동작예를 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태의 제1 적용예에 있어서의 냉장고의 전체 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태의 제1 적용예에 있어서의 냉동 사이클의 구성예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태의 제1 적용예에 있어서의 냉동 사이클을 사용하여 냉장실 및 냉동실을 교대로 냉각했을 경우의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태의 제1 적용예에 있어서의 냉동 사이클을 사용하여 냉장실 및 냉동실을 동시에 냉각했을 경우의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태의 제2 적용예에 있어서의 냉장고의 전체 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태의 제2 적용예에 있어서의 제1 냉동 사이클의 구성예를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태의 제2 적용예에 있어서의 제1 냉동 사이클을 사용하여 냉장실 및 냉동실을 냉각했을 경우의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태의 제2 적용예에 있어서의 제2 냉동 사이클의 구성예를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시 형태의 제2 적용예에 있어서의 제2 냉동 사이클을 사용하여 냉장실 및 냉동실을 냉각했을 경우의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시 형태의 제3 적용예에 있어서의 냉장고의 전체 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시 형태의 제3 적용예에 있어서의 냉동 사이클의 구성예를 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시 형태의 제3 적용예에 있어서의 냉동 사이클을 사용하여 냉장실 및 냉동/변온실을 냉각했을 경우의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 19는 제2 적용예에 있어서의 냉장실 및 냉동실의 온도 변화를 나타낸 그래프에 대하여, 어느 구간에서 어느 모델을 사용하여 온도 변화를 예측할지를 도시한 도면이다.
도 20은 냉장실의 온도 변화의 예측에 대하여 구체적으로 나타낸 그래프이다.
도 21은 전달 함수의 파라미터를 결정하기 위한 함수의 2차곡면의 일례를 나타낸 도면이다.
도 22a, 도22b 및 도22c는 냉장실 내의 온도, 냉동실 내의 온도 및 압축기의 회전수의 추이를 나타낸 그래프이다.
도 23은 일 실시예에 따른 냉장고의 제어블럭도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세히 설명한다.

본 실시 형태는, 시간의 경과에 따라 변화하는 상태인 제1 상태의 특정값을 취득하고, 미리 정해진 주기로, 이 제1 상태의 특정값에 기초하여, 부품의 상태인 제2 상태의 특정값을 결정하고, 이 제2 상태의 특정값을 사용하여, 부품을 구동하는 제어 장치이다. 이하에서는, 제어 장치로서, 냉동 사이클을 제어하는 냉동 사이클 제어 장치를 예로 들고, 제1 상태로서, 냉동 사이클이 내장된 냉장고의 고내 또는 고외의 온도를 예로 들고, 제2 상태로서, 냉동 사이클을 구성하는 부품의 설정을 예로 들어, 상세히 설명한다. 그 때, 미리 정해진 주기는, 특히, 냉동 사이클이 특정 저장실을 냉각하는 상태와 냉각하지 않는 상태가 전환되는 주기보다도 짧은 주기인 것으로 하여 설명한다. 여기서, 냉동 사이클이 특정 저장실을 냉각하는 상태와 냉각하지 않는 상태가 전환되는 주기는, 압축기가 ON으로 됨으로써 예를 들어 냉장실이나 냉동실에 냉매를 흘리는 상태와 압축기가 OFF로 됨으로써 예를 들어 냉장실이나 냉동실에 냉매를 흘리지 않는 상태가 전환되는 주기이어도 좋다. 혹은, 압축기가 ON으로 되어 있는 경우에 있어서, 예를 들어 냉장실에 냉매를 흘리는 상태와 냉매를 흘리지 않는 상태가 전환되는 주기나, 예를 들어 냉동실에 냉매를 흘리는 상태와 냉매를 흘리지 않는 상태가 전환되는 주기이어도 좋다. 이러한 주기의 전형예로서는, 냉동 사이클이 냉각하는 저장실이 냉장실과 냉동실 사이에서 전환되는 주기가 있다.

도 1은, 본 실시 형태에 있어서의 제어 장치(1)의 기능 구성예를 나타낸 블록도이다. 도시한 바와 같이, 제어 장치(1)는, 취득부(2)와, 제어부(3)와, 구동부(4)를 구비한다.

제어장치(1)는 구성요소들의 동작을 제어하기 위한 알고리즘 또는알고리즘을 재현한 프로그램에 대한 데이터를 저장하는 메모리(미도시), 및 메모리에 저장된 데이터를 이용하여 전술한 동작을 수행하는 프로세서(미도시) 중 적어도 하나를 포함하여 구현될 수 있다. 이때, 메모리와 프로세서는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 또는, 메모리와 프로세서는 단일 칩으로 구현될 수도 있다.

또한 후술하는 바와 같이 취득부(2), 제어부(3) 및 구동부(4)는 적어도 하나의 프로세서로 마련될 수 있다.

취득부(2)는, 일정한 주기로, 고내 온도 및 외기 온도의 현재값, 압축기의 전체 회전수 등의 정보를 취득하고, 이들을 제어부(3)에 입력한다. 여기서, 취득부(2)는, 취득하는 정보가 고내 온도의 현재값인 경우에는, 냉장고의 고내에 설치된 온도 센서로 마련될 수 있다. 한편 취득하는 정보가 외기 온도의 현재값인 경우에는, 취득부는 냉장고의 외부에 설치된 온도 센서로 마련될 수 있다. 또한, 압축기의 전체 회전수란, 압축기가 취할 수 있는 모든 회전수이다. 예를 들어, 공진이 발생하는 등의 이유에 의해 취할 수 없는 회전수가 제외되어 있는 것으로 한다. 단, 이 압축기의 전체 회전수는, 취득부(2)가 취득하는 것이 아니라, 제어부(3)가 미리 기억해 두도록 해도 좋다. 본 실시 형태에서는, 제1 상태의 일례로서, 고내 온도 및 외기 온도를 사용하고 있고, 제1 상태의 특정값의 일례로서, 고내 온도 및 외기 온도의 현재값을 사용하고 있다. 또한, 냉장고의 저장실의 부하 변동을 취득하는 취득부 및 제1 상태의 특정값을 취득하는 취득부의 일례로서, 취득부(2)를 설치하고 있다.

제어부(3)는, 일정한 주기로, 취득부(2)로부터 입력된 고내 온도 및 외기 온도의 현재값, 압축기의 전체 회전수 등의 정보에 기초하여, 온도의 제약조건(이하, 간단히 "제약조건"이라 한다)을 만족하고, 소비 전력이 최소로 되는 압축기의 회전수를 자율적으로 결정하고, 이 회전수의 지시값을 구동부(4)에 출력한다. 고내 온도 및 외기 온도의 현재값이 변동하면, 즉, 열부하가 걸리면, 압축기의 회전수마다의 미래의 온도 변화의 파형도 변동되기 때문이다. 여기서, 결정되는 압축기의 회전수의 지시값은, 현재값과는 다른 값이어도 좋고, 현재값과 동일한 값이어도 좋다. 즉, 지시값은 주기에 따라서, 그 값은 재편성된 지시값으로 되는 것이며, 현재값과 동일한 값이라도, 현재값과 다른 압축기의 회전수 값을 지시하고 있다는 것이다. 본 실시 형태에서는, 냉동 사이클을 구성하는 부품 및 냉장고 내의 적어도 하나의 저장실을 냉각하기 위한 냉각용 부품의 일례로서, 압축기를 사용하고 있고, 부품의 설정인 제2 상태 및 냉각용 부품을 사용한 냉각의 정도에 관한 냉각 정도 설정의 일례로서, 압축기의 회전수를 사용하고 있고, 부품을 구동하는 구동값 및 제2 상태의 특정값의 일례로서, 압축기의 회전수의 지시값을 사용하고 있다. 혹은, 제2 상태의 특정값으로 하고, 고내 습도를 최대로 하는 부품의 설정값을 사용해도 좋다. 또한, 구동값을 결정하는 결정부 및 제2 상태의 특정값을 결정하는 결정부의 일례로서, 제어부(3)를 설치하고 있다.

구동부(4)는, 일정한 주기로, 제어부(3)로부터 출력된 지시값에 기초하여, 압축기를 구동한다. 본 실시 형태에서는, 부품을 구동하는 구동부의 일례로서, 구동부(4)를 설치하고 있다.

여기서, 제어부(3)에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 제어부(3)는, 온도 예측기(5)와, 전력 예측기(6)와, 제어기(7)를 구비한다.

온도 예측기(5)는, 취득부(2)로부터 입력된 고내 온도 및 외기 온도의 현재값, 압축기의 전체 회전수 등으로부터, 예측 모델을 사용하여 주기적으로, 압축기의 회전수마다의 온도 변화를 예측하고, 이것을 제어기(7)에 입력한다. 여기서, 예측 모델은, 주기적으로(예를 들어, 반년마다) 다시 학습함으로써, 단열 성능의 열화에 추종할 수 있게 된다. 또한, 예측 모델로서는, 전달 함수 모델, 신경망 모델 등을 사용하면 좋다.

전력 예측기(6)는, 취득부(2)로부터 입력된 외기 온도의 현재값, 압축기의 전체 회전수 등으로부터, 예측 모델을 사용하여 주기적으로, 압축기의 회전수마다의 소비 전력을 예측하고, 이것을 제어기(7)에 입력한다. 여기서, 예측 모델은, 주기적으로(예를 들어, 반년마다) 다시 학습함으로써, 단열 성능의 열화에 추종할 수 있게 된다. 또한, 예측 모델로서는, 전달 함수 모델, 신경망 모델 등을 사용하면 좋다. 또한, 전력 예측기(6)가 고내 온도의 현재값을 사용하지 않은 것은, 이 값은 어느 정도 한정된 좁은 범위 내에 있고, 예측에 사용할것 까지도 없다고 생각했기 때문이다. 그러나, 고내 온도의 현재값을 사용하도록 해도 좋다.

제어기(7)는, 온도 예측기(5)로부터 입력된 압축기의 회전수마다의 온도 변화에 기초하여, 제약조건을 만족하는 복수의 회전수를 특정한다. 또한, 전력 예측기(6)로부터 입력된 압축기의 회전수마다의 소비 전력에 기초하여, 특정한 복수의 회전수 중, 소비 전력이 최소로 되는 압축기의 회전수를 자율적으로 결정한다. 그리고, 결정한 압축기의 회전수를 지시하는 지시값을 출력한다. 이 경우, 압축기의 회전수는, 전회의 회전수로부터 변하는 것도 있는가 하면 전회의 회전수와 동일한 것도 있다.

또한, 제어부(3)는, 인공지능(AI)을 사용하여, 압축기의 회전수의 지시값을 결정해도 좋다. 이 경우, 제어부(3)는, 고내 온도 및 외기 온도의 현재값, 압축기의 전체 회전수 등으로부터, 예측 모델을 사용하여 주기적으로 다시 학습하는 것이 아니라, 인공지능으로 압축기의 회전수의 지시값이 결정된 예측 모델에 기초하여, 부하 변동에 따라 압축기의 회전수의 지시값을 가변으로 하도록 해도 좋다. 또한, 복수의 모터 사이(압축기나 팬)에서 데이터를 주고받는 데이터 교환부를 더 갖고, 다른 모터의 구동값을 자기의 예측 모델에서의 학습에 활용하도록 해도 좋다.

구체적으로는, 예측 모델을 만들 때, 인공지능은, 과거의 고내 온도 및 외기 온도의 값과 이 과거의 고내 온도 및 외기 온도의 값에 기초하여 결정된 과거의 압축기의 회전수의 지시값을 시계열로 축적한 시계열 데이터에 기초하여, 압축기의 회전수의 지시값을 자율적으로 결정한다. 예를 들어, 인공지능은, 고내의 부하 변동과 압축기의 회전수의 시간 경과에 기초하는 상관 동작의 가치를 판단한다. 제어부(3)가, 압축기의 회전수 이외의 부품의 구동값도 추가하여 관측할 경우에는, 인공지능은 압축기의 회전수 외에, 팬 모터의 회전수, 또한 시간 경과에 따른 압축기의 정지 조건도 고려하여 동작의 가치를 자율적으로 판단하도록 해도 좋다. 또한, 제어부(3)가, 압축기의 회전 수 뿐 만 아니라, 압축기나 팬 모터의 소비 전류도 관측할 경우에는, 인공지능은 압축기나 팬 모터의 회전수 외에, 소비 전류도 고려하여 동작 가치를 판단하도록 해도 좋다. 또한, 제어부(3)가, 팬 모터의 전원 온 시 및 전원 오프 시의 팬 모터의 회전수 변화도 관측할 경우에는, 인공지능은 팬 모터의 회전수 외에, 회전수의 변화도 고려하여 동작 가치를 판단하도록 해도 좋다.

그외의 파라미터로서, 고내 습도, 외기 습도, 증발기의 온도(증발기의 입구 온도, 증발기의 출구 온도 등), 압축기 또는 냉매의 압력(고압, 저압), 냉매 유량 등의 변화값을 사용해도 좋다.

도 2는, 온도 예측기(5)로부터 제어기(7)에 입력되는 압축기의 회전수마다의 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 이 그래프 중, 굵은 세로선이 제약조건을 나타내고 있다. 즉, 시각(t)까지 온도를 -18도 이하로 냉각하는 것을 제약조건으로 하고 있다. 그래프에 나타낸 압축기의 회전수 중, "ㅧ"을 부여한 1100RPM 내지 2050RPM은, 제약조건을 만족하고 있지 않고, "0"을 부여한 2100RPM 내지 3700RPM은, 제약조건을 만족하고 있다. 따라서, 제어기(7)는, 제약조건을 만족하는 압축기의 회전수로서, 2100RPM 내지 3700RPM을 특정한다. 즉, 선택 가능한 압축기의 회전수가, 제약조건에 의해 좁혀진다. 본 실시 형태에서는, 제2 상태의 복수의 값마다의 제1 상태값의 변화의 일례로서, 이 압축기의 회전수마다의 온도 변화를 나타낸 그래프를 사용하고 있다.

도 3은, 전력 예측기(6)로부터 제어기(7)에 입력되는 압축기의 회전수마다의 소비 전력을 도시한 도면이다. 제어기(7)는, 압축기의 회전수마다의 소비 전력에 기초하여, 특정한 복수의 회전수 중에서 소비 전력이 최소로 되는 압축기의 회전수를 선택하여 출력한다. 구체적으로는, 굵은 프레임으로 둘러싼 바와 같이, "0"을 부여한 2100RPM 내지 3700RPM 중, 소비 전력이 최소로 되는 2100RPM을 선택하고 있다. 또한, 여기서는, 압축기의 회전수가 많을수록 소비 전력도 커진다고 하는 규칙성이, 모터 효율의 특성 등에 따라, 반드시 보증되는 것은 아니라는 것이 생각되므로, 이와 같이 하여 소비 전력이 최소로 되는 압축기의 회전수를 결정하고 있다. 그러나, 압축기의 회전수가 많을수록 소비 전력도 커진다고 하는 규칙성이 보증되는 경우에는, 즉, 압축기의 회전수는 많아졌음에도 불구하고 소비 전력은 작아지는 등의 순서의 변경이 발생하지 않는 경우에는, 이에 해당되지 않는다. 이 경우에는, 압축기의 회전수마다의 소비 전력에 기초하여, 특정한 복수의 회전수 중에서 소비 전력이 최소로 되는 압축기의 회전수를 선택하는 처리를 행할 필요는 없고, 특정한 복수의 회전수 중에서 가장 적은 회전수를 선택하는 처리를 행하면 된다. 또한, 여기서는, 에너지 절약을 목적으로 하고 있으므로, 소비 전력이 최소로 되는 압축기의 회전수를 선택했으나, 소비 전력 이외의 지표를 사용하여 압축기의 회전수를 선택해도 좋다. 예를 들어, 지표로 하고, 냉장고의 고내 습도를 사용해도 좋다. 본 실시 형태에서는, 제2 상태의 적어도 2개의 값마다의 지표의 일례로서, 이 압축기의 회전수마다의 소비 전력을 사용하고 있다.

도 4는, 제어기(7)가 출력하는 압축기의 회전수의 추이를 나타낸 그래프이다. 이 그래프 중, 파선은, 일반적인 냉장고에 있어서의 압축기의 회전수의 추이를 나타내고, 실선은, 본 실시 형태가 적용된 냉장고에 있어서의 압축기의 회전수의 추이를 나타낸다. 일반적인 냉장고에서는, 시각(t0)에서 예를 들어 도어가 열려는 것에 의한 열부하의 변동이 있었을 경우, 압축기는, 충분히 냉각되는 회전수로 일정 시간(그래프에서는 시각(t8)까지) 동작한다. 이에 비하여, 본 실시 형태가 적용된 냉장고에서는, 제어기(7)가, 예측 주기마다 소비 전력이 최소로 되는 회전수를 지시값으로서 출력한다. 따라서, 시각(t0)에서 예를 들어 도어가 열려지는 것에 의한 열부하의 변동이 있었을 경우, 압축기는, 필요 최소한의 회전수로 시각(t1)까지 동작하고, 식품의 부하가 예측보다 크면, 시각(t3)까지 회전수를 조금씩 올리면서 동작한다. 그 후, 식품이 냉각되어 부하가 내려가면, 시각(t8)까지 회전수를 조금씩 내리면서 동작한다.

또한, 여기서는, 시각(t8)에 제약조건이 만족되는 것이 예정되는 것을 전제로 하고 있으므로, 시각(t6, t7)로 압축기의 회전수를 변경하지 않고 있지만, 시각(t5)로부터 시각(t6)의 사이에 예를 들어 도어가 열리는 것에 의한 열부하의 변동이 있었을 경우, 시각(t6, t7)에서 압축기의 회전수를 바꾸어도 좋다. 이에 따라, 시각(t8)에 제약조건이 만족되는 것이 다시 예정되는 경우도 있지만, 시각(t8)에 제약조건이 만족되지 않고, 시각(t8) 이후에 제약조건이 만족되는 것이 예정되는 경우도 있다. 이 경우, 시각(t8)은, 주기의 종점의 일례이며, 시각(t0)로부터 시각(t8)까지의 기간은, 주기의 종점에서 제약조건이 만족되는 것이 예정되는 주기의 일례이며, 시각(t6, t7)에서 압축기의 회전수를 추정하는 것은, 주기의 종점에서 제약조건이 만족될지 여부를 복수회 추정하는 것의 일례이다.

그런데, 일반적인 냉장고에 있어서의 압축기의 회전수의 추이와, 본 실시 형태가 적용된 냉장고에 있어서의 압축기의 회전수의 추이는, 특히, 고내 온도보다도 현저하게 온도가 낮은 식품을 넣어서 현저하게 열부하가 작아지는 경우에 차이가 발생한다.

도 5a 는, 이러한 경우의 일반적인 냉장고에 있어서의 온도 및 압축기의 회전수의 추이를 나타낸 그래프이다. 이 중, 압축기의 회전수의 추이를 나타낸 그래프는, 냉장고가 도어의 개폐를 검지하여 일정 기간 압축기의 회전수를 올리고 있는 것을 나타낸다. 또한, 온도의 추이를 나타낸 그래프는, 도어가 개폐되어 일순 온도가 올라가고, 그 후, 압축기의 회전수를 올린 상태가 일정 기간 계속됨으로써 급격하게 온도가 떨어지는 것을 나타내고 있다.

도 5b는, 이러한 경우의 본 실시 형태가 적용된 냉장고에 있어서의 온도 및 압축기의 회전수의 추이를 나타낸 그래프이다. 본 실시 형태가 적용된 냉장고에서는, 내부의 온도 변화를 주기적으로 예측하고 있으므로, 열부하의 변화에 따라서, 예측한 온도 변화와 실제의 온도 변화에 차이가 발생한 경우에, 그 차이에 따라 압축기의 회전수를 변경한다. 즉, 주기적으로 예측하고, 소비 전력이 최소로 되는 압축기의 회전수를 결정하는 것이, 결과적으로 예측이 벗어난 경우라도 차이에 따라 피드백하는 것과 등가로 된다. 즉, 압축기의 회전수의 추이를 나타낸 그래프는, 냉장고가 도어의 개폐를 검지하여 일순 압축기의 회전수를 올릴 수도 있으나, 그 후는 식품을 넣지 않은 상태에서의 온도 변화의 예측으로부터의 온도 변화의 어긋남에 의해, 간접적으로 열부하를 정량적으로 검지하여, 압축기의 회전수를 내리고 있는 것을 나타낸다. 또한, 온도의 추이를 나타낸 그래프는, 도어가 개폐되어 일순 온도가 올라가고, 그 후, 압축기의 회전수가 내려감으로써, 일반적인 냉장고의 경우보다도 완만하게 온도가 떨어지는 것을 나타내고 있다.

도 6은, 제어기(7)의 동작예를 나타낸 흐름도이다. 또한, 이 동작예는, 일정한 주기로 반복 실행된다.

도시한 바와 같이, 제어기(7)는, 먼저, 온도 예측기(5)로부터, 압축기의 회전수마다의 온도 변화의 입력을 접수한다(S101). 또한, 전력 예측기(6)로부터, 압축기의 회전수마다의 소비 전력의 입력을 접수한다(S102). 또한, 여기서는, S101을 실행한 후에 S102를 실행하는 것으로 했으나, 이에 제한되지 않는다. S102를 실행한 후에 스텝101을 실행해도 좋고, S101과 S102를 병렬로 실행해도 좋다.

이어서, 제어기(7)는, S101에서 입력을 접수한 압축기의 회전수마다의 온도 변화에 기초하여, 제약조건을 만족하는 복수의 회전수를 특정한다(S103).

계속하여, 제어기(7)는, S102에서 입력을 접수한 압축기의 회전수마다의 소비 전력에 기초하여, 스텝103에서 특정한 복수의 회전수 중, 소비 전력이 최소로 되는 압축기의 회전수를 결정한다(S104).

마지막으로, 제어기(7)는, 스텝104에서 결정한 압축기의 회전수를 지시하는 지시값을 출력한다(S105).

또한, 상기 설명에서는, 제어부(3)가, 압축기의 회전수마다의 온도 변화 및 소비 전력을 예측하고, 제약조건을 만족하고, 소비 전력이 최소로 되는 압축기의 회전수의 지시값을 출력하고, 구동부(4)가, 이 지시값에 기초하여 압축기를 구동하도록 했으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제어부(3)가, 팽창 밸브의 개방도마다의 온도 변화 및 소비 전력을 예측하고, 제약조건을 만족하고, 소비 전력이 최소로 되는 팽창 밸브의 개방도 지시값을 출력하고, 구동부(4)가, 이 지시값에 기초하여 팽창 밸브를 구동하도록 해도 좋다. 혹은, 제어부(3)가, 팬의 회전수마다의 온도 변화 및 소비 전력을 예측하고, 제약조건을 만족하고, 소비 전력이 최소로 되는 팬의 회전수의 지시값을 출력하고, 구동부(4)가, 이 지시값에 기초하여 팬을 구동하도록 해도 좋다.

도 7은, 본 실시 형태가 적용되는 냉장고(10)의 전체 구성의 일례를 나타낸 도면이다. 도시한 바와 같이, 냉장고(10)는, 고내의 상부에 형성된 저장실 및 제1 저장실의 일례로서의 냉장실(41)과, 고내의 하부에 형성된 저장실 및 제2 저장실의 일례로서의 냉동실(42)을 포함한다. 그리고, 냉장고(10)는, 냉매를 압축하여 순환시키는 압축기(60)와, 압축기(60)에 의해 순환된 냉매를 증발시키는 증발기(11)와, 증발기(11)로 냉각된 공기를 송풍하는 팬(14)과, 팬(14)에 의해 송풍된 공기를 냉장실(41)에 통과시키는 댐퍼(47)와, 팬(14)에 의해 송풍된 공기를 냉동실(42)에 통과시키는 댐퍼(48)를 구비한다. 또한, 냉장고(10)는, 냉장실(41)에의 식품의 수납 등을 위하여 개폐되는 냉장실 도어(44)와, 냉동실(42)에의 식품의 수납 등을 위하여 개폐되는 냉동실 도어(45)와, 냉장실(41)과 냉동실(42)을 구획하는 중간 격벽(51)과, 냉장실(41)로부터 냉동실(42)에 걸친 후방부에 공통으로 설치된 후방벽(54)을 구비한다.

도 8은, 냉장고(10)에 내장된 냉동 사이클 장치의 일례인 냉동 사이클(100)의 구성을 도시한 도면이다. 도시한 바와 같이, 이 냉동 사이클(100)은, 냉매를 순환시키는 압축기(60)와, 압축기(60)에 의해 순환된 냉매를 응축하는 응축기(70)를 구비한다. 또한, 응축기(70)에는, 응축기(70)에 의해 응축된 냉매를 증발시켜서 냉장실(41) 및 냉동실(42) 중 적어도 한쪽을 냉각하는 증발기(11)가 접속된다.

또한, 증발기(11)의 입구측에는, 증발기(11)에 유입되는 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브(81) 및 모세관(17)이 접속된다.

또한, 냉동 사이클(100)은, 도 1내지 도 6을 참조하여 설명한 제어 장치(1)를 구비하고 있다. 이 경우, 제어 장치(1)는, 일정한 주기로, 고내 온도 및 외기 온도의 현재값 등에 기초하여, 제약조건을 만족하고, 소비 전력이 최소로 되는 압축기(60)의 회전수, 팽창 밸브(81)의 개방도, 팬(14)의 회전수 중 적어도 하나의 부품 지시값을 결정하고, 이 지시값을 사용하여, 그 부품을 구동한다.

도 9는, 냉동 사이클(100)을 사용하여 냉장실(41) 및 냉동실(42)을 교대로 냉각했을 경우의 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 그래프중, 종축은 온도를 나타내고, "R"은 냉장실(41)의 온도 변화를 나타내고, "F"는 냉동실(42)의 온도 변화를 나타낸다. 이 경우, 제어 장치(1)는, 냉장실(41) 및 냉동실(42) 중, 온도가 상승하는 쪽에, 냉각하고 있는 쪽의 타이밍을 맞추도록, 냉각 능력을 조정한다. 구체적으로는, 시각(t11) 이후, 냉동실(42)의 온도가 상승하고 있으므로, 제어 장치(1)는, 냉동실(42)의 온도가 상한 온도(ON점)에 도달하는 시각을 예측한다. 여기서, 그 예측된 시각을 시각(t12)로 하면, 제어 장치(1)는, 냉장실(41)의 온도가 시각(t12)까지 하한 온도(OFF점)에 도달하는 것을 제약조건으로 하여, 압축기(60)의 회전수를 조정한다. 또한, 시각(t12) 이후, 냉장실(41)의 온도가 상승하고 있으므로, 제어 장치(1)는, 냉장실(41)의 온도가 상한 온도(ON점)에 도달하는 시각을 예측한다. 여기서, 그 예측된 시각을 시각(t14)로 하면, 제어 장치(1)는, 냉동실(42)의 온도가 시각(t14)까지 하한 온도(OFF점)에 도달하는 것을 제약조건으로 하여, 압축기(60)의 회전수를 조정한다. 단, 여기에서는, 냉동실(42)의 온도가, 목표로 한 시각(t14)보다도 빠른 시각(t13)에 OFF점에 도달한 것으로 하고, 시각(t13) 내지 시각(t14)은, 압축기(60)의 운전을 정지하고 있다. 또한, 냉장실(41) 및 냉동실(42)의 부하 밸런스가 크게 다른 경우에는, 냉장실(41) 및 냉동실(42) 중, 온도가 상승하는 쪽이 상한 온도(ON점)에 도달하는 시각까지, 냉각하는 쪽의 정수회의 냉각 사이클을 실시하여 타이밍을 맞추도록 해도 좋다. 또한, 도 9의 예는, 냉동 사이클이 제1 저장실 및 제2 저장실을 교대로 냉각 가능한 경우에, 제약조건으로서, 제1 저장실 및 제2 저장실의 한쪽의 온도가 상승하여 미리 정해진 온도에 도달할 때까지, 제1 저장실 및 제2 저장실의 다른 쪽의 온도가 하강하여 미리 정해진 온도에 도달하는 조건을 사용한 것으로 파악할 수 있다. 이와 같이 냉장실(41) 및 냉동실(42)을 냉각함으로써, 냉장고(10)는, 증발 온도를 최적화하고, 그 결과, 냉장실(41)을 고습화함과 함께, 에너지 절약을 실현할 수 있다.

도 10은, 냉동 사이클(100)을 사용하여 냉장실(41) 및 냉동실(42)을 동시에 냉각했을 경우의 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 그래프중, 종축은 온도를 나타내고, "R"은 냉장실(41)의 온도 변화를 나타내고,"F"는 냉동실(42)의 온도 변화를 나타낸다. 이 경우, 제어 장치(1)는, 냉장실(41) 및 냉동실(42)의 냉각을 동시에 개시하고, 동시에 온도 상승이 종료되도록, 냉각 능력을 조정한다. 구체적으로는, 제어 장치(1)는, 시각(t16)에서 냉장실(41) 및 냉동실(42)의 동시 냉각을 개시하고, 시각(t17)에서 냉장실(41)의 온도가 하한 온도(OFF점)에 도달했다고 하면, 거기서부터는 냉동실(42)만의 냉각을 행한다. 그 때, 제어 장치(1)는, 냉장실(41)의 온도가 상한 온도(ON점)에 도달하는 시각을 예측한다. 여기서, 그 예측된 시각을 시각(t19)로 하면, 제어 장치(1)는, 냉동실(42)의 온도가 시각(t19)까지 상한 온도(ON점)에 도달하는 것을 제약조건으로 하여, 압축기(60)의 회전수를 조정한다. 즉, 시각(t18)에서 냉동실(42)의 온도가 하한 온도(OFF점)에 도달하면, 그 후, 온도가 상승하여 시각(t19)에서 ON점에 도달하는 것을 예측하고, 압축기(60)의 회전수를 조정한다. 또한, 냉장실(41) 및 냉동실(42)의 부하 밸런스가 크게 다른 경우에는, 냉장실(41) 및 냉동실(42) 중, 한쪽이 하한 온도(OFF점)에 도달하는 시각까지, 다른 쪽의 정수회의 냉각 사이클을 실시하여 타이밍을 맞추도록 해도 좋다. 또한, 도 10의 예는, 냉동 사이클이 제1 저장실 및 제2 저장실을 동시에 냉각 가능한 경우에, 제약조건으로서, 제1 저장실 및 제2 저장실의 한쪽의 온도가 상승하여 미리 정해진 온도에 도달할 때까지, 제1 저장실 및 제2 저장실의 다른 쪽의 온도도 상승하여 미리 정해진 온도에 도달하는 조건을 사용한 것으로 파악할 수 있다. 이와 같이 냉장실(41) 및 냉동실(42)을 냉각함으로써, 냉장고(10)는, 압축기(60)의 회전수 등을 조금 낮게 설정하는 것에 의한 에너지 절약을 실현할 수 있다.

도 11은, 본 실시 형태가 적용되는 냉장고(20)의 전체 구성의 일례를 나타낸 도면이다. 도시한 바와 같이, 냉장고(20)는, 고내의 상부에 형성된 저장실 및 제1 저장실의 일례로서의 냉장실(41)과, 고내의 하부에 형성된 저장실 및 제2 저장실의 일례로서의 냉동실(42)을 포함한다. 그리고, 냉장고(20)는, 냉매를 압축하여 순환시키는 압축기(60)를 구비하고, 냉장실(41)에는, 압축기(60)에 의해 순환된 냉매를 증발시켜서 냉장실(41)을 냉각하는 냉장용 증발기(21)와, 냉장용 증발기(21)로 냉각된 공기를 냉장실(41)에 송풍하는 냉장용 팬(24)을 구비하고, 냉동실(42)에는, 압축기(60)에 의해 순환된 냉매를 증발시켜서 냉동실(42)을 냉각하는 냉동용 증발기(22)와, 냉동용 증발기(22)로 냉각된 공기를 냉동실(42)에 송풍하는 냉동용 팬(25)을 구비한다. 또한, 냉장고(20)는, 냉장실(41)에의 식품의 수납 등을 위하여 개폐되는 냉장실 도어(44)와, 냉동실(42)에의 식품의 수납 등을 위하여 개폐되는 냉동실 도어(45)와, 냉장실(41)과 냉동실(42)을 구획하는 중간 격벽(51)과, 냉장실(41)로부터 냉동실(42)에 걸친 후방부에 공통으로 설치된 후방벽(54)을 구비한다.

도 12는, 냉장고(20)에 내장된 냉동 사이클 장치의 일례인 냉동 사이클(201)의 구성을 도시한 도면이다. 도시한 바와 같이, 이 냉동 사이클(201)은, 냉매를 순환시키는 압축기(60)와, 압축기(60)에 의해 순환된 냉매를 응축하는 응축기(70)를 구비한다. 또한, 응축기(70)에는, 응축기(70)에 의해 응축된 냉매를 증발시켜서 냉장실(41)을 냉각하는 냉장용 증발기(21)와, 응축기(70)에 의해 응축된 냉매를 증발시켜서 냉동실(42)을 냉각하는 냉동용 증발기(22)가 병렬로 접속된다. 즉, 응축기(70)에 의해 응축된 냉매를 보내는 증발기를 냉장용 증발기(21)와 냉동용 증발기(22) 사이에서 전환하기 위한 팽창 밸브(82)가 설치되어 있다. 그리고, 냉장용 증발기(21)의 출구측 및 냉동용 증발기(22)의 출구측은 모두 압축기(60)에 접속되어 있다.

또한, 냉장용 증발기(21)의 입구측에는, 냉장용 증발기(21)에 유입되는 냉매를 팽창시키는 냉장용 모세관(27)이 접속되고, 냉동용 증발기(22)의 입구측에는, 냉동용 증발기(22)에 유입되는 냉매를 팽창시키는 냉동용 모세관(28)이 접속된다.

또한, 냉동용 증발기(22)와 압축기(60) 사이에는, 냉동 사이클(201)의 고압측으로부터 냉동용 증발기(22)로 냉매가 역류하지 않도록, 압축기(60)측을 순방향으로 하는 체크 밸브(90)가 설치되어 있다.

또한, 냉동 사이클(201)은, 도 1내지 도 6을 참조하여 설명한 제어 장치(1)를 구비하고 있다. 이 경우, 제어 장치(1)는, 일정한 주기로, 고내 온도 및 외기 온도의 현재값 등에 기초하여, 제약조건을 만족하고, 소비 전력이 최소로 되는 압축기(60)의 회전수, 팽창 밸브(82)의 개방도, 팬(14)의 회전수 중 적어도 하나의 부품 지시값을 결정하고, 이 지시값을 사용하여, 그 부품을 구동한다.

또한, 상기에서는, 응축기(70)에 의해 응축된 냉매를 보내는 증발기를 전환하기 위하여 팽창 밸브(82)를 설치했으나, 이 대신에, 전환 밸브를 설치해도 좋다.

도13은, 냉동 사이클(201)을 사용하여 냉장실(41) 및 냉동실(42)을 냉각했을 경우의 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 그래프중, 종축은 온도를 나타내고, "R"은 냉장실(41)의 온도 변화를 나타내고, "F"는 냉동실(42)의 온도 변화를 나타낸다. 이 경우, 제어 장치(1)는, 냉장실(41) 및 냉동실(42) 중, 온도가 상승하는 쪽에, 냉각하고 있는 쪽의 타이밍을 맞추도록, 냉각 능력을 조정한다. 구체적으로는, 시각(t21) 이후, 냉동실(42)의 온도가 상승하고 있으므로, 제어 장치(1)는, 냉동실(42)의 온도가 상한 온도(ON점)에 도달하는 시각을 예측한다. 여기서, 그 예측된 시각을 시각(t22)로 하면, 제어 장치(1)는, 냉장실(41)의 온도가 시각(t22)까지 하한 온도(OFF점)에 도달하는 것을 제약조건으로 하여, 압축기(60)의 회전수를 조정한다. 또한, 시각(t22) 이후, 냉장실(41)의 온도가 상승하고 있으므로, 제어 장치(1)는, 냉장실(41)의 온도가 상한 온도(ON점)에 도달하는 시각을 예측한다. 여기서, 그 예측된 시각을 시각(t25)로 하면, 제어 장치(1)는, 냉동실(42)의 온도가 시각(t25)까지 하한 온도(OFF점)에 도달하는 것을 제약조건으로 하여, 압축기(60)의 회전수를 조정한다. 단, 여기에서는, 냉동실(42)의 온도가, 목표로 한 시각(t25)보다도 빠른 시각(t24)에 OFF점에 도달한 것으로 하고, 시각(t24) 내지 시각(t25)은, 압축기(60)의 운전을 정지하고 있다. 또한, 냉장고(20)는, 시각(t23) 내지 시각(t24)은, 냉매를 보내는 증발기가 냉동용 증발기(22)로부터 냉장용 증발기(21)로 전환되는 것에 의한 냉매 회수 운전을 행하고 있다. 또한, 냉장실(41) 및 냉동실(42)의 부하 밸런스가 크게 다른 경우에는, 냉장실(41) 및 냉동실(42) 중, 온도가 상승하는 쪽이 상한 온도(ON점)에 도달하는 시각까지, 냉각하는 쪽의 정수회의 냉각 사이클을 실시하여 타이밍을 맞추도록 해도 좋다. 또한, 도 13의 예는, 냉동 사이클이 제1 저장실 및 제2 저장실을 교대로 냉각 가능한 경우에, 제약조건으로서, 제1 저장실 및 제2 저장실의 한쪽의 온도가 상승하여 미리 정해진 온도에 도달할 때까지, 제1 저장실 및 제2 저장실의 다른 쪽의 온도가 하강하여 미리 정해진 온도에 도달하는 조건을 사용한 것으로 파악할 수 있다. 이와 같이 냉장실(41) 및 냉동실(42)을 냉각함으로써, 냉매 회수 운전 및 따뜻해진 증발기를 냉각하는 것이 필요한 분만큼, 에너지의 손실을 크게 하는 증발기의 전환을 최소화하는 것에 의한 에너지 절약을 실현할 수 있다.

도 14는, 냉장고(20)에 내장된 냉동 사이클 장치의 다른 예인 냉동 사이클(202)의 구성을 도시한 도면이다. 도시한 바와 같이, 이 냉동 사이클(202)도, 냉매를 순환시키는 압축기(60)와, 압축기(60)에 의해 순환된 냉매를 응축하는 응축기(70)를 구비한다. 또한, 응축기(70)에는, 응축기(70)에 의해 응축된 냉매를 증발시켜서 냉장실(41)을 냉각하는 냉장용 증발기(21)와, 응축기(70)에 의해 응축된 냉매를 증발시켜서 냉동실(42)을 냉각하는 냉동용 증발기(22)가 직렬로 접속된다. 즉, 응축기(70)에 의해 응축된 냉매를 보내는 증발기를 냉장용 증발기(21) 및 냉동용 증발기(22)의 양쪽과 냉동용 증발기(22)만의 사이에서 전환하기 위한 팽창 밸브(82)가 설치되어 있다. 그리고, 냉장용 증발기(21)의 출구측은 냉동용 증발기(22)의 입구측에 접속되고, 냉동용 증발기(22)의 출구측은 압축기(60)에 접속되어 있다.

또한, 냉장용 증발기(21)의 입구측에는, 냉장용 증발기(21)에 유입되는 냉매를 팽창시키는 냉장용 모세관(27)이 접속되고, 냉동용 증발기(22)의 입구측에는, 냉동용 증발기(22)에 유입되는 냉매를 팽창시키는 냉동용 모세관(28)이 접속된다.

또한, 냉동 사이클(201)은, 도 1내지 도 6을 참조하여 설명한 제어 장치(1)를 구비하고 있다. 이 경우, 제어 장치(1)는, 일정한 주기로, 고내 온도 및 외기 온도의 현재값 등에 기초하여, 제약조건을 만족하고, 소비 전력이 최소로 되는 압축기(60)의 회전수, 팽창 밸브(82)의 개방도, 팬(14)의 회전수 중 적어도 하나의 부품 지시값을 결정하고, 이 지시값을 사용하여, 그 부품을 구동한다.

또한, 상기에서는, 응축기(70)에 의해 응축된 냉매를 보내는 증발기를 전환하기 위하여 팽창 밸브(82)를 설치했으나, 이 대신에, 전환 밸브를 설치해도 좋다.

도 15는, 냉동 사이클(202)을 사용하여 냉장실(41) 및 냉동실(42)을 냉각했을 경우의 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 그래프중, 종축은 온도를 나타내고, "R"은 냉장실(41)의 온도 변화를 나타내고, "F"는 냉동실(42)의 온도 변화를 나타낸다. 이 경우, 제어 장치(1)는, 냉장실(41) 및 냉동실(42)의 냉각을 동시에 개시하고, 동시에 온도 상승이 종료되도록, 냉각 능력을 조정한다. 구체적으로는, 제어 장치(1)는, 시각(t26)에서 냉장실(41) 및 냉동실(42)의 동시 냉각을 개시하고, 시각(t27)에서 냉장실(41)의 온도가 하한 온도(OFF점)에 도달했다고 하면, 거기서부터는 냉동실(42)만의 냉각을 행한다. 그 때, 제어 장치(1)는, 냉장실(41)의 온도가 상한 온도(ON점)에 도달하는 시각을 예측한다. 여기서, 그 예측된 시각을 시각(t29)로 하면, 제어 장치(1)는, 냉동실(42)의 온도가 시각(t29)까지 상한 온도(ON점)에 도달하는 것을 제약조건으로 하여, 압축기(60)의 회전수를 조정한다. 즉, 시각(t28)에서 냉동실(42)의 온도가 하한 온도(OFF점)에 도달하면, 그 후, 온도가 상승하여 시각(t29)에서 ON점에 도달하는 것을 예측하고, 압축기(60)의 회전수를 조정한다. 또한, 냉장실(41) 및 냉동실(42)의 부하 밸런스가 크게 다른 경우에는, 냉장실(41) 및 냉동실(42) 중, 한쪽이 하한 온도(OFF점)에 도달하는 시각까지, 다른 쪽의 정수회의 냉각 사이클을 실시하여 타이밍을 맞추도록 해도 좋다. 또한, 도 15의 예는, 냉동 사이클이 제1 저장실 및 제2 저장실을 동시에 냉각 가능한 경우에, 제약조건으로서, 제1 저장실 및 제2 저장실의 한쪽의 온도가 상승하여 미리 정해진 온도에 도달할 때까지, 제1 저장실 및 제2 저장실의 다른 쪽의 온도도 상승하여 미리 정해진 온도에 도달하는 조건을 사용한 것으로 파악할 수 있다.

도 16은, 본 실시 형태가 적용되는 냉장고(30)의 전체 구성의 일례를 나타낸 도면이다. 도시한 바와 같이, 냉장고(30)는, 고내의 상부에 형성된 저장실 및 제1 저장실의 일례로서의 냉장실(41)과, 고내의 하부에 형성된 저장실 및 제2 저장실의 일례로서의 냉동실(42)과, 고내의 중앙부에 형성된 저장실 및 제2 저장실의 일례로서의 변온실(43)을 포함한다. 그리고, 냉장고(30)는, 냉매를 압축하여 순환시키는 압축기(60)를 구비하고, 냉장실(41)에는, 압축기(60)에 의해 순환된 냉매를 증발시켜서 냉장실(41)을 냉각하는 냉장용 증발기(31)와, 냉장용 증발기(31)로 냉각된 공기를 냉장실(41)에 송풍하는 냉장용 팬(34)을 구비하고, 냉동실(42)에는, 압축기(60)에 의해 순환된 냉매를 증발시켜서 냉동실(42)을 냉각하는 냉동용 증발기(32)와, 냉동용 증발기(32)로 냉각된 공기를 냉동실(42)에 송풍하는 냉동용 팬(35)을 구비하고, 변온실(43)에는, 압축기(60)에 의해 순환된 냉매를 증발시켜서 변온실(43)을 냉각하는 변온실용 증발기(33)와, 변온실용 증발기(33)로 냉각된 공기를 변온실(43)에 송풍하는 변온실용 팬(36)을 구비한다. 또한, 냉장고(30)는, 냉장실(41)에의 식품의 수납 등을 위하여 개폐되는 냉장실 도어(44)와, 냉동실(42)에의 식품의 수납 등을 위하여 개폐되는 냉동실 도어(45)와, 변온실(43)에의 식품의 수납 등을 위하여 개폐되는 변온실 도어(46)와, 냉장실(41)과 변온실(43)을 구획하는 중간 격벽(52)과, 변온실(43)과 냉동실(42)을 구획하는 중간 격벽(53)과, 냉장실(41)로부터 냉동실(42)에 걸친 후방부에 공통으로 설치된 후방벽(54)을 구비한다.

도 17은, 냉장고(30)에 내장된 냉동 사이클 장치의 일례인 냉동 사이클(300)의 구성을 도시한 도면이다. 도시한 바와 같이, 이 냉동 사이클(300)은, 냉매를 순환시키는 압축기(60)와, 압축기(60)에 의해 순환된 냉매를 응축하는 응축기(70)를 구비한다. 또한, 응축기(70)에는, 응축기(70)에 의해 응축된 냉매를 증발시켜서 냉장실(41)을 냉각하는 냉장용 증발기(31)와, 응축기(70)에 의해 응축된 냉매를 증발시켜서 냉동실(42)을 냉각하는 냉동용 증발기(32)와, 응축기(70)에 의해 응축된 냉매를 증발시켜서 변온실(43)을 냉각하는 제3 냉각기의 일례로서의 변온실용 증발기(33)가 병렬로 접속된다. 즉, 응축기(70)에 의해 응축된 냉매를 보내는 증발기를 냉장용 증발기(31)와 냉동용 증발기(32)와 변온실용 증발기(33) 사이에서 전환하기 위한 팽창 밸브(83)가 설치되어 있다. 그리고, 냉장용 증발기(31)의 출구측 및 냉동용 증발기(32)의 출구측은 모두 압축기(60)에 접속되고, 변온실용 증발기(33)의 출구측은 냉동용 증발기(32)의 입구측에 접속되어 있다.

또한, 냉장용 증발기(31)의 입구측에는, 냉장용 증발기(31)에 유입되는 냉매를 팽창시키는 냉장용 모세관(37)이 접속되고, 냉동용 증발기(32)의 입구측에는, 냉동용 증발기(32)에 유입되는 냉매를 팽창시키는 냉동용 모세관(38)이 접속되고, 변온실용 증발기(33)의 입구측에는, 변온실용 증발기(33)에 유입되는 냉매를 팽창시키는 변온실용 모세관(39)이 접속된다.

또한, 냉동용 증발기(32)와 압축기(60) 사이에는, 냉동 사이클(300)의 고압측으로부터 냉동용 증발기(32)로 냉매가 역류하지 않도록, 압축기(60)측을 순방향으로 하는 체크 밸브(90)가 설치되어 있다.

또한, 냉동 사이클(300)은, 도 1내지 도 6을 참조하여 설명한 제어 장치(1)를 구비하고 있다. 이 경우, 제어 장치(1)는, 일정한 주기로, 고내 온도 및 외기 온도의 현재값 등에 기초하여, 제약조건을 만족하고, 소비 전력이 최소로 되는 압축기(60)의 회전수, 팽창 밸브(83)의 개방도, 팬(14)의 회전수 중 적어도 하나의 부품 지시값을 결정하고, 이 지시값을 사용하여, 그 부품을 구동한다.

또한, 상기에서는, 응축기(70)에 의해 응축된 냉매를 보내는 증발기를 전환하기 위하여 팽창 밸브(83)를 설치했으나, 이 대신에, 전환 밸브를 설치해도 좋다.

도 18은, 냉동 사이클(300)을 사용하여 냉장실(41)과, 냉동실(42) 및 변온실(43)(이하," 냉동/변온실"이라 한다)을 냉각했을 경우의 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 그래프중, 종축은 온도를 나타내고,"R"은 냉장실(41)의 온도 변화를 나타내고, "F"는 냉동실(42)의 온도 변화를 나타내고, "CV"는 변온실(43)의 온도 변화를 나타낸다. 이 경우, 제어 장치(1)는, 냉장실(41) 및 냉동/변온실 중, 온도가 상승하는 쪽에, 냉각하고 있는 쪽의 타이밍을 맞추도록, 냉각 능력을 조정한다. 구체적으로는, 시각(t31) 이후, 냉동/변온실의 온도가 상승하고 있으므로, 제어 장치(1)는, 냉동/변온실의 온도가 상한 온도(ON점)에 도달하는 시각을 예측한다. 여기서, 그 예측된 시각을 시각(t32)로 하면, 제어 장치(1)는, 냉장실(41)의 온도가 시각(t32)까지 하한 온도(OFF점)에 도달하는 것을 제약조건으로 하여, 압축기(60)의 회전수를 조정한다. 또한, 시각(t32) 이후, 냉장실(41)의 온도가 상승하고 있으므로, 제어 장치(1)는, 냉장실(41)의 온도가 상한 온도(ON점)에 도달하는 시각을 예측한다. 여기서, 그 예측된 시각을 시각(t34)로 하면, 제어 장치(1)는, 냉동/변온실의 온도가 시각(t34)까지 하한 온도(OFF점)에 도달하는 것을 제약조건으로 하여, 압축기(60)의 회전수를 조정한다. 단, 여기에서는, 냉동/변온실의 온도가, 목표로 한 시각(t34)보다도 빠른 시각(t33)에 OFF점에 도달한 것으로 하고, 시각(t33) 내지 시각(t34)은, 압축기(60)의 운전을 정지하고 있다. 또한, 냉장실(41) 및 냉동/변온실의 부하 밸런스가 크게 다른 경우에는, 냉장실(41) 및 냉동/변온실 중, 온도가 상승하는 쪽이 상한 온도(ON점)에 도달하는 시각까지, 냉각하는 쪽의 정수회의 냉각 사이클을 실시하여 타이밍을 맞추도록 해도 좋다. 또한, 도 18의 예는, 냉동 사이클이 제1 저장실 및 제2 저장실을 교대로 냉각 가능한 경우에, 제약조건으로서, 제1 저장실 및 제2 저장실의 한쪽의 온도가 상승하여 미리 정해진 온도에 도달할 때까지, 제1 저장실 및 제2 저장실의 다른 쪽의 온도가 하강하여 미리 정해진 온도에 도달하는 조건을 사용한 것으로 파악할 수 있다.

그런데, 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 온도 예측기(5)는, 취득부(2)로부터 입력된 고내 온도 및 외기 온도의 현재값, 압축기의 전체 회전수 등으로부터, 예측 모델을 사용하여 주기적으로, 압축기의 회전수마다의 온도 변화를 예측하고, 이것을 제어기(7)에 입력한다. 이하, 온도 예측기(5)에 있어서의 온도 변화의 예측 상세에 대하여 설명한다.

여기에서는, 예측 모델로서 전달 함수 모델을 사용하는 것으로 하여 설명한다. 즉, 압축기(60)의 회전수(이하, 간단히 " 압축기의 회전수"라 한다) 또는 외기 온도를 입력(U(s))으로 하고, 냉장실(41)의 고내 온도(이하, 간단히 " 냉장실 내의 온도"라 한다) 또는 냉동실(42)의 고내 온도(이하, 간단히 " 냉동실 내의 온도"라 한다)를 출력(Y(s))으로 하고, 예측 모델을 전달 함수(G(s))로 하면, 출력(Y(s))은, 수학식 1로 나타내는 바와 같이, 입력(U(s))으로부터 전달 함수(G(s))를 사용하여 도출된다.

또한, 여기서는, 예측 모델을 4개의 모델(모델#1 내지 모델#4로 한다)로 나눈다.

도 19는, 냉장고에의 제2 적용예에 있어서의 냉장실(41) 및 냉동실(42)의 온도 변화를 나타낸 그래프에 대하여, 어느 구간에서 어느 모델을 사용하여 온도 변화를 예측할 것인지를 나타낸 것이다. 그래프중, "R"은 냉장실(41)의 온도 변화를 나타내고, "F"는 냉동실(42)의 온도 변화를 나타낸다. 또한, 제약조건의 결정 및 제약조건에 기초하는 온도의 제어에 대하여는, 도 13을 참조하여 이미 설명했으므로, 여기에서의 설명은 생략한다.

도시한 바와 같이, 시각(t21) 내지 시각(t22)의 구간에서 냉장실(41)의 온도 변화를 예측하기 위해서는, 모델#1이 사용된다. 이 구간은, 압축기(60)의 동작에 의해 냉장실(41)이 냉각되는 구간이다. 따라서, 이 구간에서는, 전달 함수(G(s))를 모델#1로 하고, 입력(U(s))을 압축기의 회전수로 하고, 출력(Y(s))을 냉장실 내의 온도로 한다.

시각(t22) 내지 시각(t25)의 구간에서 냉장실(41)의 온도 변화를 예측하기 위해서는, 모델#2이 사용된다. 이 구간은, 냉장실(41)이 냉각되지 않는 구간이다. 따라서, 이 구간에서는, 전달 함수(G(s))를 모델#2로 하고, 입력(U(s))을 외기 온도로 하고, 출력(Y(s))을 냉장실 내의 온도로 한다.

시각(t20) 내지 시각(t22)의 구간에서 냉동실(42)의 온도 변화를 예측하기 위해서는, 모델#3이 사용된다. 이 구간은, 냉동실(42)이 냉각되지 않는 구간이다. 따라서, 이 구간에서는, 전달 함수(G(s))를 모델#3로 하고, 입력(U(s))을 외기 온도로 하고, 출력(Y(s))을 냉동실 내의 온도로 한다.

시각(t22) 내지 시각(t24)의 구간에서 냉동실(42)의 온도 변화를 예측하기 위해서는, 모델#4이 사용된다. 이 구간은, 압축기(60)의 동작에 의해 냉동실(42)이 냉각되는 구간이다. 따라서, 이 구간에서는, 전달 함수(G(s))를 모델#4로 하고, 입력(U(s))을 압축기의 회전수로 하고, 출력(Y(s))을 냉동실 내의 온도로 한다.

일반적으로는, 전달 함수는, 고내에서 고외로의 열전도, 냉장실(41)과 냉동실(42) 사이의 열전도, 각 고내와 기계실 사이의 열전도, 증발기와 고내의 열전도 등의 복수의 열전도의 중첩으로서 표현된다. 또한, 거기에 냉매가 배관을 통하여 증발기에서 증발할 때까지의 낭비시간, 증발기로부터의 냉기가 팬에 의해 송풍되어 고내를 냉각할 때까지의 낭비시간 등이 더해진다. 단, 여기에서는, 전달 함수(G(s))를 1차 지연 플러스 낭비시간의 전달 함수로 하고, 각 모델은 이 전달 함수로 근사하는 것으로 한다. 예를 들어, 전달 함수(G(s))로서는, 수학식 2로 나타내는 것을 사용한다.

이어서, 전달 함수(G(s))를 사용한 온도 예측에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

도 20은, 도 19의 시각(t21) 내지 시각(t22)의 구간에 있어서의 냉장실(41)의 온도 변화의 예측에 대하여 구체적으로 나타낸 그래프이다. 이 구간에서는, 상술한 바와 같이, 모델#1이 사용된다.

도시한 바와 같이, 먼저, 시각(t21)에서, 취득부(2)로부터의 냉장실 내의 온도를 확인한다. 이 경우, 냉장실 내의 온도가 5℃였던 것으로 한다. 그러면, 온도 예측기(5)는, 이 냉장실 내의 온도에 기초하여, 온도 변화의 예측 곡선(C0)을 구한다. 또한, 온도 변화의 예측 곡선은, 실제로는, 복수의 압축기의 회전수의 각각에 대하여 구해지지만, 여기에서는, 그래프의 번잡함을 피하기 위하여, 시각(t22)에서 제약조건을 만족하는 온도에 도달하기 위한 압축기의 회전수 중 소비 전력이 가장 적은 압축기의 회전수에 대하여 구해진 것만을 나타내고 있다.

그 후, 예측 곡선(C0)과 같이 냉장실 내의 온도가 추이되면 문제는 없으나, 열부하의 증가 등이 발생하면, 냉장실 내의 온도는 반드시 이 예측 곡선과 같이 추이되지는 않는다. 따라서, 짧은 주기가 경과한 후의 시각(t211)에서, 다시, 취득부(2)로부터의 냉장실 내의 온도를 확인한다. 이 경우, 냉장실 내의 온도가3.5℃였던 것으로 한다. 그러면, 온도 예측기(5)는, 이 냉장실 내의 온도에 기초하여, 온도 변화의 예측 곡선(C1)을 구한다. 또한, 온도 변화의 예측 곡선은, 실제로는, 복수의 압축기의 회전수의 각각에 대하여 구해지지만, 여기에서도, 그래프의 번잡함을 피하기 위하여, 시각(t22)에서 제약조건을 만족하는 온도에 도달하기 위한 압축기의 회전수 중 소비 전력이 가장 적은 압축기의 회전수에 대하여 구해진 것만을 나타내고 있다.

그 후, 마찬가지로, 짧은 주기가 경과한 후의 시각(t212)에서, 다시, 취득부(2)로부터의 냉장실 내의 온도를 확인한다. 이 경우, 냉장실 내의 온도가 2.5℃였던 것으로 한다. 그러면, 온도 예측기(5)는, 이 냉장실 내의 온도에 기초하여, 온도 변화의 예측 곡선(C2)을 구한다. 또한, 온도 변화의 예측 곡선은, 실제로는, 복수의 압축기의 회전수의 각각에 대하여 구해지지만, 여기에서도, 그래프의 번잡함을 피하기 위하여, 시각(t22)에서 제약조건을 만족하는 온도에 도달하기 위한 압축기의 회전수 중 소비 전력이 가장 적은 압축기의 회전수에 대하여 구해진 것만을 나타내고 있다.

이와 같이, 온도 예측기(5)는, 짧은 주기마다, 온도 변화의 예측을 반복한다. 그리고, 제어기(7)는, 시각(t22)에서 제약조건을 만족하는 온도에 도달하고 또한 소비 전력이 최소가 되도록, 압축기의 회전수를 제어한다. 이 경우, 냉장실 내의 온도는, 시각(t21)로부터 시각(t22)까지, 도 20에 도시한 바와 같이 주기마다 다른 기울기를 갖는 꺾은선 형상으로 추이되어 나가는 것이 생각된다. 즉, 냉장실 내의 온도를, 도 19에서는, 도면 작성의 사정상, 직선 형상으로 추이하는 것으로 했으나, 반드시 직선 형상으로 추이되는 것은 아니며, 도 20과 같이, 꺾은선 형상에 추이하는 것으로 해도 좋다.

여기서, 예를 들어 시각(t212)에서 온도 변화를 예측할 때에는, 시각(t212)에서 취득부(2)로부터 취득한 냉장실 내의 온도(2.5℃) 외에, 시각(t21)에서 취득부(2)로부터 취득한 냉장실 내의 온도(5℃) 및 시각(t211)에서 취득부(2)로부터 취득한 냉장실 내의 온도(3.5℃)에 기초하여 온도 변화를 예측했을 때의 예측 모델의 상태를 사용한다. 이것을 일반화하면, 현재의 실제 온도와, 과거의 실제 온도에서의 온도 변화를 과거의 실제 온도에 기초하여 예측했을 때의 예측 모델의 상태에 기초하여, 현재의 실제 온도에서의 온도 변화를 예측할 수 있다.

이 경우의 예측 모델의 상태에 대하여 설명하기 위하여, 전달 함수(G(s))에 대응하는 상태 방정식 및 출력 방정식을 나타낸다.

상태 방정식은, 입력(u(t))과 상태 벡터(x(t))의 관계를 나타내는 것이며, 수학식 3으로 나타난다.

출력 방정식은, 상태 벡터(x(t))와 출력(y(t))의 관계를 나타내는 것이며, 수학식 4로 나타난다.

이러한 상태 방정식 및 출력 방정식에 있어서, 상태 벡터(x(t))가, 과거의 실제 온도에서의 온도 변화를 과거의 실제 온도에 기초하여 예측했을 때의 예측 모델의 상태에 상당한다. 예를 들어, 상태 벡터(x(t))의 초기값(x(0))에, 과거의 실제 온도에 기초하여 예측한 결과인 과거의 실제 온도에서의 온도 변화의 정보가 반영된다.

계속하여, 전달 함수(G(s))에 있어서의 파라미터의 결정 방법에 대하여 설명한다.

모델#2, #3을 사용하는 경우, 전달 함수(G(s))의 파라미터 K, T, L은, 각각, 외기 온도(x)의 함수 FK(x), FT(x), FL(x)에 의해 얻어지는 것으로 한다. 이 경우, 함수 FK(x), FT(x), FL(x)을 대표적으로 함수 F(x)로 표시하면, 함수 F(x)는 일반적인 2차 곡선의 식으로 된다. 예를 들어, 함수 F(x)로서는, 수학식 5로 나타내는 것을 사용하면 좋다.

여기서, 계수 a 내지 c는, 외기 온도(x)를 부여했을 때의 함수 FK(x), FT(x), FL(x)의 값, 즉, 파라미터 K, T, L이 설정된 상태 방정식으로부터 얻어지는 온도 변화와, 실제로 관측되는 온도 변화를 비교하고, 최소 제곱법 등에 의해 결정하면 좋다.

모델#1, #4을 사용하는 경우, 전달 함수(G(s))의 파라미터 K, T, L은, 각각, 외기 온도(x) 및 압축기의 회전수(y)의 함수 FK(x, y), FT(x, y), FL(x, y)에 의해 얻어지는 것으로 한다. 이 경우, 함수 FK(x, y), FT(x, y), FL(x, y)을 대표적으로 함수 F(x, y)로 표시하면, 함수 F(x, y)는 일반적인 2차곡면의 식으로 된다. 예를 들어, 함수 F(x, y)은, 수학식 6으로 나타낼 수 있다.

여기서, 계수 a 내지 f는, 외기 온도(x) 및 압축기의 회전수(y)를 부여했을 때의 함수 FK(x, y), FT(x, y), FL(x, y)의 값, 즉, 파라미터 K, T, L이 설정된 상태 방정식으로부터 얻어지는 온도 변화와, 실제로 관측되는 온도 변화를 비교하고, 최소 제곱법 등에 의해 결정하면 좋다.

또한, 상기의 함수 F(x) 및 함수 F(x, y)의 식은 어디까지나 일례이며, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 실제로 관측되는 온도 변화와의 근사도를 보다 높게 하는 곡선이나 곡면의 식이 있으면, 그러한 곡선이나 곡면의 식을 사용해도 좋다. 또한, 부분마다 다른 식을 사용해도 좋고, 곡선이나 곡면의 식이 아니라 관측된 점 사이를 단순히 보간하는 직선이나 평면의 식을 사용해도 좋다.

도 21은, 함수 F(x, y)의 2차곡면의 일례를 나타낸 도면이다. 또한, 여기서는, 함수 FK(x, y), FT(x, y), FL(x, y)을 대표하는 함수 F(x, y)의 2차곡면으로서, 하나의 형상의 2차곡면을 나타내고 있지만, 실제로는, 함수 FK(x, y)의 2차곡면과, 함수 FT(x, y)의 2차곡면과, 함수 FL(x, y)의 2차곡면에서, 형상은 다르다. 상술한 바와 같이, 학습 시에, 외기 온도(x) 및 압축기의 회전수(y)로서 몇 가지의 데이터를 부여함으로써, 함수 FK(x, y), FT(x, y), FL(x, y)의 2차곡면의 형상이 결정된다. 그리고, 온도 변화의 예측 시에, 외기 온도(x) 및 압축기의 회전수(y)로서 그 시점의 외기 온도 및 설정하는 압축기의 회전수를 부여함으로써, 함수 FK(x, y), FT(x, y), FL(x, y)의 값, 즉, 파라미터 K, T, L이 구해진다.

또한, 여기서는, 함수F(x)의 2차 곡선에 대하여는 도시를 생략하지만, 이에 대하여도, 학습 시에, 외기 온도(x)로서 몇 가지의 데이터를 부여함으로써, 함수 FK(x), FT(x), FL(x)의 2차 곡선의 형상이 결정된다.

또한, 상기에서는, 온도 예측기(5)가 예측 모델을 사용하여 주기적으로 온도 변화를 예측하는 경우에 대하여 설명했으나, 전력 예측기(6)가 예측 모델을 사용하여 주기적으로 소비 전력을 예측하는 경우에도 마찬가지로 생각하면 된다.

본 실시 형태에서는, 사전에 예측할 수 없는 외란(예를 들어, 도어의 개폐, 식품 입고)이 있었던 경우에도, 그 외란에 의한 온도 변화에 맞추어, 소비 전력을 저감시키는 압축기(60)의 회전수 등을 자율적으로 설정할 수 있다. 즉, 예측한 온도 변화와 실제의 온도 변화의 차이에 맞추어, 압축기(60)의 회전수 등을 자율적으로 변화시킬 수 있다.

또한, 예측 주기마다 압축기(60)의 회전수 등을 예측함으로써, 사용 방법(넣는 식품 등)을 고려한 운전을 자율적으로 실현하고, 소비 전력을 저감시킬 수 있다.

이러한 효과에 대하여, 더욱 구체적으로 설명한다.

도 22a는, 냉장실 내의 온도의 추이를 나타낸 그래프이며, 도 22b는, 냉동실 내의 온도의 추이를 나타낸 그래프이며, 도 22c은, 압축기의 회전수의 추이를 나타낸 그래프이다. 도 22b에 백색 화살표로 나타낸 바와 같이, 예를 들어 시각(t51) 직전에, 냉동실 도어(45)가 개방되고, 냉동실(42)에 식품이 투입된 것으로 한다. 즉, 냉동실(42)에 대한 열부하가 증가한 것으로 한다. 그러면, 냉동실 내의 온도가 일순 상승하므로, 압축기(60)의 회전수를 올림으로써, 냉동실 내의 온도를 저하시킬 필요가 발생한다.

그러나, 지금까지의 일반적인 기술에서는, 도 22c에 파선으로 나타낸 바와 같이, 열부하로서 상정되는 최댓값에 맞추어 압축기(60)의 회전수를 결정한다. 따라서, 도 22a에 도시한 바와 같이, 시각(t53)에 냉장실 내의 온도가 냉장실(41)에서 허용하고 있는 온도 범위의 상한에 도달하는 경우라도, 도 22b에 파선으로 나타낸 바와 같이, 시각(t53)보다도 빠른 시각(t52)에 냉동실 내의 온도가 냉동실(42)에서 허용하고 있는 온도 범위의 하한에 도달해버려, 에너지 절약이 불가능하다.

이에 비하여, 본 실시 형태에서는, 도 22c에 실선으로 나타낸 바와 같이, 단기간에 열부하를 예측하여 그 예측된 부하에 맞추어 압축기(60)의 회전수를 결정한다. 따라서, 도 22a에 도시한 바와 같이, 시각(t53)에 냉장실 내의 온도가 냉장실(41)에서 허용하고 있는 온도 범위의 상한에 도달하는 경우에는, 도 22b에 실선으로 나타낸 바와 같이, 시각(t53)에 냉동실 내의 온도가 냉동실(42)에서 허용하고 있는 온도 범위의 하한에 도달하도록 할 수 있어, 에너지 절약이 가능하다.

도23은 일 실시예에 따른 냉장고(40)의 제어블럭도이다.

도23을 참고하면, 일 실시예에 따른 냉장고(40)는 압축기(60), 응축기(70), 냉각용 부품(80), 취득부(2), 제어부(3) 및 구동부(4)를 포함할 수 있다.

취득부(2), 제어부(3) 및 구동부(4)는 적어도 하나의 프로세서(P)로 마련될 수 있다.

압축기(60)는 냉매를 순환 시키는 구성으로 마련될 수 있다. 압축기(60)의 회전수는 적어도 하나의 프로세서(P)에 의하여 변경될 수 있다.

냉각용 부품(80)은 팽창 밸브(83) 및 팬(14)을 포함할 수 있다.

적어도 하나의 프로세서(P)는 냉동 사이클을 포함하는 냉장고의 저장실의 부하 변동을 취득하고, 부하 변동에 기초하여 냉동 사이클을 구성하는 부품을 구동하는 구동 값을 결정할 수 있다.

적어도 하나의 프로세서(P)는 구동 값에 기초하여 상기 냉각용 부품을 구동할 수 있다. 또한 적어도 하나의 프로세서(P)는 냉동 사이클이 상기 저장실을 냉각하는 적어도 하나의 냉각 주기 동안, 시간의 경과에 따른 상기 부하 변동을 취득할 수 있다.또한, 냉장고에는 개체차가 있으므로, 현 상황에서는, 냉장고의 카탈로그에 실리는 소비 전력에 예를 들어 3% 정도의 여유를 갖게 하고 있다. 이에 비햐여, 본 실시 형태에서는, 단열 성능의 개체차는 제외되지만, 냉매의 흐름 용이성의 차이 등의 사이클 부품의 편차에 의한 개체차는 저감할 수 있다. 즉, 모든 개체에서 최대 성능을 발휘할 수 있다. 따라서, 냉장고의 카탈로그에 실리는 소비 전력에 대하여, 여유를 없앤 표기를 할 수 있다.

본 실시 형태는, 냉장고에 적용되는 것으로서 설명했으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 냉동 컨테이너, 냉동 트랙 등, 복수의 온도대로 식품 등을 냉각하는 여러가지 제품에 적용 가능하다. 또한, 냉동 사이클이 내장된 다른 제품, 예를 들어 공기 조화기 등에도 적용 가능하다.

1: 제어 장치
2: 취득부
3: 제어부
4: 구동부
5: 온도 예측기
6: 전력 예측기
7: 제어기
10, 20, 30: 냉장고
11: 증발기
14: 팬
17: 모세관
21, 31: 냉장용 증발기
22, 32: 냉동용 증발기
24, 34: 냉장용 팬
25, 35: 냉동용 팬
27, 37: 냉장용 모세관
28, 38: 냉동용 모세관
33: 변온실용 증발기
36: 변온실용 팬
39: 변온실용 모세관
41: 냉장실
42: 냉동실
43: 변온실
44: 냉장실 도어
45: 냉동실 도어
46: 변온실 도어
60: 압축기
70: 응축기
81, 82, 83: 팽창 밸브
90: 체크 밸브

Claims (20)

1. 냉매를 순환시키는 압축기;
   상기 압축기에 의해 순환된 냉매를 응축하는 응축기;
   상기 응축기에 의해 응축된 냉매에 의해 저장실을 냉각하기 위한 냉각용 부품;및
   상기 냉각용 부품의 구동을 제어하는 적어도 하나의 프로세서;를 포함하고,
   상기 적어도 하나의 프로세서는,
   냉동 사이클을 포함하는 냉장고의 저장실의 부하 변동을 취득하고,
   상기 부하 변동에 기초하여 상기 냉동 사이클을 구성하는 부품을 구동하는 구동 값을 결정하고,
   상기 구동 값에 기초하여 상기 냉각용 부품을 구동하고,
   상기 냉동 사이클이 상기 저장실을 냉각하는 적어도 하나의 냉각 주기 동안, 시간의 경과에 따른 상기 부하 변동을 취득하는 냉장고.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 프로세서는,
   상기 냉각 주기보다 짧은 미리 결정된 주기 동안 시간에 따라 변화하고, 상기 저장실의 고내 온도를 포함하는 제1 상태의 특정 값을 이용하여 상기 부하 변동을 취득하는 냉장고.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 프로세서는,
   상기 제1 상태의 특정 값에 기초하여,
   상기 부품의 상태인 제2 상태의 특정 값을, 상기 구동 값으로서 결정하는 냉장고.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 프로세서는,
   상기 구동 값으로서 상기 제2 상태의 특정 값에 기초하여 상기 구동 값을 결정하고,
   상기 구동 값을 이용하여, 상기 부품을 구동하는 냉장고.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 제1 상태는, 상기 냉장고의 고내 온도 및 외기 온도 중 적어도 하나를 포함하고,
   상기 제2 상태는, 상기 부품의 설정을 포함하는 냉장고.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 설정은, 상기 냉각용 부품의 냉각 정도 설정을 포함하는 냉장고.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 냉각 정도 설정은,
   상기 압축기의 회전 수를 포함하는 냉장고.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 냉각용 부품은,
   팽창 밸브를 더 포함하며,
   상기 냉각 정도 설정은,
   상기 팽창 밸브의 개방도를 포함하는 냉장고.
   
9. 제6항에 있어서,
   상기 냉각용 부품은,
   팬을 더 포함하며,
   상기 냉각 정도 설정은, 상기 팬의 회전 수를 포함하는 냉장고.
   
10. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    제약조건을 부합하는 상기 제2 상태의 특정 값을 결정하는 냉장고.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 제1 상태의 특정값에 기초하여,
    복수의 상기 제2 상태 값 각각에 대응되는 상기 제1 상태 값의 변화를 결정하고,
    상기 제1 상태 값의 변화 및
    복수의 상기 제2 상태 값을 기초로
    상기 제약조건을 부합하는 적어도 2개의 상기 제2 상태 값을 결정하고, 상기 적어도 2개의 상기 제2 상태 값을 기초로 상기 제2 상태의 특정 값을 결정하는 냉장고.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 제2 상태의 복수의 값 각각에 대응되는 상기 제1 상태 값의 변화를 예측 모델로 결정하고,
    상기 제1 상태의 특정 값과 상기 제1 상태의 과거 값으로부터의 상기 제1 상태 값의 변화를 기초로 상기 예측 모델의 상태를 결정하고,
    상기 예측 모델의 상태를 기초로 상기 제1 상태의 특정 값을 기초로 당해 제1 상태값의 변화를 예측하는 냉장고.
    
13. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 제1 상태의 특정 값에 기초하여,
    상기 제2 상태의 적어도 2개의 값 각각의 지표를 예측하고,
    상기 지표에 기초하여, 상기 제2 상태의 적어도 2개의 값으로부터 상기 제2 상태의 특정 값을 결정하는 냉장고.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 지표는,
    상기 냉장고의 소비 전력을 포함하며,
    상기 제2 상태의 특정 값은,
    상기 소비 전력을 최소로 하는 상기 부품의 설정 값인 냉장고.
    
15. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 냉동 사이클이 제1 저장실 및 제2 저장실을 교대로 냉각 가능한 경우,
    상기 제약조건은,
    상기 제1 저장실 및 상기 제2 저장실의 중 한쪽의 온도가 상승하여 미리 정해진 온도에 도달할 때까지,
    상기 제1 저장실 및 상기 제2 저장실의 다른 쪽의 온도가 하강하여 미리 정해진 온도에 도달하는 냉장고.
    
16. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 냉동 사이클이 제1 저장실 및 제2 저장실을 동시에 냉각 가능한 경우에,
    상기 제약조건으로서,
    상기 제1 저장실 및 상기 제2 저장실의 중 한쪽의 온도가 상승하여 미리 정해진 온도에 도달할 때까지,
    상기 제1 저장실 및 상기 제2 저장실의 중 다른 쪽의 온도도 상승하여 미리 정해진 온도에 도달하는 것을 사용하는 냉장고.
    
17. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    종점에서 상기 제약조건이 부합되는 주기 내에서,
    상기 제1 상태의 특정 값에 기초하여,
    상기 종점에서 상기 제약조건의 부합 여부를 복수 회 추정하고, 상기 제2 상태의 특정 값을 결정하는 냉장고.
    
18. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    종점에서 상기 제약조건이 부합하는 주기 내에서,
    상기 제1 상태의 특정 값에 기초하여, 상기 제2 상태의 복수의 값 각각의 상기 제1 상태값의 변화를 예측하고,
    상기 종점에서 상기 제약조건이 부합 여부를 복수 회 추정하고,
    상기 제1 상태값의 변화 및
    상기 제2 상태의 복수의 값에 기초하여
    상기 종점에서 상기 제약조건이 만족되도록 상기 제2 상태의 적어도 2개의 값을 결정하고,
    상기 제2 상태의 적어도 2개의 값을 기초로 상기 제2 상태의 특정 값을 결정하는 냉장고.
    
19. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    과거의 부하 변동과
    상기 과거의 부하 변동에 기초하여 결정된 과거의 구동 값을 시계열로 축적한 시계열 데이터의 학습을 기초로 상기 부품의 정지 조건 또는 상기 구동 값을 발생시키는 예측 모델을 형성하고,
    상기 예측 모델을 기초로 상기 부하 변동에 따라 상기 정지 조건 또는 상기 구동 값을 변경 시키는 냉장고.
    
    
20. 냉장고의 저장실의 부하 변동을 취득하는 취득 단계;
    상기 부하 변동에 기초하여, 상기 냉동 사이클을 구현하기 위한 부품을 구동하는 구동 값을 결정하는 결정 단계; 및
    상기 구동값에 기초하여 상기 부품을 구동하는 구동 단계;를 포함하고,
    상기 냉동 사이클이 상기 저장실을 냉각하는 적어도 하나의 주기 동안, 시간의 경과에 따른 상기 부하 변동을 취득하는 단계;를 포함하는 냉장고 제어 방법.
    
    

Images