(57)【要約】【課題】フロンや可燃性の冷媒を使用することなく、コンパクトで構造も複雑とならない冷凍庫を提供する。【解決手段】冷凍庫１は、箱体２と、該箱体２内に設けられ冷却対象を収容する冷却空間３と、冷却空間３あるいは冷却対象の温度を検知する庫内温度センサ７と、深温あるいはその近傍の温度帯まで冷却空間３の温度を低下させることが可能なスターリング冷凍機４と、冷却対象を冷却空間３に収容した後に、冷却対象を深温あるいはその近傍の温度で冷却するようにスターリング冷凍機４を制御する制御ユニット５とを備える。スターリング冷凍機４は、ピストンと、該ピストンをシリンダ内で駆動するピストン駆動手段と、ピストンに対し所定の位相差で共振するディスプレーサとを備え、ピストンとディスプレーサの動作により圧縮空間と膨張空間とを形成する。【選択図】        図１
2005003318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
箱体と、
前記箱体内に設けられ、冷却対象を収容する冷却空間と、
前記冷却空間あるいは前記冷却対象の温度を検知する温度検知手段と、
深温あるいはその近傍の温度帯まで前記冷却空間の温度を低下させることが可能な冷却手段と、
前記冷却対象を冷却空間に収容した後に、前記冷却対象を前記深温あるいはその近傍の温度で冷却するように前記冷却手段を制御する制御手段とを備え、
前記冷却手段は、ピストンと、該ピストンをシリンダ内で駆動するピストン駆動手段と、前記ピストンに対し所定の位相差で共振するディスプレーサとを備え、前記ピストンと前記ディスプレーサの動作により圧縮空間と膨張空間とを形成するスターリング冷凍機を含む、冷凍庫。
【請求項２】
前記制御手段は、前記冷却空間あるいは前記冷却対象の温度が前記深温あるいはその近傍の温度帯に達したことを前記温度検知手段で検知したのに応じて当該温度帯での冷却を所定時間維持し、その後、前記冷却空間あるいは前記冷却対象の温度が前記深温あるいはその近傍の温度帯より高く０℃以下の温度となるように前記冷却手段を制御する、請求項１に記載の冷凍庫。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ピストンの振幅を制御することで、前記冷却空間あるいは前記冷却対象の温度を、前記深温あるいはその近傍の温度帯の第１温度と、当該第１温度より高く０℃以下の第２温度とに切替える、請求項１または請求項２に記載の冷凍庫。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍庫に関し、特に、冷却対象を深温あるいはその近傍の温度で冷却することが可能な冷凍庫に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、家庭用で使用されている冷凍庫は蒸気圧縮方式を採用しており、主にフロン（フルオロカーボン）ガスを使用しているが、塩素を含むいわゆる特定フロンによりオゾン層が破壊されることから、今後、地球環境保護の面で温室効果の影響のない、新しい冷却システムの開発が急務である。
【０００３】
他方、業務用の急速冷凍庫の主な方式としては、冷凍する製品に直接冷気を当てて冷やす方式で、冷凍する時間が早いエアーブラスト方式や、冷凍する製品と熱を奪う冷却面とが接していて直接設置面から熱を奪う方式のコンタクト方式がある。なお、急速冷凍庫の一例が、特開２００１−９１１３２号公報に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−９１１３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のいずれの方式のものもフロンを使用していたり、可燃性の冷媒を使用する場合が多く地球環境保護の面で温室効果に影響がある。このような蒸気圧縮式の冷凍機では、−３０℃以下といった温度域を実現するためには非常に動作係数が低下するという問題が発生する。
【０００６】
また、特開２００１−９１１３２号公報に記載の急速冷凍庫は、前扉方式で庫内に棚を備えている業務用のもので、家庭で使用するには大きく構造も複雑であり、また冷却には従来のフロンなどの冷媒を使用するため、フロン廃止に伴い、今後冷却方式の転換が求められる。
【０００７】
本発明の一つの課題は、上記の課題を解決するためになされたものであり、フロンや可燃性の冷媒を使用することなく、かつ、高効率で冷凍可能な冷凍庫を提供することを目的とする。
【０００８】
ところで、食品の冷凍保存に観点をおくと、最大氷結晶生成温度帯である−１℃〜−５℃を高速で通過させると食品内の水分が凝固することによる結晶の成長が抑えられ、細胞が破れることなく冷凍前の状態を維持できることから好ましい。このような冷凍を実現するためには、いわゆる深温と呼ばれる温度で食品を保存することが望ましい。しかしながら、上述したように、従来の蒸気圧縮式等の冷却方式では非常に非効率であり、消費電力の面からみて環境の破壊に繋がる虞があるものであった。
【０００９】
そこで、本発明の第二の課題は、深温による良好な冷凍保存を高効率で発生させることが可能な冷凍庫を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る冷凍庫は、箱体と、該箱体内に設けられ冷却対象（冷凍対象）を収容する冷却空間（冷凍空間）と、冷却空間あるいは冷却対象の温度を検知する温度検知手段と、深温あるいはその近傍の温度帯まで冷却空間の温度を低下させることが可能な冷却手段（冷凍手段）と、冷却対象を冷却空間に収容した後に、冷却対象を深温あるいはその近傍の温度で冷却するように冷却手段を制御する制御手段とを備える。上記冷却手段は、ピストンと、該ピストンをシリンダ内で駆動するピストン駆動手段と、ピストンに対し所定の位相差で共振するディスプレーサとを備え、ピストンとディスプレーサの動作により圧縮空間と膨張空間とを形成するスターリング冷凍機を含む。なお、「深温」とは、本願明細書では、−３０℃〜−５０℃程度の温度をいう。
【００１１】
上記のように冷却手段としてスターリング冷凍機を使用することにより、フロンや可燃性の冷媒を使用することなく、冷却手段の構造も複雑とならず、また、従来の蒸気圧縮式の冷凍機では非常に動作係数が低下する深温を良好な動作係数で発生させることが可能となるため、深温あるいはその近傍の温度帯まで冷却空間の温度を安価に低下させることができる。
【００１２】
また、冷却対象を冷却空間に収容した後に、冷却対象を深温あるいはその近傍の温度で冷却するように冷却手段を制御する制御手段を備えるため、冷却対象を高速で温度低下させることができ、最大氷結晶生成温度帯である−１℃〜−５℃を素早く通過させることが可能である。
【００１３】
上記制御手段は、冷却空間あるいは冷却対象の温度が深温あるいはその近傍の温度帯に達したことを温度検知手段で検知したのに応じて当該温度帯での冷却を所定時間維持し、その後、冷却空間あるいは冷却対象の温度が深温あるいはその近傍の温度帯より高く０℃以下の温度となるように冷却手段を制御することが好ましい。このように制御することにより、電力消費量を低く抑えながら冷却対象の冷凍保存が可能である。なお、このとき、冷却対象は、既に冷却対象は最大氷結晶生成温度を通過しているため結晶の成長がおきることは無い。従って、結晶成長に基く保存状態の劣化が起きることがない。
【００１４】
また、上記制御手段は、スターリング冷凍機のピストンの振幅を制御することで、冷却空間あるいは冷却対象の温度を、深温あるいはその近傍の温度帯の第１温度と、該第１温度より高く０℃以下の第２温度とに切替えるものであることが好ましい。ピストンの振幅を制御することによって、第１温度と第２温度の切替ができるため、制御が容易である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１６を用いて、本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
まず、図１〜図８を用いて本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本実施の形態１における冷凍庫１の斜視図である。該冷凍庫１は、スターリング冷凍サイクルを利用したものである。
【００１７】
図１に示すように、冷凍庫１は、箱体（外箱）２と、該箱体２内に設けられ食材などの冷却対象（冷凍対象）を収容する冷却空間（冷凍空間）３と、深温（−３０℃〜−５０℃程度の温度）あるいはその近傍の温度帯まで冷却空間の温度を低下させることが可能な冷却手段（冷凍手段）としてのスターリング冷凍機（スターリングエンジン）４と、冷却対象を冷却空間３に収容した後に、冷却対象を深温あるいはその近傍の温度で冷却するようにスターリング冷凍機４を制御する制御手段である制御ユニット５と、冷却空間３内の温度を均一にする送風ファン６と、冷却空間３あるいは冷却対象の温度を検知する温度検知手段としての庫内温度センサ７とを備える。
【００１８】
本実施の形態では、冷却手段としてスターリング冷凍機４を使用し、該スターリング冷凍機４により深温あるいはその近傍の温度での急速冷凍を行うことを重要な特徴とする。
【００１９】
スターリング冷凍機４は、たとえばヘリウムガスのような無害（オゾン破壊係数がゼロ）で可燃性の危険がないガスを媒体としているので、地球温暖化係数がゼロであり地球環境に優しい冷凍機である。従って、特に需要の大きい家庭用の冷凍庫として好適となる。
【００２０】
ここで、図３を用いて、スターリング冷凍機４の構造例と、該スターリング冷凍機４の動作について説明する。
【００２１】
図３に示すように、本実施の形態のスターリング冷凍機４は、ケーシング４１と、該ケーシング４１に組付けられたシリンダ５０と、シリンダ５０内で往復動するピストン４３およびディスプレーサ４４と、再生器４５と、圧縮空間（第１作動空間）４６と、膨張空間（第２作動空間）４７と、放熱部（ウォームヘッド）４８と、吸熱部（コールドヘッド）４９と、ピストン駆動手段としてのリニアモータ４２と、ピストンスプリング５１と、ディスプレーサスプリング５２と、ディスプレーサロッド５３と、背圧空間５４とを備える。
【００２２】
ケーシング４１は、スターリング冷凍機４の外殻（外壁）を構成する部分であり、シリンダ５０をはじめとする種々の部品が該ケーシング４１に組付けられる。図３の例では、ケーシング４１は、単一の容器で構成されず、背圧空間５４を規定するとともにリニアモータ４２を受け入れるベッセル部分と、放熱部４８、再生器４５および吸熱部４９の外壁部分とで主に構成される。該ケーシング４１の内部には、ヘリウムガスや水素ガス、窒素ガスなどの作動媒体が充填される。
【００２３】
シリンダ５０は、略円筒状の形状を有し、内部にピストン４３とディスプレーサ４４とを往復動可能に受け入れる。シリンダ５０内において、ピストン４３とディスプレーサ４４とは同軸上に間隔をあけて配置され、このピストン４３およびディスプレーサ４４によってシリンダ５０内の作動空間が圧縮空間４６と膨張空間４７とに区画される。圧縮空間４６は主に放熱部４８によって囲まれ、膨張空間４７は主に吸熱部４９によって囲まれている。
【００２４】
圧縮空間４６と膨張空間４７との間には再生器４５が配設されており、この再生器４５を介してこれら両空間が連通する。それにより、スターリング冷凍機４内に閉回路が構成される。この閉回路内に封入された作動媒体が、ピストン４３およびディスプレーサ４４の動作に合わせて流動することにより、逆スターリングサイクルが実現する。
【００２５】
シリンダ５０の外側には、リニアモータ４２を配設する。このリニアモータ４２によって、シリンダ５０の軸方向にピストン４３を駆動する。ピストン４３の一端は、板バネなどで構成されるピストンスプリング５１と接続される。該ピストンスプリング５１は、ピストン４３に弾性力を付与する弾性力付与手段として機能し、該ピストンスプリング５１とリニアモータ４２により、シリンダ５０内でピストン４３を所望の振幅で周期的に往復動させることが可能となる。
【００２６】
ディスプレーサ４４は、ディスプレーサロッド５３を介してディスプレーサスプリング５２と接続される。該ディスプレーサロッド５３を介してディスプレーサスプリング５２からの弾性力がディスプレーサ４４に付与される。
【００２７】
ピストン４３に対しディスプレーサ４４と反対側には、ケーシング４１のベッセル部分によって囲まれた背圧空間５４が位置している。この背圧空間５４内にも、作動媒体が存在する。
【００２８】
次に、本実施の形態におけるスターリング冷凍機４の動作について説明する。
まず、リニアモータ４２を作動させてピストン４３を駆動する。リニアモータ４２によって駆動され正弦運動するピストン４３は、ディスプレーサ４４に接近し、圧縮空間４６内の作動媒体（作動ガス）を圧縮する。
【００２９】
ピストン４３がディスプレーサ４４に接近することにより、圧縮空間４６内の作動媒体の温度は上昇するが、放熱部４８によってこの圧縮空間４６内に発生した熱が外部へと放出される。そのため、圧縮空間４６内の作動媒体の温度はほぼ等温に維持される。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルにおける等温圧縮過程に相当する。
【００３０】
上記のようにピストン４３がディスプレーサ４４に接近した後に、ディスプレーサ４４は吸熱部４９側に移動する。他方、ピストン４３によって圧縮空間４６内において圧縮された作動媒体は再生器４５内に流入し、さらに膨張空間４７へと流れ込む。その際、作動媒体の持つ熱が再生器４５に蓄熱される。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等容冷却過程に相当する。
【００３１】
膨張空間４７内に流入した高圧の作動媒体は、ディスプレーサ４４がピストン４３側へ移動することにより膨張する。これにより、膨張空間４７内の作動媒体の温度は下降するが、吸熱部４９によって外部の熱が膨張空間４７内へと伝熱されるため、膨張空間４７内はほぼ等温に保たれる。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等温膨張過程に相当する。
【００３２】
その後、ディスプレーサ４４がピストン４３から遠ざかる方向に移動し始める。それにより、膨張空間４７内の作動媒体は再生器４５を通過して再び圧縮空間４６側へと戻る。その際、再生器４５に蓄熱されていた熱が作動媒体に与えられるため、作動媒体は昇温する。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等容加熱過程に相当する。
【００３３】
この一連の過程（等温圧縮過程−等容冷却過程−等温膨張過程−等容加熱過程）が繰り返されることにより、逆スターリングサイクルが構成される。この結果、吸熱部４９は徐々に低温になり、−５０℃程度の深温にまで達する。
【００３４】
図２に、本実施の形態における冷凍庫１の制御ブロック図を示す。図２に示すように、上記のスターリング冷凍機４、送風ファン６および庫内温度センサ７は、制御ユニット５と接続される。
【００３５】
庫内温度センサ７としては、たとえばサーミスタを使用することができる。庫内温度センサ７は、食品などの冷却対象と接触するタイプの接触型温度センサであってもよいが、冷却空間３内に設置され冷却対象と接触しないタイプの非接触型温度センサであってもよい。また、庫内温度センサ７は、冷却空間３の底部、側部、上部のいずれに設置してもよく、複数箇所に設置してもよい。
【００３６】
上記の庫内温度センサ７によって検知された冷却対象あるいは冷却空間３の温度が制御ユニット５に入力され、該制御ユニット５によりスターリング冷凍機４と送風ファン６との動作制御を行なう。
【００３７】
制御ユニット５は、専用のマイクロコンピュータを備えており、種々の演算や動作制御を行なえるようになっている。たとえば、本実施の形態における制御ユニット５は、冷却空間３あるいは冷却対象の温度が深温あるいはその近傍の温度帯に達したことを庫内温度センサ７で検知したのに応じて当該温度帯での冷却を所定時間維持し、その後、冷却空間３あるいは冷却対象の温度が深温あるいはその近傍の温度帯より高く０℃以下の温度となるようにスターリング冷凍機４の動作を制御する機能を有するものであってもよい。
【００３８】
また、制御ユニット５は、スターリング冷凍機４のピストンの振幅を制御することで、冷却空間３あるいは冷却対象の温度を、深温あるいはその近傍の温度帯の温度と、当該温度帯より高く０℃以下の温度とに切替える機能を有するものであってもよい。
【００３９】
さらに、制御ユニット５は、スターリング冷凍機４と送風ファン６とをともに作動させ、スターリング冷凍機４の動作制御を行ないながら送風ファン６の動作制御を行うものであってもよく、スターリング冷凍機４と送風ファン６の一方を作動させ、他方を停止させた状態で、作動した側の動作制御を行うものであってもよい。送風ファン６を作動させることにより、冷却空間３内の温度を均一化することができ、冷却対象の温度を効率的に低下させて早期に所望の温度とすることができる。
【００４０】
次に、図４を用いて、本実施の形態１における冷凍庫１の具体的な動作制御例について説明する。
【００４１】
まず、冷凍庫１の冷却空間３内に食品などの冷却対象を収容する。その後、図４に示すように、庫内温度センサ７により冷却空間３あるいは冷却対象の温度を検知する（ステップＳ１）。
【００４２】
次に、庫内温度センサ７により検知された温度を制御ユニット５に入力し、図示しない比較手段により当該温度と設定温度である−５０℃とを比較し、当該温度が−５０℃に達したか否かを判断する（ステップＳ２）。なお、深温あるいはその近傍の温度であれば、−５０℃以外の温度を設定温度として採用することができる。
【００４３】
庫内温度センサ７により検知された温度が−５０℃に達していない場合には、該検知温度が−５０℃に達するようにスターリング冷凍機４の電圧制御を行う。具体的には、制御ユニット５により、スターリング冷凍機４に印加する電圧値が−５０℃の冷却状態を得ることができる値（−５０℃（１００％））となるように、スターリング冷凍機４への印加電圧値を制御する。
【００４４】
庫内温度センサ７により検知された温度が−５０℃に達すると、この温度で所定時間（図４の例では１時間）保持する（ステップＳ３）。ここで、冷却手段としてスターリング冷凍機４を使用することにより早期に吸熱部４９の温度を−５０℃あるいはそれ以下の温度（深温）とすることができるので、冷却対象を収容した直後に−５０℃程度の深温で冷却対象を急速に冷却することができる。
【００４５】
所定時間経過した後、通常モードで運転するか省エネモードで運転するかを選択する（ステップＳ４）。通常モードで運転する場合、−５０℃の冷却状態を得ることができる電圧をスターリング冷凍機４に印加する上記の電圧制御を継続する。
【００４６】
他方、省エネモードで運転する場合、スターリング冷凍機４への電圧の印加を停止する（ステップＳ５）。その後、庫内温度センサ７により検知された冷却空間３あるいは冷却対象の温度が−２０℃まで上昇したか否かを制御ユニット５により判断する（ステップＳ６）。なお、上記の設定温度より高く０℃以下であれば、−２０℃以外の温度を採用可能である。
【００４７】
冷却空間３あるいは冷却対象の温度が−２０℃まで上昇すると、再びスターリング冷凍機４に所定電圧を印加し、冷却空間３あるいは冷却対象の温度が上記の設定温度より高く−２０℃よりも低い温度となるように電圧制御を行う（ステップＳ７）。
【００４８】
このように−５０℃での急速冷却が終了した後、−５０℃の冷却状態を得ることができるハイパワー電圧を一旦オフし、温度センサにより−２０℃が検知された時点で該ハイパワー電圧あるいはそれ以下の電圧を再びスターリング冷凍機４に印加して−２０℃以下の温度を保持することで、電力消費量を低減することができる。
【００４９】
また、図５に示すように、−５０℃での急速冷却が終了した後、ハイパワー電圧（１００％）から徐々に電圧を降下させて−２０℃のロウパワー電圧（たとえばハイパワー電圧の５０％）に到達させる、インバータ制御を行うことも考えられる。この場合にも、常にハイパワー電圧で運転する場合と比較して電力消費量を低減することができる。
【００５０】
上記のように本実施の形態における冷凍庫１では、深温あるいはその近傍の温度帯で冷凍することができるので、図６に示すように−１℃〜―５℃の最大氷結晶生成帯を早く通過させることができる。その結果、図７および図８に示すように、ドリップ量（加熱調理後の放置中に離しょうする液体量）が少なくなり、たとえば食材の場合であれば細胞破壊といった内部組織の破壊を抑制することができる。したがって、食材を冷凍保存する場合には鮮度を維持することができる。
【００５１】
なお、図６の結果は、周囲温度２０℃での凍結速度を比較したものである。また、図７は肉のドリップ量の対比結果を示しており、図８は活エビのドリップ量の対比結果を示している。
【００５２】
（実施の形態２）
次に、図９〜図１６を用いて本発明の実施の形態２における冷凍庫１とその変形例について説明する。
【００５３】
本実施の形態２における冷凍庫は、スターリング冷凍機を採用した家庭用の小型急速冷凍庫であって、食材などの各種冷却対象に合った温度帯で効果的に急速凍結保存が可能となるものである。
【００５４】
図９および図１１は本実施の形態２における冷凍庫１の斜視図であり、図１０は本実施の形態２における冷凍庫１の断面図であり、図１２は本実施の形態２における冷凍庫１の表示パネルの拡大図である。
【００５５】
図９に示すように、本実施の形態２における冷凍庫１は、冷却空間３を有する直方体形状の箱体（断熱箱体：外箱）２と、冷却手段としての上述のフリーピストン型スターリング冷凍機４と、スターリング冷凍機４の動作制御を含む冷凍庫１の様々な動作制御を行なう制御ユニット５と、食材などの冷却対象を支持する支持プレート８とを有する。
【００５６】
図１０に示すように、箱体２の内側には断熱材９を設置する。また、庫内に送風ファン６を設ける。送風ファン６は、冷却空間３内に設置してもよいが、庫内であって冷却空間３の外部に設置してもよい。該送風ファン６を設けることにより、冷却空間３内の冷気を攪拌することができ、冷却空間３内を早期に均一な温度帯にすることができる。それにより、冷却効率を向上することができる。
【００５７】
たとえば、食品を冷却空間３内に入れた際に、送風ファン６を作動させることによって冷却空間３内を早期に均一な温度帯にすることができ、食品への熱伝導率を向上することができる。それにより、−１℃〜−５℃の最大氷結晶生成帯の通過速度を早めることができ、理想的な急速凍結を行うことが可能となる。
【００５８】
支持プレート８は、冷却対象との接触面に温度検知手段である接触型温度センサを有しており、該温度センサが冷却対象と接触することで冷却対象の温度を検知することができる。
【００５９】
図１１に示すように、本実施の形態２における冷凍庫１では、蓋に表示パネル１０を設ける。該表示パネル１０は、図１２に示すように、温度切替スイッチ１１と、オン／オフ切替スイッチ１２と、温度表示部１３と、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）ランプ１４とを有する。なお、冷凍庫１の外壁であれば、蓋以外の部分に表示パネル１０を設けてもよい。
【００６０】
温度切替スイッチ１１は、冷却対象の種類に応じて設定温度の切替を行うものであり、図１１の例では、強、中、弱の３段階に設定温度の切替を行うことができるようになっている。したがって、たとえば食材の種類に応じて、強（−５０℃）、中（−３０℃）、弱（−２０℃）の温度切替を行なうことができ、その食材に合った温度帯で急速凍結することができる。その結果、食材の鮮度を良好に保持することが可能となる。
【００６１】
具体的には、採れたての比較的大きな活魚などの生鮮食品を一匹冷凍庫１に入れて素早く凍結したい場合には、温度切替スイッチ１１を操作して設定温度を、強（−５０℃）としておく。それにより、魚の中に微小な氷結晶ができ、採れたての鮮度の良い状態で凍結保存することができる。
【００６２】
また、肉、小型の魚、調理済みの食品などを凍結保存するには、温度切替スイッチ１１を操作して設定温度を、中（−３０℃）としておく。それにより、これらの食材の急速凍結を適切な電力消費量の下で行える。特に、作り置きをする場合や、冷凍保存食品を家庭で作る場合に有用であり、調理した食品を小分けして急速冷凍保存をしておくことで、作りたての状態とほぼ等価な状態で食することができ、家庭で安価に冷凍食品作りを行える。
【００６３】
また、一旦急速凍結した食品や氷を保存する場合には、温度切替スイッチ１１を操作して設定温度を、弱（−２０℃）としておく。それにより、冷凍庫１による電力消費量を低減することができ、急速凍結した食品や氷を安価に保存することができる。
【００６４】
なお、３段階以外の複数段階の温度切替を行えるようにしてもよい。また、温度切替スイッチ１１により、冷却空間３内の温度を、たとえば−５０℃、−３０℃，−２０℃に切り換えるようにしてもよい。
【００６５】
オン／オフ切替スイッチ１２は、送風ファン６のオン／オフ制御を行うためのものである。該オン／オフ切替スイッチ１２を設けることで、使用者が、用途に合わせて送風ファン６のオン／オフを選択することができる。たとえば、単に食品を冷凍したい場合には、オン／オフ切替スイッチ１２をオフにして送風ファン６による風が無い状態で食品を凍結させ、食品を急速凍結させたい場合や、食品を保存袋に入れて凍結する場合には、オン／オフ切替スイッチ１２をオンに合わせて送風ファン６を作動させた状態で食品を凍結させればよい。
【００６６】
温度表示部１３は、冷却空間３内に設置された温度センサによって検知された冷却空間３内の温度を表示する。接触型温度センサを使用する場合には、冷却対象の温度を表示することができ、非接触型温度センサを使用する場合には、冷却空間３の温度を表示することができる。なお、接触型温度センサと非接触型温度センサの双方を使用し、これらによって検知された温度をともに表示するようにしてもよい。
【００６７】
上記のように温度表示部１３によって温度を表示することにより、使用者が、随時現状の冷却空間３内あるいは冷却対象の温度状況を確認することができる。それにより、現状の冷却空間３内あるいは冷却対象の温度状況を参考して、食品などを冷凍庫１に入れるタイミングや、冷凍庫１に入れる食品の量などを選定することができる。
【００６８】
ＬＥＤランプ１４は、冷凍庫１内部にて急速凍結していることを知らせる機能を有する。たとえば冷却空間３内で食品を急速凍結している時にＬＥＤランプ１４が点灯するようにセットしておく。それにより、使用者以外にも現在急速凍結に使用していることを知らせることができ、急速凍結に使用しているかどうかを確認した上で食品を冷凍庫１内に収容することができる。
【００６９】
なお、急速凍結していることを知らせることができるものであればＬＥＤランプ１４以外の任意のランプを使用可能である。また、急速凍結中であることを表示することができるものであれば、液晶表示器などの他の任意の表示手段を採用することもできる。
【００７０】
次に、本実施の形態２の変形例について図１３〜図１５を用いて説明する。
図１３に示すように、本変形例では、冷却空間３を取り囲むように箱形の金属板１７を設置している。このように熱伝導の良好な金属板１７を冷凍庫１の内部に配設することにより、冷却空間３内の冷気のみならず冷却対象と金属板１７との接触面からも冷却対象を効率的に冷却することができ、急速凍結を早めることができる。それにより、−１℃〜−５℃の最大氷結晶生成帯を早く通過させることができる。
【００７１】
上記の金属板１７の材料としては、熱伝導率の良好な銅、アルミニウム、ステンレスなどを使用することが考えられる。しかし、熱伝導率の良好な素材であれば、金属以外の素材を使用することもできる。
【００７２】
図１３の例では、送風ファン６を、支持プレート８の直下、つまり冷却空間３の底部に設置している。それにより、冷却空間３の底部に滞留しやすい冷気を攪拌するとともに支持プレート８に直接冷気を当てることができ、食材（冷却対象）１６と支持プレート８との接触面から効率的に食材１６を冷却することができる。その結果、食材１６を更に短時間で急速凍結することが可能となる。
【００７３】
なお、図１３の例では、送風ファン６を冷却空間３の外部に設け、送風ファン６からの冷風を通過させる開口部（貫通孔）を金属板１７に設けている。また、冷却空間３内に、非接触型の庫内温度センサ１５を設けており、冷却空間３内の温度を検知できるようになっている。
【００７４】
上記の送風ファン６を、食材１６の側方、つまり冷却空間３の側部に設置してもよい。図１４の例では、食材１６の両側に送風ファン６を配置している。それにより、冷却空間３内の温度を均一にして食材１６表面の熱伝導率を向上できるとともに食材１６の表面に直接冷気を当てることができ、食材１６を効率的に急速凍結することができる。
【００７５】
また、図１５に示すように、送風ファン６を、冷却空間３の底部や側部のみならず、上部にも設けることが考えられる。図１５の例では、冷却空間３の４つの側壁と、上壁と、底壁との６箇所にそれぞれ送風ファン６を設置している。
【００７６】
このように前後左右上下の６方向に送風ファン６を設置することにより、冷却空間３内の温度を効率的に均一にすることができ、かつあらゆる方向から冷却対象に冷気を供給することができる。したがって、冷却対象をさらに効率的に急速凍結することができる。
【００７７】
次に、本実施の形態２における冷凍庫１の動作制御例について図１６を用いて説明する。
【００７８】
まず、冷凍庫１の冷却空間３内に食材（冷却対象）を収容する。その際に、図１６に示すように食材の選択を行っておく（ステップＳ１１）。そして、食材に応じて温度切替スイッチ１１を操作して冷却温度を所定温度（Ｘ℃：深温あるいはその近傍の温度）に設定する（ステップＳ１２）。たとえば大きな鮮魚の場合には、設定温度を−５０度に設定する。
【００７９】
その後、庫内温度センサにより冷却対象の温度（Ｙ℃）を検知しながら（ステップＳ１３）、制御ユニット５によりスターリング冷凍機４を上記の設定温度（Ｘ℃）に従った駆動電圧にて駆動するとともに送風ファン６を回転させ（ステップＳ１４）、庫内温度センサにより検知された食材の温度（Ｙ℃）が上記の設定温度（Ｘ℃）と等しくなるまで食材を急速冷却する（ステップＳ１５）。
【００８０】
制御ユニット５により食材の温度（Ｙ℃）が上記の設定温度（Ｘ℃）と等しくなったか否かを判定し、食材の温度（Ｙ℃）が上記の設定温度（Ｘ℃）と等しくなったのに応じて（ステップＳ１６）、送風ファン６を停止させる（ステップＳ１７）。
【００８１】
次に、上記の設定温度（Ｘ℃）を所定時間維持するように制御ユニット５によりスターリング冷凍機４および／または送風ファン６の動作制御を行なう（ステップＳ１８）。設定温度（Ｘ℃）で所定時間保持した後、設定温度（Ｘ℃）より高く０℃以下の温度で食材を保存する（ステップＳ１９）。
【００８２】
上記のように冷却対象に応じて冷却設定温度を適切に調節することで、電力消費量を低く抑えながら冷却対象を急速凍結させることができる。なお、スターリング冷凍機４の動作制御方法としては、実施の形態１の場合と同様の手法を採用することができる。
【００８３】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００８４】
【発明の効果】
本発明では、冷却手段としてスターリング冷凍機を使用しているので、フロンや可燃性の冷媒を使用する必要がなく無害で可燃性の危険のない冷媒を使用することができる。よって、地球温暖化係数がゼロであり、地球環境に優しい冷凍庫を提供することができる。その上、冷却対象を冷却空間に収容した後に、冷却対象を深温あるいはその近傍の温度で冷却するように冷却手段を制御する制御手段を備えるため、冷却対象を高速で温度低下させることができ、最大氷結晶生成温度帯である−１℃〜−５℃を素早く通過させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍庫の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における冷凍庫の制御ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１における冷凍庫で使用可能なスターリング冷凍機の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における冷凍庫の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１における冷凍庫で使用可能なスターリング冷凍機の電圧制御方法の一例を示す図である。
【図６】周囲温度２０℃での凍結速度比較結果を示す図である。
【図７】肉のドリップ量の対比結果を示す図である。
【図８】活エビのドリップ量の対比結果を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２における冷凍庫の蓋を開けた状態を示す斜視図である。
【図１０】図９に示す冷凍庫の断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における冷凍庫の蓋を閉じた状態を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における冷凍庫の表示パネルの一例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における冷凍庫の変形例を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態２における冷凍庫の他の変形例を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２における冷凍庫のさらに他の変形例を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２における冷凍庫の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１  冷凍庫、２  箱体、３  冷却空間、４  スターリング冷凍機、５  制御ユニット、６  送風ファン、７，１５  庫内温度センサ、８  支持プレート、９  断熱材、１０  表示パネル、１１  温度切替スイッチ、１２  オン／オフ切替スイッチ、１３  温度表示部、１４  ＬＥＤランプ、１６  食材、１７  金属板、４１  ケーシング、４２  リニアモータ、４３  ピストン、４４  ディスプレーサ、４５  再生器、４６  圧縮空間、４７  膨張空間、４８  放熱部、４９  吸熱部、５０  シリンダ、５１  ピストンスプリング、５２  ディスプレーサスプリング、５３  ディスプレーサロッド、５４  背圧空間。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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