JP2007271152A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】過冷却状態を実現可能な貯蔵室を備えた冷蔵庫を提供する。
【解決手段】間接冷却によって０℃より低い温度で収納物を保存する過冷却室４と、この過冷却室４内に収納される収納物の温度又は過冷却室内の温度を検出しこの収納物の過冷却の解除を検知する温度センサ３０とを備えることで、過冷却室４内において食品を過冷却状態で保存可能とした。
【選択図】図６

Description

本発明は冷蔵庫に関する。

水を静かに冷却すると、液状を保ったままで０℃を下回る現象が知られている。このような氷点下の温度の水を称して、「過冷却状態にある」あるいは「過冷却水」などと呼ばれている。この過冷却状態は、準安定状態にあると言われており、外部から衝撃が加わると過冷却状態が解除され、凝固してしまう。つまり、氷点下においては、より安定な状態である固体状態へと移行してしまう。純水では、−４０℃まで液状態を保ったままで冷却が可能であるとの報告もある（非特許文献１参照）。

氷点下の温度が利用される身近な装置として冷蔵庫があり、一般家庭にも広く普及している。冷蔵庫内に区画される冷凍室は、室内が−１８℃以下に冷却されており、食品の冷凍保存などに用いられている。また、０℃〜−１７℃の間の温度帯となる弱冷凍室を備えた構成も知られている（特許文献１参照）。また、特許文献２には、温度帯を設定可能な仕様切替室を備え、食品の収納に適した温度帯となるように冷蔵温度帯から冷凍温度帯まで設定温度の切替えを可能とした構成が示されている。

特開平１０−１９７１３０号公報 特開平１０−１７６８８０号公報 第１４回日本伝熱シンポジウム講演論文集

凝固点以下の温度でも液状態を保つ過冷却状態は、純水に限らず、冷蔵庫に収納される飲料水でも実現可能である。例えば、市販水（二次蒸留水，イオン交換水，未蒸留水），ジュース類、あるいはお茶などのようにペットボトルで販売されている飲料水でも、条件を満たせば過冷却状態となる。

特許文献１や特許文献２に開示されているような既存の冷蔵庫において、飲料水を０℃以下に冷却する場合、冷凍室や弱冷凍室、あるいは仕様切替室などに飲料水を収納することになるが、これらの貯蔵室に収納された飲料水は凝固してしまって過冷却状態を維持することはできない。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、飲料水を冷却して過冷却状態を実現可能な貯蔵室を備えた冷蔵庫を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明の第一の冷蔵庫は、間接冷却によって氷点より低い温度で収納物を保存する過冷却室と、この過冷却室内に収納される収納物の温度を検出しこの収納物の過冷却の解除を検知する温度センサとを備えた。

上記目的を達成するための本発明の第二の冷蔵庫は、間接冷却によって氷点より低い温度で収納物を保存する過冷却室と、この過冷却室内の温度を検出しこの収納物の過冷却の解除を検知する温度センサとを備えた。

また、上記の第一の冷蔵庫において、前記過冷却室内に過冷却容器を備え、前記温度センサは前記過冷却容器内の収納物の温度を検出するものとした。

また、上記の第二の冷蔵庫において、前記過冷却室内に過冷却容器を備え、前記温度センサは前記過冷却容器内の温度を検出するものとした。

また、上記の過冷却容器を備えた冷蔵庫あっては、前記過冷却容器は貯蔵空間の上側を覆うカバー部材を有し、前記温度センサは前記カバー部材の下面に取り付けられるものとした。

また、上記のカバー部材を有する冷蔵庫にあっては、前記過冷却室の背面壁であって前記カバー部材よりも上方に冷気吐出口を備え、前記冷気吐出口から前記過冷却室へと吐出される冷気の低温による影響から前記温度センサを保護する保護部材を備えることにした。

また、上記のいずれかの冷蔵庫において、前記温度センサが、前記収納物の温度の上昇を検出することによって、過冷却の解除を検知することを特徴とする。

また、上記のいずれかの冷蔵庫において、過冷却の解除を検知すると、収納物の温度を氷点より上昇させた後に再び過冷却運転を行うように制御する制御装置を備えるか、または、過冷却運転とは異なる運転を行うように制御する制御装置を備えた。

また、上記のいずれかの冷蔵庫において、使用者に対して報知を行う報知手段を備え、過冷却の解除を検知すると、前記報知手段を制御して過冷却の解除を報知するものとした。

本発明によれば、飲料水を冷却して過冷却状態を実現可能な貯蔵室を備えた冷蔵庫を提供することができる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１は、本実施例の冷蔵庫の扉を省略して示した正面図である（扉については図２あるいは図３に符号を付して示す）。冷蔵庫本体１内の最上段に冷蔵室２が、最下段に野菜室６が、それぞれ区画されている。これらの冷蔵室２及び野菜室６は冷蔵温度帯の貯蔵室である。

冷蔵室２と野菜室６との間には、これらの両室と断熱的に仕切られた貯蔵室３〜５が配設されている。これらの貯蔵室は０℃以下の冷凍温度帯の貯蔵室であり、上方の左側に製氷室３が、右側に過冷却室４が配設されている。また、左右に配設された製氷室３と過冷却室４の下側には冷凍室５が配設される。なお、本明細書においては、過冷却状態を実現可能な貯蔵室の意で過冷却室と称している。

最上段の冷蔵室２は、回転式の冷蔵室扉７によって閉塞される。回転扉は観音開き式の両開きの扉としてもよく、あるいは、一枚の扉体によって閉塞する片開きの扉としてもよい。製氷室３，冷凍室５，野菜室６は、引出し式の扉によって閉塞され、引出し扉とともに、貯蔵室内の容器が引き出される構成となっている。

製氷室３内には貯氷容器１３を備え、貯氷容器の１３の上方には図示しない製氷皿が配設されている。冷蔵室２内の給水タンクから製氷皿へと供給された水は、製氷室３内で凍結する。製氷皿３内で凍結した氷は、製氷皿が捻られて離氷し、下側に置かれた貯氷容器１３内に落下する。製氷室３の扉８を引き出すことで貯氷容器１３が引き出され、氷を取り出すことができる。

製氷室３の右側には、過冷却室４が配設されている。過冷却室４は、食品を過冷却状態に冷却可能な貯蔵室であり、過冷却容器２４を内部に備えている。この過冷却容器２４は、引出し式扉によって閉塞される構成としてもよく、回転式扉によって閉塞される構成としてもよい。

過冷却室扉９を引出し式扉とした場合には、扉を引き出すと、過冷却室扉９とともに過冷却容器２４が引き出される構成とすることが望ましい。また、回転式扉とした場合には、回転式扉を引き出すと過冷却容器２４が引き出される構成としてもよく、回転式扉を開いた後に、過冷却容器２４を別途引き出す構成としてもよい。

冷凍室５内には冷凍室容器１４〜１６を備えている。冷凍室扉１０を引き出すと、これらの容器１４〜１６の全て、あるいは一部が冷凍室扉１０とともに引き出され、食品の収納あるいは取出しが可能である。なお、本実施例の冷凍室容器は、最下段の容器１４が最も深く、次いで中段の容器１５、そして最上段の容器１６が最も浅い容器となっており、多様な収納形態に合わせ、食品収納の整理がしやすいものとしている。

野菜室６内も複数の容器を備え、野菜室扉１１を引き出すと、容器が引き出される構造となっている。また、野菜室６の後方には、冷凍サイクルを構成する圧縮機２１が配設される。

冷蔵室２と野菜室６との間に挟まれた製氷室３，過冷却室４，冷凍室５は、いずれも０℃以下の温度が保持される冷凍温度帯の貯蔵室であるが、過冷却室４は、後述するように、設定される温度によっては、０℃以上の冷蔵温度帯となるように構成しても差し支えない。

次に、図２及び図３を用いて冷凍温度帯の貯蔵室（製氷室３，過冷却室４，冷凍室５）の冷却のための構成について説明する。図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。

冷凍温度帯の貯蔵室の後方には冷却器室１７が配設される。冷却器室１７内には、圧縮機２１とともに冷凍サイクルを構成する蒸発器１８が設置され、蒸発器の上方には送風ファン２０が備えられている。蒸発器１８によって冷却された冷気は、送風ファン２０によって冷蔵室２，製氷室３，過冷却室４，冷凍室５，野菜室６の各貯蔵室へと送られる。詳述すると、送風ファン２０によって送られる冷気の一部は、開閉可能なダンパー装置１９を介して冷蔵室２及び野菜室６の冷蔵温度帯の貯蔵室へと送られ、他の一部が製氷室３及び冷凍室５の冷凍温度帯の貯蔵室へと送られる。ダンパー装置１９の開閉は図示しない制御装置によって制御され、冷蔵温度帯の貯蔵室への冷気の供給が必要な場合には開状態となる。過冷却室４への冷気供給については後述する。

蒸発器１８から送風ファン２０によって製氷室３へ送られる冷気は、図示しない製氷皿内に貯められた水を冷却して製氷を行う。その後、下方の冷凍室５へと送られる。冷凍室５の背面に位置する仕切部材２２には冷気吐出口が設けられ、送風ファン２０からの冷気が冷気吐出口から冷凍室５内へと吐出される。冷凍室５へ送られ、室内を冷却した冷気は、図示しない冷気戻り通路から冷却器室１７へと戻される。なお、仕切部材２２は冷凍室５と冷却器室１７との間を仕切り、冷凍室５の背面を構成している。

蒸発器１８から送風ファン２０によって冷蔵室２や野菜室６へと送られる冷気は、冷蔵室２及び野菜室６を冷却後、図示しない冷気戻り通路から冷却器室１７へと戻される。このように、本実施例の冷蔵庫は冷気の循環構造を有しており、各貯蔵室を適切な温度に維持する。

次に、図２を用いて過冷却室４について説明する。過冷却室４内には、過冷却容器２４が配置される。過冷却容器２４は、容器部材２５とカバー部材２７とを備えており、過冷却容器２４内の貯蔵空間２６に冷気が直接流入しないように構成される。過冷却室４の背面を構成する部材には冷気吐出口２８が設けられており、蒸発器１８からの冷気が冷気吐出口２８から吹き出される。また、冷気吐出口２８よりも上流側には、過冷却室４への冷気の流れを制御するためのダンパー装置４１が設けられている。このダンパー装置４１の開閉は図示しない制御装置によって制御され、過冷却室４への冷気供給量が制御される。

さらに、貯蔵空間２６内の温度を上昇させるためにヒータ４３を備えている。このヒータ４３は、過冷却容器２４の下方投影面に設けられており、本実施例では、過冷却容器
２４の底面とほぼ同程度の面積のヒータとしている。冷気吐出口２８が過冷却室４の背面に設けられている関係上、貯蔵空間２６内は手前側より奥側が温度が低くなってしまう傾向がある。そこで、本実施例のヒータ４３は、ヒータ線密度を手前側が疎で奥側が密となるようにしている。

また、冷気吐出口２８は、カバー部材２７よりも上側に開口しており、過冷却室４へ吐出される冷気がカバー部材２７の上方を通って前方まで導かれながら、側面及び前面から下方へと流れる。そして、過冷却容器２４の周囲を冷却しながら図示しない冷気戻り通路を介して冷却器室１７へと戻される。

換言すれば、過冷却室４内は冷凍温度帯の間接冷却ルームであり、該構成によって過冷却室４内に収納される飲料を過冷却状態で保存することができる。なぜなら、飲料に冷気が直接吹き付けられると、冷気の当たる部分が最も冷却されやすく、その部分から凍結が開始するからである。本例では、部分的な冷却がなるべく生じないように、過冷却室４を冷凍温度帯の間接冷却ルームとした。これによって、過冷却状態を維持しながら食品を保存可能としている。また、過冷却室４は、過冷却状態を維持するための温度帯が他の冷凍室と異なるため、製氷室３及び冷凍室５との間、及び冷蔵室２との間を断熱壁で仕切り、独立した貯蔵室としている。

次に、過冷却状態の維持及び解除について説明する。図４は水から氷へ相変化する際の温度変化を示す図である。水を冷却してゆくと、曲線に示すように温度が推移する。水は０℃で凍結を開始し、相変化過程では凍結が完了するまで０℃で推移し、凍結が完了すると周囲の温度にしたがって温度が低下してゆく。相変化過程は、氷の生成のためのエネルギーを奪う過程であり、相変化の進行中はほぼ一定の温度を保つ。この現象はよく知られているところであるが、この相変化過程（領域Ａ）へ至る前段階として、過冷却領域が存在する。

すなわち、水を冷却し、０℃を下回ると直ちに相変化が起るのではなく、０℃より低い温度であっても液状態を保つ領域が存在する。過冷却水の準安定状態が解除されると、一部が直ちに凍結し、凍結温度（０℃）での相変化が始まる。この原理は次のように説明される。

図５は、過冷却状態における水分子のクラスターを示すイメージ図である。過冷却状態においては、複数の水分子が集まってクラスターを形成している。水分子クラスターは温度が低くなるほど大きくなる傾向があり、氷の結晶構造に徐々に近づいてゆく。そして、臨界半径を超えるほどに水分子クラスターが成長すると、氷核となる。氷核が形成されると凍結が連鎖的に進行し、相変化過程を経て完全な凍結状態に至る。

過冷却状態では、水分子クラスターが流動性を保っているため、過冷却水は液状態を維持している。過冷却状態が解除されると、氷の結晶を生成するためにマイナス温度の低温が使われ、温度は直ちに凍結温度まで上昇する。

過冷却状態が解除される原因としては、（１）温度低下によって水分子クラスターが臨界半径を超える程度に成長すること、（２）氷核を生成するための核となる不純物が存在すること、あるいは、（３）外的衝撃によって水分子クラスターが連鎖的に衝突すること、が挙げられる。したがって、飲料を過冷却状態で保存するには、これらの３点を考慮しなければならない。

本実施例の過冷却室４は、上述のように、冷凍温度の間接冷却としている。貯蔵空間
２６内の収納物に冷気が直接的に吹き付けられると、冷気が当たる部分の温度が低下してしまい、当該部分に氷核が形成されてしまう。このとき、凍結が始まってしまい、過冷却状態を維持することができない。したがって、上記（１）の条件を満たすために冷凍温度の間接冷却構造を採用した。

上記（２）については、純水は得られにくいこと及び実際に保存される飲料は使用者が購入するものであること等を考慮し、想定される飲料について過冷却状態を保持可能な温度を設定することとした。過冷却状態を保持するための制御については後述する。また、上記（３）については、過冷却容器２４は容器部材２５の上方の開口部を覆うカバー部材２７を備える等、外的衝撃を受けにくい構造とした。

過冷却室４は食品を過冷却状態に保存可能な構造を採用しているが、冷蔵庫本体１に外的な衝撃が与えられた場合や、扉７〜１１を勢いよく開閉した場合などに、その衝撃が過冷却容器２４内に保存される飲料に伝わって、過冷却状態が解除されることが想定される。このとき、過冷却室４内は−５℃程度の雰囲気温度となっているため、過冷却室４に収納された飲料が凍結してしまう。そこで、次のような制御を行う。

図４に示すように、過冷却状態にある飲料は、過冷却状態が解除されると凍結点まで温度が上昇する。本実施例の過冷却室４は間接冷却を採用しているため、過冷却運転モードの設定時において、過冷却室扉９を開閉することなく保存飲料の温度が急激に上昇することは、通常は考えられない。すなわち、温度の上昇があれば過冷却状態が解除されたと判断することができる。そこで、本実施例では、収納される食品の温度を検出するために温度センサを備えた。

図６は、過冷却室４における温度センサ３０の取付け位置を示す図であり、図７は冷気吐出口２８とカバー部材２７との位置関係や温度センサ３０の取付位置を示す斜視説明図である。上述のように、過冷却室４は冷凍温度帯の間接冷却ルームであり、温度センサ
３０は過冷却容器２４に取り付けられている。断熱壁面に取り付けると、ほぼ閉塞状態にある容器内部の温度を検出することができないからである。温度センサとしては、サーミスタや赤外線センサなどのように、収納食品に接触することなく温度を感知することができるものが好適である。

温度センサ３０の取付け位置としては、カバー部材２７の下面、すなわち、貯蔵空間
２６側の面が好適である。この位置であれば、収納物との接触がなく、全体のセンシングがしやすい。温度センサ３０は過冷却室４内に複数個設けてもよく、温度センサ３０の数が多いほどセンシングの精度は高くなる。特に、貯蔵空間２６の上下面，前後面，左右面の６面に温度センサ３０ａ〜３０ｆを取り付ければ、非常に効率よく収納物の温度を検出することができる。また、各取付面内においては、面の中心に設置することで精度の向上が図れる。

ただし、必ずしも６面の全てに温度センサ３０ａ〜３０ｆを取り付ける必要はない。収納物に接触することを回避できる位置において、温度を検出することが肝要である。温度センサ３０を容器部材２５の底面，左右側壁面，前後壁面の各面に取り付けた場合には、収納物と接触しやすい。また、底面に温度センサ３０ｄを取り付けた場合には、こぼれた水で水没することも想定される。したがって、凹所に設置する、温度センサ３０の周囲にリブ等を形成する、あるいは、温度センサを底面内に埋め込む等が必要となる。

検討の結果、単数の温度センサでセンシングする際には、貯蔵空間２６の上面（カバー部材２７の下面）に取り付ける場合が収納物の温度を検出しやすいことがわかったため、上面に温度センサ３０を設置することとした。また、温度センサを複数個取り付ける場合であっても、少なくとも貯蔵空間２６の上面には温度センサを取り付けることが効果的である。そして、上面の温度センサは、カバー部材２７のほぼ中央部に設置する。

本実施例の温度センサ３０は、上述のように、サーミスタあるいは赤外線センサが挙げられるが、収納物の温度を直接検出できなくとも、貯蔵空間２６内の温度から間接的に検出できれば良い。

貯蔵空間２６の上面を構成するカバー部材２７の下面に温度センサ３０を取り付けると、次のような問題が生ずる。過冷却室４へと冷気を吐出する冷気吐出口２８は、カバー部材２７より上方に位置している。吐出した冷気が過冷却容器２４の上方後側から前側へと流れ、一部が左右両壁へと回り、残りが過冷却容器２４の前方へと至る。そして、前壁及び左右両壁の周囲を通る（図６の矢印参照）。

したがって、カバー部材２７に取り付けられた温度センサ３０ａは、冷気吐出口２８と位置が近いため、冷気流通空間を流れる吐出冷気による低温の影響を受けやすい。そこで、吐出冷気の低温による影響から温度センサ３０を保護する保護部材３１を備えた。

本実施例の保護部材３１は、カバー部材２７の下面に取り付けられた温度センサ３０ａの上方投影面に備えられ、カバー部材２７の上面に形成された凸状の突起部としている。保護部材３１を突起部としたことによって、以下の作用効果が期待できる。第一には、温度センサ３０ａの上方投影面を流れる冷気を凸状により分岐させる作用であり、第二に、温度センサ３０ａの上方投影面を流れる冷気と温度センサ３０ａとの距離を離す作用である。第一の作用は、貯蔵空間２６の均温化にも寄与し、過冷却状態の実現性が向上する。これらの作用によって、温度センサ３０ａを低温の影響から保護する効果を得ることができる。

なお、過冷却室４の背面壁に設けられる冷気吐出口２８の左右の位置と温度センサ30ａの左右の位置をラップしないようにずらすことで、吐出冷気の直接的な影響を低減することも可能である。ただし、この場合は過冷却容器２６の右側と左側を通る冷気量を均一にしづらい問題がある。

本実施例では、これらの事情を考慮し、冷気吐出口２８は過冷却室４の左右方向中央部に配置し、カバー部材２７の中央部の下面に取り付けられた温度センサ３０ａを低温の影響から保護するために保護部材３１を備えることにした。保護部材３１は、カバー部材
２７を一体に設けてもよく、また、温度センサ３０ａの上方投影面の周囲を囲む囲い状のリブとしてもよい。

次に温度センサ３０の配線について図８及び図９を用いて説明する。本実施例では、過冷却容器２４に温度センサ３０を設置したため、過冷却容器２４が過冷却室扉９とともに引き出されると、温度センサ３０が扉９とともに引き出されてしまう。温度センサ３０は、制御装置と接続するための配線３２を伴っており、扉９とともに引き出されてしまうと引出し動作の邪魔になってしまう。

これを解決する構成を図８に示す。図８は過冷却室扉９の引出しと配線との関係を示す図である。この例は、容器部材２５を、扉９を引き出しても庫内側に残る外側容器２５ａと、扉９とともに引き出される内側容器２５ｂとで構成したものである。図中の破線は過冷却室扉９を引き出した状態を示している。これら内外の容器のうち、温度センサ３０は外側容器２５ａに取り付けられる。したがって、過冷却室扉９を引き出すと、図８に破線で示したように、外側容器２５ａは過冷却室４内に残り、内側容器２５ｂが引き出される。この構成によって、過冷却室扉９を開閉しても配線３２が引き出されないようにした。

配線３２は温度センサ３０から後方へと引き出され、図示しない制御基板から過冷却室４に延出するコネクタ部３３と接続される。本実施例では、断熱仕切壁の奥側に設けられた凹部をコネクタ収納部３４としている。したがって、過冷却室扉９の開閉によって配線３２が移動することもなく、コネクタ部３３の接続が外れるようなこともない。なお、コネクタ収納部３４は過冷却室４の背面壁に設けてもよい。また、容器部材２５から延出する配線３２は配線カバー３５によって覆われ、保護される。

外側容器２５ａは前面が切り欠かれ、扉９とともに内側容器２５ｂを前方へ引き出すことを可能にしている。したがって、過冷却容器２６の前面側の温度センサ３０ｃは取り付けられていない。図８では左右面の温度センサ３０ｅ，３０ｆの図示を省略しているが、上下面あるいは後面の温度センサ３０ａ，３０ｂ，３０ｄと同様に配線３２と接続されている。また、カバー部材２７は外側容器２５ａと同様、庫内に止まっている。

次に温度センサ３０の配線の問題を解決する別の例を、図９を用いて説明する。図９は過冷却室扉９を引き出してもカバー部材２７が庫内に止まる構成を示す図であり、温度センサ３０をカバー部材２７に取り付け、容器部材２５には取り付けない場合を示している。図９（ａ）の破線は、過冷却室扉９を引き出した状態を示している。過冷却室扉９を引き出すと容器部材２５がともに引き出されるが、カバー部材２７は過冷却室４内に止まる構成としている。該構成によれば、過冷却室扉９を引き出したとしてもカバー部材２７に取り付けられた温度センサ３０は過冷却室４内にとどまるため、配線が引き出されることを回避できる。

図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ部の拡大図であり、過冷却室４の後方側におけるカバー部材２７の端部と容器部材２５の端部との構造上の関係を示している。カバー部材２７の後端部は、容器部材２５のフランジ部の後端を覆うように下側に垂下している。この構成によって、冷気が貯蔵空間２６内に直接的に入り込まないようにしている。そして、容器部材２５が引き出される場合であってもカバー部材２７が容器部材２５と干渉することを防いでいる。

なお、図９に示す構成とした場合であっても、図８の例と同様に二重の容器を用いることが可能である。すなわち、カバー部材２７が庫内側に残り、容器部材２５が引き出される構成としながらも、容器部材２５を二重の容器としてもよい。容器の二重化は、貯蔵空間２６内の収納物を間接冷却する際には非常に効果的である。特に、外側容器と内側容器との間に空隙を介在させる構造が有効である。

このとき、過冷却容器２４を囲む冷気流通空間と貯蔵空間２６との間に空気による断熱層が形成されるので、冷気による低温が貯蔵空間２６内に伝わりにくくなる。したがって、貯蔵空間２６内の雰囲気温度が局所的に低温となることを抑制することができ、過冷却状態を維持しやすくなる。この場合は、過冷却室扉９を引き出すと、内外容器をともに引き出すことができるので、前方側にも断熱層を介在させることができる。

カバー部材２７についても同様であり、カバー部材２７の内部に断熱層を有する構造が好適である。なお、必ずしも空気断熱層である必要はなく、発泡断熱材を過冷却容器２４に埋設しても良い。

図１０は図９に示した構成において、過冷却室扉９を引き出した状態を示す図であり、図１０（ａ）は斜視図、図１０（ｂ）は断面図である。過冷却室扉９を引き出すと、容器部材２５は引き出されるが、カバー部材２７は庫内側にある。図１０（ｂ）に示すように、容器部材２５は二重の容器として、内側容器と外側容器との間に空気断熱層が形成される。また、カバー部材２７にも空気断熱層を設け、貯蔵空間２６内の間接冷却を行う。

保護部材３１は、冷気吐出口２８の開口高さよりも上方まで延伸する構成となっているが、該構成によれば、温度センサ３０が冷気流通空間側の低温の影響を受けにくくするとともに、吐出冷気の案内作用が大きく得られる。

図１１は本実施例の冷蔵庫の制御ブロック図である。温度センサ３０は制御装置４０と接続され、温度センサ３０によって検出される温度を監視する。図１０に示す温度調節部４４は、冷蔵庫の使用者が過冷却室４の温度を設定可能とするために設けられている。したがって、過冷却室４の温度を、例えば、「−３℃」，「−４℃」，「−５℃」、あるいは「−１８℃以下」、さらには「０℃以上の冷蔵温度帯」など、様々な設定が可能である。

制御装置４０は温度センサ３０で検出される温度と、温度調節部４４によって設定された温度とを比較し、ダンパー装置４１及びヒータ４３を制御する。ダンパー装置４１は、バッフルとモータからなっており、モータの駆動を制御することでバッフルの動きを制御することができる。

センサ検出温度が低い場合には、ダンパー装置４１の開度を小さくし、あるいは完全に閉じることで、冷気量を制御する。また、温度が低くなりすぎた場合には、ヒータ４３を通電させる。センサ検出温度が高すぎる場合には、ダンパー装置４１の開度を大きくして過冷却室４内の冷気流通空間へと冷気を供給して、貯蔵空間２６内の温度を下げる。

なお、この制御装置４０は、送風ファン２０や圧縮機２１、あるいは図示しない除霜ヒータなどとも接続されている。したがって、ダンパー装置４１の開度やヒータ４３の通電率の判断は、他の機器の稼動状態を監視しながら行われる。

次に、過冷却を実現するために適した温度について図１２を用いて説明する。図１２は市販飲料の過冷却状態と凍結状態とを示す図である。そして、図１２（ａ）は市販されている飲料において過冷却状態が実現できる温度を実験によって求めた図であり、図１２
（ｂ）は市販飲料として果汁３０％のオレンジジュースを用い、過冷却状態が実現できた場合と凍結状態に至った場合における温度推移を示す図である。

図１２（ａ）に示すように−５℃とした場合には実現性が高く、低温になるにしたがって実現可能性が低下する傾向にある。特に間接冷却の場合には−５℃より低い温度であっても過冷却維持確率が高いという結果が得られた。

温度が高くなれば実現性も高くなるが、解除した際に凍結のために使われる低温のエネルギーが少なくなる。すなわち、過冷却状態の解除とともに現れる氷塊も小さくなってしまう。そこで、本実施例では、間接冷却によって−５℃に冷却するように温度センサ３０の検出温度を監視することにした。

図１２（ｂ）は果汁３０％のオレンジジュースを用い、−５℃の雰囲気下で冷却したときの飲料の温度推移を示す図である。図中、曲線αと曲線βは過冷却状態が実現できた場合を示し、曲線γは過冷却状態が解除されてしまい、凍結状態となってしまった場合を示している。曲線αと曲線βのような過冷却状態が実現された場合と、曲線γのように凍結状態となってしまった場合とでは、温度の推移が明らかに相違している。この傾向の相違は、果汁３０％のオレンジジュースに限らず、水，お茶，酒類でも同様であり、本実施例はこの傾向の相違に着目して過冷却状態の解除を検知する。

曲線α及び曲線βでは、氷点以上の飲料水が徐々に冷却されてゆき、−５℃まで単調的に温度が下がっている。そして、雰囲気温度に達すると、その温度が維持される。一方、曲線γでは氷点以下の過冷却状態に達した後に解除されており、このときに温度が氷点
（−１℃；凝固点降下の影響で、凝固点は０℃より低くなる。）まで上昇する。その後、液体から固体へと相変化を起こしている間は−１℃の状態が維持される。

上記の例では、過冷却解除を検知するために、過冷却解除時における収納物の温度上昇を温度センサ３０で検出することにしているが、過冷却解除検知のための他の方法としては、相変化の際の氷点温度を検出してもよい。なぜなら、過冷却状態が維持されている間は氷点で相変化が起らず、氷点温度が一定時間以上継続しないからである。

いずれにしても、温度センサ３０で過冷却容器２４内の貯蔵空間２６の温度を検出することによって、収納物が過冷却状態を維持しているか否かを判断することができる。

図１３〜図１６は、過冷却解除の検知におけるさらなる一例を示す図である。図１３は水が入った５００ｍｌのペットボトルを過冷却室４内に収納した場合における水温の推移とともに温度センサによって検出された温度を示している。図１３（ａ）は過冷却が維持された場合における水温の変化と温度センサ３０によって検出された温度の変化であり、図１３（ｂ）は、何らかの要因によって過冷却状態が解除されてしまった場合の水温の変化と温度センサ３０によって検出された温度の変化を示している。図において横軸は経過時間を示し、縦軸は温度を示している。図に示すように、４℃を通過する時点で短時間ではあるが、温度変化が緩やかになる部分がある。これは、水の密度が約４℃で最大となり、ペットボトル内部で対流が起こるためと考えられる。

図１３から明らかなように、過冷却状態が維持された場合と過冷却状態が解除されてしまった場合とでは、温度の推移が異なり、温度センサ３０によって検出される値も傾向が異なっている。図１３は、過冷却室４内の温度を−５℃となるようにして、ペットボトル内の水を−５℃に冷却するように制御したものであるが、過冷却状態が解除されると温度センサ３０の検出値は−５℃よりも高い温度となってしまっている（図１３（ｂ））。したがって、この傾向の変化を把握することによって、過冷却状態が維持されているのか、あるいは解除されてしまったのかを判別することができる。

次に、過冷却状態が解除される制御及びその後の制御について図１４〜図１６を用いて説明する。図１４〜図１６は本実施例の制御を示すフロー図である。図１４（ａ）は、過冷却の制御を行うにあたって、予め設定される温度の設定値を示したものである。具体的には、高温側から、リセット温度，過冷却開始温度，制御開始温度，温度調節部設定温度（最終目標温度）が設定される。このうち、最終目標温度は、温度調節部４４によって設定される温度であるが、温度調節部４４によって設定される温度は、−５℃近傍の過冷却温度に限られない。すなわち、過冷却室４を−１８℃以下の冷凍室として使用したり、あるいは０℃以上の冷蔵室として使用することも可能である。

リセット温度とは、例えば、過冷却状態が解除されてしまった場合に、再び過冷却を実現するために、必要な温度まで上昇させる際の設定値である。例えば、７℃である。過冷却開始温度とは、過冷却運転を始めるための基準となる温度であり、例えば、５℃である。制御開始温度とは、既に過冷却運転が実施されている状態において、所望の温度まで徐々に冷却していく制御を行う基準となる温度であり、例えば、０℃である。温度調節部設定温度（最終目標温度）とは、過冷却運転がなされ、最終的に過冷却状態で保存する温度であり、例えば−５℃である。

図１４（ｂ）は、過冷却運転を行う場合の第一段階の制御を示している。過冷却運転をスタートするに当たって、まず、温度調節部４４の設定が確認される(ステップＳ１０１)。過冷却室４を通常の冷凍室として使用する場合などは、過冷却運転を行う必要がないため、この段階で過冷却運転を行うモードになっているかどうかを判別する。

過冷却運転モードとなっている場合には、温度センサ３０によって検出された温度と過冷却開始温度（５℃）との比較がなされる（ステップＳ１０２）。過冷却開始温度より低温である場合には、一部が凍結している場合などが考えられるため、ダンパー装置４１を閉じて、リセット温度（７℃）以上となるまで冷却を停止する。この際、ヒータ４３を高い通電率で通電させると、短い時間でリセット温度まで上昇させることができる（ステップＳ１１２〜Ｓ１１３）。

温度センサ３０によって検出された温度が過冷却開始温度よりも高い場合、あるいは、冷却が停止されてリセット温度より高くなった場合には、この状態で安定させるために、タイマーをスタートさせる（ステップＳ１０３）。

タイマーが計時されている間は、過冷却開始温度よりも低くならないようにダンパー装置４１やヒータ４３が制御される（ステップＳ１０５〜１０９）。具体的には、過冷却開始温度よりも低温のときはヒータをＯＮにし（ステップＳ１０７）、過冷却開始温度よりも高温のときはリセット温度と比較し（ステップＳ１０８）、リセット温度より高温であれば、ヒータをＯＦＦにする（ステップＳ１０９）。

この状態で一定時間が経過すると、次に制御開始温度との比較を行い(ステップＳ110)、制御開始温度よりも低温となると、第二段階としての過冷却制御を行う。制御開始温度よりも高温であった場合には、センサ検出温度が低くなるまでダンパー装置４１を開状態として冷気を供給する（ステップＳ１１１）。このとき、ヒータ４３はＯＦＦとしておくと冷却が促進されるが、貯蔵空間２６内の温度にバラツキが生じやすい。そこで、ヒータ４３は低い通電率で通電しておくとよい（つまり「ダンパー開・ヒータＯＮ」とするとよい）。この状態で貯蔵空間２６内の温度が制御開始温度よりも低くなったときに、図１５に示すような過冷却制御を行う。

図１５は、過冷却制御の第二段階の制御を示すフロー図である。この例では、最終目標温度まで段階的に貯蔵空間２６内の温度を下げていく場合のフロー図である。まず、制御開始温度（例えば、０℃）を目標温度として設定し、この目標温度に対して、ダンパー装置４１を開にする温度、及び閉にする温度をそれぞれ設定する（ステップＳ１２１）。ダンパー装置４１を開にする温度とは、温度センサ３０によって検出される温度が、目標温度よりも高い場合に、ダンパー装置４１を開にして冷気を供給する温度である（例えば、１℃）。ダンパー装置４１を閉にする温度とは、温度センサ３０によって検出される温度が、目標温度よりも低い場合に、ダンパー装置４１を閉にして冷気供給を停止する温度である（例えば、−１℃）。ヒータ４３は、低い通電率で通電しておくことで、貯蔵空間
２６内の冷却を緩やかに行うことができ、貯蔵空間２６内の温度のバラツキを低減できる。

目標温度（例えば０℃）及びダンパーの開閉値が設定されるとタイマーをスタートし
（ステップＳ１２２）、温度センサ３０によって検出される温度がダンパー開の温度（例えば１℃），ダンパー閉の温度（例えば−１℃）の間に一定時間保持されるように、ダンパー装置４１が制御される（ステップＳ１２４〜１２７）。

一定時間が経過してタイマーが終了すると、ダンパー閉の温度（−１℃）に一回以上は到達したか否かが判断される（ステップＳ１２８）。ダンパー閉の温度に到達していない場合には、過冷却が解除されてしまったことが懸念される。なぜなら、０℃で凍結を開始して相変化が起こっていることが想定されるからである。ただし、他の原因によって到達しなかったことも考えられるため、リトライ回数を更新し（ステップＳ１３１）、タイマーをスタートして同様の制御を行う。同様の制御を複数回行っても、ダンパー閉の温度に到達しない場合には（リトライ回数が所定回数を超えた場合；ステップＳ１３２）、いよいよ凍結が開始されたものと判断し、過冷却リセットの制御を行う。

一方、ダンパー閉の温度に一回以上は到達した場合には、ステップＳ１２９に示すように目標温度を低温側へと変更する（例えば−３℃）。この目標温度に対し、再びダンパーの開閉値を設定し（例えば、それぞれ−２℃，−４℃）、ステップＳ１２２へと戻り、同様の制御を行う。これらを繰り返し、目標温度が最終目標温度（−５℃）まで変更されると、過冷却状態に冷却する制御は終了し（ステップＳ１３０）、当該温度で保持する制御へと至る。

図１６は、過冷却状態に冷却された食品を過冷却温度に保持する制御を示している。最終目標温度に対しても、ダンパー装置４１が開状態とする温度、及び閉状態とする温度が設定されているため、温度調節部設定温度から大きく変化しないようにダンパー装置４１の開閉を制御する（ステップＳ１４０，Ｓ１４７，Ｓ１４８）。

さらに、ここでは、「Ｅｒｒ上昇温度」が制御に用いられる。図１３に示したように、過冷却状態が解除された場合には貯蔵空間２６内の温度が最終目標温度よりも高い温度が検出される。したがって、貯蔵空間２６内における温度のバラツキを考慮した上限温度として、Ｅｒｒ上昇温度を定め、温度センサ３０によって検出された温度が、温度のバラツキとして想定される範囲を超えて高くなった場合には、過冷却状態が解除されたと判断することにした。

具体的な制御は次の通りである。ダンパー開温度よりも高温が検出された場合に、この検出温度が最終目標温度にＥｒｒ上昇温度を加えたものよりも高いか否かを判断する（ステップＳ１４２）。低い場合にはステップＳ１４０へと戻り、上記と同様の制御が繰り返される。

最終目標温度にＥｒｒ上昇温度（上限温度）を加えたものよりも高い温度が検出された場合には、過冷却の解除が懸念されるため、タイマーを設定する（ステップＳ１４３）。このとき、具体的に想定される現象としては次の２つが考えられる。第一は、過冷却が解除されていないにもかかわらず、温度センサ３０によって高温が検出されてしまった場合であり、第二は、過冷却が実際に解除されたために、高温となった場合である。

第一の場合は、単なる温度のバラツキが原因であったことが考えられるため、最終目標温度に保持するための制御が行われれば、最終目標温度にＥｒｒ上昇温度を加えたものよりも低温になるものと思われる。したがって、タイマー設定時間中に、最終目標温度に
Ｅｒｒ上昇温度を加えたものよりも低温になればタイマーをクリアし(ステップＳ１４６)、最終目標温度に保持するための制御が継続される。

第二の場合は、過冷却が解除され、凍結が開始していることが考えられる。このとき、凍結が完了するまでは潜熱として凍結に低温が使われるため、ダンパー装置４１の開閉等によっても温度が最終目標温度にＥｒｒ上昇温度を加えたものよりも低温となることはない。したがって、所定時間、最終目標温度にＥｒｒ上昇温度を加えたものよりも高温状態が継続すると、過冷却が解除されたものと判断し、過冷却のリセットが行われる（ステップＳ１４４〜Ｓ１４５）。

過冷却が解除されない場合には、過冷却室４内には過冷却状態に保持された食品・飲料を、冷蔵庫の使用者が適宜取り出すことができる。

上記の制御において、圧縮機が停止中である場合には異なる制御を行うことが必要である場合がある。圧縮機の運転の制御は、過冷却室４の制御以外にも、冷凍室５の冷却程度によって制御されることが想定されるからである。特に、ステップＳ１２３〜１２７の制御、あるいはステップ１４０〜１４２＆１４７〜１４８の制御において圧縮機が停止している場合には、ダンパー装置４１は閉状態を保持し、ヒータ４３を低い通電率のままで
ＯＮしておくとよい。

さて、過冷却解除後の運転としては、次の２つに大別できる。すなわち、第一は過冷却状態を実現するために冷却をやり直す場合であり、第二は他の運転モードに移行する場合である。

まず、第一の場合について説明する。過冷却状態が解除されると氷が生成されてしまうため、融点以上に温度を上げて生成された氷を融解させなければならない。温度を上昇させるためには、過冷却室４内への冷気の供給を止める、ヒータによって過冷却室４内又は収納物を暖める、あるいはこれらを併せて実施することが必要である。収納物の温度を上げて凍結状態から脱した後は、再び間接冷却によって収納物が過冷却状態になるまで冷却する。

この再冷却は一度目の冷却と全く同様に行ってもよいが、一度目の冷却と異なる環境を提供して行ってもよい。一度目と異なる環境で過冷却運転を行う場合の第一例としては、周囲温度を上げた状態で行う制御が挙げられる。すなわち、一度目の周囲温度が−５℃とすると、二度目の過冷却運転では周囲温度を−４℃とするように制御する。

既に述べたように、温度が低くなればなるほど、水分子クラスターが大きくなって過冷却状態が解除されやすくなるため、一度失敗した温度よりも高い温度で二度目の過冷却運転を行うものである。三度目以降も同様に制御が可能である。

一度目と異なる環境で過冷却運転を行う場合の第二例としては、冷却速度の緩和が挙げられる。一度目の冷却速度を０.１℃／ｍｉｎとすれば、二度目の過冷却運転では０.０５℃／ｍｉｎとなるように制御する。具体的にはステップＳ１２９において目標温度を低温側に設定する際に、移動幅を小さくすればよい。

冷却速度が遅い場合には、飲料の均一な冷却が行いやすく、部分的な温度低下が生じにくいため、過冷却状態を実現しやすくなる。したがって、二度目の過冷却運転では冷却速度を低速側にシフトするものである。三度目以降も同様に制御が可能である。

これらの第一例，第二例は組み合わせて実施することも可能であり、両制御を併せて実施するか、あるいは択一的に交互に実施するなど、様々なバリエーションがある。

次に第二の場合、すなわち、他の運転モードに移行する場合について説明する。以下に示す各例も、上述の第一の場合と組み合わせた制御が可能であることはいうまでもない。すなわち、二度目の過冷却運転においても過冷却が解除されてしまった場合等は、三度目の過冷却運転は行わず、他の運転モードに移行する、などの制御が可能である。

第一例としては、過冷却が解除されると二度目の過冷却運転を自動的には行わず冷蔵運転に移行する制御が挙げられる。飲料を通常の冷蔵室と同様に保存することができる。第二例としては、チルド運転に移行する制御が挙げられる。この場合は、一般の冷蔵室よりは低温で飲料を保存することができる。第三例としては、氷温運転に移行する制御が挙げられる。この場合は、部分的な凍結があったとしても、長期にわたって収納された場合を除けば完全な凍結状態には至らず、飲料を飲むことができる。

第四例としては、過冷却が解除されたことを冷蔵庫の使用者に対して報知する制御である。この第四例は上記の第一の場合の各制御や第二の場合の第一例から第三例までの各制御と併せて実施することができる。過冷却が解除されたことを冷蔵庫の使用者に報知することによって、次に飲料をどのように保存するかを使用者の選択に委ねることができる。

報知手段としては、冷蔵室扉７に設けたＬＥＤあるいは液晶ディスプレイ等の表示によるものの他、音声による報知でもよく、使用者に対して過冷却の解除を伝達できるものであれば、特に手段は問わない。

上記の各例はどれを採用してもよいが、簡単に上記第一の場合の制御フローを示す。図１５に示すように、過冷却状態に冷却中に過冷却が解除されてしまった場合（ステップ
Ｓ１３２）、あるいは、図１６に示すように、過冷却状態を保持している最中に過冷却状態が解除されてしまった場合（ステップＳ１４３）には、図１４（ｂ）に示すステップ
Ｓ１１２へと至り、ダンパー装置４１を閉じ、ヒータ４３をＯＮ状態にして、貯蔵空間
２６内の温度を上昇させる。凍結してしまった食品を融解するためである。

そして、温度センサ３０の検出温度がリセット温度（例えば、７℃）以上になるまで上昇すると、ステップＳ１０３から再び過冷却運転を行うことによって同様の制御が可能である。

本実施例の冷蔵庫の扉を省略して示した正面図。 図１のＡ−Ａ断面図。 図１のＢ−Ｂ断面図。 水から氷へ相変化する際の温度変化を示す図。 過冷却状態における水分子のクラスターを示すイメージ図。 過冷却室における温度センサの取付け位置を示す図。 過冷却室内の部材の位置関係や温度センサの取付位置を示す斜視説明図。 過冷却室扉の引出しと配線との関係を示す図。 過冷却室扉を引き出してもカバー部材が庫内に止まる構成を示す図。 過冷却室扉を引き出した状態を示す斜視図。 本実施例の冷蔵庫の制御ブロック図。 市販飲料の過冷却状態と凍結状態とを示す図。 水を過冷却室４内に収納した場合における温度の推移を示す図。 本実施例の制御を示すフロー図。 本実施例の制御を示すフロー図。 本実施例の制御を示すフロー図。

符号の説明

４…過冷却室、９…過冷却室扉、２４…過冷却容器、２５…容器部材、２５ａ…外側容器、２５ｂ…内側容器、２６…貯蔵空間、２７…カバー部材、２８…冷気吐出口、３０…温度センサ、３１…保護部材、３２…配線、３３…コネクタ部、３４…コネクタ収納部、３５…配線カバー、４０…制御装置、４１…ダンパー装置、４３…ヒータ、４４…温度調節部。

Claims (10)

1. 間接冷却によって氷点より低い温度で収納物を保存する過冷却室と、この過冷却室内に収納される収納物の温度を検出しこの収納物の過冷却の解除を検知する温度センサとを備えた冷蔵庫。
2. 間接冷却によって氷点より低い温度で収納物を保存する過冷却室と、この過冷却室内の温度を検出しこの収納物の過冷却の解除を検知する温度センサとを備えた冷蔵庫。
3. 前記過冷却室内に過冷却容器を備え、前記温度センサは前記過冷却容器内の収納物の温度を検出することを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。
4. 前記過冷却室内に過冷却容器を備え、前記温度センサは前記過冷却容器内の温度を検出することを特徴とする請求項２に記載の冷蔵庫。
5. 前記過冷却容器は貯蔵空間の上側を覆うカバー部材を有し、前記温度センサは前記カバー部材の下面に取り付けられることを特徴とする請求項３又は４に記載の冷蔵庫。
6. 前記過冷却室の背面壁であって前記カバー部材よりも上方に冷気吐出口を備え、前記冷気吐出口から前記過冷却室へと吐出される冷気の低温による影響から前記温度センサを保護する保護部材を備えたことを特徴とする請求項５に記載の冷蔵庫。
7. 前記温度センサは前記収納物の温度の上昇を検出することによって、過冷却の解除を検知することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の冷蔵庫。
8. 過冷却の解除を検知すると、収納物の温度を氷点より上昇させた後に再び過冷却運転を行うように制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の冷蔵庫。
9. 過冷却の解除を検知すると、過冷却運転とは異なる運転を行うように制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の冷蔵庫。
10. 冷蔵庫の使用者に報知を行う報知手段を備え、過冷却の解除を検知すると、前記報知手段を制御して過冷却の解除を報知することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の冷蔵庫。
    

Images