(57)【特許請求の範囲】
【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−ルは、電極を介して接続され且つ分散配置された複数の電子冷却素子と、前記電子冷却素子に電流を供給する直流電源と、前記直流電源を制御するコントロ−ラとを備え、
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、前記夜間料金時間帯に前記蓄冷器の蓄冷を行うように前記電子冷却素子に通電すると共に、前記ピ−クシフトの必要な時間帯に前記蓄冷器から前記冷蔵庫内に放冷を行うように前記電子冷却素子に逆の通電をする制御手段とを備えたことを特徴とする蓄冷式冷蔵庫。
【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用いる電子冷却素子モジュ−ルにおいて、
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て設けられ且つ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ように設けられ、
電極を介して接続され且つ分散配置された複数の電子冷却素子と、前記電子冷却素子に電流を供給する直流電源と、前記直流電源を制御するコントロ−ラとを備え、
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、前記夜間料金時間帯に前記蓄冷器の蓄冷を行うように前記電子冷却素子に通電すると共に、前記ピ−クシフトの必要な時間帯に前記蓄冷器から前記冷蔵庫内に放冷を行うように前記電子冷却素子に逆の通電をする制御手段とを備えたことを特徴とする電子冷却素子モジュ−ル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄冷式冷蔵庫及びこれに用いる電子冷却素子モジュ−ルに係り、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及びこれに用いる電子冷却素子モジュ−ル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及びこれに用いる電子冷却素子モジュ−ルを提供することにある。
【０００８】
【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−ルは、電極を介して接続され且つ分散配置された複数の電子冷却素子と、前記電子冷却素子に電流を供給する直流電源と、前記直流電源を制御するコントロ−ラとを備え、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、前記夜間料金時間帯に前記蓄冷器の蓄冷を行うように前記電子冷却素子に通電すると共に、前記ピ−クシフトの必要な時間帯に前記蓄冷器から前記冷蔵庫内に放冷を行うように前記電子冷却素子に逆の通電をする制御手段とを備えたものである。
また、本発明は、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用いる電子冷却素子モジュ−ルにおいて、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て設けられ且つ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ように設けられ、電極を介して接続され且つ分散配置された複数の電子冷却素子と、前記電子冷却素子に電流を供給する直流電源と、前記直流電源を制御するコントロ−ラとを備え、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、前記夜間料金時間帯に前記蓄冷器の蓄冷を行うように前記電子冷却素子に通電すると共に、前記ピ−クシフトの必要な時間帯に前記蓄冷器から前記冷蔵庫内に放冷を行うように前記電子冷却素子に逆の通電をする制御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１００Ｗ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Ｗｃ＝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＝２９Ｗ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１５ｂ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１２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，１５ｂ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及びこれに用いる電子冷却素子モジュ−ル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、１１…電子冷却素子モジュ−ル、１２…電子冷却素子、１３…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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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