冷凍庫の修理　　ＦＵＪＩＴＳＵ　ＥＲ－Ｆ１６

ある日、冷凍庫が冷えていないのに気が付きました。
何と冷凍食材が解凍しています・・・
プロフィールにも記してありますが、当局は兼業主夫となり、1年程が過ぎました。
で、今現在一緒に生活している家族の中で、調理等ができるのは自分だけです。
また、毎日の買い物は不可能なので、週に１回程度冷凍食材等をまとめ買いしますので、冷凍庫には食材が所狭しと入っておりました。
さあ～大騒ぎです・・・

まず、移動できる物は他の冷凍庫や冷凍冷蔵庫に移動するも、一部のみ可能でした。
他の所に入らないものは、そのまま放置せざるを得ません。
すぐ新しい冷凍庫を注文するべきかどうか決断しなければなりません。
１０年以上使いましたし、そんなに高価な冷凍庫ではないのですが・・・



電源プラグを抜き、しばらくしてから、再度ＡＣプラグを差し込むとコンプレッサーが動作します。
おっ、大丈夫かなと、様子を見てみましたら、やはりだめ。
庫内を常温になるまで数日放置、それから電源を入れてみると、タッパーに入れた水が一旦凍りましたが、すぐに解凍してしまいました。
う～ん、機械部分は動いているなぁ、こりゃ制御基板の故障だろうなぁ・・・
悩んでいるうちに時間が過ぎてしまいました・・・
食材の半分以上は破棄・・・残りの一部は調理して使いました。
庫内内部パネルを剥がし、エバポレータ（冷える所）？（冷凍庫の構造はよく解らない）と、デフロストヒータは一体になっていましたので、その部分の動作チェックをしてみました。



不具合動作検証
ＡＣプラグを差し込むと背面コンプレッサーがドコドコと動作し、吸熱器が凍り付き始めます。
どうやら、冷却系統は正常に動作しているようです。
そして、10分程度経過するとコンプレッサが停止してしまいます。
画像下部のニクロム線ヒータが動作し始めます。
最初何だこれ？と何気なく触ったら、熱くて火傷しました・・・　(^_^;)
そして、１０分程度経過するとヒータは停止、コンプレッサが再起動します。
そして10分程度経過するとコンプレッサ停止しヒータ動作、これの繰り返しの様でした。
何と電力を最高に消費しながら、まったく冷えないサイクルで動作していた様です・・・
この繰り返しサイクル不良が、冷えない原因と思われました。

もう食べ切れなかった食材も破棄しましたし、だめなら新品を買えば良いだけですし・・・
と悪い虫が騒ぎだし、制御基板を取り出す事になりました。　(^_^;)


参考文献
Ｍ５１８４９データシート　MITSUBISHI
ＬＡ６３５８データシート　SANYO
冷蔵庫　Wikipedia

冷却サイクルの勉強だ～

当局は今まで冷凍庫(冷蔵庫)は分解した事が無いし、その構造は不明でした、
よって、ネットで検索して、簡単に調べてみました。

①気体の冷媒をコンプレッサで加圧
　これにより、冷媒は気体から液体に相変化し、エネルギー（熱）を放出（凝縮熱）
　つまり、熱い液体になったと言う事らしい・・・ふむふむ。

②高温･高圧･液体の冷媒は庫外の放熱器の、金属パイプを通過しながら放熱
　これにより、冷媒の温度は下がりますわな、うんうん。

③減圧部を通過
　これにより、冷媒の圧力は低下します。
　元々、冷媒に使用している物質は、水等に比較して沸点のとても低い物質ですので、
　減圧により、低温の庫内でも気化し始めます。
　なるほどなるほど・・・了解です

④低圧･低温の冷媒は、庫内の吸熱器の金属パイプを通過
　物質は気化すると、エネルギー（気化熱）を周囲より奪います。
　よって吸熱器は冷媒の気化熱で冷却されますし、冷媒は気体となります。
　お～、なるほどねぇ、納得しました、シグナル５９です。

⑤気化した冷媒は、パイプを通り、コンプレッサに行きます→①に戻る。

以上の循環により、冷凍庫内はどんどん冷やされる・・・と言う事らしいです。
う～ん、高校化学の初歩レベルですが、勉強になりましたです。
物質の相転移の、エネルギーと時間のグラフに、正比例しない部分がありましたねぇ・・・
その部分を有効活用していると言う訳でしょうかね、考えた人、賢いですね・・・
しかしこの部分の、冷却サイクルの故障では、当局は手も足も出せません。



タイマＩＣ　Ｍ５１８４９の概要（参考文献より）

①ピン　RESET
　Ｈレベルでカウンタクリア　オシレーション停止、通常はGNDレベルで使用
②ピン　OSC　STOP
　Ｈレベルでオシレーション停止するもカウントは保持、Ｌレベルに戻すと復帰
③ピン　ＣＲ input pin
　発振回路時定数決定のための、コンデンサCTと抵抗RTを接続する
　タイマ時間TD=800*CT*RT(SEC)で出力Ｌ→Ｈとなる。
④ピン　リファレンス電圧
　通常、Vccの2/3程度の電圧を加える
⑤ピン　GND
⑥ピン　Vcc
　通常、内部ツェナーダイオードによる安定化電圧を加える
⑦ピン　Stabiliation zener pin
　内部ツェナーダイオードのカソード
　アノードはGNDピンに接続されている。
⑧ピン　Output pin
　タイマ出力ピンで、設定時間が来ると、ＬレベルからＨレベルになる。

制御基板の部品構成

さて、実験デスクに制御基板を持ってきたのは良いのですが、ただのアマチュア無線家である、当局としては無線機器では無いので、どうチェックして良いものやら、まったく判りません。
まずは基板から回路図を作る事にしました。

基板をざっと眺めてみると、長時間タイマＩＣでヒーター用リレーを制御
サーミスタセンサで庫内温度を検知、コンプレッサ用リレーを制御
それら冷却と霜取りヒータは、お互い排他的に制御されています。
運良く、ネット検索で、使用されているアナログＩＣのデータシートも入手できました。
資料が入手できなければ、制御基板から部品取りし、簡単なタイマ回路で制御基板を作り、半手動コントロールにしようかとも思っていました。

基板を光透過しながら見渡し、まずは拡大した基板見取り図を作成します。
見取り図から、各機能的部分に分けて、回路図を下書き。
それをパソコンソフトBsch3Vで1つにまとめました。
もちろん、合っているとは限りませんので、悪しからず。



制御基板の回路図からの簡単な制御動作解析

アナログＩＣは使用されてはいますが、基本的にディスクリート部品で構成されていますので、当局みたいな素人でも、何とか基板から回路図を作成し、ある程度は読み取れそうです

サーミスタ温度センサとＯＰアンプ
サーミスタ温度センサは汎用ＯＰアンプＩＣ、ＬＭ３５８同等品に接続されています。
このＯＰアンプには負帰還が掛っていないので、コンパレータとして使用しているようです。
また、＋入力に帰還を掛けていますので、ヒステリシス特性を付与しているようです。
使用されているサーミスタセンサは、テスタで抵抗値を調べてみると、常温で2KΩ弱程度、冷凍庫にサーミスタを突っ込むと、どんどん抵抗値が上昇し、十数KΩ程度になります。
どうやら負特性のサーミスタの様で、故障はしていないようです。

デフロストセンサ回路部
サーミスタセンサはＯＰアンプの－入力(Vin-)に接続されており、プルアップされています。
よって、OPアンプ入力電圧は温度が下がると上がり、温度が上がると下がります。
結果、温度が高い時は入力電圧が基準電圧より低く、出力(Vout)はＨ状態となります。
温度が低くなると入力電圧が上昇し、設定温度以下になると出力(Vout)はＬとなります。
この回路出力はタイマＩＣ①ピン(RESET)に接続されています。
タイマＩＣ①ピンは、Ｌレベルで通常動作、Ｈレベルでリセットされます。

庫内温度調節センサ回路部
サーミスタセンサはＯＰアンプの＋入力(Vin+)に接続され、－入力(Vin-)には温調ボリウムが接続されています。
－入力(Vin-)は、そのＶＲで電圧設定します。
＋入力(Vin+)電圧は、温度が下がると上がり、温度が上がると電圧が下がります。
よって温度が高い時はVin+電圧が設定電圧より低く、出力(Vout)はＬ状態となります。
温度が低くなるとVin+電圧が上昇し、設定電圧以上になると出力(Vout)はＨとなります。
出力電圧はD4を通り、コンプレッサリレー駆動回路に接続されています。
基本的に温調回路がコンプレッサを制御しているようです。

タイマＩＣ回路部
タイマIC出力電圧はニクロム線ヒータ制御リレー回路に接続されています。
基本的にタイマICがヒータを制御しているようです。

リレー回路の排他接続
コンプレッサリレー回路は、入力ＨでコンプレッサOFF、入力ＬでコンプレッサONとなります。
また、ヒータ回路にも制御され、ヒータリレーON信号で強制的にコンプレッサOFFとなります。

何か分かりずらい説明で申し訳ありません・・・　<m(__)m>

制御基板の実験室での動作条件（画像参照）

それでは、実際に机上で動作実験を行い、故障症状の再現をしてみます。
また、各回路のテスタによる電圧チェックをしてみます。
アナログ回路と言っても、センサ部分以外は、ＨかＬかの状態と思われますしね。
面倒な事は無いと思われます。

A整流部分に直接DC12Vを加える事にしました。
　危険防止のためAC100Vラインは接続していません。
Bそれぞれのリレーには、別電源から8V電球を接続し、リレーONで光る様にしました。
　これにより、コンプレッサおよびヒータ各リレーのON-OFFが分かります。
　それぞれの電球を疑似コンプレッサと疑似ヒータと見立てます。
Cサーミスタセンサの代わりに、普通のボリウムをコネクタに接続しました。
　部品箱の手持ちの関係で、50KΩのVRを使用しています。
　それぞれのVRを疑似温調センサ、疑似DEFセンサと見立てます。
D温調ボリウム用コネクタは端子をすべてショートしてあります。
　これにより、温度設定は最高か最低のどっちかですが、確認していません。

以上が実験室での制御基板設定動作条件です。



タイマＩＣ周囲回路

①ピンはデフロストセンサ回路出力で制御される。
DEFセンサ温度が上昇すると、コンパレータ出力Ｈとなり、リセットされます。
実測ですが、VIN-が3V以下ではCP出力Ｈ（4.5V)となります。
VIN-が3.3V以上ではCP出力Ｌ（ほぼ0V）となります。
タイマIC⑧ピン出力がＨ（ヒータON）となっていた場合のみですが、DEFセンサ温度が上昇し、VIN-が3V以下になった時、タイマICがリセットされ、⑧ピン出力はＬ(ヒータOFF)となります。
DEFセンサ回路は霜取りヒータOFFするためで、霜取りヒータ起動には関与しないようです。
てっきりDEFセンサが、ヒータのON-OFF両方を制御しているものと思っていました・・・
考えてみれば、温度だけではエバポレータへの霜付着の判別はできないですよね。
どうやら、DEFセンサでは霜付着そのものを検出できるのではなく、冷却器の運転時間によって冷却器OFFと霜取りヒータ起動の理由とし、冷却器を電熱器で加熱します。
次に冷却器端に密着しているDEFセンサが温度上昇を検知したら、電熱器をOFFにします。
すると、タイマはリセットし、制御は温調回路に戻り、冷却器が作動し始めます。
つまり霜付着が軽微な内に霜を取ると言うのが、基本な霜取りの方法の様です。
また一つ利口になりました　(^_^;)



②ピンはタイマ出力および温調回路出力の両方から制御を受ける。
温調回路出力がＨの時（コンプレッサOFF）と、タイマ出力Ｈ(ヒータON)の時にSTOPが掛ります。
と言う事は、コンプレッサONの時のみ、タイマは積算的に動作する事になります。
温調回路では、VRコネクタ電極をすべてショートさせた状態で、センサ部分に可変抵抗を接続、
抵抗値を大きく上昇（3.7V程度）するとコンパレータ出力はＨ(4.5V程度)となり、抵抗値を小さくすると出力Ｌとなる事を確認しています。



その他
⑦ピンのツェナー電圧は実測で6.5Vでした。
これはトランジスタのベースに接続され、１石の簡単な定電圧電源回路を構成しています。
そしてその出力電圧は5.8V程度となります。
これに加わる整流入力電圧は、実際は13V程度ですが、実験では12Vを印加してあります。



タイマICの動作チェック

各局様も、もう故障原因部品は、予測が付いてしまいますよね。
これ以上の実験は無駄ですが、せっかくですので続行します・・・

ここまでのチェックで、サーミスタセンサおよびOPアンプ回路は「シロ」な感じです。
さて・・・このICはどうやって動作チェックすれば良いものか・・・
まずは実験デスク上での制御基板模擬動作で、故障症状を再現できるか行ってみました。

強制DEF端子をショートすると、ちゃんと疑似ヒータON、疑似コンプレッサOFFとなります。
短縮DEF端子をショートすると、数秒後にタイマ出力ON（4.5V程度）となり、と同時に
疑似ヒータON、疑似コンプレッサOFFとなります。
そして、その状態でDEFボリウム抵抗値を小さく（つまりエバポレータ温度上昇）すると、ちゃんとリセットが掛り、コンプレッサがONします。
ここまでは、一見動作しているように見えます。

電源投入し、疑似温調センサは高温（低電圧）に設定。
すると、疑似コンプレッサが起動します。
そして疑似DEFセンサは低温（高電圧）に設定しました。
これで、タイマONになるまで疑似コンプレッサは動作し続けるはずです。
すると10分程度で疑似コンプレッサはOFF、疑似ヒータONとなりました。
その後はこの状態を保ちます。
そして、おもむろに疑似DEFセンサを高温（低電圧）にすると、タイマICへリセットが掛り、疑似ヒータOFF、疑似コンプレッサONとなります。
何回か行ってみましたが、疑似コンプレッサON時間は、長いと30分位の時もありました。
どのみち、ON時間が短すぎです。
どうやらタイマICの動作がおかしいようです。
CRinputピンのCT=100uF、RT=330KΩですので、TD=800*CT*RTから計算してみると、
TD=800*100*10^-6*330*10^3sec=264*10^2sec
概ね、7時間ちょっと程度のタイマ設定の様です。

基板修理

ずいぶんと前置きで引っ張りまして申し訳ありません・・・　<m(__)m>
いよいよ本番の基板修理ですが、部品交換は数分で終わってしまうので、ちょいと実験・・・

タイマICの生死は不明なので、CT(100uF)を外して、実験してみる事にしました。
100uFのケミコンを接続しようかと思ったのですが、タイムアップを待ってられないのでボツ。
ここに、部品箱に転がっていた、新品の1uFを接続してみました。
TD=800*10^-6*330*10^3=264sec、約4分24秒と計算されます。

で、実験結果は4分15秒前後で何回やっても、概ね正確です。
どうやらタイマICは大丈夫な様です。
結果として、CTとして使用されていたケミコン(100uF)がクロの様で、予想通りの展開です。
因みに、取り外したケミコン(100uF)をLCメータ測定してみると、15uFと表示されます。

と言う訳で、新品の100uFに交換してみる事にしました。
夜１０時頃タイマスタートさせ、次の日の朝５時頃のぞきに来たら、まだタイムアップしておらず、その数時間後に実験室に来てみると、タイムアップしていました。
まずは、大丈夫そうです。



冷凍庫の組み立て
制御基板を所定の場所に収納し、コネクタも接続しました。
サーミスタセンサや内面パネル板も組立てました。
で、おもむろに電源投入し、水を入れたタッパーを１こ置いておきます。
次の日まで放置・・・
ちゃんと凍結していました・・・良かった良かった。
この冷凍庫は、もうしばらく役に立ってくれそうです・

家電製品は機械部分が多いので基本的に手を出しませんが、今回は故障個所が制御基板と思われたので、ちょっとだけ修理を楽しむ事が出来ました。
無線工作とは、ほぼ無縁の、この様な便利な長時間タイマICがある事も知りました。
また、冷凍庫の基本的な構造も知る事が出来ましたし、費用もほとんど掛りませんでした。
これで食材を各種そろえる事が出来、迅速かつ多彩な献立を提供可能？？になります。
文句を言われずに、こんな修理をコツコツと楽しめるのも、主夫やっているおかげです。
主夫冥利に尽きる出来事でした・・・　(^_^;)　ｲﾐﾜｶﾝﾈｰ