(57)【要約】【課題】深夜電力により高速大容量の非水電解質二次電池を充電してこれを冷蔵庫の電力として用いることができ、このような蓄電式冷蔵庫を普及させることで、電力消費量の平準化に寄与して将来の化石燃料の枯渇というエネルギー問題に貢献するとともに、使用者の電力料金負担を軽減できる冷蔵庫を提供する。【解決手段】負極材料に金属材料からなるナノ微粒子を使用し、このナノ微粒子を均一に固定することで電極化した高エネルギー密度と高速充電性能を有する非水電解質二次電池である蓄電池13に深夜電力時間帯の電力を充電し、前記蓄電池の電力を昼間の時間帯に放電して冷却器、凝縮器を備えた冷凍サイクルの冷媒圧縮機11に供給して冷蔵庫の運転制御をおこなう。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極材料に金属材料からなるナノ微粒子を使用し、このナノ微粒子を均一に固定することで電極化した高エネルギー密度と高速充電性能を有する非水電解質二次電池である蓄電池に深夜電力時間帯の電力を充電し、前記蓄電池の電力を昼間の時間帯に放電して冷却器、凝縮器を備えた冷凍サイクルの冷媒圧縮機に供給したことを特徴とする冷蔵庫。
【請求項２】
蓄電池への充電を、深夜電力時間帯の終了直前のおこなうようにしたことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項３】
蓄電池に閾値を定め、放電時に蓄電池の電圧を検出してこれが閾値以下になった場合は放電を中止して商用電源に切り換えるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の冷蔵庫。
【請求項４】
商用電源の停電時には、蓄電池の電力による運転に切り替えることを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項５】
蓄電池を冷蔵庫本体の背面上部における筐体外郭の内面側に配置したことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負極材料にナノ微粒子を使用した非水電解質二次電池により深夜電力を利用して駆動するようにした冷蔵庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力消費の少ない深夜から早朝にかけての電気の使用を促進する、いわゆる深夜電力を有効に活用することで昼夜の電力消費量の平準化をはかり、昼間のピーク電力を抑制して発電設備能力を低減したり、また設備増強を抑制する施策が推進されている。この深夜電力利用システムは、利用者には料金が割安になるメリットがあり、種々の家庭用機器への採用も検討されている。
【０００３】
上記につき、従来の冷蔵庫は、熱負荷に応じて冷凍サイクルにおける冷媒圧縮機を運転し電力を消費するものであることから、１日の中では、家人が活動している昼間に負荷が大きくなって電力消費量が多くなるものであり、電力料金契約によっては昼間の電力料金が夜間の４倍になることもあって、却って料金負担が多くなるという問題があった。これに対して、深夜電力を利用する蓄電池を備えた冷蔵庫が提案されており、庫内に蓄電池を設置して電力消費量の比較的少ない夜間にその蓄電池に蓄電し、電力消費量の比較的多い昼間は蓄電池からの放電で冷蔵庫を運転することにより、昼夜間の電力負荷格差を是正して時間帯別電力料金制度に対応させるようにしている（特許文献１参照）。
【０００４】
一方、小型機器向けのバッテリーの代名詞でもあるリチウムイオン二次電池は、小型で高いエネルギー密度を有するが、充電時間が２、３時間と長く、無理におこなうと電解液が分解し電極が劣化する欠点がある。また、キャパシタは、リチウムイオン電池に比し充電性能が高い蓄電池であるが、エネルギー密度が小さいため長い間駆動することができない欠点があり、したがって、携帯電話以上の大型機器を駆動させるには困難な状況にあったが、近年本発明の出願人より、リチウムイオン電池の高エネルギー密度とキャパシタの高速充電性能を併せ持つ高速大容量の二次電池を提案している（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−２６１８７９号公報
【特許文献２】特開２００５−１２３１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の状況に着眼してなされたものであり、深夜電力により高速大容量の非水電解質二次電池を充電してこれを冷蔵庫の電力として用いることができ、このような蓄電式冷蔵庫を普及させることで、電力消費量の平準化に寄与して将来の化石燃料の枯渇というエネルギー問題に貢献するとともに、使用者の電力料金負担を軽減できる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】
【０００６】
上記課題を解決するため本発明の冷蔵庫は、負極材料に金属材料からなるナノ微粒子を使用し、このナノ微粒子を均一に固定することで電極化した高エネルギー密度と高速充電性能を有する非水電解質二次電池である蓄電池に深夜電力時間帯の電力を充電し、前記蓄電池の電力を昼間の時間帯に放電して冷却器、凝縮器を備えた冷凍サイクルの冷媒圧縮機に供給したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、深夜電力を利用して高速大容量の非水電解質二次電池を充電し、これを冷蔵庫の電力として用いることで、冷蔵庫の冷却性能を充分に保持するとともに電池のコンパクト化によって冷蔵庫の本体内に収納することができ、また、電力消費量の平準化に寄与してエネルギー問題に貢献することができ、さらに、使用者の電力料金負担を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、冷蔵庫（１）の概略縦断面図であり、外郭を形成する外箱（２）と内箱（３）および断熱層（４）からなる断熱筐体内には冷蔵室（５）や野菜室（６）、冷凍室（７）などの貯蔵空間を形成するとともに、これら貯蔵空間を冷却する冷却器（８）やファン（９）を設けており、この冷却器（８）は冷蔵庫本体（１）の背面下部に形成した機械室（10）内に配置した圧縮機（11）や凝縮器（12）と環状に接続して冷凍サイクルを形成している。
【０００９】
圧縮機（11）は、通常は商用交流電源により駆動されるものであり、前記冷蔵室（５）や冷凍室（７）などの室内温度が所定温以上に上昇した場合は、これを検知して冷媒ガスを凝縮器（12）に吐出し、放熱させるとともに図示しない減圧器により液化して冷却器（８）に供給し蒸発させて冷却するものであり、冷却器（８）で生成した冷気をファン（９）によって各貯蔵室（５）（６）（７）内などに導入して冷却する。
【００１０】
しかして、冷蔵庫本体（１）の背面上部における筐体外郭の内面側には、非水電解質二次電池である蓄電池（13）を配置している。この蓄電池（13）は、図２に示すように、袋状フィルム製の袋状容器（14）内に非水電解質とともに正極（15）および負極（16）をセパレータ（17）を介して扁平状に巻回して収納し、正極（15）および負極（16）に一端を接続した帯状正極端子（18）および負極端子（19）の他端を容器（14）外に引き出したものであって、前記負極（16）は、平均結晶粒子径が５０μｍ以下のアルミニウム箔あるいはアルミニウム合金箔からなる負極集電体と、この負極集電体に担持された一次粒子の平均粒子径ｈが１μｍ以下、より好ましくは３００ｎｍ（ナノメートル）以下の粒子分布を有するリチウムチタン酸化物粒子を使用した負極活物質粒子を含有する負極層を備えたものである。
【００１１】
そして前記負極（16）は、前記平均結晶粒子径が５０μｍ以下の負極集電体によって結晶粒界が小さくなることから、アルミニウムの箔厚を薄くしてもピンホールやクラックの発生を防ぐことができ、また同理由で集電体の引っ張り強度を大きくできることから高密度を得るために大きなプレス圧を加えても破断することがなく、機械的強度を大きくして不活性物質を含む負極の密度を充分に高くすることができる。そしてまた、負極活物質として、前記平均粒子径が小さいナノ微粒子分布を持つリチウムチタン酸化物粒子を使用することで、高温環境、急速充電あるいは高出力放電といった条件でのサイクル性能に優れた高容量な非水電解質二次電池を得ることができるものである。
【００１２】
一般に、いわゆるリチウムイオン二次電池は、小型でキャパシタ（コンデンサ）の数１０倍にもなる大きな高いエネルギー密度を有するが、充電時間が長く、無理におこなうと電解液が分解する欠点があり、キャパシタは充電性能が高いが、エネルギー密度が小さく長時間駆動できない欠点があった。これに対して、本発明に使用するリチウムイオン電池である上記蓄電池（13）は、前述のごとく、負荷（負極）材料の負極活物質として、リチウムイオンをスムーズに吸収貯蔵可能で、急速充電しても有機電解液を分解しない特性を持つ数百ナノメートルオーダーのナノ微粒子であって炭素材料ではないリチウムチタン酸化物などの金属酸化物を使用し、これを均一に固定して電極化しているものである。
【００１３】
そして、出願人が試作したラミネート型電池は、厚さ３．８ｍｍ、高さ６２ｍｍ、幅３５ｍｍ、容量６００ｍＡｈで、急速充電サイクル評価の実施した結果、１分間で電池容量の８０％まで充電可能で数分間でフル充電でき、あるいは、高出力放電ができ、さらに充放電１０００サイクル後の容量低下は１％という優れたサイクル寿命性能を得たものであり、リチウムイオン電池の高エネルギー密度とキャパシタの高速充電性能を併せ持つ高速大容量の充電池であって高い効率で電力回生でき、圧縮機モーターの駆動に適している。
【００１４】
上記蓄電池（13）は、図３に示す制御ブロック（20）の一環として冷蔵庫を運転制御するものであり、冷蔵庫制御部（21）は圧縮機運転用インバータ（22）により圧縮機（11）の運転を制御するとともに、その他の電気制御部（23）である各種ヒータ、庫内照明灯やファンモータなどを制御する。この冷蔵庫制御部（21）は、通常は商用電源検知部（24）によって商用電源（25）を検知し、これを電源として交流直流変換部（26）から電源切替器制御部（27）により圧縮機（11）を駆動させ、冷蔵庫の運転をおこなうものであり、深夜電力利用時間帯である、例えば午後１１時から翌日の午前７時までは、電力会社との契約により単価が低額な深夜電力を使用して商用電源（25）により圧縮機（11）を駆動し、冷蔵庫を冷却運転するようにしている。
【００１５】
そして、本発明においては、前記深夜電力時間帯の間には、商用電源からの交流電力を直流電力に変換する交流直流変換部（26）を介して、その直流電力を充電制御部（28）により蓄電池（13）に充電するよう構成しており、充電された蓄電池（13）は、深夜電力時間帯以外の時間、具体的には最も電力消費量が多くなる昼間の午後０時から３時の時間帯に活用するべく、深夜電力切替タイマー（29）により電源切替器制御部（27）で蓄電池（13）側に電源を切り替え、蓄電池（13）から電圧整合器（30）を介して冷蔵庫を運転するよう制御されている。
【００１６】
すなわち、午後０時になった場合は、深夜電力切替タイマー（29）でこれを検出し、電源切替器制御部（27）で冷蔵庫制御部（21）への電源を蓄電池（13）側に切り替えるとともに、電圧整合器（30）で蓄電池（13）からの直流を交流にして冷蔵庫制御部（21）に供給し、圧縮機（11）を運転するものであり、その場合は、充電により、例えば５００Ｗｈ蓄電できることから、約３時間に亙って蓄電池（13）に蓄電された電力を圧縮機（11）に供給するよう放電し、冷蔵庫が冷却運転される。このことにより、夏季などにおける最大電力消費を抑制することができるばかりでなく、本発明に使用する蓄電池（13）は、前記したごとく、厖大な繰り返し充放電に耐えるサイクル寿命性能を有していることから、冷蔵庫のような耐用年数の長い機器についても長期に亙って蓄電効果を発揮することができるものである。
【００１７】
なお、昼間のピーク時間帯（午後０時から３時）だけでなく、ピーク時間帯を含めた昼間の時間帯（例えば、午前１０時から午後５時）であってもよい。
【００１８】
また、蓄電池（13）に閾値を設け、前記昼間の放電時に蓄電池（13）の電圧をバッテリー監視部（31）で検出して閾値より大きい場合には放電を継続させるが、閾値以下になった場合には放電を中止して商用電源（25）に切り換えるように制御することで、蓄電池（13）としての性能劣化を抑制するとともに蓄電池が経時劣化しても冷蔵庫として冷却性能不良などの機能障害を発生させないようにすることが可能である。
【００１９】
前記深夜電力の蓄電池（13）への充電は、深夜電力利用時間帯の終了直前、すなわち、午前６時頃から約６０分間を利用しておこなうことによって、放電までのロスを最小源に抑えることができる。圧縮機（11）動作用の電力は、商用周波数に合わせた５０／６０Ｈｚ、または圧縮機回転数をインバータで可変するようにしてもよく、さらには直流化して与えてもよい。
【００２０】
そしてまた、落雷などで商用電源（25）が不意に停電したような場合には、昼間あるいは深夜電力の時間帯に関わりなく蓄電池（13）による電力運転に切り替えて圧縮機（11）を駆動し、冷蔵庫を運転するように制御している。これにより、停電しても冷蔵庫の冷却作用が停止しないので、食品に悪影響を与えることなく冷却保存することができる。
【００２１】
前述したごとく、本実施形態によれば、蓄電池（13）に蓄電した深夜電力を昼間の電力使用ピーク時の冷蔵庫の圧縮機（11）駆動用の電力として使用することにより、家庭内の総消費電力量の２割程度を占める冷蔵庫の電力消費量を低減することができ、その経済的効果はきわめて大きいものであるとともに、蓄電池（13）は、負極材料にリチウムイオン酸化物などの金属材料からなるナノ微粒子を使用し、このナノ微粒子を均一に固定することで電極化した非水電解質蓄電池であることから、高エネルギー密度と高速充電性能を有するものを得ることができる。
【００２２】
さらに、前述したように蓄電池（13）自体の容積をきわめてコンパクトに形成できることから、断熱筐体（１）の適宜の箇所、例えば、背面上部における外箱（２）と冷蔵室（５）内上部に形成した内方へ段部（５ａ）との間に形成した空間部（32）に収納設置することにより、元来冷蔵庫貯蔵空間として最上部の奥部に位置することから、使用者の手が届きにくくデッドスペースになり易かった冷蔵室（２）の最上段の棚奥部を、蓄電池（13）の収納箇所として活用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の１実施形態を示す冷蔵庫の縦断面図である。
【図２】図１の冷蔵庫に使用する非水電解質二次電池の部分切欠斜視図である。
【図３】図１に示す冷蔵庫の制御ブロック図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  冷蔵庫本体
５  冷蔵室
10  機械室
11  圧縮機
13  蓄電池
14  容器
15  正極
16  負極
20  制御ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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