(57)【要約】【課題】  二元冷凍サイクルを搭載した冷蔵冷凍庫の第２蒸発器の除霜時に、不要な除霜回数を減らし、より省エネに優れた冷凍冷蔵庫を提供する。【解決手段】  本発明の冷凍冷蔵庫は、貯蔵物を冷蔵保存する冷蔵室と貯蔵物を冷凍保存する冷凍室と第１冷媒が流通する第１冷凍サイクルを運転する第１圧縮機と第１冷凍サイクルの低温部に配されて冷蔵室を冷却する第１蒸発器と第２冷媒が流通する第２冷凍サイクルを運転する第２圧縮機と第２冷凍サイクルの低温部に配されて冷凍室を冷却する第２蒸発器と制御部と冷凍冷蔵庫の周囲温度、前記冷凍室の庫内温度、前記冷凍冷蔵庫の周囲湿度および冷凍室扉の開閉を検知する複数の検知手段とを備えた冷凍冷蔵庫において、制御部は、複数の検知手段に基づく不定時除霜と、冷凍冷蔵庫の運転積算時間に基づいた定時除霜との二つの除霜方法の組み合わせにより第２蒸発器の除霜を開始することを特徴としている。【選択図】  図３
2012127514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯蔵物を冷蔵保存する冷蔵室と、
貯蔵物を冷凍保存する冷凍室と、
第１冷媒が流通する第１冷凍サイクルを運転する第１圧縮機と、
第１冷凍サイクルの低温部に配されて前記冷蔵室を冷却する第１蒸発器と、
第２冷媒が流通する第２冷凍サイクルを運転する第２圧縮機と、
第２冷凍サイクルの低温部に配されて前記冷凍室を冷却する第２蒸発器と、
制御部と、
冷凍冷蔵庫の周囲温度、前記冷凍室の庫内温度、前記冷凍冷蔵庫の周囲湿度および冷凍室扉の開閉を検知する複数の検知手段と、
を備えた前記冷凍冷蔵庫において、
前記制御部は、
複数の前記検知手段に基づく不定時除霜と、前記冷凍冷蔵庫の運転積算時間に基づいた定時除霜との二つの除霜方法の組み合わせにより前記第２蒸発器の除霜を開始することを特徴とする冷凍冷蔵庫。
【請求項２】
前記冷凍室扉の開閉回数と、前記冷凍室内に流入する空気の絶対湿度と、前記冷凍室の庫内容量と、前記冷凍室扉の開閉による冷凍室内の空気と冷凍室外の空気が入れ替わる割合を算出した予測着霜量が設定予測着霜量を越えた場合に、不定時除霜を行うことを特徴とする請求項１記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項３】
第２の所定積算時間は、第１の所定積算時間より短いことを特徴とする請求項１または２記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項４】
除霜の終了直後から、圧縮機積算運転時間のカウントを開始することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項５】
前記冷凍室扉の開閉の都度、前記冷凍室扉の開放時間を検知し、開放時間が短い時は空気の入れ替わる割合を小さく、開放時間が長い時は空気の入れ替わる割合を大きく換算して、予測着霜量を計算することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の冷凍冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２元冷凍サイクルを搭載した冷凍冷蔵庫及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２元冷凍サイクルを用いた冷凍冷蔵庫は、主に大型の業務用で採用されていたが、近年、家庭用にも採用されるようになった。その背景として圧縮機を２個使用することで、２個の圧縮機をそれぞれ冷蔵室、冷凍室にそれぞれ独立した系統とし、冷蔵室と冷凍室を独立の室とすることができ、従来、冷蔵室内に流入する外気に含まれる水分、または冷蔵室に貯蔵されていた食品、野菜等の水分が冷凍室に入ることが無くなり、これによる着霜が少なくなった。
【０００３】
一方、冷凍室の蒸発器に着霜した霜の除霜には、蒸発器の下側にヒータを配置して、ヒータの熱により、蒸発器に付着した霜の除霜を行う方法がある。この除霜には、２種類の方法があり、蒸発器の温度検知手段に基づいた不定時除霜と所定の運転積算時間に基づいた定時除霜との二つの除霜方法がある。
【０００４】
たとえば、特開平１０‐８９８３４号公報（特許文献１）には、冷凍室用エバポレータの除霜を、不定時除霜で行うことが記載されている。具体的には、除霜間隔期間中における外気温度及び扉開閉数をカウントし、除霜間隔期間が終了後に平均外気温度、扉開閉数及び扉の隙間から侵入した水分量から予想着霜量を算出する。また、除霜時間から実着霜量Ｐを算出する。この実着霜量Ｐと予想着霜量Ｍから除霜間隔期間の延長もしくは短縮を行うことが記載されている。
【０００５】
また、特開２００２−６２０２６号公報（特許文献２）には、圧縮機の所定の運転積算時間ごとに除霜運転モードを実行する定時除霜で除霜を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０‐８９８３４号公報
【特許文献２】特開２００２−６２０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これまでの２元冷凍サイクルは、前記二つの除霜方法を効率的に組み合わせたものではなかった。
【０００８】
前記特許文献１に開示された除霜方法は、除霜間隔期間が終了後に平均外気温度、扉開閉数及び扉の隙間から侵入した水分量から予想着霜量を算出する。また、除霜時間から実着霜量Ｐを算出する。この実着霜量Ｐと予想着霜量Ｍから除霜間隔期間の延長もしくは短縮を行う。しかしながら、除霜制御中の着霜量の予測計算においては、庫内に侵入する水分量の予測計算の基準が特定条件に限定されているため、着霜量が正確に計算されず、そのため適当な頻度で除霜が行われない可能性がある。
【０００９】
また、前記特許文献２に開示された除霜方法は、圧縮機の所定の運転積算時間ごとに除霜運転モードを実行するので、実着霜の量の有無にかかわらず除霜するので、電気代が嵩む、もしくは一時的に着霜量が急増した場合に、除霜が不十分に陥る欠点がある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、定時除霜と不定時除霜を組み合わせて行うこととにより、頻繁な除霜を回避でき、かつ不要な除霜を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため本発明に係わる冷凍冷蔵庫は、貯蔵物を冷蔵保存する冷蔵室と、貯蔵物を冷凍保存する冷凍室と、第１冷媒が流通する第１冷凍サイクルを運転する第１圧縮機と、第１冷凍サイクルの低温部に配されて前記冷蔵室を冷却する第１蒸発器と、
第２冷媒が流通する第２冷凍サイクルを運転する第２圧縮機と、第２冷凍サイクルの低温部に配されて前記冷凍室を冷却する第２蒸発器と、制御部と、冷凍冷蔵庫の周囲温度、前記冷凍室の庫内温度、前記冷凍冷蔵庫の周囲湿度および冷凍室扉の開閉を検知する複数の検知手段とを備えた前記冷凍冷蔵庫において、前記制御部は、複数の前記検知手段に基づく不定時除霜と、前記冷凍冷蔵庫の運転積算時間に基づいた定時除霜との二つの除霜方法の組み合わせにより前記第２蒸発器の除霜を開始することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、温度検知手段による温度値に基づいた不定時除霜と運転積算時間に基づいた定時除霜との二つの除霜方法を用いることにより、効率的に除霜を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態の冷凍冷蔵庫の側面断面図及び制御構成図。
【図２】本発明の実施形態の冷凍冷蔵庫の２元冷凍サイクルの全体構成図。
【図３】本発明の実施形態の冷凍冷蔵庫の定時除霜と不定時除霜のタイミングチャート。
【図４】本発明の他の実施形態の冷凍冷蔵庫の定時除霜と不定時除霜のタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態の冷凍冷蔵庫の側面断面図及び制御構成図である。冷凍冷蔵庫１の本体部は断熱箱体３を有している。断熱箱体３の上部には貯蔵物を冷蔵保存する冷蔵室２が配される。冷蔵室２の前面は回動式の冷蔵室扉２ａにより開閉される。
冷蔵室２の下方には断熱壁７を介して、貯蔵物を冷凍保存する冷凍室４が配される。冷凍室４の前面は引き出し式の冷凍室扉４ａにより開閉される。
【００１６】
断熱壁７は断熱箱体３の周壁（上壁、底壁、側壁及び背壁）と同等レベルの断熱性能を持たせている。これにより、冷蔵室２と冷凍室４との間の熱交換が抑制される。
【００１７】
冷凍室４の下部後方には第１圧縮機１１と第２圧縮機２１が配される機械室５が設けられる。第１圧縮機１１、第２圧縮機２１によって詳細を後述する第１冷凍サイクル１０、第２冷凍サイクル２０（図２参照）がそれぞれ運転される。
【００１８】
冷蔵室２の背面には第１圧縮機１１に接続される第１蒸発器１４が配され、第１蒸発器１４の上方には冷蔵室送風機１５が配される。冷凍室４の背面には第２圧縮機２１に接続される第２蒸発器２４が配され、第２蒸発器２４の上方には冷凍室送風機２５が配される。
【００１９】
第１蒸発器１４と熱交換して冷却された冷気は冷蔵室送風機１５により冷蔵室２に吐出される。該冷気は冷蔵室２内を流通し、第１蒸発器１４に戻る。これにより、冷蔵室２が冷却される。第２蒸発器２４と熱交換して冷却された冷気は、冷凍室送風機２５により冷凍室４に吐出される。冷凍室４に吐出された冷気は冷凍室４内を流通し、第２蒸発器２４に戻る。これにより、冷凍室４が冷却される。
【００２０】
また、第２蒸発器２４の底面の直下に、ガラス管ヒータを用いた除霜ヒータ８を備えている。第２蒸発器２４に着霜した場合に、除霜ヒータ８で第２蒸発器２４を下から温めることで、除霜を行う。
【００２１】
冷凍冷蔵庫１には電装回路からなる電装組品（不図示）が、機械室５内に配置されている。電装組品に制御部６が設けられている。
【００２２】
冷凍冷蔵庫１の制御部６は、冷凍冷蔵庫１近傍の周囲温度の温度検知手段Ｔ１、第２蒸発器の温度検知手段Ｔ２、第１圧縮機の制御手段Ｅ１、第２圧縮機の制御手段Ｅ２と冷蔵室送風機１５の冷蔵室送風機制御手段Ｆ１、冷凍室送風機２５の冷凍室送風機制御手段Ｆ２、冷凍室扉開閉検知手段Ｇ１、周囲湿度検知手段Ｈ１から構成されている。制御部６は、前記の複数の検知手段からの検知信号から、冷凍冷蔵庫１の運転制御を行っている。
【００２３】
周囲温度検知手段Ｔ１、第２蒸発器温度検知手段Ｔ２と冷凍室温度検知手段Ｔ３については、サーミスタ等の温度センサ等で温度を測定し、制御部に入力している。圧縮機制御手段Ｅ１については、インバータ制御を行い、圧縮機積算運転時間計算手段Ｅ２については、圧縮機積算運転時間により制御を行っている。冷蔵室送風機制御手段Ｆ１と冷凍室送風機制御手段Ｆ２は、送風機への通電を変化させて送風機の回転数の制御を行っている。冷凍室扉開閉検知手段Ｇ１は、冷凍室扉４ａに接する断熱箱体３に設けられた扉スイッチ等で冷凍室扉４ａの開閉を検知し、その検知信号を制御部で、冷凍室扉４ａの開閉回数にカウントしている。周囲湿度検知手段Ｈ１については、湿度センサ等で湿度を測定し、制御部に入力している。湿度センサは、断熱箱体３の上面後方で湿度センサホルダーに固定され、湿度センサホルダーは断熱箱体３の上面に締結具で固定されている。周囲温度検知手段Ｔ１は、断熱箱体３の上面後方で、サーミスタホルダーにサーミスタが固定され、サーミスタホルダーは断熱箱体３の上面に締結具で固定されている。第２蒸発器温度検知手段Ｔ２については、サーミスタを用い、サーミスタホルダーにサーミスタを固定し、更にサーミスタホルダーは、第２蒸発器２４のアルミフィンに固定されている。冷凍室温度検知手段Ｔ３については、サーミスタを用い、サーミスタホルダーにサーミスタを固定し、更にサーミスタホルダーは冷凍室４の内面に固定されている。
【００２４】
図２は、本発明の実施形態の冷凍冷蔵庫の２元冷凍サイクルの全体構成図である。冷凍冷蔵庫１の冷凍サイクル３０は、第１冷凍サイクル（別名として、高温冷凍サイクルを用いる）１０と第２冷凍サイクル（別名として、低温冷凍サイクルを用いる）２０が中間熱交換器３１により連結されたカスケード式の二元冷凍サイクルになっている。図２において高温冷凍サイクル１０の冷媒の流れを実線の矢印（Ｐ方向）で示し、低温冷凍サイクル２０を破線の矢印（Ｑ方向）で示している。一方は、第１圧縮機１１、第１凝縮器１２、第１膨張装置１３、第１蒸発器１４と中間熱交換器３１の第１熱交換部３１ａとで、高温冷凍サイクル１０を構成する。他方は、第２圧縮機２１、第２凝縮器２２、第２膨張装置２３、第２蒸発器２４と中間熱交換器３１の第２熱交換部３１ｂとで、低温冷凍サイクル２０を構成する。第１熱交換部３１ａと第２熱交換部３１ｂとは、隣接して形成され、互いに境界壁を介して熱交換可能に形成され、冷凍冷蔵庫１の断熱箱体３の断熱材９に埋め込まれている。
【００２５】
中間熱交換器３１は、断熱箱体３（図１参照）の背壁に埋設された内管と外管とを有する二重管から成り、上下方向に延びて下端で屈曲するＵ字管に形成される。二重管の内管を第１冷媒が流通して第１熱交換部３１ａを形成し、外管を第２冷媒が流通して第２熱交換部３１ｂを形成する。第１熱交換部３１ａは図示していないが、冷媒流入口及び冷媒流出口が上端に形成される。第２熱交換部３１ｂも図示していないが、同様に冷媒流入口及び冷媒流出口が上端に形成され、第１熱交換部３１ａと冷媒の流通方向が逆方向になっている。
【００２６】
なお、高温冷凍サイクル１０の第１凝縮器１２と低温冷凍サイクル２０の第２凝縮器２２は、図１では図示していないが、冷蔵庫の周囲の空気中へ放熱できるように、冷凍冷蔵庫１の断熱箱体３の背面や側面を覆う金属板である外箱板３２（図１参照）などに固定して取り付けられている。
【００２７】
本実施形態において、第１冷媒、第２冷媒にイソブタン等の同じ冷媒を用いている。
図１と図２において、第１圧縮機１１を圧縮機制御手段Ｅ１で運転すると、高温冷凍サイクル１０の冷媒が、第１圧縮機１１で圧縮された後、第１凝縮器１２に流入し、ここで周囲空気に熱を奪われて凝縮する。第１凝縮器１２で液化した冷媒が、キャピラリチューブから成る第１膨張装置１３へ導かれ、第１膨張装置１３で減圧、膨張し、乾き度が低い低温の湿り蒸気となる。低温の湿り蒸気となった冷媒が、冷凍冷蔵庫１の冷蔵室２に設置した第１蒸発器１４に流入し、ここで、冷蔵室送風機制御手段Ｆ１に制御されている冷蔵室送風機１５により循環されている冷蔵室２の冷気から熱を奪って蒸発し、より乾き度の高い湿り蒸気となる。更に、この湿り蒸気状態の冷媒が、中間熱交換器３１の第１熱交換部３１ａ側に導かれ、中間熱交換器３１で第２熱交換部３１ｂの冷媒から凝縮熱などを奪いながら蒸発する。次に、蒸発した冷媒ガスは、第１圧縮機１１に戻る。
【００２８】
このように、第１圧縮機１１の駆動で第１蒸発器１４と中間熱交換器３１の第１熱交換部３１ａは、作動し、冷凍冷蔵庫１の冷蔵室２を冷却すると同時に、中間熱交換器３１の第２熱交換部３１ｂからの熱を吸収する。
【００２９】
一方、第１圧縮機１１の運転中に、第２圧縮機２１を圧縮機制御手段Ｅ１で運転すると、低温冷凍サイクル２０の冷媒が第２圧縮機２１で圧縮された後、まず、第２凝縮器２２に流入し、ここで周囲空気に放熱して温度が下がる。第２凝縮器２２で放熱した冷媒が、中間熱交換器３１の第２熱交換部３１ｂ側に導かれ、中間熱交換器３１で、凝縮熱などを奪われ、凝縮する。凝縮した液体状態の冷媒が、キャピラリチューブから成る第２膨張装置２３に導かれ、第２膨張装置２３で減圧、膨張し、低温の湿り蒸気となる。低温の湿り蒸気となった冷媒が、冷凍冷蔵庫１の冷凍室４に設置した第２蒸発器２４に流入し、ここで冷凍室送風機制御手段Ｆ２に制御されている冷凍室送風機２５により循環されている冷凍室４の冷気から熱を奪って蒸発する。第２蒸発器２４から流出した冷媒ガスが、第２圧縮機２１に戻る。
【００３０】
上記構成の冷凍冷蔵庫１において、冷蔵室２及び冷凍室４の冷却時には第１圧縮機１１、第２圧縮機２１の駆動によって冷媒管を第１冷媒、第２冷媒が流通する。第１圧縮機１１、第２圧縮機２１はそれぞれ、第１冷媒、第２冷媒を圧縮して高温高圧にし、第１膨張装置１３、第２膨張装置２３はそれぞれ第１冷媒、第２冷媒を減圧、膨張して低温低圧にする。
【００３１】
従って、第１冷媒、第２冷媒がそれぞれ、第１圧縮機１１、第２圧縮機２１を流出して第１膨張装置１３、第２膨張装置２３に流入するまでの間は第１冷凍サイクル１０、第２冷凍サイクル２０の高温部となる。第１冷媒、第２冷媒がそれぞれ、第１膨張装置１３、第２膨張装置２３を流出して第１圧縮機１１、第２圧縮機２１に流入するまでの間は第１冷凍サイクル１０、第２冷凍サイクル２０の低温部となる。
【００３２】
冷凍冷蔵庫１は、運転開始後、第２蒸発器２４の温度が安定運転時の設定冷凍温度（例えば、−２０℃）まで下がり続ける。従って、冷凍室４の室内空気の水分の一部が霜となって第２蒸発器２４に付着する。運転時間が長くなるにつれて、着霜が一定量以上になると、第２蒸発器２４の熱交換効率が悪くなるので、除霜が必要となる。
【００３３】
図３は、本発明の実施形態の冷凍冷蔵庫の定時除霜と不定時除霜のタイミングチャートである。本発明の除霜制御は、第１の除霜制御方法である定時除霜と第２の除霜制御方法である不定時除霜との組み合わせである。
【００３４】
冷凍冷蔵庫１の運転開始後あるいは直前の除霜（定時除霜又は不定時除霜のいずれか）より運転積算時間が第一の所定積算時間Ａになると、除霜ヒータ８を通電させて、定時除霜を開始する（Ｘ点で開始）。
【００３５】
第一の所定積算時間Ａが経過する前に、冷凍冷蔵庫の運転開始後、あるいは前回除霜からの予測着霜量が所定量Ｗに達した場合、第２の除霜方法による除霜を開始する（Ｙ点で開始）。次に、前回除霜からの予測着霜量が所定量Ｗ未満で、且つ運転積算時間が第一の所定積算時間Ａを経過した場合に、除霜ヒータ８を通電させて、定時除霜を開始する（Ｚ点で開始）。除霜開始から除霜終了までの時間は、第２蒸発器温度検知手段Ｔ２で検知した第２蒸発器２４の温度が所定の温度になった時点で終了する。なお、定時除霜、不定時除霜とも、除霜の終了直後を圧縮機積算運転時間のカウントをゼロ秒にリセットし、ゼロ秒からカウントを開始する。
【００３６】
図４は、本発明の他の実施形態の冷凍冷蔵庫の定時除霜と不定時除霜のタイミングチャートである。図４は、図３に第二の所定積算時間Ｂが追加になっている以外は、図３と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００３７】
本発明によれば、不定時除霜の開始判断に第二の所定積算時間Ｂを設定し、かつ第一の所定積算時間Ａを第二の所定積算時間Ｂより長く設定している。前回の除霜より冷凍冷蔵庫の運転積算時間が第二の所定積算時間Ｂより長くないと不定時除霜を行わない。第二の所定積算時間Ｂは、前回の除霜で、冷凍室４の室温が上がっているので、すぐに不定時除霜をすると更に冷凍室４の室温があがるので、これを防止し、除霜前の冷凍室４の室温に戻すか、または近づけるための時間である。例えば、第二の所定積算時間Ｂは、最短の除霜間隔（直前の除霜後のカウント開始から不定時除霜の開始まで）の時間の半分以下に設定してもよい。一例としては、図３でのＸ点で開始した除霜完了後のカウント開始から不定時除霜開始（Ｙ点）までの時間の半分以下に設定してもよい。
【００３８】
次に、定時除霜と不定時除霜について、具体的に説明する。
【００３９】
定時除霜は、冷凍冷蔵庫１の運転開始後、あるいは前回除霜より圧縮機積算運転時間が第一の所定積算時間Ａになると、第１の除霜方法である定時除霜を開始する。除霜は、第２蒸発器温度検知手段Ｔ２で検知した第２蒸発器２４の温度が所定の温度になった時点で終了する。
【００４０】
不定時除霜は、冷凍冷蔵庫の運転開始後、あるいは前回除霜から第一の所定積算時間Ａが経過する前に、予測着霜量が所定量Ｗ以上となった場合、第２の除霜方法である不定時除霜を開始する。不定時除霜は、定時除霜と同様に、第２蒸発器温度検知手段Ｔ２で検知した第２蒸発器２４の温度が所定の温度になった時点で終了する。なお、所定量Ｗは、第２蒸発器２４の性能等に応じてあらかじめ決めた値である。
【００４１】
ここで、予測着霜量の計算について、具体的に説明する。
冷凍室扉４ａの開閉回数と、冷凍室扉４ａの庫内に流入する空気の絶対湿度と、冷凍室４の庫内容量と、前記冷凍室扉４ａの開閉一回あたりに庫内の空気と庫外の空気が入れ替わる割合とから、冷凍室４の庫内の空気と庫外の空気が入れ替わり、庫外の空気の中に含まれていた水分が冷凍室４の庫内温度まで冷却された際に、凝縮する水分を算出することにより行う。まず、絶対湿度をＸｏ、空気密度をρ、冷凍室４の庫内容量をＶ、さらに、１回の開閉で外気と庫内空気が入れ替わる割合をＰとする。このとき、１回の開閉で庫内に侵入する水分量Ｑは、
Ｑ＝Ｘｏ×ρ×Ｖ×Ｐ
の計算となる。
【００４２】
一例として、外気温度２９．５℃、外気相対湿度８５％、冷凍室４の庫内容量Ｖは、１４８Ｌ、冷凍室４の庫内温度−１８℃、１回の開閉で外気と冷凍室４の庫内空気が入れ替わる割合Ｐが１００％の場合は、Ｐ＝１として計算する。温度２９．５℃、相対湿度８５％の空気の絶対湿度Ｘｏは２２．５ｇ／ｋｇで、空気密度ρは、０．００１２０３ｋｇ／Ｌであることから、この含まれる水分量ｑｏは、
ｑｏ＝２２．５×０．００１２０３＝０．０２７０６７５（ｇ／Ｌ）
の計算となる。
【００４３】
冷凍室４の庫内容量が１４８Ｌ、１回の開閉で外気と冷凍室４の庫内空気は全て入れ替わるとするとＰ＝１で、１回の開閉で庫内に入る水分量Ｑｏは
Ｑｏ＝ｑｏ×Ｖ×Ｐ＝０．０２７０６７５×１４８×１＝４．００５９９（ｇ）
の計算となる。
【００４４】
次に、庫内温度における飽和水蒸気量をqｉ、飽和水分量をＱｉとすると、庫内温度が元の温度まで下がったときに凝縮する水分量Ｑは、
Ｑ＝（Ｘｏ×ρ‐qｉ）×Ｖ×Ｐ＝Ｑｏ−qｉ×Ｖ×Ｐ＝Ｑｏ−Ｑｉ
の式となる。
【００４５】
一例として、冷凍室４の庫内温度−１８℃における飽和水蒸気量qｉは０．００１８０ｇ／Ｌなので１４８Ｌの庫内空気に含めることができる水分量Ｑｉは０．００１８０×１４８＝０．２６６４ｇとなる。
したがい、水分が結露となり、最終的に蒸発器へ着霜する水分量をＱ１とすると、
Ｑ１＝Ｑｏ−Ｑｉ＝４．００５９９−０．２６６４＝３．７３９５９（ｇ）
の計算となる。
【００４６】
更に、この約３．７ｇに加えて、冷凍室扉４ａを開放している間に冷凍室４の庫内壁面へ直接結露する水分量をＱ２とすると、Ｑ２はＱ１と同量の約３．７ｇであるとすれば、１回の冷凍室扉４ａの開閉における着霜量をＱｔとすると、
Ｑｔ＝Ｑ1＋Ｑ２＝３．７＋３．７＝７．４（ｇ）
の着霜量となる。
【００４７】
１日当たり約３０回の冷凍室扉４ａの開閉が行われ、２日間の圧縮機積算運転時間が第一の所定時間Ａに達しなかった場合は、
Ｑｔ＝７．４×３０×２＝４４４（ｇ）
の着霜量が生じることになる。
【００４８】
この数値は、冷凍室４の冷却性能を大幅に低下させる着霜量であるとする。着霜が成長し、熱交換性能に影響を及ぼす着霜量になった場合、不定時除霜が必要となる。そこで一例として、不定時除霜が必要な着霜量の予測所定量Ｗを実験でのデータ等から３５０ｇに設定した場合について説明する。なお、着霜量から、一例として定時除霜での第一の所定積算時間Ａを３．０日とする。
【００４９】
上述の不定時除霜までの時間Ｎは、
Ｎ＝３５０÷（Ｑｔ÷２）＝３５０÷（４４４÷２）＝約１．５８（日）
の計算となる。
【００５０】
不定時除霜が、前回の除霜から約１．５８日後に行われることになる。定時除霜での第一の所定積算時間Ａである３．０日の約半分の時間である。上述では、定時除霜の３．０日まで着霜が進んだ場合、冷凍室４の冷却性能を大幅に低下することになる。予測所定量Ｗの３５０ｇ以上になった時点で、不定時除霜を行うことで、冷却性能が著しく低下することなく、冷凍室４の温度冷却性能を効率的に維持することが可能である。また、一例として、第二の所定積算時間Ｂを０．６日にすることで、前回の除霜から少なくとも０．６日を過ぎてから不定時除霜を開始することになり、除霜による冷凍室４の庫内温度の大幅な上昇を防止することが可能となる。
【００５１】
冷凍室扉４ａを開放している間に冷凍室４の庫内壁面へ直接結露した水分は、時間経過により、凝縮する水分は、主に第２蒸発器２４に霜として付着するので、この値を扉開閉１回あたりの着霜量として扉開閉ごとに積算すれば、冷凍冷蔵庫１の運転開始後、あるいは前回除霜からの予測着霜量が得られる。なお、１回の開閉で外気と冷凍室４の庫内空気が入れ替わる割合Ｐは冷凍室４の冷凍室扉４ａの開放時間に依存する。
【００５２】
さらに、冷凍室扉４ａを開放している間に冷凍室４の庫内壁面へ直接結露する水分も、そのほとんどは最終的に第２蒸発器２４に霜として付着するので、予測着霜量の一部として含めている。冷凍室扉４ａの開閉１回あたりに庫内壁面へ直接結露する水分は、庫内の表面積と、外気温度と外気湿度および冷凍室扉４ａの開放時間から算出される。ここで計算された結露水分量に上述の計算式による凝縮した水分量を加えたものが冷凍室扉４ａの開閉１回あたりの着霜量であり、この値を冷凍室扉４ａの開閉ごとに積算することにより、冷凍冷蔵庫１の運転開始後、あるいは前回除霜から次回除霜までの予測着霜量を算出する。
【００５３】
上述したように、圧縮機積算運転時間による除霜方法を、第１の除霜方法とし、予測着霜量による除霜方法を、第２の除霜方法であるので、第１の除霜方法と第２の除霜方法を組み合わせることは、冷蔵室２と冷凍室４でそれぞれ独立した冷気回路を持つ冷凍冷蔵庫１における第２蒸発器２４の着霜量の減少に対応した適当な頻度での除霜制御が実現可能である。主に用いる圧縮機積算運転時間に基づく第１の除霜方法は、従来の冷蔵室２と冷凍室４とで単一の冷気回路を持つ冷凍冷蔵庫における除霜の頻度よりも回数を減らすことができ、除霜に用いる消費電力量を低減でき、省エネが可能である。さらに、予測着霜量に基づく第２の除霜方法を用いることにより、蒸発器への着霜が著しく増加するような状況にも適切に除霜を行うことができ、冷却効率を低下させずに、冷凍室４の庫内の冷却運転を行うことが可能となる。このように、第１の除霜方法と第２の除霜方法による除霜を組み合わせることで、より省エネ性能に優れ、冷却効率を高く維持することが可能な冷凍冷蔵庫を提供することができる。
【００５４】
着霜量の予測は、冷凍室扉４ａの開閉回数と、庫内に流入する空気の絶対湿度と、庫内容量と、前記冷凍室扉４ａの開閉一回あたりに冷凍室４の庫内の空気と庫外の空気が入れ替わる割合等の複数の条件の組み合わせから導きだすことにより、実使用に近い着霜量の予測値を算出することが可能である。
【００５５】
また、本発明は、冷凍室扉４ａの開放時間を算出する計算手段を備えた冷凍冷蔵庫１であって、前記冷凍室扉４ａの開閉一回あたりに冷凍室４庫内の空気と庫外の空気が入れ替わる割合を、冷凍室扉４ａの開閉一回あたりの開放時間から算出してもよい。冷凍室４の扉開閉が行われるたびに冷凍室扉４ａの開放時間を検出し、開放時間が短い時は空気の入れ替わる割合を小さく、開放時間が長い時は空気の入れ替わる割合を大きくすることで、冷凍室４庫内に侵入する水分量をより正確に算出でき、予測着霜量の精度を上げることができる。
【００５６】
また、本発明は、冷凍室扉４ａの開放時間を算出する計算手段を備えた冷凍冷蔵庫１であって、第二の除霜方法における予測着霜量の算出において、冷凍室扉４ａの開放時間から冷凍室扉４ａの開放中に冷凍室４内面に結露する水分量を算出し、前記水分量と、冷凍室扉４ａの開閉回数と、庫内に流入する空気の絶対湿度と、冷凍室４の庫内容量と、冷凍室扉４ａの開閉一回あたりに冷凍室４庫内の空気と庫外の空気が入れ替わる割合とから着霜量を予測することが可能である。
【００５７】
扉開閉により冷凍室４の庫内に外気が侵入すると、外気に含まれていた水分が庫内で冷やされ、庫内の壁面等に結露が発生する。この結露はやがて庫内で最も低温部となる蒸発器に霜として付着するため、この結露する水分量を着霜量の予測計算に組み込むことにより、より測着霜量の精度を上げることが可能である。
【００５８】
また、本発明は、前記第二の除霜方法が、前回の除霜終了時点からの予測着霜量が所定量Ｗになると、冷凍室４の冷却を停止して除霜手段を動作させて前記第２蒸発器の除霜を行うので、前記第２蒸発器への着霜量が著しく増加する状況にも対応して、適当な頻度で除霜を行うことが可能である。
【００５９】
また、本発明は、第一の除霜方法、第二の除霜方法どちらの方法で除霜を行ったかに関わらず、一旦除霜が完了すると、前記圧縮機積算運転時間をリセットし、ゼロ秒からカウントを開始することで、異常な頻度での除霜を回避することができる。
【００６０】
また、図１に示すように、第２蒸発器２４の第１の除霜方法または第２の除霜方法による除霜の際に、第１圧縮機１１も停止し、冷蔵室２に配置した冷蔵室送風機１５で冷蔵室２の空気を循環させ、空気が第１蒸発器１４を通過することで第１蒸発器１４に付着した霜を除去する。冷蔵室２を循環する空気が第１蒸発器１４の霜を融かして水分を吸収する。
【００６１】
このように、第２蒸発器２４の除霜時に第１蒸発器１４の除霜も行うことで、除霜中の冷蔵室２内の温度変動を抑制することができる。冷蔵室２の除霜を冷蔵室２内の送風手段にて行うことにより、消費電力量を抑制できると、同時に第１蒸発器１４に霜として付着していた水分を冷蔵室２庫内へ循環させることで、冷蔵室２への加湿効果が期待できる。
【００６２】
一方、第二の所定積算時間Ｂは、前回の除霜で、冷凍室４の室温が上がっているので、すぐに不定時除霜をすると更に冷凍室４の室温があがるので、これを防止し、除霜前の冷凍室４の室温に戻すか、または近づけることができ、冷凍室４の庫内の温度上昇による食品の品質劣化を防止することができる。
【００６３】
さらに、第１蒸発器１４の除霜が、主に第１圧縮機１１の停止中に冷蔵室２に配置した冷蔵室送風機１５の送風による冷蔵室２の空気循環で行ってもよい。
【００６４】
また、第２蒸発器２４の除霜時に、同時に第１蒸発器１４の除霜も行うことで、冷蔵室２を循環する空気が第１蒸発器１４の霜を溶かして水分を吸収するので冷蔵室２への加湿効果がある。
【００６５】
さらに、高温冷凍サイクル１０、低温冷凍サイクル２０の一方だけを運転した場合、中間熱交換器３１の効率が落ちるが、両サイクルとも止めることで中間熱交換器３１を使用せず、次に除霜終了後の冷凍サイクルの運転時に、両サイクルとも使用することで冷凍冷蔵庫１を高効率に運転させることができる。
【００６６】
さらに、定時除霜の場合の第一の所定積算時間Ａは、不定時除霜を設けていない定時除霜だけの場合と比較して積算時間を長く設定することができるので、消費電力を少なくすることが可能となる。
【００６７】
さらに、不定時除霜開始までの運転積算時間を第二の所定積算時間Ｂよりも長く設定することで、前回の除霜で冷凍室４の庫内温度が上昇している状態から、庫内温度を下げることができる。
【００６８】
なお、本実施形態において、第１冷媒、第２冷媒にイソブタン等の同じ冷媒を用いて説明しているが、異なる冷媒を用いてもよい。この時、第１冷媒の沸点を第２冷媒の沸点よりも高くするとよい。これにより、低温冷凍サイクル２０に用いる第２冷媒が、第１冷媒よりも蒸気密度が高くなり、低温冷凍サイクル２０の性能をより向上することが可能となる。
【００６９】
一例として、第１冷媒としてイソブタン（沸点−１２℃）を用い、第２冷媒としてプロパン（沸点−４０．０９℃）又は二酸化炭素（沸点−７８．５℃）を用いることで、容易に実現することができる。これらの冷媒はいずれも自然界に大量に存在する物質を利用する自然冷媒である。従って、自然冷媒を用いる冷凍サイクルの冷却効率を高めることにより、冷凍冷蔵庫１の環境負荷のさらなる低減を実現することができる。
【００７０】
なお、実施例では、冷凍室４と冷蔵室２について説明したが、冷凍室４と、冷蔵室２とは別に設けた野菜室等との組合せや、冷凍室４と、冷蔵室２の代わりに野菜室等との組合せとしてもよい。
【００７１】
さらに、室内温度の異なる第１冷却室、第２冷却室にそれぞれ第１蒸発器１４、第２蒸発器２４を配置して第１圧縮機１１、第２圧縮機２１により第１冷凍サイクル（高温冷凍サイクル）１０、第２冷凍サイクル（低温冷凍サイクル）２０を運転する冷却庫であれば、どのようなものにも同様に適用が可能である。
【００７２】
なお、除霜ヒータ８に用いたガラス管ヒータや温度検知手段に用いたサーミスタについては、一例であって、他のものを適宜用いてもよい。
【００７３】
なお、冷凍室扉開閉検知手段Ｇ１は、冷凍室扉４ａに接する断熱箱体３に設けられた扉スイッチ等で冷凍室扉４ａの開閉を検知し、その検知信号を制御部で、冷凍室扉４ａの開閉回数にカウントしていたが、別個、または一体にして冷凍室扉開閉回数カウンタを設け、その信号を制御部にいれてもよい。
【００７４】
以上において示した実施の形態おいては、本発明による冷凍冷蔵庫及びその運転方法を最小限に必要とした場合を例示して説明を行なったが、本発明は、除霜の必要な冷却装置であれば適用が可能である。
【００７５】
以上で説明した実施形態は、あくまで本発明を実施するに当たっての一例であり、本発明はそれらに限定されるものではない。上述した実施形態に開示された技術的手段に、周知慣用技術を適宜組み合わせて得られる態様についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明によると、冷蔵室及び冷凍室を備えた冷凍冷蔵庫に利用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１  冷凍冷蔵庫
２  冷蔵室
３  断熱箱体
４  冷凍室
４ａ  冷凍室扉
５  機械室
６  制御部
８  除霜ヒータ
９  断熱材
１０  第１冷凍サイクル（高温冷凍サイクル）
１１  第１圧縮機
１２  第１凝縮器
１３  第１膨張装置
１４  第１蒸発器
１５  冷蔵室送風機
２０  第２冷凍サイクル（低温冷凍サイクル）
２１  第２圧縮機
２２  第２凝縮器
２３  第２膨張装置
２４  第２蒸発器
２５  冷凍室送風機
３０  冷凍サイクル
３１  中間熱交換器
３２  外箱板
Ａ  第一の所定積算時間
Ｂ  第二の所定積算時間
Ｅ１  圧縮機制御手段
Ｅ２  圧縮機積算運転時間計算手段
Ｆ１  冷蔵室送風機制御手段
Ｆ２  冷凍室送風機制御手段
Ｇ１  冷凍室扉開閉検知手段
Ｈ１  周囲湿度検知手段
Ｔ１  周囲温度検知手段
Ｔ２  第２蒸発器温度検知手段
Ｔ３  冷凍室温度検知手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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