(57)【要約】【課題】家庭用の冷蔵庫を使って飲料水を過冷却させる場合、庫内の冷気雰囲気を均一にするだけでは十分でなく、飲料水内部の温度分布が過冷却解除に起因していることがあり、過冷却が解除し易くなることがある。【解決手段】空間６５内に収納される食品を冷却する貯蔵室１０を有する冷蔵庫であって、空間６５の周囲に設けられる冷気流通空間６６と、空間６５と冷気流通空間６６との間に設けられる断熱層７０と、空間６５内を０℃より低い冷凍温度帯に冷却するように、冷気流通空間６６に冷凍温度の冷気を吐出する冷気吐出口５７と、冷気吐出口５７から吐出される冷気を生成する冷却器４とを備え、空間６５内を０℃よりも低い温度として食品の間接冷却を行う。この冷却方式により、飲料水内部の温度分布の発生を抑えることができ、過冷却状態になった飲料水が、不意に過冷却解除しないようにした冷蔵庫を提供することが可能となる。【選択図】図３
2007271150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間内に収納される食品を冷却する貯蔵室を有する冷蔵庫であって、
前記空間の周囲に設けられる冷気流通空間と、
前記空間と前記冷気流通空間との間に設けられる断熱層と、
前記空間内を０℃より低い冷凍温度帯に冷却するように、前記冷気流通空間に冷凍温度の冷気を吐出する冷気吐出口と、
前記冷気吐出口から吐出される冷気を生成する冷却器と、を備え、
前記空間内を０℃よりも低い温度として食品の間接冷却を行うことを特徴とする冷蔵庫。
【請求項２】
空間内に収納される食品を冷却する貯蔵室を有する冷蔵庫であって、
前記空間の周囲に設けられる冷気流通空間と、
前記空間内に収納される食品を間接冷却するために、前記空間と前記冷気流通空間との間を区画する区画壁と、
前記空間と前記冷気流通空間との間に設けられる断熱層と、
前記空間内を０℃より低い冷凍温度帯に冷却するように、前記冷気流通空間に冷凍温度の冷気を吐出する冷気吐出口と、
前記冷気吐出口から吐出される冷気を生成する冷却器とを備えた冷蔵庫。
【請求項３】
前記区画壁は、上方に開口部を有するとともに側面及び底面には孔がない容器部材と前記開口部を覆うフタ部材とからなることを特徴とする請求項２に記載の冷蔵庫。
【請求項４】
前記冷気吐出口から吐出され、前記貯蔵室内を流通した冷気を前記冷却器へと戻すための冷気戻り口を備え、
前記冷気吐出口は前記冷気戻り口よりも上方に位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷蔵庫。
【請求項５】
前記空間内の空気の温度は、前記空間の上側では下側より高く、かつ、前記冷気流通空間を流れる冷気の温度は、前記空間よりも上側では下側よりも低くし、
前記空間に５℃以上の食品が収納されると、前記食品が４℃〜０℃の温度を経て、さらに０℃よりも低い温度まで冷却されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷蔵庫。
【請求項６】
複数の温度域に分割した庫内を冷却する冷却手段と、前記冷却手段と温度検知手段とを連動させて庫内の温度制御を行う温度制御手段を有する冷蔵庫において、飲料水あるいは生鮮食料品を凍結温度以下に保存する容器の壁面外周部に冷気を循環させる冷却手段を具備したことを特徴とする冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷蔵庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
水が凍結温度以下になっても液体のままで存在する状態、すなわち過冷却現象は古くから知られている。例えば、過冷却状態となった容器内の飲料水をグラスに注ぐと、その際に生じる衝撃により過冷却は一気に解除され、シャーベット状の氷がグラス上に生成される。シャーベット状の氷と凍結に至らなかった飲料水とをミックスさせたものは、見て楽しいだけではなく、新食感飲料水としても注目されており、フィットネスクラブ、居酒屋、ショットバー等で実際にお客に提供されてきている。しかしながら、飲料水の過冷却状態は物理的に非常に不安定な状態であるため、維持させることは容易ではない。例えば、飲料水に伝達する振動，冷却速度，冷蔵庫内の温度分布、また飲料水内の温度分布等が液体の過冷却を解除させる要因と考えられるが、学術的にもまだ明らかになっていないことが多い。
【０００３】
家庭用冷蔵庫で飲料水を過冷却させる場合、ドア開閉時の振動による過冷却解除防止対策も重要であるが、それと同時に飲料水の冷却の仕方が大きな課題となる。また、飲料水を庫内で冷却して所定の凍結温度以下にする場合、飲料水の容器に冷気が直接当たる場所から凍る場合がある。従って、飲料水を所定の過冷却温度域まで到達させてその温度を維持させるためには、庫内を均温化させると共に、飲料水内部に温度分布を持たせない冷却方法が必要となる。
【０００４】
このような課題を解決するために、特許文献１が挙げられる。特許文献１には、庫内の冷気雰囲気を均一な温度分布状態にするために冷気供給ダクトと冷気吸引ダクトを備え、飲料水を過冷却状態に冷却する場合の収納室内を、均一な温度分布状態にしており、所定の温度（凍結温度以下）に到達する前に過冷却が解除するのを防止している。また、特許文献２では過冷却運転を行う際における冷気循環量を制御し、庫内の温度変動を小さくしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２１４７５３号公報
【特許文献２】特開２００１−４２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、過冷却飲料水を製造する過冷却用冷却装置に関するものであるが、庫内に設置された冷気供給ダクトと吸引ダクトを対向するように設置し、飲料水を収納する場所の冷気雰囲気を均一な温度分布状態にしている。また、特許文献２においても冷気循環量を制御することで温度変動の抑制を試みている。
【０００７】
しかしながら、家庭用の冷蔵庫を使って飲料水を過冷却させる場合、庫内の冷気雰囲気を均一にするだけでは十分でなく、飲料水内部の温度分布が過冷却解除に起因していることがあり、過冷却が解除し易くなることがある。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、過冷却状態の維持向上を図った冷蔵庫を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
空間内に収納される食品を冷却する貯蔵室を有する冷蔵庫において、上記目的を達成するための、本発明の第一の態様は、
前記空間の周囲に設けられる冷気流通空間と、
前記空間と前記冷気流通空間との間に設けられる断熱層と、
前記空間内を０℃より低い冷凍温度帯に冷却するように、前記冷気流通空間に冷凍温度の冷気を吐出する冷気吐出口と、
前記冷気吐出口から吐出される冷気を生成する冷却器と、を備え、
前記空間内を０℃よりも低い温度として食品の間接冷却を行うものである。
【００１０】
また、本発明の第二の態様は、前記空間の周囲に設けられる冷気流通空間と、
前記空間内に収納される食品を間接冷却するために、前記空間と前記冷気流通空間との間を区画する区画壁と、
前記空間と前記冷気流通空間との間に設けられる断熱層と、
前記空間内を０℃より低い冷凍温度帯に冷却するように、前記冷気流通空間に冷凍温度の冷気を吐出する冷気吐出口と、
前記冷気吐出口から吐出される冷気を生成する冷却器とを備えたものである。
【００１１】
上記の第二の態様における好ましい具体的構成は、前記区画壁は、上方に開口部を有するとともに側面及び底面には孔がない容器部材と前記開口部を覆うフタ部材とからなるものとしたことである。
【００１２】
さらに、上記のいずれかの構成を有するものにおいて、より好ましい具体的な態様は、次の通りである。
（１）前記冷気吐出口から吐出され、前記貯蔵室内を流通した冷気を前記冷却器へと戻すための冷気戻り口を備え、前記冷気吐出口を前記冷気戻り口よりも上方に位置させる。
（２）前記空間内の空気の温度は、前記空間の上側では下側より高く、かつ、前記冷気流通空間を流れる冷気の温度は、前記空間よりも上側では下側よりも低くし、前記空間に５℃以上の食品が収納されると、前記食品が４℃〜０℃の温度を経て、さらに０℃よりも低い温度まで冷却される。
【００１３】
また、本発明の第三の態様は、複数の温度域に分割した庫内を冷却する冷却手段と、前記冷却手段と温度検知手段とを連動させて庫内の温度制御を行う温度制御手段を有する冷蔵庫において、飲料水あるいは生鮮食料品を凍結温度以下に保存する容器の壁面外周部に冷気を循環させる冷却手段を具備したものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、過冷却状態の維持向上を図った冷蔵庫を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本欄において説明するように、家庭用の冷蔵庫で過冷却飲料水を作るには、飲料水を間接的に冷却し、飲料水内部に発生する上下方向の温度分布を抑えることが重要であるということがわかった。従って、過冷却容器には直接冷気が流入しない間接冷却方式を採用し、飲料水内鉛直方向に発生する温度分布を小さくして過冷却状態を維持する。
【００１６】
本実施例では、家庭用冷蔵庫の貯蔵室内に設置する容器、すなわち貯蔵容器の外周部に断熱層を有し、貯蔵容器内部に設置した飲料水や生鮮食料品が、貯蔵容器周囲を流れる冷気により間接的に冷却される方式を採用している。貯蔵容器内部の温度は、温度センサーにより検知され、貯蔵容器を設置している貯蔵室の冷気入口部に設けたダンパーにより制御される。
【００１７】
また、貯蔵容器の壁面にペットボトルや瓶，缶などの飲料水容器が直接接触し、その部分から過冷却が解除して凍結が進行しないように、容器にはリブ状の凸部を設けた別体の内側容器を設けてあり、飲料水容器が容器内壁と直接接触する部分を少なくしている。更に、飲料水容器が移動しないように、凸部と飲料水容器が接触する部分には、滑り止め
（例えば、ゴム）が設けてあり、ドア開閉時においても飲料水容器が貯蔵容器内で移動し難くしている。これらの構成を備えた冷蔵庫の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態による冷蔵庫の正面外観図である。図１に示した冷蔵庫は、上から冷蔵室９，冷凍室１０，１１、及び野菜室１２を備えた断熱箱体からなっており
（図２参照）、それぞれの貯蔵室の開口部を冷蔵室ドア１５，製氷室ドア４３，冷凍室ドア１６，１７，野菜室ドア１８で覆っている。なお、配置に関しては必ずしもこの図の場合と一致しなくても良い。
【００１９】
また、製氷室ドア４３，冷凍室ドア１６，１７及び野菜室ドア１８は引き出し式の扉であり、各貯蔵室内のケースとともに引き出される構造としている。
【００２０】
図２は本発明の実施の形態による冷蔵庫の断面図である。冷蔵庫８は、上から冷蔵室９，冷凍室１０，１１，野菜室１２の順番で配置されている。冷凍室，野菜室の内部には、食品収納用のケース４０，４１，４２がそれぞれ冷凍室ドア１６，１７及び野菜室ドア
１８の開閉と連動して備わっている。庫内を冷却するために、冷蔵庫８に冷凍サイクルが組み込まれており、圧縮機１，凝縮器２，絞り３，冷却器４によって構成され、それらは冷凍配管によって順次接続されている。冷却器４は冷凍室１０，１１の背部に位置する冷却器室内に配設され、冷却器室は冷凍室との間を仕切壁によって仕切られている。冷却器４の下流側に設置した庫内冷却ファン５により冷気を循環して庫内を冷却し、庫内冷却ファン５の下流側に設けたダンパー６の開閉によって、冷蔵室風路７あるいは冷凍室風路
１３に冷気が導かれて冷蔵室９あるいは冷凍室１０，１１に冷気が供給されるようになっている（野菜室１２は、冷蔵室９に供給される冷気の一部を導入することにより冷却される構造になっている（図示なし）。
【００２１】
ダンパー６が開の場合、冷蔵室風路７，冷凍室風路１３を通過して複数設けられた冷蔵室吐出口、あるいは冷凍室吐出口から冷気が供給され、冷蔵室９，野菜室１２、そして冷凍室１０，１１が同時に冷却される。冷蔵室９を冷却した冷気は、冷蔵室戻りダクトを経由して冷却器４に戻され、また冷凍室１０，１１を冷却した空気は、冷凍室戻り口（冷凍室戻り空気流入部）１４を経由して冷却器４に戻される。また、冷凍室１０，１１を単独で冷却する場合は、ダンパー６を閉にして冷気を冷凍室風路１３に導いて冷却することができる。この場合、冷却器４に戻ってくる冷気は冷凍室戻り口１４からのみとなる。
【００２２】
すなわち、本実施例の冷蔵庫は、室内を冷凍温度帯に保持される冷凍室１０，１１と、この冷凍室１０，１１の背部に配置され庫内循環空気を冷却する冷却器４と、この冷却器４が設けられ冷凍室１０，１１との間を仕切る仕切り壁より背部に設けられる冷却器室と、冷却器４によって生成される冷気を循環させる庫内冷却ファン５を備えている。また、冷却器室と冷凍室１０，１１との間を仕切る仕切り壁には、冷却器室と冷凍室１０，１１との間を連通する冷気戻り口１４が設けられている。
【００２３】
図３は過冷却を行う貯蔵室の構造を示す図である。以下では、過冷却を行うための貯蔵容器を過冷却容器と称して説明する。この例では、過冷却容器６２を冷凍室１０に設置している。したがって、以下の説明では、過冷却を行う貯蔵室を、冷凍室１０に代表させて記載する。冷凍室１０は他の貯蔵室からの熱侵入を避けるために、断熱壁５０，５５によって冷蔵室９、下段の冷凍室１１との間が仕切られている。また、図には示していないが、横に隣接する製氷室との間も断熱壁によって仕切られている。
【００２４】
冷凍室１０へ流入する冷気は、冷凍室１０の後壁となるファンガード６０に設けた吐出口５７から冷凍室に流入し、吐出口５７より下方に位置する吸込口６１を経て冷凍室１０外へと導かれる。吐出口５７よりも上流側にはダンパーが設けられ（図示なし）、過冷却容器６２内の温度が制御できるようになっている。また、必要に応じて温度制御をする電気ヒーターを備えても良い。
【００２５】
さらに、過冷却容器６２には温度センサーが取り付けられており（図示なし）、この温度センサーの出力に基づいてダンパーの開閉が制御される。このように、吐出口５７から冷凍室１０内に流入する冷気を制御することで、過冷却容器６２内部の温度を制御することができる。
【００２６】
断熱層７０を有する容器部材５６の上面開口はフタ部材５８によって覆われ、過冷却容器６２内部には貯蔵空間６５が形成される。フタ部材５８も断熱層を有しているため、貯蔵空間６５は過冷却容器６２の外部と断熱される。この断熱層は、発泡ウレタン，発泡スチロール、あるいは真空断熱材などの断熱材を配設して形成してもよいが、後述するように、過冷却容器６２の外側の低温を利用して貯蔵空間６５内を冷却するものであるため、空気断熱層によって形成してもよい。
【００２７】
特に、過冷却容器６２の特質上、結露の発生や取り外して洗う場合などに水分が付着することが考えられるため、空気断熱が簡便でよい。空気断熱による断熱層を形成する構造については後述する。
【００２８】
過冷却容器６２は、冷凍室ドア１６と連動するように外枠５４と連結しており、冷凍室ドア１６と冷凍室１０の開口周縁部との間にはパッキン５９を備え、冷蔵庫８の外部への冷気の漏洩を抑えている。また、フタ部材５８は冷凍室ドア１６と連動して引き出される必要はなく、冷凍室１０内に固定されたものでも差し支えない。フタ部材５８を冷凍室ドア１６と連動して引き出される構成とした場合には、フタ部材５８に取っ手５３を設けるとよい。
【００２９】
次に貯蔵空間６５内に収納される食品（飲料水を含む）を冷却する方法について簡単に説明する。吐出口５７から冷凍室１０へ吐出された冷気は、過冷却容器６２の周囲の冷気流通空間６６を流れ、吐出口５７より下方に位置する吸込口６１から冷凍室１０の外へと導かれる。貯蔵空間６５と冷気流通空間６６との間は過冷却容器６２の容器壁あるいはフタ部材５８によって区画される。そして、この容器壁あるいはフタ部材５８が区画壁となって、冷気流通空間６６を流れる冷気を貯蔵空間６５の内部に直接流れ込ませず、間接冷却を可能にしている。
【００３０】
また、冷気流通空間６６におけるフタ部材５８の上側に吐出冷気を流すために、吐出口５７はフタ部材５８よりも上方に配置している。したがって、吐出口５７から流入した冷気（矢印で図示：符号５１）の多くはフタ部材５８の上部を通過し、その後過冷却容器
６２の外周部に沿って流れ、吸込口６１から冷凍室１０外へと至る（矢印で図示：符号
５２）。なお、冷凍室１０内を冷却して吸込口６１から冷凍室１０外へと導かれた冷気は、その後、下段側の冷凍室１１を冷却した後に冷却器室へと戻され、冷却器４によって再び冷却される。
【００３１】
また、冷凍室１０は、過冷却状態を生成する温度（後述）と通常の冷凍温度（−１８℃以下）に切り替えられるようになっている。すなわち、切り替えを行うスイッチ（図示なし）のオンオフによって、通常の冷凍保存が可能であるが、以下の説明では、通常の冷凍保存に関しては説明を省略し、食品を過冷却状態で保存する温度について説明する。
【００３２】
食品を過冷却状態で保存するに適した温度は、実験の結果から、例えば、ペットボトルに入った飲料水は約−５℃、マグロなどの魚では約−３〜−４℃であることがわかった。このように、過冷却容器６２に入れる対象物によって最適な温度が異なるため、図示しない入力手段によって温度設定ができるようになっている。具体的には、過冷却容器６２に設置された温度センサーによって検出された温度と、入力手段によって設定された温度とを比較し、吐出口５７からの冷気の吐出を制御するダンパーの開閉を制御する。
【００３３】
さて、過冷却状態となった飲料水に衝撃を与えると、飲料水容器内の気液界面から一瞬のうちに過冷却状態が解除されてシャーベット状の氷が生成される。また、マグロなどの魚を過冷却状態で保存すると鮮度保持期間が長くなる、とされており、食品全般の保存に関して利点が得られる。
【００３４】
過冷却容器６２のより詳細な構成について説明する。本実施例の過冷却容器６２は、外殻を形成する外側容器の内部に、取り外し可能な内側容器２９を備えている。したがって、内外の容器の間に隙間を設けることによって、空気断熱による断熱層を設けることができる。
【００３５】
図４は内側容器２９の斜視図である。内側容器２９の内壁側には、リブ２６を複数箇所設けてあり、容器２９の内側に収納する飲料水容器、例えばペットボトルをリブ２６で支える構造になっている。更にリブ２６と飲料水容器と接する部分には、図５に示すように滑り止め３０（例えば、ゴム）を設けている。
【００３６】
これらの内側容器２９の構成による作用効果は次の通りである。過冷却容器６２の内壁面にペットボトルや瓶，缶などの飲料水容器あるいは食品が直接接触すると、その部分が局所的に冷却されやすくなってしまう。本実施例では、過冷却容器６２の内壁面にリブ
２６のような凸部を設けることで、飲料水容器と過冷却容器６２の内壁面とが直接接触する部分を少なくしている。したがって、過冷却状態を維持しやすくすることができる。
【００３７】
また、飲料水容器あるいは食品と凸部とが接触する部分、すなわち凸部の頂部に、ゴムなどの滑り止め３０を設けることによって、ドア開閉時に食品等が過冷却容器６２内で移動し難くなる。したがって、冷蔵庫使用者の意に反して過冷却状態が解除する確率を低減することができる。
【００３８】
図６は過冷却容器６２と容器２９を組み合わせた状態を示した図である。飲料水容器
２７と過冷却容器６２の壁面とが直接接触する部分を少なくして、局所的な凍結が起こらないようにし、また過冷却容器６２をスライドさせた場合でも滑り止め３０の作用により、飲料水は移動し難くなるため過冷却が解除する確率が減少する。
【００３９】
図７は、過冷却状態で保存するための貯蔵空間６５を形成するにあたり、図３〜図６の例とは異なる構成とした場合の図である。断熱層を備えたフタ部材の他の構成として、ガイドレール４９に沿ってフタ４６をスライドさせる例を示している。この場合、スライド機能を具備したフタ４６は、その巻取り機構４７を備えているので、フタ４６を過冷却容器６２から分離することなく飲料水等の食品を出し入れすることができる。これにより、過冷却状態となった飲料水を外部に取り出し、別の飲料水を再び入れる場合であっても、フタがスライド式であるため、貯蔵空間６５内の冷気が全て入れ替わることは少なく、冷却時間の短縮にもつながる。
【００４０】
次に、上記の具体的構造の利点を考察するため、飲料水の温度変化を測定した結果について説明する。
【００４１】
図８は過冷却容器内の貯蔵空間に冷気を直接送り込んだ場合、すなわち直接冷却方式における飲料水（以後、図８〜図１１の説明においては「液体」と称する。）の温度経時変化を示す図である。冷却空気温度を一定とした空間にテーブルを置き、容器に入った飲料水を冷却した場合の飲料水の上部と下部の温度経時変化である。容器を置いたテーブルからの熱伝導により、容器内下部の液体の冷却速度が速くなるため、上下方向に温度分布が生じ、冷却初期段階では下部の方が上部よりも温度が低くなる。
【００４２】
しかしながら、水は最大密度が約４℃であるため、上部温度が４℃に到達すると上部にある液体は下部へと移動する。これにより下部で冷やされた液体は、上部へ移動するため、上部側の温度が最も低くなる温度分布を形成する。
【００４３】
図９は過冷却容器内の貯蔵空間に冷気を直接送り込まない場合、すなわち間接冷却方式における液体の温度経時変化を示す図である。直接冷却方式（図８）と異なり、冷却速度が遅く、容器内の液体は準定常状態となる。したがって、密度反転が起こっても容器内上下方向の温度分布が生じ難くなるため、溶液内に発生する対流も弱いものとなる。
【００４４】
これらの結果を考察すると、間接冷却方式は、直接冷却方式と比較して、液体の温度のバラツキが小さくすることができる、といえる。
【００４５】
図１０は均質核生成理論に基づく氷核生成のためのエネルギー変化を示す図である。液体が凍結温度以下になっても凍結が開始しないのは、氷核生成の過程を経た後に初めて凍結が進行するためで、氷核生成に関しては均質核生成理論により体系付けられている。過冷却状態である液体は物理的に不安定な状態であるが、表面張力に基づく界面自由エネルギー（正の自由エネルギー）が氷に相転移した時の自由エネルギー(負の自由エネルギー)よりも上回る場合、過冷却が維持される。
【００４６】
過冷却状態にある液体の自由エネルギーは、これらを足し合わせた値となるため、水のクラスター半径が臨界値を越えると、それが氷核となって過冷却が解除する。また、過冷却状態の液体温度が低いほど、氷に相転移した時の自由エネルギーが大きいので、臨界半径における自由エネルギーは小さくなる。すなわち温度が低いほど過冷却状態が解除し易い。しかしながら、実際の過冷却水、特に飲料水のような混合物の場合には、氷核となる不純物が多数含まれており、均質核生成で氷核が発生する確率よりも高くなるため、過冷却状態は解除され易い（不均質核生成）。
【００４７】
過冷却状態が解除される要因としては、氷の結晶構造に似た不純物の他に、衝撃力，気液界面と壁面との相互作用（液面の変形），キャビテーション，液体が接触する固体壁面の性状，電場による作用等が過冷却を解除する要因となることが研究成果として発表されており、図１０に示すクラスター臨界半径における自由エネルギーの大きさを小さくする効果により、過冷却が解除され易くなる。
【００４８】
また、図８，図９で説明したように、実際に飲料水容器（例えば、ペットボトル）に入れた液体を冷却する場合、直接冷却の場合では液体上部の方が相対的に低温となり、液体上部における固液界面における相互作用による過冷却が解除し易くなるか、あるいは、液体内の対流の影響により過冷却が解除し易くなると推測されるため、実際に冷蔵庫で過冷却水を作る場合は、間接冷却の方が適している。
【００４９】
なお、本明細書において、間接冷却とは、冷却対象物に対して冷気を直接的に吹き付けて冷却を促す方式ではなく、冷却対象物が載置される場所の周囲における低温の雰囲気によって冷却される方式を示している。したがって、冷却空間と冷気流通空間とが、多少連通していても、冷気が直接吹き付けられるものでなければ間接冷却と称する。
【００５０】
図１１は、過冷却が維持できた回数と解除された回数をカウントして確率を液体の温度を変えて調べた結果から、液体水温に対する過冷却維持確率の傾向を模式的に示したものである。過冷却維持確率とは、所定の温度で液体を冷却した場合、液体がその温度に到達し、過冷却が維持できる確率で、確率が１の場合は全ての場合過冷却が維持できることを意味する。この結果から、液体温度が低くなれば過冷却が解除し易くなり、逆に液体温度が高ければ過冷却が維持され易くなることがわかる。
【００５１】
また、直接冷却と間接冷却の過冷却維持確率を比較すると、間接冷却にした方が過冷却維持確率が高くなる傾向が得られている。実験によると、過冷却の維持温度は、実際には−５℃程度が適しており、それよりも温度が高くなると過冷却維持確率は高まるが、解除した時のシャーベット氷の生成量は過冷却温度に比例するので、過冷却維持温度が高まるとシャーベット状の氷が少なくなり、見た目の楽しさが減り、飲んだ時の新食感が味わえなくなる。
【００５２】
この−５℃近辺における過冷却維持確率は、間接冷却の方が極めて高いことが判明したため、本実施例では過冷却を実現するために、０℃より低い温度帯（冷凍温度帯）の貯蔵室であるにも関わらず、間接冷却方式を採用した。
【００５３】
図８〜図１１から判明した知見に基づき、過冷却容器の内部の温度分布と飲料水の冷却との関係をより詳細に調べるため、さらに実験を行った。図１２に示すように、水が入れられた飲料水容器において、上段・中段・下段にそれぞれ温度センサーを取り付け、内部の温度分布を計測した。温度センサーには熱電対を用いた。また、飲料水容器２７の上面がフタによって閉塞された状態で計測を行った。そして、飲料水容器２７の上段側を断熱材で覆った場合、下段側を断熱材で覆った場合についてそれぞれ計測し、断熱材のない場合と比較検討を行った。
【００５４】
図１２（ａ）は断熱材で覆わずに冷却した例を示し、図１２（ｂ）は上段側を断熱材で覆った例を示し、図１２（ｃ）は下段側を断熱材で覆った例を示している。そして、これらの飲料水容器２７を−４.８℃の雰囲気内に設置して冷却した。
【００５５】
図１３は、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示した各例における温度の推移を示した図である。これらの図から、水温が約４℃を通過するときに傾向が大きく変化していることがわかった。この現象は、上述したように、約４℃を境にして水の密度が反転するからである。
【００５６】
図１３（ａ）は、飲料水容器を断熱材で覆わずに冷却した場合の上段・中段・下段の温度の推移を示している。この例では、飲料水容器が断熱されていないため、冷却速度が最も早い。しかしながら、水温が約４℃以下となる領域では、上段側と下段側の温度差が大きくなる傾向がある。図１３（ｂ）は、飲料水容器の上段側を断熱材で覆った例であり、水温が約４℃以上の領域では、上段側と下段側の温度差が大きいが、約４℃以下の領域では温度差が小さく抑えられた。図１３（ｃ）は、飲料水容器の下段側を断熱材で覆った例である。この例では、水温が約４℃以上の領域では上段側と下段側の温度差が小さく抑えられているが、水温が約４℃以下の領域では温度差が大きくなる傾向が認められた。
【００５７】
また、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）の各例において、それぞれ４８回の実験を行ったところ、過冷却状態を維持できた確率は、それぞれ２８.６％，６６.７％，４５.８％ であった。
【００５８】
これらの結果を考察し、次の知見を得た。
（１）０℃より低い、いわゆる冷凍温度帯の雰囲気下において５℃以上の飲料水を冷却する場合、飲料水の温度が低下して４℃を通過するときに、温度分布が上下反転する。
（２）凝固点以下のいわゆる過冷却領域においては、飲料水容器内の温度分布が大きいと過冷却状態を維持できる確率が低下する。
（３）飲料水容器の上段側を断熱することによって、４℃以下の領域（０℃以下の過冷却領域も含む。）における容器内の温度のバラツキを小さく抑えることができる。
【００５９】
これらの知見に基づいた検討から、家庭用冷蔵庫において過冷却状態を実現するには、４℃以下において飲料水容器内の温度のバラツキを小さく抑えることが必要であり、その手法として、上段側から冷却を行うよりも、下段側から冷却を行うことが有効であることが判明した。
【００６０】
しかし、飲料水容器（ペットボトル，瓶，缶など）の上段側を断熱材で覆うことを強いると、家庭用冷蔵庫の使用者に煩雑感を与えると考えられるため、次の検討を行った。
【００６１】
図１４は、過冷却状態を実現するための貯蔵室（冷凍室１０）内の概略図であり、過冷却容器６２内に載置された飲料水容器２７内の飲料の温度と、過冷却容器６２内の温度との関係をも併せて示している。飲料水の温度が４℃よりも低い状態まで冷却された場合には、液面に近い側の上側温度（ｔ3 ）が低く、飲料水容器２７の底面側（下側）の下側温度（ｔ4 ）が高い状態となるように分布しやすい。一方、過冷却容器６２内の空気の温度は、上層側の温度（Ｔ1）が高く、下層側の温度（Ｔ2）が低くなるように分布しやすい。
【００６２】
本実施例に記載の冷蔵庫では、過冷却容器６２内の空間の低温によって飲料水を冷却することを目的としている。すなわち、過冷却容器６２内の貯蔵空間６５の温度が、飲料水の温度よりも低いことが前提となっている。したがって、Ｔ1やＴ2は、ｔ3やｔ4よりも低い温度であり、飲料水容器２７の上側の温度（ｔ3 ）と過冷却容器６２内の貯蔵空間６５の上層側温度（Ｔ1）との温度差ΔＴ13を、飲料水容器２７の下側の温度（ｔ4）と過冷却容器６２内の貯蔵空間６５の下層側温度（Ｔ2）との温度差ΔＴ24 よりも、小さくすることができる（ΔＴ13＜ΔＴ24）。
【００６３】
該構成によれば、飲料水容器２７の上側における容器内外の温度差を小さくすることができるため、上側を下側よりも「断熱」することが可能となる。
【００６４】
これらの構成を実現するためには、貯蔵空間６５の上面側の冷気流通空間６６を冷気
５１が流れるような構造とすることが有効である。また、過冷却容器６２内に冷気が直接流れ込まないように上方をフタ部材で覆う。このとき、貯蔵空間６５と冷気流通空間６６との間は、フタ部材を含む過冷却容器６２の容器壁が区画壁となって、間接冷却が可能となる。
【００６５】
その際、冷気流通空間６６を流れる冷気の温度は、過冷却容器６２の上面側を流れる冷気温度Ｔａが下面側を流れる冷気温度Ｔｂよりも低くなるようにし、過冷却容器６２には断熱層７０を設けておく。このように、過冷却容器６２の上側を流れる冷気の温度Ｔａが下側を流れる冷気温度Ｔｂよりも低くなるようにするためには、例えば、冷気流通空間
６６に冷気を吐出する冷気吐出口５７を、冷気吸込口及びフタ部材よりも上側に配置すればよい。
【００６６】
これらの構成を備えたことによる作用効果は次の通りである。過冷却容器６２の上面側を流れる冷気（例えば、−１８℃以下の冷気）は、過冷却容器６２の上面側を通りながら、一部が側方から落下し、他の一部が手前側まで至った後に落下する（図１４の矢印参照。）。なお、図１４において、過冷却容器６２の側方を落下する冷気の流れは点線矢印で示している。これらの冷気は、過冷却容器６２を冷却しながら流れるため、徐々に温度は上昇していく。したがって、過冷却容器６２の下面側へと至った冷気の温度Ｔｂ（例えば、−１５℃）は、過冷却容器６２の上側を流れる冷気の温度Ｔａよりも高くなる（Ｔａ＜Ｔｂ）。
【００６７】
冷気流通空間６６を流れる冷気によって外表面が冷却された過冷却容器６２は、内側まで低温が伝達されるが、過冷却容器６２は断熱層７０を備えているため、貯蔵空間６５は徐々に冷却される。したがって、貯蔵空間６５の内部では、低温となった空気が下層側へと移動し、上層側の温度Ｔ1（例えば、−４℃）が下層側の温度Ｔ2（例えば、−６℃）よりも高くなるような温度分布が形成される。
【００６８】
このような温度分布となっている貯蔵空間６５内に載置された飲料水は、徐々に温度が低下していくが、４℃よりも低い温度となったときには、液面側の上側温度ｔ3（例えば、１℃）が底面側の下側温度ｔ4（例えば、３℃）よりも低くなる。このとき、飲料水容器２７の上側の飲料水と貯蔵空間６５内の上層側の雰囲気との温度差よりも、下側における温度差の方が大きくなる。したがって、飲料水容器２７内においては、飲料水の温度のバラツキが低減され、過冷却実現の確率を向上することができる。
【００６９】
なお、過冷却容器６２の内部の貯蔵空間６５を密閉して、冷気流通空間６６との間を完全に閉塞させる必要はなく、冷気が貯蔵空間６５内に直接的に吹き付けられない構造であれば差し支えない。したがって、過冷却容器６２のフタ部材との間に多少の隙間があっても特段の問題は無い。ただし、過冷却容器６２の底面に孔などの開口部があると、貯蔵空間６５の下側の低温の冷気が冷気流通空間６６へと流れてしまうため、過冷却容器６２の底面や側面には開口部を設けない方が良い。
【００７０】
本実施形態は、図１４を用いて説明した諸条件を満たす構成であれば、図３〜図７に示したより具体的な構造に拘泥されるものではなく、同旨の思想の下で様々な具体的構造を採用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態による冷蔵庫の正面外観図である。
【図２】本発明の実施例の形態による冷蔵庫の断面図である。
【図３】過冷却を行う貯蔵室の構造を示す図である。
【図４】過冷却容器の内部に設けた内側容器の斜視図である。
【図５】リブに設けた滑り止めを示す図である。
【図６】過冷却容器と内側容器を組み合わせた状態を示した図である
【図７】図３〜図６の例とは異なる過冷却容器構造とした場合の図である。
【図８】直接冷却方式における液体の温度経時変化を示す図である。
【図９】間接冷却方式における液体の温度経時変化を示す図である。
【図１０】均質核生成理論に基づく氷核生成のためのエネルギー変化を示す図である。
【図１１】液体水温に対する過冷却維持確率の傾向を模式的に示した図である。
【図１２】実験装置の概略図である。
【図１３】図１２に示した各例における温度の推移を示した図である。
【図１４】貯蔵室内の概略図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…圧縮機、２…凝縮器、３…絞り、４…冷却器、５…庫内冷却ファン、６…ダンパー、７…冷蔵室冷気風路、８…冷蔵庫、９…冷蔵室、１０，１１…冷凍室、１２…野菜室、１３…冷凍室風路、１４…冷凍室戻り口、１５…冷蔵室ドア、１６，１７…冷凍室ドア、１８…野菜室ドア、２６…リブ、２７…飲料水容器、２９…内側容器、３０…滑り止め、４０，４１…冷凍室容器、４２…野菜室容器、４３…製氷室ドア、４５，５３…取っ手、４６…スライド式フタ、４７…スライド式フタ巻取り部、４９…ガイドレール、５０，
５５…断熱壁、５１，５２…冷気の流れ、５４…外枠、５６…容器部材、５７…吐出口、５８…フタ部材、５９…パッキン、６０…ファンガード、６１…吸込口、６２…過冷却容器、６５…貯蔵空間、６６…冷気流通空間、７０…断熱層。
【図１】
2007271150.tif 000003
【図２】
2007271150.tif 000004
【図３】
2007271150.tif 000005
【図４】
2007271150.tif 000006
【図５】
2007271150.tif 000007
【図６】
2007271150.tif 000008
【図７】
2007271150.tif 000009
【図８】
2007271150.tif 000010
【図９】
2007271150.tif 000011
【図１０】
2007271150.tif 000012
【図１１】
2007271150.tif 000013
【図１２】
2007271150.tif 000014
【図１３】
2007271150.tif 000015
【図１４】
2007271150.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月19日(2006.9.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間内に収納される食品を冷却する貯蔵室を有する冷蔵庫であって、
前記空間の周囲に設けられる冷気流通空間と、
前記空間内に収納される食品を間接冷却するために、前記空間と前記冷気流通空間との間を区画する区画壁と、
前記空間と前記冷気流通空間との間に設けられる断熱層と、
前記空間内を０℃より低い冷凍温度帯に冷却するように、前記空間の上方を覆う区画壁よりも上側の前記冷気流通空間に冷凍温度の冷気を吐出する冷気吐出口と、
前記冷気吐出口から吐出される冷気を生成する冷却器と、
前記冷気吐出口より下方に位置し、前記冷気吐出口から吐出されて前記冷気流通空間を流れた冷気を前記冷却器へと戻すための冷気戻り口とを備え、
前記空間内に収納される食品を過冷却状態で保存可能とした冷蔵庫。
【請求項２】
前記区画壁は、上方に開口部を有するとともに側面及び底面には孔がない容器部材と前記開口部を覆うフタ部材とからなることを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。
【請求項３】
前記空間内の空気の温度は、前記空間の上側では下側より高く、かつ、前記冷気流通空間を流れる冷気の温度は、前記空間よりも上側では下側よりも低くし、
前記空間に５℃以上の食品が収納されると、前記食品が４℃〜０℃の温度を経て、さらに０℃よりも低い温度まで冷却されることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷蔵庫。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
空間内に収納される食品を冷却する貯蔵室を有する冷蔵庫において、上記目的を達成するための、本発明の態様は、前記空間の周囲に設けられる冷気流通空間と、
前記空間内に収納される食品を間接冷却するために、前記空間と前記冷気流通空間との間を区画する区画壁と、
前記空間と前記冷気流通空間との間に設けられる断熱層と、
前記空間内を０℃より低い冷凍温度帯に冷却するように、前記空間の上方を覆う区画壁よりも上側の前記冷気流通空間に冷凍温度の冷気を吐出する冷気吐出口と、
前記冷気吐出口から吐出される冷気を生成する冷却器と、
前記冷気吐出口より下方に位置し、前記冷気吐出口から吐出されて前記冷気流通空間を流れた冷気を前記冷却器へと戻すための冷気戻り口とを備え、
前記空間内に収納される食品を過冷却状態で保存可能としたものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記の本発明における好ましい具体的構成は、前記区画壁は、上方に開口部を有するとともに側面及び底面には孔がない容器部材と前記開口部を覆うフタ部材とからなるものとしたことである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
さらに、上記のいずれかの構成を有するものにおいて、より好ましい具体的な態様は、次の通りである。すなわち、前記空間内の空気の温度は、前記空間の上側では下側より高く、かつ、前記冷気流通空間を流れる冷気の温度は、前記空間よりも上側では下側よりも低くし、前記空間に５℃以上の食品が収納されると、前記食品が４℃〜０℃の温度を経て、さらに０℃よりも低い温度まで冷却されることである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】