JPH1038445A - 蓄冷式冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 切替弁や複雑なサイクル配管構成を必要とせ
ず、通常の冷蔵庫を母体として蓄冷式冷蔵庫を生産する
ことができ、従来に比べ安価でピークシフト機能をもつ
蓄冷式冷蔵庫を提供する。 【解決手段】 冷凍サイクルとは独立した蓄冷器９を設
け、蓄冷器９を構成する面９ａに蓄冷器９と冷凍室２と
の間で熱の出し入れを行いうる電子冷却素子モジュ−ル
１１を設け、蓄冷器９の中には冷凍室２と同じ温度の融
点（例えば−１８℃）を有する蓄冷材１０を入れ、蓄冷
器９と冷凍サイクルとがサイクル的に接続されていない
蓄冷式冷蔵庫を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄冷式冷蔵庫に係
り、冷蔵庫および冷凍庫などで、特に夜間電力を利用し
蓄冷器に冷熱を蓄え、昼間の電力使用ピ−ク時に蓄えた
冷熱を用いて冷却することにより、ピ−クシフト機能を
達成する蓄冷式冷蔵庫に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力需要の増大に伴い、ピーク時
の電力供給の不足が問題となり、電気機器については、
いわゆるピ−クシフト機能を有するものが求められてい
る。例えば、冷蔵庫についても、深夜の電力使用量の少
ないときに蓄冷し、昼間の電力使用量の多いときに蓄冷
した熱を利用して、昼間と夜間の電力使用量を平均化で
きる蓄冷式冷蔵庫が開発されている。

【０００３】この種の蓄冷式冷蔵庫の従来技術として
は、例えば、特開昭５５−１５２３４９号公報あるいは
特開平５−３３２６６１号公報記載の技術が知られてい
る。これらの技術は、いずれも冷蔵庫の中に設けた蓄冷
器内に熱交換器を構成し、冷蔵庫冷却用の冷凍サイクル
の低圧側配管を分岐し、弁操作により上記蓄冷器内熱交
換器を冷却し、電力使用量の少ない夜間に、蓄冷器内の
蓄冷材に冷熱を蓄えるものであった。

【０００４】一方、電力使用量の多い昼間の放冷時に
は、冷凍室または冷蔵室冷却用の熱交換器と蓄冷器内熱
交換器とがル−プ状になるように弁操作でサイクルを切
り替え、冷凍室または冷蔵室冷却用熱交換器で熱を奪
い、蒸発したガス冷媒を蓄冷器内熱交換器で冷却して凝
縮し、液冷媒を再び冷凍室または冷蔵室冷却用熱交換器
に導いて冷却することによりピ−クシフト運転を行うも
のであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、蓄
冷器からの熱の出し入れに冷凍サイクルを利用している
ため、蓄冷器と冷凍サイクルがサイクル的に接続され、
さらに冷凍サイクルには切替弁も必要とし、高価なシス
テムとなっていた。したがって、ユ−ザがたとえ電力料
金の安い深夜電力を利用して蓄熱を行っても、本システ
ムの価格アップ分を償却するためには長い年月がかか
り、実用的なシステムとは言えないという問題があっ
た。

【０００６】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、本発明の目的は、冷蔵庫冷却
用の本来の冷凍サイクルは通常の状態で、切替弁や複雑
なサイクル配管構成を必要とせず、通常の冷蔵庫を母体
として蓄冷式冷蔵庫を生産することができ、従来に比べ
安価でピークシフト機能をもつ実用的な蓄冷式冷蔵庫を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る蓄冷式冷蔵庫の最も基本的な構成は、
少なくとも冷蔵庫の庫内の熱を庫外に放熱する手段に関
わる冷凍サイクルを有する冷蔵庫において、冷蔵庫内の
最も温度帯の低い領域に、上記の冷凍サイクルとは独立
した蓄冷器を設け、この蓄冷器を構成する面に、当該蓄
冷器と前記最も温度帯の低い領域との間で熱の出し入れ
を行いうる電子冷却素子モジュ−ルを設け、前記蓄冷器
の中に、前記最も温度帯の低い領域の温度と同等の温度
の融点を有する潜熱蓄熱材を入れたものである。

【０００８】また、上記目的を達成するために、本発明
に係る蓄冷式冷蔵庫のより具体的な構成は、少なくとも
冷蔵庫の庫内の熱を庫外に放熱する手段に関わる冷凍サ
イクルを有する冷蔵庫において、冷蔵庫内の最も温度帯
の低い領域に、上記の冷凍サイクルとは独立した蓄冷器
を設け、この蓄冷器を構成する面に、当該蓄冷器と前記
最も温度帯の低い領域との間で熱の出し入れを行いうる
電子冷却素子モジュ−ルを設け、前記蓄冷器の中に、前
記最も温度帯の低い領域の温度と同等の温度の融点を有
する潜熱蓄熱材を入れて、蓄冷器と冷凍サイクルがサイ
クル的に接続されていない蓄冷式冷蔵庫を構成し、前記
電子冷却素子モジュ−ルに電流を供給する直流電源と、
それを制御するコントロ−ラとを設け、このコントロ−
ラは、少なくとも蓄冷運転を行う夜間電力料金時間帯
か、あるいはピ−クシフトの必要な時間帯かを判断でき
る計時手段と、蓄冷，放冷の開始または終了を制御する
手段とを備えたものである。

【０００９】すなわち、上記課題を解決するために、本
発明者らは、蓄冷器と冷凍サイクルがサイクル的に接続
されていない蓄冷式冷蔵庫を開発した。以下にその具体
的内容を図１ないし図５を参照して説明する。なお、図
１，２の詳細は、実施の形態の項で後述する。図３は、
電子冷却素子モジュ−ルの素子の放熱面温度Ｔhと冷却
面温度Ｔcとの温度差ΔＴ＝Ｔh−ＴcとＣＯＰとの関係
を示す線図、図４は、蓄冷式冷蔵庫の蓄冷運転時の動作
温度レベルを示す説明図、図５は、蓄冷式冷蔵庫の放冷
運転時の動作温度レベルを示す説明図である。

【００１０】本発明では、冷蔵庫冷却用の本来の冷凍サ
イクルは、図２に示すようにそのままの状態とし、冷凍
サイクルとは別に独立して図１に示すように、蓄冷器を
冷凍室に設ける。この蓄冷器を構成する面に、蓄冷器と
冷凍室の間で熱の出し入れを行うことのできる電子冷却
素子モジュ−ルを設ける。蓄冷器の中には、冷蔵庫内の
最も温度帯の低い領域である冷凍室の温度と同じ温度の
融点（例えば−１８℃）を有する潜熱蓄熱材を入れる。

【００１１】図３は、横軸にΔＴ＝Ｔｈ−Ｔｃ、縦軸に
ＣＯＰをとり、その関係を示してする。一般に、電子冷
却素子モジュ−ルは、素子の放熱面温度Ｔｈと冷却面温
度Ｔｃとの温度差ΔＴ＝Ｔｈ−Ｔｃが小さくなると、図
３に示すように、ＣＯＰすなわち（冷却能力）／（消費
電力）は大幅に大きくなり、わずかな消費電力で熱を移
動させることができる。

【００１２】先に述べたように、冷凍室温度−１８℃、
蓄冷材温度−１８℃のとき、夜間に蓄冷器に冷熱を蓄え
る場合、図４に示すように、例えば、放熱面温度Ｔｈ＝
−１１℃、冷却面温度Ｔｃ＝−２１℃、すなわち、ΔＴ
＝Ｔｈ−Ｔｃ＝１０℃であれば、潜熱蓄熱材（蓄冷材）
から熱Ｑｃを奪い＜該蓄熱材を凝固させることができ
る。このとき、電子冷却素子モジュ−ルの放熱面からは
Ｑｃと電子冷却素子モジュ−ルの入力Ｗｉとの和Ｑｈ＝
Ｑｃ＋Ｗｉが冷凍室に放熱される。この放熱量Ｑｈは、
本来の冷凍サイクルの蒸発器で吸熱され凝縮器から冷蔵
庫の外に放出される。

【００１３】昼間の電力使用ピ−ク時に、蓄冷器に蓄え
た冷熱を用いて冷蔵庫を冷却する場合には、電子冷却素
子モジュ−ルに蓄冷時とは逆の極性で通電する。通電の
極性を逆にしているので、電子冷却素子モジュ−ルの冷
凍室側の面が、図５に示すように、例えばＴｃ＝−２５
℃まで下がり、冷凍室から熱Ｑｃを奪う。このとき、電
子冷却素子モジュ−ルの蓄熱材側の面はＴｈ＝−１５℃
となり、潜熱蓄熱材（蓄冷材）にＱｈ＝Ｑｃ＋Ｗｉの熱
を与える。蓄熱材は融解し融解潜熱でこのＱｈを吸収す
る。

【００１４】一例として、冷蔵庫の熱負荷を、例えば１
００Ｗとして、これを通常の冷凍サイクルで冷却する場
合、冷凍サイクルＣＯＰ＝１．２とすると、消費電力Ｗ
ｃ＝８３Ｗとなる。これに対して、上記したように、放
冷時のΔＴ＝Ｔｈ−Ｔｃ＝１０℃で電子冷却素子モジュ
−ルを動作させると、図３に示すように、ＣＯＰ＝３．
５であり、電子冷却素子モジュ−ル消費電力はＷｉ＝２
９Ｗとなり、差引きＷｃ−Ｗｉ＝５４Ｗとなる。したが
って、昼間の電力使用ピ−ク時にその分だけ電力使用料
を押さえることができる。

【００１５】また、時間帯別電気料金制度によれば、夜
間の電気料金は通常電気料金の約３０％であるため、ユ
−ザの電気料金節約効果も得られる。以上に述べたよう
に、冷凍サイクルとは独立に蓄冷器を設けるため、従来
技術のように切替弁、ポンプおよび複雑なサイクル配管
構成を必要とせず、通常の冷蔵庫を母体として蓄冷式冷
蔵庫を生産できるので、従来に比べ安価な蓄冷式冷蔵庫
を供給することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図８を参照して説明する。 〔実施の形態 １〕図１は、本発明の一実施の形態を示
す蓄冷式冷蔵庫の縦断面図、図２は、図１の冷蔵庫の庫
内の熱を庫外に放熱する手段に関わる冷凍サイクル構成
図、図６は、図１の蓄冷式冷蔵庫に用いられた蓄冷器の
一例を示す断面図である。

【００１７】この冷蔵庫１は、冷凍室２および冷蔵室３
を備えたもので、冷凍サイクルは図２に示すように、圧
縮機４、凝縮器５、減圧器６、および蒸発器７により構
成されている。さらに、蒸発器７に風を送り冷気を冷凍
室２内に吹き出すことのできるファン８が設けられてい
る。そして、この冷蔵庫１内の最も温度帯の低い領域で
ある冷凍室２には、その冷凍室２上部に冷凍サイクルと
は別に、独立に蓄冷器９が設けられている。その蓄冷器
９を形成する容器の中には、冷凍室２と同じ温度（例え
ば−１８℃）の潜熱蓄熱材である蓄冷材１０が入れられ
ている。

【００１８】また、蓄冷器９を構成する面のうち、冷凍
室内の貯蔵物品のある空間側の面９ａの一部に、蓄冷器
９と冷凍室２との間で熱の出し入れを行いうる電子冷却
素子モジュ−ル１１を設けている。電子冷却素子モジュ
−ル１１の詳細を図６に示す。図６において、１２は電
子冷却素子、１３は電極、１４は直流電源、１５ａは、
蓄冷器９の面９ａに接触する第一の絶縁板、１５ｂは、
冷凍室２内の空気に接触する第二の絶縁板、２０は、直
流電源１４を制御するコントローラである。

【００１９】複数の電子冷却素子１２は、電極１３によ
り直列に接続され、直流電源１４に接続されている。ま
た、電極１３の外側には絶縁板１５ａ，１５ｂが設けら
れ、第一の絶縁板１５ａは蓄冷器９の面９ａに熱的に接
触している。一方、第二の絶縁板１５ｂは冷凍室２内の
空気と熱交換可能な状態に構成されている。このよう
に、蓄冷器９に熱的に接触している電子冷却素子モジュ
−ル１１は、所定の熱交換量に応じて複数個用いてもよ
い。

【００２０】直流電源１４は、コントロ−ラ２０から信
号を得て電子冷却素子モジュ−ル１１に通電を行う。コ
ントロ−ラ２０は、少なくとも蓄冷運転を行う夜間電力
料金時間帯か、あるいはピ−クシフトの必要な時間帯か
を判断できる計時手段と、蓄冷，放冷の開始または終了
を制御する制御手段を備えている。

【００２１】以上の構成において、最初に冷凍サイクル
による通常の冷却運転を説明する。圧縮機４で圧縮され
た高圧高温冷媒は、凝縮器５で冷却され液冷媒になる。
液冷媒は減圧器６で減圧され、低圧低温の気液二相流に
なり蒸発器７に流入する。蒸発器７にはファン８で風が
送られ、蒸発器７内の冷媒を蒸発させることにより、フ
ァン８で送られた空気が冷却され、冷凍室２内を冷却す
る。なお、冷蔵室３内の冷却は冷蔵室３内の温度を検出
し、所定の温度以上であれば冷凍室２内の冷気を冷蔵室
３に送り冷蔵室３を所定の温度に保つ。

【００２２】次に、夜間電力利用による蓄冷運転時の動
作を説明する。電子冷却素子モジュ−ル１１の電子冷却
素子１２に直流電流を通電し、蓄冷器９に熱的に接触し
ている第一の絶縁板１５ａが低温となり蓄冷器９から吸
熱し、反対側の第二の絶縁板１５ｂが高温になり放熱す
るように通電する。このとき、通電電流と吸熱側および
放熱側熱抵抗を所定の値に設計することにより図４に示
すように、例えば、放熱面温度Ｔｈ＝−１１℃、冷却面
温度Ｔｃ＝−２１℃、すなわちΔＴ＝Ｔｈ−Ｔｃ＝１０
℃にでき、蓄冷材１０から熱Ｑｃを奪い蓄冷材１０を凝
固させることができる。

【００２３】このとき、電子冷却素子モジュ−ル１１の
放熱面からはＱｃと電子冷却素子モジュ−ル１１の入力
Ｗｉとの和Ｑｈ＝Ｑｃ＋Ｗｉが冷凍室に放熱される。こ
の放熱量Ｑｈは本来の冷凍サイクルの蒸発器７で吸熱さ
れ凝縮器５から冷蔵庫の外に放熱され、冷凍室２内は所
定の温度に保たれる。

【００２４】次に、昼間の電力使用ピ−ク時に蓄冷器９
に蓄えた冷熱を用いて冷蔵庫を冷却する場合について説
明する。冷蔵庫１の熱負荷により冷蔵庫内の温度が所定
の温度を超えようとしたとき、冷蔵庫１内を冷却するた
めに、電子冷却素子モジュ−ル１１に蓄冷時とは逆の極
性で通電する。通電の極性を逆にしているので、電子冷
却素子モジュ−ル１１の冷凍室２側の第二の絶縁板１５
ｂが図５に示すように、例えばＴｃ＝−２５℃まで下が
り、冷凍室２から熱Ｑｃを奪う。このとき、電子冷却素
子モジュ−ル１１の蓄冷器９側の第一の絶縁板１５ａ
は、Ｔｈ＝−１５℃となり、蓄冷材１０にＱｈ＝Ｑｃ＋
Ｗｉの熱を与える。蓄冷材１０は融解し融解潜熱でこの
Ｑｈを吸収する。

【００２５】上記の実施形態によれば、冷凍サイクルと
は独立した蓄冷器９を設け、蓄冷器９を構成する面９ａ
に蓄冷器９と冷凍室２の間で熱の出し入れを行うことの
できる電子冷却素子モジュ−ル１１を設け、蓄冷器９の
中には冷凍室２と同じ温度の融点（例えば−１８℃）を
有する蓄冷材（潜熱蓄熱材）１０を入れ、蓄冷器９と冷
凍サイクルがサイクル的に接続されていない蓄冷式冷蔵
庫を構成する。これにより、冷蔵庫冷却用の本来の冷凍
サイクルは通常の状態とすることができるので、従来技
術のように切替弁、ポンプおよび複雑なサイクル配管構
成を必要とせず、通常の冷蔵庫を母体として蓄冷式冷蔵
庫を生産でき、従来に比べ安価な蓄冷式冷蔵庫を提供す
ることができる。

【００２６】〔実施の形態 ２〕次に、電子冷却素子モ
ジュ−ルの他の実施の形態を図７および図８を参照して
説明する。図７は、本発明の他の実施の形態に係る蓄冷
器に用いる汎用電子冷却素子モジュ−ル単体の断面図、
図８は、図７の汎用電子冷却素子モジュ−ルを用いた蓄
冷器の断面図である。図中、図６と同一符号のものは先
の実施の形態と同等機能の部品である。

【００２７】先に、図６に示した電子冷却素子モジュ−
ル１１は、蓄冷器９の大きさに合わせて電子冷却素子１
２を冷却能力を確保できる所定の数だけ分散配置したも
のであるが、図７，８に示す例は、電子冷却素子をコン
パクトにまとめた汎用電子冷却素子モジュ−ル１６を採
用したものである。図７に示す汎用電子冷却素子モジュ
−ル１６は、直流電源１４（図７，８には図示せず）に
接続する電極１３と、該電極１３を介して直列に配列さ
れた複数の電子冷却素子１２と、これらを挾むように前
記電子冷却素子１２の両側に設けた絶縁板１５ａ，１５
ｂとで構成されたものである。

【００２８】このコンパクトな汎用電子冷却素子モジュ
−ル１６単体を、蓄冷材１０を入れた前記蓄冷器９を構
成する容器における、冷凍室２内の貯蔵物品のある空間
側の面９ａの一部に、図８に示す実施形態のように複数
個必要に応じて配置し、その外側に、熱交換板１７を設
けて、冷凍室２内の空気と熱交換可能な状態に構成され
ている。

【００２９】なお、特に図示して説明しないが、図６，
図８の実施の形態のいずれにおいても、電子冷却素子モ
ジュ−ル１１あるいは汎用電子冷却素子モジュ−ル１６
が接触している蓄冷器９内の面１８にフィンなどの熱交
換手段を設けてもよい。また、冷凍室２内の空気と熱交
換を行う第二の絶縁板１５ｂ（図６参照）あるいは熱交
換板（図８参照）にもフィンなどの熱交換手段を設けて
もよい。

【００３０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、冷蔵庫冷却用の本来の冷凍サイクルは通常の状態
で、切替弁や複雑なサイクル配管構成を必要とせず、通
常の冷蔵庫を母体として蓄冷式冷蔵庫を生産することが
でき、従来に比べ安価でピークシフト機能をもつ実用的
な蓄冷式冷蔵庫を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す蓄冷式冷蔵庫の縦
断面図である。

【図２】図１の冷蔵庫の庫内の熱を庫外に放熱する手段
に関わる冷凍サイクル構成図である。

【図３】電子冷却素子モジュ−ルの素子の放熱面温度Ｔ
hと冷却面温度Ｔcとの温度差ΔＴ＝Ｔh−ＴcとＣＯＰと
の関係を示す線図である。

【図４】蓄冷式冷蔵庫の蓄冷運転時の動作温度レベルを
示す説明図である。

【図５】蓄冷式冷蔵庫の放冷運転時の動作温度レベルを
示す説明図である。

【図６】図１の蓄冷式冷蔵庫に用いられた蓄冷器の一例
を示す断面図である。

【図７】本発明の他の実施の形態に係る蓄冷器に用いる
汎用電子冷却素子モジュ−ル単体の断面図である。

【図８】図７の汎用電子冷却素子モジュ−ルを用いた蓄
冷器の断面図である。

【符号の説明】

１…冷蔵庫、２…冷凍室、３…冷蔵室、４…圧縮機、５
…凝縮器、６…減圧器、７…蒸発器、１０…蓄冷材、１
１…電子冷却素子モジュ−ル、１２…電子冷却素子、１
３…電極、１４…直流電源、１５ａ，１５ｂ…絶縁板、
１６…汎用電子冷却素子モジュ−ル、１７…熱交換板、
１８…蓄冷器９内の面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 恒雄 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内 (72)発明者 山田 和浩 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも冷蔵庫の庫内の熱を庫外に放
   熱する手段に関わる冷凍サイクルを有する冷蔵庫におい
   て、 冷蔵庫内の最も温度帯の低い領域に、上記の冷凍サイク
   ルとは独立した蓄冷器を設け、 この蓄冷器を構成する面に、当該蓄冷器と前記最も温度
   帯の低い領域との間で熱の出し入れを行いうる電子冷却
   素子モジュ−ルを設け、 前記蓄冷器の中に、前記最も温度帯の低い領域の温度と
   同等の温度の融点を有する潜熱蓄熱材を入れたことを特
   徴とする蓄冷式冷蔵庫。
2. 【請求項２】 少なくとも冷蔵庫の庫内の熱を庫外に放
   熱する手段に関わる冷凍サイクルを有する冷蔵庫におい
   て、 冷蔵庫内の最も温度帯の低い領域に、上記の冷凍サイク
   ルとは独立した蓄冷器を設け、 この蓄冷器を構成する面に、当該蓄冷器と前記最も温度
   帯の低い領域との間で熱の出し入れを行いうる電子冷却
   素子モジュ−ルを設け、 前記蓄冷器の中に、前記最も温度帯の低い領域の温度と
   同等の温度の融点を有する潜熱蓄熱材を入れて、蓄冷器
   と冷凍サイクルがサイクル的に接続されていない蓄冷式
   冷蔵庫を構成し、 前記電子冷却素子モジュ−ルに電流を供給する直流電源
   と、それを制御するコントロ−ラとを設け、 このコントロ−ラは、少なくとも蓄冷運転を行う夜間電
   力料金時間帯か、あるいはピ−クシフトの必要な時間帯
   かを判断できる計時手段と、蓄冷，放冷の開始または終
   了を制御する手段とを備えたことを特徴とする蓄冷式冷
   蔵庫。
3. 【請求項３】 請求項２記載のものにおいて、電子冷却
   素子モジュ−ルは、 潜熱蓄熱材を入れた前記蓄冷器を構成する容器におけ
   る、前記最も温度帯の低い空間領域側の面に必要に応じ
   分散して配置されるもので、 該蓄冷器の面に接触する第一の絶縁板と、 前記最も温度帯の低い領域内の空気に接触する第二の絶
   縁板と、 これら第一，第二の絶縁板の間にあって、前記直流電源
   に電極によって直列に接続された複数の電子冷却素子と
   からなることを特徴とする蓄冷式冷蔵庫。
4. 【請求項４】 請求項２記載のものにおいて、電子冷却
   素子モジュ−ルは、 前記直流電源に接続する電極と、該電極を介して直列に
   配列された複数の電子冷却素子と、これらを挾むように
   前記電子冷却素子の両側に設けた絶縁板とで構成された
   電子冷却素子モジュール単体を、 潜熱蓄熱材を入れた前記蓄冷器を構成する容器におけ
   る、前記最も温度帯の低い空間領域側の面に必要に応じ
   て配置し、 その必要に応じて配置された前記電子冷却素子モジュー
   ル単体の外側に、前記最も温度帯の低い領域内の空気と
   接触する熱交換板を設けたことを特徴とする蓄冷式冷蔵
   庫。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４記載のもののいずれか
   において、前記蓄冷器内の面、あるいは前記電子冷却素
   子モジュ−ルの前記最も温度帯の低い領域内の空気と接
   触する部材の面に熱交換フィンを形成したことを特徴と
   する蓄冷式冷蔵庫。