JP2009300053A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】冷蔵庫に設置された赤外線センサーが検知する温度によって、自動での急凍制御を行うことで省エネルギーで且つ高効率な冷却運転を可能とした冷蔵庫を提供する。
【解決手段】食品１２１の表面温度を検知する赤外線センサー１２８が設置された貯蔵室と、庫内を冷却する冷却手段と、赤外線センサー１２８が検知した温度に基づいて設定した上限温度で急凍制御を開始し、下限温度で急凍制御を終了する急凍制御を自動で行うことで、必要なときに必要なだけ冷却運転を行うので、無駄なエネルギーを使用せず省エネルギーで高効率な冷却が可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、非接触センサーを利用した冷蔵庫に関するものである。

近年、冷蔵庫の大容量化の需要が高まるにつれて、無効空間縮小による容積効率の向上を図った冷蔵庫や、使い勝手の観点からさまざまな冷蔵庫が発売されている。

その中で、冷蔵庫では従来から庫内の温度を検知するために庫内の空気温度をサーミスタ等で測定し、例えば熱い食品が入れられた時等では、庫内に多数設置したサーミスタによって、この熱い食品の影響で温められた庫内空気の温度を測定することで冷却量を調整していた。しかしながら、このような冷蔵庫では食品の実際の温度を測定しているわけではないので、実際に食品を冷却できたかどうかが分からない。よって食品を冷却するには周囲を冷却しながら食品を目的の温度まで冷却するため、食品自身が目的の温度まで冷却されるには時間がかかるということがあった。そのため、庫内に例えば非接触の赤外線センサーを設けたり、食品を配置するケースの下に取り付けて食品温度を直接測温する負荷センサーを用いることで、実際の食品の温度を検知し冷却運転を行うようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の冷蔵庫を説明する。

図６は、特許文献１に記載の冷蔵庫の貯蔵室内を示す斜視図であり、図７は特許文献１に記載の冷蔵庫の冷凍室内を示す正面図である。

図のように、従来の冷蔵庫では冷凍室８の底部に配置した負荷温度センサー３９の温度変化に基づいて食品２１すなわち負荷投入の可否を判断することで、負荷があると判断した場合には、食品２１の温度と負荷の大きさを負荷温度センサー３９で検出した温度および温度変化によって負荷が有ると判断した場合には、冷凍室へ流入する冷気によって急速冷凍を開始するものである。

このような構成によって、投入された食品２１の負荷の大きさに応じて急凍時間を決定することで不必要な急凍運転を避けることができる制御を行っている。

このようにして、従来の技術においては食品載置部のケースの下方部に備えられた負荷温度センサー３９で対象となる食品２１の温度を検知し、自動で急凍を開始もしくは終了する制御とすることで、必要な時に必要な量だけの冷却運転を行うことで効率的な冷却運転制御を行っている。
特許第３４５４５２２号公報

上記従来の構成では、一定の効果はあるものの、近年の地球環境に対する市場の関心である省エネに対するニーズや冷蔵庫の保鮮性向上の需要に対しては不十分であった。

というのも、食品２１の保鮮性を維持したまま長期保存を行うには、食品冷却時に最大氷結晶生成帯と呼ばれる０℃〜−５℃の温度帯を早く通過し、細胞破壊を如何に抑制できるかが重要であるが、そのための手段として冷気による間接的な冷却で急凍制御を行っているため、０℃〜−５℃の最大氷結晶生成帯を通過する速度をより速めることに限界があった。

さらに、この急凍制御を行う際に、圧縮機や冷気送風ファンを連続運転することで冷凍室８内のへの冷気の導入量を多くして急速冷凍を行なっているので、冷蔵庫の冷凍能力を一定時間の間で高めるので冷蔵庫の電気入力は大幅に増加してしまい、冷凍速度は通常の冷却よりも速まるもののより多くのエネルギーの使用が必要となり、省エネルギーで急凍制御を行うことが難しかった。

また、特許第３４５４５２２号に記載の従来例のように食品を配置する容器であるケース４１の底部に負荷温度センサー３９を配置することで、直接食品２１の温度を検知する方法では、急凍時に負荷温度センサー３９は食品が接しているケース４１の温度を検知することとなり食品自身の温度を速やかに検知することが難しく、例えば食品からケース４１への熱伝導が行われて食品とケース自身の温度がほぼ同一となった場合に初めて食品の温度を検知することとなるので、検知時間が遅くなってしまうといった問題があった。

また、食品に加えて冷却を行いたい食品以外のケース４１の中に収納された食品の負荷量もあわせた冷却時間が必要となるので、急凍時間としては実際の食品２１のみの場合に対して継続した運転を行うので冷却エネルギーの無駄が発生してしまうこととなる。

本発明は、上記の課題を解決するもので、庫内に投入された食品を速やかに自動で急速冷却の開始を行うとともに、より省エネルギーを実現した急速冷却を行うため、より省エネルギーで使い勝手のよい冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の冷蔵庫は、食品載置部に載置された食品の表面温度を検知する非接触センサーが設置された貯蔵室と、前記貯蔵室を冷却する冷却手段と、前記貯蔵室の冷却を高冷却能力で行う急凍制御手段とを有し、前記食品載置部は蓄熱機能を有するとともに、前記非接触センサーが検知した温度が予め設定した開始温度よりも高ければ、高冷却能力で冷却を行う急凍制御手段によって急凍制御が自動的に開始され、予め設定した終了温度に到達した時点で前記急凍制御手段による急凍制御を停止する冷蔵庫である。

これによって、非接触に検知するセンサーによって食品温度を検知し自動で急凍制御を開始し、終了温度に到達した時点で速やかに通常の冷却動作に移行するため、庫内に投入された食品を速やかに自動で急速冷却の開始を行うとともに、食品載置部は蓄熱機能を有することによって、予め冷凍温度帯に冷却された蓄熱機能を有する食品載置部が食品に接していることで、熱伝導によって直接的に熱を奪い速やかに冷却を行うことができるので、急凍制御を行う場合でも圧縮機や冷気送風ファンの連続運転時間を大幅に短縮することができ、より省エネルギーを実現した急速冷却を行うことが可能となる。

また、食品保存の観点からしても、本発明では急凍制御を行う際の食品載置部が蓄熱機能を有することで、急凍制御を行う冷気の導入による熱伝達と、蓄熱機能を有した食品載置部からの熱伝導の両方を用いて速やかに冷却を行うことができるので、特に冷凍保存では鮮度に大きく影響する０℃〜−５℃の最大氷結晶生成帯の通過時間をより短くすることができ、最大氷結晶生成帯を短時間で通過することで、解凍時に食品からのドリップ量が抑制できるため、食品の鮮度や味を落とすことなく保存することができるので、食品の保存品質を高めることが可能となる。

本発明の冷蔵庫は、省エネルギーを実現した急速冷却を行うことが可能となり、また冷凍された食品の保存品質を高めることが可能となるので、より省エネルギーで保存品質の高い冷蔵庫を提供することが可能となる。

請求項１に記載の冷蔵庫は、食品載置部に載置された食品の表面温度を検知する非接触センサーが設置された貯蔵室と、前記貯蔵室を冷却する冷却手段と、前記貯蔵室の冷却を高冷却能力で行う急凍制御手段とを有し、前記食品載置部は蓄熱機能を有するとともに、前記非接触センサーが検知した温度が予め設定した開始温度よりも高ければ、高冷却能力で冷却を行う急凍制御手段によって急凍制御が自動的に開始され、予め設定した終了温度に到達した時点で前記急凍制御手段による急凍制御を停止するものである。

これによって、非接触に検知するセンサーによって食品温度を検知し自動で急凍制御を開始し、終了温度に到達した時点で速やかに通常の冷却動作に移行するため、庫内に投入された食品を速やかに自動で急速冷却の開始を行うとともに、食品載置部は蓄熱機能を有することによって、予め冷凍温度帯に冷却された蓄熱機能を有する食品載置部が食品に接していることで、熱伝導によって直接的に熱を奪い速やかに冷却を行うことができるので、急凍制御を行う場合でも圧縮機や冷気送風ファンの連続運転時間を大幅に短縮することができ、より省エネルギーを実現した急速冷却を行うことが可能となる。

また、食品保存の観点からしても、本発明では急凍制御を行う際の食品載置部が蓄熱機能を有することで、急凍制御を行う冷気の導入による熱伝達と、蓄熱機能を有した食品載置部からの熱伝導の両方を用いて速やかに冷却を行うことができるので、特に冷凍保存では鮮度に大きく影響する０℃〜−５℃の最大氷結晶生成帯の通過時間をより短くすることができ、最大氷結晶生成帯を短時間で通過することで、解凍時に食品からのドリップ量が抑制できるため、食品の鮮度や味を落とすことなく保存することができるので、食品の保存品質を高めることが可能となる。

上記のように、冷却能力の向上が自動で行われるので、冷蔵庫の冷却を必要に応じた冷却運転で行うことができる。特に、負荷投入の影響による庫内温度の上昇や、急速に凍結させたい負荷への冷却に対して、従来のように圧縮機を４０Ｈｚ程度の中回転で運転し負荷をゆっくり冷却するよりも、高冷却能力による短時間での冷却とすることで、例えば冷蔵庫の運転する２４時間中の中での運転時間を短縮することができるので、消費電力量の低減となり、現在の地球環境悪化の要因とされている温室効果ガスの排出量を低減することができる。

また、従来のように早く凍結したい食品に対して手動で急凍制御に入れていた動作を自動で行うこととなるので、食品投入後に急凍制御に入れるという煩わしい動作が不要となる。近年の冷蔵庫では、急凍制御を動作させるために、急凍制御を選択し、決定動作を行う必要のあるものもあり、急凍動作を行うこと自体が煩わしいと感じられていたが、自動で急凍制御に入り高能力な冷却運転で食品の冷却動作を行うため、急凍制御に入れ忘れることはない。

また、ユーザーが買い物から帰宅して肉などの生鮮食品を冷凍保存するために食品を冷蔵庫に収納しているときには、ドア開放の影響で庫内温度は上昇してしまう。その場合、従来では自動で急凍制御に入らないため、低冷却能力で時間をかけて食品を冷却することとなるが、本発明では非接触のセンサーで検知した温度によって、温度が高ければ自動で急凍制御に入ることとなるので高冷却能力で時間をかけずに速やかに冷却できる。この結果、冷却するための冷却時間を短縮することができることと、短時間での冷却であるので食品自身の温度上昇を抑えるので保鮮劣化を抑制できる。

また、食品凍結時には自動で急凍制御を解除するので、従来のように凍結後の不要な冷却運転による無駄なエネルギーの浪費をなくすことができる。また、従来では食品の潜熱変化から顕熱変化への移行を検知し凍結完了の判断を行っているものもあるが、食品の大きさによって潜熱変化と顕熱変化が同等の変化量を示すものには判断しにくい場合もあった。しかし、本発明では食品の温度自体の温度を検知するため、確実に凍結を判断できるとともに従来のように食品の変化率を算出するための複雑な微分計算制御仕様を構築することもない。

請求項２に記載の冷蔵庫は、請求項１に記載の発明に加えて、非接触センサーは赤外線センサーであり、食品載置部と対向する側の貯蔵室壁面に備えられているとともに前記貯蔵室は冷凍温度帯にのみ設定可能な冷凍室である。

これによって、一般的に赤外線センサーの検知精度は最も精度を高く設定したい温度帯から離れるとともに検知精度が悪化する特性があるが、赤外線センサーを設置する貯蔵室が冷凍室であることで、冷凍温度帯付近が最も高くなるように予め設定することができ、他の温度帯に設定されることがないので、常に精度よく食品の温度を検知することが可能となり、より速やかで正確な急凍制御開始と急凍制御終了を行うことが可能となり、より省エネルギーを実現した急凍制御を行うことが可能となる。

さらに、食品温度を直接に検知することで急速凍結させたい食品の温度をリアルタイムに検出できより速やかで正確な急凍制御開始と急凍制御終了を行うことが可能となり、より省エネルギーを実現した急凍制御を行うことが可能となる。

請求項３に記載の冷蔵庫は請求項２に記載の発明に加えて、急凍制御手段によって急凍制御が自動的に開始される温度帯は、赤外線センサーが検知する温度の内０℃〜−５℃の検知温度を含むものである。

これによって、食品の冷凍保存にとって非常に影響度の大きい、０℃〜−５℃の最大氷結晶生成帯を短時間で通過させることに着目した温度制御を行うことができ、食品の味の劣化や組織破壊の抑制によって品質劣化を抑えることができる。この結果、解凍時に食品からのドリップ量が抑制できるため、食品の鮮度や味を落とすことなく保存することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による冷蔵庫の正面図である。図２は本発明の実施の形態１による冷蔵庫の側面断面図である。図３は本発明の実施の形態１による冷蔵庫の上段冷凍室の一部拡大側面断面図である。

図１から図３に示すように、冷蔵庫本体１０１は、前方に開口する金属製（例えば鉄板）の外箱１２４と硬質樹脂製（例えばＡＢＳ）の内箱１２５と、外箱１２４と内箱１２５の間に発泡充填されたウレタン断熱材１２６からなる断熱箱体で、この本体の上部に設けられた冷蔵室１０２と、冷蔵室の下に設けられた上段冷凍室１０３と、冷蔵室１０２の下で上段冷凍室１０３に並列に設けられた製氷室１０４と、本体下部に設けられた野菜室１０６と、並列に設置された上段冷凍室１０３及び製氷室１０４と野菜室１０６の間に設けられた下段冷凍室１０５で構成されている。上段冷凍室１０３と製氷室１０４と下段冷凍室１０５と野菜室１０６の前面部は引き出し式の図示しない扉により開閉自由に閉塞されると共に、冷蔵室１０２の前面は、例えば観音開き式の図示しない扉により開閉自由に閉塞される。

冷蔵室１０２は冷蔵保存のために凍らない温度を下限に通常１〜５℃で設定されている。野菜室１０６は冷蔵室１０２と同等もしくは若干高い温度設定の２℃〜７℃とすることが多い。低温にすれば葉野菜の鮮度を長期間維持することが可能である。上段冷凍室１０３と下段冷凍室１０５は冷凍保存のために通常−２２から−１８℃で設定されているが、冷凍保存状態の向上のために、たとえば−３０から−２５℃の低温で設定されることもある。

冷蔵室１０２や野菜室１０６は庫内をプラス温度で設定されるので、冷蔵温度帯を呼ばれる。また、上段冷凍室１０３や下段冷凍室１０５や製氷室１０４は庫内をマイナス温度で設定されるので、冷凍温度帯を呼ばれる。

冷蔵庫本体１０１の天面部は、冷蔵庫本体１０１の背面方向に向かって階段状に凹みを設けて機械室１１９があり、第一の天面部と第二の天面部で構成されている。この階段状の凹部に配置された圧縮機１１７と、水分除去を行うドライヤ（図示せず）と、コンデンサ（図示せず）と、放熱用の放熱パイプ（図示せず）と、キャピラリーチューブ１１８と、冷却器１０７とを順次環状に接続してなる冷凍サイクルに冷媒を封入し、冷却運転を行う。前記冷媒には近年、環境保護のために可燃性冷媒を用いることが多い。なお、三方弁や切替弁を用いる冷凍サイクルの場合は、それらの機能部品を機械室内に配設することも出来る。

また、冷蔵室１０２と製氷室１０４および上段冷凍室１０３とは第一の断熱仕切り部１１０で区画されている。

また、製氷室１０４と上段冷凍室１０３とは第二の断熱仕切り部１１１で区画されている。

また、製氷室１０４および上段冷凍室１０３と、下段冷凍室１０５とは第三の断熱仕切り部１１２で区画されている。

第二の断熱仕切り部１１１および第三の断熱仕切り部１１２は、冷蔵庫本体１０１の発泡後組み立てられる部品であるため、通常断熱材として発泡ポリスチレン１２６が使われるが、断熱性能や剛性を向上させるために硬質発泡ウレタンを用いてもよく、更には高断熱性の真空断熱材を挿入して、仕切り構造のさらなる薄型化を図ってもよい。

また、ドアフレームの稼動部を確保して第二の断熱仕切り部１１１および第三の断熱仕切り部１１２の形状の薄型化や廃止を行うことで、冷却風路を確保でき冷却能力の向上を図ることもできる。また、第二の断熱仕切り部１１１および第三の断熱仕切り部１１２の中央部をくりぬき、風路とすることで材料の低減につながる。

また、下段冷凍室１０５と野菜室１０６とは第四の仕切り部１１３で区画されている。

冷蔵庫本体１０１の背面には冷却室カバー１２２で覆われた冷却室１２３が設けられ、冷却室１２３内には、代表的なものとしてフィンアンドチューブ式の冷気を生成する冷却器１０７が断熱仕切壁である第二および第三の仕切り部１１１、１１２の後方領域を含めて下段冷凍室１０５の背面に上下方向に縦長に配設されている。また、冷却器１０７の材質は、アルミや銅が用いられる。

冷却器１０７の近傍（例えば上部空間）には強制対流方式により冷蔵室１０２，製氷室１０４、上段冷凍室１０３、下段冷凍室１０５、野菜室１０６の各貯蔵室に冷却器１０７で生成した冷気を送風する冷気送風ファン１１６が配置され、冷却器１０７の下部空間には冷却時に冷却器１０７や冷気送風ファン１１６に付着する霜を除霜する除霜装置としてのガラス管製のラジアントヒータ１３６が設けられている。除霜装置は特に指定するものではなく、ラジアントヒータ１３６の他に、冷却器１０７に密着したパイプヒータを用いても良い。

冷却室カバー１２２内には、冷気送風ファン１１６からの冷気を各貯蔵室内へ送風するダクトを備えており、上段冷凍室１０３と下段冷凍室１０５へダクトを通じて冷却器１０７の冷気を直接送風している。

冷気送風ファン１１６は、内箱１２５に直接配設されることもあるが、発泡後に組み立てられる第二の仕切り部１１１に配設し、部品のブロック加工を行うことで製造コストの低減を図ることもできる。

次に赤外線センサー１２８を取り付けている上段冷凍室１０３の構成について説明する。

図３に示すように、上段冷凍室１０３の天井面である第一の断熱仕切り部１１０には、食品１２１の温度を検知する非接触センサーである赤外線センサー１２８が、検知する面である食品載置部の投影面上の隣接貯蔵室がある方向（本実施の形態の場合は下方向）に向かって設置してある。このように赤外線センサー１２８は、食品載置部と対向する側の貯蔵室壁面に備えられており、この食品載置部は蓄熱機能を有する蓄冷剤１４２が備えられていることで、食品載置部が蓄熱機能を有しているものである。また、上段冷凍室１０３の背面上部には冷却室カバー１２２から庫内へ冷気を吐出する第一の吐出口１３２と、上段冷凍室１０３内を循環した冷気が、再び冷却室１２３に戻るための戻り口（図示せず）が設けてある。なお、赤外線センサー１２８を断熱仕切り部内に設置することで、第一の吐出口１３２から吐出される冷気の風の影響を受けにくくできるため、検知精度の向上を図ることができる。さらに、赤外線センサー１２８先端部を断熱仕切り部の表面よりも内側とすることで貯蔵室内に食品１２１を大量に入れられた場合や、清掃時でも赤外線センサー１２８の検知部に異物が付着することが無いため検知の誤動作を招かない。さらに庫内への突出による清掃時の引っかかりがないため過剰な力の加重による部品の欠落や検知方向のズレ等を防止することができる。また庫内に突出していないので庫内容量が減少せず、容量の確保をすることができる利点がある。

なお、赤外線センサー１２８が検知する貯蔵室内のケース１２７の食品載置部に、その視野範囲内であることを示す目印１３７を設けておくと、お客様にとって食品１２１の置き場がわかりやすく、加えて目印１３７を赤外線センサー１２８が検知する視野範囲よりも小さい範囲で設けることで、食品１２１の収納時には確実に温度検知が行える。特に赤外線センサー１２８は検知する範囲の中心部が最も赤外線の検知強度が強く検知範囲の端に行くほど弱くなるので、検知精度を高めるためにも中心を基準として目印１３７をつけると良い。本実施の形態においては、食品載置部が蓄冷剤１４２で形成しているため、目印１３７は蓄冷剤１４２の上面側につけている。

次に、本実施の形態で使用した赤外線センサー１２８について説明する。

赤外線センサー１２８は、検知する面の範囲から発せられる赤外線量を先端のサーモパイル１２９で検出し、電気信号に変換している。サーモパイル１２９の周囲にはプローブ１３０があり、さらに基板部分に配置されている基準温度であるサーミスタ１３１の電圧と比較することによって検知した対象物の温度を算出することで温度検知を行っている。この赤外線センサー１２８は検知する範囲の円内部において、中心が最も赤外線検知強度が強く、端に行くほど検知強度が弱くなる。そのためサーモパイル１２９の視野角度をより絞ることで検知物の赤外線量の強度を上げることができ、対象物温度を確実に検出することができるが、視野角度の一部がプローブ１３０の先端部に重なるため先端部温度の影響を受け誤検知の要因となることにより、本実施の形態ではサーモパイルの視野角を５０°としている。よって、前述の目印１３７はこの赤外線センサーが検知する範囲の円内部の中心に主につけておくとより検知精度を向上させることができる。

本実施の形態に用いた赤外線センサー１２８は、シリコン基板上に形成された多数の熱電対で構成されたサーモパイル１２９を用いた。さらにプローブ１３０部分の材質は熱伝導性に優れたアルミナ粉末を用いた成型物であるが、熱伝導性に優れた材質であれば、例えばマグネシア粉末や窒化アルミニウム粉末などのセラミック粉末を分散させた成型物でも良い。また、赤外線センサー１２８の検知応答性において樹脂タイプのプローブ１３０を用いると応答性に遅れが生じるものの、比重が低減できるため重量低減に効果がある。樹脂タイプのプローブ１３０において厚みを薄くすることで若干の応答性向上を図ることができ、体積低減も行えるため省材料で環境負荷の低減も行うことができる。薄肉化は、熱伝導性に優れた金属製の材質でも同様である。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作、作用について説明する。

例えば冷蔵室１０２が外気からの熱侵入およびドア開閉などにより、庫内温度が上昇して冷蔵室センサ（図示せず）が圧縮機１１７の起動温度以上になった場合に、圧縮機１１７が起動し庫内の冷却が開始される。圧縮機１１７から吐出された高温高圧の冷媒は、最終的に機械室１１９に配置されたドライヤ（図示せず）まで到達する間、特にコンデンサー（図示せず）や外箱１２４に設置される放熱パイプ（図示せず）において、外箱１２４の外側の空気や庫内のウレタン断熱材１２６との熱交換により、冷却されて液化する。

次に液化した冷媒はキャピラリーチューブ１１８で減圧されて、冷却器１０７に流入し冷却器１０７周辺の庫内空気と熱交換する。熱交換された冷気は、近傍の冷気送風ファン１１６により庫内に冷気が送風され庫内を冷却する。この後、冷媒は加熱されガス化して圧縮器１１７に戻る。庫内が冷却されて冷凍室センサ（図示せず）の温度が停止温度以下になった場合に圧縮機１１７の運転が停止する。

また、このときはドアが閉しているので赤外線センサー１２８の検知は上段冷凍室１０３の天面に取り付けられているサーモパイル１２９から上段冷凍室内にあるケース１２７の温度もしくは食品１２１の温度を検知している。

上記のような運転サイクルを繰り返すことで冷蔵庫は冷却運転を行っている。

次に、食品等の負荷を入れた場合について説明する。

例えば、スーパーマーケット等で肉や魚などの生鮮食品を購入した場合や、家庭でハンバーグなどの食品１２１を作って冷凍保存する場合などに、上段冷凍室１０３に食品１２１を投入し急凍を行う場合には、従来では手動で急凍制御に入れることで、食品１２１の急凍を行っていた。しかしながら、食品１２１投入後に手動で急凍制御に入れる動作を行うことは、ユーザーの作業負担が増えてしまうという使い勝手が悪い点が挙げられる。

また、中には急凍制御を終了するまでの時間を食品１２１の設定温度によって決めることができるものもあるが、任意で決定するため例えば食品１２１の大きさや厚みによって凍結する早さが違うので設定温度を検知していても食品１２１が凍結しておらず、特に最大氷結晶生成帯を通過できていない可能性がある。また、設定した設定温度が低い場合には食品１２１が凍結しているのに冷却運転が終了せずに急凍時の圧縮機１１７が高回転で運転するという無駄なエネルギーを使用してしまうことがある。さらに、投入した食品１２１に対する急凍制御終了の温度設定をしている間も食品１２１の温度は周囲温度の影響によって冷却されており、厚みの薄い食品等では急凍制御を入れるころに最大氷結晶生成帯に突入していることもあり、細胞破壊の抑制が遅れて保鮮性に悪影響を起こす可能性があった。

また、従来技術の中には食品１２１の潜熱変化から顕熱変化への変化を検知することで凍結が完了して急凍制御を終了するものもあるが、例えば顕熱変化の変化率において、食品１２１の大きさや厚みによって潜熱変化と顕熱変化の割合が同等の場合がある。食品１２１の大きさが大きい場合には、顕熱変化での変化率は小さくなり、また、食品１２１の厚みが薄い場合には顕熱変化での変化率は大きくなる。すなわち食品１２１の顕熱変化の変化率は一定ではなく変化率によって凍結完了の判断するためには、食品１２１の大きさを大きいほうに合わせた変化率とせざるを得ない。よって、食品１２１の大きさが小さい場合には凍結していても冷却運転をすることとなり、余分な冷却エネルギーを使用してしまうこととなる。また冷気送風ファン１１６の運転状態や、ダンパ１４０の開閉によって冷蔵庫の冷却負荷状態が異なる場合でも潜熱変化と顕熱変化の変化率に差がない場合がある。例えば、本従来例の場合では、冷蔵室１０２及び野菜室１０６を冷却する場合の負荷量と、冷凍室１０８及び製氷室１０４と切替室１０９を冷却する場合の負荷量では異なる。冷蔵室１０２側の負荷量を冷却する場合では切替室１０９に投入された食品１２１の温度変化率は小さくなるし、冷凍室１０８側の負荷量を冷却する場合では逆に変化率が大きくなる。さらに両室側を冷却する場合には変化率が更に小さくなるので各々に合わせた変化率を導き出すには膨大なデータ量の抽出と複雑な制御仕様が必要となってしまい現実的ではない。

そこで本発明では、赤外線センサー１２８の検知する上段冷凍室内のケース１２７内に食品等の負荷から発せられる赤外線量を検知し、赤外線量から算出される温度が一定の温度以上（上限設定温度：Ｔ０）である場合に、自動で急凍制御に入り、また、急凍制御設定後に赤外線センサー１２８が検知する温度が一定の温度以下（下限設定温度：Ｔ１）である場合に急凍制御を終了するようにしたものである。

急凍制御の動作としては、食品１２１が入り赤外線センサー１２８の検知温度が開始温度であるＴ０以上を検知すると、冷蔵庫は圧縮機１１７の回転数を上昇させることで循環する冷媒量を上げ、冷却器１０７の温度を下げる。更に、冷気送風ファン１１６の回転数を上昇させることにより、冷却器１０７で生成された冷気を庫内に循環させる冷却量を増やすことで食品１２１を早く冷却させる。その後、食品１２１の温度を継続検知する中で、最大氷結晶生成帯である０℃〜−５℃の通過を確認後、終了温度である下限設定温度Ｔ１となると急凍制御を自動で終了し、通常の冷却運転とさせることで食品保存として鮮度に影響する最大氷結晶生成帯を早く通過させ、最大氷結晶生成帯を通過後には通常に冷却していても保鮮性の劣化にはほとんど影響はないので、通常運転としている。本実施の形態では、急凍制御の開始温度すなわち上限温度であるＴ０は−２．５℃とし、急凍制御の終了温度すなわち下限温度であるＴ１は−１５℃としている。これは、食品の収納形態や食品自身の形態によって状態が異なるためである。

本実施の形態によって、自動で急凍制御に入り冷却能力の向上が自動で行われるので、冷蔵庫の冷却を必要に応じた冷却運転で行うことができる。特に、負荷投入によっての庫内温度の上昇や、急速に凍結させたい負荷への冷却に対して、従来のように圧縮機１１７を中回転で運転し負荷をゆっくり冷却するよりも、高能力で短時間の冷却とするほうが、実際の冷蔵庫の消費電力量としては運転時間を短縮することができるので、省エネとなる。本実施の形態では、急凍制御中は圧縮機１１７の回転数を一時的に８０Ｈｚとし、冷気送風ファン１１６の回転数も３０００回転／分程度とすることで、第一及び第二の吐出口１３２、１３３の冷気は−４０℃近くまで低下させることで急速凍結させているが、従来の急凍制御に対し、３０分以上もの時間短縮を行っており、省エネ効果としては、１回当たり△２３％の省エネ効果を得ることができる。

さらに、本実施の形態では、上段冷凍室１０３のケース内に蓄冷剤１４２を取り付けたことによって、冷却器１０７で生成された約−４０℃の冷気による熱伝達での冷凍効果に加え、凍結している蓄冷剤１４２からの直接の伝熱すなわち熱伝導による冷凍効果も加わるため、最大氷結晶生成帯を通過する時間が更に早くなると共に食品解凍時における食品１２１からのドリップ量が減らせられるので更に食品保存の向上を図ることができる。

特に蓄冷剤１４２からの冷却によって食品３２１が冷却されると共に、ケース１２７内が蓄冷剤１４２がない場合よりも低温に保たれるため、食品１２１を短時間に冷却できるので冷蔵庫の冷却運転時間の低減を図れて省エネになると共に食品３２１の保鮮性向上を図ることができる。

また、蓄冷剤１４２を配置していることで、食品１２１が投入されていないときでもドア開閉時における外気の流入があった場合でも、外気流入の熱負荷を蓄冷剤１４２が吸熱するため庫内の温度上昇を抑えることができる。

すなわち、本実施の形態の効果を省エネルギーの観点と食品保存の観点とから見ると下記のようになる。

まず省エネルギーの観点から見ると、非接触に検知するセンサーによって食品温度を検知し自動で急凍制御を開始し、終了温度に到達した時点で速やかに通常の冷却動作に移行するため、庫内に投入された食品を速やかに自動で急速冷却の開始を行うとともに、食品載置部は蓄熱機能を有することによって、予め冷凍温度帯に冷却された蓄熱機能を有する食品載置部が食品に接していることで、熱伝導によって直接的に熱を奪い速やかに冷却を行うことができるので、急凍制御を行う場合でも圧縮機や冷気送風ファンの連続運転時間を大幅に短縮することができ、より省エネルギーを実現した急速冷却を行うことが可能となる。

また、食品保存の観点からしても、本発明では急凍制御を行う際の食品載置部が蓄熱機能を有することで、急凍制御を行う冷気の導入による熱伝達と、蓄熱機能を有した食品載置部からの熱伝導の両方を用いて速やかに冷却を行うことができるので、特に冷凍保存では鮮度に大きく影響する０℃〜−５℃の最大氷結晶生成帯の通過時間をより短くすることができ、最大氷結晶生成帯を短時間で通過することで、解凍時に食品からのドリップ量が抑制できるため、食品の鮮度や味を落とすことなく保存することができるので、食品の保存品質を高めることが可能となる。

上記のように、本実施の形態では自動で急凍制御に入り、食品凍結時には自動で急凍制御を解除するので、従来のように早く凍結したい食品１２１に対して手動で行うという煩わしい動作が不要となるとともに、凍結後の不要な冷却運転による無駄なエネルギーの浪費をなくすことができ、さらに食品載置部を蓄冷剤１４２で形成していることでさらなる省エネルギーを実現することが可能となる。

また、ユーザーが買い物から帰宅して肉などの生鮮食品を冷凍保存するために食品１２１を冷蔵庫に収納しているときには、長時間のドア開放の影響で庫内温度は上昇してしまう。その場合、従来では自動で急凍制御に入らないため、低冷却能力で時間をかけて食品１２１を冷却することとなるが、本発明では赤外線センサー１２８で検知した温度によって、温度が高ければ自動で急凍制御に入ることとなるので高冷却能力で時間をかけずに速やかに冷却できる。この結果、冷却するための冷却時間を短縮することができることと、短時間での冷却であるので食品自身の温度上昇を抑えるので保鮮劣化を抑制できる。

また、急凍制御中は圧縮機１１７を高回転で運転したり、冷却器１０７で生成した冷気を庫内へ送る風量を増加するため冷気送風ファン１１６の回転数もしくは電圧を上げることで冷却能力を上げているので、従来では一定時間は騒音レベルが上昇していることとなるが、本実施の形態では最大氷結晶生成帯である０℃〜−５℃を中心に急凍制御とするので、従来の急凍制御時間に対して３０分以上も時間短縮を可能としている。

なお、本実施の形態では、急凍制御の設定温度として上限及び下限温度を設定しているが、設定温度経過後に一定時間（例えば３分間）の予備検知期間を設けて、食品１２１投入後の温度挙動を検知することで食品投入とドア開閉のみとの切り分けを行うことが可能である。特に、近年の世界的な材料費高騰や鉱物不足によりドアスイッチ等のドア開閉を検出する部品やハーネス等の部品は高価となっており、また、ドアスイッチの追加により制御の複雑化も懸念される。そのため予備検知期間を設けることで、ドアスイッチ機構を用いる必要が無いので省資源化にも繋がる。

なお、急凍制御中は、例えば前面のドア部分にユーザーに表示する急凍制御中のランプ等を点灯させることで、自動急凍制御による簡便性を明示することができる。

なお、急凍制御中は、最大氷結晶生成帯の温度検知期間を中心に一時的に圧縮機１１７の回転数を上昇させているが、外気温によって圧縮機１１７の回転数の上限を決定しておくことで圧縮機１１７の低圧側の圧力保護を行うことができる。本実施の形態では、例えば外気温が１５℃の場合は圧縮機１１７の最高回転数は６９Ｈｚとするように中外気温や低外気温の場合では、従来の圧縮機１１７の回転数である８０Ｈｚよりも低減させている。

また、近年の冷凍サイクルの冷媒としては、地球環境保全の観点から地球温暖化係数が小さい可燃性冷媒であるイソブタンが使用されている。この、炭化水素であるイソブタンは空気と比較して常温、大気圧下で約２倍の比重である（２．０４、３００Ｋにおいて）。仮に、圧縮機１１７の停止時に冷凍システムから可燃性冷媒であるイソブタンが漏洩した場合には、空気よりも重いので、下方に漏洩することになる。特に、冷媒の滞留量が多い冷却器１０７から漏洩する場合には、漏洩量が多くなる可能性があるが、赤外線センサー１２８を配置した上段冷凍室１０３は、冷却器１０７より上方に設置されているため、漏洩しても上段冷凍室１０３には漏洩することがない。また、仮に上段冷凍室１０３に漏洩したとしても、冷媒は空気より重いため貯蔵室下部に滞留する。よって、赤外線センサー１２８が貯蔵室天面に設置されているため、赤外線センサー１２８付近が可燃濃度になることは極めて低い。

また、食品１２１の温度をさらに精度良く検知するために、食品投入されたあとに食品１２１の面積を検知し、食品１２１の面積に応じて赤外線センサー１２８の検知視野角度を調整することで精度の向上を図ることができる。特に食品１２１の投入後に、周囲と温度差が異なる部分を検知対象として視野角度の調整を行うことができれば、食品面積を検知するよりもコストパフォーマンスが高い検知精度の向上を行うことができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における冷蔵庫の一部拡大側面断面図である。

なお、背景技術と同一構成については同一符号を示す。

図４において、赤外線センサー２２８が検知する面すなわち食品載置部の第三の断熱仕切り部２１２をなくすことで、食品載置部すなわち蓄冷剤２４２を上側と下側の両側から冷却を行うことができる。これによって、上段冷凍室２０３に投入した食品２２１を、下段冷凍室２０５を冷却する冷気で下段からも冷却することができるため第三の断熱仕切り部２１２がある場合に加えて格段に冷却スピードを向上することが可能となる。食品２２１は凍結時に０℃〜−５℃の最大氷結晶生成帯を短時間で通過すると細胞の破壊が少ないことが知られているため、第三の断熱仕切り部２１２をなくし食品２２１を上下から冷却することは食品保存にとって非常に効果的である。

さらに、本実施の形態では、上段冷凍室２０３のケース内に蓄冷剤２４２を取り付けたことによって、冷却器２０７で生成された約−４０℃の冷気による熱伝達での冷凍効果に加え、凍結している蓄冷剤２４２からの直接の伝熱すなわち熱伝導による冷凍効果も加わるため、最大氷結晶生成帯を通過する時間が更に早くなると共に食品解凍時における食品２２１からのドリップ量が減らせられるので更に食品保存の向上を図ることができる。

特に蓄冷剤２４２からの冷却によって食品２２１が冷却されると共に、ケース２２７内が蓄冷剤２４２がない場合よりも低温に保たれるため、食品２２１を短時間に冷却できるので冷蔵庫の冷却運転時間の低減を図れて省エネになると共に食品２２１の保鮮性向上を図ることができる。

また、蓄冷剤２４２を配置していることで、食品２２１が投入されていないときでもドア開閉時における外気の流入があった場合でも、外気流入の熱負荷を蓄冷剤２４２が吸熱するため庫内の温度上昇を抑えることができる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３による冷蔵庫の側面断面図である。なお、背景技術と同一構成については同一符号を示す。

図５において、上段冷凍室４０３と下段冷凍室４０５を含む冷凍温度帯と、冷蔵室４０２と野菜室４０６を含む冷蔵温度帯を各々の蒸発温度の異なる冷凍用冷却器４１４と冷蔵用冷却器４１５で冷却したものである。これによって天面に赤外線センサー４２５を備えた上段冷凍室４０３の蓄冷剤４２６を底面に収めたケース４２７内に投入された食品４２１は、冷凍温度帯の冷凍用冷却器４１４の冷凍能力に対する冷却負荷量が低減できる為、冷凍用冷却器４１４発温度を低下させることができ、第一及び第二の吐出口４３２、４３３からの吐出冷気の温度も低下させることができるので食品４２１を凍結させる能力をあげることができる。これによって食品４２１の凍結時間も短縮できるので、消費電力量の低減を図ることができる。

以上のように、本発明にかかる冷蔵庫は、赤外線センサーが設置された貯蔵室に投入される食品の温度を検知して自動で急凍制御に入り、最大氷結晶生成帯の時間帯を中心に冷却能力の向上が自動で行い、自動で急凍制御の解除を行うので、冷蔵庫の負荷量に応じた冷却運転で行うことができるためエコロジーで高効率な冷却が可能となり、食品温度を検知する冷凍機器全般にも適用できる。

本発明の実施の形態１による冷蔵庫の正面図 本発明の実施の形態１による冷蔵庫の側面断面図 本発明の実施の形態１による冷蔵庫の上段冷凍室の一部拡大側面断面図 本発明の実施の形態２による冷蔵庫の一部拡大側面断面図 本発明の実施の形態３による冷蔵庫の側面断面図 従来技術による冷蔵庫の貯蔵室内を示す斜視図 従来技術による冷蔵庫の冷凍室内を示す正面図

符号の説明

１０３，２０３，４０３ 上段冷凍室（貯蔵室）
１０５，２０５，４０５ 下段冷凍室（貯蔵室）
１０７ 冷却器
１２１，２２１，４２１ 食品
１２７，２２７，４２７ ケース（上段冷凍室）
１２８，２２８，４２５ 赤外線センサー（非接触センサー）
１４２，２４２，４２６ 蓄冷剤（食品載置部）

Claims (3)

1. 食品載置部に載置された食品の表面温度を検知する非接触センサーが設置された貯蔵室と、前記貯蔵室を冷却する冷却手段と、前記貯蔵室の冷却を高冷却能力で行う急凍制御手段とを有し、前記食品載置部は蓄熱機能を有するとともに、前記非接触センサーが検知した温度が予め設定した開始温度よりも高ければ、高冷却能力で冷却を行う急凍制御手段によって急凍制御が自動的に開始され、予め設定した終了温度に到達した時点で前記急凍制御手段による急凍制御を停止する冷蔵庫。
2. 非接触センサーは赤外線センサーであり、食品載置部と対向する側の貯蔵室壁面に備えられているとともに前記貯蔵室は冷凍温度帯にのみ設定可能な冷凍室である請求項１に記載の冷蔵庫。
3. 急凍制御手段によって急凍制御が自動的に開始される温度帯は、赤外線センサーが検知する温度の内０℃〜−５℃の検知温度を含む請求項２に記載の冷蔵庫。