JP7246233B2 - 冷蔵庫 - Google Patents
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Description
上述した特許文献1に記載された保存庫は、制御対象が空気温度であるため、冷蔵庫の周囲温度が高く、断熱容器内の空気または収容物を所望の温度まで冷却する温度調整装置の冷却能力がわずかに不足している状態等では、温度調整装置に継続して高い電力が供給される。これにより、伝熱板の表面の温度が氷点下以下の状態が続き、伝熱板の表面に霜および氷等が付着するという課題があった。
図1は、実施の形態1に係る冷蔵庫100の構成を示す外観斜視図である。図2は、図1におけるA-A線断面図である。図3は、実施の形態1に係る冷蔵庫100の断熱容器1内の構成を示す斜視図である。図4は、実施の形態1に係る冷蔵庫100の温度センサ14の構成を示す外観斜視図である。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図1から図3において、冷蔵庫100の上下方向を図1から図3の紙面上下方向に対応させて説明を行う。また、図1から図3において、後述する扉2が位置する側を冷蔵庫100の前面、後述する背面カバー11が位置する側を冷蔵庫100の背面として説明を行う。
断熱容器1は、前面が開放された箱型部材であり、内部に食品、飲料等の収容物を収容する。扉2は、断熱容器1の開放された一面に取り付けられた扉である。実施の形態1に係る冷蔵庫100では、断熱容器1の前面に、回転式扉である扉2が取り付けられている。図2における扉2の上下には、図示しない回転ヒンジ機構が取り付けられている。断熱容器1は、外郭部材3、内郭部材4、外郭部材3と内郭部材4との間に充填された断熱材5、照明装置6、伝熱板7、温度調整装置8、排水筒9、露受け皿10、背面カバー11、送風ファン12、フィルタ13、および後述する制御装置30(図1から図3では図示しない)を有している。
断熱容器1内の側面には庫内の空気温度を検知するための温度センサ14を有している。温度センサ14は、内郭部材4の側面に形成した孔部14aの近傍に、図示しないネジ等により取り付けられる。図4に示すように、温度センサ14は、感温部14bおよびリード線14cを備える。温度センサ14は、検知した空気温度を制御装置30に出力する。
冷蔵庫100の運転制御は、制御装置30によって行われる。通常、断熱容器1内の温度は、ペルチェ素子8aに供給する電力を制御することにより、食品および飲料の冷蔵保存に適した温度である5℃付近に維持されるように管理される。当該管理が行われている断熱容器1内に当該断熱容器1内の温度よりも高い温度の飲料品および食品等が入れられる場合、または当該管理が行われている冷蔵庫100の周囲温度が高い場合には、断熱容器1内の空気温度が上昇する。
制御装置30は、電源回路30a、電流検出部30b、電流制限部30c、温度演算部30dおよび電圧指令部30eで構成される。また、電源回路30aには交流電源31が接続され、電流検出部30bには温度調整装置8のペルチェ素子8aが接続され、温度演算部30dには温度センサ14が接続される。
また、ペルチェ素子8aの最大使用可能入力電圧に対して、最大出力電圧Vmaxを約70%から80%の範囲内の電圧値で用いる理由は、それ以上の高電圧で利用した場合、ペルチェ素子8aの発熱は多くなるが、冷却能力が変化しないためである。ペルチェ素子8aに対する供給電力を効率よく使用するためには、最大出力電圧Vmaxを約70%から85%の範囲内の電圧値で用いるとよい。
ペルチェ素子8aは、電力を供給すると冷蔵庫100を保冷するための吸熱面と発熱面ができる。ペルチェ素子8aは、供給される電力が大きいほど、吸熱面と発熱面の温度差が高くなり、冷却能力が大きくなる。ペルチェ素子8aは、吸熱面と発熱面の温度差が高いほど、内部の電気抵抗(インピーダンス)が上昇する。また、ペルチェ素子8aは、吸熱面と発熱面の温度差が高い状態でペルチェ素子8aへの電力供給を止めると、その温度差によるゼーベック効果により起電力(逆起電力)が生じる特性がある。ペルチェ素子8aの冷却能力を制御するためには、内部の電気抵抗の変化またはゼーベック効果によって生じる起電力(逆起電力)の影響を抑制しながら制御する必要がある。
図6Aおよび図6Bは、実施の形態1に係る冷蔵庫100の制御装置30のハードウェア構成例を示す図である。
制御装置30における電流検出部30b、電流制限部30c、温度演算部30dおよび電圧指令部30eの各機能は、処理回路により実現される。即ち、制御装置30は、上記各機能を実現するための処理回路を備える。当該処理回路は、図6Aに示すように専用のハードウェアである処理回路100aであってもよいし、図6Bに示すようにメモリ100cに格納されているプログラムを実行するプロセッサ100bであってもよい。
メモリ100cは、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(Electrically EPROM)等の不揮発性または揮発性の半導体メモリであってもよいし、ハードディスク、フレキシブルディスク等の磁気ディスクであってもよいし、ミニディスク、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)等の光ディスクであってもよい。
図7は、実施の形態1に係る冷蔵庫100の制御装置30の電圧指令部30eの動作を示すフローチャートである。
以下では、制御装置30に第1の設定温度Tset1、第2の設定温度Tset2、第1の設定時間Time1および第2の設定時間Time2が設定されているとして説明する。また、温度演算部30dは、予め設定されたタイミングで温度センサ14から入力される断熱容器1内の空気温度Tinを、電圧指令部30eに出力するものとする。
図8は、実施の形態1に係る冷蔵庫100の断熱容器1内の空気温度と電圧指令値との関係を、設定温度ごとに示した図である。
図8では、設定温度Tsetが5℃である場合の電圧指令値Vdirと、設定温度Tsetが10℃である場合の電圧指令値Vdirとを示している。また、図8では、最大出力電圧Vmaxとなるときの空気温度Tinを設定温度Tsetとしている。
断熱容器1内の空気温度Tinが設定温度Tset以上の場合、電圧指令値Vdirは最大出力電圧Vmaxと一致する。一方、断熱容器1内の空気温度Tinが低下すると、電圧指令値Vdirも徐々に減少する。
図9は、実施の形態1に係る冷蔵庫100の制御装置30の処理動作を時間軸のグラフで示した図である。
図9Aは制御装置30の出力電圧Vout、図9Bは制御装置30の出力電流、図9Cは断熱容器1内の空気温度Tin、図9Dは伝熱板7の温度を示している。図9Aから図9Dは、それぞれ時間経過に伴う値の変動を示している。
温度センサ14により検知された断熱容器内の空気温度Tinが第1の設定温度Tset1(5℃)に達しない場合、例えば空気温度Tinが7℃付近の場合、電圧指令部30eは、ステップST1として第1の設定温度Tset1(5℃)を設定温度Tsetとして、電圧指令値Vdirを算出する。
ここで、電圧指令部30eは、電圧指令値Vdirを、ペルチェ素子8aへの投入電力すなわち冷却能力を最大として運転している状態(Vmax:11Vから12Vで運転)として算出する。
ここで、電圧指令部30eは、空気温度Tinが第2の設定温度Tset2(10℃)に近づくまでの間、電圧指令値Vdirを、ペルチェ素子8aへの投入電力すなわち冷却能力を最小として運転している状態(Vmin:1Vから2Vで運転)として算出する。
第1の設定時間Time1(24時間)の間、図9Cで示す断熱容器1内の空気温度Tinが第1の設定温度Tset1よりも高い状態にある、この期間は、図9Aに示すように出力電圧Voutは最大出力電圧Vmaxを保持している。また、図9Dに示すように伝熱板7の温度は-3℃未満に保持され、伝熱板7の凍結が進行している。
冷蔵庫100の収容物が、例えば飲料である場合に、冷えた飲料としての一般的な適温であって、かつ、伝熱板7の表面に付着した霜および氷等を溶かすことができる温度と時間とに基づいて設定すればよい。具体的には、第2の設定温度Tset2を、例えば8℃から13℃の範囲内の温度で設定し、第2の設定時間Time2を、例えば0.5時間から1時間の範囲内の時間で設定すればよい。これにより、断熱容器1内の空気温度Tinが急激に温められることがなく、冷蔵庫100の収容物がぬるくなり使用者に不快感を与えることがない。
温度センサ14の付近に冷却前の飲料等が置かれた場合に、温度センサ14が実際の空気温度よりも高い温度を長時間検知するのを抑制するために、温度センサ14を断熱容器1内の側面の上方、かつ断熱容器1内の背面側に配置している。温度センサ14を配置した領域付近の空気温度は、断熱容器1内の中央付近の温度とほぼ一致する。
図10は、実施の形態1に係る冷蔵庫100の伝熱板7の表面積と最低温度との関係の一例を示す図である。図10では、断熱容器1内が5℃に到達する場合を例に、伝熱板7の表面積と最低温度との関係を示している。また、伝熱板7の表面積とは、断熱容器1に伝熱板7を配置した際に、庫内側に位置する面の面積である。
そこで、伝熱板7の表面積を小さくし(例えば、3000cm2未満)、かつ上述した制御装置30による制御を行うことにより、伝熱板7の最低温度が0℃以下となるが、伝熱板7の表面に霜および氷等が付着するのを防止することができる。
制御装置30による上述した制御を行った場合、伝熱板7の温度が約-3℃まで低下した場合にも、伝熱板7の表面に霜および氷等が付着するのを防止することができる。伝熱板7をアルミニウム材で構成した場合、表面積が1100cm2であれば、上述した制御装置30による制御を行うことにより、伝熱板7の表面に霜および氷等が付着するのを防止することができる。
図11は、実施の形態1に係る冷蔵庫100の伝熱板7の構成例を示す図である。
図11AはL字状に構成した伝熱板7を示し、図11Bはコ字状に構成した伝熱板7を示している。
上述したが、伝熱板7をアルミニウム材で構成した場合、表面積を約1100cm2まで小さくすることができる。ここで、伝熱板7の表面積とは、断熱容器1に伝熱板7を配置した際に、庫内側に位置する面の面積(図11Aで示した、L字状の内側の面L1の面積と面L2の面積との和)である。これにより、伝熱板7を安価に構成することができる。
冷蔵庫100の収納容量が15Lから35Lの範囲内の容積である場合、アルミニウム材の価格を抑えること考慮すれば、伝熱板7の表面積を1100cm2から2200cm2の範囲内の面積で設定するとよい。
これにより、伝熱板の表面に霜および氷等が付着するのを抑制し、庫内の温度制御性のよい冷蔵庫を提供することができる。
これにより、ペルチェ素子8aのゼーベック効果によって生じる電位差による、制御装置30の電源回路30aへの電流の逆流を防止することができる。さらに、制御装置30の電源回路30aの小型化を実現することができ、冷蔵庫のコストを抑制することができる。
これにより、冷蔵庫のコストを抑制した、および故障の発生を抑制した冷蔵庫を得ることができる。また、冷蔵庫の電力を効率よく使用できる。
これにより、冷蔵庫の使用者に、収納物が冷えない等の不具合を感じさせることがない。
これにより、温度センサ14が断熱容器1の中心部の温度と同程度の温度を検出することができる。また、制御装置30が当該検出温度を用いて温度制御することができ、温度特性のよい冷蔵庫を得ることができる。
Claims (10)
- 断熱容器と、
前記断熱容器の庫内に取り付けられた伝熱板と、
前記伝熱板に接触する伝熱面を有し、前記断熱容器に取り付けられたペルチェ素子により冷却する温度調整装置と、
前記断熱容器の内部に取り付けられ、前記断熱容器の内部の空気温度を検知する温度センサと、
前記温度調整装置の前記ペルチェ素子に供給する電力を調整し、前記断熱容器の内部の空気温度を所定の設定温度に保持する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記温度センサの検出温度が予め設定した第1の設定温度に達しない状態が、予め設定した第1の設定時間継続している場合に、前記第1の設定温度より高い温度であって予め設定された第2の設定温度に切り替えて前記ペルチェ素子に出力する電圧値を算出し、前記第2の設定温度の状態が予め設定した第2の設定時間経過した場合に、前記第1の設定温度に切り換えて前記ペルチェ素子に供給する電圧値を算出する電圧指令部と、前記電圧指令部が前記第2の設定温度から前記第1の設定温度に切り替える場合に、前記ペルチェ素子に供給する電流の上限を制限する制御を行う電流制限部とを有することを特徴とする冷蔵庫。 - 前記電圧指令部は、前記第1の設定温度から前記第2の設定温度に切り替える場合に、前記ペルチェ素子に供給する電圧の低下量を制御することを特徴とする請求項1記載の冷蔵庫。
- 前記温度調整装置の前記ペルチェ素子は、最大吸熱量が40Wから60Wの範囲内の吸熱量であり、
前記制御装置は、前記ペルチェ素子を動作させる最大電圧を、前記ペルチェ素子の使用可能定格電圧の70%から85%の範囲内の電圧に設定することを特徴とする請求項1または請求項2記載の冷蔵庫。 - 前記第1の設定時間が、12時間から36時間の範囲内の時間であり、前記第2の設定時間が0.5時間から1時間の範囲内の時間であることを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載の冷蔵庫。
- 収容量が、15リットルから35リットルの範囲内の容積であることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の冷蔵庫。
- 前記第1の設定温度が、3℃から8℃の範囲内の温度であり、前記第2の設定温度が、8℃から13℃の範囲内の温度であることを特徴とする請求項1から請求項5のうちのいずれか1項記載の冷蔵庫。
- 前記伝熱板は、前記断熱容器を構成する2つの面に沿うL字状の部材であることを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の冷蔵庫。
- 前記温度センサは、前記断熱容器の内部の側面であって、前記断熱容器の背面から20mmから100mmの範囲内の距離、および前記断熱容器の天井面20mmから100mmの範囲内の距離離間させた位置に配置されることを特徴とする請求項1から請求項7のうちのいずれか1項記載の冷蔵庫。
- 前記伝熱板は、アルミニウム材からなり、当該伝熱板を前記断熱容器内に配置した場合の庫内側の表面積が、1100cm2から2200cm2の範囲内の面積を有することを特徴とする請求項1から請求項8のうちのいずれか1項記載の冷蔵庫。
- 前記伝熱板は、板厚が3mmから4mmの範囲内の厚さであることを特徴とする請求項1から請求項9のうちのいずれか1項記載の冷蔵庫。
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