JP2010249474A

JP2010249474A - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP2010249474A
Application number: JP2009101949A
Authority: JP
Inventors: Maiko Shibata; 舞子柴田; Akira Shiga; 彰志賀; Teruo Nakamura; 輝男中村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2029-04-20
Also published as: JP4926200B2

Abstract

【課題】食品の凍結状態をより正確に検出することのでき、衛生的な冷蔵庫を得る。
【解決手段】切替室２００と、切替室２００内を冷却する冷却手段（図示せず）と、切替室２００の内部に着脱可能に設置されて食品を載置可能なトレイ５と、導電性部材からなり、交流電圧を加える電源７に接続されて電界を発生させる電極部６と、トレイ５に載置された食品の水分の相変化に対応する検出信号を電極部６から取得する検出部８とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、食品を冷凍保存あるいは過冷却保存する冷蔵庫に関する。

一般に、食品を保存する際には、低温傷害などを生じる食品を除き、できるだけ低い温度域を維持することが品質維持のために望ましいとされる。従来の冷蔵庫においても、庫内温度を０℃前後に保つチルド保存、−３℃前後に保ち食品を微凍結させるパーシャル保存などが行われてきた。
そして、近年では、凍結温度以下まで冷却されても食品が凍っていない状態である過冷却状態で食品を保存する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一方で、チルド保存、パーシャル保存、過冷却保存などを適切に行うためには、冷蔵庫の庫内温度及び食品の温度を正確に把握して冷却手段を制御する必要がある。設定した温度に制御する技術として、「加熱と冷却が可能な熱源装置を備えた貯蔵庫内に配設されるベクトルインピーダンスを検出するための電極検出部と、この電極検出部の上側に載せられる被検出体の温度変化に対応する検出信号を電極検出部から受けて被検出体のベクトルインピーダンスを検出するベクトルインピーダンス検出器と、このベクトルインピーダンスの検出信号に基づいて前記熱源装置の動作を制御し被検出体をチルド・パーシャル領域の設定温度に保つ制御部とを有する」ものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−４２６０号公報（第５頁、図３）特公平７−７６６６４号公報（第２頁、第３頁、第１図）

過冷却状態で食品を保存する場合、０℃以下、特に凍結温度以下となったときには、物理的又は温度的な刺激により食品は凍結しやすくなる。そして、部分的に凍結が起こった場合には細胞損傷が起き、品質が低下しやすいことが知られている。このため、高品質で食品を保存するためには、食品の温度や状態を適切な状態に維持する必要がある。

上記特許文献２に記載の技術によれば、電界を食品の内部に通してベクトルインピーダンスを検出し、この検出値から導かれる食品温度に基づいて冷却運転を制御している。このため、凍結温度（例えば０℃）以下であっても凍結していない状態を維持する過冷却運転においては、適切な冷却運転の制御を行うことができない。
また、特許文献２に記載の技術は、電極検出部に食品を直接接触させるものである。このため、電極検出部への結線などを考慮すると、電極検出部を取り外すことが困難であり、衛生性や使い勝手の点で問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、食品の凍結状態をより正確に検出することのでき、衛生的な冷蔵庫を提供するものである。

本発明に係る冷蔵庫は、食品を保存する貯蔵室と、前記貯蔵室内を冷却する冷却手段と、前記貯蔵室の内部に着脱可能に設置されて食品を載置可能なトレイと、導電性部材からなり、交流電圧を加える電源に接続されて電界を発生させる電極部と、前記トレイに載置された食品の水分の相変化に対応する検出信号を前記電極部から取得する検出部とを備えたものである。

本発明によれば、着脱可能なトレイに載置された食品の水分の相変化に対応する検出信号を取得する。このため、食品の凍結状態をより正確に検知することができる。また、食品と電極部に直接接触させないので、衛生的である。

本発明の実施の形態１に係る冷蔵庫の正面図である。実施の形態１に係る切替室の側面断面模式図である。実施の形態１に係る切替室の平面模式図である。マグロの未凍結状態と凍結状態における電界の変化を比較した図である。チルド設定時の食品の芯温度と電界変化に伴う検出信号例を示す図である。過冷却時の食品の芯温度と電界変化に伴う検出信号例を示す図である。本発明の実施の形態２に係る切替室の側面断面模式図である。本発明の実施の形態３に係る切替室の側面断面模式図である。被検出体と電極との距離と、電界の変化に伴う検出信号との関係を示す図である。本発明の実施の形態４に係る切替室の側面断面模式図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷蔵庫の正面図である。冷蔵庫１は、最上部に開閉ドアを備えて配置される冷蔵室１００と、冷蔵室１００の下方に配置される切替室２００と、切替室２００と並列に配置される引き出しドアを備えた製氷室３００と、切替室２００及び製氷室３００の下方に配置されて引き出しドアを備えた冷凍室４００と、最下部に配置されて引き出しドアを備えた野菜室５００を備える。
また、冷蔵室１００の扉表面には、各庫内室の温度や設定を調節する操作スイッチと、各庫内室の温度などを表示する液晶表示部などを備えた操作パネル（図示せず）が設けられている。

また、図示しないが、冷蔵庫１には冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を絞るキャピラリーチューブ、ガス状態の冷媒の熱を庫外に放熱して凝縮させる凝縮器、及び液状態の冷媒を気化させ得る冷熱で庫内空気を冷却する冷却器を備えた冷凍サイクルが形成されている。また、冷却器を通過し各庫内室へ冷気を運ぶ通気ダクトと送風機、及び各庫内室への冷気供給量を調節するダンパ等の冷気循環装置と、冷蔵庫の各機器動作を制御する制御基板等の制御装置を備える。これらの装置により冷気を供給して冷蔵庫内の各庫内室の温度を変化させ、あるいは所定の温度に保つとともに、霜取りや製氷、照明などの制御を行っている。なお、以降の説明において、冷凍サイクルと冷気循環装置を総称して冷却手段と称し、この冷却手段を制御して各庫内室の冷却状態を設定された状態に保つよう運転することを、冷却運転と称する。

切替室２００は、冷凍温度帯（−１８℃）から、冷蔵、野菜、チルド（０℃）、ソフト冷凍（−７℃）などの各温度帯に切り替えることができるとともに、食品を過冷却状態に維持する過冷却モードに切り替えることができる。過冷却モードとは、食品の凍結点以下まで冷却しても食品が凍っていない状態である過冷却状態を維持するよう冷却手段を制御するモードである。

食品の過冷却状態を作り維持するためには、食品全体を均一に冷却し、空気温度の変動幅を小さくする必要がある。このため、過冷却モードでは、冷却速度と空気温度の変動幅をある程度限定して運転を行う。冷却速度は、食品の芯温度が３００℃／ｈ〜０．３５℃／ｈの範囲内、好ましくは３．５℃／ｈ付近となるようにする。また、空気温度の変動幅は、好ましくは５Ｋ以内であるが、１５Ｋ以内であれば過冷却状態を作ることが可能である。また、過冷却モードに切り替えられたとき、切替室２００の設定温度は変化し、例えば−３℃となるようにしてあってもよい。

図２は、実施の形態１に係る切替室２００の側面断面模式図、図３は同じく切替室２００の平面模式図である。
切替室２００は、引出し式の扉２を有し、冷却器（図示せず）からの冷気が吹出口３から吹き込んで戻り口４から冷却器に戻る構成となっている。また、切替室２００は、トレイ５と、電極部６と、交流電圧を加える電源７と、検出部８と、マイクロコンピュータなどで構成される制御部９とを備える。

トレイ５は、例えば樹脂やガラスなどで構成され、切替室２００に着脱可能に設けられている。トレイ５は、食品を載置・収納できるように任意の深さで形成されている。

複数の電極部６１〜６４（以下、電極部６と総称する場合がある）は、例えば金属、カーボン、シリコンカーバイトなどの薄板や、ＩＴＯ薄膜、ポリアリニリンなどの導電高分子の膜などの導電性部材で構成される。電極部６１〜６４は、トレイ５の下方で切替室２００の底面に、冷気の流れる方向に並べて配置されている。

また、電極部６はそれぞれ電源７に接続されており、電源７により交流電圧を加えられると、電極部６近傍に電界を発生させる。電極部６はトレイ５の下方に配置されているので、交流電圧を加えられることによりトレイ５の近傍に電界を発生させることとなる。なお、電極部６近傍に電界を発生させる際には、電極部６の対極は無限遠にあるとし、切替室２００内に対極を設置しなくてもよい。

検出部８は、電極部６１〜６４のそれぞれに接続されており、電極部６近傍の電界の変化を検出信号として取得する。取得する検出信号は、複数の電極部６１〜６４のうちどの電極部からの信号かを区別することができる。そして、検出部８は、取得した検出信号を制御部９に出力し、この検出信号を取得した制御部９は、検出信号に基づいて冷却手段の制御を行う。

次に、食品の凍結状態と電界の変化について説明する。
表１に、物質の比誘電率を示す。表１に示すように、水の比誘電率が約８０であるのに対し、水を凍結させた氷の比誘電率は約３．２であり、その差は約２５倍である。このように未凍結状態と凍結状態とでは比誘電率が異なるため、電界の変化を検出することで食品が凍結状態か否かを検知することができる。食品が未凍結状態のときは、水の比誘電率が大きいために電界の変化も大きい。また、食品が凍結すると、氷の比誘電率が小さいために電界の変化も小さくなる。

図４は、マグロを用いた実験結果であり、未凍結状態と凍結状態とで電界の変化を比較したものである。図４に示すように、未凍結品に比べて凍結品の電界の変化が小さくなっていることが確認できた。マグロ以外の他の食品であっても、同様の結果となる。

図５は、チルド（０℃）に設定された切替室２００に投入された食品の芯温度と、検出部８が検出した電界変化に伴う検出信号の出力の一例である。切替室２００に投入された食品は、食品の温度が０℃付近となるよう制御された冷却器からの冷気により、徐々にその芯温度を低下させて０℃付近で維持される。しかし、食品の一部が過度に冷却されて部分的に凍結することがある（図５のＡ参照）。このとき、食品の芯温度は凍結を開始しても０℃付近で一定であるが、検出信号の出力は食品中の水が氷へと相変化するのに伴い、減少していく（図５のＢ参照）。

図６は、過冷却モードに設定された切替室２００に投入された食品の芯温度と、検出部８が検出した電界変化に伴う検出信号の出力の一例である。過冷却モードの場合、食品は凍結点以下の温度帯（例えば−３℃付近）で維持されるが、振動や温度変化などの何らかの刺激により、過冷却状態が解除されて凍結し始めることがある（図６のＡ参照）。このとき、食品の芯温度は凍結点まで上昇してその後は凍結点付近で一定となるが、検出部８の検出信号は過冷却解除により一瞬で氷結晶が生成されるために急激に出力が減少する（図６のＢ参照）。

したがって、検出部８により検出する電界の変化は、食品中の水の相変化に伴うものであるといえる。このため、検出部８が検出する検出信号に基づいて、食品の凍結状態（未凍結状態か凍結状態か）をより正確に検知することができる。

水の比誘電率は十分に大きいため、例えば樹脂やガラスなどで構成されたトレイ５が電極部６と食品との間に存在しても、食品中の水の相変化に伴う電界の変化を検知することができる。したがって、本実施の形態１のように電極部６をトレイ５の下方に設置して電極部６が食品と非接触であっても、食品の凍結状態を検知することができる。

そして、電極部６をトレイ５の下方に設置したことにより、トレイ５が電極部６と電源７との結線に干渉することがない。したがって、トレイ５を切替室２００から取り外すことができ、使用者は食品を載置するトレイ５を洗うことが可能となるので、使い勝手や衛生性を向上させることができる。

そして、このようにして正確に検知した食品の状態、操作スイッチ（図示せず）により設定された温度、温度検出手段（図示せず）の検出温度などに基づいて、制御部９は冷却手段を制御してチルドあるいは過冷却モードなどの冷却運転を行う。例えばチルドの場合、検出信号の出力値の低下を検出することにより、食品が部分的に凍結を開始したことを検知することができる。この場合は、切替室２００内の温度を一時的に上昇させることにより食品全体が凍結するのを回避する。また、過冷却モードの場合、検出信号の急激な低下を検出することにより食品の過冷却状態が解除されたことを検知することができる。この場合は、切替室２００内の温度を一時的に上昇させることにより食品が凍結するのを回避しうる。

また、複数の電極部６１〜６４を設け、それぞれから別個に食品中の電界の変化に伴う検出信号を取得するので、トレイ５のどの位置に食品が載置されたかを検知することもできる。食品の載置位置を検知することにより、その食品に集中的に冷気を供給する、あるいはその食品付近のみ一時的に温度を上昇させるなどの制御が可能となる。

また、切替室２００内は、吹出口３に近いほど温度が低い温度分布となりやすいので、吹出口３付近に載置された食品は吹出口３から離れた位置の食品と比べて凍結しやすくなる。本実施の形態１では、冷気の流れ方向と垂直方向に分割して電極部６１〜６４を設置しているので、切替室２００の温度分布に対応したエリアごとに電界の変化に伴う検出信号を検知することが可能となる。したがって、より正確に食品の凍結状態を検知することができる。

以上のように本実施の形態１に係る冷蔵庫１によれば、トレイ５の下方の切替室２００の底面に電極部６を設け、トレイ５に載置された食品中の水の相変化に伴う電界の変化を検出するようにした。このため、食品の凍結状態／未凍結状態を検出することができる。
そして、このように正確に検出した食品の凍結状態／未凍結状態に基づいて、冷却手段を制御するようにした。このため、チルドや過冷却モードなどにおいて、食品の凍結状態を考慮した適切な冷却運転を行うことができる。

また、電極部６を食品を載置するトレイ５の下方に設けることで、食品と電極部６とを直接接触させないようにした。このため、トレイ５が切替室２００から着脱可能となり、使用者はトレイ５を取り外して洗うことができ、使い勝手や衛生性を向上させることができる。

また、複数の電極部６１〜６４を設けたので、食品の載置位置を検出することができ、食品の載置位置に応じた冷却手段の制御を行うことができる。さらに、この複数の電極部６１〜６４は冷気の流れ方向に沿って配置したので、切替室２００内の温度分布に対応したエリアごとに食品の凍結状態を検出することができる。

なお、電極部６と接続された電源７から出力される交流電圧の周波数は、１キロヘルツから１メガヘルツの範囲で可変としてもよい。周波数が可変であることにより、食品中の水の状態をより詳細に検知することができる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る冷蔵庫の切替室２００Ａの側面断面模式図である。図７では、前述の実施の形態１と同様の構成要素には同一の符号を付している。図７において、電極部６の設置面である切替室２００の底面とは別の面である側壁面に、ダミー電極部１０が設けられている。

ダミー電極部１０は、電極部６と同様に導電性部材で構成されており、電源７から交流電圧を加えられることによりダミー電極部１０近傍に電界を発生させる。また、検出部８Ａは、電極部６からの電界の変化に伴う検出信号に加え、ダミー電極部１０からも電界の変化に伴う検出信号を取得する。ダミー電極部１０により検出する電界の変化は、切替室２００内に載置された食品の周囲環境の電界の変化であるといえる。

ここで、電界は、周囲環境の温度や湿度によって変動するが、特に温度によって変動することが知られている。このため、電極部６近傍に発生させた電界の変化で食品の凍結状態を検出する場合、周囲環境の温度変化を考慮する必要がある。
したがって、検出部８Ａは、周囲環境の変化に伴う電界の変化を検出するダミー電極部１０の検出信号と、電極部６の検出信号との差分に基づいて、電極部６により検出した検出信号を補正する。

以上のように本実施の形態２に係る冷蔵庫によれば、ダミー電極部１０を設けることにより周囲環境の変化に伴う電界の変化を検出し、電極部６に基づく検出信号を補正するようにした。このため、食品中の水の相変化に伴う電界の変化をより正確に検出することができ、食品の凍結状態をより正確に検知できる。

なお、本実施の形態２は、後述する実施の形態３、４と組み合わせて用いることができ、同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係る冷蔵庫の切替室２００Ｂの側面断面模式図である。図８では、前述の実施の形態１と同様の構成要素には同一の符号を付している。図８において、トレイ５Ｂは、導電性物質を含んで構成されている。そして、電極部６とトレイ５は電気的に接続されている。

このような構成において、電源７により電極部６に交流電圧が加えられると、電極部６と電気的に接続されたトレイ５Ｂが電界を発生させる電極となり、トレイ５Ｂの近傍に電界が発生する。そして、前述の実施の形態１と同様に、トレイ５Ｂに載置された食品中の水の相変化に対応した電界の変化を、検出部８により検出する。

図９は、被検出体と電界を発生させる電極との距離と、電界の変化の出力との関係を示したものである。図９に示すように、被検出体と電極との距離が小さいほど電界の変化は大きく出力されることがわかる。したがって、食品を載置するトレイ５Ｂを電極とすることで、被検出体である食品と電極との距離はより小さくなり、電界の変化の検出精度を向上させることができる。

以上のように本実施の形態３によれば、トレイ５を導電性物質で構成するとともに電極部６と電気的に接続して、トレイ５Ｂの近傍に電界を発生させるようにした。このため、より食品に近い位置で電界を発生させることができるので、食品の相変化に伴う電界の変化をより正確に検出することができ、食品の凍結状態をより正確に検知できる。

実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４に係る冷蔵庫の切替室２００Ｃの側面断面模式図である。図１０では、前述の実施の形態１と同様の構成要素には同一の符号を付している。図１０において、トレイ５の底面は、導電性部材１１により構成されている。そして、導電性部材１１と対向する切替室２００の底面の略全面を覆うようにして、電極部６Ｃが設置され、電極部６Ｃと導電性部材１１は電気的に接続されている。

このような構成において、電源７により電極部６Ｃに交流電圧が加えられると、電極部６Ｃと電気的に接続された導電性部材１１が電界を発生させる電極となり、トレイ５の底面近傍に電界が発生する。そして、前述の実施の形態１と同様に、トレイ５に載置された食品中の水の相変化に対応した電界の変化を、検出部８により検出する。

以上のように本実施の形態４によれば、トレイ５の底面を導電性部材１１で構成するとともに電極部６と電気的に接続して、トレイ５の近傍に電界を発生させるようにした。このため、より食品に近い位置で電界を発生させることができるので、食品の相変化に伴う電界の変化をより正確に検出することができ、食品の凍結状態をより正確に検知できる。

１冷蔵庫、２扉、３吹出口、４戻り口、５トレイ、５Ｂトレイ、６電極部、６Ｃ電極部、７電源、８検出部、８Ａ検出部、９制御部、１０ダミー電極部、１１導電性部材、６１、６２、６３、６４電極部、１００冷蔵室、２００切替室、２００Ａ切替室、２００Ｂ切替室、２００Ｃ切替室、３００製氷室、４００冷凍室、５００野菜室。

Claims

食品を保存する貯蔵室と、
前記貯蔵室内を冷却する冷却手段と、
前記貯蔵室の内部に着脱可能に設置されて食品を載置可能なトレイと、
導電性部材からなり、交流電圧を加える電源に接続されて電界を発生させる電極部と、
前記トレイに載置された食品の水分の相変化に対応する検出信号を前記電極部から取得する検出部とを備えた
ことを特徴とする冷蔵庫。
前記電極部は、前記トレイの下部の貯蔵室本体に設置される
ことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
前記電極部を複数設置した
ことを特徴とする請求項２記載の冷蔵庫。
前記複数の電極部を、前記貯蔵室内に流入する冷気の流れ方向に沿って配列した
ことを特徴とする請求項３記載の冷蔵庫。
前記トレイを導電性物質を含む部材で構成し、
前記電極部と前記トレイとを電気的に接続した
ことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
前記トレイ底面の略全面を導電性部材で形成し、
前記電極部を、前記トレイ底面と対向する前記貯蔵室の底面に設置し、
前記電極部と前記トレイ底面の導電性部材とを電気的に接続した
ことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
導電性部材からなるダミー電極部を、前記電極部の設置面とは異なる面に設けた
ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか記載の冷蔵庫。
前記トレイに載置された食品の水分の相変化に対応する検出信号に基づいて、前記冷却手段を制御する制御手段を備えた
ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか記載の冷蔵庫。
前記制御手段は、前記貯蔵室に投入された食品を過冷却状態に維持するための過冷却運転を行うよう前記冷却手段を制御可能である
ことを特徴とする請求項８記載の冷蔵庫。
前記電極部と接続された前記電源から印加される交流電圧の周波数は可変である
ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか記載の冷蔵庫。