(57)【要約】【課題】ＤＣファンの電力ロスを低減し、省エネを図った冷蔵庫を提供する。【解決手段】本発明の冷蔵庫は、スイッチング素子により交流電源を２つ以上の直流電圧レベルに変換し、変換した直流電圧レベルの中で最低電圧レベルの出力をスイッチング素子へフィードバックを行うことにより、効率よく安定させ、ＤＣファンへ印加する電圧値を２つ以上ある電圧レベルの中から、マイコンの信号により印加電圧を選択して回転数制御を行うＤＣファン用電源装置を備えている。  これによって、ＤＣファンへの印加電圧を高電圧から最低レベルの電圧に切替えた時でも、電力ロスが発生することなくＤＣファンへの入力電力と消費電力を抑制することができるＤＣファンの回転数制御が可能となる。【選択図】図５
2005156110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の電圧レベルの中で、最低電圧の出力を安定させることで、ＤＣファンの駆動を高電圧から最低電圧で可変させた時に、電力ロスを抑制してＤＣファンへの入力電力を低減できる、高効率な電圧可変による回転数制御を可能とする電源装置を備えた冷蔵庫。
【請求項２】
ＤＣファンへの印加電圧を、所要の電圧レベルでＯＮ／ＯＦＦするデューティー制御を可能とする請求項１に記載の電源装置を備えた冷蔵庫。
【請求項３】
交流電源を２つ以上の直流電圧レベルに変換する交流−直流電圧変換回路と、２つ以上の電圧レベルの中から負荷への印加電圧を主制御装置のマイコンからの信号により選択することで、ＤＣファンの回転数を可変させることのできる切替え回路で構成することで、２つ以上ある電圧レベルの中から選択された電圧をＤＣファンへ印加する出力ポートを２つ以上備えた場合に、マイコンの信号により、それぞれの出力ポートに接続したＤＣファンの回転数を独立して制御することを特徴とした請求項１に記載の電源装置を備えた冷蔵庫。
【請求項４】
ＤＣファンへの印加電圧を低電圧から高電圧へと起動させる制御手段を有することで、高電圧での直接起動に比べて、起動電流値を抑制できることを特徴とする請求項１記載から請求項３のいずれかに記載の電源装置を備えた冷蔵庫。
【請求項５】
複数ある電圧レベルの中から選択された電圧をＤＣファンへ印加する出力ポートに、２つ以上のＤＣファンの接続を可能とすることを特徴とした請求項１から請求項４のいずれかに記載の電源装置を備えた冷蔵庫。
【請求項６】
請求項１から請求項５いずれかに記載の電源装置の交流入力を０とすることを可能とする制御手段を備えた冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消費電力の低減を図る省エネ技術を採用した冷蔵庫に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境を重視する傾向が強くなり、家電の分野、特に冷蔵庫は、購入してから買い換えるまで、電気を入れつづけている機器であり、環境に対して消費電力の低減に対して多くの省エネ技術が発明されている。その中で、代表的な技術として挙げられるのがインバータ技術である。その技術は、家庭用冷蔵庫の分野では広く普及しているが、業務用の分野では家庭用ほど普及していないのが実情である。しかし今後、業務用の分野も家庭用と同様、ランニングコストの低減にもつながる省エネ化が叫ばれることは容易に予想される。
【０００３】
そこで、冷蔵庫をはじめとする冷凍装置を有する機器において、圧縮機や凝縮器ファン、蒸発器ファンなどの負荷を適した回転数で制御することで、省エネ化を図り機器のランニングコストの低減を図る技術が多々発明されている。冷蔵庫の負荷において、従来の負荷回転数制御について、特許文献１に示されているものがある。
【０００４】
特許文献１に示されたものは、ショーケースや業務用冷蔵庫、自動販売機等において冷凍装置の運転状態に応じて、圧縮機や蒸発器ファン、そして凝縮器ファンに対してきめ細かな回転数制御を可能にするものである。
【０００５】
以下、図面を参照しながら上記従来の回転数制御装置について説明する。
【０００６】
図１１はきめ細かな負荷回転数制御を行う冷凍装置の回路図である。冷凍装置は、回転数可変型の圧縮機２０と、凝縮器２と、蒸発器３と、減圧装置４と、回転数可変型の凝縮器ファン２１と、回転数可変型の蒸発器ファン２２と、主制御手段７で構成されている。
【０００７】
また、図１２は図１１に示した冷凍装置の負荷のきめ細かな回転数制御の様子を示した図である。図１１に示している冷凍装置の各種負荷を、庫内温度の状態に応じて、高速回転数と中速回転数と低速回転数の３段階の回転数および停止状態で制御を行っている。実際にＤＣファンなどの直流負荷の回転数制御を行うには、短い時間に負荷への印加電圧をＯＮ／ＯＦＦするデューティー制御や、可変抵抗による高電圧から低電圧への電圧降下を用いて負荷への印加電圧を可変させる方法などが挙げられる。
【０００８】
特許文献１に示されたものは、
【特許文献１】特開平１１−２７９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のデューティー制御や電圧降下による回転数制御を用いると，負荷の消費電力としては省エネを図ることができるが、突入電流の増加や電力ロスが発生し、負荷を起動させるための入力電力として考えると、効率の良い省エネが図られていない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記従来の課題を解決するために、本発明の冷蔵庫は、スイッチング素子により交流電源を２つ以上の直流電圧レベルに変換し、変換した直流電圧レベルの中で最低電圧レベルの出力をスイッチング素子へフィードバックさせることで効率よく安定させ、ＤＣファンへ印加する電圧値を２つ以上ある電圧レベルの中から、マイコンの信号により印加電圧を選択して回転数制御を行うＤＣファン用電源装置を備えている。
【００１１】
これによって、ＤＣファンへの印加電圧を高電圧から最低レベルの電圧に切替えた時でも、電力ロスが発生することなくＤＣファンへの入力電力と消費電力を抑制することができるＤＣファンの回転数制御が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の冷蔵庫は、スイッチング素子により交流電源から２つ以上の直流電圧レベルに変換し、２つ以上ある直流電圧レベルの中で最低レベルの電圧出力を、スイッチング素子へフィードバックさせることで安定させ、ＤＣファンを高電圧起動から低電圧起動に切替えた際の電力ロスがなく、ＤＣファンへの入力電力と消費電力を抑制できる電源装置を備えているため、高効率な回転数制御が実現できる。
【００１３】
また、本発明の冷蔵庫は、２つ以上ある直流電圧レベルの中から、負荷への印加電圧を所要の電圧レベルでＯＮ／ＯＦＦできる回路を搭載した電源装置を備えているので、ＤＣファンのデューティー制御への対応が可能となる。
【００１４】
また、本発明の冷蔵庫は、交流電源を２つ以上の直流電圧レベルに変換する交流−直流電圧変換回路と、ＤＣファンへの印加電圧を２つ以上ある電圧レベルの中から選択して出力する切替え回路の大きく２つの回路で構成されている電源装置を備えているため、独立した回転数制御を行うＤＣファンが複数ある場合は、切替え回路のみを増設することで対応が可能となる。
【００１５】
また、本発明の冷蔵庫は、ＤＣファンを低電圧から高電圧へ電圧レベルを切替えて起動する制御手段を備えることで、高電圧での直接起動に比べ、起動電流を３０％抑制でき、電源装置の構成部品の低容量化が図れ、結果、電源装置の小型化・低コスト化が実現できる。
【００１６】
また、本発明の冷蔵庫は、ＤＣファンを接続する１つの出力ポートに、２つ以上のＤＣファンの接続を可能とする容量の電源装置を備えることで、何かの原因で１つＤＣファンが故障した時でも、他のＤＣファンで冷蔵庫の性能を確保することができる。
【００１７】
また、本発明の冷蔵庫は、主制御装置のマイコンからの信号で、電源装置の交流入力をＯＮ／ＯＦＦする制御手段を備えることで、直流負荷を起動させておく必要がない状態にあるときは、交流入力をＯＦＦにして０とすることで、電源装置としての消費電力を０ＫＷ／年にすることができ、冷蔵庫としてさらなる省エネ化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
請求項１に記載の発明は、スイッチング素子により交流電源から２つ以上の直流電圧レベルに変換し、２つ以上ある直流電圧レベルの中で最低レベルの電圧出力を、スイッチング素子へフィードバックさせることで安定させ、ＤＣファンを高電圧起動から低電圧起動に切替えた際の電力ロスがなく、ＤＣファンへの入力電力と消費電力を抑制できる電源装置を備えているため、高効率な回転数制御が実現できる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、２つ以上ある直流電圧レベルの中から、負荷への印加電圧を所要の電圧レベルでＯＮ／ＯＦＦできる回路を搭載した電源装置を備えているので、ＤＣファンのデューティー制御への対応が可能となる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、スイッチング素子による交流電源を２つ以上の直流電圧レベルに変換する交流−直流電圧変換回路と、ＤＣファンへの印加電圧を２つ以上ある電圧レベルの中から選択して出力する切替え回路の大きく２つの回路で構成されている電源装置を備えているため、独立した回転数制御を行うＤＣファンが複数ある場合は、切替え回路のみを増設することで対応が可能となる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、直流負荷を低電圧から高電圧へ電圧レベルを切替えて起動することができる切替え回路および制御手段を備えることで、高電圧での直接起動に比べ、起動電流を３０％抑制でき、電源装置の構成部品の低容量化が図れ、結果、電源装置の小型化・低コスト化が実現できる。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、本発明の冷蔵庫は、ＤＣファンを接続する１つの出力ポートに、２つ以上のＤＣファンの接続を可能とする容量の電源装置を備えることで、何かの原因で１つファンが故障した時でも、他のＤＣファンで冷蔵庫の性能を確保することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、主制御装置のマイコンからの信号で、電源装置の交流入力をＯＮ／ＯＦＦする制御手段を備えることで、直流負荷を起動させておく必要がない状態にあるときは、交流入力をＯＦＦにして０とすることで、電源装置としての消費電力を０ｋＷ／年にすることができ、冷蔵庫としてさらなる省エネ化を図ることができる。
【００２４】
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。なお、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。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における冷蔵庫の凝縮器ファンの特性図である。図２は実施の形態１における冷蔵庫の冷却システム構成図である。図３は同実施の形態１における電源装置の概略回路図である。
【００２６】
図１は、直流負荷の１つである凝縮器ファンが、印加電圧を１６Vから２４Vへ増加させると、ファン風量がＮ１[ｍ3／分]からＮ２（＞Ｎ１）[ｍ3／分]と増していく特性を示している。
【００２７】
図２は、圧縮機１と、凝縮器２と、蒸発器３と、減圧装置４と、２つの凝縮器ファン５と、蒸発器ファン６と、各負荷の制御を行う主制御装置７と、凝縮器ファン５を駆動させる電源装置８と、主制御装置７から電源装置８へ交流入力を行う交流入力ライン９と、主制御装置７のマイコンから電源装置９へ電源装置９の凝縮器ファン５への印加電圧レベルを切替える信号を出力する電圧切替え制御ライン１０で構成されている冷蔵庫である。
【００２８】
図３は、ブリッジダイオード１３と、平滑コンデンサ１４と、スイッチング素子を中心としたスイッチング回路１５と、整流ダイオード１６と、低電圧側（１６Ｖ側）に接続されているフィードバック回路１７で構成されている交流を直流１６Ｖと直流２４Ｖに変換する交流−直流電圧変換回路と、トランジスタ１８とフォトカプラ１９で構成されている直流負荷である凝縮器ファン５への印加電圧を１６Vまたは２４Vと切替えを行う負荷電圧切替え回路を備えている電源装置である。
【００２９】
以上のように構成される冷蔵庫は、主制御装置７からの交流入力ライン９から電源装置に交流電圧を印加し、電源装置は交流−直流電圧変換回路で１６Vと２４Vの電圧に変換する。特に、１６Vの出力は、スイッチング回路へのフィードバック回路によって効率よく安定した電圧出力が可能となる。次に、主制御装置７のマイコンは冷蔵庫の運転状況により、凝縮器ファン５の適正な風量（回転数）を判断し、凝縮器ファン５を１６Vまたは２４V駆動を行うか、主制御装置７からの電圧切替え制御ライン１０により、電源装置の負荷電圧切替え回路における電圧切替えポートの１６V起動信号入力または２４V起動信号入力のどちらかをＯＮすることで、電源装置の負荷電圧切替え回路における負荷出力ポートから凝縮器ファン５への印加電圧を２段階で切替え制御を行うことができる。
【００３０】
以上のように、冷蔵庫の運転状況に応じて、凝縮器ファン５への印加電圧を高効率に可変させて回転数制御を行うことで、凝縮器ファン５の入力電力と消費電力が抑制でき、インバータ技術による圧縮機の回転数可変制御に加えて、冷蔵庫としてさらなる省エネ化およびランニングコストの低減を図ることができる。
【００３１】
（実施の形態２）
図１は、本発明の実施の形態における冷蔵庫の凝縮器ファンの特性図である。図４は実施の形態２における冷蔵庫の冷却システム構成図である。図５は同実施の形態２における電源装置の概略回路図である。
【００３２】
図４は、図２と同様の冷却システムを構成しているが、冷却システムを２つ有し、主制御装置７と副制御装置１２を区別し、通信ライン１１により主制御装置７と副制御装置１２とで協調制御を行うことのできる冷蔵庫の構成図である。
【００３３】
図５は、図３と同様、電源装置の構成図であるが、図３に加えて冷却システムＩＩにおける凝縮器ファン５の風量（回転数）制御を行うための、負荷出力ポートと電圧制御ポートを１つずつ増やし、冷却システムと同様ＩとＩＩの区別をした電源装置である。
【００３４】
以上のように構成される冷蔵庫は、実施の形態１と同様、凝縮器ファン５を運転状況に適した風量（回転数）で制御することができ、加えて冷却システムＩと冷却システムＩＩの凝縮器ファン５を区別した独立風量制御を可能とする。
【００３５】
以上のように、冷却システムを２つ有する冷蔵庫においても、冷蔵庫の運転状況に応じて、冷却システムを区別し、冷却システム毎に独立して凝縮器ファン５への印加電圧を変化させることができ風量を制御できるため、実施の形態１と同様、省エネ化およびランニングコストの低減を図ることができる。
【００３６】
（実施の形態３）
図６と図７は、実施の形態３における凝縮器ファンの起動タイミングチャートである。
【００３７】
本発明の実施の形態３は、実施の形態２において、冷却システムＩとＩＩそれぞれの凝縮器ファン５の起動に時間差をつける制御手段を加える。
【００３８】
図６は、冷却システムＩとＩＩの凝縮器ファン５を一度に起動させたことを示している。図６に示すように、同時に２つの冷却システム全ての凝縮器ファン５を起動させると、最大電流２ａＡを必要とし、電源装置の最大能力としても、２ａＡ以上出力する能力を必要とする。一方、図７は冷却システムＩとＩＩの凝縮器ファン５をシステム毎に時間差ｔ０をつけて起動させていることを示している。これは、両システムの片方の凝縮器ファン５が定常状態になった後に、もう片方の凝縮器ファン５を起動させることで、最大電流はａ＋ｂＡとなる。図６の同時起動と比べると、ａ＞ｂより、２ａ＞ａ＋ｂとなり、図７の時間差起動の方が、最大電流を抑制できることが分かる。
【００３９】
以上のように、冷却システム毎に、凝縮器ファン５を、時間差をつけて起動させることで、電源装置の構成部品の低容量化が図れ、結果、電源装置のコストダウンを実現することができる。
【００４０】
（実施の形態４）
図８と図９は、凝縮器ファン５の印加電圧における電流値特性を示した図である。
【００４１】
本発明の実施の形態４は、実施の形態１から実施の形態３のいずれかにおいて、凝縮器ファン５の高電圧（２４Ｖ）起動を、低電圧（１６Ｖ）から高電圧（２４Ｖ）へ増速起動させる制御手段を加える。
【００４２】
図３や図５に示す電源装置の負荷電圧切替え回路において、低電圧側（１６Ｖ）に整流ダイオード１６を用いることで、１６Ｖ起動信号と２４Ｖ起動信号が両方ＯＮなっても、誤動作せず、２４Ｖ起動信号のみの時と同様となり、凝縮器ファン５への印加電圧は高電圧（２４Ｖ）となる。この回路の特性より、凝縮器ファン５を低電圧（１６Ｖ）起動させた後に高電圧（２４Ｖ）起動させることで、凝縮器ファン５を高電圧（２４Ｖ）で起動させた時と比べて、起動電流を３０％抑制することができる。
【００４３】
以上のように、凝縮器ファン５の高電圧（２４Ｖ）起動時の起動電流を抑制できる制御手段と負荷電圧切替え回路を用いることで、電源装置の構成部品の低容量化が図れ、結果、電源装置のコストダウンを実現することができる。
【００４４】
（実施の形態５）
図１０は、実施の形態５における凝縮器ファン５のデューティー制御でのタイミングチャートである。
【００４５】
本発明の実施の形態５は、実施の形態１から実施の形態４のいずれの場合において、凝縮器ファン５を低電圧（１６Ｖ）でＯＮ／ＯＦＦを行うデューティー制御手段を加える。
【００４６】
凝縮器ファン５の運転において、ＨＣ冷媒の拡散などの目的で、低電圧（１６Ｖ）よりさらに小さい風量を必要とした時、図３や図５に示す電源装置の負荷電圧切替え回路において、１６Ｖ起動信号をＯＮ／ＯＦＦすることで、凝縮器ファン５のデューティー制御への対応も可能となる。
【００４７】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６は、実施の形態１または実施の形態５のいずれかの場合において、1つの冷却システムに対し、電源装置に接続する凝縮器ファン５を２つ備えることで、何らかの故障が原因で、１つの凝縮器ファン５が動作不能になった場合も、１つは動作することがでるため、凝縮器ファン５が１つ故障しても冷却性能を維持するフェールセーフ機能を有することができる。
【００４８】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態６は、実施の形態１から実施の形態６のいずれかの場合において、電源装置の交流入力ライン９を主制御装置７のリレーのある交流出力ポートに接続することで、主制御装置７のマイコンからの信号によりリレーをＯＮ／ＯＦＦさせることで、冷蔵庫が凝縮器ファン５を動作させる必要のない状態にあるとき、電源装置の交流入力を０とすることで、電源装置の消費電力が０ＫＷ／年となるため、冷蔵庫としてさらなる省エネを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明にかかる冷蔵庫は、圧縮機の高効率運転を行うインバータ技術に加えて、ＤＣファンの高効率運転による省エネ化を図ることが可能となるので、ランニングコストの低減が重要視される業務用冷蔵庫等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による冷蔵庫の実施の形態における凝縮器ファンの特性図
【図２】本発明による冷蔵庫の実施の形態１における冷却システム構成図
【図３】本発明による冷蔵庫の実施の形態１における電源装置の概略回路図
【図４】本発明による冷蔵庫の実施の形態２における冷却システム構成図
【図５】本発明による冷蔵庫の実施の形態２における電源装置の概略回路図
【図６】本発明による冷蔵庫の実施の形態３における凝縮器ファン起動タイミングチャート
【図７】本発明による冷蔵庫の実施の形態３における凝縮器ファン起動タイミングチャート
【図８】本発明の実施の形態１から実施の形態３のいずれかにおける凝縮器ファンの起動特性図
【図９】本発明の実施の形態１から実施の形態３のいずれかにおける凝縮器ファンの起動特性図
【図１０】本発明の実施の形態５における凝縮器ファンのデューティー制御でのタイミングチャート
【図１１】従来の負荷回転数制御を行う冷凍装置の回路図
【図１２】従来の冷凍装置における負荷の回転数制御を示す図
【符号の説明】
【００５１】
１    圧縮機
２    凝縮器
３    蒸発器
４    減圧装置
５    凝縮器ファン
６    蒸発器ファン
７    主制御装置
８    電源装置
９    交流入力ライン
１０    電圧切替え制御ライン
１１    通信ライン
１２    副制御装置
１３    ブリッジダイオード
１４    平滑コンデンサ
１５    スイッチング回路
１６    整流ダイオード
１７    フィードバック回路
１８    トランジスタ
１９    フォトカプラ
２０    回転数可変型の圧縮機
２１    回転数可変型の凝縮器ファン
２２    回転数可変型の蒸発器ファン
【図１】
2005156110.tif 000003
【図２】
2005156110.tif 000004
【図３】
2005156110.tif 000005
【図４】
2005156110.tif 000006
【図５】
2005156110.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005156110.tif 000009
【図８】
2005156110.tif 000010
【図９】
2005156110.tif 000011
【図１０】
2005156110.tif 000012
【図１１】
2005156110.tif 000013
【図１２】
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