WO2017013859A1

WO2017013859A1 - 冷蔵庫

Info

Publication number: WO2017013859A1
Application number: PCT/JP2016/003326
Authority: WO
Inventors: 桂南部; 森　貴代志; 健一柿田; 上迫　豊志
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2016-07-14
Publication date: 2017-01-26
Also published as: EP3327377A1; CN107850366A; EP3327377A4

Abstract

冷蔵庫は、収納室（１０７）と、冷却器と、冷気を収納室（１０７）に送風する送風部と、送風部を制御する制御部とを備え、制御部は、収納室（１０７）に保存された食品の表面を微凍結させるとともに、微凍結温度で食品が保存されるよう、収納室（１０７）への冷気の送風を制御するよう構成されている。

Description

冷蔵庫

　本発明は、食品を新鮮に保存することができる冷蔵庫に関するものである。

　近年、共働きおよび高齢化などの社会動向を背景に、食品の買い物頻度は減少傾向が続き、すぐに喫食されない予定の食品が家庭で保存される割合が増えている。一方で、鮮度の高い食品をおいしく食べたいという要望は変わらないため、結果的に家庭用冷蔵庫の鮮度維持性能に対する要求は高まっている。

　食品の劣化要因としては、微生物の増殖による腐敗、食品の酵素による自己分解および酸化による劣化が大きい。これまでの家庭用冷蔵庫では、低温保存によって上記３要因による変化速度を抑制することを目的としている。しかし、冷凍保存（－１８℃以下）すると調理前の取り分けに解凍が必要であるなどの問題が生じ、冷蔵（４℃）および冷凍の中間の新温度帯が比較的短期間の保存に用いられる。特に、パーシャル温度（－１～－５℃）保存は、細胞外液のみを凍結するものであり、チルド（１～４℃）よりも低温による保存性と取分けの容易さを両立するものである。しかし、脂肪分を比較的多く含む鮮魚および精肉の保存については、油脂の酸化による変化が完全に抑制されるとはいえない。

　油脂の酸化を抜本的に解決する方法の一つとして、流通業界で用いられるグレージングが挙げられる。グレージングとは、食品を酸素に接触させないことを目的に、食品の表面に氷衣を作る技術である。具体的にはいったん凍らせた食品の表面に低温水を吹き付けた後に再度食品を冷凍して、食品の外側に１ｍｍ程度の氷の層を作る技術である。グレージングを家庭用冷蔵庫で実現することを目的に、冷蔵庫内に設けられた浸漬槽に食品を浸漬し、食品の表面に水を付着させてから凍結する技術（例えば特許文献１）がある。

　しかしながら、特許文献１の技術では、使用者が食品を無作為に並べて凍らせれば、氷衣同士が凍結により固着して食品の取り出し時に分離の手間がかかるという問題が生じる。また、浸漬槽を定期的に洗浄するなど、別の手間が生じる。加えて、水の付着により食品によっては味が水っぽくなるという問題が生じ、特許文献１の技術を利用できる対象食品が限られる。

　また、特許文献１の技術では、使用者が自ら作業しなければならず、多大な手間がかかるという問題を有している。

特開平３－１７０７６５号公報

　本発明は、食品同士を固着させたり、風味を低下させたりすることなく、食品と酸素との接触を遮断して酸化を防止する冷蔵庫を提供する。また、本発明は、簡素な仕様で収納室内への食品投入有無を判定し、素早く確実に食品を鮮度を保つことができる冷蔵庫を提供する。

　具体的には、本発明の実施の形態の一例による冷蔵庫は、収納室と、冷気を生成する冷却器と、冷却器からの冷気を収納室に送風する送風部と、送風部を制御する制御部とを備える。制御部は、収納室に保存された食品の表面を微凍結させるとともに、食品が微凍結温度で保存されるよう、収納室への冷気の送風を制御するよう構成されている。

　このような構成により、微凍結層により食品と酸素との接触を遮断して酸化を防止するとともに、食品の取分けおよび切分けが容易に行われ、風味を劣化させることなく、保存食品を新鮮に保存することができる。

　また、本発明の実施の形態の一例による冷蔵庫は、送風部が、冷却器からの冷気を収納室に送風するダクトと、ダクト内に設けられたダンパ装置と、収納室内の温度を検知する温度センサとをさらに備えていてもよい。この場合、制御部は、ダンパ装置を所定時間強制的に開放させ、収納室に保存された食品の表面を急速に微凍結させるとともに、表面が微凍結された食品が微凍結温度で保存されるよう、温度センサの検知温度に基づいてダンパ装置を開閉制御するよう構成されている。このような構成により、食品が冷蔵庫に投入された後、即座に急冷が開始されて、より短時間で食品と酸素との接触を遮断して酸化を防止することが可能となる。

　また、本発明の実施の形態の一例による冷蔵庫は、制御部が、ダンパ装置を所定時間強制的に開放させるとともに、圧縮機を連続運転させるよう構成されていてもよい。このような構成により、食品の表面を急速に微凍結させて、短時間で酸素との接触を遮断して酸化を防止可能になる。

　また、本発明の実施の形態の一例による冷蔵庫は、収納室の開閉を検知する収納室開閉検知部をさらに備え、収納室開閉検知部の開閉検知を起点に、制御部による制御が実行されよう構成されていてもよい。このような構成により、使用者による食品の投入操作をより短時間で検知することが可能になり、食品と酸素との接触時間を短縮して酸化を防止することができる。

　また、本発明の実施の形態の一例による冷蔵庫は、収納室が貯蔵室内の一画に内蔵され、収納室は貯蔵室とは独立して温度制御されるよう構成されていてもよい。このような構成により、一度生成された微凍結層が安定に維持されて酸化防止効果を維持することができる。また、収納室内の温度変動を低減することができ、保存食品の保鮮性を高めることができる。

　また、本発明の実施の形態の一例による冷蔵庫は、収納室の開閉を検知する収納室開閉検知部と、収納室内への食品投入有無を判定する食品投入有無判定部とをさらに備えていてもよい。この場合、食品投入有無判定部は、制御部により送風部による送風を所定時間強制的に停止させ、温度センサの検知温度（検知温度のグラフの傾き）に基づいて収納室内への食品投入有無を判定するよう構成されている。このような構成により、収納室内への食品投入有無の判定を簡素な仕様で行うことができる。

　また、本発明の実施の形態の一例による冷蔵庫は、収納室内への食品投入有無を判定する食品投入有無判定部をさらに備えていてもよい。この場合、食品投入有無判定部が、制御部により送風部による冷気の送風を所定時間強制的に停止させた後、送風部を所定時間強制的に運転させて、送風部の強制運転中における温度センサの検知温度（検知温度のグラフの傾き）に基づいて収納室内への食品投入有無を判定する。このような構成により、収納室内への食品投入有無の判定を簡素な仕様で確実に行うことができる。

　また、本発明の実施の形態の一例による冷蔵庫は、食品投入有無判定部による判定が、複数回実行されて収納室内への食品投入有無の判定を行うよう構成されていてもよい。このような構成により、収納室内への食品投入有無の判定を簡素な仕様でより確実に行うことができる。

　また、本発明の実施の形態の一例による冷蔵庫は、収納室の開閉を検知する収納室開閉検知部と、収納室内への食品投入有無を判定する食品投入有無判定部とをさらに備え、食品投入有無判定部が、収納室開閉検知部の開閉検知を起点に、収納室内への食品投入有無の判定を行うよう構成されていてもよい。このような構成により、より確実に食品投入有無の判定を行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態１における冷蔵庫の正面図である。図２は、本発明の実施の形態１における冷蔵庫の図１の２－２断面図である。図３は、本発明の実施の形態１における冷蔵室の要部拡大図である。図４は、本発明の実施の形態１における冷蔵庫の制御ブロック図である。図５は、本発明の実施の形態１における冷蔵庫の投入負荷検知から急冷運転の制御フローチャートである。図６は、本発明の実施の形態１における冷蔵庫の投入負荷検知のシーケンス図である。図７は、本発明の実施の形態１における冷蔵庫の急冷運転のシーケンス図である。図８は、本発明の実施の形態１における冷蔵庫の微凍結開始時間と３日後のＰＯＶ値との関係を示す図である。図９Ａは、本発明の実施の形態２における冷蔵庫の温度勾配ΔＴと第１の急冷の圧縮機回転数との関係を示す図である。図９Ｂは、本発明の実施の形態２における冷蔵庫の温度勾配ΔＴと第２の急冷の運転時間との関係を示す図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１による冷蔵庫の正面図、図２は、図１の２－２断面図、および、図３は、本発明の実施の形態１による冷蔵室の要部拡大図である。図４は、本発明の実施の形態による冷蔵庫の制御ブロック図であり、図５は本発明の実施の形態による冷蔵庫の投入負荷検知から急冷運転の制御フローチャートである。

　図１および図２において、冷蔵庫１０１は、上段、中段及び下段に区画された貯蔵室を備える。具体的には、貯蔵室は、上段に、前面に観音開き式扉（冷蔵室扉１０２ａ）を有する冷蔵室１０２、及び、その下方に、引出し扉を備える第一の冷凍室１０３と、第一の冷凍室１０３と横並びに配設された、引出し扉を備える製氷室１０５とを有する。また、貯蔵室は、最下部に配置される、引出し扉を備えた野菜室１０６と、製氷室１０５と野菜室１０６の間に配置された第二の冷凍室１０４とを有する。

　冷蔵庫１０１は、冷蔵室扉１０２ａ、第一の冷凍室扉１０３ａ、第二の冷凍室扉１０４ａ、製氷室扉１０５ａ及び野菜室扉１０６ａを有する。冷蔵室１０２と、製氷室１０５および第一の冷凍室１０３とは、上下に断熱区画壁１１１により区画される。同様に、横並びに配置された製氷室１０５及び第一の冷凍室１０３と、第二の冷凍室１０４とは、断熱区画壁１１１により上下に区画される。さらに、第二の冷凍室１０４と野菜室１０６も、同様に断熱区画壁１１１により上下に区画される。

　また、冷蔵庫１０１は、外箱１０８と内箱１０９との間に充填された断熱壁１１０を有する。さらに、冷蔵庫１０１の上段に設けられた冷蔵室１０２内の下部には、独立した貯蔵室としての変温室１０７が区画形成されている。変温室１０７は、切替え室として構成され、例えば、本実施の形態の場合は、０℃付近の冷蔵温度帯の第一の温度帯（チルド）と、第一の温度帯および約－６℃以下の冷凍温度帯の間の温度帯となる約－３℃の第二の温度帯（パーシャル）とに、温度設定が切替可能に構成されている。

　次に、冷却システムの構成について説明する。第二の冷凍室１０４の背面後方には、冷却室１１４が形成されており、冷却室１１４の内部には冷却器１１５が設けられている。冷却器１１５は、冷蔵庫１０１の上部に設けられた機械室１１３に設置された圧縮機１１２とともに、冷蔵庫１０１を冷却する冷凍サイクルを構成する。また、冷却室１１４には、冷却器１１５で熱交換された冷気を強制循環させる送風ファン１１６が配置されている。送風ファン１１６の上方には、ダンパ装置１１７が配設されている。ダンパ装置１１７は、冷蔵室１０２に流入する冷気を分配するダンパ装置１１７ａと、変温室１０７に流入する冷気を分配するダンパ装置１１７ｂとを有する。貯蔵室は、それぞれ互いに異なる温度帯に設定されて使用できるよう構成されている。具体的には、例えば、冷蔵室１０２の庫内温度は約２～３℃、野菜室１０６の庫内温度は約２～５℃、並びに、第一の冷凍室１０３および第二の冷凍室１０４の庫内温度は約－１８～－２０℃の温度帯に、それぞれ設定され、貯蔵室は温度帯を分けて使用可能に構成されている。このような構成により、食品の保存に適した温度帯を選択することができ、食品の保存に適した温度で貯蔵することが可能となるため、より高い保鮮性と長期保存を実現することができる。

　次に、変温室１０７、及び、変温室１０７の天面に設置される照明装置１２１の構成について、図３および図４を用いて説明する。変温室１０７は、その上部が、冷蔵室１０２の最下段に位置する棚板１１８としても利用できる合成樹脂製の上面カバー１２２で構成され、上面カバー１２２の下方は、前後方向に引き出し可能に収納された合成樹脂製の収納ケース１２３と、変温室１０７の上面カバー１２２の前面開口部に開閉自在に設けられた開閉扉１２４とで構成されている。開閉扉１２４は、閉時には収納ケース１２３の前面壁１２３ｂと密着し、変温室１０７内が実質的に密閉空間となるよう構成されている。また、開閉扉１２４は、内部に収納された食品が視認できるように、透明性の高い合成樹脂製で形成されている。

　さらに、変温室１０７の奥壁面には、開閉扉１２４が閉時に収納ケース１２３の後面壁１２３ａと嵌合するように構成された、扉開閉検知部１２７が設けられている。また、本実施の形態では、収納ケース１２３の底面には、アルミ製の底板１２８が嵌め込まれ、冷却性能向上及び照明装置１２１からの照明拡散による視認性向上が図られている。なお、アルミ製の底板１２８は、特に必須のものではない。

　また、変温室１０７の奥壁面後方には、ダンパ装置１１７ｂで分配された冷気を変温室１０７に導く変温室背面ダクト１２５が形成されており、変温室１０７の天面には、変温室背面ダクト１２５の下流となる変温室天面ダクト１２６が配置されている。変温室天面ダクト１２６は、断熱性を有する発泡断熱部材で形成された断熱ダクト部材１２６ａと、その外周を覆う化粧板となる合成樹脂製のダクトカバー１２６ｂとを備え、上面カバー１２２とともにダクトを構成している。収納ケース１２３に面する上方には、変温室１０７内へ冷気を吐出する冷気吹出し口１２９が形成されている。なお、送風部は、少なくとも冷却器からの冷気を収納室に送風するダクト（冷蔵室ダクト１２０、変温室背面ダクト１２５および変温室天面ダクト１２６）と、ダクト内に設けられたダンパ（ダンパ装置１１７ａ、ダンパ装置１１７ｂ）と、収納室内の温度を検知する温度センサ（変温室温度センサ１３３）とを備える。

　また、変温室１０７内には、室内を照射する照明装置１２１が、変温室天面ダクト１２６の奥行中心位置よりも前方の開閉扉側に、ダクトカバー１２６ｂに埋め込まれて設置されている。

　次に、冷蔵室１０２には、冷蔵室扉１０２ａの開閉状態を検知する冷蔵室扉スイッチ１３０が設置されている。冷蔵庫１０１の庫内外の任意の場所には、変温室１０７の温度帯および運転モードを切替える設定部１３１が設置されている。また、冷蔵室扉スイッチ１３０から信号Ｓ１、設定部１３１から信号Ｓ２、扉開閉検知部１２７から信号Ｓ３が、それぞれ制御部１３２へ入力される。さらに、制御部１３２からは、信号Ｓ４が圧縮機１１２へ、信号Ｓ５が送風ファン１１６へ、信号Ｓ６がダンパ装置１１７ａへ、信号Ｓ７がダンパ装置１１７ｂへ、それぞれ出力されて、所定の冷却動作がおこなわれる。

　以上のように構成された冷蔵庫１０１について、以下その動作および作用を図５～図７を用いて説明する。

　まず、設定部１３１により、変温室１０７の温度帯が第二の温度帯（パーシャル（ＰＦ））に設定されている状態で、開閉扉１２４が閉扉されると、冷蔵室扉スイッチ１３０が冷蔵室扉１０２ａの閉を検知する（ＳＴＥＰ１）。冷蔵室扉スイッチ１３０が冷蔵室扉１０２ａの閉を検知した（ＳＴＥＰ１）ことを起点として、食品投入有無判定部１３４により負荷（食品）投入の有無を判定する。具体的には、圧縮機１１２が始動後５分以上経過していて、外気温に応じて定められる所定の回転数で運転されている場合（ＳＴＥＰ２）、変温室１０７内を急冷するかどうかを判定する急冷開始判定が開始される（ＳＴＥＰ３）。ＳＴＥＰ２で、圧縮機１１２の始動後の時間が５分に達していない場合は、５分を経過した時点でＳＴＥＰ３に移行する。

　ＳＴＥＰ３で、無負荷（食品投入無し）と判定された場合は、通常のパーシャル制御を行う（ＳＴＥＰ４）。一方、ＳＴＥＰ３で、負荷投入有りと判定された場合は、所定の急冷運転を開始する。急冷運転の詳細は後述するが、概要は以下のとおりである。すなわち、ＳＴＥＰ５の第１の急冷が行われ、その後、ＳＴＥＰ６の第２の急冷が行われる。また、所定の急冷運転終了後は、ＳＴＥＰ７のディープフリーズ保護運転を行う。

　なお、ＳＴＥＰ５の第１の急冷とＳＴＥＰ６の第２の急冷との間に負荷投入の有無を再度判定する急冷解除判定（ＳＴＥＰ８）を行うことが望ましい。急冷解除判定（ＳＴＥＰ８）は、後述するＳＴＥＰ２からＳＴＥＰ３での急冷開始判定と同様である。

　また、急冷解除判定は、変温室（パーシャル室）１０７用のダンパ装置１１７ｂが所定時間強制的に閉じられたときの変温室温度センサ１３３により検知した温度の傾きによって判定してもよい。

　図６において、ＳＴＥＰ２からＳＴＥＰ３での急冷開始判定である食品投入有無判定部１３４のシーケンスを説明する。

　急冷開始判定が始まると、冷蔵室用のダンパ装置１１７ａは強制的に開かれ、変温室（パーシャル室）１０７用のダンパ装置１１７ｂは強制的に閉じられ、圧縮機１１２は所定の回転数を維持したまま運転され、吐出冷気の流量は所定量で、３分間運転される。３分経過後、冷蔵室用のダンパ装置１１７ａは強制的に閉じられ、変温室（パーシャル室）１０７用のダンパ装置１１７ｂは強制的に開かれる。投入負荷検知シーケンス開始から４分後および５分後の温度を変温室温度センサ１３３により検知し、温度勾配ΔＴを算出する（図６参照）。温度勾配ΔＴ値が、４分後のパーシャル室温度によって定められる所定の閾値よりも大きい場合は、投入負荷ありと判定され、急冷運転が開始される。

　上記シーケンスにおいて、検知開始から３分間、変温室１０７の冷却を停止することにより、変温室１０７の温度変化状況を安定化させて温度勾配ΔＴを安定化させることができる。通常、パーシャル運転中は、圧縮機１１２の回転数、吐出冷気の風量、および、変温室１０７内に既に収納されている負荷量が一定ではない。また、庫内温度は、常に上昇中、または下降中である。検知の直前のこれら条件が異なっても一定の閾値で判定できなければならない。変温室１０７の冷却開始に先立って、上述したような所定条件での運転を３分間継続することによって、温度勾配ΔＴ値は主に投入熱負荷を反映することができる。その結果、検知直前の運転状況にかかわらず、安定して正しい判定を行えるようになる。

　加えて、前半３分間で変温室１０７内の温度を高めてから冷却を開始することにより、直ちに冷却するよりも温度勾配ΔＴの絶対値を大きくすることができる。これは、温度勾配ΔＴ値と変温室温度センサ１３３の測定バラツキのＳ／Ｎ比を拡大することになり、結果的に温度勾配ΔＴ値に基づいた判定の精度を高めることができる。

　また、前半３分間に冷蔵室１０２を集中的に強制冷却することによって、冷蔵室１０２の温度は通常運転時よりも低下する。そのため、冷蔵室１０２が再度温度調整されるようになった際、ダンパ装置１１７ａは通常よりも長く閉じられることになる。後述するように、食品の表層微凍結を速めるためには、急冷開始後、ダンパ装置１１７ａが閉じられてダンパ装置１１７ｂのみが開く状態が継続することが重要である。上述の冷蔵室１０２の予備冷却は、ダンパ装置１１７ｂの連続開時間を延長する効果があり、表層微凍結を促進させる。

　投入負荷検知シーケンス開始から３分後に、ダンパ装置１１７ａが閉じられてダンパ装置１１７ｂが開けられることにより、変温室１０７が最大限の速度で冷却される。ダンパ装置開閉の直後は、開閉タイミングなどによって温度勾配が左右されることがあるため、安定の終了した４分後から５分後の間の温度勾配ΔＴ値を指標として判定する。

　変温室１０７に熱負荷の投入がない場合（図６におけるｂ）に比べて、ある程度大きな熱負荷が投入された場合には、変温室温度センサ１３３で測定される庫内温度の低下は遅くなり（図６におけるａ）、温度勾配ΔＴ値は小さくなる。

　温度勾配ΔＴの閾値については、次の様々な条件によって変えて設定される。３分後の庫内温度が比較的高い時には後半２分間の冷却時に温度が降下しやすいために温度勾配ΔＴの閾値の絶対値は比較的大きく、３分後の庫内温度が比較的低い時には逆に温度勾配ΔＴの閾値の絶対値は比較的小さく設定される。外気温が比較的高い場合には、後半２分間の冷却能力が比較的低くなりがちであるため、温度勾配ΔＴの閾値の絶対値は比較的小さく設定される。圧縮機１１２の回転数が比較的高い時には冷却能力が比較的高くなるために、温度勾配ΔＴの閾値の絶対値は比較的大きく設定される。

　検知シーケンスで投入熱負荷の有無を判定するとき、特に温度勾配ΔＴ値が閾値に近い場合には、正しく判定できるかどうかは正規分布に従って確率的に定まる。誤判定には、投入熱負荷があるにも関わらず無い（急冷しない）と判定する第一の誤判定と、投入負荷が無いにも関わらずある（急冷する）と判定する第二の誤判定がある。第一の誤判定および第二の誤判定の確率が等しくなるように温度勾配ΔＴの閾値を設定してもよい。投入熱負荷がより確実に急冷されることが使用上理にかなう場合には、第一の誤判定が極力小さくなるように、上述の等しい確率の場合よりも温度勾配ΔＴの閾値を大きく設定する。逆に、既に変温室１０７内で冷却されている被冷却物が過度に冷却されることが不利益であると考えて、第二の誤判定が極力小さくなるように、上述の等しい確率の場合よりも温度勾配ΔＴの閾値を小さく設定してもよい。

　正しく判定する確率を向上するためには、壁面から変温室１０７内への熱侵入量を一定とすることが効果的である。変温室１０７が冷蔵室１０２内に設けられると、外気温の変化に関わらず冷蔵室１０２の温度変化は所定範囲に収まるため、熱侵入量を一定化しやすく、判定精度の向上に効果的である。

　変温室１０７の温度が所定の温度以上になった場合、および、開閉扉１２４が所定時間以上開かれた場合には、図６の検知シーケンスによらず、下記の急冷または通常のパーシャル運転の冷却を開始してもよい。その結果、検知運転に時間を費やすことなく直ぐにパーシャル室温を下げることができて、食品の温度上昇による鮮度劣化を防ぐことができる。

　次に、図７に示す急冷運転シーケンスについて説明する。急冷運転は、冷却能力の比較的大きな第１の急冷と、冷却能力が通常のパーシャル運転よりは大きく第１の急冷より小さい第２の急冷とにより行われる。第１の急冷運転時の運転条件は、以下のとおりである。すなわち、通常運転時と比べて圧縮機１１２の回転数がより高く設定され、変温室１０７への冷気導入の風量が大きくなるよう設定される。また、第１の急冷運転時は、変温室１０７へのダンパ装置１１７ｂは強制的に開状態に設定され、冷蔵室１０２へのダンパ装置１１７ａはより開きにくく設定されるとともに、圧縮機１１２は停止することなく運転するよう設定される。

　第２の急冷運転時は、変温室１０７の温度調整をおこなって食品が所定温度以上に冷えないようにする。第２の急冷は、上述した第１の急冷運転時の運転条件のいずれか一部の条件で運転される。あるいは、第１の急冷運転時の運転条件と通常運転時の運転条件との間の条件で運転されてもよい。

　冷却能力の大きな第１の急冷は、食品の微凍結を促進する効果がある一方、第１の急冷を継続すると、容量の限られた変温室１０７が主に冷却されるために、蒸発器１１５の冷熱が庫内に完全に放冷されず、蒸発器１１５の温度が低下し続けがちとなる。その結果、低圧保護のため圧縮機１１２の運転を停止せざるを得なくなる。後述するように、微凍結を促進するためには連続して冷却を継続することが必須であるので、蒸発器１１５の所定以上の温度低下を避ける必要がある。そのために、第１の急冷は、例えば３０分間で終了し、回転数のより低い第２の急冷を開始する。第２の急冷において、圧縮機１１２の回転数は、連続運転した場合でも蒸発器１１５の温度が所定以上に低下することを防ぐように設定される。また、それでも蒸発器温度が低下する場合には、ダンパ装置１１７ａを強制的に開いてもよい。

　また、第１の急冷よりも冷却能力の低い第２の急冷を設けることにより、変温室１０７内で既に微凍結済みの食品をディープフリーズさせて硬化させたり、変温室１０７内に着霜したり、変温室１０７に隣接して置かれる食品を想定外に微凍結させたりすることを避ける効果もある。

　食品を急速にかつ確実に微凍結させるためには、所定時間の間、食品が連続して冷却され続けることが次の理由により必要である。すなわち、食品が微凍結する際、表層が微凍結すると食品内部の未凍結部に比べて比熱が約半分、熱伝導率が約４倍となる。この状況で冷却が一時停止すると、未凍結部の熱が微凍結部に熱伝導により伝わりやすいために、微凍結部の温度が再上昇しやすい。その結果、いったん微凍結した部分の温度が容易に０℃まで上昇し、融解が始まる。微凍結、融解が繰り返されることは食品を物理的に劣化させて質を落とすため好ましくない。

　また、表層微凍結を急速にかつ確実に実現するためには、微凍結層を１ｍｍ程度の厚みまで成長させて、微凍結層自体が潜熱蓄熱効果を発揮して食品内部の熱が最表層まで伝熱しないように断熱効果を発揮することが必要である。よって、微凍結層を一定の厚みまで成長させることにより、食品表層に確実に微凍結層を作ることができる。また、微凍結層生成までの時間が、過冷却現象などによって左右されにくく比較的安定する。

　肉および魚などの食品は、細胞膜にリン脂質を含み、皮下組織に中性脂肪を含むが、それらの構成要素である不飽和脂肪鎖は、酸素と接触することにより自動酸化されてヒドロキシペルオキシドを生じる。ヒドロキシペルオキシドを摂食すると、体内でラジカル反応によってＤＮＡが損傷したり生理活性物質が酸化されたりするために有害であるといわれている。

　この点、上述した急冷によって食品の表層全体にむらなく微凍結層を作ると、細胞外液の氷は水に比べて酸素の拡散係数が２桁以上小さいために実質的に細胞および食品内部を酸素から遮断することができる。酸素は上述した自動酸化に必須であるため、ヒドロキシペルオキシドの生成を防ぐことができる。このようにして、表層微凍結を促進すると油脂を含む食品の酸化を抑制することができ、酸化指標であるＡＶ（Ａｃｉｄ　Ｖａｌｕｅ）、ＰＯＶ（Ｐｅｒｏｘｉｄｅ　Ｖａｌｕｅ）およびＴＢＡ（Ｔｈｉｏｂａｒｂｉｔｕｒｉｃ　Ａｃｉｄ）などの値の上昇が抑制されることにより確認できる。

　図８は、食品を微凍結させた際の表層凍結時間のＰＯＶ値と、３日後のＰＯＶ値との関係を示す図である。図８において、縦軸のＰＯＶ値は、０日目のＰＯＶ値を１．０として相対化して示されている。図８より、表層凍結時間が所定時間を超えると、３日の保存日数の間に酸化指標値が上昇することが２種の魚食品で見出される。また、３日間の間のＰＯＶ値の上昇を抑制し、酸化を実質的に止めるためには、食品表面を８時間以内に微凍結し、酸素と油脂との接触を遮断することが効果的であることが見出される。

　同様に、８時間以内に表層微凍結した場合には、Ｋ値（鮮度を示す指標）も３日間で上昇しないことが見出されている。加えて、牛肉および豚肉の場合は、８時間以内に表層微凍結をおこなった場合には、７日後の酸化指標値が上昇しないことが見出されている。本実施の形態においては、急冷運転時の冷却能力は、食品表面が８時間以内に微凍結するように設定されている。

　第１の急冷の最中に、急冷運転の継続を再度判断する急冷解除判定が行われてもよい。急冷解除判定は、図６に示した検知シーケンスと基本的に同じであるが、温度勾配ΔＴの閾値は別途定められる。急冷解除判定は複数回行われてもよい。検知シーケンスによって第二の誤判定がされた場合でも、急冷解除判定をおこなうことにより、急冷運転を途中で停止することによって不要な急冷運転を止めてエネルギ使用量を必要以上に増やさないようにすることができる。

　第２の急冷が終了すると、通常のパーシャル運転に復帰する。通常のパーシャル運転への運転移行の際に、冷却器１１５の温度が所定温度よりも低いと、冷却不要と判断されて圧縮機１１２が停止することがある。通常、圧縮機１１２が停止している間は、蒸発器１１５の冷気を冷蔵庫内に送風する送風ファン１１６は停止するが、運転移行の際はファンを稼働させてもよい。これにより、蒸発器１１５の温度上昇を促進して、圧縮機１１２の停止時間を通常よりも短くすることができる。圧縮機１１２の停止時間が短いほど、上述した理由により微凍結までの時間が短縮でき、鮮度保持上好ましい結果を得ることができる。

　通常運転復帰後は、図７に示す通り所定時間の間、急冷運転を開始せず、通常パーシャル運転が行われる保護時間が設けられている。熱負荷投入の以前から変温室１０７で微凍結していた食品があった場合、急冷運転によって一時的に食品の温度が低下し、微凍結よりも食品が硬くなる可能性がある。保護時間が設けられることによって、保護時間の間に食品温度は通常のパーシャル運転時と同じ温度に近づき、食品の硬度も戻る。保護時間が設けられず、連続して熱負荷が投入された場合には、既存微凍結食品が微凍結から凍結に近づいて微凍結のメリットが減少するなどのような不都合を防ぐことができる。

　上述の保護時間が長く設けられるほど、確実に既存微凍結食品の温度は微凍結温度に戻りやすい。保護時間の長さは、保護時間中の温度上昇および定期的に行われるデフロスト運転中の温度上昇を考慮して、食品の標準的な保存期間中に温度が微凍結の範囲内に収まるように設定される。あるいは、標準的な食品の保存期間中に、食品の切断力が所定値以上に上がらないように設定されてもよい。

　一例として、図７において、急冷運転時間が２．５時間、および、保護時間が３時間に設定された例を示す。この場合、１回の急冷周期が５．５時間となり、一般的な朝食、昼食および夕食の準備時間のサイクルにほぼ等しい。従って、ある食事準備時間にパーシャル室温が上昇して急冷運転が開始された場合でも、次の食事準備時間に同様に急冷をおこなうことができて、既存微凍結食品の鮮度維持を確実に行うことができる。

　保護時間中に熱負荷が投入された場合には、検知シーケンスのみ作動させて急冷の判定をしておく。急冷必要と判定された際は、保護時間終了後に直ぐに急冷する。

　以上説明したように、本実施の形態の冷蔵庫１０１は、収納室（変温室１０７）と、冷却器１１５からの冷気を収納室に送風する送風部と、送風部を制御する制御部１３２とを備える。本実施の形態の冷蔵庫１０１は、制御部１３２が、収納室に保存された食品の表面を微凍結させるとともに、表面が微凍結された食品が微凍結温度で保存されるよう、収納室への冷気の送風を制御するよう構成されている。このような構成により、微凍結層により食品と酸素との接触を遮断して酸化を防止することができる。また、食品の取分けおよび切分けが容易に行われることができ、風味を劣化させないので、保存食品を新鮮に保存することができる。

　また、本実施の形態の冷蔵庫１０１において、送風部は、冷却器からの冷気を収納室に送風するダクト（冷蔵室ダクト１２０、変温室背面ダクト１２５および変温室天面ダクト１２６）と、ダクト内に設けられたダンパ（ダンパ装置１１７ａ、ダンパ装置１１７ｂ）と、収納室内の温度を検知する温度センサ（変温室温度センサ１３３）とを備えていてもよい。また、制御部は、ダンパ装置を所定時間強制的に開放させ、収納室に保存された食品の表面を急速に微凍結させ、その後、温度センサの検知温度に基づいてダンパ装置を開閉制御して、表面が微凍結された食品が微凍結温度で保存されるよう冷気の送風等を制御する。このような構成により、食品の投入後、即座に急冷を開始してより短時間で酸素との接触を遮断して酸化を防止することができ、さらに保存食品を新鮮に保存することができる。

　また、本実施の形態の冷蔵庫１０１において、ダンパ装置が所定時間強制的に開放されるとともに、圧縮機が連続運転されよう構成されていてもよい。このような構成により、より短時間で食品と酸素との接触を遮断して酸化を防止することができ、さらに保存食品を新鮮に保存することができる。

　また、本実施の形態の冷蔵庫１０１は、収納室と、冷却器１１５からの冷気を収納室に送風する送風部と、収納室内の温度を検知する温度センサ１３３と、収納室内への食品投入有無を判定する食品投入有無判定部１３４とを備えていてもよい。この場合、食品投入有無判定部１３４は、制御部１３２により送風部を所定時間強制的に停止させ、温度センサ１３３により検知された収納室内の温度の傾きに基づいて、収納室内への食品投入有無を判定する。このような構成により、収納室内への食品投入有無の判定を簡素な仕様で行うことができる。

　また、食品投入有無判定部１３４は、送風部が所定時間強制的に停止された後、送風部が所定時間強制的に運転されて、送風部の強制運転中における温度センサ１３３で検知された温度の傾きに基づいて、収納室内への食品投入有無を判定するよう構成されていてもよい。このような構成により、収納室内への食品投入有無の判定を簡素な仕様で確実に行うことができる。

　また、食品投入有無判定部１３４による収納室内への食品投入有無を判定は、複数回実行されてもよい。これにより、収納室内への食品投入有無の判定を簡素な仕様でより確実に行うことができる。

　また、本実施の形態の冷蔵庫１０１は、収納室の開閉を検知する収納室開閉検知部１２７を備えていてもよい。このような構成により、収納室開閉検知部１２７の開閉検知を起点に制御部１３２を実行することにより、より確実に食品の酸化を防止することができ、保存食品を新鮮に保存することができる。

　また、本実施の形態の冷蔵庫１０１において、収納室は、貯蔵室内の一画に内蔵され、収納室は貯蔵室（冷蔵室１０２）とは独立して温度制御されるよう構成されていてもよい。このような構成により、一度生成された微凍結層が安定に維持されて酸化防止効果を維持することができる。

　また、収納室の開閉を検知する収納室開閉検知部１２７を備え、収納室開閉検知部１２７の開閉検知を起点に制御部１３２を実行することにより、より確実に食品の酸化を防止することができ、保存食品を新鮮に保存することができる。

　（実施の形態２）
　図９Ａは、本発明の実施の形態２の冷蔵庫の温度勾配ΔＴと第１の急冷の圧縮機回転数との関係を示す図であり、図９Ｂは、本発明の実施の形態２の冷蔵庫の温度勾配ΔＴと第２の急冷の運転時間との関係を示す図である。なお、実施の形態１と同一部分の説明は省略し、異なる部分のみ説明する。

　図６に示す急冷判定シーケンスで、一定の条件においては温度勾配ΔＴ値の大きさは投入熱負荷量にほぼ比例する。本実施の形態の冷蔵庫１０１では、投入熱負荷量に比例して、冷却量を増やす運転制御を行う。第１の急冷図９Ａに示すように、温度勾配ΔＴの絶対値が温度勾配ΔＴ０よりも大きい場合に、急冷をおこない、回転数をＲ２からＲ３に増やす。温度勾配ΔＴ１よりも絶対値が大きい場合に、回転数をさらにＲ４に増やす。このようにして、投入熱負荷量が多い場合には、蒸発器１１５の温度を下げて冷却能力を増やすことにより、表層微凍結までの時間を確実に短縮する。この際、第１の急冷の時間を延ばすと変温室１０７内の着霜および隣接する室の食品の凍結などの悪影響が出るため、時間の延長は行わない。

　また、図９Ｂ第２の急冷に示すように、温度勾配ΔＴの絶対値がΔＴ０～ΔＴ１の間では、第２の急冷の時間はｔ１であるが、ΔＴ１以上では温度勾配ΔＴ値と比例して時間を延長する。ただし、ΔＴ２以上の熱負荷が投入されても、時間ｔ２以上に延長することはしない。上限時間ｔ２は、着霜および食品凍結などの悪影響が出ないように設定する。このように、投入熱負荷量に合わせて急冷運転条件を調整することにより、確実に表層微凍結までの時間を短縮できる一方で、過大な冷却による悪影響および運転コストの不要な増大を防止することができる。

　以上述べたように、本発明は、食品同士を固着させたり、風味を低下させたりすることなく、食品と酸素との接触を遮断して酸化を防止することができ、保存食品を新鮮に保存することができる冷蔵庫を提供する。また、本発明は、収納室内への食品投入有無の判定を簡素な仕様で行うことができる冷蔵庫を提供する。よって、本発明は、家庭用のみならず業務用の冷蔵庫、ショーケースおよびクーラーボックス等にも利用できる。

　１０１　　冷蔵庫
　１０２　　冷蔵室（貯蔵室）
　１０２ａ　　冷蔵室扉
　１０３　　第一の冷凍室
　１０３ａ　　第一の冷凍室扉
　１０４　　第二の冷凍室
　１０４ａ　　第二の冷凍室扉
　１０５　　製氷室
　１０５ａ　　製氷室扉
　１０６　　野菜室
　１０６ａ　　野菜室扉
　１０７　　変温室（収納室、パーシャル室）
　１０８　　外箱
　１０９　　内箱
　１１０　　断熱壁
　１１１　　断熱区画壁
　１１２　　圧縮機
　１１３　　機械室
　１１４　　冷却室
　１１５　　冷却器（蒸発器）
　１１６　　送風ファン
　１１７，１１７ａ，１１７ｂ　　ダンパ装置（ダンパ）
　１１８　　棚板
　１２０　　冷蔵室ダクト
　１２１　　照明装置
　１２２　　上面カバー
　１２３　　収納ケース
　１２３ａ　　後面壁
　１２３ｂ　　前面壁
　１２４　　開閉扉
　１２５　　変温室背面ダクト
　１２６　　変温室天面ダクト
　１２６ａ　　断熱ダクト部材
　１２６ｂ　　ダクトカバー
　１２７　　扉開閉検知部（収納室開閉検知部）
　１２８　　底板
　１２９　　冷気吹出し口
　１３１　　設定部
　１３２　　制御部（制御部）
　１３３　　変温室温度センサ（温度センサ）
　１３４　　食品投入有無判定部

Claims

収納室と、冷気を生成する冷却器と、前記冷却器からの前記冷気を前記収納室に送風する送風部と、前記送風部を制御する制御部とを備えた冷蔵庫において、前記制御部は、前記収納室に保存された食品の表面を微凍結させるとともに、前記食品が微凍結温度で保存されるよう、前記収納室への前記冷気の送風を制御するよう構成された冷蔵庫。
前記送風部は、前記冷却器からの前記冷気を前記収納室に送風するダクトと、前記ダクト内に設けられたダンパと、前記収納室内の温度を検知する温度センサとを備え、前記制御部は、前記ダンパを所定時間強制的に開放させ、前記収納室に保存された前記食品の前記表面を急速に微凍結させるとともに、前記食品が前記微凍結温度で保存されるよう、前記温度センサの検知温度に基づいて前記ダンパを開閉制御するよう構成された請求項１に記載の冷蔵庫。
前記冷却器とともに冷凍サイクルを構成する圧縮機をさらに備え、前記制御部は、前記ダンパを所定時間強制的に開放させるとともに、前記圧縮機を連続運転させるよう構成された請求項２に記載の冷蔵庫。
前記収納室の開閉を検知する収納室開閉検知部をさらに備え、前記収納室開閉検知部の開閉検知を起点に前記制御部による前記収納室への前記冷気の送風の前記制御が実行されるよう構成された請求項１から３のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
前記収納室は貯蔵室内の一画に内蔵され、前記収納室は前記貯蔵室とは独立して温度制御されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
前記収納室内の温度を検知する温度センサと、前記収納室内への前記食品の投入有無を判定する食品投入有無判定部とをさらに備え、前記食品投入有無判定部は、前記制御部により前記送風部の前記冷気の送風を所定時間強制的に停止させ、前記温度センサの検知温度に基づいて前記収納室内への前記食品の投入有無を判定するよう構成された請求項１から５のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
前記食品投入有無判定部は、前記制御部により前記送風部の前記冷気の前記送風を所定時間強制的に停止させ、前記送風部を所定時間強制的に運転させて、前記送風部強制運転中における前記温度センサの前記検知温度に基づいて前記収納室内への前記食品の投入有無を判定するよう構成された請求項６に記載の冷蔵庫。
前記食品投入有無判定部による前記判定は、複数回実行されるよう構成された請求項６または７に記載の冷蔵庫。
前記収納室の開閉を検知する収納室開閉検知部と、前記収納室内への前記食品の投入有無を判定する食品投入有無判定部とをさらに備え、前記食品投入有無判定部は、前記収納室開閉検知部の開閉検知を起点に前記収納室内への前記食品の前記投入有無の判定を行うよう構成された請求項１から８のいずれか一項に記載の冷蔵庫。