JP2010261677A - 冷蔵庫 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御手段により、保冷室の設定温度を食品の凍結点よりも低い低温側設定温度θLに設定し、所定時間のあいだ保冷室内をθLで維持し、所定時間経過後に凍結点よりも高い高温側設定温度θHに切替え、所定時間のあいだ保冷室内をθHに維持するという一連の制御を行い、次いで再び設定温度をθLに切替え、保冷室内の温度をθLに維持するという一連の制御を行うことを特徴とする。
【選択図】図2
Description
凍結点以下でありながら未凍結である、過冷却状態を実現させる冷蔵庫として、例えば「通常時には前記断熱箱体の冷蔵庫内の温度設定値は貯蔵される保冷品の凍結点以上、水分を含む食材に対しては0℃以上の冷蔵温度帯で運転され、過冷却運転時には所定の時間、保冷品の凍結点以下の温度設定値である過冷却温度帯で運転し、保冷品を貯蔵する」冷蔵庫がある(例えば、特許文献1参照)。
図1は、保冷室内を凍結点θf以下に冷却する機構を備えた冷蔵庫内に、食品を入れた場合のその温度変化を示している。
図1(A)は、保冷室に入れた食品が、該食品の凍結点θf以下の設定温度まで冷却された後、該設定温度の状態で安定に推移していることを示している。すなわち、食品の過冷却状態が維持されている場合を示しており、理想的な状態である。
図2(B)に示すような空気温度の経時変化を実現させるよう、保冷室内の設定温度を図2(A)のように制御する。すなわち、空気を高温側設定温度θHから低温側設定温度θLへと冷却し、所定時間、低温側設定温度θLの状態を維持させる。次いで、時刻T1において、高温側設定温度θHへと保冷室内の空気加熱を開始し、時刻T2で1周期を完了させる。
保冷室内におかれた食品は、低温温度帯において過冷却状態となるが、扉開閉の衝撃や何らかの要因で急激な温度変動が起こった場合には、過冷却状態が解除されることがある。過冷却が解除されると、食品内部に略一様に微細氷結晶が生成し凍結が開始される。
なお、図4の食品温度のグラフ上には、水から氷に変化する際に放出される潜熱Q1、凍結進行中に水から奪われる潜熱Q2及び解凍進行中に氷に与える熱Q3を示してある。
すなわち、図4に示すような温度変化をする食品において、
Q3≧Q1+Q2
Q1:過冷却が解除された際の潜熱
=Δ(θT−θL)(K)×W(g)×Cp(J/g・K)
Q2:過冷却解除後、低温温度帯にある間の凍結進行中に蓄積される潜熱
=Δ(θf−θL)(K)×(T1−T)(sec)
×kf(J/sec・K)
Q3:高温温度帯にある間の解凍中に食品に与えられる熱
=Δ(θf−θH)(K)×(Ttw―Tf)(sec)
×ktw(J/sec・K)
θT:過冷却解除する温度
θL:低温側設定温度
W:食品の含水量
Cp:水の熱容量
θf:食品の凍結点
T1:低温設定時間
T:低温設定され冷却開始してから過冷却解除するまでの時間
kf:冷却中の熱伝達係数
θH:高温側設定温度
Ttw:解凍完了時間
Tf:高温設定時に空気温度が上昇中に食品の凍結点に達する時間
ktw:昇温中の熱伝達係数
ここで、熱伝達係数kfは、食品が未凍結の間の冷却速度及び昇温速度から見積もることができる。食品が過冷却解除し始める時刻T及び食品の凍結温度θTfは、冷却対象となる代表的な食品を用いた試験から決定することができる。したがって、簡易的な実験で上記の定数を算出して決定し、高温側設定温度θH、低温側設定温度θL及び低温設定時間T1を、上記関係式を満たすように制御することで、食品の高品質保存が可能となる。
図5は、本発明の実施の形態2に係る、より簡易的な温度上下シーケンスの設定方法を示している。この方法では、冷却運転時間(低温設定時間TL)が加熱運転時間(高温設定時間TH)よりも長くなるように制御する。すなわち、食品が凍結点以下となる積算時間が凍結点以上となる積算時間よりも長くなるように制御すればよい。低温時間が長いということは、Δ(θL−θf)<Δ(θH−θf)という関係式を満たすことを意味する。このように設定することによって、過冷却解除が起こりにくくなる。また食品の平均温度を下げることができ、食品の高品質保存が可能となる。
食品のなかでも、凍結させずに保存することが求められる生鮮食品に関する試験から、保冷室の平均温度を1℃以下とすることによって、食品を高品質に保存できることが分かった。また保冷室の平均温度を、冷却対象食品の凍結点以上とすることによって、食品の過冷却解除の発生確率を抑制できることがわかった。食品の凍結温度は様々であるが、刺身類においては約−2℃、生肉類については約−5℃と設定することができる。平均温度を1℃以下かつ凍結点以上とすることによって、過冷却解除する確率を低く抑制することができる。過冷却解除しにくい状態を実現することで、品質低下を引き起こすような凍結進行状態に陥る可能性を低減できる。
一般的な家庭用冷蔵庫の場合、冷蔵室102は3℃から5℃に設定されることが多い。図6に示すように、本発明の保冷室103を冷蔵庫本体101内の一部に設けておき、冷却時には、図示していない冷却用熱交換器を通過して生成された冷気を保冷室103に導入又は間接冷却し、加熱時には、保冷室103よりも高温な冷蔵室102の空気を保冷室103に導入すればよい。上記のような構造とすることによって、冷蔵庫本体101本来の冷却用熱交換器以外の加熱装置を必要とせず、またヒーターなどの熱源へのエネルギーロスがない。すなわち、高温空気を生成する熱源が不要で、さらに余分な部品及びエネルギーも不要となる。
保冷室の温度上下の制御についてさらに詳しく検討した結果、低温設定時間を120分から240分、高温設定時間を140分から230分とすることによって、食品の品質を高く維持した状態での保存が可能となることが分かった。したがって、制御の冗長性を考慮して、高温側設定温度の開始から低温設定温度の終了までの1周期を4時間から9時間の範囲内とすることで、食品の高品質状態での保存が可能となる。
図7は、本発明の実施の形態5に係る、過冷却を繰り返した場合の過冷却解除の起こりやすさ(確率)を検証した実験結果を示している。
温度上下制御を繰り返して、過冷却解除する確率を検証したところ、図7に示すように温度上下制御の回数が増加すると、過冷却解除する確率も徐々に上昇し、また過冷却解除の開始時間が徐々に短くなる傾向があることが分かった。
上述では、過冷却解除する確率を低減しつつ、できるだけ低温に保持するために、温度上下のタイミングを予め設定した時間で決定していたが、より精細に制御するには、食品の温度又は凍結状態を検知し、これに応じて温度制御を行なうことが望ましい。このために、食品の温度を検知するセンサを該保冷室に設けて、食品温度が予め設定した温度になるように温度調整機構を動作させればよい。
食品温度を検知するセンサとしては、食品表面から放射される赤外線を検知する方法がある。また、食品中の水分が温度によって電波吸収率が異なることを利用して、電波放射アンテナと検波器とを組み合わせた方法がある。
Claims (15)
- 開閉可能な扉を有する保冷室と、
前記保冷室を冷却又は加熱する温度調整機構と、
前記温度調整機構を制御する制御手段と
を有し、
前記保冷室内に置かれた被収容物を過冷却状態にすることが可能な冷蔵庫であって、
前記制御手段は、
前記被収容物の内部で過冷却解除が発生した直後に第1工程を開始し、前記第1工程の終了とともに第2工程を開始するよう前記温度調整機構を制御し、
前記第1工程は、前記保冷室の設定温度を前記被収容物の凍結点よりも低い低温側設定温度θLに設定し、第1所定時間Tのあいだ前記保冷室内を前記θLで維持し、前記第1所定時間T経過後に前記凍結点よりも高い高温側設定温度θHに切替え、第2所定時間のあいだ前記保冷室内を前記θHに維持するという一連の制御から構成され、
前記第2工程は、前記第2所定時間経過後に再び前記設定温度を前記θLに切替え、前記保冷室内を前記θLに維持するという一連の制御から構成されること
を特徴とする冷蔵庫。 - 前記第1所定時間Tは前記被収容物の冷却開始から過冷却解除までの時間であり、
前記Tと前記第2所定時間の合計をT1としたとき、
前記θL、前記θH及び前記T1は、
前記被収容物が過冷却解除する温度θT、前記被収容物の含水量W、水の熱容量Cp、前記被収容物の凍結点θf、前記T、冷却中の前記被収容物の熱伝達係数kf、前記被収容物の解凍完了時刻Ttw、昇温中に前記被収容物が前記凍結点に達する時刻Tf及び昇温中の前記被収容物の熱伝達係数ktwから算出される熱量がQ3≧Q1+Q2を満たすように決定されること
を特徴とする請求項1に記載の冷蔵庫。
Q1=Δ(θT−θL)(K)×W(g)×Cp(J/g・K)
Q2=Δ(θf−θL)(K)×(T1−T)(sec)
×kf(J/sec・K)
Q3=Δ(θf−θH)(K)×(Ttw−Tf)(sec)
×ktw(J/sec・K) - 前記制御手段が、前記第1所定時間Tを前記第2所定時間よりも長く設定すること
を特徴とする請求項1又は2に記載の冷蔵庫。 - 前記制御手段が、前記被収容物の温度が前記凍結点よりも低い状態の積算時間ΣTLと前記被収容物の温度が前記凍結点よりも高い状態の積算時間ΣTHとが、ΣTL>ΣTHとなるように前記温度調整機構を制御すること
を特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の冷蔵庫。 - 前記制御手段が、前記保冷室内の空気又は前記被収容物の平均温度を1℃以下にするように前記温度調整機構を制御すること
を特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の冷蔵庫。 - 前記制御手段が、前記保冷室内の空気又は前記被収容物の平均温度を前記凍結点以上にするように前記温度調整機構を制御すること
を特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の冷蔵庫。 - 前記θLが0℃から−20℃の範囲内であること
を特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の冷蔵庫。 - 前記制御手段が、前記θHから前記θLへの切替え時の冷却速度vを0.35℃/時間≦v≦300℃/時間となるように前記温度調整機構を制御すること
を特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の冷蔵庫。 - 前記θHが0℃から20℃の範囲内であること
を特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の冷蔵庫。 - 前記制御手段が、前記保冷室とは別個に設けられた前記冷蔵庫内のコンパートメントの空気を前記保冷室へと導入することで、前記保冷室の温度を調整すること
を特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の冷蔵庫。 - 前記第1工程が、4時間から9時間のあいだに少なくとも1回以上行われること
を特徴とする請求項1乃至10の何れかに記載の冷蔵庫。 - 前記被収容物の保管時間が長くなるにつれて、(低温温度帯設定時間)/(高温温度帯設定時間)比を徐々に小さくする制御が行われること
を特徴とする請求項1乃至11の何れかに記載の冷蔵庫。 - 前記被収容物の保管時間が長くなるにつれて、前記θL及び前記θHの少なくとも1つを徐々に高くする制御が行われること
を特徴とする請求項1乃至12の何れかに記載の冷蔵庫。 - 前記被収容物の温度を検知する温度検知センサを備え、
前記温度検知センサから得られるデータに基づいて、前記制御手段が前記保冷室内の温度を調整すること
を特徴とする請求項1乃至13の何れかに記載の冷蔵庫。 - 前記被収容物の凍結状態を検知する凍結検知センサを備え、
前記凍結検知センサから得られるデータに基づいて、前記制御手段が前記保冷室内の温度を調整すること
を特徴とする請求項1乃至14の何れかに記載の冷蔵庫。
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