JP2014009860A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】野菜の低温障害を防止しつつ減酸素保存ができる冷蔵庫を提供する。
【解決手段】冷蔵室１４と、冷蔵室１４内部に設けられ、冷蔵室１４より庫内温度が低く設定されているチルド室４４と、野菜室１６と、野菜室１６に設けられた減酸素室１００と、減酸素室１００の酸素を減少させる高分子電解質膜型の減酸素装置１０２とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、冷蔵庫に関するものである。

従来より、ＣＡ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）貯蔵方法には、食品業界で多く用いられているガス置換方法、減圧することで酸素を低減する真空方法、高分子電解質膜を用いてＣＡ貯蔵室の酸素を減少させる高分子電解質方法、酸素吸着剤を用いる吸着方法などがある。

ガス置換方法は、窒素や炭酸ガスに代表されるガスを空気に置き換えて貯蔵するもので、食品や野菜の流通過程での鮮度維持のために広く用いられている。

真空方法は、食品の酸化を防ぐために酸素を減らす方法として減圧する方法であり、性能が真空度と相関するため貯蔵容器の強度や真空ポンプの能力が必要であり、比較的大きな装置となる。

酸素吸着剤を用いた方法もガス置換方法と同様に菓子類などの流通過程で広く用いられているが、吸着剤が吸着破過すると効果が無くなり寿命が短い。

高分子電解質膜方法は、アノード層で水を電気分解して水素イオンを作り、その水素イオンが高分子電解質膜内を移動してカソード層に到達し、貯蔵容器内の酸素と反応して水を生成することで、酸素を消費する。そのため、圧力変化が少なく貯蔵容器の強度が余り必要ないというメリットがある。

特開２００４−２１８９２４号公報 特開平９−２８７８６９号公報 特開平６−１８４２３７号公報

しかし、このＣＡ貯蔵室に肉や赤身の魚を収納するとメト化の影響によって赤褐色に変色し、見た目の鮮度が低下する。一方、野菜などは減酸素することで呼吸を抑制できるためＣＡ貯蔵の効果が出易い。ところが野菜に関しては、低い温度では低温障害を起こすという問題点がある。

そこで、本発明の実施形態は上記問題点に鑑み、野菜の低温障害を防止しつつ減酸素保存ができる冷蔵庫を提供することを目的とする。

本実施形態は、第１の貯蔵室である冷蔵室と、前記冷蔵室内部に設けられ、前記冷蔵室より庫内温度が低く設定されている低温室と、前記低温室より高い庫内温度に設定された第２の貯蔵室と、前記第２の貯蔵室内部に設けられた減酸素室と、前記減酸素室の酸素を減少させ、かつ、前記減酸素室への水の浸入を抑制する減酸素装置と、を有する冷蔵庫である。

実施形態１の冷蔵庫の縦断面図である。 減酸素装置の拡大縦断面図である。 冷蔵室下部と野菜室の縦断面図であって、野菜室の扉を閉めた状態である。 同じく野菜室の扉を引き出した状態である。 同じく野菜室の扉及び減酸素容器を引き出した状態である。 冷蔵庫の冷凍サイクルである。 冷蔵庫のブロック図である。 実施形態２の冷蔵庫における減酸素装置の拡大縦断面図である。

発明の実施の形態

以下、一実施形態の冷蔵庫１０について図面に基づいて説明する。

実施形態１

以下、実施形態１の冷蔵庫１０について図１〜図５に基づいて説明する。本実施形態の冷蔵庫１０は減酸素室１００を有し、減酸素室１００は減酸素装置１０２を有している。

（１）冷蔵庫１０の構造
冷蔵庫１０の構造について図１に基づいて説明する。図１は、冷蔵庫１０の全体の縦断面図である。

冷蔵庫１０のキャビネット１２は断熱箱体であって、内箱と外箱とより形成され、その間に断熱材が充填されている。このキャビネット１２内部は、上から順番に冷蔵室１４、野菜室１６、小型冷凍室１８及び冷凍室２０を有し、小型冷凍室１８の横には不図示の製氷室が設けられている。野菜室１６と小型冷凍室１８及び製氷室の間には断熱仕切体３６が設けられている。冷蔵室１４と野菜室１６とは水平な仕切体３８によって仕切られている。冷蔵室１４の前面には、観音開き式の扉扉１４ａが設けられ、野菜室１６、小型冷凍室１８、冷凍室２０及び製氷室にはそれぞれ引出し式の扉１６ａ，１８ａ，２０ａが設けられている。

キャビネット１２の背面底部には、機械室２２が設けられ、冷凍サイクルを構成する圧縮機２４などが載置されている。この機械室２２背面上部には、制御板２６が設けられている。

冷蔵室１４の背面下部から野菜室１６の背面において、冷蔵用蒸発器（以下、「Ｒエバ」という）が設けられ、その下方には冷蔵用送風機（以下、「Ｒファン」という）が設けられている。小型冷凍室１８の背面から冷凍室２０の背面にかけて冷凍用蒸発器（以下、「Ｆエバ」という）が設けられ、その上方には冷凍用送風機（以下、「Ｆファン」という）が設けられている。Ｒエバ２８で冷却された冷気は、Ｒファン３０によって冷蔵室１４及び野菜室１６に送風される。Ｆエバ３２で冷却された冷気は、Ｆファン３４によって小型冷凍室１８、製氷室、冷凍室２０に送風される。

冷蔵室１４の背面には、冷蔵室１４の庫内温度を検出する冷蔵室用センサ（以下、「Ｒセンサ」という）が設けられ、冷凍室２０の背面には、冷凍室２０の庫内温度を検出する冷凍用センサ（以下、「Ｆセンサ」という）３５が設けられている。

（２）冷蔵室１４と野菜室１６の構造
次に、冷蔵室１４と野菜室１６の構造について説明する。

冷蔵室１４には、複数の棚４０が設けられ、下部には引出し式のチルド容器４２を有するチルド室４４が設けられている。このチルド室４４は低温室であって、肉や魚を収納する。冷蔵室１４の扉１４ａの背面には複数のドアポケット４６が設けられている。

野菜室１６には、引出し式の野菜容器４８が設けられ、野菜室１６の扉１６ａの背面から後方に突出した左右一対の移動レール５０，５０に支持され、左右一対の移動レール５０，５０は、野菜室１６の右内壁と左内壁にそれぞれ設けられた固定レール５２，５２上を水平方向に移動する。

野菜室１６の天井部に当たる仕切体３８の後部には、減酸素室１００が設けられている。この減酸素室１００の後部には、減酸素装置１０２が設けられている。この減酸素室１００と減酸素装置１０２については後から詳しく説明する。

（３）減酸素室１００と減酸素装置１０２の構造
減酸素室１００は、仕切体３６に吊り下げられた状態の容器収納部１０４、この容器収納部１０４から前方に引出し可能な減酸素容器１０６、減酸素装置１００を有する。

容器収納部１０４の天井面は仕切体３６によって構成され、前面は開口し、背面、両側面、底面を有してる。

減酸素容器１０６は、開口した容器収納部１０４の前面から引出し可能であり、減酸素容器１０６の前面が扉１０８を兼ねている。この扉１０８の背面の四周には、額縁状のガスケット１１０が設けられ、減酸素容器１０６を容器収納部１０４に収納したときに減酸素室１００を密閉状態にする。

容器収納部１０４の背面には、通気孔１１２が開口し、この通気孔１１２の位置に高分子電解質膜型の減酸素装置１０２が取り付けられている。減酸素装置１０２の構造について図２に基づいて説明する。

高分子電解質膜型の減酸素装置１０２は、箱型のケース１１４の内部に、高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」という）１１６が縦方向に設けられ、ケース１１４内部を前部と後部に仕切っている。電解質膜１１６の後部にはアノード層１１８が設けられ、電解質膜１１６の前部にはカソード層１２０が設けられている。カソード層１２０は、カーボン触媒とカーボンペーパーを積層したものである。また、アノード層１１８とカソード層１２０には白金の触媒がそれぞれ担持されている。電解質膜１１６、アノード層１１８及びカソード層１２０がホットプレスなどを用いて一体に接合されている。アノード層１１８の後方には、集電体１２２が設けられている。カソード層１２０の前方にも集電体１２４が設けられている。両集電体１２２，１２４は、表面に白金メッキを行なったメッシュ状のチタン膜であり、集電体１２２はアノード層１１８にプラス通電を行い、集電体１２４はカソード層１２０にマイナス通電を行う。

集電体１２２の後方には、撥水層１２６を介して水タンク１２８が設けられている。また、集電体１２４の前方には撥水層１３０が設けられ、ケース１１４の前面に開口した開口部に通じている。この開口部１３２は、通気孔１１２に通じている。給水部である水タンク１２８には、ポンプ１３４によって水が供給される。ポンプ１３４は、Ｒエバ２８から発生した除霜水を供給するものであり、Ｒエバ２８の下部に設けられた水受け部５４からホース５６を介して水を水タンク１２８に供給する。

水調整部である撥水層１２６，１３０としては、高分子フィルムを用いる。多くの高分子フィルムは撥水性であるが、水蒸気を透過させる必要があるため、材料によって厚さの調整が必要であり、水を透過せずに水蒸気を透過させる性質としてはＰＴＦＥフィルムや撥水性の樹脂を用いた不織布などが好ましい。

また、減酸素装置１０２のケース１１４は、断熱性を必要とするため断熱材により形成されている。この理由は、減酸素装置１０２による電気分解反応により熱が発生するため、発熱を野菜室１６内に逃がさないようにするためである。

ＣＯ_２センサ１３６が、容器収納部１０４の背面に設けられている。このＣＯ_２ センサ１３６は、減酸素室１００に野菜などの食品５８が収納され、その野菜が呼吸を行なってＣＯ_２を排出すると、その排出したＣＯ_２を検出して信号を出力する。これにより、減酸素室１００内部に食品５８が収納されたことを検出できる。

（４）冷凍サイクルの構造
次に、冷凍サイクルの構造について、図６に基づいて説明する。

冷凍サイクルは、圧縮機２４の吐出側から順番に凝縮器６０、三方弁６２が接続されている。三方弁６２の一方の出口には冷蔵用キャピラリーチューブ６４とＲエバ２８が接続されている。三方弁６２の他方の出口には冷凍用キャピラリーチューブ６６とＦエバ３２が接続されている。その後に冷媒流路は一つになりサクションパイプ６８を経て圧縮機２４の吸入側に至る。冷媒は圧縮機２４で圧縮されて、高温高圧の気体状の冷媒に変化し、凝縮器６０で放熱しながら液体状となる。液体状の冷媒は、三方弁６２によって冷蔵用キャピラリーチューブ６４又は冷凍用キャピラリーチューブ６６に送られ、ここで気化し易いように減圧され、その後にＲエバ２８又はＦエバ３２で気化し、周囲から熱を奪うことにより冷気が発生する。

（５）冷蔵庫１０の電気的構成
次に、冷蔵庫１０の電気的構成について、図７のブロック図に基づいて説明する。

制御板２６には、マイクロコンピュータよりなる制御部７０が設けられている。この制御部７０には、圧縮機２４、三方弁６２、Ｒファン３０、Ｆファン３４、減酸素装置１０２、ポンプ１０３、Ｒセンサ３１、Ｆセンサ３５及びＣＯ_２センサが接続されている。

この制御部７０は、圧縮機２４のインバータモータと三方弁６２を用いて上記で説明した冷凍サイクルを制御し、冷蔵室１４を２℃〜４℃、野菜室を５℃〜７℃及びチルド室４４を０℃〜１℃に制御し、小型冷凍室１８、製氷室、冷凍室２０を−２０℃〜−２５℃に制御する。

（６）減酸素装置１０２の動作状態
減酸素装置１０２の動作状態について図２〜図５に基づいて説明する。

まず、図３に示すように、野菜室１６を冷却する場合には、野菜室１６の扉１６ａが閉じられ、減酸素室１００に関しては、減酸素容器１０６が容器収納部１０４に収納されている。減酸素容器１０６が容器収納部１０４に収納されていると、ガスケット１１０によって減酸素室１００内部は密閉空間となる。減酸素装置１０２の水タンク１２８には、ポンプ１３４によってＲエバ２８で発生した除霜水が供給されている。

この状態で、減酸素室１００に食品５８を収納すると、食品５８が呼吸を行なってＣＯ_２を排出する。すると、ＣＯ_２センサ１３６がそのＣＯ_２を検出し、制御部７０が、集電体１２２，１２４に対し通電を開始するか、又は、通電している電流値を大きくする。さらに、この減酸素室１００の庫内温度が、チルド室４４の庫内温度１℃より高くなっている。すなわち、減酸素室１００は、野菜室１６内部に設けられているため、野菜室１６の庫内温度と同じになり、例えば５℃〜７℃になる。これにより収納した野菜などの食品５８は、庫内温度が低過ぎることによる低温障害を防止できる。

制御部７０が集電体１２２，１２４に通電を行なうと、減酸素が行われ、減酸素室１００がＣＡ貯蔵室となる。アノード層１１８とカソード層１２０では次のような反応が行なわれる。

アノード層・・・２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋Ｈ^＋＋４ｅ⁻

カソード層・・・Ｏ_２＋Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏ

この反応式を説明すると、水タンク１２８から撥水層１２６を通過した水蒸気をアノード層１１８で電気分解して水素イオンを作り、その水素イオンが電解質膜１１６内を移動してカソード層１２０に到達し、減酸素室１００内部の酸素と反応して水を生成し、酸素を消費する。これにより、減酸素容器１０６内部において減酸素が行われ、食品５８をＣＡ貯蔵できる。

ここで、撥水層１２６は、水タンク１２８からアノード層１１８に移動する水の移動量を抑制して移動させず、気体状の水蒸気のみ透過させる。これにより、アノード層１１８への液体の水の浸入を防ぎ、フラッディング現象を防止できる。

また、カソード層１２０の前方にも撥水層１３０を設けることにより、減酸素室１００を減酸素した場合にカソード層１２０に水が発生するが、この水は化学反応によって作られた純水である。この生成された水はカソード層１２０に溜まり、アノード層１１８よりも水が多くなるので、この水は電解質膜１１６を通ってアノード層１１８へ戻る現象が起こる。そのため、純水をアノード層１１８側へ供給でき、給水タンク１２８への供給量を減少させることができる。

なお、制御部７０は、減酸素装置１０２による酸素濃度を下げる場合に１０％以下にしないように制御している。これは、野菜などの食品５８の保存には１０％の酸素濃度でも充分な効果があり、１０％以下にするには大きな電力消費が必要であり、また、減酸素された空気をユーザが万が一呼吸してしまった場合に人体への影響が好ましくないからである。

次に、図４に示すように、野菜室１６の扉１６ａを前方に引き出すと、野菜容器４８も前方に移動する。しかし、減酸素室１００の減酸素容器１０６は、容器収納部１０４に収納された状態であるため、減酸素状態を維持する。

次に、図５に示すように、減酸素室１００の減酸素容器１０６を前方に引き出すと、減酸素状態が解除され、減酸素容器１０６に収納されている食品５８を取り出すことができる。

（７）効果
本実施形態によれば、減酸素室１００の庫内温度が、チルド室４４の庫内温度以上になるように、減酸素室１００は野菜室１６内部に設けられている。そのため、その庫内温度は５℃〜７℃になり、減酸素室１００に収納された野菜などの食品５８が低温障害をを起こすことがない。一方、チルド室４４は、通常１℃程度に庫内温度が制御され、肉や魚を冷凍せずに長期保存できる。

また、減酸素室１００に食品５８を収納すると、食品５８が呼吸を行なってＣＯ_２を排出ので、ＣＯ_２センサ１３６がそのＣＯ_２を検出し、制御部７０が、集電体１２２，１２４に対し通電を開始するか、又は、通電している電流値を大きくする。これにより食品５８を収納するまでは節電できる。

また、撥水層１２６を設けることにより、水タンク１２８からアノード層１１８への水の浸入を防ぎ、水蒸気のみ透過させることができるため、フラッディング現象を防止できる。

また、撥水層１２６として高分子フィルムを用いているため、供給する水にミネラルなどの不純物が有ったとしても遮断し、電解質膜１１６を劣化させる現象も防止できる。さらに、高分子フィルムであると、撥水性能に劣化が無く長寿命を得ることができる。

また、撥水層１３０を設けることにより、カソード層１２０で発生した水がアノード層１１８に流れることにより、純水をアノード層１１８へ供給することができ、水タンク１２８からの供給量を減少させることができる。さらに、カソード層１２０で発生した水が減酸素室１００内に戻ることがないため、減酸素室１００内部で冷却されて結露して、食品５８の腐食を促進することを防止できる。

また、Ｒエバ２８から発生した除霜水を用いているため、ユーザが一定の周期で水タンク１２８に水を入れることが不要であり、ユーザが水を入れ忘れたりして、減酸素装置１０２の劣化を促進させることがない。すなわち、減酸素装置１０２の劣化を考えると、供給する液体は純水に近い方が良く、どの家庭でも入手できる水道水では塩素やミネラルが劣化を促進させる。これに対し、除霜水は水蒸気が冷却されてできた水であり、Ｒエバ２８上で若干の金属成分の溶解があるものの、水道水に比べて不純物がかなり低減されているので、減酸素装置１０２の劣化を防止できる。また、除霜水を減酸素装置１０２に供給することで、機械室２２に設けられている蒸発皿に導かれて熱で水蒸気になり、放出される量を低減できる。

また、減酸素室１００が野菜室１６内部に固定され、この固定された減酸素室１００の背面に減酸素装置１０２が固定されている。そのため、野菜室１６の扉１６ａが開いても減酸素室１００は固定されたままである。そして、減酸素保存された食品５８を取り出すときには扉１０８を開放することによって減酸素容器１０６内の食品５８を取り出すことができる。このような構造にすることによって、減酸素装置１０２の集電体１２２，１２４に接続する電気配線、ホース５６を移動させる必要がなく、また、減酸素装置１０２と減酸素室１００の気密シール構造を簡素化でき、設計の自由度が増す。

実施形態２

次に、実施形態２の冷蔵庫１０について図８に基づいて説明する。

本実施形態と実施形態１の異なる点は、減酸素装置１０２の構造と、減酸素室１００の構造にある。

すなわち、第１の異なる点は、本実施形態の減酸素装置１０２には、カソード層１２０の外側に撥水層１３０を設けられていない。このように撥水層１３０を設けないことにより、酸素のカソード層１２０に送られる酸素の供給量が増加する。しかし、この撥水層１３０が無くなることにより、上記で説明したようにカソード層１２０で発生した水が減酸素室１００に戻り減酸素室１００の壁などに結露すると、収納した食品５８に腐食を起こす恐れがある。

そこで、第２の異なる点としては、図８に示すように、減酸素室１００の底面に液溜め部１３８を設け、減酸素装置１０２のカソード層１２０で発生した水を溜める。これによって、結露によって食品５８に悪影響を及ぼすことがない。

変更例

（１）変更例１
上記実施形態の変更例１について説明する。

本変更例では、ポンプ１３４から水タンク１２８へ接続するホース５６の途中にイオン交換樹脂を設置する。上記したようにアノード層１１８に供給する水は純水であることが好ましく、水タンク１２８に供給する水をイオン交換樹脂を用いることにより除霜水の水質による影響を取り除くことが可能であり、減酸素装置１０２の劣化を防ぐことができる。

（２）変更例２
上記実施形態の変更例２について説明する。

上記実施形態では、減酸素室１００は完全な密閉空間であったが、本変更例では、容器収納部１０４に微小な孔、又は、隙間よりなる空気孔を設ける。

減酸素装置１０２の動作によって減酸素室１００内の圧力変化は起こらないが、野菜室１６の庫内温度ではカソード層１２０で生成した水が液体となってしまうため、減酸素室１００内が減圧されてしまう。この減圧に耐えるため容器収納部１０４にリブなどの補強手段が必要になるが、空気孔を設けることによって、空気孔から空気が減酸素室１００内部に入り減圧を防止できる。

なお、流入する空気中の酸素は空気中の２１％にすぎないため、減酸素速度が２０％低下するだけで、補強するよりも設計が簡単になる。特に、冷蔵庫１０の場合、リブなどによる補強は食品収納空間の有効容積が減少するため、リブなどを設けないメリットが大きい。

（３）変更例３
上記実施形態の変更例３について説明する。

上記実施形態では、撥水層１２６，１３０として高分子フィルムを用いた。しかし、これに代えてアノード層１１８及びカソード層１２０に撥水性の表面処理を施して撥水層を設けてもよい。

（４）変更例４
上記実施形態の変更例４について説明する。

上記実施形態では、アノード層１１８に水蒸気を供給する給水部として水タンク１２８を設けたが、これに代えて、例えば吸水性のある布帛や不織布を撥水層１２６を接触させ、この布帛や不織布から蒸発する水蒸気をアノード層１１８に供給してもよい。

また、水タンク１２８内部にスポンジを充填し、このスポンジが撥水層１２６に接触するように配してもよい。この場合においても、スポンジによって吸水されている水を、撥水層１２６を介してアノード層１１８に供給できる。なお、スポンジに限らず吸水材であれば用いることができる。

（５）変更例５
上記実施形態の変更例５について説明する。

上記実施形態では、減酸素室１００に野菜などの食品５８が収納されたことを検出するためにＣＯ_２センサ１３６を設けた。しかし、これに限らず例えば、食品５８を赤外線で検出する赤外線センサを設けたり、減酸素室１００の開口した前面縁部にドアセンサを設け、減酸素容器１０６が引き出された後再び閉じられたときをドアセンサで検出して、食品５８が収納されたと判断できる構造であってもよい。

（６）その他
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０・・・冷蔵庫、１４・・・冷蔵室、１６・・・野菜室、２８・・・Ｒエバ、４４・・・チルド室、４８・・・野菜容器、１００・・・減酸素室、１０２・・・減酸素装置、１０４・・・容器収納部、１０６・・・減酸素容器、１０８・・・扉、１１６・・・電解質膜、１１８・・・アノード層、１２０・・・カソード層、１２２・・・集電体、１２４・・・集電体、１２６・・・撥水層、１２８・・・水タンク、１３０・・・撥水層、４４・・・チルド室、７０・・・制御部、１３６・・・ＣＯ_２センサ、１３８・・・液溜め部

Claims (6)

1. 第１の貯蔵室である冷蔵室と、
   前記冷蔵室内部に設けられ、前記冷蔵室より庫内温度が低く設定されている低温室と、
   前記低温室より高い庫内温度に設定された第２の貯蔵室と、
   前記第２の貯蔵室内部に設けられた減酸素室と、
   前記減酸素室の酸素を減少させ、かつ、前記減酸素室への水の浸入を抑制する減酸素装置と、
   を有する冷蔵庫。
2. 前記減酸素装置は、
   高分子電解質膜と、
   前記高分子電解質膜の一方の側に設けられたアノード層と、
   前記高分子電解質膜の他方の側に設けられ、前記減酸素室へ通じるカソード層と、
   前記アノード層に通電するプラス側の集電体と、
   前記カソード層に通電するマイナス側の集電体と、
   前記アノード層側に設けられた給水部と、
   を有する請求項１に記載の冷蔵庫。
3. 前記減酸素室の減酸素容器に食品が貯蔵されたことを検出する貯蔵検出手段と、
   前記貯蔵検出手段が前記食品の貯蔵を検出したときに、前記両集電体へ通電を開始、又は、通電する電流値を上げる制御手段と、
   を有する請求項２に記載の冷蔵庫。
4. 前記減酸素室に、減酸素装置から発生した水の液溜め部を有する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
5. 前記低温室の庫内温度が０℃〜１℃である、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
6. 前記第２の貯蔵室が野菜室であり、その庫内温度が５℃〜７℃である、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の冷蔵庫。

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