(57)【要約】【課題】電力使用率が高まる時間帯における電力使用量のピーク値を低減した冷凍装置を提供することを目的とする。【解決手段】インバータ装置、制御装置、圧縮機、外気温度センサーを備えた冷凍装置において、前記制御装置は前記外気温度センサーが検出した高温度時間帯に前記圧縮機を低速運転し、前記高温度時間帯に前記圧縮機の起動電流を発生させない又は起動回数を低減するように制御する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ装置、制御装置、圧縮機、外気温度センサーを備えた冷凍装置において、前記制御装置は前記外気温度センサーが検出した高温度時間帯に前記圧縮機を低速運転し、前記高温度時間帯に前記圧縮機の起動電流を発生させない又は起動回数を低減するように制御することを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記制御装置が前記圧縮機を低速運転する時間帯が一日の内に２回以上あることを特徴とする、請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記制御装置内にタイマーを備え、該タイマーに基づき前記圧縮機を低速運転することを特徴とする、請求項１記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記圧縮機を低速運転する時間帯に、前記圧縮機の回転数を負荷に応じて変動させることを特徴とする、請求項１記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記圧縮機を低速運転する時間帯に、前記圧縮機を停止する温度範囲を通常運転時よりも低温側にシフトしたことを特徴とする、請求項１記載の冷凍装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の冷凍装置を備えた冷蔵庫であって、
前記圧縮機の前記低速運転中、除霜運転を停止して、自動製氷機能及び／又は急冷凍機能を備えている場合は前記自動製氷機能及び／又は前記急冷凍機能を停止することを特徴とする冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置及び冷蔵庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置を用いて出力周波数を変え圧縮機等の回転数を可変可能とした冷凍冷蔵庫の例としては特許文献１に示すものが挙げられる。特許文献１に示すものは、圧縮機の回転数をインバータ装置及び制御回路で生成した三相交流により周波数制御した冷蔵庫において、庫内に冷気を循環させるためのファンモータの回転数を前記インバータ装置及び制御回路の出力を用いて制御するものである。
【０００３】
また、特許文献２に示すものは、消費電力が一定限度内に維持される自動販売機の例である。これは、自動販売機全体の消費電力を測定する手段と、許容される最大の消費電力を設定する手段と、前記測定手段により測定された消費電力と前記設定手段に設定された許容電力との大小を判定する手段と、この判定手段からの信号に基づいて前記測定電力が前記許容電力を越えないように自動販売機内の負荷を所定の順序で部分的にカットする電力制御手段とを設けたものであり、負荷の部分的なカットとしては、冷熱手段の設定温度のシフトや、一部の運転停止、蛍光灯の一部の消灯を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２０７９６８号公報
【特許文献２】特開平６−３４８９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び特許文献２には、圧縮機の起動時に消費する起動電力をどう処理するか記載されていない。
【０００６】
圧縮機の起動時には、通常運転時に比較して例えば３倍以上の大きな起動電力を必要とする。この点、更に説明すると、圧縮機の摺動部となる軸受け部及び圧縮部への給油は、回転軸に設けた螺旋状の給油溝を介して、遠心ポンプ作用によって潤滑油を汲み上げることで行われる。
【０００７】
ところが、最近の潤滑油は効率を上げるために、粘度を下げる傾向にある。このため、インバータ制御により圧縮機の回転数を下げていくと、給油溝を通して汲み上げる潤滑油に働く遠心力が十分に作用せず、十分な給油ができなくなる。
【０００８】
そこで、既存の圧縮機は潤滑油を汲み上げるために、瞬間的に圧縮機の回転数を高回転に上げる等している。
【０００９】
このため、起動時には約３倍以上の大きな起動電力を考慮した大きな発電量が必要であった。また、昼間の特に気温の高い時間帯等に冷凍装置の運転や停止が頻繁に繰返されると、電力使用量のピークが生じる。このことからも、このような時間帯の電力使用量に合わせた大きな発電設備が必要である。
【００１０】
また、昨今はオール電化によって地球温暖化抑制や排気ガス低減が促進されているが、その分、電力使用量が増加する傾向にある。このオール電化による電力使用量の増加については、消費電力の少ない機器の開発によって大幅に抑制されているが、地球規模での電化製品の急激な増加によって発電量が不足する虞がある。
【００１１】
加えて、発電施設の故障が起きた場合、余裕度を確保するために、施設の増加だけに頼ることのない対応が必要である。例えば、昨今においては、サマータイム制度の導入による一日の電力使用量の平均化、或いはピーク電力使用時間帯の電力使用量の総量規制等が検討されているが、この電力使用量の総量規制により快適性・食品等の鮮度維持を犠牲にしないことが望ましい。
【００１２】
そこで本発明は、電力使用率が高まる時間帯における電力使用量のピーク値を低減した冷凍装置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】
【００１３】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。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、インバータ装置、制御装置、圧縮機、外気温度センサーを備えた冷凍装置において、前記制御装置は前記外気温度センサーが検出した高温度時間帯に前記圧縮機を低速運転し、前記高温度時間帯に前記圧縮機の起動電流を発生させない又は起動回数を低減するように制御する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電力使用率が高まる時間帯における電力使用量のピーク値を低減した冷凍装置を提供することを目的とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を説明するための冷凍装置の構成をブロック化して説明する概略図である。
【図２】冷凍装置中に使われる圧縮機の起動電力を説明する図である。
【図３】インバータ装置を備えた冷凍装置のブロック図である。
【図４】インバータ装置により制御された冷凍装置の圧縮機運転状態を説明する図である。
【図５】通常運転時の圧縮機の回転数と庫内温度との関係を示す図である。
【図６】省エネ運転時の圧縮機の回転数と庫内温度との関係を示す図で、特に外気温度が高い時に庫内温度設定値を通常運転時より下げて運転するようにした図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下本発明の実施形態を図に基づいて説明する。尚、図１は本発明を説明するための冷凍装置の構成をブロック化して説明する概略図であり、図２は冷凍装置中に使われる圧縮機の起動電力を説明する図であり、図３はインバータ装置を備えた冷凍装置のブロック図であり、図４はインバータ装置により制御された本発明冷凍装置の圧縮機運転状態を説明する図である。
【００１７】
まず、図１において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は減圧装置、４は冷却器であり、これらは直列で、しかも環状に接続され周知の冷凍サイクルを構成する。本実施例の対象製品となる冷凍冷蔵庫、空気調和機等は、冷凍サイクルを備えた冷凍装置である。
【００１８】
５は冷凍装置を備えた冷凍冷蔵庫の場合の冷凍室を示している。そして、この冷凍室５内には冷却器４の他、この冷却器４に付いた霜を除去する消費電力１５０Ｗの除霜ヒータ６、自動製氷装置７等が設置されている。
【００１９】
除霜ヒータ６、自動製氷装置７共に所定位置に取り付けられた各種センサー８は、例えば除霜ヒータ６であれば、除霜開始、終了等の時期を検出すると、その検出信号が制御装置９に送られ、冷凍冷蔵庫は除霜運転を行うものである。ここで、各種センサー８は、例えば公知の各種温度センサーである。
【００２０】
尚、除霜ヒータ６は消費電力が１５０Ｗのガラス管ヒータ等で、冷却器４に付いた霜を輻射熱で溶かし除去するものである。また、自動製氷装置７は入力１０Ｗ〜３０Ｗの駆動モータをもって製氷皿を反転させ製氷皿内にできた氷を落下させる。このものも除霜ヒータ６同様、普段は各種センサー８により動作する。
【００２１】
また、制御装置９は学習手段を備えている。即ち、制御装置９は冷凍冷蔵庫の使用状況を検出する各種センサー（外気温センサーを含む）を備え、冷凍冷蔵庫内の温度を制御する。これと同時に制御装置９は記憶手段等を有し、各種センサー８から入力された情報を一定期間蓄積し学習することにより、一定の運転プログラムを作り、これに基づき自動的に日常の冷凍冷蔵庫の運転を行う。
【００２２】
この制御装置９は、図には示してないが、冷凍冷蔵庫の上面或いは機械室内に取り付けられた外気温度センサー（各種センサー８）が検出する高温時間帯、例えば１２時〜１５時に圧縮機１を低速で、且つ連続運転させ、例えば夏場の最も電力利用率が高くなる時間帯の電力使用量を抑える機能を有している。
【００２３】
即ち、制御装置９内では先にも記述した如く、省電力運転を行うプログラム或いは判定手段等を有し、各種センサー８の入力信号に基づき庫内温度等を制御している。
【００２４】
換言すると、この制御装置９により圧縮機１の回転は決められ、また圧縮機１の連続運転等も決められる。
【００２５】
更に制御装置９内にはタイマーが設けられている。このタイマーに例えば総量規制日、規制時間帯等を予め入力しておけば、このタイマーに依っても外気温度センサーが検出する高温度時間帯同様、予め入力した時間帯、圧縮機を低速でしかも連続して運転させることができるよう構成されている。
【００２６】
１０は入力手段である。この入力手段１０は冷凍冷蔵庫或いは空気調和機（例えば冷凍冷蔵庫であれば急速運転、省電力運転、空気調和機であれば加湿運転、省電力運転等の指示を行う指示釦）を、状況に合わせ使用者が選択して指示することができる押し釦等の操作部を指す。
【００２７】
次に、図２において、図２は冷凍冷蔵庫をＯＦＦ状態から、ＯＮ状態に切り替えた時に発生する起動電力を測定したもので、縦軸は圧縮機が使う電力を示し、横軸は経過時間（秒）を表している。
【００２８】
図からも分かるように、後述するインバータ装置により圧縮機１が低速運転（例えば１５００min-1以下）で運転されている時の入力電力を５０Ｗとすると、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えた瞬間は、少ない時間であるが安定時の３倍以上となる１６０Ｗ以上の入力電力を必要とする。
【００２９】
例えば各家庭或いは地域、更には企業で電力の総量規制等が義務付けられた時には、機器の安定時の入力電力を積算して計画を立てる。これが先にも説明した如く、短い時間（図２の場合２０秒）でも３倍以上の入力電力が必要となってしまうと、電力使用量が結果として増加する。
【００３０】
尚、中速運転の場合（圧縮機１の回転数が３１００min-1）でも入力電力が１００Ｗとなり、ＯＦＦ状態からＯＮ状態にすると、略３倍以上の起動電力となる。
【００３１】
次に図３、図４について、冷凍冷蔵庫の例を説明する。この冷凍冷蔵庫は、先に説明した制御装置９、入力手段１０の他、インバータ装置１１が組み込まれている。そして、インバータ装置１１は、例えば冷凍室５内等の室内温度が設定温度以上になると、各種センサーがそれを検出して、インバータ装置１１に信号を送り、温度差に応じたインバータ装置１１の出力により圧縮機１の回転数を可変して運転する。
【００３２】
これら一連の動作は通常、自動制御され、例えば、室内温度と設定温度との温度差に応じて、インバータ装置１１の出力周波数を変更し圧縮機１の回転数を制御している。
【００３３】
ここでは図４にも示す如く、圧縮機１の回転数を段階的に４３００min-1〜１２００min-1に切り替えるようにしている。
【００３４】
圧縮機１の低速運転として、冷凍冷蔵庫の場合、１５００min-1以下を表し、高速運転とは３１００min-1〜４３００min-1を指し、中速運転とはその間の回転数を指している。
【００３５】
次に図４において、１２時〜１５時、１９時〜２１時の間は、圧縮機１の回転数は１５００〜１２００min-1と低速で連続運転している。１２時〜１５時は通常一日の間で最も外気温度が高い時間帯である。この外気温度が高い時間帯を外気温度センサー（各種センサー８の内の一つ）が検出し、これを制御装置９に入力する。制御装置９内では入力された情報を記憶装置等に学習させる。そして、この時間帯は自動的に圧縮機１を低速で連続運転させる。この時、制御装置が持つタイマーを利用して、低速運転する時間帯を予め制御装置に入力しておき、図４の運転状態を作り出して制御してもよい。
【００３６】
また、１９時〜２１時の間は、昼間は自宅外で働いていた人が帰宅する時間帯である。この時間帯は冷凍冷蔵庫の使用状態も増すが、空気調和機の使用も増える。従って、電力の総量規制時にはこの時間帯も対応する必要がある。そこで本実施例においては、１９時〜２１時の時間帯も、圧縮機１の回転数を１５００〜１２００min-1と低速とし、その圧縮機を連続して運転させる。
【００３７】
尚、１２時〜１５時、１９時〜２１時の間、圧縮機１の回転数を１５００〜１２００min-1と低速運転とする手段は、先にも説明したように、制御装置内で学習させるか、タイマー等を使って予め設定しておくか、使用者の選択によって変更できる。
【００３８】
また、圧縮機の回転数を低速運転とすると、冷媒の循環量が減ることにより、扉開閉等によって庫内温度が一時的に上昇するが、長時間で見れば十分冷却できる範囲である。
【００３９】
更に、１２時〜１５時、１９時〜２１時の間で、圧縮機１を低速運転させる時、冷凍冷蔵庫が有する自動製氷、急冷凍運転等の機能を停止すると共に、除霜運転に入らないようにすれば、この効果は一段と顕著なものとなる。
【００４０】
次に図５において、通常運転時の圧縮機回転数と庫内温度との関係を説明する。図５上部の折れ線グラフは、制御装置等に基づいて設定温度Ｂを基準に冷蔵庫を運転する場合の庫内温度変化を示す。
【００４１】
設定温度Ｂは、圧縮機のオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）により確保されている。この時の圧縮機の回転数は、例えば４３００〜１２００min-1の範囲で変化する。例えば、一日の間で電力が最も使われ、総量規制が問題となる可能性のある１２時〜１７時以外の時間帯は、庫内温度が設定値以下となった時に圧縮機がオフし、庫内温度が上昇して設定温度を越えると圧縮機がオンする。
【００４２】
この段階で圧縮機の回転数が、例えば２４００min-1以上で運転されている場合には、回転軸の遠心力が十分に確保されるため、遠心ポンプにより摺動部への潤滑油の供給は十分に行われる。
【００４３】
ところが、１２時〜１７時の時間帯に入ると、線Ａ１の如く回転数は１２００min-1となる。この時、十分な遠心力が得られず潤滑油の摺動部への給油が不十分となる。
【００４４】
そこで、本実施例においては、１２時〜１７時の時間帯に入る前に、瞬間的ではあるものの、回転数を線Ａ２の如く２４００min-1に上げる。この２４００min-1時が図２に示す起動時に相当する。
【００４５】
以上の如く本実施例においては、総量規制すべき対象時間帯には、例えば１２００min-1或いは１５００min-1の低速で圧縮機を運転し続ける。また、本実施例は電力使用率が増加して電力使用量を抑制したい時間帯に入る前に、圧縮機を起動状態としておき、電力使用率が増加している時間帯は、低速運転を継続する点である。また、１２００min-1と１５００min-1の如く負荷の状態等に合わせ変更可能とした点である。
【００４６】
次に図６において、省エネルギー運転時の圧縮機の回転数と庫内温度との関係を説明する。特に、外気温度が高い時に庫内温度設定値を通常運転時より下げて運転する制御に関するものである。
【００４７】
図６上部の折れ線グラフは、設定温度に基づいて冷蔵庫の運転制御をした場合の庫内温度変化を示す。
【００４８】
設定温度は圧縮機のオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）により確保されている。この時の圧縮機の回転数は、例えば４３００〜１２００min-1の範囲で変化する。即ち、一日の間で電力が最も使われ、総量規制が問題となる可能性のある１２時〜１７時以外の時間帯は、庫内温度が設定値以下となった時に圧縮機がオフし、庫内温度が上昇して設定温度を越えると圧縮機がオンする。
【００４９】
この段階で圧縮機の回転数が、例えば２４００min-1以上で運転されている場合には、遠心力が十分に確保されるために、摺動部への潤滑油の給油は十分に行われる。ところが、１２時〜１７時の如く、総量規制が問題となる可能性のある時間帯に入ると、線Ａ１、Ａ３の如く、回転数は１２００min-1、或いは１５００min-1に制御する。この時、十分な遠心力が得られず潤滑油の摺動部への給油が不十分となる。
【００５０】
そこで、本実施例においては、瞬間的ではあるが、１２時〜１７時の時間帯の前に、線Ａ２の如く、圧縮機の回転数を２４００min-1に上げておくものである。この２４００min-1時が図２に示す起動時に相当する。
【００５１】
以上の如く本実施例においても、総量規制の対象時間帯には、例えば１２００min-1或いは１５００min-1の低速で圧縮機を運転し続ける。
【００５２】
さらに、図５の実施例と異なる点は、図６に示すように、圧縮機オフ（ＯＦＦ）温度（Ｃ）を、途中で温度（Ｄ）まで下げるようにシフトして、圧縮機が運転を続けるようにした点である。さらに、本実施例においては、電力使用規制の対象時間帯の判定温度（Ｅ）を、設定温度（Ｂ）よりも低い温度で設けたものである。
【００５３】
この判定温度（Ｅ）は、オフ（ＯＦＦ）温度（Ｃ）よりも高く、電力使用規制の対象時間帯に制御装置等のセンサーの温度がオフ（ＯＦＦ）温度（Ｃ）に近づいた時、圧縮機の運転が停止しないように設定値のオフ（ＯＦＦ）温度（Ｃ）を一時的に（Ｄ）まで下げて、電力使用規制の対象時間帯は圧縮機を停止することなく継続して運転するようにしたものである。
【００５４】
電力使用規制の対象時間帯には、例えば１２００min-1或いは１５００min-1の低速で圧縮機を運転し続ける。この時、低速運転を長く続けた時、負荷の状態等で設定温度（Ｂ）のオフ（ＯＦＦ）温度（Ｃ）が、予め定めた温度より低くなって、圧縮機を停止させてしまう可能性がある。本実施例はこれを防止するために、この電力使用規制の対象時間帯のオフ（ＯＦＦ）温度（Ｃ）を、これよりも低い温度（Ｄ）に変更するようにしたものである。この（Ｃ）から（Ｄ）への温度シフトの判定を行うために、判定温度（Ｅ）を用いている。
【００５５】
上記の如く構成することにより、冷蔵庫の場合、冷蔵温度帯である冷蔵室と野菜室は凍結のおそれがある。そこで、この時には風量制御ダンパー等によって、冷蔵温度帯である冷蔵室と野菜室に冷気を送らないように制御する。
【００５６】
また、電力使用規制の対象時間帯には、冷却器に付いた霜を除去する除霜ヒータ等も発熱させないようにする。このために、除霜運転は、電力使用規制の対象時間帯以降に行う或いは電力使用規制の対象時間帯の前に行うよう、予めソフトに組み込んでおく。
【００５７】
また、この説明においては、圧縮機１の低速回転数を１２００min-1としたが、これを１０００min-1以下のように更に低速とし、外気温度センサーが検出する高温時間帯を、例えばマイナス１５℃（冷凍室）のようにすれば、更に効果は高まるものである。勿論、この時においても圧縮機１は連続で運転し続ける。
【００５８】
このような運転をしても、冷凍室内の負荷温度が高温時間帯と限られた時間であることにより、以上に劣化することはない。
【００５９】
さらに、電力使用規制の対象時間帯の前に除霜運転を行わないように制御すると、冷却器には霜が多く成長している。そして、電力使用規制の対象時間帯になった場合、この冷却器の霜を利用して貯蔵室を冷却することが可能である。
【００６０】
具体的には、電力使用規制の対象時間帯に停電になって圧縮機が停止した場合、バッテリー等の外部電源によって庫内送風ファンを駆動して、冷却器に成長した霜の潜熱で冷蔵温度帯室を冷却する構成とする。
【００６１】
この場合、庫内送風ファンの駆動に必要な電力はごく少なく、電力使用規制の対象時間帯も２〜３時間であるので、バッテリー等で庫内送風ファンを駆動することによっても、冷蔵温度帯室を十分冷却することができる。なお、冷凍室は冷凍食品等が貯蔵されており、当所から冷凍食品等が蓄冷能力を有しているので、冷凍室に冷気を送る必要はない。そこで、冷凍室へは冷気を送風せず、冷蔵温度帯室へ冷気を送風するように、風量制御ダンパーをバッテリー等で駆動した状態で、庫内送風ファンを駆動すればよい。
【００６２】
本発明は以上説明した如く構成したものであるから、次の如き効果が得られるものである。
【００６３】
まず、インバータ装置、制御装置、圧縮機、外気温度センサーを備えた冷凍装置において、前記制御装置は前記外気温度センサーが検出した高温度時間帯に前記圧縮機を低速運転し、前記高温度時間帯に前記圧縮機の起動電流を発生させない又は起動回数を低減するように制御する。
【００６４】
これにより、外気温が高温度の時間帯、例えば１２時〜１５時の電力使用量を最小とすることができると共に、電力使用規制に対応できる冷凍装置を得ることができる。
【００６５】
また、前記制御装置が前記圧縮機を低速運転する時間帯が一日の内に２回以上あることを特徴とする。これにより、一日で最も温度の高くなる時間帯と夕食時（仕事帰りの人が冷凍装置を利用する時間帯）の電力使用量を抑制すると共に、電力使用規制に対応できる冷凍装置を得ることができる。
【００６６】
また、前記制御装置内にタイマーを備え、該タイマーに基づき前記圧縮機を低速運転する。これにより、特別な部品を追加することなく、予め自動的に高温度時間帯の電力使用量を抑制することができると共に、電力使用規制に対応できる冷凍装置を得ることができる。
【００６７】
また、前記圧縮機を低速運転する時間帯に、前記圧縮機の回転数を負荷に応じて変動させる。これにより、食品の投入或いは頻繁な扉開閉で庫内温度が上昇傾向になったとしても、圧縮機の回転数を一時的に増して冷力を確保し、最適な庫内温度が常に維持できる。
【００６８】
また、前記圧縮機を低速運転する時間帯に、前記圧縮機を停止する温度範囲を通常運転時よりも低温側にシフトする。これにより、圧縮機を長時間連続運転しても庫内温度が低下し過ぎ、温度制御装置の設定温度以下となり、圧縮機が停止してしまうことがない。
【００６９】
また、上記いずれかに記載の冷凍装置を備えた冷蔵庫であって、前記圧縮機の前記低速運転中、除霜運転を停止して、自動製氷機能及び／又は急冷凍機能を備えている場合は前記自動製氷機能及び／又は前記急冷凍機能を停止する。これにより、高温度時間帯の電力使用量を低減可能な冷蔵庫を提供できる。
【００７０】
このように、起動電力を予め決められた時間帯、所定時間の間、圧縮機等を低速で連続運転し、起動時の起動電力を必要としないようにした冷凍装置を提供するものである。このことにより、各家庭及び企業は単に使用する機器の消費電力の平準化が行える。
【符号の説明】
【００７１】
１  圧縮機
２  凝縮器
３  減圧装置
４  冷却器
５  冷凍室
６  除霜ヒータ
７  自動製氷装置
８  各種センサー
９  制御装置
１０  入力手段
１１  インバータ装置
【図１】
2013032886.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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