JP2015183863A - 冷蔵庫 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冷蔵庫1は、食品を保存する低温室13と、低温室13内を冷却する冷却手段と、冷却手段を制御する制御装置7と、を備え、制御装置7は、低温工程及び昇温工程を有し、低温工程の終了とともに昇温工程が開始されるように冷却手段を制御するものであり、低温工程は、低温工程時間ΔT1の間、低温室13の設定温度を食品の凍結点θfよりも低い低温設定温度θLに設定するものであり、昇温工程は、昇温工程時間ΔT2の間、低温室13の設定温度を凍結点θfよりも高い昇温設定温度θHに設定するものであり、昇温工程時間ΔT2は、低温室13の負荷量に基づいて設定されるものである。
【選択図】図10
Description
本発明の実施の形態1に係る冷蔵庫について説明する。図1は、本実施の形態に係る冷蔵庫1の構成を示す正面図である。図2は、本実施の形態に係る冷蔵庫1の構成を示す縦断面図である。なお、図1及び図2を含む以下の図面では、各構成部材の寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。また、明細書中における各構成部材同士の位置関係(例えば、上下関係等)は、原則として、冷蔵庫を使用可能な状態に設置したときのものである。
冷蔵庫1の背面側には、各貯蔵室内を冷却する冷却機構(冷却手段)として、圧縮機2と、冷却器3(蒸発器)と、送風ファン4と、風路5と、が設けられている。圧縮機2及び冷却器3は、不図示の凝縮器及び膨張装置と共に、冷凍サイクルを構成するものである。圧縮機2及び冷却器3により作り出された冷気は、送風ファン4によって送風され、冷蔵庫1の背面の風路5を通って冷凍室400、切替室200、製氷室300及び冷蔵室100に供給される。野菜室500には、冷蔵室100からの戻り冷気が冷蔵室用帰還風路(図示せず)を介して供給される。野菜室500に供給された冷気は、野菜室用帰還風路(図示せず)を通って冷却器3に戻される。各貯蔵室の温度は、各貯蔵室内に設置されたサーミスタ(図示せず)により検知され、あらかじめ設定された温度になるように、風路5に設置されたダンパ(図示せず)の開度、圧縮機2の出力及び送風ファン4の送風量などを調整することで制御される。
図3は、本実施の形態に係る冷蔵庫1の冷蔵室100の構成を示す断面図である。図3に示すように、冷蔵室100は、扉8の開閉状態を検知する扉開閉検知スイッチ9と、扉8の庫内側に設けられた1つ又は複数の扉ポケット10と、冷蔵室100内を複数段の空間に仕切る1つ又は複数の棚11と、を備えている。冷蔵室100内の下方の一部は、0℃以上に維持されるチルド室12を備える上段部と、食品を凍結点以下の温度で凍らせずに保存する低温室13を備える下段部と、を有する上下二段構成となっている。
図4は、本実施の形態に係る冷蔵庫1の機能ブロック図である。図1〜図3に示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。図4に示すように、制御装置7は、冷蔵室サーミスタ14及び低温室サーミスタ15からそれぞれ冷蔵室100及び低温室13の温度を取得する。制御装置7は、冷蔵室100内及び低温室13内がそれぞれ設定された温度に維持されるように、記憶部にあらかじめ記憶された動作プログラムに従って、圧縮機2、送風ファン4、冷蔵室ダンパ16、低温室ダンパ17等の運転状態を制御する。また、制御装置7は、操作パネル6の操作部から操作信号を入力するとともに、操作パネル6の表示部に表示信号を出力する。また、制御装置7には、扉開閉検知スイッチ9からの検知信号等も入力される。
図5は、本実施の形態に係る冷蔵庫1において温度制御を実施した場合の低温室13の設定温度及び庫内温度の経時変化を示すグラフである。本実施の形態において、制御装置7で実行される低温室13の温度制御は、低温工程(第1工程)及び昇温工程(第2工程)の少なくとも2つの工程を有する。制御装置7は、低温工程の終了とともに昇温工程が開始され、昇温工程の終了とともに低温工程が開始されるように冷却機構(例えば、圧縮機2、送風ファン4、低温室ダンパ17等)を制御する。低温室13の設定温度は、低温工程と昇温工程とでそれぞれ別に設けられている。低温室13の設定温度は、低温工程では、食品の凍結点よりも低い低温側設定温度(低温設定温度)に設定され、昇温工程では、食品の凍結点よりも高い高温側設定温度(昇温設定温度)に設定される。低温工程で設定される低温設定温度をθLとし、昇温工程で設定される昇温設定温度をθH(θH>θL)とする。低温工程を開始すると、低温室13の設定温度を低温設定温度θLに低下させ、第1所定時間(低温工程時間ΔT1)、低温設定温度θLに維持する。これにより、低温室13の庫内温度は、低温設定温度θLに近づくように制御される。次いで、低温工程時間ΔT1が経過したら(時刻T1)、低温工程を終了し、昇温工程を開始する。昇温工程では、低温室13の設定温度を昇温設定温度θHに切り換え、第2所定時間(昇温工程時間ΔT2)、昇温設定温度θHに維持する。これにより、低温室13の庫内温度は、昇温設定温度θHに近づくように制御される。昇温工程時間ΔT2が経過したら(時刻T2)、昇温工程を終了する。低温工程を開始してから昇温工程を終了するまでを1周期とし、この一連の温度制御を繰り返す。
図8は、低温室13の設定温度、庫内温度及び食品温度の経時変化を示すグラフである。図8に示すグラフにおいて、時刻Tに食品の過冷却が解除される。過冷却解除時には、瞬間的に微量な氷結晶が生成される。氷結晶を生成する際に自ら氷に変化するために食品が放出する熱量をQ1とする。過冷却が解除されてから、昇温工程が開始されて庫内温度が食品温度よりも高い温度となるまでの間(時刻T〜時刻T1)は、微量な氷結晶を核として凍結が進行する。このとき、凍結進行中に食品が放出する熱量をQ2とする。時刻T1に昇温工程が開始され、庫内温度が食品温度よりも高くなると(時刻Tf)、生成された氷結晶の融解が進行する。融解進行中に食品に供給される熱量をQ3とする。融解が完了すると(時刻Ttw)、食品温度は昇温設定温度θHまで上昇する。
Q3≧Q1+Q2 ・・・(1)
Q1:過冷却解除時に食品が放出する熱量
=Δ(θf−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食品が放出する熱量
=Δ(θf−θL)[K]×(T1−T)[sec]
×kf[J/sec・K]
Q3:高温温度帯にある間の融解進行中に食品に供給される熱量
=Δ(θH−θf)[K]×(Ttw―Tf)[sec]
×ktw[J/sec・K]
θL:低温設定温度
W:食品の含水量
Cp:水の熱容量
θf:食品の凍結点
T1:低温工程の終了時刻(昇温工程の開始時刻)
T:過冷却解除される時刻
kf:冷却中の熱伝達係数
θH:昇温設定温度
Ttw:融解完了時刻
Tf:昇温工程中に空気温度(庫内温度)が上昇して食品の凍結点に達する時刻
ktw:昇温中の熱伝達係数
ここで、熱伝達係数kf及び熱伝達係数ktwは、食品が非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及び食品の凍結点θf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、昇温設定温度θH、低温設定温度θL、低温工程時間ΔT1(低温工程の開始時刻から終了時刻T1までの時間)、昇温工程時間ΔT2(昇温工程の開始時刻T1から終了時刻T2までの時間)を、上記関係式(1)を満たすように設定する。昇温工程時間ΔT2は、昇温工程中に空気温度が上昇して食品の凍結点に達する時刻Tfから融解完了時刻Ttwまでの時間よりも長くなるように設定する(ΔT2>Ttw−Tf)。
図12は、本実施の形態に係る冷蔵庫1の制御装置7で実行される処理の一例を示すフローチャートである。冷蔵庫1に電源が投入されたとき、又は、操作パネル6により温度制御(過冷却制御)の開始操作が行われたとき、本実施の形態の温度制御をスタートする。低温室サーミスタ15により検出される低温室13の庫内温度θが、昇温設定温度θH(例えば1℃)以上であれば(ステップS101のyes)、タイマーTをT=0とするとともに(ステップS102)、低温室13の設定温度θsを低温設定温度θL(例えば−3℃)とし(ステップS103)、低温工程を開始する。庫内温度θがあらかじめ設定される所定温度θa(例えば0℃)に到達したら(ステップS104のyes)、その時刻(タイマーTの値)を到達時刻Taとする(ステップS105)。その後、庫内温度θがあらかじめ設定される所定温度θb(例えば−2℃)に到達したら(ステップS106のyes)、その時刻(タイマーTの値)を到達時刻Tbとし(ステップS107)、温度θaに到達した時刻Taから温度θbに到達した時刻Tbまでの時間ΔT’(ΔT’=Tb−Ta)を算出する(ステップS108)。時間ΔT’があらかじめ設定された時間ΔTab(例えば120分)未満である場合(ステップS109のyes)、昇温工程時間ΔT2をΔT2_1(例えば300分)に設定する(ステップS110)。一方、時間ΔT’があらかじめ設定された時間ΔTab以上である場合(ステップS109のno)、昇温工程時間ΔT2をΔT2_1よりも長いΔT2_2(例えば、ΔT2_2=ΔT2_1+ΔTab=420分)に設定する(ステップS111)。低温工程時間ΔT1(例えば300分)が経過したら(ステップS112のyes)、タイマーTを0にリセットするとともに(ステップS113)、低温室13の設定温度θsを昇温設定温度θHに切り替え(ステップS114)、昇温工程を開始する。ステップS110又はステップS111で設定された昇温工程時間ΔT2が経過したら(ステップS115のyes)、昇温工程を終了して再び低温工程を開始する。以上の制御が繰り返して実行される。
(冷蔵室の構成)
本発明の実施の形態2に係る冷蔵庫について説明する。図13は、本実施の形態に係る冷蔵庫1の冷蔵室100の構成を示す断面図である。図14は、本実施の形態に係る冷蔵庫1の機能ブロック図である。実施の形態1と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
本実施の形態では、負荷量検知センサ19により検知された低温室13の負荷量に基づいて、昇温工程時間ΔT2を設定する。低温室13の負荷量Vが、あらかじめ設定された負荷量V1よりも少ない場合には、昇温工程時間ΔT2をΔT2_1に設定する。低温室13の負荷量Vが負荷量V1よりも多い場合には、昇温工程時間ΔT2を、ΔT2_1よりも所定時間ΔTだけ長いΔT2_2に設定する(ΔT2_2=ΔT2_1+ΔT)。このように、本実施の形態では、昇温工程時間ΔT2を低温室13の負荷量Vに基づいて設定する。これにより、昇温工程時間ΔT2を低温室13の負荷量Vに適した時間に設定することができる。また、負荷量検知センサ19を用いることにより、より精度よく低温室13の負荷量を検出することができる。
図15は、本実施の形態に係る冷蔵庫1の制御装置7で実行される処理の一例を示すフローチャートである。冷蔵庫1に電源が投入されたとき、又は、操作パネル6により温度制御の開始操作が行われたとき、本実施の形態の温度制御をスタートする。低温室サーミスタ15により検出される低温室13の庫内温度θが、昇温設定温度θH(例えば1℃)以上であれば(ステップS201のyes)、タイマーTをT=0とするとともに(ステップS202)、低温室13の設定温度θsを低温設定温度θL(例えば−3℃)とし(ステップS203)、低温工程を開始する。低温工程時間ΔT1(例えば300分)が経過したら(ステップS204のyes)、タイマーTを0にリセットするとともに(ステップS205)、低温室13の設定温度θsを昇温設定温度θHに切り替え(ステップS206)、昇温工程を開始する。次に、負荷量検知センサ19からの検知信号に基づき、低温室13の負荷量Vを検知する(ステップS207)。負荷量Vがあらかじめ設定された負荷量V1よりも少ない場合(ステップS208のyes)、昇温工程時間ΔT2をΔT2_1(例えば300分)に設定する(ステップS209)。負荷量Vが負荷量V1より多い場合(ステップS208のno)、昇温工程時間ΔT2をΔT2_1よりも長いΔT2_2(例えば、ΔT2_2=ΔT2_1+ΔT=420分)に設定する(ステップS210)。ステップS209又はステップS210で設定された昇温工程時間ΔT2が経過したら(ステップS211のyes)、昇温工程を終了して再び低温工程を開始する。以上の制御が繰り返して実行される。
(冷蔵室の構成)
本発明の実施の形態3に係る冷蔵庫について説明する。図16は、本実施の形態に係る冷蔵庫1の冷蔵室100の構成を示す断面図である。図17は、本実施の形態に係る冷蔵庫1の機能ブロック図である。実施の形態1、2と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図18は、本実施の形態に係る冷蔵庫1において温度制御を実施した場合の低温室13の設定温度及び庫内温度の経時変化とヒータ20の動作との一例を示すグラフである。低温室13の温度制御は、低温工程及び昇温工程の少なくとも2つの工程を有する。低温室13の設定温度は、低温工程では、食品の凍結点よりも低い低温設定温度θLに設定され、昇温工程では、食品の凍結点よりも高い昇温設定温度θHに設定される。低温工程を開始すると、低温室13の設定温度を低温設定温度θLに低下させ、所定時間、低温設定温度θLに維持する。これにより、低温室13の庫内温度は、低温設定温度θLに近づくように制御される。次いで、所定時間(低温工程時間)ΔT1が経過したら(時刻T1)、低温工程を終了し、昇温工程を開始する。昇温工程では、低温室13の設定温度を昇温設定温度θHに切り換え、所定時間、昇温設定温度θHに維持する。これにより、低温室13の庫内温度は、昇温設定温度に近づくように制御される。所定時間(昇温工程時間)ΔT2が経過したら(時刻T2)、昇温工程を終了する。低温工程を開始してから昇温工程を終了するまでを1周期とし、この一連の温度制御を繰り返す。
図19は、本実施の形態に係る冷蔵庫1の制御装置7で実行される処理の一例を示すフローチャートである。冷蔵庫に電源が投入されたとき、又は、操作パネル6により温度制御の開始操作が行われたとき、本実施の形態の温度制御をスタートする。低温室サーミスタ15により検出される低温室13の庫内温度θが、昇温設定温度θH(例えば1℃)以上であれば(ステップS301のyes)、タイマーTをT=0とするとともに(ステップS302)、低温室13の設定温度θsを低温設定温度θL(例えば−3℃)とし(ステップS303)、低温工程を開始する。庫内温度θがあらかじめ設定される所定温度θa(例えば0℃)に到達したら(ステップS304のyes)、その時刻(タイマーTの値)を到達時刻Taとする(ステップS305)。その後、庫内温度θがあらかじめ設定される所定温度θb(例えば−2℃)に到達したら(ステップS306のyes)、その時刻(タイマーTの値)を到達時刻Tbとし(ステップS307)、温度θaに到達した時刻Taから温度θbに到達した時刻Tbまでの時間ΔT’(ΔT’=Tb−Ta)を算出する(ステップS308)。時間ΔT’があらかじめ設定された時間ΔTab(例えば120分)未満である場合(ステップS309のyes)、ヒータ20の入力WをW1(例えば3W)に設定する(ステップS310)。一方、時間ΔT’があらかじめ設定された時間ΔTab以上である場合(ステップS309のno)、ヒータ20の入力WをW1よりもΔWだけ高いW2(W2=W1+ΔW(例えば、3W+5W=8W))に設定する(ステップS311)。低温工程時間ΔT1(例えば300分)が経過したら(ステップS312のyes)、タイマーTを0にリセットするとともに(ステップS313)、低温室13の設定温度θsを昇温設定温度θHに切り替え(ステップS314)、昇温工程を開始する。庫内温度θが、昇温設定温度θHに対して温度差Δθ低い温度(θH−Δθ)以下である場合(ステップS315のyes)、ヒータ20をオンにする(ステップS316)。庫内温度θが昇温設定温度θHに到達したら(ステップS317のyes)、ヒータ20をオフにする(ステップS318)。設定された昇温工程時間ΔT2が経過したら(ステップS319のyes)、昇温工程を終了して再び低温工程を開始する。ヒータ20をオンにし(ステップS316)、庫内温度θが昇温設定温度θHに到達しない場合であっても(ステップS317のno)、設定された昇温工程時間ΔT2が経過したら(ステップS319のyes)、ヒータ20をオフにし(ステップS320)、昇温工程を終了して再び低温工程を開始する。以上の制御が繰り返して実行される。
(冷蔵室の構成)
本発明の実施の形態4に係る冷蔵庫について説明する。図20は、本実施の形態に係る冷蔵庫1の冷蔵室100の構成を示す断面図である。図21は、本実施の形態に係る冷蔵庫1の機能ブロック図である。実施の形態1〜3と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
本実施の形態では、負荷量検知センサ19により検知された低温室13の負荷量に基づいて、ヒータ20の入力Wを設定する。低温室13の負荷量Vが、あらかじめ設定された負荷量V1より少ない場合には、ヒータ20の入力WをW1に設定する。低温室13の負荷量Vが負荷量V1より多い場合には、ヒータ20の入力Wを、W1よりもΔWだけ高いW2に設定する(W2=W1+ΔW)。このように、昇温時のヒータ20の入力Wを、低温室13の負荷量Vに基づいて設定することにより、負荷量に適した昇温時間を確保することができる。また、負荷量検知センサ19を用いることにより、より精度よく低温室13の負荷量を検出することができる。
図22は、本実施の形態に係る冷蔵庫1の制御装置7で実行される処理の一例を示すフローチャートである。冷蔵庫1に電源が投入されたとき、又は、操作パネル6により温度制御の開始操作が行われたとき、本実施の形態の温度制御をスタートする。低温室サーミスタ15により検出される低温室13の庫内温度θが、昇温設定温度θH(例えば1℃)以上であれば(ステップS401のyes)、タイマーTをT=0とするとともに(ステップS402)、低温室13の設定温度θsを低温設定温度θL(例えば−3℃)とし(ステップS403)、低温工程を開始する。低温工程時間ΔT1(例えば300分)が経過したら(ステップS404のyes)、タイマーTを0にリセットするとともに(ステップS405)、低温室13の設定温度θsを昇温設定温度θHに切り替え(ステップS406)、昇温工程を開始する。次に、負荷量検知センサ19からの検知信号に基づき、低温室13の負荷量Vを検知する(ステップS407)。負荷量Vがあらかじめ設定された負荷量V1よりも少ない場合(ステップS408のyes)、ヒータ20の入力WをW1(例えば3W)に設定する(ステップS409)。負荷量Vが負荷量V1より多い場合(ステップS408のno)、ヒータ20の入力WをW1よりも高いW2(W2=W1+ΔW(例えば、3W+5W=8W))に設定する(ステップS410)。庫内温度θが、昇温設定温度θHに対して温度差Δθ低い温度(θH−Δθ)以下である場合(ステップS411のyes)、ヒータ20をオンにする(ステップS412)。庫内温度θが昇温設定温度θHに到達したら(ステップS413のyes)、ヒータ20をオフにする(ステップS414)。設定された昇温工程時間ΔT2が経過したら(ステップS415のyes)、昇温工程を終了して再び低温工程を開始する。ヒータ20をオンにし(ステップS412)、庫内温度θが昇温設定温度θHに到達しない場合であっても(ステップS413のno)、設定された昇温工程時間ΔT2が経過したら(ステップS415のyes)、ヒータ20をオフにし(ステップS416)、昇温工程を終了して再び低温工程を開始する。以上の制御が繰り返して実行される。
Claims (5)
- 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、
前記冷却手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
第1工程及び第2工程を有し、前記第1工程の終了とともに前記第2工程が開始されるように前記冷却手段を制御するものであり、
前記第1工程では、第1所定時間の間、前記貯蔵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に設定するものであり、
前記第2工程では、第2所定時間の間、前記貯蔵室の設定温度を前記凍結点よりも高い高温側設定温度に設定するものであり、
前記第2所定時間は、前記貯蔵室の負荷量に基づいて設定されることを特徴とする冷蔵庫。 - 前記貯蔵室の負荷量を検知する負荷量検知センサをさらに有することを特徴とする請求項1に記載の冷蔵庫。
- 前記貯蔵室の負荷量は、前記第1工程における前記貯蔵室内の温度変化に基づいて検知されることを特徴とする請求項1に記載の冷蔵庫。
- 前記貯蔵室の負荷量は、前記第1工程において前記貯蔵室内の温度が、前記低温側設定温度以上で前記高温側設定温度以下である第1温度から、前記低温側設定温度以上で前記高温側設定温度以下でありかつ前記第1温度よりも低い第2温度に到達するまでの時間に基づいて検知されることを特徴とする請求項3に記載の冷蔵庫。
- 前記貯蔵室内を加熱する加熱手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記第2工程において前記加熱手段の入力を制御して前記貯蔵室内を昇温させるものであり、
前記加熱手段の入力は、前記貯蔵室の負荷量に基づいて設定されることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
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