(57)【要約】【課題】食品の表面温度を正確に検知すると共に、食品の外形および温度変動の分析によって温度伝導特性を求め、最適な加熱または冷却シーケンスを選定することができる収納庫を提供する。【解決手段】食品を収納する切換室１４と、切換室１４内に設けられた温度分布検知手段と、食品の外形寸法を判別する外形測定手段と、食品を加熱または冷却する熱源とを備え、前記熱源により食品を加熱または冷却したとき、前記温度分布検知手段で取得した食品の温度変化データ、および前記外形測定手段で取得した外形データを用い、食品の温度伝導特性を演算処理部で算出することにより、食品の表面温度状態が正確に検知できるだけでなく、例えば食品中心の温度を推測し、最適な加熱または冷却シーケンスを選定することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
食品を収納する収納室と、前記収納室内に設けられた温度分布検知手段と、食品の外形寸法を判別する外形測定手段と、食品を加熱または冷却する熱源とを備え、前記熱源により食品を加熱または冷却したとき、前記温度分布検知手段で取得した食品の温度変化データ、および前記外形測定手段で取得した外形データを用い、食品の温度伝導特性を演算処理部で算出することを特徴とした収納庫。
【請求項２】
前記温度分布検知手段は、格子状の複数の区画毎に温度を検出できることを特徴とした請求項１に記載の収納庫。
【請求項３】
前記外形測定手段は、前記温度分布検知手段による各格子の検知データを用い、温度測定値が所定以上異なる格子間を食品の境界面と判断し、食品の外形寸法を求めることを特徴とした請求項１から請求項２のいずれか一項に記載の収納庫。
【請求項４】
前記演算処理部は食品の中心温度を推測することを特徴とした請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の収納庫。
【請求項５】
前記演算処理部による演算処理は、クラウドコンピューティングによって行うことを特徴とした請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の収納庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に収納された収納物の熱伝導特性を推測する手段を備えた機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭用冷蔵庫や電子レンジでは、非接触温度センサで食品温度を検知し、冷却強度、或いは加熱強度を変化させるものがある。例えば、可動式の赤外線温度センサを備え、食品投入による温度上昇を検知して積極的に冷気を供給する冷蔵庫がある（特許文献１参照）。
【０００３】
図９は、特許文献１に記載された従来の冷蔵庫の冷蔵室の切換室を示す側面断面図である。図９に示すように、切換室１０１内に設けられた可動式のサーモパイル１０２（赤外線温度センサ）によって食品の投入を判別し、冷気を積極的に供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５１４７９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記の特許文献１の構成は、赤外線センサの視野角に入る食品以外の壁面等の温度も含めて検知するため、高精度なセンシングが困難である。また、食品の表面温度しか検知できず、食品内部の温度推定はできない。このため、検知温度に基づいて冷却シーケンスを可変しても、多種有る食品毎に適した冷却シーケンスを選定できているとは言えない。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、食品の表面温度を正確に検知すると共に、食品の外形および温度変動の分析によって温度伝導特性を求め、最適な加熱または冷却シーケンスを選定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の収納庫は、食品を収納する収納室と、前記収納室内に設けられた温度分布検知手段と、食品の外形寸法を判別する外形測定手段と、食品を加熱または冷却する熱源とを備え、前記熱源により食品を加熱または冷却したとき、前記温度分布検知手段で取得した食品の温度変化データ、および前記外形測定手段で取得した外形データを用い、食品の温度伝導特性を演算処理部で算出するものである。
【０００８】
これによって、食品の表面温度状態が正確に検知できるだけでなく、例えば食品中心の温度を推測し、最適な加熱または冷却シーケンスを選定することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の収納庫は、食品の熱伝導特性を推測できるので、どのような食品に対しても最適な加熱または冷却が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における収納庫の正面図
【図２】本発明の実施の形態１における収納庫の制御ブロック図
【図３】本発明の実施の形態１における図１のＡ−Ａ断面図
【図４】本発明の実施の形態１におけるセンシングの概略図
【図５】本発明の実施の形態１におけるセンサ検知データの一例を示した図
【図６】本発明の実施の形態１における食品の温度伝導特性判別の一例を示した図
【図７】本発明の実施の形態１における中心温度推定のフローチャート図
【図８】本発明の実施の形態１における解凍シーケンスのタイムチャート図
【図９】従来の冷蔵庫の切換室の側面断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、食品を収納する収納室と、前記収納室内に設けられた温度分布検知手段と、食品の外形寸法を判別する外形測定手段と、食品を加熱または冷却する熱源とを備え、前記熱源により食品を加熱または冷却したとき、前記温度分布検知手段で取得した食品の温度変化データ、および前記外形測定手段で取得した外形データを用い、食品の温度伝導特性を演算処理部で算出するものであり、食品の表面温度状態が正確に検知できるだけでなく、食品の温度伝導特性に適した加熱または冷却シーケンスを選定することができる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、前記温度分布検知手段は、格子状の複数の区画毎に温度を検出できるものであり、食品の温度データを詳細に分析することができる。
【００１３】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記外形測定手段は、前記温度分布検知手段による各格子の検知データを用い、温度測定値が所定以上異なる格子間を食品の境界面と判断し、食品の外形寸法を求めるものであり、温度分布検知と外形測定をひとつのデバイスで実現できるだけでなく、カメラ等による画像処理を必要とせず正確な外形測定ができる。
【００１４】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、前記演算処理部は食品の中心温度を推測するものであり、食品の加熱または冷却において表面と中心の温度ムラを抑制するシーケンスを選定することができる。
【００１５】
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、前記演算処理部による演算処理は、クラウドコンピューティングによって行うものであり、個々の収納庫が複雑なシステムを搭載する必要がなくなる。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、冷蔵庫を例とし、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。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態における収納庫の正面図、図２は同実施の形態における収納庫の制御ブロック図である。
【００１８】
図１および図２において、冷蔵庫１１を構成する断熱箱体は、主に鋼板を用いた外箱と、ＡＢＳなどの樹脂で成形された内箱と、外箱と内箱の間に注入した断熱材で構成されている。さらに、断熱箱体は複数の収納室に断熱区画されており、最上部に冷蔵室１２、その冷蔵室１２の下部に製氷室１３もしくは切換室１４が横並びに設けられ、その製氷室１３と切換室１４の下部に冷凍室１５、そして最下部に野菜室１６が配置され、各収納室の前面には外気と区画するための断熱扉が冷蔵庫本体の前面開口部にそれぞれ構成されている。冷蔵室１２の断熱扉である冷蔵室扉１２ａの中央部付近には、各室の庫内温度設定や製氷および急速冷却などの設定を行うことができ、また収納状態の検知結果や冷蔵庫の運転状況などを表示できる表示部１７が配置されている。
【００１９】
冷蔵室１２内の最上部の後方領域に形成された機械室内には、圧縮機３０、水分除去を行うドライヤ等の冷凍サイクルの構成部品が収納されている。
【００２０】
冷凍室１５の背面には冷気を生成する冷却室が設けられ、冷却室内には、冷却器、および、冷却器で冷却した冷却手段である冷気を冷蔵室１２、切換室１４、製氷室１３、野菜室１６、冷凍室１５に送風する冷却ファン３１が配置される。さらに冷却ファン３１からの風量を調節する風量調節ダンパー３２が風路内に設置されている。また、冷却器やその周辺に付着する霜や氷を除霜するためにラジアントヒータ、ドレンパン、ドレンチューブ、蒸発皿等が構成されている（図示せず）。
【００２１】
冷蔵室１２は冷蔵保存のために凍らない温度を下限に通常１℃〜５℃とし、最下部の野菜室１６は冷蔵室１２と同等もしくは若干高い温度設定の２℃〜７℃としている。また、冷凍室１５は冷凍温度帯に設定されており、冷凍保存のために通常−２２℃〜−１５℃で設定されているが、冷凍保存状態の向上のために、例えば−３０℃や−２５℃の低温で設定されることもある。
【００２２】
製氷室１３は冷蔵室１２内の貯水タンクから送られた水で室内上部に設けられた自動製氷機で氷をつくり、室内下部に配置した貯氷容器に貯蔵する。
【００２３】
切換室１４は、１℃〜７℃程度で設定される冷蔵温度、−２２℃〜−１５℃程度で設定される冷凍温度とする冷却機能以外に、加熱機能も持つ。加熱手段としては、ヒータ加熱、電磁誘導加熱、或いはマイクロ波加熱等が考えられる。
【００２４】
切換室１４は製氷室１３に並設された独立扉を備えた収納室であり、引き出し式の扉を備えることが多い。
【００２５】
なお、本実施の形態では、切換室１４を、冷凍から加熱までを可能とした収納室としているが、冷蔵および冷凍のみ、または加熱温度帯に特化した収納室としても構わない。
【００２６】
図３は同実施の形態における図１のＡ−Ａ断面図である。同図のように、本実施の形態の切換室１４には、収納された食品４２の温度分布、および面積を検知する赤外線センサアレイ２３が天面に設けられている。また食品４２の高さを検知する測距センサ２４が設けられている。また、底面４１には、食品４２を加熱するための熱源として加熱ヒータ２５、食品４２の温度伝導特性を求めるために使用する検知用ヒータ２６、冷却ファン３１により冷風を送り込む吐出口４３が設けられている。
【００２７】
図４は同実施の形態におけるセンシングの概略図、図５は同実施の形態におけるセンサ検知データの一例を示した図、図６は同実施の形態における食品の温度伝導特性判別の一例を示した図である。
【００２８】
この構成による食品４２の熱伝導特性、および中心温度Ｔｃの推定方法について、図７のフローチャート図を使用しながら説明する。
【００２９】
図４のように、赤外線センサアレイ２３は、仮に「８×８」の各格子の温度を検知するものとした。検知範囲５１は「Ａ×Ａ」の面積であり、Ａの値は図３の寸法Ｈ、および赤外線センサアレイの視野角αから求まる。格子５２ひとつあたりの辺寸法は、Ａを８分割したａとなる（ステップ１０１）。
【００３０】
切換室扉１４ａの開閉を扉開閉検知センサで判別し、食品の投入を推定した後（ステッ
プ１０２）、天面の赤外線センサアレイ２３が検知した食品４２は、図５のように食品の表面温度Ｔｆとして複数の格子で検知される。また、底面４１は底面温度Ｔｂとして検知される（ステップ１０３）。ＴｆとＴｂに一定以上の差があるとき（ステップ１０４）、この境界面５３により底面４１と食品４２とを区別する（ステップ１０５）。
【００３１】
例えば食品４２が切換室１４内で冷却保存されていた場合、ＴｆとＴｂの値がほぼ同値となり、境界面５３が判別できない可能性が高い。このときは、底面４１を熱伝導性の高いアルミ板等で形成し、加熱ヒータ２５で短時間加熱する（ステップ１０６）。底面４１は、比較的熱伝導性の低い食品４２よりも早く高温となるため、ＴｆとＴｂに差ができ、境界面５３が判別できるようになる（ステップ１０７）。
【００３２】
境界面５３を判別することで、食品の横幅Ｗは「３×ａ」、奥行きＤは「４×ａ」と求まる（ステップ１０８）。さらに、測距センサ２４により、天面から食品４２までの距離Ｈｓを測定する。切換室１４の高さＨは予め分かっているため、食品の高さｈは「Ｈ−Ｈｓ」により求まる（ステップ１０９）。
【００３３】
このように、食品の表面温度Ｔｆを検知するとともに、食品のサイズを推測することが可能となる（ステップ１１０）。
【００３４】
なお、本実施の形態では食品の表面温度は部位にかかわらず全てＴｆと仮定しているが、現実的には多少の差異があり、その分布も検知している。
【００３５】
また、食品４２を直方体に近い形状と仮定しているが、複雑な形状の食品でも寸法判別が可能である。より正確な検知のためには、格子数を増加させることが望ましい。
【００３６】
次に、食品４２の熱伝導特性を推定する。まず、検知用ヒータ２６により、食品４２を加熱する（ステップ１１１）。検知用ヒータ２６の熱量は、食品４２に悪影響を及ぼさない範囲でＱ１とする。
【００３７】
一定時間ｔの経過後、赤外線センサアレイ２３による検知結果は図６のようになり、例えば食品４２の表面温度分布は、検知用ヒータ２６に近い方からＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５という分布になり、加熱時間に従い上昇していく。この温度上昇を、それぞれΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３、ΔＴ４、ΔＴ５として、経時変化を確認する（ステップ１１２）。
【００３８】
これらの検知温度に加え、事前に取得していた食品４２の寸法と合わせ、例えばフーリエの法則等を利用して、食品の熱伝導に関する特性を算出する（ステップ１１３）。なお、食品の重量や密度を求め、より正確な計算を行うために重量を検知するセンサを設けても良い。
【００３９】
以上のように、食品４２の表面温度、外形寸法、および熱伝導特性が求まったため、加熱ヒータ２５の加熱による熱量Ｑ２、或いは吐出口４３からの冷気の熱量Ｑ３を予め明確にしておくことで、加熱または冷却による食品４２の中心温度Ｔｃの変化が推定可能となる。
【００４０】
この演算結果を利用した一例として、冷凍された食品４２の解凍シーケンスについて、図８のタイムチャート図を使用して説明する。
【００４１】
初期状態ｔ０において、食品４２は切換室１４内で一定時間冷凍されていたとし、表面温度Ｔｆ、中心温度ＴｃともにＴ０で安定している。
【００４２】
まず、加熱ヒータ２５によって、加熱を開始する。加熱による温度変化は表面温度Ｔｆの方が中心温度Ｔｃよりも大きいため両者の乖離を防ぐためにΔｔ１の時間だけ加熱するものとする。このとき、ＴｆとＴｃの温度上昇は、それぞれΔＴｔ１、ΔＴｔ１’となる。
【００４３】
次に、ＴｆとＴｃの温度差を一定以上まで縮小するため、吐出口４３からの冷気による冷却をΔｔ２の時間で行う。冷却によるＴｆとＴｃの温度変化を、それぞれΔＴｔ２、ΔＴｔ２’とすると、「ΔＴｔ２＞ΔＴｔ２’」となるため、ＴｆとＴｃとの温度差はある程度縮小される。
【００４４】
以降、このような加熱・冷却サイクルを、中心温度Ｔｃが解凍達成温度Ｔｍとなるまで繰り返し、解凍を完了する。
【００４５】
この間、食品４２の表面温度Ｔｆは、食品４２が変質する温度Ｔｑ未満となるように管理している。また、食品４２の中心温度Ｔｃおよび温度変化ΔＴｔｎは、加熱ヒータ２５による熱量Ｑ２、冷気による熱量Ｑ３、赤外線センサアレイ２３の検知による表面温度Ｔｆおよび外形寸法などのデータに基づき、随時算出している。
【００４６】
このように、食品４２の表面温度だけでなく、中心温度も管理しながら解凍するため、例えば食品の外側だけ解凍され、中心は凍結したままという様な、従来多くあった課題が解決できる。また、食品４２の温度伝導特性を求めた上で加熱しているため、必要以上の熱量を与え、例えば解凍シーケンスで肉が焼けるような不具合も発生しない。
【００４７】
なお、以上の説明において、加熱ヒータ２５と検知用ヒータ２６は別構成でなく、一部品で両方の役割を持たせてもよい。
【００４８】
また、加熱ヒータ２５、検知用ヒータ２６による加熱は、吐出口４３からの冷風、または別手段による冷却と置き換えても良い。
【００４９】
また、精密なデータ算出するためには複雑な演算処理が必要となり、収納庫１１に設置された演算制御部２１には高速・高記憶領域の性能が求められる。しかしながら、ひとつひとつの収納庫に高性能な演算制御部２１を搭載することは非現実的であるため、収納庫１１内の演算制御部２１はデータ取得のみとし、ネットワーク接続によるクラウドコンピューティングを利用し、シェアされた高性能な演算処理装置で計算することが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明にかかる収納庫は、食品の表面温度状態が正確に検知できるだけでなく、例えば食品中心の温度を推測し、最適な加熱または冷却シーケンスを選定することができるため、冷蔵庫、業務用解凍機、および電子レンジなど、食品の温度管理が必要な機器への適用が期待できる。
【符号の説明】
【００５１】
１１  冷蔵庫（収納庫）
１２  冷蔵室
１２ａ  冷蔵室扉
１３  製氷室
１４  切換室
１４ａ  切換室扉
１５  冷凍室
１６  野菜室
１７  表示部
２１  演算制御部
２２  扉開閉検知手段
２３  赤外線センサアレイ
２４  測距センサ
２５  加熱ヒータ
２６  検知用ヒータ
３０  圧縮機
３１  冷却ファン
３２  風量調節ダンパー
４１  底面
４２  食品
４３  吐出口
５１  検知範囲
５２  格子
５３  境界面
【図１】
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【図２】
2015206502.tif 000004
【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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【図９】
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