JPH0443276A - 冷蔵庫の急冷制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は食品などを短時間で適温まで冷やすために経験
則を基にした急冷制御装置の制御ルールと、それを構成
するファジィ変数のメンバーシップ関数とによって最適
な急冷ファンとダンパーとの操作量を推論して、その結
果を出力するようにした冷蔵庫の急冷制御装置に関する
ものである。

従来の技術 冷蔵庫（冷凍冷蔵庫も含む）は食品などの貯蔵を基本機
能とするものであるが、近年では更に付加機能を持たせ
たものが現われ始めた。その付加機能の一つが急速冷蔵
（以下急冷と省略する）である。この急冷は必要に応じ
て食品を適温になるまで冷やすもので例えば「急なお客
さんでビールを大全急冷やしたい」や「サラダを早く冷
やして食事したい」などの時に利用でき、また生鮮食料
品などの新鮮さをそのままスピード保存ができるなどの
利点が有る。

従来の冷蔵庫の急冷制御装置では、例えば特開昭６３−
１１８５８４号公報に示されるような方法がある。ここ
で紘急冷指令（たとえばスイッチオンなど）によって急
冷を開始すると、あらかじめ設定された時間の間、常に
タンパ−を開放にし、ファンで急冷室に冷気を送り続け
るものであった。

しかしこのように急冷動作を時間にのみ依存して制御す
る方法では、過冷却が生じるために例えばビール瓶が破
裂したり、他の食品では凍結して品質が劣化するなどの
問題が有った。この適冷ａｔ解決するためには、例えば
特開昭６３−１８９７６０号公報に示されるような方法
がある。即ち急冷状態においてはダンパーを用いて急冷
室を通常より低い温度に設定し、なおかつファンを用い
て内部の冷気を強制循環させ食品を冷却すると共に、そ
の食品の表面温度を非接触（例えば赤外線センサー）で
測定し、その表面温度がある一定温度に冷えると、急冷
動作を停止させるものであった。

発明が解決しようとする課題 しかしこのような構成では、急冷中は常に一定の冷却能
力で冷却しているため、例えば目標とする表面温度で急
冷動作を中止したとしてもその金膜で更に冷却が進み目
標とする温度より低い温度となってしまう（一般に言う
オーバーシュートの状態となる）。しかも急冷終了後は
一般の温度制御しかしないために、−度低下した温度は
なかなかもとの温度には戻らない、この場合、ビール瓶
が破裂するなどの最悪状態は避けられるが、やはり過冷
却を生じ、なおかつその低温状態がしばらく続くために
、食品が凍結するなどして品質が劣化する恐れは十分に
ある。また食品としては最適な温度より低くなっている
ためにその食品の持つ風味や味を損ねることとなる。ま
たこれを防止するには例えば、目標とする表面温度を高
めに設定するなどが考えられるが、この場合は逆に冷却
不足が生じ、表面のみ冷えて中身が冷えていないために
同じくその食品の持つ風味や味を損ねることとなるとい
う課題を有していた。

本発明は上記課題に鑑み、食品が凍結するなどして品質
が劣化したり、食品の持つ風味や味を損ねることが無く
、しかも短時間で目標温度に到達できる冷蔵庫の急冷制
御装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明の冷蔵庫の急冷制御装
置は、急冷室に入れられた食品などの温度を検出する食
品温度検出手段と、前記食品温度検出手段の出力の変化
量ｔ−ｍカする微分手段と、前記食品温度検出手段の出
力と前記微分手段の出力の情報に対し、急冷ファンとダ
ンパーとの操作量を求めるための経験則に基ずく制御ル
ールを記憶するメモリ装置と、前記食品温度検出手段の
出力と前記微分手段の出力の情報と前記メモリ装置から
取り出された制御ルールに基ずいて、ファジィ論理演算
を行ない前記急冷ファンと前記ダンパーとの操作量を演
算するファジィ推論手段とを備えることを特徴としてい
る。

作用 本発明は上記構成により、食品温度検出手段によって検
知された食品温度とその変化量に対する急冷ファンとダ
ンパーとの操作量を、経験則から求めた制御ルールに基
づいて演算しているので、急冷している食品の状態、例
えば急冷し始めた頃や急冷終了直前の場合などでその時
に応じた最適な冷却を急冷ファンとダンパーで行なうの
で常に最適な冷却能力で食品を冷却することができるの
で、過冷却や冷却不足を防ぐことができる。

実施例 以下本発明の一実施例の冷蔵庫の急冷制御装置について
図面を参照しながら説明する。

まず本発明の概略構成について第２図を用いて説明する
。第２図は本発明の冷蔵庫の断面図である。第２図にお
いて、１は冷蔵庫本体で、外箱２と内箱３と両者の空隙
に形成されたウレタン発泡断熱材４により構成され、前
面開口部に３つのドア５．６．７が配設されている。ド
ア５．６．７はそれぞれ冷蔵庫本体１の冷凍室８、冷蔵
室９、野菜室１０の開口部に対応して配設されている。

冷凍室８の底板１１と冷蔵室９の天板１２に囲まれた区
画壁内には蒸発器１３とその背後に庫内ファン１４を有
している。また、冷凍室８、冷蔵室９の背部には、蒸発
器１３からの冷却空気を各室に導入するための通風路１
５．１６が形成されている。１７は圧縮機である。１８
は冷蔵室９の下部に設けた急冷室である。急冷室１８は
壁１９で冷蔵室９と仕切られており、その開口部にはド
ア２０が配設されている。また急冷室１８の背面には蒸
発器１３からの冷気を急冷室１８に導入するための通風
路２１が形成されている。

このように構成された冷蔵庫において、その急冷装置の
構成について第１図を用いて更に詳しく説明する。第１
図は本発明の冷蔵庫の急冷制御装置のブロック図である
。第１図において、２２は通風路２１からの冷気を導入
または遮断するためのダンパーである。２８は急冷室１
８内に冷気を導入するための急冷ファンである。ここで
言う冷気には、通風路２１とダンパー２２とを介して供
給される第１の冷気と、壁１９の天面後部に設けた通風
孔２４を介して供給される第２の冷気とがあり、第１の
冷気は一１８℃程度の冷気であり、第２の冷気は５℃程
度の冷気である。２５は食品２６の表面温度を検出する
ための食品温度センサーである。２７は食品温度センサ
ー２５の出力から食品２６の表面温度Ｔを検出する食品
温度検出手段である。２８は食品温度検出手段２７の出
力を微分し食品２６の表面温度の変化量ΔＴ（即ちΔＴ
＝Ｔ（を十Δｔ　）−Ｔ　（ｔ　）　）を演算する微分
手段である。また２９はマイクロプロセッサで、ファジ
ィ推論手段３０と制御ルールを記憶するメモリ装置３１
とから構成されてる。３２は、ファジィ推論手段３０で
得た操作量の指示に従って、急冷ファン２３の能力（即
ち回転数）を制御する急冷ファン制御手段である。３３
は、ファジィ推論手段３０で得た操作量の指示に従って
、ダンパー２２の開閉制御をするダンパー制御手段であ
る。

以上のように構成された冷蔵庫の急冷制御装置について
以下第１図〜第５図を用いてその動作を説明する。

食品温度検出手段２７では食品温度センサー２５の出力
から食品２６の表面温度Ｔを検出し、さらに微分手段２
８で食品温度検出手段２７の出力を微分し食品２６の表
面温度の変化量６丁（即ちΔＴ＝Ｔ　（を十Δｔ）−Ｔ
（ｔ）、ここでｔは時間を、Δｔは時間変化を表わす、
）を演算する。

以上のように演算された表面温度Ｔ及び表面温度の変化
量ΔＴはファジィ推論手段３０に入力される。メモリ装
置３１はファジィ推論手段３０で実行されるファジィ推
論に必要な制御ルールを格納している。急冷ファン２３
の操作量である能力（即ち回転数）と、ダンパー２２の
操作量である開閉度合いを求めるファジィ推論は、下記
のような制御ルールを基にして実行される。

本実施例で採用した制御ルールは次のような９ルールで
ある。例えば ルールＲ１：もし温度が高く、温度変化量が正大であれ
ば、急冷ファンを非常に強め かつダンパーを開けよ ルールＲ２：もし温度が低く、温度変化量が正大であれ
ば、急冷ファンを弱め かつダンパーを閉じよ 等である。前記言語ルールは、発明者が数多くの実験デ
ータから得た経験則から求めた、急速に冷却したい食品
に最適な急冷ファン及びダンパーの制御に対する制御ル
ールであり、これを温度と温度変化量の関係で表に示す
と表１、表２の通りになる。表１、表２はおのおの実施
例に使用する急冷ファン、ダンパーに対する制御ルール
の関係を示している。

（以下余白） 表　　１ 表　　２ 表１、表２は横方向に温度Ｔを強度によって３段階（Ｌ
Ｔ＝低温、２０＝適温、ＨＴ＝高温）に分け、縦方向に
温度変化量△Ｔの強度によって３段階（ＮＢ＝負大、２
０＝ゼロ、ＰＢ＝正大）に分けて配置し、上記区分され
た温度Ｔ、温度変化量△Ｔとのおのおの交わった位置に
はその温度Ｔ。

温度変化量△Ｔの強度に対する最適な急冷ファンの能力
を表１に設定し、ダンパーの開度を表２に設定している
。ここで表１においては急冷ファンの能力を強度に応じ
て５段階（ＶＳ＝非常に強、８２強、Ｍ＝中、Ｗ＝弱、
ＶＷ＝非常に弱）に分けており、かつ表２においてはダ
ンパーの開度を強度に応じて３段階（Ｃ＝閉、Ｈ＝半開
、０＝開）に分けている。即ち前記制御ルールＲ１は表
１、表２における升目（Ｒ１）で示されている０本発明
の発明者は表１、表２にしたがフて急冷ファンの能力、
ダンパーの開度を制御した時、最適な急冷制御が実現で
きることを実験的に確認している。

また前記言語ルールは第１図のメモリ装置３１の内に記
憶する場合に下記のようなルール則で記憶されている０
本発明で使用した制御ルール数は９個である。

ルールＲ１：ＩＦ　　Ｔ　　Ｉｓ　　ＨＴ　　ａｎｄ△
Ｔ　　　ｉｓ　　　ＰＢ　　　ＴＨＥＮＦ＝ＶＳ　　　
ａｎｄ　　　Ｄ＝０ ルールＲ２：ＩＦ　　Ｔ　　Ｉｓ　　ＬＴ　　ａｎｄ△
Ｔ　　　ｉｓ　　　ＰＢ　　　ＴＨＥＮＦ＝Ｗ　　　　
　ａｎｄ　　　Ｄ＝Ｃ つぎにファジィ推論手段３０では予めメモリ装置３１に
記憶されている前記制御ルールを取り出してファジィ推
論によって急冷ファン２３の操作量である能力及びダン
パー２２の操作量である開度を算出し、急冷ファン制御
手段８２及びダンパー制御手段８３に高力する。急冷フ
ァン制御手段３２は決められた操作量に応じて急冷ファ
ン２３の能力を制御し、ダンパー制御手段８３は決めら
れた操作量に応じてダンパー２２の開度を制御する。

前記制御ルールＲ１、ルールＲ２・・・ルールＲ９のル
ールは温度Ｔ、温度変化量△Ｔに対する急冷ファン２３
の能力及びダンパー２２の開度を段。

階的に決めているので、きめ細かな制御を行なう＼場合
には、前記制御ルールの前件部（ＩＦ部）をどの程度溝
たしているかの度合いを算出して、その度合いに応じた
急冷ファン２３の能力及びダンパー２２の開度な推定す
る必要がある。そのため、本実施例では前記度合いを算
出するのにファジィ変数のメンバーシップ間数を利用し
ている。

第３図（ａ）は温度Ｔに対するファジィ変数ＬＴ、ＭＴ
、ＨＴのメンバーシップ間数μＬＴ　（Ｔ　）、μＭＴ
　（Ｔ　）、μＨＴ（Ｔ）を示したものであり、第３図
（ｂ）は温度変化量△Ｔに対するファジィ変数ＰＢ、　
ＺＯ，ＮＢのメンバーシップ間数μＰＢ（ＬＴ）、μＺ
Ｏ（ＬＴ）、μＮＢ（ＬＴ）を示したものである。

ファジィ推論手段３０で実行するファジィ推論は前記制
御ルール１、ルール２・・・ルール９と第３図（ＥＬ）
、（ｂ）のメンバーシップ関数とを用いてファジィ論理
演算を行なって操作量の演算を行なう。推論形式として
は合成法にｍ　ａ　ｘ　−ｍｉｎ法、−点化法に高さ法
を用いた。以下第４図をもとに推論の手順を説明する。

第４図は推論手Ｍｔ−示す流れ図である。５ＴＥＰＩで
は食品温度検出手段２７、微分手段２８で温度ＴＯと温
度変化量△ＴＯを算出する。５ＴＥＰ２でファジィ推論
手段３０によって温度ＴＯと温度変化量△ＴＯに対する
ファジィ変数のメンバーシップ関数を用いて、前記温度
ＴＯと温度変化量へＴＯにおけるメンバーシップ値の算
出を行なう、５ＴＥＰ３で、得られたメンバーシップ値
が前記９個の各ルールの前件部をどの程度の度合いかを
合成法で算出する。（第４図においては温度に対するフ
ァジィ変数ｔＡ％温度変化量に対するファジィ変数上Ｂ
で示している。） ルールＲ１： ｈｌ＝μＨＴ（Ｔｏ）ハμＰＢ（△Ｔｏ）＝ＭＩＮｌμ
ＨＴ（Ｔｏ）。

μＰＢ（△Ｔｏ））−−（１） ルール２： ｈ２＝μＬＴ（Ｔｏ）ハμＰＢ（△Ｔｏ）＝ＭＩＮ＋　
μＬＴ（Ｔｏ）。

μＰＢ（△Ｔｏ）ｌ　−（２） （１）式は、前記Ｔｏが前記温度Ｔに対する領域ＨＴに
入り、かつ前記△ＴＯが前記温度変化量△Ｔに対する領
域ＰＢに入るという命題は、ＴＯがＨＴに入る割合と△
ＴｏがＰＢに入る割合のうち小さい値としての割合で成
立すること、故にルール１の場合の前件部はｈｌの割合
で成立することを表わしている。同様に（２）式である
ルール２の場合、前件部はｈ２の割合で成立することを
表わしている。５ＴＥＰ４で制御ルールの実行部のメン
バーシップ間数によって、温度ＴＯと温度変化量△Ｔに
おける急冷ファン及びダンパーの操作量を下記のように
して求める。急冷ファンの操作量ＦＯ及びダンパーの操
作量ＤＯを求めるためには、結論部での定数はｈｌ、ｈ
２・・・ｈ９による加重平均として与えられるから Ｆｏ＝（ＶＳＸｈｌ＋ＷＸｈ２＋・・Ｘｈ９　）／（ｈ
ｌ＋ｈ２＋・・　・＋ｈ９） ＤＯ＝（ＯＸｈ１＋Ｃｘｈ２＋・・・Ｘｈ９）／（ｈｌ
＋ｈ２＋・・・・十ｈ９） の−点化法の１つである高さ法により急冷ファンの操作
量ＦＯ及びダンパーの操作量ＤＯがもとまり急冷ファン
制御手段３２及びダンパー制御手段３３に出力される。

次に本実施例を適応した時の急冷動作の一例について第
５図を用いて説明する。第５図は本実施例の急冷動作の
一例を示すタイミング図である。

第５図において（ａ）は急冷ファン２３、（ｂ）はダン
パー２２、（Ｃ）は食品２６の表面温度のおのおのの時
間に対する変化を示しており、実線は本実施例の場合で
あり、破線は従来例の場合を示している。従来の急冷制
御においては食品表面温度が目標温度（この場合は５℃
）に達するまで（イ点）急冷ファン２３をオン、ダンパ
ーを開けているので、急冷停止後も表面温度はその余韻
で下がり続は目標温度以下にオーバーシュートする（四
点）、シかもその後温度は徐々に回復し、しばらく時間
がかかった後、目標温度に達する（ハ点）。本実施例の
急冷制御の場合、初期の表面温度が高い場合（二点）は
急冷ファン２３を非常に強くし、かつダンパー２２を開
放にする事により従来と比べて急速に食品を冷やすこと
ができる。

あとは食品の表面温度と表面温度の変化量で最適な急冷
ファン２８、ダンパー２２の制御を行なうことにより（
ホ点）、従来より早く目標温度に到達すると共に（へ点
）、温度のオーバーシュートも少なく抑えられることと
なる（ト点）。また万が一食品表面温度が冷え過ぎた場
合においても表１、表２に示すようにダンパー２２を閉
めたまま、急冷ファン２３ｆ：制御するので、通風孔２
４より冷蔵室の冷気（５℃程度）を取り込むことができ
るので過冷却が生じてもいち早く目標温度に到達させる
ことができることとなる。

従ってこの実施例では制御パラメータとして食品２６の
表面温度、及び表面温度の変化量を使用しているため急
速に冷却したい食品に対してきめ細かい制御が可能であ
る。また、制御ルールが人間の経験則から成り立ってい
るため、急冷制御装置に対して最適な急冷ファン２３の
能力、ダンパー２２の開度で制御ができる。そのため常
に最適な冷却能力で食品を冷却できるので、いち早く目
標とする温度に到達できると共に、過冷却や冷却不足を
防ぐことができ、食品の品質の劣化を防ぐことができる
。また通風孔２４を設けることにより、万が一過冷却を
してしまった場合や、温度の低い食品が入れられた場合
においても冷蔵室の冷気を循環させることができるため
、過冷却に対してもいち早く目標温度に達することがで
きる。また食品２６の表面温度を検出して自動的に制御
を行なうので、急冷のスイッチ等を設ける必要がなく自
動的に急冷運転を行なうので、人ゐ的なミスによる急冷
不足（スイッチの入れ忘れ、重量設定ミスなど）などが
発生することはなく、なおかつコストダウンにもつなが
ることとなる。

尚実施例では食品温度を検出するために、赤外線センサ
ーを用いたが、これに限定するものではなく例えば急冷
室の雰囲気温度や冷気の戻りダクトの温度など食品の表
面温度と相関のとれる情報を用いてもよい。

発明の効果 以上のように本発明の冷蔵庫の急冷制御装置は、急冷室
に入れられた食品などの温度を検出する食品温度検出手
段と、前記食品温度検出手段の出力の変化量を出力する
微分手段と、前記食品温度検出手段の出力と前記微分手
段の出力の情報に対し、急冷ファンとダンパーとの操作
量を求めるための経験則に基ずく制御ルールを記憶する
メモリ装置と、前記食品温度検出手段の出力と前記微分
手段の出力の情報と前記メモリ装置から取り出された制
御ルールに基ずいて、ファジィ論理演算を行ない前記急
冷ファンと前記ダンパーとの操作量を演算するファジィ
推論手段とを儂えることにより、食品温度検出手段によ
って検知された食品温度とその変化量に対する急冷ファ
ンとダンパーとの操作量を、経験則から求めた制御ルー
ルに基づいて演算しているので、急冷している食品の状
態、例えば急冷し始めた頃や急冷終了直前の場合などで
その時に応じた最適な冷却を急冷ファンとダンパーで行
なうので常に最適な冷却能力で食品を・冷却することが
できるので、過冷却や冷却不足を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の冷蔵庫の急冷制御装置のブ
ロック図、第２図は本発明の一実施例の冷蔵庫の断面図
、第３図（ａ）は温度Ｔに対するファジィ変数ＬＴ％Ｍ
Ｔ％ＨＴのメンバーシップ関数を示した特性図、第３図
（ｂ）は温度変化量△Ｔに対するファジィ変数ＰＢ、　
ＺＯｌＮＢのメンバーシップ関数を示した特性図、第４
図は推論手順を示す流れ図、第５図は本実施例の急冷動
作の一例を示し、（ａ）は急冷ファン、（ｂ）はダンパ
ー　（Ｃ）は食品表面温度のタイミングチャートである
。 １８・・・・・・急冷室、２２・・・・・・ダンパー　
２３・・・・・・急冷ファン、２７・−・・・・食品温
度検出手段、２８・・・・・・微分手段、３０・・・・
・・ファジィ推論手段、３１・・・・・・メモリ装置、
３２・・・・・・急冷ファン制御手段、８８・・・・・
・ダンパー制御手段。 代理人の氏名　弁理士　粟野　重量　はか１名第１図 １８−−−　危　冷　室 ｎ−−９ン　　Ｉ！　− ２３−亀、ｄフ７ン 第 図 ！ 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 冷蔵庫の一部に設けられた急冷室と、前記急冷室に風を
   送るための急冷ファンと、前記急冷室に低温の空気を送
   るためのダンパーと、前記急冷室に入れられた食品など
   の濃度を検出する食品温度検出手段と、前記食品温度検
   出手段の出力の変化量を出力する微分手段と、前記食品
   温度検出手段の出力と前記微分手段の出力の情報に対し
   、前記急冷ファンと前記ダンパーとの操作量を求めるた
   めの経験則に基ずく制御ルールを記憶するメモリ装置と
   、前記食品温度検出手段の出力と前記微分手段の出力の
   情報と前記メモリ装置から取り出された制御ルールに基
   ずいて、ファジィ論理演算を行ない前記急冷ファンと前
   記ダンパーとの操作量を演算するファジィ推論手段とを
   備えることを特徴とする冷蔵庫の急冷制御装置。