(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-16
(45)【発行日】2023-03-27
(54)【発明の名称】冷蔵庫
(51)【国際特許分類】
F25D 11/00 20060101AFI20230317BHJP
F25D 29/00 20060101ALI20230317BHJP
F25D 19/00 20060101ALI20230317BHJP
【ＦＩ】
F25D11/00 101W
F25D29/00 A
F25D19/00 520D
F25D19/00 522Z
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2019072686
(22)【出願日】2019-04-05
(65)【公開番号】P2020169778
(43)【公開日】2020-10-15
【審査請求日】2022-03-16
(73)【特許権者】
【識別番号】591036457
【氏名又は名称】三菱電機エンジニアリング株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003166
【氏名又は名称】弁理士法人山王内外特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100101133
【弁理士】
【氏名又は名称】濱田 初音
(74)【代理人】
【識別番号】100199749
【弁理士】
【氏名又は名称】中島 成
(74)【代理人】
【識別番号】100197767
【弁理士】
【氏名又は名称】辻岡 将昭
(74)【代理人】
【識別番号】100201743
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 和真
(72)【発明者】
【氏名】桑原 敬史
(72)【発明者】
【氏名】宮原 宏明
(72)【発明者】
【氏名】山脇 聖嘉
(72)【発明者】
【氏名】松下 章弘
【審査官】森山 拓哉
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－０３２２０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１５１１２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－０２４２０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０９１２１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－０６６０１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－３５３９４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２８６５０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１１１０３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１３９３２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３３１２００（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２５Ｄ １１／００
Ｆ２５Ｄ ２９／００
Ｆ２５Ｄ １９／００
Ｆ２５Ｂ ２１／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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。
【請求項2】
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。
【請求項3】
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。
【請求項4】
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。
【請求項5】
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。
【請求項6】
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。
【請求項7】
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。
【請求項8】
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。
【請求項9】
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。
【請求項10】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、庫内に伝熱板を備えるペルチェ式の冷蔵庫に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来より、温度センサを用いて庫内の温度を検知し、ペルチェ素子を使用して保冷又は保温を行う小型の保存庫が存在する。例えば、特許文献１に記載の保存庫は、断熱容器の内郭部材の奥面に、アルミニウム等の金属板が折り曲げられてＬ字状に構成された伝熱板が取り付けられ、当該伝熱板が、ペルチェ素子による温度調整装置からの熱を庫内に伝える。また、庫内に取り付けられた温度センサによって断熱容器内の空気温度を検知し、検知した空気温度に応じて温度調整装置が制御され、伝熱板を介して断熱容器内の空気温度が調整される。
【0003】
また、例えば特許文献２には、上記特許文献１の構成に対して、温度センサを伝熱板に押し当てるように配置した小型の保存庫が記載されている。特許文献２に記載の保存庫は、温度センサで検知した伝熱板の温度に応じて温度調整装置を制御し、保冷時には伝熱板の表面に霜および氷等が付着しにくい構成を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１７－０３２２０７号公報
【文献】特開２０１８－１５１１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
以下、保存庫を保冷用途の冷蔵庫として使用する場合について説明する。
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。
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。
【0006】
一方、上述した特許文献２に記載された保存庫は、温度センサを断熱容器内の伝熱板の温度を直接検知する構成とし、例えば伝熱板の温度が２４時間連続して０℃未満である場合に、約１５分から２０分間、温度調整装置に供給する電圧を下げることにより、伝熱板に付着した霜および氷等を溶かすことを可能としている。特許文献２に記載された保存庫は、伝熱板の表面に霜および氷等が付着しにくい構成であるが、制御対象が伝熱板の温度であるため、断熱容器内の空気または収容物の温度を検知することができず、保存庫の周囲温度によっては空気または収容物が冷えすぎるまたは冷えなくなる場合があるという課題があった。
【0007】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明に係る冷蔵庫は、断熱容器と、断熱容器の庫内に取り付けられた伝熱板と、伝熱板に接触する伝熱面を有し、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、断熱容器の内部に取り付けられ、断熱容器の内部の空気温度を検知する温度センサと、温度調整装置のペルチェ素子に供給する電力を調整し、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、制御装置は、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、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ペルチェ素子に出力する電圧値を算出し、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、第１の設定温度に切り換えて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、電圧指令部が第２の設定温度から第１の設定温度に切り替える場合に、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ものである。
【発明の効果】
【0009】
この発明によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施の形態１に係る冷蔵庫の構成を示す外観斜視図である。
【図3】実施の形態１に係る冷蔵庫の断熱容器内の構成を示す斜視図である。
【図4】実施の形態１に係る冷蔵庫の温度センサの構成を示す外観斜視図である。
【図5】実施の形態１に係る冷蔵庫の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図7】実施の形態１に係る冷蔵庫の制御装置の電圧指令部の動作を示すフローチャートである。
【図8】実施の形態１に係る冷蔵庫の断熱容器内の空気温度と出力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10】実施の形態１に係る冷蔵庫の伝熱板の表面積と最低温度との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。本発明の技術的範囲は、以下の実施の形態に限定されず、均等な範囲に及ぶ。
【0012】
実施の形態１．
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。
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。
【0013】
冷蔵庫１００は、庫内に収納された物品等（以下、収容物という）の保冷を行う装置である。
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。
【0014】
扉２は、左右一方に取付けられた図示しないヒンジ機構および回転機構が断熱容器１の左右一方にそれぞれ取付けられることで、断熱容器１の前面を開閉可能とするものである。扉２の内部には、図示しない発泡ウレタン等の断熱材が注入される。
【0015】
図２および図３に示すように、筐体部材２０の庫内には、伝熱板７が取り付けられている。実施の形態１に係る冷蔵庫１００では、伝熱板７は、庫内の背面側に取り付けられている。伝熱板７は、温度調整装置８からの熱を筐体部材２０の庫内に伝える。伝熱板７は、断熱容器１の天井面と背面に沿うようにＬ字状となるように折り曲げられた板材で構成される。伝熱板７は、内郭部材４に設けられたボス状の支持部４ａにネジ止めされる。
【0016】
伝熱板７は、熱伝導性の良い材料で構成され、温度調整装置８からの冷却作用を効率よく庫内に伝える。伝熱板７は、例えばアルミニウム、およびアルミニウム材系合金で構成される板状部材である。伝熱板７をアルミ、およびアルミ系合金で構成する利点は、熱伝導性が良く、入手がしやすい点である。また、伝熱板７を安価に作成するために、板厚が約２ｍｍから５ｍｍの板材を用いる。特に、伝熱板７をＬ字状等に折り曲げて構成する場合には、板厚を３ｍｍから４ｍｍとする。これにより、伝熱板７は、折り曲げやすく加工が容易で、十分な強度を有し、比較的安価な材料で作成することができる。
【0017】
図２に示すように、温度調整装置８は、ペルチェ素子８ａ、伝熱ブロック８ｂおよびヒートシンク８ｃを有している。ペルチェ素子８ａは、吸熱側熱交換面に伝熱ブロック８ｂを取り付け、反対側の放熱側熱交換面にヒートシンク８ｃを接合している。ペルチェ素子８ａは、背面カバー１１内の制御装置（制御基板）３０（図１から図３では図示しない）により電力が投入されると、一方側で吸熱し他方側で発熱する。伝熱ブロック８ｂは、熱伝導性のよいアルミ系合金等で構成される。伝熱ブロック８ｂは、伝熱板７にネジ止めされる。これにより、伝熱ブロック８ｂの伝熱面が、伝熱板７における温度調整装置８との対向面に熱伝導可能な状態で接触する。
【0018】
図２に示すように、筐体部材２０の背面壁２０ａの外側には、箱型に成形された背面カバー１１が取り付けられている。背面カバー１１は、樹脂部材で構成される。背面カバー１１は、筐体部材２０の背面壁２０ａの外側に位置する温度調整装置８のヒートシンク８ｃ、送風ファン１２および制御装置３０（図１から図３では図示しない）を収納している。また、背面カバー１１は、温度調整装置８のヒートシンク８ｃを冷却するための通風路１１ａを形成する。筐体部材２０は、底面壁２０ｂ、背面孔２０ｃ、および底面孔２０ｄを有している。
【0019】
図２に示すように、背面カバー１１の下部には、外部の空気を吸い込むための吸気口１１ｂが設けられている。吸気口１１ｂの上側には、吸気口１１ｂを覆うようにフィルタ１３が取り付けられている。フィルタ１３は、吸気口１１ｂを介して通風路１１ａ内に流入する空気から、埃等の異物を除去する。
【0020】
図２に示すように、送風ファン１２は、通風路１１ａ内の温度調整装置８のヒートシンク８ｃの下側に斜めに取り付けられている。ヒートシンク８ｃは、多数のアルミフィンが上下方向に配置されている。多数のアルミフィンは、送風ファン１２により下側から上側へ縦方向に流通する空気との間で熱交換を行う。ヒートシンク８ｃを通過した空気は、背面カバー１１の排気口１１ｃから外部に吐き出される。排気口１１ｃは、背面カバー１１の上部の背面に設けられている。排気口１１ｃは、背面カバー１１の背面を凹ませて設けられる。冷蔵庫１００の背面が壁および棚等に押し当てられた状態であっても、排気口１１ｃから排気が可能となっている。
【0021】
次に、断熱容器１内の温度を検知するための構成例について、図３および図４を参照しながら説明する。
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。
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。
【0022】
次に、冷蔵庫１００の運転制御について説明する。
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。
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。
【0023】
温度センサ１４は、断熱容器１内の温度上昇を検知する。また、温度調整装置８は、伝熱板７を介して、断熱容器１内の空気温度が５℃付近に戻るまで断熱容器１内を高能力で冷却する。このとき、伝熱板７の表面は、温度が０℃未満となる部分がある。特に伝熱ブロック８ｂが接触している部分の伝熱板７の温度は、－３℃未満となることがある。断熱容器１内の空気温度が５℃付近にならない状態が概ね２４時間以上の長い時間続く場合には、伝熱ブロック８ｂは、伝熱板７を介して、断熱容器１内を継続して高能力で冷却する。伝熱板７は、－３℃未満の表面温度を維持したままの状態が継続すると、表面に霜および氷等が付着する。制御装置３０は、このような不具合を解消する構成を有する。
【0024】
図５は、実施の形態１に係る冷蔵庫１００の制御装置３０の構成を示すブロック図である。
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。
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。
【0025】
まず、制御装置３０に交流電源３１（例えばＡＣ１００Ｖ電源）が投入されると、制御装置３０内の電源回路３０ａが動作を開始する。電源回路３０ａは、ＡＣ／ＤＣ変換を行うスイッチング方式の電源回路であり、温度調整装置８のペルチェ素子８ａに直流電圧を出力する。電流検出部３０ｂは、ペルチェ素子８ａに流れる電流を検出する。電流検出部３０ｂは、検出した電流値を電流制限部３０ｃおよび電圧指令部３０ｅに出力する。電流制限部３０ｃは、電流検出部３０ｂから入力された電流値を参照し、ペルチェ素子８ａに流れる電流を、予め設定された電流上限値Ｉｏｍａｘで制限する。電流制限部３０ｃは電流上限値Ｉｏｍａｘで制限された電流値を電源回路３０ａに出力する。
【0026】
温度演算部３０ｄは、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と、断熱容器１内の設定温度とから、ペルチェ素子８ａへの出力電圧Ｖｏｕｔを算出する。温度演算部３０ｄは、断熱容器１内の空気温度Ｔｉｎと、算出した出力電圧Ｖｏｕｔとを電圧指令部３０ｅに出力する。
【0027】
電圧指令部３０ｅは、温度演算部３０ｄから入力される断熱容器１内の空気温度Ｔｉｎと、断熱容器１内の設定温度とに基づいて、ペルチェ素子８ａに供給する電圧値である電圧指令値Ｖｄｉｒを算出する。電圧指令部３０ｅは、算出した電圧指令値Ｖｄｉｒを電源回路３０ａに出力する。電源回路３０ａは、電流制限部３０ｃから入力された電流値および電圧指令部３０ｅから入力された電圧指令値Ｖｄｉｒに基づいて、ペルチェ素子８ａに直流電圧を出力する。
【0028】
通常、温度演算部３０ｄが算出したペルチェ素子８ａへの出力電圧Ｖｏｕｔは、電圧指令部３０ｅが算出したペルチェ素子８ａへの電圧指令値Ｖｄｉｒと一致する。ただし、出力電圧Ｖｏｕｔは、電圧指令値Ｖｄｉｒよりも低い電圧値になることがある。これは、特にペルチェ素子８ａの図示しない吸熱部と、図示しない放熱部との温度差が小さい場合等、ペルチェ素子８ａの内部の電気的インピーダンスが低い状態にあって、かつ、算出された電圧指令値Ｖｄｉｒが比較的高い場合には、電流検出部３０ｂが検出した電流値が電流制限部３０ｃにおいて設定された電流上限値Ｉｏｍａｘで制限された値であるためである。
【0029】
なお、この実施の形態１では、電圧指令値Ｖｄｉｒの最大値および出力電圧Ｖｏｕｔの最大値を、最大出力電圧Ｖｍａｘと定義する。同様に、この実施の形態１では、電圧指令値Ｖｄｉｒの最小値および出力電圧Ｖｏｕｔの最小値を、最小出力電圧Ｖｍｉｎと定義する。
【0030】
具体的な一例として、ペルチェ素子８ａの最大使用可能入力電圧が約１５Ｖ（１４Ｖから１６Ｖの範囲内の電圧）の１個のペルチェ素子８ａに対して、最大出力電圧Ｖｍａｘを約１１Ｖから１２Ｖの範囲内の電圧値、および最小出力電圧Ｖｍｉｎを約１Ｖから２Ｖの範囲内の電圧値で用いる。
【0031】
ここで、最小出力電圧Ｖｍｉｎを０Ｖではなく、約１Ｖから２Ｖの範囲内の電圧値とするのは、電源回路３０ａを構成する際に、電源供給が必要な他の部品への電源供給を可能とするためである。
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。
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。
【0032】
次に、ペルチェ素子８ａの特性について説明する。
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。
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。
【0033】
次に、制御装置３０のハードウェア構成例を説明する。
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。
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。
【0034】
図６Ａに示すように、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が専用のハードウェアである場合、処理回路１００ａは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。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の各部の機能それぞれを処理回路で実現してもよいし、各部の機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。
【0035】
図６Ｂに示すように、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がプロセッサ１００ｂである場合、各部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ１００ｃに格納される。プロセッサ１００ｂは、メモリ１００ｃに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、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の各機能を実現する。即ち、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は、プロセッサ１００ｂにより実行されるときに、後述する図７に示す各ステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ１００ｃを備える。また、これらのプログラムは、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の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。
【0036】
ここで、プロセッサ１００ｂとは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのことである。
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。
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。
【0037】
なお、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の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、制御装置３０における処理回路１００ａは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
【0038】
次に、制御装置３０の動作について説明する。
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。
【0039】
制御装置３０において冷却動作が開始すると、電圧指令部３０ｅは第１の設定温度Ｔｓｅｔ１を設定温度Ｔｓｅｔとして、電圧指令値Ｖｄｉｒを算出し、電源回路３０ａに出力する（ステップＳＴ１）。電圧指令部３０ｅは、温度演算部３０ｄから入力された断熱容器１内の空気温度Ｔｉｎが設定温度Ｔｓｅｔより大きいか否か判定を行う（ステップＳＴ２）。断熱容器１内の空気温度Ｔｉｎが設定温度Ｔｓｅｔより小さい場合（ステップＳＴ２；ＮＯ）、フローチャートはステップＳＴ１の処理に戻り、上述した処理を繰り返す。一方、断熱容器１内の空気温度Ｔｉｎが設定温度Ｔｓｅｔより大きい場合（ステップＳＴ２；ＹＥＳ）、電圧指令部３０ｅは断熱容器１内の空気温度Ｔｉｎが設定温度Ｔｓｅｔより大きい状態が、予め設定した第１の設定時間Ｔｉｍｅ１継続しているか否か判定を行う（ステップＳＴ３）。
【0040】
第１の設定時間Ｔｉｍｅ１継続していない場合（ステップＳＴ３；ＮＯ）、フローチャートはステップＳＴ１の処理に戻り、上述した処理を繰り返す。一方、第１の設定時間Ｔｉｍｅ１継続している場合（ステップＳＴ３；ＹＥＳ）、電圧指令部３０ｅは、第２の設定温度Ｔｓｅｔ２を設定温度Ｔｓｅｔとして、電圧指令値Ｖｄｉｒを算出し、電源回路３０ａに出力する（ステップＳＴ４）。電圧指令部３０ｅは、予め設定した第２の設定時間Ｔｉｍｅ２経過したか否か判定を行う（ステップＳＴ５）。
【0041】
第２の設定時間Ｔｉｍｅ２経過していない場合（ステップＳＴ５；ＮＯ）、フローチャートはステップＳＴ４の処理に戻り、上述した処理を繰り返す。一方、第２の設定時間Ｔｉｍｅ２経過した場合（ステップＳＴ５；ＹＥＳ）、フローチャートはステップＳＴ１の処理に戻り、上述した処理を繰り返す。
【0042】
次に、断熱容器１内の空気温度Ｔｉｎと電圧指令値Ｖｄｉｒとの関係について説明する。
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。
【0043】
図８の例では、断熱容器内の空気温度Ｔｉｎが設定温度Ｔｓｅｔよりも１℃以上低い温度の場合、電圧指令値Ｖｄｉｒは最小出力電圧Ｖｍｉｎと一致する。具体的には、設定温度Ｔｓｅｔが５℃である場合の電圧指令値Ｖｄｉｒは、断熱容器内の空気温度Ｔｉｎが４℃以下の場合に、最小出力電圧Ｖｍｉｎと一致する。同様に、設定温度Ｔｓｅｔが１０℃である場合の電圧指令値Ｖｄｉｒは、断熱容器内の空気温度Ｔｉｎが９℃以下の場合に、最小出力電圧Ｖｍｉｎと一致する。
【0044】
空気温度Ｔｉｎが、設定温度Ｔｓｅｔと設定温度Ｔｓｅｔから１℃低い温度との間である場合、空気温度Ｔｉｎが低下すると電圧指令値Ｖｄｉｒは比例的に下がる。具体的には、設定温度Ｔｓｅｔが５℃である場合、空気温度Ｔｉｎが５℃以上の場合、電圧指令値Ｖｄｉｒは最大出力電圧Ｖｍａｘ（図８の例では、１１Ｖ）となる。次に、空気温度Ｔｉｎが４℃より大きく５℃未満の範囲の場合、電圧指令値Ｖｄｉｒは、空気温度Ｔｉｎに応じてＶｍｉｎ（図８の例では、１Ｖ）から最大出力電圧Ｖｍａｘの範囲で比例的に増減する。次に、空気温度Ｔｉｎが４℃以下の場合、電圧指令値Ｖｄｉｒは最小出力電圧Ｖｍｉｎとなる。空気温度Ｔｉｎが４℃より大きく５℃未満の範囲で、電圧指令値Ｖｄｉｒを比例的に変化させる理由は、設定温度５℃に対して約１℃の範囲であれば冷蔵庫１００の実使用上、収容物の温度の変動を許容できる範囲であるためである。
【0045】
設定温度Ｔｓｅｔが１０℃である場合も同様に、空気温度Ｔｉｎが１０℃以上の場合、電圧指令値Ｖｄｉｒは最大出力電圧Ｖｍａｘ（図８の例では、１１Ｖ）となる。空気温度Ｔｉｎが９℃より大きく１０℃未満の範囲の場合、電圧指令値ＶｄｉｒはＶｍｉｎ（図８の例では、１Ｖ）から最大出力電圧Ｖｍａｘの範囲で比例的に増減する。空気温度Ｔｉｎが９℃以下の場合、電圧指令値Ｖｄｉｒは最小出力電圧Ｖｍｉｎとなる。空気温度Ｔｉｎが９℃より大きく１０℃未満の範囲で、電圧指令値Ｖｄｉｒを比例的に変化させる理由は、設定温度１０℃に対して約１℃の範囲であれば冷蔵庫１００の実使用上、収容物の温度の変動を許容できる範囲であるためである。
【0046】
次に、具体例を参照しながら、制御装置３０の処理動作を示す。
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。
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。
【0047】
以下の説明では、第１の設定温度Ｔｓｅｔ１を５℃とし、当該第１の設定温度Ｔｓｅｔ１で動作する第１の設定時間Ｔｉｍｅ１を２４時間とする。また第２の設定温度Ｔｓｅｔ２を１０℃とし、当該第２の設定温度Ｔｓｅｔ２で動作する第２の設定時間Ｔｉｍｅ２を０．５時間とする。なお、上述した第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の値は一例であり、適宜設定可能である。
【0048】
まず、図９Ａから図９Ｄを参照しながら、図７で示したフローチャート各処理について説明する。
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。
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。
【0049】
電圧指令部３０ｅは、ステップＳＴ２（ＹＥＳ）およびステップＳＴ３として、空気温度Ｔｉｎが第１の設定温度Ｔｓｅｔ１（５℃）に達しない状態が、第１の設定時間Ｔｉｍｅ１（２４時間）継続したと判定した場合に、ステップＳＴ４として第２の設定温度Ｔｓｅｔ２（１０℃）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、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。
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。
【0050】
ペルチェ素子８ａへの投入電力を最小として運転している状態では、伝熱板７の温度は１０℃付近まで上昇していく。伝熱板７の温度が０℃を越えた時点で（図９Ｄの点Ｐ参照）、伝熱板７の表面に付着した霜および氷等の解氷が始まる。
【0051】
電圧指令部３０ｅが第２の設定温度Ｔｓｅｔ２（１０℃）を設定温度Ｔｓｅｔとして、電圧指令値Ｖｄｉｒを算出する時間は、第２の設定時間Ｔｉｍｅ２である。第２の設定時間Ｔｉｍｅ２は、伝熱板７の表面に付着した霜および氷等を溶かすのに必要な時間であり、０．５時間（３０分）である。電圧指令部３０ｅは、ステップＳＴ５（ＹＥＳ）として、第２の設定時間Ｔｉｍｅ２（例えば、０．５時間）経過したと判断した場合、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。その後、電圧指令部３０ｅは、上述した処理を繰り返し行う。
【0052】
次に、図９Ａから図９Ｄで示したグラフの詳細について説明する。
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。
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。
【0053】
この状態で第１の設定時間Ｔｉｍｅ１（２４時間）が経過すると、第２の設定温度Ｔｓｅｔ２に移行する。図９Ａに示すように第２の設定時間Ｔｉｍｅ２（０．５時間）の間、出力電圧Ｖｏｕｔは、最大出力電圧Ｖｍａｘから、最大出力電圧Ｖｍａｘの７０％から３０％の範囲内の値に低下する。なお、図９では示していないが、第１の設定時間Ｔｉｍｅ１から第２の設定温度Ｔｓｅｔ２に移行する際、電圧指令値Ｖｄｉｒは最大出力電圧Ｖｍａｘである状態から最小出力電圧Ｖｍｉｎに急激に変化することとなる。電圧指令値Ｖｄｉｒが急激に変化するのを抑制するために、電圧指令部３０ｅは後述する急変抑制機能により、出力電圧Ｖｏｕｔが最大出力電圧Ｖｍａｘの７０％から３０％範囲内の値に低下するように、電圧の低下量を制御する。これにより、図９Ａに示すように出力電圧Ｖｏｕｔが緩やかに低下する。
【0054】
第２の設定温度Ｔｓｅｔ２で動作している第２の設定時間Ｔｉｍｅ２（０．５時間）の期間では、図９Ａで示す出力電圧Ｖｏｕｔと、図９Ｂで示すペルチェ出力電流とが低下する。これにより、図９Ｃで示す空気温度Ｔｉｎが第２の設定温度Ｔｓｅｔ２を目標に上昇し、図９Ｄで示す伝熱板７の温度は－３℃未満から徐々に上昇する。図９Ｄに示す伝熱板７の温度が０℃より高くなると、伝熱板７の表面の凍結部分の解氷が始まる（図９Ｄの点Ｐ参照）。ここで第１の設定時間Ｔｉｍｅ１（２４時間）で付着した氷または霜は、第２の設定時間Ｔｉｍｅ２（０．５時間）の期間で解氷が可能である。その後、第２の設定時間Ｔｉｍｅ２が経過すると、再び設定温度Ｔｓｅｔを第１の設定温度Ｔｓｅｔ１に移行する（図９ＣのＴｉｍｅ１´参照）。
【0055】
なお、図９では示していないが、第２の設定時間Ｔｉｍｅ２から第１の設定温度Ｔｓｅｔ１に移行する際、電圧指令値Ｖｄｉｒは最小出力電圧Ｖｍｉｎである状態から最大出力電圧Ｖｍａｘに急激に変化することとなる。電圧指令値Ｖｄｉｒが急激に変化するのを抑制するために、電流制限部３０ｃは後述する電流上限値Ｉｏｍａｘに基づく制御を行う。これにより、図９Ａに示すように、出力電圧Ｖｏｕｔは急激には上昇せず、緩やかに上昇する。
【0056】
電流制限部３０ｃが電流上限値Ｉｏｍａｘに基づく制御を行っている間、ペルチェ素子８ａ自身の吸熱部と放熱部の温度差が大きくなるに従って、ペルチェ素子８ａの内部の電気抵抗が上昇する。電流制限部３０ｃが電流上限値Ｉｏｍａｘに基づく制御を行っている間、図９Ａに示すように出力電圧Ｖｏｕｔが上昇し、その後最大出力電圧Ｖｍａｘに到達する。その後、図９Ｂに示すように、ペルチェ素子８ａへの出力電流はペルチェ素子８ａの内部の電気抵抗の上昇により電流上限値Ｉｏｍａｘ以下に低下する。その後、図９Ｃに示すように、空気温度Ｔｉｎが第１の設定温度Ｔｓｅｔ１に向けて下降し、図９Ｄに示すように伝熱板７の温度も下降する。
【0057】
上述した説明において、第１の設定温度Ｔｓｅｔ１を、５℃とする一例を示したが、当該温度に限定されるものではない。第１の設定温度Ｔｓｅｔ１は、保冷時の冷蔵庫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を想定して設定すればよい。具体的には、第１の設定温度Ｔｓｅｔ１を、例えば３℃から８℃の範囲内の値に設定すればよい。
【0058】
また、第１の設定時間Ｔｉｍｅ１を、２４時間とする一例を示したが、当該時間に限定されるものではない。当該第１の設定時間Ｔｉｍｅ１の間に、断熱容器１内の空気温度が第１の設定温度Ｔｓｅｔ１に到達しない場合、冷蔵庫１００の周囲温度が高い等、冷蔵庫１００の周囲条件が原因となり断熱容器１内の空気または収容物が十分に冷えない可能性がある。そこで、第１の設定時間Ｔｉｍｅ１は、冷蔵庫１００の使用者が不具合と認識しない時間、および伝熱板７の表面に付着する霜および氷等の量が許容可能な時間に設定すればよい。なお、伝熱板７の表面に付着する霜および氷等の量が許容可能な時間は、伝熱板７の表面積またはペルチェ素子８ａの冷却能力に応じて設定される。具体的には、第１の設定時間Ｔｉｍｅ１を、例えば約１２時間から３６時間の範囲内で現実的に実現可能な時間に設定すればよい。
【0059】
また、第２の設定温度Ｔｓｅｔ２を、第１の設定温度Ｔｓｅｔ１より高い温度である１０℃とし、第２の設定時間Ｔｉｍｅ２を０．５時間とした一例を示した。当該第２の設定温度Ｔｓｅｔ２および第２の設定時間Ｔｉｍｅ２も、上述した値に限定されるものではない。
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。
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。
【0060】
上述したように、第１の設定温度Ｔｓｅｔ１から第２の設定温度Ｔｓｅｔ２に移行する際、電圧指令値Ｖｄｉｒは、最大出力電圧Ｖｍａｘから最小出力電圧Ｖｍｉｎに急激に変化する。一方、直前まで出力電圧Ｖｏｕｔが最大出力電圧Ｖｍａｘ（約１１Ｖから１２Ｖの値）であった状態では、ペルチェ素子８ａ自身の吸熱面と放熱面との間に生じている温度差によって、ペルチェ素子８ａの端子間には６Ｖ前後の電位差がゼーベック効果によって発生している。
【0061】
電源回路３０ａからの出力電圧Ｖｏｕｔが、ゼーベック効果による電位差６Ｖよりも低い値で出力される瞬間にはペルチェ素子８ａから電源回路３０ａへの電流の逆流が発生し、電気的なストレスが加わり、電源回路３０ａの故障の原因となる。電源回路３０ａ故障を回避するために、出力電圧Ｖｏｕｔがゼーベック効果による電圧６Ｖよりも十分高い電圧から緩やかに低下するように、電圧指令部３０ｅは電圧指令値Ｖｄｉｒの急変を抑制する機能を有している。
【0062】
つまり、電圧指令部３０ｅは、ペルチェ素子８ａに供給する電圧に対し、電流検出部３０ｂで検出された電流値を参照してゼーベック効果による逆起電力の大きさを随時演算する。これにより、電圧指令部３０ｅは、電流の逆流が発生しないように、供給する電圧を緩やかに低下させるように、電圧の低下量を制御する。電圧指令部３０ｅが緩やかに電圧を低下させる範囲は、最大出力電圧Ｖｍａｘの約７０％から３０％の範囲内で行えばよく。図９Ａの例では、最大出力電圧Ｖｍａｘの約５０％から緩やかに低下させる場合を示している。
【0063】
また、上述したように、第２の設定温度Ｔｓｅｔ２から第１の設定温度Ｔｓｅｔ１に移行する際、電圧指令値Ｖｄｉｒは、最小出力電圧Ｖｍｉｎから最大出力電圧Ｖｍａｘに急激に変化する。低い電力から高い電力への切り替えるタイミングにおいて、直前の低い電力での動作により、ペルチェ素子８ａの吸熱面と放熱面の間の温度差が小さく、ペルチェ素子８ａの内部の電気抵抗が小さい。ここでペルチェ素子８ａへの電圧が急激に上昇するのを抑制するために、電流制限部３０ｃが、ペルチェ素子８ａの吸熱面と放熱面の間の温度差が予め設定された値まで大きくなり、ペルチェ素子８ａ内部の電気抵抗が大きくなるまでの間、電流を制限する。さらに、電圧指令部３０ｅは、電圧指令値Ｖｄｉｒを制限する。これらによりペルチェ素子８ａへの電力を、小さく抑えている。これにより、電源回路３０ａの小型化を実現し、コストを抑制することができる。
【0064】
つまり、第２の設定時間Ｔｉｍｅ２が終了して第１の設定温度Ｔｓｅｔ１に戻る場合、即ち低い電力から高い電力への切り替えのタイミングにおいて、電流制限部３０ｃは、ペルチェ素子８ａに供給する電圧に対し、電流検出部３０ｂで検出される電流からペルチェ素子８ａの電気抵抗の上昇を演算する。電流制限部３０ｃは、ペルチェ素子８ａの吸熱面と放熱面の間の温度差が大きくなり、内部の電気抵抗が大きくなるまでの間、電流を制限する。電流制限部３０ｃは、電流を制限している旨を電圧指令部３０ｅに通知する。電圧指令部３０ｅは、電流制限部３０ｃからの通知に基づいて電圧指令値Ｖｄｉｒを制限する制御を行う。これにより、電源回路３０ａの小型化を実現し、コストを抑制することができる。
【0065】
次に、温度センサ１４について説明する。
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。
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。
【0066】
約１５リットルから３０リットルの範囲内の内容積であるＬ字型の伝熱板７を有する冷蔵庫１００においては、図３で示した例では、断熱容器１内の背面から２０ｍｍから１００ｍｍの範囲内の距離離間した位置（図３で示した矢印Ｂで示す寸法）、および天井面から２０ｍｍから１００ｍｍの範囲内の距離離間した位置（図３で示した矢印Ｃで示す寸法）の側面に温度センサ１４を配置している。約１５リットルから３０リットルの範囲内の内容積であるＬ字型の伝熱板７を有する冷蔵庫１００においては、上述した温度センサ１４を配置した位置の空気温度は、断熱容器１内の中央の温度とほぼ一致する。上述した位置に温度センサ１４を配置することにより、制御装置３０は断熱容器１内の中央付近の温度を用いて温度調整装置８を制御することができる。これにより、制御装置３０は、断熱容器１内を均一に温度制御することができる。
【0067】
また、図３で示したように、温度センサ１４を断熱容器１内の側面の天井面側の位置に設けている。当該位置に温度センサ１４を配置することにより、冷却前の飲料等が温度センサ１４の孔部１４ａを塞ぐのを抑制する。これにより、断熱容器１内の収容物により、温度センサ１４が、実際の断熱容器１内の中央付近の空気温度、または他の収容物の温度よりも高い温度を、長時間検知するのを抑制する。また、温度調整装置８へ投入する電力の値が継続して高い値となる頻度を抑制する。さらに、伝熱板７の表面に霜または氷等が付着するのを抑制する。
【0068】
また、上述した例では、冷蔵庫１００が庫内の温度を検出する温度センサ１４を１個配置する構成を示した。温度センサ１４の配置個数を１個とすることにより、部品点数を抑制して冷蔵庫１００のコストを抑制し、かつ温度センサ１４の故障率を低減させることができる。一方、温度センサ１４の配置個数は１個に限定されるものではなく、断熱容器１内の温度の制御性能を向上させるために、複数個の温度センサ１４を配置してもよい。その場合、温度センサ１４の配置個数は、断熱容器１の内容積が大きい場合等に応じて設定する。
【0069】
次に、冷蔵庫１００の内容積は１５リットルから３５リットルの範囲内の容積を想定している。冷蔵庫１００は、最大吸熱量が５０Ｗ前後（４０Ｗから６０Ｗの範囲内の吸熱量）のペルチェ素子８ａを１個搭載する構成を想定している。冷蔵庫１００は、構成材を安価な構成で実現するために、適切なコンパクトな内容積としている。
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。
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。
【0070】
伝熱板７の表面積が小さくなるほど、断熱容器１内の冷却温度を維持するためには強力な冷却が必要となり、伝熱板７の最低温度は低くなる。一方、伝熱板７の表面積が大きくなるほど、伝熱板７の最低温度が高くなる。図１０で示した例では、伝熱板７の表面積が、約３０００ｃｍ２以上であれば、伝熱板７の最低温度が０℃以上となる。即ち、伝熱板７の表面積が約３０００ｃｍ２以上であれば、当該伝熱板７は氷結することなく断熱容器１内の空気温度を５℃に保持するための冷却を行うことができる。
【0071】
しかし、伝熱板７の表面積を３０００ｃｍ２以上とするためには、伝熱板７の配置数を増加させる必要があり、冷蔵庫１００のコストが上昇する。
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。
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。
【0072】
次に、伝熱板７の構成について説明する。
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。
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。
【0073】
図２では、伝熱板７がＬ字状である場合を例に示したが、当該形状に限定されるものではない。例えば、図１１Ｂに示すように、伝熱板７は、断熱容器１の天井面、背面および下面に沿うコ字状となるように折り曲げて構成してもよい。
【0074】
また、上述した説明では、第１の設定温度Ｔｓｅｔ１と第２の設定温度Ｔｓｅｔ２の二段階の温度設定で、制御装置３０がペルチェ素子８ａを制御する場合を例に示したが、二段階以上の温度設定を設けて制御してもよい。
【0075】
以上のように、この実施の形態１によれば、断熱容器１と、断熱容器１の庫内に取り付けられた伝熱板７と、伝熱板７に接触する伝熱面を有し、断熱容器１に取り付けられたペルチェ素子８ａにより冷却する温度調整装置８と、断熱容器１の内部に取り付けられ、断熱容器１の内部の空気温度を検知する温度センサ１４と、ペルチェ素子８ａに供給する電力を調整し、断熱容器１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３０とを備え、制御装置３０は、温度センサ１４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、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ペルチェ素子８ａに出力する電圧値を算出し、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、第１の設定温度に切り換えてペルチェ素子８ａに供給する電圧値を算出する電圧指令部３０ｅと、第２の設定温度から第１の設定温度に切り替える場合に、ペルチェ素子８ａ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３０ｃとを有するように構成した。
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、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。
【0076】
また、この実施の形態１によれば、電圧指令部３０ｅは、第１の設定温度から第２の設定温度に切り替える場合に、ペルチェ素子８ａに供給する電圧の低下量を制御するように構成した。
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、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。
【0077】
また、この実施の形態１によれば、ペルチェ素子８ａは、最大吸熱量が４０Ｗから６０Ｗの範囲内の吸熱量であり、制御装置３０は、ペルチェ素子８ａを動作させる最大電圧を、ペルチェ素子８ａ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ように構成した。
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。
【0078】
また、この実施の形態１によれば、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、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。さらに、第１の設定温度が、３℃から８℃の範囲内の温度であり、第２の設定温度が、８℃から１３℃の範囲内の温度である。
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、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。
【0079】
また、この実施の形態１によれば、冷蔵庫の収容量が、１５リットルから３５リットルの範囲内の容積であり、ホテルまたは病院等で利用しやすい冷蔵庫を得ることができる。
【0080】
また、この実施の形態１によれば、伝熱板７を、断熱容器１を構成する２つの面に沿うＬ字状の部材で構成したので、伝熱板７を安価に構成することができる。
【0081】
また、この実施の形態１によれば、温度センサ１４が、断熱容器１の内部の側面であって、断熱容器１の背面から２０ｍｍから１００ｍｍの範囲内の距離、および断熱容器１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ように構成した。
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。
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。
【0082】
また、この実施の形態１によれば、伝熱板７は、アルミニウム材からなり、当該伝熱板７を断熱容器１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。これにより、冷蔵庫を安価に構成することができる。
【0083】
また、この実施の形態１によれば、伝熱板７は、板厚が３ｍｍから４ｍｍの範囲内の厚さである。これにより、十分な強度を有し、かつ安価な冷蔵庫を得ることができる。
【0084】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【0085】
１００ 冷蔵庫、２ 扉、３ 外郭部材、４ 内郭部材、５ 断熱材、６ 照明装置、７ 伝熱板、８ 温度調整装置、８ａ ペルチェ素子、８ｂ 伝熱ブロック、８ｃ ヒートシンク、９ 排水筒、１０ 露受け皿、１１ 背面カバー、１２ 送風ファン、１３ フィルタ、１４ 温度センサ、１４ａ 孔部、１４ｂ 感温部、１４ｃ リード線、３０ 制御装置、３０ａ 電源回路、３０ｂ 電流検出部、３０ｃ 電流制限部、３０ｄ 温度演算部、３０ｅ 電圧指令部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】