JP7087635B2 - 冷蔵庫 - Google Patents

Description

この発明は、冷蔵庫に関するものである。

被冷凍物の内部における氷結晶の粗大化に起因する被冷凍物の品質劣化を防止することを目的として、被冷凍物を収納する冷凍室と、冷凍室内を冷却する冷却手段と、冷凍室内に電場を発生させる一対の電極板と、一対の電極板に交流電圧を印加する制御手段と、を備え、電場内で被冷凍物を冷凍させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－１５９８９６号公報

このように、特許文献１に示されるものは、凍結中の対象物に電場をかけることで凍結による対象物の品質劣化を抑制しようとする。また、解凍中の対象物に電場をかけることでも、解凍により生じた水の再凍結を抑制して、解凍による対象物の品質劣化を抑制できることが知られている。解凍又は凍結の際にかける電場は、強いほど品質劣化の抑制効果をより得られる。すなわち、電極間に印加する電圧が高いほど、品質劣化の抑制効果は大きくなる。

しかしながら、電極間に印加する電圧が高くなると、電極と対象物の表面との間での絶縁が破れ、放電が生じる可能性が高くなる。特に、解凍又は凍結中の対象物の表面に液相の水いわゆる「液だまり」が生じると、この液だまりに電界が集中し放電が生じやすい。電極と対象物の表面との間で放電が生じてしまうと、大きな電流が流れて対象物を局所的に加熱して変色させたり、大量のオゾンが発生したりして対象物である食品を損なう可能性がある。また、冷蔵庫の制御装置に多大な負荷がかかる。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものである。その目的は、解凍又は凍結の際に、対象物の表面に液だまりが生じても、電極と対象物の表面との間での放電が発生することを抑制しつつ、より強い電場を対象物にかけることができる冷蔵庫を得ることにある。

この発明に係る冷蔵庫は、解凍又は凍結の対象物を収納する収納室と、前記収納室の対向する壁面に設けられた一対の電極と、前記電極間に電圧を印加する電源部と、前記収納室内の対象物の表面状態を検出する表面状態検出手段と、を備え、前記表面状態検出手段は、前記収納室内の対象物の表面における液相の水の有無を表面状態として検出し、前記電源部は、前記収納室内の対象物の表面状態に応じて前記電極間に印加する電圧を変化させる。

この発明に係る冷蔵庫によれば、解凍又は凍結の際に、対象物の表面に液だまりが生じても、電極と対象物の表面との間での放電が発生することを抑制しつつ、より強い電場を対象物にかけることができるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る冷蔵庫の側断面図である。 この発明の実施の形態１に係る冷蔵庫の制御系統の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る冷蔵庫の解凍時における制御動作の一例を示すフロー図である。 この発明の実施の形態１に係る冷蔵庫の解凍時における制御タイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係る冷蔵庫の凍結時における制御動作の一例を示すフロー図である。 この発明の実施の形態１に係る冷蔵庫の凍結時における制御タイミングチャートである。

この発明を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一又は相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化又は省略する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

実施の形態１．
図１から図６は、この発明の実施の形態１に係るものである。図１は冷蔵庫の側断面図である。図２は冷蔵庫の制御系統の構成を示すブロック図である。図３は冷蔵庫の解凍時における制御動作の一例を示すフロー図である。図４は冷蔵庫の解凍時における制御タイミングチャートである。図５は冷蔵庫の凍結時における制御動作の一例を示すフロー図である。そして、図６は冷蔵庫の凍結時における制御タイミングチャートである。

なお、各図においては、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、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。

（冷蔵庫の構成）
この発明の実施の形態１に係る冷蔵庫１は、図１に示すように断熱箱体３０を有している。断熱箱体３０は、前面（正面）が開口されて内部に貯蔵空間が形成されている。断熱箱体３０は、外箱、内箱及び断熱材を有している。外箱は鋼鉄製である。内箱は樹脂製である。内箱は外箱の内側に配置される。断熱材は、例えば発泡ウレタン、真空断熱材等であり、外箱と内箱との間の空間に充填されている。断熱箱体３０の内部に形成された貯蔵空間は、１つ又は複数の仕切り部材により、食品を収納保存する複数の貯蔵室に区画されている。

図１に示すように、ここでは、冷蔵庫１は、複数の貯蔵室として、例えば、冷蔵室７、切替室９、製氷室１０、冷凍室１１及び野菜室１２を備えている。これらの貯蔵室は、断熱箱体３０において上下方向に４段構成となって配置されている。

冷蔵室７は、断熱箱体３０の最上段に配置されている。冷蔵室７の内部には、複数の棚板が設けられている。冷蔵室７の内部は、これらの棚板によって、上下方向に複数の空間（棚）に仕切られている。最下段の棚板の下側の空間は、チルド室８になっている。

切替室９は冷蔵室７の下方における左右の一側に配置されている。切替室９の保冷温度帯は、複数の温度帯のうちのいずれかを選択して切り替えることができる。切替室９の保冷温度帯として選択可能な複数の温度帯は、例えば、冷凍温度帯（例えば－１８℃程度）、冷蔵温度帯（例えば３℃程度）、チルド温度帯（例えば０℃程度）及びソフト冷凍温度帯（例えば－７℃程度）等である。切替室９の既定の設定温度は、例えばソフト冷凍温度帯の－７℃とする。製氷室１０は、切替室９の側方に隣接して切替室９と並列に、すなわち、冷蔵室７の下方における左右の他側に配置されている。

冷凍室１１は、切替室９及び製氷室１０の下方に配置されている。冷凍室１１は、主に貯蔵対象を比較的長期にわたって冷凍保存する際に用いるためのものである。野菜室１２は、冷凍室１１の下方の最下段に配置されている。野菜室１２は、主に野菜や容量の大きな（例えば２Ｌ等）の大型ペットボトル等を収納するためのものである。

冷蔵室７の前面に形成された開口部には、当該開口部を開閉する回転式の冷蔵室扉３１が設けられている。ここでは、冷蔵室扉３１は両開き式（観音開き式）であり、右扉及び左扉により構成されている。冷蔵庫１の前面の冷蔵室扉３１（例えば、左扉）の外側表面には、操作パネル５が設けられている。

冷蔵室７以外の各貯蔵室（切替室９、製氷室１０、冷凍室１１及び野菜室１２）は、それぞれ引き出し式の扉によって開閉される。これらの引き出し式の扉は、扉に固定して設けられたフレームを各貯蔵室の左右の内壁面に水平に形成されたレールに対してスライドさせることにより、冷蔵庫１の奥行方向（前後方向）に開閉できるようになっている。

また、切替室９内には、食品等を内部に収納できる切替室収納ケース１４が引き出し自在に格納されている。同様に、冷凍室１１の内部及び野菜室１２の内部には、食品等を内部に収納できる冷凍室収納ケース及び野菜室収納ケースがそれぞれ引き出し自在に格納されている。

（冷却機構）
冷蔵庫１は、各貯蔵室へ供給する空気を冷却する冷凍サイクル回路を備えている。冷凍サイクル回路は、圧縮機２、凝縮器（図示せず）、絞り装置（図示せず）及び冷却器３等によって構成されている。圧縮機２は、冷凍サイクル回路内の冷媒を圧縮し吐出する。凝縮器は、圧縮機２から吐出された冷媒を凝縮させる。絞り装置は、凝縮器から流出した冷媒を膨張させる。冷却器３は、絞り装置で膨張した冷媒によって各貯蔵室へ供給する空気を冷却する。圧縮機２は、例えば、冷蔵庫１の背面側の下部に配置される。

冷蔵庫１には、冷凍サイクル回路によって冷却された空気を各貯蔵室へ供給するための風路が形成されている。この風路は、主に冷蔵庫１内の背面側に配置されている。冷凍サイクル回路の冷却器３は、この風路内に設置される。また、風路内には、冷却器３で冷却された空気を各貯蔵室へ送るための送風機４も設置されている。送風機４が動作すると、冷却器３で冷却された空気（冷気）が風路を通って冷凍室１１、切替室９、製氷室１０及び冷蔵室７へと送られ、これらの貯蔵室内を冷却する。

冷蔵室７の内部と野菜室１２の内部とは、ダクトにより連通されている。冷蔵室７からの戻り冷気をダクトを介して野菜室１２内に導入することで、野菜室１２が冷却される。野菜室１２を冷却した冷気は、図示しない野菜室用帰還風路を通って冷却器３のある風路内へと戻される。そして、冷却器３によって再度冷却されて、冷蔵庫１内を冷気が循環される。

冷却器３及び送風機４が設けられた風路から冷凍室１１、切替室９、製氷室１０及び冷蔵室７の各貯蔵室内へと通じる中途の箇所には、図示しないダンパが設けられている。各ダンパは、風路の各貯蔵室へと通じる箇所を開閉する。ダンパの開閉状態を変化させることで、各貯蔵室へと供給する冷気の送風量を調節することができる。また、冷気の温度は圧縮機２の運転を制御することにより調節することができる。

以上のようにして設けられた圧縮機２及び冷却器３からなる冷凍サイクル回路、送風機４、風路及びダンパは、貯蔵室の内部を冷却する冷却手段を構成している。

冷蔵庫１の例えば背面側の上部には、制御装置６が収容されている。制御装置６には、冷蔵庫１の動作に必要な各種の制御を実施するための制御回路等が備えられている。制御装置６が備える制御回路として、例えば、各貯蔵室内の温度及び操作パネル５に入力された情報等に基づいて圧縮機２及び送風機４の動作並びにダンパの開度を制御するための回路が挙げられる。すなわち、制御装置６は前述した冷却手段等を制御して、冷蔵庫１の動作を制御する。なお、各貯蔵室内の温度は、それぞれの貯蔵室に設置された図示しないサーミスタ等により検知することができる。また、制御装置６は、冷蔵庫１と外部機器との通信についても制御する。外部機器との通信とは、具体的に例えば、スマートフォンからの設定温度変更指示の受信や、スマートフォンへの庫内状況に関する情報の送信等である。

（切替室の構成）
操作パネル５の操作部５ａを操作することで、切替室９の内部の温度帯を切り替えることができる。例えば、切替室９に凍結の対象物となる食品１７を入れ、切替室９の内部を冷凍温度帯（例えば－１８℃）にすることで、食品１７を凍結させることができる。また、切替室９に解凍の対象物となる食品１７を切替室９の内部をチルド温度帯（例えば０℃）にすることで、冷凍された食品１７を解凍できる。

この実施の形態の切替室９は、解凍又は凍結の対象物を収納する収納室の一例である。すなわち、この実施の形態の収納室は、内部の設定温度を冷凍温度帯から冷蔵温度帯の範囲内において切替可能な切替室９である。なお、収納室は、解凍又は凍結の一方のみが行えるものであってもよいし、この実施の形態の切替室９のように解凍及び凍結の両方が行えるものであってもよい。

切替室扉３２は、収納室である切替室９を開閉可能な扉である。冷蔵庫１は、扉開閉検知センサ１３を備えている。扉開閉検知センサ１３は、切替室扉３２の開閉状態を検知するためのものである。扉開閉検知センサ１３は、切替室９の前面開口の縁部における切替室扉３２と対向する位置に設けられている。扉開閉検知センサ１３は、例えば、一般的なマグネット方式のスイッチである。すなわち、例えば、切替室扉３２に埋め込まれた磁石の近接を、冷蔵庫１本体側の断熱箱体３０に設置された一対のリードスイッチによって検出する。

この扉開閉検知センサ１３の検出結果を用い、制御装置６は、必要に応じて切替室扉３２の開時間又は閉時間を計測して各種の制御に活用する。また、制御装置６は、切替室扉３２が開いた状態が一定時間以上継続した場合に、ブザー音等を鳴らして使用者に注意を喚起することもできる。なお、今回は切替室９以外の図示を省略しているが、その他の各貯蔵室にも同様に扉開閉を検知できるセンサが設けられている。

冷蔵庫１は、一対の電極１５を備えている。ここで説明する構成例では、一対の電極１５は、天井面電極１５ａ及び底面電極１５ｂである。この実施の形態の説明では、天井面電極１５ａ及び底面電極１５ｂの総称として「電極１５」を用いている。天井面電極１５ａは、切替室９の天井面に設けられる。底面電極１５ｂは、切替室９の底面に設けられる。したがって、一対の電極１５は、収納室である切替室９の対向する壁面に設けられる。それぞれの電極１５は、例えばステンレス又はアルミ等の金属板からなる。なお、底面電極１５ｂがグランド側、天井面電極１５ａが高電圧側である。

冷蔵庫１は、カメラ１６を備えている。カメラ１６は、例えば切替室９内の背面と上面との間の隅角部に取り付けられている。カメラ１６は、切替室９の内部に収納された食品１７の画像を撮影可能である。また、カメラ１６は、切替室９内を照らす光源と一体化されている。

（冷蔵庫の制御系統）
図２は、冷蔵庫１の制御系統の機能的な構成を示すブロック図である。制御装置６は、例えばマイクロコンピュータを備えており、プロセッサ６ａ及びメモリ６ｂを備えている。制御装置６は、メモリ６ｂに記憶されたプログラムをプロセッサ６ａが実行することにより、予め設定された処理を実行し、冷蔵庫１を制御する。

操作パネル５は、操作部５ａ及び表示部５ｂを備えている。操作部５ａは、各貯蔵室の保冷温度及び冷蔵庫１の運転モードを設定するための操作スイッチである。表示部５ｂは、各貯蔵室の温度等の各種情報を表示する液晶ディスプレイである。操作パネル５は、操作部５ａと表示部５ｂを兼ねるタッチパネルを備えていてもよい。

冷蔵庫１は、電源部１８を備えている。電源部１８は、切替室９に設けられた一対の電極１５間に電圧を印加するものである。電源部１８により電極１５間に電圧を印加することで、切替室９で食品１７を解凍中又は凍結中に、切替室９内に電場（電界）を生成できる。解凍中の食品１７に電場をかけることで、解凍により生じた液相の水を分極させ、０℃以下の環境下でも再凍結を抑制できる。また、凍結中の食品１７に電場をかけることで、食品１７中に生成される氷結晶の粗大化を抑制できる。

制御装置６には、図示しないサーミスタから各貯蔵室の温度の検知信号が入力される。また、制御装置６には、操作パネル５の操作部５ａからの操作信号及び扉開閉検知センサ１３からの検知信号も入力される。さらに、制御装置６には、カメラ１６が撮影した切替室９の内部に収納された食品１７の画像データも入力される。

制御装置６は、入力された信号に基づいて、各貯蔵室の内部が設定温度に維持されるように、圧縮機２及び送風機４等の動作を制御する処理を実行する。また、制御装置６は、電源部１８の電極１５間への電圧印加動作についても制御する。そして、制御装置６は、操作パネル５の表示部５ｂに表示信号を出力して、表示部５ｂの表示動作も制御する。

カメラ１６が撮影した切替室９内の食品１７の画像データから、制御装置６は、切替室９内の食品１７の表面状態を検出する。すなわち、この実施の形態におけるカメラ１６及び制御装置６は、収納室である切替室９内の対象物の表面状態を検出する表面状態検出手段を構成している。具体的には、制御装置６は、食品１７の画像データを解析し、食品１７の表面の液だまりの有無を検出する。すなわち、この実施の形態では、前述の表面状態検出手段は、切替室９内の食品１７の表面における液相の水の有無を表面状態として検出する。

そして、制御装置６は、食品１７の画像データに基づく食品１７の表面状態の検出結果に応じて、電源部１８の電圧印加動作を制御する。すなわち、電源部１８は、切替室９内の対象物の表面状態に応じて電極１５間に印加する電圧を変化させる。具体的には、食品１７の表面に液相の水すなわち液だまりがあることを検出した場合、液だまりが検出されなかった場合と比較して、電極１５間に印加する電圧を低くする。

また、カメラ１６が撮影した切替室９内の食品１７の画像データから、制御装置６は、切替室９内の食品１７の表面と当該表面に対向する電極１５との距離を検出する。すなわち、この実施の形態におけるカメラ１６及び制御装置６は、収納室である切替室９内の対象物の表面と当該表面に対向する電極１５との距離を検出する距離検出手段を構成している。

この実施の形態では、一対の電極１５の一方は底面電極１５ｂであり、切替室９の底面に配置されている。食品１７は切替室９の切替室収納ケース１４内に置かれるため、食品１７と底面電極１５ｂとの間には、切替室収納ケース１４内の底部分が配置される。このため、食品１７と底面電極１５ｂとの間で放電が起きる可能性は低い。そこで、この実施の形態では、制御装置６は、食品１７の画像データを解析し、食品１７の上面と天井面電極１５ａとの間の距離を検出する。

そして、制御装置６は、食品１７の画像データに基づく食品１７上面と天井面電極１５ａとの距離の検出結果に応じて、電源部１８の電圧印加動作を制御する。すなわち、電源部１８は、切替室９内の対象物の表面と当該表面に対向する電極１５との距離にも応じて電極１５間に印加する電圧を変化させる。具体的には、食品１７の画像データに基づいて検出した食品１７上面と天井面電極１５ａとの距離が基準距離未満である場合、基準距離以上の場合と比較して、電極１５間に印加する電圧を低くする。この際の基準距離は、予め設定される。また、制御装置６は、食品１７の画像データから当該食品１７の種類を識別し、食品１７の種類に応じて基準距離を変えてもよい。

また、カメラ１６が撮影した切替室９内の食品１７の画像データから、制御装置６は、切替室９内の食品１７の大きさを検出する。すなわち、この実施の形態におけるカメラ１６及び制御装置６は、収納室である切替室９内の対象物の大きさを検出するサイズ検出手段を構成している。具体的には、制御装置６は、食品１７の画像データを解析し、食品１７の例えば表面積及び高さを検出する。そして、制御装置６は、食品１７の表面積及び高さから食品１７の体積を算出する。制御装置６は、検出した切替室９内の食品１７の大きさに応じて、当該食品１７の解凍又は凍結に必要な時間を算出する。

なお、カメラ１６は可視光領域の画像を撮影できるものだけに限られない。食品１７の表面状態、特に液相の水の有無を検出可能なものであれば、赤外光領域の画像を撮影できるもの、又は、赤外線センサ等を用いてもよい。

（解凍時の動作例）
次に、図３のフロー図を参照しながら、以上のように構成された冷蔵庫１の解凍時の制御動作の一例について説明する。まず、ステップＳ１で切替室９内に食品１７が投入されると、続くステップＳ２において、制御装置６は、操作パネル５の操作部５ａが操作されて電場解凍モードが設定されたか否かを確認する。すなわち、具体的に例えば、操作パネル５の「電場解凍」ボタンがオン操作されたか否かを確認する。「電場解凍」ボタンがオン操作されない、すなわち、電場解凍モードが設定されない場合、「電場解凍」ボタンがオン操作されるまで、このステップＳ２の処理を繰り返して待機する。この時の切替室９の設定温度Ｔｓ＿ｓｅｔ［℃］は使用者が設定した温度、例えば既定の－７℃である。そして、「電場解凍」ボタンがオン操作されて、電場解凍モードが設定された場合、処理はステップＳ３へと進む。

ステップＳ３においては、電場解凍モードが開始される。すなわち、制御装置６は、切替室９の設定温度Ｔｓ＿ｓｅｔ［℃］を、対象となる食品１７の凍結点よりやや高い温度に変更する。このようにすることで、食品１７を解凍可能であり、かつ解凍後に品質の高い状態を維持できる。具体的に例えば、食品１７を肉とすると、一般的な肉の凍結点は－２～－１℃なので、Ｔｓ＿ｓｅｔを０℃にする。つまり、Ｔｓ＿ｓｅｔを既定の－７℃から０℃に変更する。ステップＳ３の後、処理はステップＳ４へと進む。

ステップＳ４においては、制御装置６は、まず、カメラ１６に切替室９内の食品１７の画像を撮影させる。そして、制御装置６は、切替室９内の食品１７の画像から、食品１７の表面から天井面電極１５ａまでの距離Ｌ［ｍ］を検出する。また、制御装置６は、切替室９内の食品１７の画像から、食品１７の表面に生じた液だまり面積Ａｗｅｔ［ｍ＾２］を検出する。

そして、制御装置６は、距離Ｌ及び液だまり面積Ａｗｅｔから電極１５間に印加する電圧Ｖｏｕｔ［ｋＶ］を決定する。すなわち、Ｖｏｕｔは、独立変数がＬ及びＡｗｅｔの関数ｆ（Ｌ，Ａｗｅｔ）の従属変数として、その値が定まる。制御装置６は、電源部１８により電極１５間に印加する電圧の値が、こうして決定した電圧Ｖｏｕｔになるように、電源部１８を制御する。

具体的に例えば、食品１７が生肉である場合、天井面電極１５ａからの距離Ｌが５［ｍｍ］以下であれば食品１７の表面に液だまりがなくとも絶縁破壊が起きやすく、放電が発生して大きな電流が流れてしまう可能性がある。そこで、距離Ｌが５［ｍｍ］以下であれば電圧Ｖｏｕｔを低く、例えば２［ｋＶ］以下、望ましくは１［ｋＶ］以下とする。一方、距離Ｌが５［ｍｍ］を超えていれば距離Ｌに応じて、例えば２［ｋＶ］以上の値を設定する。また、食品１７の表面に液だまりがある場合、距離Ｌが５［ｍｍ］以上であっても絶縁破壊しやすくなるので、電圧値Ｖｏｕｔを例えば１［ｋＶ］以下とする。

また、制御装置６は、切替室９内の食品１７の画像から、食品１７の高さＨ［ｍ］及び食品１７の底面積Ｓ［ｍ＾２］を検出する。そして、制御装置６は、高さＨ及び底面積Ｓから電場解凍上限時間ｔｉｍｅ＿Ａ＿Ｍａｘ［ｓｅｃ］を決定する。すなわち、ｔｉｍｅ＿Ａ＿Ｍａｘは、独立変数がＨ及びＳの関数ｆ２（Ｈ，Ｓ）の従属変数として、その値が定まる。ステップＳ４の後、処理はステップＳ５へと進む。

制御装置６は、ステップＳ５の処理を開始する前に、予め設定された時間幅ｄｔ［ｓｅｃ］だけ待機し、時間幅ｄｔの経過後にステップＳ５の処理を行う。ステップＳ５においては、制御装置６は、電場解凍モードを開始してからの経過時間を積算するタイマー変数ｔｉｍｅ＿Ａに、時間幅ｄｔを加算する。ステップＳ５の後、処理はステップＳ６へと進む。

ステップＳ６においては、制御装置６は、タイマー変数ｔｉｍｅ＿Ａの値が、ステップＳ４で設定した電場解凍上限時間ｔｉｍｅ＿Ａ＿Ｍａｘを超えたか否かを確認する。タイマー変数ｔｉｍｅ＿Ａの値が電場解凍上限時間ｔｉｍｅ＿Ａ＿Ｍａｘを超えない場合、処理はステップＳ４に戻る。一方、タイマー変数ｔｉｍｅ＿Ａの値が電場解凍上限時間ｔｉｍｅ＿Ａ＿Ｍａｘを超えた場合、処理はステップＳ７に進む。

ステップＳ７においては、制御装置６は、電源部１８による電極１５間への電圧の印加を停止させる。また、この際に、制御装置６は、タイマー変数ｔｉｍｅ＿Ａを初期値０にリセットする。そして、処理はステップＳ２に戻る。

図４のタイミングチャートは、以上で説明した図３のフロー図の制御例における解凍対象の食品１７である肉の温度、切替室９内の温度、センサ出力及び電極１５間に印加される電圧Ｖｏｕｔの時間変化の一例を示すものである。なお、ここでいう「センサ出力」とは、カメラ１６で撮影した食品１７の画像から検出した食品１７の表面における液だまりの有無のことである。具体的には、センサ出力Ｈｉが液だまり無しに対応し、センサ出力Ｌｏｗが液だまり有りに対応している。

まず、ステップＳ１からＳ３では、切替室９内に食品１７（肉）が投入されて、電場解凍モード開始されることで、切替室９内の温度が既定の－７℃から０℃に変更される。ステップＳ４からＳ６では、切替室９内の温度が０℃に移行することで、まず、食品１７（肉）の温度が食品１７（肉）の凍結点Ｔｄとなり、食品１７（肉）の解凍が始まる。食品１７（肉）の解凍の初期段階では、食品１７（肉）の表面は周囲よりも低温であるため着霜しているが、液だまりはまだ発生していない。このため、センサ出力は、液だまり無しを示すＨｉである。そして、このセンサ出力Ｈｉに応じて、電極１５間に印加される電圧ＶｏｕｔはＨｉに設定される。電圧ＶｏｕｔがＨｉの状態では、電圧Ｖｏｕｔは例えば２［ｋＶ］に設定される。

食品１７（肉）の解凍が進むと、食品１７（肉）の表面の霜が融解して液だまりが発生し、センサ出力は、液だまり有りを示すＬｏｗになる。そして、このセンサ出力Ｌｏｗに応じて、電極１５間に印加される電圧ＶｏｕｔはＬｏｗに設定される電圧ＶｏｕｔがＬｏｗの状態では、電圧Ｖｏｕｔは例えば１［ｋＶ］に設定される。

食品１７（肉）の解凍がさらに進むと、食品１７（肉）が完全に解凍され、食品１７（肉）の温度が凍結点Ｔｄから上昇し始める。この食品１７（肉）が完全に解凍された段階にまで達すると、食品１７（肉）の表面の液だまりは、食品１７（肉）に吸収されたり蒸発したりして全て消失するのが通常である。したがって、センサ出力は、液だまり無しを示すＨｉに戻る。そして、このセンサ出力Ｈｉに応じて、電極１５間に印加される電圧ＶｏｕｔはＨｉに設定される。

そして、タイマー変数ｔｉｍｅ＿Ａの値が電場解凍上限時間ｔｉｍｅ＿Ａ＿Ｍａｘを超えた場合、ステップＳ７で、制御装置６は、電源部１８による電極１５間への電圧の印加を停止させる。こうして、電場解凍モードは終了となる。

なお、電場解凍モードの終了時に、制御装置６は、切替室９内の食品１７が解凍した旨を使用者に報知させてもよい。例えば、制御装置６は、食品が解凍したことを、操作パネル５に設けられたＬＥＤを用いて使用者に報知させる。ＬＥＤを用いた報知方法の具体例としては、解凍中は「解凍」のＬＥＤを点灯させ、解凍が終了したら「解凍」のＬＥＤを点滅させる等が考えられる。あるいは、操作パネル５の表示部５ｂを用いたり、使用者が所持する携帯端末（スマートフォン等）を用いたり、ブザー音又はチャイム音を鳴らしたりして使用者に報知してもよい。

（凍結時の動作例）
次に、図５のフロー図を参照しながら、以上のように構成された冷蔵庫１の凍結時の制御動作の一例について説明する。まず、ステップＳ１１で切替室９内に食品１７が投入されると、続くステップＳ１２において、制御装置６は、操作パネル５の操作部５ａが操作されて電場凍結モードが設定されたか否かを確認する。すなわち、具体的に例えば、操作パネル５の「電場凍結」ボタンがオン操作されたか否かを確認する。「電場凍結」ボタンがオン操作されない、すなわち、電場凍結モードが設定されない場合、「電場凍結」ボタンがオン操作されるまで、このステップＳ１２の処理を繰り返して待機する。この時の切替室９の設定温度Ｔｓ＿ｓｅｔ［℃］は使用者が設定した温度、例えば既定の－７℃である。そして、「電場凍結」ボタンがオン操作されて、電場凍結モードが設定された場合、処理はステップＳ１３へと進む。

ステップＳ１３においては、電場凍結モードが開始される。すなわち、制御装置６は、切替室９の設定温度Ｔｓ＿ｓｅｔ［℃］を、対象となる食品１７の凍結点より低い温度に変更する。この際の温度は、対象となる食品１７の凍結点より低ければよいが、一般的な家庭用冷蔵庫で使用されており凍結完了後にそのまま長く保存できる冷凍温度－１８℃とするのが望ましい。つまり、Ｔｓ＿ｓｅｔを既定の－７℃から－１８℃に変更する。ステップＳ１３の後、処理はステップＳ１４へと進む。

ステップＳ１４においては、制御装置６は、まず、カメラ１６に切替室９内の食品１７の画像を撮影させる。そして、制御装置６は、切替室９内の食品１７の画像から、食品１７の表面から天井面電極１５ａまでの距離Ｌ［ｍ］を検出する。また、制御装置６は、切替室９内の食品１７の画像から、食品１７の表面に生じた液だまり面積Ａｗｅｔ［ｍ＾２］を検出する。

そして、制御装置６は、距離Ｌ及び液だまり面積Ａｗｅｔから電極１５間に印加する電圧Ｖｏｕｔ［ｋＶ］を決定する。すなわち、Ｖｏｕｔは、独立変数がＬ及びＡｗｅｔの関数ｆ（Ｌ，Ａｗｅｔ）の従属変数として、その値が定まる。制御装置６は、電源部１８により電極１５間に印加する電圧の値が、こうして決定した電圧Ｖｏｕｔになるように、電源部１８を制御する。

具体的に例えば、食品１７が生肉である場合、天井面電極１５ａからの距離Ｌが５［ｍｍ］以下であれば食品１７の表面に液だまりがなくとも絶縁破壊が起きやすく、放電が発生して大きな電流が流れてしまう可能性がある。そこで、距離Ｌが５［ｍｍ］以下であれば電圧Ｖｏｕｔを低く、例えば２［ｋＶ］以下、望ましくは１［ｋＶ］以下とする。一方、距離Ｌが５［ｍｍ］を超えていれば距離Ｌに応じて、例えば２［ｋＶ］以上の値を設定する。また、食品１７の表面に液だまりがある場合、距離Ｌが５［ｍｍ］以上であっても絶縁破壊しやすくなるので、電圧値Ｖｏｕｔを例えば１［ｋＶ］以下とする。

また、制御装置６は、切替室９内の食品１７の画像から、食品１７の高さＨ［ｍ］及び食品１７の底面積Ｓ［ｍ＾２］を検出する。そして、制御装置６は、高さＨ及び底面積Ｓから電場凍結上限時間ｔｉｍｅ＿Ｂ＿Ｍａｘ［ｓｅｃ］を決定する。すなわち、ｔｉｍｅ＿Ｂ＿Ｍａｘは、独立変数がＨ及びＳの関数ｆ３（Ｈ，Ｓ）の従属変数として、その値が定まる。ステップＳ１４の後、処理はステップＳ１５へと進む。

制御装置６は、ステップＳ１５の処理を開始する前に、予め設定された時間幅ｄｔ［ｓｅｃ］だけ待機し、時間幅ｄｔの経過後にステップＳ１５の処理を行う。ステップＳ１５においては、制御装置６は、電場凍結モードを開始してからの経過時間を積算するタイマー変数ｔｉｍｅ＿Ｂに、時間幅ｄｔを加算する。ステップＳ１５の後、処理はステップＳ１６へと進む。

ステップＳ１６においては、制御装置６は、タイマー変数ｔｉｍｅ＿Ｂの値が、ステップＳ１４で設定した電場凍結上限時間ｔｉｍｅ＿Ｂ＿Ｍａｘを超えたか否かを確認する。タイマー変数ｔｉｍｅ＿Ｂの値が電場凍結上限時間ｔｉｍｅ＿Ｂ＿Ｍａｘを超えない場合、処理はステップＳ１４に戻る。一方、タイマー変数ｔｉｍｅ＿Ｂの値が電場凍結上限時間ｔｉｍｅ＿Ｂ＿Ｍａｘを超えた場合、処理はステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７においては、制御装置６は、電源部１８による電極１５間への電圧の印加を停止させる。また、この際に、制御装置６は、タイマー変数ｔｉｍｅ＿Ｂを初期値０にリセットする。そして、処理はステップＳ１２に戻る。

図６のタイミングチャートは、以上で説明した図５のフロー図の制御例における凍結対象の食品１７である肉の温度、切替室９内の温度、センサ出力及び電極１５間に印加される電圧Ｖｏｕｔの時間変化の一例を示すものである。なお、図４と同じく、ここでいう「センサ出力」とは、カメラ１６で撮影した食品１７の画像から検出した食品１７の表面における液だまりの有無のことである。具体的には、センサ出力Ｈｉが液だまり無しに対応し、センサ出力Ｌｏｗが液だまり有りに対応している。

まず、ステップＳ１１からＳ１３では、切替室９内に食品１７（肉）が投入されて、電場凍結モード開始されることで、切替室９内の温度が－７℃から－１８℃に変更される。ステップＳ１４からＳ１６では、切替室９内の温度が－１８℃に低下することで、例えば、食品１７（肉）の温度が食品１７（肉）の凍結点Ｔｄ以下にまで冷却されて過冷却状態となる。この状態では、食品１７（肉）の凍結はまだ開始されていない。その後、過冷却状態が破られると、食品１７（肉）の温度が凍結点Ｔｄまで一気に上昇し、食品１７（肉）の凍結が開始される。

冷却中の食品は、凍結が開始されるまでの間に最も液だまりが発生しやすい。過冷却がある場合、凍結が開始されるまでというのは、凍結点より温度が下がってから凍結点に戻るまでである。過冷却がない場合は、凍結が開始されるまでというのは、温度が凍結点に低下するまでである。

したがって、食品１７（肉）の冷却が開始されてから、食品１７（肉）の凍結が開始されるまでの間、食品１７（肉）の表面に液だまりが発生し、センサ出力は、液だまり有りを示すＬｏｗになる。そして、このセンサ出力Ｌｏｗに応じて、電極１５間に印加される電圧ＶｏｕｔはＬｏｗに設定される電圧ＶｏｕｔがＬｏｗの状態では、電圧Ｖｏｕｔは例えば１［ｋＶ］に設定される。

食品１７（肉）の凍結が開始されて凍結が進行すると、食品１７（肉）の表面の液だまりも凍結されて全て消失する。このため、センサ出力は、液だまり無しを示すＨｉになる。そして、このセンサ出力Ｈｉに応じて、電極１５間に印加される電圧ＶｏｕｔはＨｉに設定される。電圧ＶｏｕｔがＨｉの状態では、電圧Ｖｏｕｔは例えば２［ｋＶ］に設定される。

食品１７（肉）の凍結がさらに進むと、食品１７（肉）が完全に凍結され、食品１７（肉）の温度が凍結点Ｔｄから切替室９内の温度である－１８℃にまで低下する。そして、タイマー変数ｔｉｍｅ＿Ｂの値が電場凍結上限時間ｔｉｍｅ＿Ｂ＿Ｍａｘを超えた場合、ステップＳ１７で、制御装置６は、電源部１８による電極１５間への電圧の印加を停止させる。こうして、電場凍結モードは終了となる。

なお、電場凍結モードの終了時に、制御装置６は、切替室９内の食品１７が凍結した旨を使用者に報知させてもよい。例えば、制御装置６は、食品が凍結したことを、操作パネル５に設けられたＬＥＤを用いて使用者に報知させる。ＬＥＤを用いた報知方法の具体例としては、凍結中は「凍結」のＬＥＤを点灯させ、凍結が終了したら「凍結」のＬＥＤを点滅させる等が考えられる。あるいは、操作パネル５の表示部５ｂを用いたり、使用者が所持する携帯端末（スマートフォン等）を用いたり、ブザー音又はチャイム音を鳴らしたりして使用者に報知してもよい。

操作パネル５の操作部５ａには、前述したように「電場解凍」ボタン及び「電場凍結」ボタンが設けられている。そして、「電場解凍」ボタン又は「電場凍結」ボタンがオン操作されると、電源部１８が電極１５間に電圧を印加する。この意味で、冷蔵庫１は、電源部１８が電極１５間に電圧を印加するか否かを切り替え可能な操作パネル５を備えている。

また、制御装置６は、収納室である切替室９の内部の設定温度を、操作パネル５への操作により電源部１８が電極１５間に電圧を印加する場合に、規定の温度から変更するとよい。すなわち、具体的に例えば、操作パネル５の操作部５ａの「電場解凍」ボタンが操作された場合、制御装置６は、切替室９の設定温度を、例えば既定の－７℃から０℃に変更する。また、操作パネル５の操作部５ａの「電場凍結」ボタンが操作された場合、制御装置６は、切替室９の設定温度を、例えば既定の－７℃から－１８℃に変更する。このようにすることで、収納室である切替室９の内部を、電場を印加しつつ食品の解凍又は凍結を行うのに適した温度に自動的に設定できる。

なお、操作パネル５の操作部５ａに、「電場解凍」ボタン及び「電場凍結」ボタンの他に、電場をかけずに通常の解凍を行う「（電場なし）解凍」ボタン、電場をかけずに通常の凍結を行う「（電場なし）凍結」ボタンを設けてもよい。このようにすることで、解凍又は凍結させる際に対象物に電場をかけるか否かを使用者が容易に選択でき、利便性を向上できる。

以上のように構成された冷蔵庫１は、解凍又は凍結の対象となる食品１７を収納する切替室９と、切替室９の対向する壁面に設けられた一対の電極１５と、電極１５間に電圧を印加する電源部１８と、切替室９内の食品１７の表面状態を検出する表面状態検出手段と、を備えている。そして、電源部１８は、切替室９内の食品１７の表面状態に応じて電極１５間に印加する電圧を変化させる。

このため、解凍又は凍結の際に、食品１７の表面に液だまりが生じても、電極１５と食品１７の表面との間での放電が発生することを抑制しつつ、より強い電場を食品１７にかけ、品質劣化を抑制できる。

また、切替室９内の食品１７の表面と当該表面に対向する電極１５との距離を検出する距離検出手段をさらに備えている。そして、電源部１８は、切替室９内の食品１７の表面と当該表面に対向する電極１５との距離にも応じて電極１５間に印加する電圧を変化させる。このため、電極１５と食品１７の表面とが接近し過ぎたことによる放電の発生を抑制できる。

１ 冷蔵庫
２ 圧縮機
３ 冷却器
４ 送風機
５ 操作パネル
５ａ 操作部
５ｂ 表示部
６ 制御装置
６ａ プロセッサ
６ｂ メモリ
７ 冷蔵室
８ チルド室
９ 切替室
１０ 製氷室
１１ 冷凍室
１２ 野菜室
１３ 扉開閉検知センサ
１４ 切替室収納ケース
１５ 電極
１５ａ 天井面電極
１５ｂ 底面電極
１６ カメラ
１７ 食品
１８ 電源部
３０ 断熱箱体
３１ 冷蔵室扉
３２ 切替室扉

Claims (4)

1. 解凍又は凍結の対象物を収納する収納室と、
   前記収納室の対向する壁面に設けられた一対の電極と、
   前記電極間に電圧を印加する電源部と、
   前記収納室内の対象物の表面状態を検出する表面状態検出手段と、を備え、
   前記表面状態検出手段は、前記収納室内の対象物の表面における液相の水の有無を表面状態として検出し、
   前記電源部は、前記収納室内の対象物の表面状態に応じて前記電極間に印加する電圧を変化させる冷蔵庫。
2. 前記収納室内の対象物の表面と当該表面に対向する前記電極との距離を検出する距離検出手段をさらに備え、
   前記電源部は、前記収納室内の対象物の表面と当該表面に対向する前記電極との距離にも応じて前記電極間に印加する電圧を変化させる請求項１に記載の冷蔵庫。
3. 前記電源部が前記電極間に電圧を印加するか否かを切り替え可能な操作パネルをさらに備えた請求項１又は請求項２に記載の冷蔵庫。
4. 前記収納室は、内部の設定温度を冷凍温度帯から冷蔵温度帯の範囲内において切替可能な切替室であり、
   前記収納室の内部の設定温度は、前記操作パネルへの操作により前記電源部が前記電極間に電圧を印加する場合に、規定の温度から変更される請求項３に記載の冷蔵庫。

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