(57)【要約】【課題】回路容量に係らず容易にヒータを制御することができ、消費電力量を低減した冷蔵庫を提供することを目的とする。【解決手段】商用電源か商用電源から供給される交流電圧を検出する検出回路と、交流電圧が印加される除霜用ヒータや庫内温度補償用ヒータからなるヒータと、前記ヒータに直列に接続されて前記ヒータへの通電をオン／オフするスイッチング素子を有するスイッチング回路と、前記検出回路の検出電圧値によって前記ヒータへのオン／オフ通電を可変制御する制御装置とを備える。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源から供給される交流電圧を検出する検出回路と、交流電圧が印加される除霜用ヒータや庫内温度補償用ヒータからなるヒータと、前記ヒータに直列に接続されて前記ヒータへの通電をオン／オフするスイッチング素子を有するスイッチング回路と、前記検出回路の検出電圧値によって前記ヒータへのオン／オフ通電を可変制御する制御装置とを備えたことを特徴とする冷蔵庫。
【請求項２】
請求項１において、前記制御装置は、マイクロコンピュータ及び温度制御回路で構成され、前記検出回路の検出電圧値によって前記ヒータの発熱量が予め設定された発熱量になるよう自動制御すると共に、温度センサにより検出された冷蔵庫内温度や外気温度の温度情報が入力され、この入力された温度情報に基づいて前記ヒータを予め設定された動作温度で動作するように前記スイッチング素子をオン／オフ制御することを特徴とする冷蔵庫。
【請求項３】
前記スイッチング回路は、前記スイッチング素子のオン時間又はオフ時間を制御することにより、前記ヒータの発熱量を調整することを特徴とする、請求項１又は２記載の冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷蔵庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開２００６−２０２５３８号公報（特許文献１）がある。この公報には、「交流電源から供給される交流電圧を整流回路で直流母線電圧に変換し、制御部はその直流母線電圧の電流と電圧とを電流検出部と電圧検出部との検出値に基づいてスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、ヒータの発熱量を制御する。」と記載されている。
【０００３】
また、特開２０１０−１９４８６号公報（特許文献２）がある。この公報には、「冷蔵庫は、商用電源から供給される交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路およびこの直流電圧を平滑する平滑回路で構成されたコンバータ回路とコンバータ回路で生成された直流電圧が一次側に印加され、当該直流電圧より低い直流電圧を制御用電源として二次側に出力するスイッチング電源回路とスイッチング電源回路の二次側に接続されたヒータとヒータに直列に接続され、当該ヒータへの通電をオン／オフするスイッチング素子と、ヒータを予め設定された動作温度で動作するようにスイッチング素子をオン／オフ制御する制御装置とを備える。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０２５３８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に冷蔵庫に使用するヒータには交流ヒータの使用が主流となっている中、特許文献１，２においては、ヒータ電源電圧を直流電圧としている。その為、コンバータ回路部の平滑コンデンサの容量を上げる必要やスイッチング電源の出力容量を上げる、即ち大型電源構成化を行う必要がある。
【０００６】
また、直流による制御においてはヒータ線の電飾、緑青の発生、異極間トラッキング等の問題を解決する必要がある。
【０００７】
更に、高圧直流電圧を使用する場合、他の駆動電流による影響を大きく受ける可能性がある。例えば、同直流母線間に圧縮機を駆動するインバータ回路が接続されている場合、その圧縮機負荷条件により起動電流、駆動電流が変動する、したがって同直流母線間の電圧が降圧し、ヒータ制御においては通電率を上げる必要があり、消費電力悪化となってしまう。
【０００８】
そこで本発明は、回路容量に係らず容易にヒータを制御することができ、消費電力量を低減した冷蔵庫を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、商用電源から供給される交流電圧を検出する検出回路と、交流電圧が印加される除霜用ヒータや庫内温度補償用ヒータからなるヒータと、前記ヒータに直列に接続されて前記ヒータへの通電をオン／オフするスイッチング素子を有するスイッチング回路と、前記検出回路の検出電圧値によって前記ヒータへのオン／オフ通電を可変制御する制御装置とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の冷蔵庫によれば、回路容量に係らず容易にヒータを制御することができ、消費電力量を低減した冷蔵庫を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態の冷蔵庫斜視図。
【図２】図１の冷蔵庫の野菜室温度補償用ヒータの周辺部の断面図。
【図３】図１の冷蔵庫のヒータ制御系全体の構成図。
【図４】図１の制御装置におけるヒータの制御動作を示すフローチャート。
【図５】図１の制御装置における商用電源電圧と降圧電圧実効値の特性概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、商用電源から供給される交流電圧を検出する検出回路と、本交流電圧が印加される除霜用ヒータや庫内温度補償用ヒータからなるヒータと、前記ヒータに直列に接続されて前記ヒータへの通電をオン／オフするスイッチング素子を有するスイッチング回路と、前記検出回路の検出電圧値によって前記ヒータへのオン／オフ通電を可変制御する制御装置とを備える。この構成により、コンバータ回路や電源回路の容量に係らず使用することができる。
【００１３】
また、前記制御装置は、マイクロコンピュータ及び温度制御回路で構成され、前記検出回路の検出電圧値によって前記ヒータの発熱量が予め設定された発熱量になるよう自動制御すると共に、温度センサにより検出された冷蔵庫内温度や外気温度の温度情報が入力され、この入力された温度情報に基づいて前記ヒータを予め設定された動作温度で動作するように前記スイッチング素子をオン／オフ制御する。この構成により、商用電源電圧を検出し自動で前記スイッチング回路の通電率調整を行う為、各海外向け製品の商用電源電圧違いによる前記ヒータ発熱量の再設計を必要とせず、同じヒータを共用でき、安定した発熱量を得ることができる。
【００１４】
また、前記スイッチング回路は、前記スイッチング素子のオン時間又はオフ時間を制御することにより、前記ヒータの発熱量を調整する。この構成により、消費電力量低減に対して有効であると言える。また、ヒータ設計時においては、ヒータ通電率１００％時のヒータ発熱量設定のみ管理すれば良く、設計を容易とすることができる。
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の第１実施形態の冷蔵庫を図１から図５を用いて説明する。
【００１７】
まず、図１および図２を参照しながら、本実施形態の冷蔵庫５０の概要について説明する。図１は本実施形態の冷蔵庫５０の斜視図、図２は図１の冷蔵庫５０の野菜室温度補償用ヒータ９の周辺部の断面図である。
【００１８】
冷蔵庫５０は、冷蔵庫本体５１、貯蔵室ドア５２〜５６、冷凍サイクル、制御系などから構成されている。冷蔵庫本体５１は、鋼板製の外箱と樹脂製の内箱との間に可燃性のウレタン発泡断熱材及び真空断熱材を有して構成され、上から冷蔵室７２、製氷室７３および急冷凍室７４、冷凍室７５、野菜室７６の順に複数の貯蔵室を有している。冷蔵室７２及び野菜室７６は冷蔵温度帯の貯蔵室であり、冷凍室７４、７５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。
【００１９】
冷蔵庫本体５１の前面には、貯蔵室７２〜７６の前面開口部を開閉する貯蔵室ドア５２〜５６が設けられている。冷蔵室ドア５２は冷蔵室７２の前面開口部を開閉するドア、製氷室ドア５３は製氷室７３の前面開口部を開閉するドア、急冷凍室ドア５４は急冷凍室７４の前面開口部を開閉するドア、冷凍室ドア５５は冷凍室７５の前面開口部を開閉するドア、野菜室ドア５６は野菜室７６の前面開口部を開閉するドアである。冷蔵室ドア５２は観音開き式の両開きのドアで構成され、その他のドア５３〜５６は、引き出し式のドアによって構成されている。また、冷蔵室ドア５２の前面には、表示ランプや液晶パネル、操作スイッチで構成される操作表示部３０が設けられている。野菜室温度補償用ヒータ９は、ウレタン発泡断熱材６３内の野菜室７６を形成する樹脂製の内箱６２側に設置されている。
【００２０】
次に図３を参照しながら、本実施形態に係る冷蔵庫のヒータ制御系全体の構成について説明する。図３は図１のヒータ制御系全体を示す概略構成図である。
【００２１】
本制御系全体の構成は、商用電源部２、フィルタ回路部３、検出回路部４、ダイオード等の整流回路部５及び平滑コンデンサ部６から構成されるコンバータ部７、スイッチング電源部１５、ヒータ８〜１１、マイクロコンピュータ１４（非絶縁回路）、ドライバ回路部１２、スイッチング素子３５〜３８、マイクロコンピュータ１６（絶縁回路）および通信回路部１８を備えている。なお、コンバータ部７の出力側にインバータ回路５１および圧縮機５２を設けている。
【００２２】
商用電源部２は、例えば、家庭用交流電源（一般に日本国内では実効値１００Ｖ、海外では実効値１１０Ｖ、もしくは実効値２００Ｖ以上の電圧）を示している。フィルタ回路部３は、商用電源から供給される交流電圧をフィルタリングしてコンバータ部７に出力するものである。
【００２３】
検出回路部４は、基板上のパターン配線の損失を考慮しスイッチング素子３５〜３８近傍に設けてあり、フィルタリングされた交流電圧を降圧し、例えば、ＲＭＳ／ＤＣコンバータ回路等を設けて非絶縁のアナログ電圧に変換するものである。マイクロコンピュータ１６は、商用電源部２に対して絶縁された箇所に設けてあり、野菜室温度、外気温度、冷凍室温度、冷蔵室温度等の温度をセンシングするものである。
【００２４】
通信回路部１８は、絶縁部のマイクロコンピュータ１６から非絶縁部のマイクロコンピュータ１４への前記温度条件の伝達を行うものであると共に、絶縁回路の役割も担うものである。
【００２５】
マイクロコンピュータ１４は、検出回路部４にて検出された商用電源部２の減圧電圧実効値より商用電源部２の電圧実効値を特定し、予め設定してあるヒータ発熱量値およびヒータ抵抗値により、各ヒータ８〜１１の通電率を算出する。算出した通電率においてドライバ回路部１２を介し、各スイッチング素子３５〜３８へ出力を実行するものである。
【００２６】
ヒータ８〜１１は、フィルタ回路部３後の交流電源に接続された複数のヒータで構成されている。この複数のヒータ８〜１１は、冷蔵庫庫内に設置された蒸発器の除霜を行う除霜用ヒータ８と、庫内温度を補償する複数の庫内温度補償用ヒータ９〜１１とから構成されている。ヒータ８〜１１はセンシングされた温度により、予め設定された動作温度で動作するものである。
【００２７】
スイッチング素子３５〜３８は、各ヒータ８〜１１に直列に接続されており、当該ヒータ８〜１１への通電をオン／オフするものである。ここで、スイッチング素子３５〜３８は、除霜用ヒータ８への通電をオン／オフする除霜用ヒータのスイッチング素子３５と、野菜室温度補償用ヒータ９への通電をオン／オフ制御する野菜室温度補償用ヒータのスイッチング素子３６と、冷蔵室温度補償用ヒータ１０への通電をオン／オフ制御する冷蔵室温度補償用ヒータのスイッチング素子３７と、冷凍室温度補償用ヒータ１１への通電をオン／オフ制御する冷凍室温度補償用ヒータのスイッチング素子３８とから構成されている。
【００２８】
具体的には、スイッチング素子３５〜３８のドライブ制御は、除霜運転開始指令や、複数の温度センサにより検出された冷蔵庫内温度および外気温度などの温度が入力され、この入力された指令や温度に基づいて通電指令信号Ａ〜Ｄを生成し、ドライバ回路部１２を介してヒータ８〜１１を予め設定された動作温度で動作するようにスイッチング素子３５〜３８をオン／オフ制御する。ここで、温度センサは、冷蔵室温度を検出する冷蔵室温度センサと、野菜室温度を検出する野菜室温度センサと、冷凍室温度を検出する冷凍室温度センサおよび冷蔵庫の外側温度を検出する外気温度センサとから構成されている。
【００２９】
次に、図４、図５を参照しながら、野菜室温度補償用ヒータ９の制御動作に関して説明する。図４は図３のマイクロコンピュータ１４における野菜室温度補償用ヒータ９の制御動作を示すフローチャートである。図５は商用電源部２と商用電源部２の減圧電圧実効値の特性概略図である。
【００３０】
野菜室温度センサで野菜室７６の温度を検出し（ステップＳ１）、この検出温度が０℃以上かを判定する（ステップＳ２）。この判定で、検出温度が０℃以上と判定した場合には、野菜室温度補償用ヒータ９をオフし（ステップＳ３）、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２の判定を繰り返す。ステップＳ２の判定で、０℃未満と判定した場合は、商用電源電圧の降圧電圧実効値を読み込む（ステップＳ４）、商用電源の降圧電圧実効値を仮にＸとすると、読込み値Ｘから図５より、商用電源電圧値に換算する。図５におけるＸ１およびＸ２は、商用電源を降圧する降圧比ならびにＲＭＳ／ＤＣコンバータ出力電圧特性により決まるものである。予め設定されている野菜室温度補償用ヒータ９の抵抗値により、換算された商用電源電圧での発熱量を算出する。商用電源電圧での発熱量をＰ、商用電源電圧をＶ、予め設定されているヒータ抵抗値をＲとすると、
Ｐ＝Ｖ2／Ｒ
となり、予め設定されているヒータの必要発熱量により、通電率を算出する。予め設定されているヒータの必要発熱量をＰ０、通電率をＴとすると、
Ｔ＝Ｐ／Ｐ０×１００％
となる。
【００３１】
ヒータの選定としては商用電源電圧の最小値で必要発熱量を選定する必要がある。仮に商用電源電圧範囲を９０Ｖ〜２４０Ｖとした場合、商用電源電圧９０Ｖ時において必要となるヒータ発熱量および抵抗値を選定する。
【００３２】
前記の通り、通電率Ｔを算出する（ステップＳ５）。算出された通電率Ｔにおいて野菜室温度補償用ヒータ９をオンするための通電指令信号を出力し（ステップＳ６）、ドライバ回路部１２を介して野菜室温度補償用ヒータのスイッチング素子３６をオン／オフ制御して野菜室温度補償用ヒータ９へ通電する（ステップＳ７）。
【００３３】
次に野菜室温度センサの検出温度が０℃以上かを判定する（ステップＳ８）。この判定で、検出温度が０℃以上と判定した場合には、野菜室温度補償用ヒータ９をオフし、ステップＳ２に戻る。検出温度が０℃未満と判定した場合には、野菜室温度補償用ヒータ９の通電を継続する。商用電源電圧の変動を考慮し、定期的に商用電源電圧値を検出する。野菜室温度補償用ヒータ９への通電時間がｔ時間経過したかを判定する（ステップ８）。この判定でヒータ通電時間がｔ時間経過した場合にはステップＳ４に戻り、ステップＳ４からステップＳ７を繰り返す。ヒータ通電時間がｔ時間に達していない場合には、ステップＳ６に戻り、野菜室温度補償用ヒータ９の通電を継続する。
【００３４】
一般的に冷蔵庫に使用するヒータには交流制御でヒータを使用することが多い、本実施形態によれば、商用電源部２の電圧を降圧しＲＭＳ／ＤＣコンバータ回路等でＤＣ変換した電圧実効値を確実に検出できるため、マイクロコンピュータ１４はヒータ８〜１１への印加電圧（通電率）を予め計算することができるようになる。すなわち、ヒータ８〜１１の仕様（例えば、抵抗値）が予め分かっていれば、任意のヒータ発熱量になるよう計算することが容易である。ヒータ発熱量は、オームの法則を用いた簡単な計算式で導き出す事ができるからである。商用電源部２の電圧実効値を把握した上で、スイッチング素子３５〜３８はドライバ回路部１２を介して制御することにより、ヒータ８〜１１を予め設定された動作温度となるようにしているので、ヒータの信頼性およびそのヒータの関連する部分の安全性を容易に確保することができる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、国内向け機種、輸出向け機種において、仕向け地の商用電源部２事情に関係なくヒータ仕様を同一とすることができるため、部材調達としてヒータを安価に購入することができる。また、生産性においても製品組立時に仕向け地毎に仕様の違うヒータを使用することがなくなり、より効率の良い生産が可能となるものである。
【符号の説明】
【００３６】
２  商用電源部
３  フィルタ回路部
４  検出回路部
５  整流回路部
６  平滑コンデンサ部
７  コンバータ部
８  除霜用ヒータ
９  野菜室温度補償用ヒータ
１０  冷蔵室温度補償用ヒータ
１１  冷凍室温度補償用ヒータ
１２  ドライバ回路部
１４  マイクロコンピュータ（非絶縁回路）
１５  スイッチング電源部
１６  マイクロコンピュータ（絶縁回路）
１８  通信回路部
３５  除霜用ヒータのスイッチング素子
３６  野菜室温度補償用ヒータのスイッチング素子
３７  冷蔵室温度補償用ヒータのスイッチング素子
３８  冷凍室温度補償用ヒータのスイッチング素子
５０  冷蔵庫
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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