JP7459393B2 - 冷蔵庫 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態に係る冷蔵庫1の外観を概略的に示した正面図である。図2は、実施の形態に係る冷蔵庫1の内部構成を概略的に示した内部構成図である。図3は、実施の形態に係る冷蔵庫1の冷蔵室100の内部構成を概略的に示した内部構成図である。図4は、実施の形態に係る冷蔵庫1の制御構成を示したブロック図である。なお、図1~図4を含む以下の図面では、各構成部材の寸法の関係および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1を使用可能な状態に設置したときのものである。
図1および図2に示すように、冷蔵庫1は、前面(正面)が開口されて内部に貯蔵空間が形成された断熱箱体90を備える。断熱箱体90は、詳細に図示することは省略したが、鋼鉄製の外箱と、樹脂製の内箱と、外箱と内箱との間の空間に充填された断熱材と、を備えている。断熱箱体90の内部に形成された貯蔵空間は、複数の区画部材50によって、食品等の被冷却物が保存される複数の貯蔵室に区画されている。図1および図2に示すように、本実施の形態の冷蔵庫1は、複数の貯蔵室として、最上段に配置される冷蔵室100と、冷蔵室100の下方に配置される野菜室200と、最下段の冷凍室300と、を備えている。なお、冷蔵庫1が備える貯蔵室の種類および数は、これらに限定されるものではない。
次に、本実施の形態における低温室13の温度制御について説明する。図5は、実施の形態に係る冷蔵庫1の制御装置7による低温室13の温度制御に関連する機能ブロック図である。図5に示すように、制御装置7は、時間を計測する計時部71と、カウント値をカウントするカウンター72と、工程移行部73と、温度設定部74と、比較部75と、制御部76と、記憶部77と、を有している。上記記憶部77以外の前記各部は、ソフトウェアで実現される機能部として、制御装置7を構成するCPUによってプログラムを実行することで実現されるか、又はDSP、ASIC(Application Specific IC)、PLD(Programmable Logic Device)などの電子回路で実現される。また、記憶部77はメモリから構成される。メモリは、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、もしくは、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスクなどのディスクである。
低温工程時間ΔTLは、簡易的な実験から求められる下記の条件を満たすように設定される。まず、導入工程における冷却速度は、食品等のような被冷却物を過冷却状態に突入させることができるように設定される。例えば、低温設定温度θLを-3℃とした場合において、1℃当たりの冷却時間を35分以上とすると、被冷却物が極めて高い確率で過冷却状態に突入することが実験からわかっている。そこで、このような条件を満たすように、導入工程の冷却速度が任意に設定される。これにより、図8に示すように、低温工程を開始してから、すなわち、導入工程を開始してから被冷却物の凍結点θfに到達するまでの時間ΔTf1と、導入工程を終了するまでの時刻TL1とが決定される。そして、低温工程時間ΔTLは、時刻TL1<時刻TLを満たすように設定される。
また、図9から、生成した氷結晶をすべて融解させなくても、過冷却解除の直後、もしくは数時間以内の状態にまで復帰させることにより、実質的には非凍結状態と同等の状態を維持できることがわかる。そのため、低温工程時間ΔTLを被冷却物の凍結が認識されるまでの許容凍結時間(例えば8時間)以下に設定することにより、昇温工程において、発生した氷結晶を確実に融解する必要がない。ただし、凍結をこれ以上進行させないためには、低温工程と昇温工程とで熱量のバランスをとる必要がある。そのため、低温工程と昇温工程とで熱量のバランスをとることができるように、昇温工程時間ΔTHが設定される。
次に、本実施の形態の温度制御を実施した場合の被冷却物(例えば食品)の温度推移について説明する。図10は、実施の形態に係る冷蔵庫1における温度制御を実施した場合の低温室13の設定温度、庫内温度および食品温度の経時変化を示したものであり、被冷却物が過冷却解除されなかった場合の一例を示すグラフである。図11は、実施の形態に係る冷蔵庫1における温度制御を実施した場合の低温室13の設定温度、庫内温度および食品温度の経時変化を示したものであり、被冷却物が過冷却解除された場合の一例を示すグラフである。
ところで、上記した構成では、冷蔵庫1が安定した動作をしている状態で温度を制御して冷却を制御している。しかしながら、冷蔵庫1は、ユーザーの使用状態によって過渡的な負荷変動が発生し、冷蔵庫1自体の冷却能力が変動する。そのため、冷蔵庫1は、導入工程中において、冷蔵庫1内の負荷が大きくなると、各貯蔵室の保存温度を保つために冷却能力を過渡的に上昇させることになる。これに伴い、過冷却保存を実施する低温室13へ流入する風量および冷熱量が過渡的に変化する。そのため、目標の冷却スピードから外れてしまい、導入工程内において意図しないタイミングで被冷却物の凍結が発生するおそれがある。また、急な冷却能力および冷却風の変化により、過冷却保存を実施する低温室13の温度分布が崩れて不均一な状態となり、低温室13内で凍結される食品と凍結されない食品とが存在する状態になることがあった。
図23は、図16に示したS200におけるダンパ17の開閉制御であって、凍結抑制制御の変形例を適用したフローチャートの一部である。図24は、図23に示したフローチャートの続きを示したフローチャートである。図23および図24に示すフローチャートは、図19に示したフローチャートと比べて、温度T-SCth≧(θs+dθs)であるか否かを判定し(S308)、T-SCth≧(θs+dθs)でないと判定した場合に、ダンパ17を閉(S309)にした後の動作が異なる。その他のフローについては、図19に示したフローチャートと同じである。
Claims (13)
- 区画部材で複数の貯蔵室に区画された貯蔵空間を内部に有する断熱箱体と、
前記貯蔵室の一つとして設けられ、被冷却物を凍結点以下の温度で凍らせずに保存する低温室と、
前記貯蔵空間を冷却する冷却装置と、
前記冷却装置を制御して、前記低温室の庫内温度を前記被冷却物の前記凍結点よりも高い第2の温度から前記凍結点よりも低い第1の温度まで、予め設定された時間において低下させる第1の工程と、前記第1の温度から前記第2の温度まで上昇させて、前記第2の温度を予め設定された時間維持する第2の工程と、を繰り返し行う制御装置と、を備え、
前記冷却装置は、前記低温室に冷気を送風する風路と、前記低温室に供給される冷気の風量を調整するダンパと、を含み、
前記制御装置は、前記低温室の庫内温度が前記凍結点よりも低い状態における、前記凍結点と前記低温室の庫内温度との差の時間積分値と、前記低温室の庫内温度が前記凍結点よりも高い状態における、前記凍結点と前記低温室の庫内温度との差の時間積分値とが、均衡するように制御を行うと共に、
前記第1の工程において、前記低温室への冷却状態を制御する前記ダンパを開口させ、前記低温室の温度を低下させる状態とし、
ある規定された時間間隔Δtsでの区間冷却スピードを表す区間冷却傾きの絶対値と、ある規定された冷却スピードを表す冷却傾きdS/dtの絶対値とを比較し、前記区間冷却傾きの絶対値が前記冷却傾きdS/dtの絶対値より大きい場合、前記冷却装置を制御して、一時的に区間冷却スピードを低下させる機能と、
前記第1の工程において、前記低温室への冷却状態を制御する前記ダンパを一時的に閉口させ、前記低温室の温度を上昇させる状態とし、
前記区間冷却傾きの絶対値と、前記冷却傾きdS/dtの絶対値とを比較し、前記区間冷却傾きの絶対値が前記冷却傾きdS/dtの絶対値より大きい場合、前記冷却装置を制御して、一時的に前記低温室の温度の昇温スピードを低下させる機能と、を有する、冷蔵庫。 - 区画部材で複数の貯蔵室に区画された貯蔵空間を内部に有する断熱箱体と、
前記貯蔵室の一つとして設けられ、被冷却物を凍結点以下の温度で凍らせずに保存する低温室と、
前記貯蔵空間を冷却する冷却装置と、
前記冷却装置を制御して、前記低温室の庫内温度を前記被冷却物の前記凍結点よりも高い第2の温度から前記凍結点よりも低い第1の温度まで、予め設定された時間において低下させる第1の工程と、前記第1の温度から前記第2の温度まで上昇させて、前記第2の温度を予め設定された時間維持する第2の工程と、を繰り返し行う制御装置と、を備え、
前記冷却装置は、前記低温室に冷気を送風する風路と、前記低温室に供給される冷気の風量を調整するダンパと、を含み、
前記制御装置は、前記低温室の庫内温度が前記凍結点よりも低い状態における、前記凍結点と前記低温室の庫内温度との差の時間積分値と、前記低温室の庫内温度が前記凍結点よりも高い状態における、前記凍結点と前記低温室の庫内温度との差の時間積分値とが、均衡するように制御を行うと共に、
前記第1の工程において、前記低温室への冷却状態を制御する前記ダンパを開口させ、前記低温室の温度を低下させる状態とし、
ある規定された時間間隔Δtsでの区間冷却スピードを表す区間冷却傾きの絶対値と、ある規定された冷却スピードを表す冷却傾きdS/dtの絶対値とを比較し、前記区間冷却傾きの絶対値が前記冷却傾きdS/dtの絶対値より大きい場合、前記冷却装置を制御して、一時的に区間冷却スピードを低下させる機能と、
前記第1の工程において、前記低温室の庫内温度の経時変化を示した傾きdA/dtを持つ直線に対し、dA/dtにデファレンシャル±dθsを加えた直線で囲まれた範囲内において庫内温度が収まるように前記冷却装置を制御して、庫内温度を徐々に低下させる機能と、を有する、冷蔵庫。 - 前記制御装置は、前記第1の工程において、前記低温室への冷却状態を制御する前記ダンパを一時的に閉口させ、前記低温室の温度を上昇させる状態とし、
前記区間冷却傾きの絶対値と、前記冷却傾きdS/dtの絶対値とを比較し、前記区間冷却傾きの絶対値が前記冷却傾きdS/dtより大きい場合、前記冷却装置を制御して、一時的に前記低温室の温度の昇温スピードを低下させる機能を有する、請求項2に記載の冷蔵庫。 - 前記区間冷却傾きは、
冷却時間を計測してから経過した冷却時間ts1の温度T1と、冷却時間ts1から前記時間間隔Δtsが経過した冷却時間ts2の温度T2とに基づき、(T2-T1)/Δtsで算出される、請求項1~3のいずれか一項に記載の冷蔵庫。 - 前記冷却装置は、前記貯蔵室に供給される冷気を生成する圧縮機と、該冷気を送風する送風ファンと、を含み、
前記制御装置は、前記ダンパの開閉、前記ダンパの開口率、前記圧縮機の回転数、および前記送風ファンの回転数のうち、少なくとも一つを個別に制御して、一時的に区間冷却スピードを低下させる、請求項1~4のいずれか一項に記載の冷蔵庫。 - 前記制御装置は、第1の工程において、第2の温度から第1の温度まで、予め設定された時間ごとに段階的に設定温度を低下させるように冷却装置を制御する、請求項1~5のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
- 前記第1の工程は、第2の温度から第1の温度に到達するまで、予め設定された時間ごとに段階的に温度を低下させる導入工程と、到達した第1の温度を予め設定された時間維持する低温維持工程と、を備える、請求項6に記載の冷蔵庫。
- 前記制御装置は、前記第2の工程において前記ダンパを制御して、前記低温室の温度を前記第1の温度から前記第2の温度まで上昇させる、請求項1~7のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
- 前記低温室と前記低温室の下方に位置する前記貯蔵室との間に前記区画部材に並列させて設けられた仕切り板と、
前記仕切り板と前記区画部材とで囲まれた領域に設けられた加熱手段と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記第2の工程において、前記冷却装置を制御するとともに前記加熱手段を制御して、前記低温室の温度を前記第1の温度から前記第2の温度まで上昇させる、請求項1~7のいずれか一項に記載の冷蔵庫。 - 前記低温室と前記低温室の下方に位置する前記貯蔵室との間に前記区画部材に並列させて設けられた仕切り板と、
前記仕切り板と前記区画部材とで囲まれた領域に設けられた加熱手段と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記加熱手段を制御して、前記貯蔵室の庫内温度を上昇させる、請求項1~7のいずれか一項に記載の冷蔵庫。 - 前記仕切り板と前記区画部材とで囲まれた領域は、前記仕切り板又は前記区画部材から突出したリブで複数空間に区画されており、区画された空間の一つに前記加熱手段が設けられている、請求項9又は10に記載の冷蔵庫。
- 前記冷却装置は、前記貯蔵室に供給される冷気を生成する圧縮機と、該冷気を送風する送風ファンと、を含み、
前記制御装置は、前記ダンパの開閉、前記ダンパの開口率、前記圧縮機の回転数、前記送風ファンの回転数、および前記加熱手段のうち、少なくとも一つを個別に制御して、一時的に区間冷却スピードを低下させる、請求項9~11のいずれか一項に記載の冷蔵庫。 - 前記冷却装置は、前記貯蔵室に供給される冷気を生成する圧縮機と、該冷気を送風する送風ファンと、前記低温室の温度を上昇させる加熱手段と、を含み、
前記制御装置は、前記ダンパの開閉、前記ダンパの開口率、前記圧縮機の回転数、加熱手段の加熱および前記送風ファンの回転数のうち、少なくとも一つを個別に制御して、一時的に昇温スピードを低下させる、請求項1又は請求項3に従属する請求項9~12のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
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