JP2015046961A

JP2015046961A - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP2015046961A
Application number: JP2013175267A
Authority: JP
Inventors: 寛辻岡; Hiroshi Tsujioka
Original assignee: Mie Industry & Enterprise Support Center; Mie Industry & Entpr Support Ct
Current assignee: Mie Industry & Enterprise Support Center; Mie Industry & Entpr Support Ct
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-03-12

Abstract

【課題】電力需要の平準化に寄与でき停電時等に二次電池が放電した電力を外部で容易に活用できる冷蔵庫を提供する。【解決手段】冷凍サイクル機構においては、圧縮機が冷媒を圧縮し、放熱器が冷媒から熱を放出させ、冷却器が冷媒に熱を吸収させる。受電機構は、屋内配線に接続可能であり、屋内配線から電力を受電する。充電回路は、受電機構が受電した電力により二次電池を充電する。放電回路は、二次電池を放電させる。圧縮機は、二次電池が放電した電力を消費して冷媒を圧縮する。出力用コンセントは、二次電池が放電した電力を出力する。制御器は、第１の時間帯に充電回路に充電を許可し、第２の時間帯に二次電池が放電した電力を圧縮機に給電することを放電回路に許可する。【選択図】図２

Description

本発明は、冷蔵庫に関する。

特許文献１は、リチウムイオン二次電池を冷蔵庫に内蔵し、夜間時間帯に屋内配線から受電した電力によりリチウムイオン二次電池を充電し、昼間時間帯にリチウムイオン二次電池が放電した電力を圧縮機に給電することを提案する。特許文献１に記載された冷蔵庫は、電力需要の平準化に寄与できる。

特開２００８−１４５０１号公報

特許文献１の冷蔵庫においては、リチウムイオン二次電池が放電した電力が冷蔵庫の内部において消費され、リチウムイオン二次電池が放電した電力が十分に活用されていない。

本発明は、この問題を解決するためになされる。本発明の目的は、電力需要の平準化に寄与でき停電時に二次電池が放電した電力を外部で容易に活用できる冷蔵庫を提供することである。

本発明は、冷蔵庫に関する。冷凍サイクル機構においては、圧縮機が冷媒を圧縮し、放熱器が冷媒から熱を放出させ、冷却器が冷媒に熱を吸収させる。受電機構は、屋内配線に接続可能であり、屋内配線から電力を受電する。充電回路は、受電機構が受電した電力により二次電池を充電する。放電回路は、二次電池を放電させる。圧縮機は、二次電池が放電した電力を消費して冷媒を圧縮する。出力用コンセントは、二次電池が放電した電力を出力する。制御器は、第１の時間帯に充電回路に充電を許可し、第２の時間帯に二次電池が放電した電力を圧縮機に給電することを放電回路に許可する。

第１の時間帯に屋内配線から受電した電力を第２の時間帯に圧縮機が消費する。電力需要の平準化に寄与できる。二次電池が放電した電力を出力用コンセントから出力可能である。停電時等に二次電池が放電した電力を冷蔵庫の外部で容易に活用できる。

これらの及びこれら以外の本発明の目的、特徴、局面及び利点は、添付図面とともに考慮されたときに下記の本発明の詳細な説明によってより明白となる。

冷蔵庫の模式図である。冷蔵庫に内蔵される電気回路等のブロック図である。制御回路による制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。制御回路による制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。

図１の模式図は、冷蔵庫１００を示す。図２のブロック図は、冷蔵庫１００に内蔵される電気回路１１３等を示す。

図１及び図２に示されるように、冷蔵庫１００は、筐体１１０、プラグ付きコード１１１、二次電池１１２、電気回路１１３、冷凍サイクル機構１１４及び出力用コンセント１１５を備える。電気回路１１３は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２０、充電回路１２１、放電回路１２２、ＤＣ／ＡＣ変換器１２３、切り替え回路１２４、温度検出機構１２５、停電検出機構１２６、充電状態（ＳＯＣ）検出機構１２７、冷却管理機構１２８、操作部１２９、表示部１３０及び制御回路１３１を備える。冷凍サイクル機構１１４は、冷媒１４０、循環路１４１、圧縮機１４２、放熱器（凝縮器）１４３及び冷却器（蒸発器）１４４を備える。冷蔵庫１００がこれらの構成物以外の構成物を備えてもよい。これらの構成物の全部又は一部が統合されてもよい。

筐体１１０の内部には、冷蔵室１５０が形成される。冷蔵室１５０以外の室が筐体１１０の内部に形成されてもよい。例えば、冷凍室が筐体１１０の内部に形成されてもよい。すなわち、冷蔵庫１００が冷凍冷蔵庫であってもよい。

冷蔵室１５０は、３個のブロック１６０，１６１及び１６２を有する。ブロックの数が増減されてもよい。冷蔵庫１００が冷凍室を有する場合は、冷凍室がブロックを有してもよい。

プラグ付きコード１１１は、屋内配線のコンセントに電気的及び機械的に接続可能である。屋内配線は、商用電源の給電経路である。プラグ付きコード１１１は、屋内配線から電力Ｐを受電する。プラグ付きコード１１１は、電力ＰをＡＣ／ＤＣ変換器１２０に給電する。プラグ付きコード１１１が他の種類の受電機構に置き換えられてもよい。例えば、プラグ付きコード１１１がプラグを経由しないで屋内配線に直接的に接続されるコードに置き換えられてもよい。

ＡＣ／ＤＣ変換器１２０は、電力Ｐを交流から直流に変換し、直流に変換された電力Ｐを電力Ｐ１及びＰ２に分離して給電する。電力Ｐ１は、二次電池１１２を経由する。電力Ｐ２は、二次電池１１２を迂回する。電力Ｐ１は、充電回路１２１に給電される。電力Ｐ２は、制御回路１３１を経由して圧縮機１４２に給電される。ＡＣ／ＤＣ変換器１２０が他の種類の給電機構に置き換えられてもよい。例えば、分岐を有する給電経路がＡＣ／ＤＣ変換器の外部に設けられ、直流に変換された電力Ｐが分岐を有する給電経路により電力Ｐ１及びＰ２に分離して給電されてもよい。電力Ｐが直流であり昇圧又は降圧が必要である場合は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２０がＤＣ／ＤＣ変換器に置き換えられる。ＤＣ／ＤＣ変換器は、電力Ｐを昇圧又は降圧し、昇圧又は降圧された電力Ｐを電力Ｐ１及びＰ２に分離して給電する。

充電回路１２１は、電力Ｐ１により、二次電池１１２を充電する。充電回路１２１は、定電流定電圧方式により二次電池１１２を充電する。充電回路１２１が定電流定電圧方式以外の方式により二次電池１１２を充電してもよい。

二次電池１１２は、望ましくは全固体型ポリマーリチウム二次電池である。

全固体型ポリマーリチウム二次電池は、リチウムイオン二次電池の一種である。全固体型ポリマーリチウム二次電池は、固体電解質を含むが、揮発性及び可燃性を有する液体電解質及びゲル電解質を含まない。このため、全固体型ポリマーリチウム二次電池は、冷蔵庫１００が水没した場合、冷蔵庫１００の設置場所に火災が発生した場合等の保護装置の動作を期待できない状況においても、発火、爆発等の危険性を有しない。これにより、冷蔵庫１００の安全性が高くなる。二次電池１１２が、全固体型ポリマーリチウム二次電池以外の全固体型二次電池であってもよい。液体電解質又はゲル電解質を含むが発火、爆発等の危険性を有しないリチウムイオン二次電池が開発された場合は、二次電池１１２が液体電解質又はゲル電解質を含むリチウムイオン二次電池であってもよい。

放電回路１２２は、二次電池１１２を放電させ、二次電池１１２が放電した電力Ｐ３を電力Ｐ４及びＰ５に分離して給電する。電力Ｐ４は、制御回路１３１を経由して圧縮機１４２に給電される。電力Ｐ５は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２３を経由して又はＤＣ／ＡＣ変換器１２３を迂回して出力用コンセント１１５に給電される。

ＤＣ／ＡＣ変換器１２３は、電力Ｐ５を直流から交流に変換する。出力用コンセント１１５から直流のみが出力される場合は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２３が省略される。

切り替え回路１２４は、電力Ｐ５がＤＣ／ＡＣ変換器１２３を経由して出力用コンセント１１５に給電される第１の状態と電力Ｐ５がＤＣ／ＡＣ変換器１２３を迂回して出力用コンセント１１５に給電される第２の状態とを切り替える。第１の状態においては、交流に変換された電力Ｐ５が出力用コンセント１１５に給電される。第２の状態においては、直流のままの電力Ｐ５が出力用コンセント１１５に給電される。これにより、出力用コンセント１１５から直流及び交流のいずれも出力可能である。また、出力用コンセント１１５が交流のみを出力可能である場合と比較して、直流が必要である場合に交流から直流への再変換が不要になり、電力Ｐ５の損失が減少する。第２の状態において、電力Ｐ５がＤＣ／ＤＣコンバーターにより昇圧又は降圧されてもよい。切り替え回路１２４が省略される場合もある。例えば、出力用コンセント１１５から交流のみ又は直流のみが出力される場合は、切り替え回路１２４が省略される。交流を出力するコンセントとは別に直流を出力するコンセント（ＵＳＢレセプタクル等）が設けられる場合は、切り替え回路１２４が省略されてもよい。

出力用コンセント１１５は、電力Ｐ５を出力する。これにより、停電が発生した場合に二次電池１１２が放電した電力Ｐ３を冷蔵庫１００の外部で容易に活用できる。

冷蔵庫１００は、災害等により停電が発生した場合にライフラインの維持に寄与する。例えば、携帯電話、スマートフォン等を充電するために必要な電力、ラジオ、テレビ等を視聴するために必要な電力、水を煮沸するために必要な電力、夜間に最低限の照明を行うための電力等が出力用コンセント１１５から出力される。電力事情が悪い地域においては、冷蔵庫１００は、停電が発生した場合に予備電源として活用される。

温度検出機構１２５は、冷蔵室１５０の温度を検出する。温度検出機構１２５は、例えば、冷蔵室１５０に設置された温度センサーにより冷蔵室１５０の温度を検出する。

停電検出機構１２６は、屋内配線からの電力Ｐの受電が停止したことを検出する。停電検出機構１２６は、例えば、ＡＣ／ＤＣ変換器１２０の入力電圧を監視することにより、屋内配線からの電力Ｐの受電が停止したことを検出する。

ＳＯＣ検出機構１２７は、二次電池１１２のＳＯＣを検出する。ＳＯＣ検出機構１２７は、例えば、二次電池１１２の電圧、充放電電流の時間積分等から、二次電池１１２のＳＯＣを検出する。

冷凍サイクル機構１１４においては、冷却器１４４が冷蔵室１５０から冷媒１４０へ熱を吸収させ、放熱器１４３が冷媒１４０から外部へ熱を放出させる。冷媒１４０は、循環路１４１を循環する。圧縮機１４２、放熱器１４３及び冷却器１４４は、循環路１４１に挿入される。圧縮機１４２は、電力Ｐ２及びＰ４を消費し冷媒１４０を圧縮する。冷凍サイクル機構１１４の構成が変更されてもよい。例えば、循環路１４１が省略され、圧縮機１４２、放熱器１４３及び冷却器１４４が直結されてもよい。放熱器１４３は、典型的に板状をなす。

冷却管理機構１２８は、通常は３個のブロック１６０，１６１及び１６２の全部を冷却器１４４に冷却させるが、３個のブロック１６０，１６１及び１６２の一部のみを冷却器１４４に冷却させることもできる。より一般的には、冷却管理機構１２８は、通常は２個以上のブロックの全部を冷却器１４４に冷却させるが、２個以上のブロックの一部のみを冷却器１４４に冷却させることもできる。冷蔵庫１００が間冷式である場合は、冷却されるブロックに冷風が送風され冷却されないブロックに冷風が送風されないようにすることにより、２個以上のブロックの一部を冷却器１４４に冷却させる。冷蔵庫１００が直冷式である場合は、冷却されるブロックに属する冷却器１４４において冷媒１４０に熱が吸収され冷却されないブロックに属する冷却器１４４において冷媒１４０に熱が吸収されないようにすることにより、２個以上のブロックの一部を冷却器１４４に冷却させる。２個以上のブロックの一部のみが冷却器１４４に冷却される場合は、圧縮機１４２が消費する電力Ｐ４が小さくなり、出力用コンセント１１５から出力可能な電力Ｐ５が大きくなる。

操作部１２９は、スイッチ、タッチパネル等を備える。操作部１２９がこれらの操作部材以外の操作部材を備えてもよい。操作部１２９に対して行われる操作は、制御回路１３１により検出される。

表示部１３０は、ディスプレイ、ランプ等を備える。表示部１３０がこれらの表示部材以外の表示部材を備えてもよい。表示部１３０に表示される内容は、制御回路１３１により制御される。

制御回路１３１は、温度検出機構１２５、停電検出機構１２６及びＳＯＣ検出機構１２７の検出結果を取得し、操作部１２９に対して行われた操作を検出し、ＡＣ／ＤＣ変換器１２０、充電回路１２１、放電回路１２２、ＤＣ／ＡＣ変換器１２３、切り替え回路１２４及び冷却管理機構１２８を制御し、表示部１３０に表示される内容を制御する。制御回路１３１においては、組み込みコンピューターに制御プログラムを実行させることにより、タイマー、システム制御等の機能が実現される。制御回路１３１が同様の機能を有する他の種類の制御器に置き換えられてよい。例えば、制御回路１３１の機能の全部又は一部がプログラムを伴わないハードウェアにより実現されてもよい。ハードウェアは、例えば、演算増幅器、コンパレーター、論理回路等の電子回路を含む。

制御回路１３１は、基本的には、２３時から７時までの夜間時間帯に充電回路１２１に充電を許可し７時から２３時までの昼間時間帯に電力Ｐ４を圧縮機１４２に給電することを放電回路１２２に許可することにより、２３時から７時までの夜間時間帯に屋内配線から受電した電力Ｐを７時から２３時までの昼間時間帯に圧縮機１４２が消費するようにする。これにより、電力需要の平準化に寄与できる。

リチウムイオン電池は、充放電を行わずに保存した場合に充放電性能が低下しやすい。しかし、冷蔵庫１００においては、二次電池１１２に対して１日に１サイクルの充放電が行われるので、二次電池１１２がリチウムイオン電池である場合であっても二次電池１１２の充放電性能が低下しにくく、災害等により停電が発生した場合に出力用コンセント１１５から十分な電力が出力される。

２３時から７時までの時間帯は、深夜電力向けの電力料金が適用される時間帯である。電力料金の体系、電力需要の平準化の社会的要請等によっては、充電回路１２１に充電を許可する時間帯が２３時から７時までの時間帯以外の時間帯に変更されてもよく、放電回路１２２に放電を許可する時間帯が７時から２３時までの時間帯以外の時間帯に変更されてもよい。

二次電池１１２が冷蔵庫１００に内蔵された場合は、二次電池１１２が冷蔵庫１００に内蔵されない場合と比較して、冷蔵庫１００の価格が高くなる。このため、災害等により停電が発生した場合にライフラインの維持に寄与できるというだけでは、冷蔵庫１００の利点を消費者に訴求することは難しい。しかし、冷蔵庫１００は、深夜電力向けの電力料金が適用される時間帯に受電した電力をそうでない時間帯に消費し、電力料金の削減にも寄与できる。電力料金の削減に寄与できるという冷蔵庫１００の利点と併せて災害等により停電が発生した場合にライフラインの維持に寄与できるという冷蔵庫１００の利点を消費者に訴求できる。

圧縮機１４２は、直流駆動される。圧縮機１４２に内蔵され冷媒１４０を圧縮する動力を発生するモーターは、直流モーターである。これにより、電力Ｐ４が圧縮機１４２に給電される場合に直流から交流への再変換を行う必要がなくなり、直流から交流への変換に伴う損失がなくなり、圧縮機１４２が交流駆動される場合と比較して電力Ｐ４の損失が減少する。ただし、電力Ｐ４を直流から交流へ再変換するＤＣ／ＡＣ変換器が設けられ、圧縮機１４２が交流駆動されてもよい。

図３のフローチャートは、制御回路１３１によるＡＣ／ＤＣ変換器１２０、充電回路１２１及び放電回路１２２の制御のアルゴリズムを示す。

２３時から７時までの夜間時間帯に（ステップＳ１０１においてYES）、電力Ｐの受電が停止したことを停電検出機構１２６が検出していない場合は（ステップＳ１０２においてNO）、制御回路１３１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２０に給電を許可し、充電回路１２１に充電を許可し、放電回路１２２に圧縮機１４２への給電を許可しない（ステップＳ１０５）。この場合は、電力Ｐ１を充電回路１２１に給電可能であり、電力Ｐ１により二次電池１１２を充電可能である。また、制御回路１３１を経由して電力Ｐ２を圧縮機１４２に給電可能であり、圧縮機１４２が電力Ｐ２を消費して冷媒１４０を圧縮可能である。

２３時から７時までの夜間時間帯に（ステップＳ１０１においてYES）、電力Ｐの受電が停止したことを停電検出機構１２６が検出し、ＳＯＣ検出機構１２７が検出したＳＯＣが基準以上である場合は（ステップＳ１０２においてYES、ステップＳ１０３においてYES）、制御回路１３１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２０に給電を許可し、充電回路１２１に充電を許可し、圧縮機１４２への給電を放電回路１２２に許可する（ステップＳ１０４）。この場合は、制御回路１３１を経由して電力Ｐ４を圧縮機１４２に給電可能であり、圧縮機１４２が電力Ｐ４を消費して冷媒１４０を圧縮可能である。これにより、停電が発生した場合でも冷蔵庫１００の運転が継続される。この場合は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２０による給電及び充電回路１２１による充電は許可されているが、電力Ｐの受電が停止しているため、電力Ｐ１による二次電池１１２の充電は実際には行われず、電力Ｐ２の圧縮機１４２への給電は実際には行われない。したがって、この場合において、ＡＣ／ＤＣ変換器１２０による給電及び充電回路１２１による充電の両方又は片方を許可しないことも許される。

２３時から７時までの夜間時間帯に（ステップＳ１０１においてYES）、電力Ｐの受電が停止したことを停電検出機構１２６が検出し、ＳＯＣ検出機構１２７が検出したＳＯＣが基準以上でない場合は（ステップＳ１０２においてYES、ステップＳ１０３においてNO）、制御回路１３１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２０に給電を許可し、充電回路１２１に充電を許可し、放電回路１２２に圧縮機１４２への給電を許可しない（ステップＳ１０５）。この場合は、電力Ｐ２及びＰ４のいずれも圧縮機１４２に供給されず、圧縮機１４２は冷媒１４０を圧縮しない。この場合は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２０による給電及び充電回路１２１による充電は許可されているが、屋内配線からの電力Ｐの受電が停止しているため、電力Ｐ１による二次電池１１２の充電は実際には行われず、電力Ｐ２の圧縮機１４２への給電は実際には行われない。したがって、この場合において、ＡＣ／ＤＣ変換器１２０による給電及び充電回路１２１による充電の両方又は片方を許可しないことも許される。

７時から２３時までの昼間時間帯に（ステップＳ１０１においてNO）、ＳＯＣ検出機構１２７が検出したＳＯＣが基準以上である場合は（ステップＳ１０６においてYES）、制御回路１３１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２０に給電を許可せず、充電回路１２１に充電を許可せず、放電回路１２２に圧縮機１４２への給電を許可する（ステップＳ１０７）。この場合は、制御回路１３１を経由して電力Ｐ４を圧縮機１４２に給電可能であり、圧縮機１４２が電力Ｐ４を消費して冷媒１４０を圧縮可能である。

７時から２３時までの昼間時間帯に（ステップＳ１０１においてNO）、ＳＯＣ検出機構１２７が検出したＳＯＣが基準以上でない場合は（ステップＳ１０６においてNO）、制御回路１３１は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２０に給電を許可し、充電回路１２１に充電を許可し、放電回路１２２に圧縮機１４２への給電を許可しない（ステップＳ１０８）。この場合は、制御回路１３１を経由して電力Ｐ２を圧縮機１４２に給電可能であり、圧縮機１４２が電力Ｐ２を消費して冷媒１４０を圧縮可能である。また、ＡＣ／ＤＣ変換器１２０を経由して電力Ｐ１を充電回路１２１に給電可能であり、電力Ｐ１により二次電池１１２を充電可能である。これにより、二次電池１１２の過放電が抑制される。

図４のフローチャートは、制御回路１３１による圧縮機１４２の制御のアルゴリズムを示す。

圧縮機１４２に電力Ｐ２又はＰ４を給電可能である場合は、温度検出機構１２５により検出される温度が設定温度以上であるときは（ステップＳ１１１においてYES）、圧縮機１４２が駆動される（ステップＳ１１２）。温度検出機構１２５により検出される温度が基準温度以上でないときは（ステップＳ１１１においてNO）、圧縮機１４２は駆動されない（ステップＳ１１３）。このＯＮ−ＯＦＦ制御により、冷蔵室１５０の温度が設定温度の付近に調整される。ＯＮ−ＯＦＦ制御以外の制御が行われてもよい。例えば、ＰＩＤ制御等が行われてもよい。

制御回路１３１は、出力用コンセント１１５から出力される電力の種別を選択する操作が操作部１２９に対して行われた場合は、選択された種別の電力が出力用コンセント１１５から出力されるようにＤＣ／ＡＣ変換器１２３及び切り替え回路１２４を制御する。

制御回路１３１は、冷却されるブロックを選択する操作が操作部１２９に対して行われた場合は、選択されたブロックが冷却され選択されないブロックが冷却されないように冷却管理機構１２８を制御する。これにより、選択されたブロックのみが冷却され、圧縮機１４２が消費する電力Ｐ４が小さくなる。

制御回路１３１は、ＳＯＣ検出機構１２７により検出されたＳＯＣ又はその指標が表示部１３０に表示されるように表示部１３０を制御する。操作者は、停電が発生した場合に、表示されたＳＯＣ又はその指標を参照し、冷却されるブロックを選択可能である。例えば、操作者は、ＳＯＣが小さくなるほど冷却されるブロックを減らす操作を行う。

本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての局面において例示であって限定的ではない。したがって、本発明の範囲からはずれることなく無数の修正及び変形が案出されうると解される。

１００冷蔵庫
１１０筐体
１１１プラグ付きコード
１１２二次電池
１１４冷凍サイクル機構
１１５出力用コンセント
１２１充電回路
１２２放電回路
１２３ＤＣ／ＡＣ変換器
１２４切り替え回路
１２８冷却管理機構
１３１制御回路
１４０冷媒
１４２圧縮機
１４３放熱器
１４４冷却器

Claims

二次電池と、
屋内配線に接続可能であり、前記屋内配線から電力を受電する受電機構と、
前記受電機構が受電した電力により前記二次電池を充電する充電回路と、
前記二次電池を放電させる放電回路と、
冷媒、圧縮機、放熱器及び冷却器を備え、前記圧縮機が前記二次電池により放電された電力を消費して前記冷媒を圧縮し、前記放熱器が前記冷媒から熱を放出させ、前記冷却器が前記冷媒に熱を吸収させる冷凍サイクル機構と、
前記二次電池が放電した電力を出力する出力用コンセントと、
第１の時間帯に前記充電回路に充電を許可し、第２の時間帯に前記二次電池により放電された電力を前記圧縮機に給電することを前記放電回路に許可する制御器と、
を備える冷蔵庫。
前記二次電池により放電された電力を直流から交流に変換するＤＣ／ＡＣ変換器と、
前記二次電池により放電された電力が前記ＤＣ／ＡＣ変換器を経由して前記出力用コンセントに給電される第１の状態と前記二次電池により放電された電力が前記ＤＣ／ＡＣ変換器を迂回して前記出力用コンセントに給電される第２の状態とを切り替える切り替え回路と、
をさらに備える請求項１の冷蔵庫。
２個以上のブロックを有する室が内部に形成される筐体と、
前記２個以上のブロックの一部を前記冷却器に冷却させることができる冷却管理機構と、
をさらに備える請求項１又は請求項２の冷蔵庫。