(57)【要約】【課題】電力ピークシフトを高効率に行い、かつそのシステムを安価に構成する。【解決手段】被冷蔵物を低温で保管する冷蔵庫であって、液体状の蓄熱材を過冷却状態にする過冷却室２と、冷蔵温度帯で被冷蔵物を貯蔵する貯蔵室と、過冷却室２内の蓄熱材の過冷却状態を解除して蓄熱材を流動性のある固液二相のスラリー状にする過冷却解除手段４と、貯蔵室に対して冷却可能に設けられ、スラリー状の蓄熱材を貯留するための貯留冷却室５と、スラリー状の蓄熱材を過冷却室２から貯留冷却室５に移送する移送手段としてのポンプ６とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷蔵物を保管する冷蔵庫であって、液体状の蓄熱材を過冷却状態にする過冷却室と、冷蔵温度帯で被冷蔵物を貯蔵する貯蔵室と、該過冷却室の該蓄熱材の過冷却状態を解除して該蓄熱材を固液二相のスラリー状にする過冷却解除手段と、該スラリー状の蓄熱材を貯留することにより該貯蔵室に対して冷却可能とする貯留冷却室と、該蓄熱材を該過冷却室と該貯留冷却室の間を移送する移送手段とを備えた冷蔵庫。
【請求項２】
前記過冷却室への冷気通路を開閉する冷気開閉手段と、前記蓄熱材の過冷却状態を監視する温度センサと、過冷却室に設けられた電極板および該電極板に高電圧を印加する高電圧発生器と、該過冷却室への振動伝達を低減する緩衝部材と、該過冷却室および該過冷却室からの移送経路途中に設けられて蓄熱材に溶解している気体を除去する脱気手段と、該過冷却室への暖気通路を開閉する暖気開閉手段と、前記移送手段による移送経路の途中に該蓄熱材を貯留するサブ貯留室と、前記過冷却解除手段、該移送手段、該冷気開閉手段および該暖気開閉手段のうち少なくとも該過冷却解除手段、該移送手段および該冷気開閉手段をオンまたはオフするためのタイマ手段とのうちの少なくともいずれかを有している請求項１に記載の冷蔵庫。
【請求項３】
前記移送手段を制御して前記蓄熱材を過冷却室に移送制御する蓄熱材移送制御手段と、前記冷気開閉手段を開けて冷凍サイクルによる冷気を該過冷却室に導入する冷気導入制御手段と、該過冷却室の蓄熱材が過冷却状態かどうかを検出する過冷却状態検出手段と、該蓄熱材が該過冷却状態であると検出された場合に、該冷気開閉手段を閉じて該過冷却室に対して冷気を遮断する冷却遮断制御手段と、該過冷却状態の蓄熱材を移送可能なスラリー状にするべく前記過冷却解除手段を起動させて該蓄熱材の過冷却状態を解除する過冷却解除制御手段とを有して、該蓄熱材移送制御手段は、該移送手段を制御して該スラリー状の蓄熱材を該過冷却室から該貯留冷却室に移送する第１冷却制御部をさらに備えている請求項２に記載の冷蔵庫。
【請求項４】
前記移送手段を制御して前記蓄熱材を過冷却室に移送制御する蓄熱材移送制御手段と、前記冷気開閉手段を開けて冷凍サイクルによる冷気を該過冷却室に導入する冷気導入制御手段と、前記温度センサからの温度出力を監視して該過冷却室の蓄熱材が過冷却状態かどうかを検出する過冷却状態検出手段と、該蓄熱材が該過冷却状態であると検出された場合に、該冷気開閉手段を閉じて該過冷却室に対して冷気を遮断する冷却遮断制御手段と、該過冷却状態の蓄熱材を移送可能なスラリー状にするべく前記過冷却解除手段を起動させて該蓄熱材の過冷却状態を解除する過冷却解除制御手段と、該蓄熱材が該過冷却状態であると検出されない場合に、前記暖気開閉手段を開いて暖気通路を通して該過冷却室内に暖気を導入する暖気導入制御手段と、該温度センサからの温度出力を監視して該過冷却室内の蓄熱材が融解したかどうかを検知する蓄熱材融解検出手段と、該過冷却室内の蓄熱材が融解した場合に該暖気開閉手段を閉じて該過冷却室内への暖気導入を止める暖気遮断手段とを有して、該蓄熱材移送制御手段は、該移送手段を制御して該スラリー状の蓄熱材を該過冷却室から該貯留冷却室に移送する第２冷却制御部をさらに備えている請求項２に記載の冷蔵庫。
【請求項５】
移送手段で過冷却室に液体状の蓄熱材を移送し、冷気開閉手段を開いて過冷却室に冷気を送り込んで該蓄熱材を冷却し、該蓄熱材を過冷却状態にした後に、過冷却解除手段で液体状の該蓄熱材の過冷却状態を解除して固液二相のスラリー状の蓄熱材とし、該移送手段で該スラリー状の蓄熱材を該過冷却室から冷却貯留室に移送し、該冷却貯留室内の蓄熱材の冷蓄熱エネルギーにより、被冷蔵物を保管する冷蔵室内を冷却する冷蔵庫の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品食材などの被冷蔵物を長期間高品質に過冷却状態で食材保存を行う冷蔵庫において、電力使用料金を低減する冷蔵庫およびその冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、電力会社の最大供給電力容量の関係から、電力需要が最大となる昼間の電力使用量を削減しようとする動きが官民で起こっている。具体的には、昼間の電力使用を削減する電力ピークカット、必要な電力は夜間使用する電力ピークシフトを推進する動きが活発になってきている。
【０００３】
従来の冷蔵庫において、この電力ピークシフトを実現するものとして、通常の冷蔵／冷凍用の冷凍サイクルに、蓄熱用のキャピラリチューブと蒸発器からなる蓄熱冷凍サイクルを並列に設けて、夜間に蓄熱冷凍サイクルで蓄熱材を冷却し、昼間に蓄熱材に蓄えられた冷熱エネルギーを使用して冷蔵庫内を冷却するものがある。これは、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
また、蓄熱槽にカプセル状の蓄熱材を入れ、蓄熱槽を冷凍サイクルで冷却（凝固）させ、蓄熱槽と冷蔵室を結んだ冷媒流路に液状熱媒体を循環させて、液状熱媒体によって蓄熱槽の冷気を冷蔵室に伝達して冷却するものがある。これは、例えば特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−７１８０８号公報
【特許文献２】特開２０００−２０５７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および特許文献２に開示されている従来の構成では共に、蓄熱するための冷凍サイクルを特別に設けている。これでは、専用の冷凍サイクルを構成するための設計の手間や、コストアップが生じてしまう。
【０００７】
特許文献１に開示されている従来の構成では、冷凍／冷蔵用の通常の冷凍サイクルと併用して蓄熱用のサイクルを構成しているので、配管引き回し変更や配置制限による配管長の長大化などにより、通常の冷凍サイクル、即ち、通常の冷蔵庫冷却に関する効率を落としてしまうという欠点がある。これは蓄熱冷却運転の効果がなくなった以降の電気料金が通常の冷蔵庫に比べて高くなることであり、電力ピークシフトを実現し、電力料金を削減する効果を小さくしてしまうことになる。
【０００８】
特許文献２に開示されている従来の構成では、上記した追加冷凍サイクルが必要になるといったことに加え、液状熱媒体を使用しているため、冷蔵室内の冷却には、この液体の顕熱エネルギーを利用することになる。顕熱エネルギー密度は４．２ｋＪ／ｋｇ・Ｋであり、例えば１ｋｇの水を液状熱媒体として使用して摂氏０度から摂氏５度までの温度範囲を冷却水として使用することを考えると、２１ｋＪのエネルギーが利用できる。水の凝固体である氷の潜熱エネルギーは１ｋｇ当たり３３６ｋＪであり、エネルギー密度として考えると液体の顕熱エネルギーを利用するのは不利である。要するに、流動性のよい液体（水）を用いていることから、液体（水）の温度が摂氏０〜３度で冷蔵室の温度が摂氏３〜５度とした場合、冷却は可能であるが、その差分は数度しかなく、効率のよい液状熱媒体とはならないことが分かる。
【０００９】
また、液体状態のエネルギーは、顕熱であるためエネルギー利用中は液体の温度が変化していく（蓄熱冷却中の液体の温度が高くなっていく）。したがって、この液体の温度変化に伴う温度管理・制御を綿密に行う必要がある。また、液状のままでエネルギーを蓄えていくためには、液体の温度を下げる必要があるが、温度を下げ過ぎると、意図せず過冷却状態が解除されてしまう可能性が高くなる。過冷却状態が解除されると、凝固が始まりこれに気が付かずに凝固が進むと完全な凝固体（氷）となってしまい、移送することが困難になる。
【００１０】
さらに、蓄熱槽内の蓄熱材の熱エネルギーを液状熱媒体に伝達するときの熱伝達損失も考えると、特に家庭用の、限られた大きさに作り込まなければならない冷蔵庫を考えた場合に、高効率な蓄熱冷却の構築は困難である。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、電力ピークシフトを高効率に行い、かつそのシステムを安価に構成することを目的としており、蓄熱材を凝固体と液体という固液二相のスラリー状とすることにより、蓄熱材の移送を容易とすると共に、凝固体の潜熱並びに顕熱エネルギーを利用して冷蔵室を冷却することができて高効率に蓄熱冷却を行うことができる冷蔵庫およびその冷却方法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】
【００１２】
本発明の冷蔵庫は、被冷蔵物を保管する冷蔵庫であって、液体状の蓄熱材を過冷却状態にする過冷却室と、冷蔵温度帯で被冷蔵物を貯蔵する貯蔵室と、過冷却室の蓄熱材の過冷却状態を解除して蓄熱材を固液二相のスラリー状にする過冷却解除手段と、スラリー状の蓄熱材を貯留することにより該貯蔵室に対して冷却可能とする貯留冷却室と、蓄熱材を過冷却室と貯留冷却室の間を移送する移送手段とを備えたものであり、そのことにより上記目低が達成される。
【００１３】
また、本発明の冷蔵庫は、好ましくは、貯留冷却室は貯蔵室の上方の位置に配置されている。
【００１４】
上記構成によれば、冷却にスラリー状の蓄熱材を用いているので、蓄熱材の移送を容易に行うことができる。したがって、過冷却室および貯留冷却室の配置を自由に設定することができる。このため、過冷却室を過冷却に適した低温の冷気が効率よく利用できる位置に配置することができ、また、貯留冷却室は貯蔵室が効率よく冷却できる。
【００１５】
例えば貯蔵室の上方に配置することができる。また、冷却には蓄熱材の潜熱エネルギーを利用するので、上記したような高い密度の潜熱エネルギーを使用できるし、潜熱冷却中は蓄熱材の凝固点温度を維持し続けるので、高効率蓄熱冷却の実現と、蓄熱冷却時の温度ばらつきを抑えた冷却が実現できる。
【００１６】
よって、上記蓄熱とこれを利用した冷却の時間をずらすことができるので、電力ピークシフトの高効率実現と、安価で安定な冷蔵庫の提供ができる。
【００１７】
スラリー状とは液体と固体が混ざり合った泥状の状態で固液二相（例えば氷水）のことを言う。過冷却室内で過冷却が発生せずに普通に凝固した場合は、過冷却室中の液体の温度分布で最も温度の低い箇所から凝固していく。
【００１８】
通常は、過冷却室の液体冷却部の外枠に接した箇所の液体が冷気が当たるため最低温となり、ここから凝固が始まって、液体は液体冷却部の内壁と同じ形状の凝固体となってしまう。このように容器の形状に凝固したものをチューブなどの送管で移送することは困難である。
【００１９】
一方、過冷却状態にある液体を、外部から振動を与えるなどの過冷却解除手段で解除すると、蓄熱材全てが凝固点以下の温度にあるので、全体が均一に凝固する。このように全体が均一に過冷却状態から凝固した場合、蓄熱材の内容物が全体的に小さな凝固粒となって凝固していくが、蓄熱材全体が完全に凝固することはなく、凝固粒と液体とが一様に混ざり合ったスラリー状となるため移送が容易に行える。
【００２０】
因みに、蓄熱材が過冷却状態から完全な凝固体になってしまうのは、上記のように蓄熱材に１ｋｇの水を用いた場合では、凝固エネルギー３３６ｋＪを過冷却状態で保持している必要があるので、３３６÷４．２＝８０で摂氏−８０度の過冷却水の場合である。このような低温の過冷却状態でない限り蓄熱材が過冷却解除により完全凝固してしまうことはない。本発明では、過冷却状態の安定維持の観点から、水の場合は大体摂氏−１０度までの過冷却状態を想定している。
【００２１】
また、本発明の冷蔵庫は、好ましくは、過冷却室への冷気通路を開閉する冷気開閉手段を備えている。
【００２２】
また、本発明の冷蔵庫は、好ましくは、移送手段および／あるいは冷気開閉手段をＯＮ／ＯＦＦするタイマーを備えている。
【００２３】
上記構成によれば、スラリー状の蓄熱材は必要なときに生成することができる。例えば夜間のみ生成することで、電力ピークシフトが実現でき、電力の需給バランスが取れ、かつ電力使用料金を削減することができる。
【００２４】
また、本発明の冷蔵庫は、好ましくは、液体状の該蓄熱材の過冷却状態を監視する温度センサを備えている。
【００２５】
上記構成によれば、過冷却室での過冷却状態の発生を監視することができるので、蓄熱材の過冷却状態を管理することができ、過冷却室での蓄熱材の過冷却状態への移行を高信頼性にすることができる。
【００２６】
過冷却状態の液体は、本来液体が持っている凝固点温度を下回ってもそのまま下降していくが、過冷却状態が解除されてしまうと、凝固点温度に戻る。また、過冷却状態が発生しなかった場合は、液体全てが完全に凝固するまで凝固点温度で保持される。このような凝固点温度での変化を温度センサにより監視していれば過冷却現象が発生しているか否かを判別することができる。
【００２７】
また、本発明の冷蔵庫は、好ましくは、過冷却室に電極板と、この電極板に高電圧を印加する高電圧発生器を備えている。
【００２８】
また、本発明の冷蔵庫は、好ましくは、該過冷却室は振動伝達を低減する緩衝部材を備えている。
【００２９】
また、本発明の冷蔵庫は、好ましくは、該蓄熱材に溶解している気体を除去する脱気手段を備えている。
【００３０】
上記構成によれば、過冷却室の液体状蓄熱材を高電場環境にすることができ、または、振動を抑制することができ、または、蓄熱材中の溶存気体を除去することができる。高電場環境下においては、蓄熱材の液体分子が電界および電磁界の影響を受け凝固しにくい状態になって過冷却状態の発生・維持に効果がある。
【００３１】
また、振動は過冷却の発生・維持を阻害する要因であるので、振動を抑制することは過冷却状態の発生・維持に効果がある。また、過冷却状態は氷核ができるとこれが元となって解除されてしまいやすく、液体中の溶存気体がこの氷核発生の起点となると言われている。この気体を除去することは、過冷却状態の発生・維持に効果がある。
【００３２】
したがって、これらにより、過冷却室での蓄熱材の過冷却状態への移行の信頼性を高めることができる。
【００３３】
また、本発明の冷蔵庫は、好ましくは、過冷却室に暖気通路を開閉する暖気開閉手段を備えている。
【００３４】
また、本発明の冷蔵庫は、好ましくは、暖気源は冷凍サイクルの凝縮器における排熱である。
【００３５】
万が一、過冷却状態が発生しなかった場合、もしくは予期せず過冷却状態を解除してしまった場合、過冷却室で凝固が始まってしまい、スラリー状の蓄熱材が生成されずに移送が困難となってしまう。上記構成によれば、このような過冷却状態が発生せず凝固した場合でも、これを融解する暖気を送り込むことができる。
【００３６】
また、この暖気を冷凍サイクル中の排熱を利用することで安価に供給できる。これにより、過冷却現象が予期せず未発生あるいは解除された場合、融解後再度冷却を行う構成が実現でき、よって、過冷却室での蓄熱材の過冷却状態への移行を行うことができ、これによって、信頼性を高めることができる。
【００３７】
また、本発明の冷蔵庫は、液体状もしくはスラリー状の該蓄熱材を貯留するサブ貯留室をされに備えている。
【００３８】
上記構成によれば、蓄熱材を、過冷却室および貯留冷却室の容量以上に使用することができるので、蓄熱による冷却を長時間に渡って行うことができる。また、サブ貯留室は冷蔵庫内で任意の形状で任意の箇所に配置できるので、冷蔵庫容積の減少が抑えられる。
【００３９】
要するに、本発明の冷蔵庫は、過冷却室への冷気通路を開閉する冷気開閉手段と、蓄熱材の過冷却状態を監視する温度センサと、過冷却室に設けられた電極板および電極板に高電圧を印加する高電圧発生器と、過冷却室への振動伝達を低減する緩衝部材と、過冷却室および過冷却室からの移送経路途中に設けられて蓄熱材に溶解している気体を除去する脱気手段と、過冷却室への暖気通路を開閉する暖気開閉手段と、移送手段による移送経路の途中に該蓄熱材を貯留するサブ貯留室と、過冷却解除手段、移送手段、冷気開閉手段および暖気開閉手段のうち少なくとも過冷却解除手段、移送手段および冷気開閉手段をオンまたはオフするためのタイマ手段とのうちの少なくともいずれかを有していればよい。
【００４０】
本発明の冷蔵庫は、移送手段を制御して前記蓄熱材を過冷却室に移送制御する蓄熱材移送制御手段と、冷気開閉手段を開けて冷凍サイクルによる冷気を過冷却室に導入する冷気導入制御手段と、過冷却室の蓄熱材が過冷却状態かどうかを検出する過冷却状態検出手段と、蓄熱材が該過冷却状態であると検出された場合に、冷気開閉手段を閉じて過冷却室に対して冷気を遮断する冷却遮断制御手段と、過冷却状態の蓄熱材を移送可能なスラリー状にするべく過冷却解除手段を起動させて該蓄熱材の過冷却状態を解除する過冷却解除制御手段とを有して、蓄熱材移送制御手段は、移送手段を制御してスラリー状の蓄熱材を過冷却室から貯留冷却室に移送する第１冷却制御部をさらに備えている。
【００４１】
また、本発明の冷蔵庫は、移送手段を制御して前記蓄熱材を過冷却室に移送制御する蓄熱材移送制御手段と、冷気開閉手段を開けて冷凍サイクルによる冷気を過冷却室に導入する冷気導入制御手段と、温度センサからの温度出力を監視して過冷却室の蓄熱材が過冷却状態かどうかを検出する過冷却状態検出手段と、蓄熱材が過冷却状態であると検出された場合に、冷気開閉手段を閉じて過冷却室に対して冷気を遮断する冷却遮断制御手段と、過冷却状態の蓄熱材を移送可能なスラリー状にするべく過冷却解除手段を起動させて蓄熱材の過冷却状態を解除する過冷却解除制御手段と、蓄熱材が過冷却状態であると検出されない場合に、暖気開閉手段を開いて暖気通路を通して過冷却室内に暖気を導入する暖気導入制御手段と、温度センサからの温度出力を監視して過冷却室内の蓄熱材が融解したかどうかを検知する蓄熱材融解検出手段と、過冷却室内の蓄熱材が融解した場合に暖気開閉手段を閉じて過冷却室内への暖気導入を止める暖気遮断手段とを有して、蓄熱材移送制御手段は、移送手段を制御してスラリー状の蓄熱材を該過冷却室から貯留冷却室に移送する第２冷却制御部をさらに備えている。
【００４２】
次に、本発明の冷蔵庫の冷却方法は、移送手段で過冷却室に液体状の蓄熱材を移送し、冷気開閉手段を開いて過冷却室に冷気を送り込んで蓄熱材を冷却し、蓄熱材を過冷却状態にした後に、過冷却解除手段で液体状の蓄熱材の過冷却状態を解除して固液二相のスラリー状の蓄熱材とし、移送手段でスラリー状の蓄熱材を該過冷却室から冷却貯留室に移送し、冷却貯留室内の蓄熱材の冷蓄熱エネルギーにより、被冷蔵物を保管する冷蔵室内を冷却するものである。
【００４３】
また、本発明の冷蔵庫の冷却方法は、移送手段で過冷却室に液体状の蓄熱材を移送し、冷気開閉手段を開いて過冷却室に冷気を送り込んで該蓄熱材を冷却し、温度センサーで該蓄熱材の過冷却状態を確認して過冷却状態を確認した後、過冷却解除手段で液体状の該蓄熱材の過冷却状態を解除してスラリー状の該蓄熱材とし、該移送手段でスラリー状の該蓄熱材を冷却貯留室へ移送し、該蓄熱材の冷蓄熱エネルギーで冷蔵室を冷却するものである。
【００４４】
さらに、本発明の冷蔵庫の冷却方法は、好ましくは、タイマーに設定した時刻になると、移送手段で過冷却室に液体状の蓄熱材を移送し、冷気開閉手段を開いて過冷却室に冷気を送り込んで該蓄熱材を冷却し、温度センサーで該蓄熱材の過冷却状態を確認して過冷却状態を確認した後、過冷却解除手段で液体状の該蓄熱材の過冷却状態を解除してスラリー状の該蓄熱材とし、該移送手段でスラリー状の該蓄熱材を冷却貯留室へ移送し、該蓄熱材の冷蓄熱エネルギーで冷蔵室を冷却するものである。
【００４５】
また、本発明の冷蔵庫およびその冷却方法において、好ましくは、タイマ手段に設定する時刻は深夜帯である。
【００４６】
また、本発明の冷蔵庫およびその冷却方法において、好ましくは、過冷却状態が確認されなかった場合、冷気開閉手段を閉じて過冷却室への冷気流入を遮断し、暖気開閉手段を開いて過冷却室に暖気を送り込むものである。
【００４７】
また、本発明の冷蔵庫およびその冷却方法において、好ましくは、蓄熱材は水またはアルコールである。
【００４８】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００４９】
本発明においては、被冷蔵物を保管する冷蔵庫であって、液体状の蓄熱材を過冷却状態にする過冷却室と、冷蔵温度帯で被冷蔵物を貯蔵する貯蔵室と、過冷却室の蓄熱材の過冷却状態を解除して蓄熱材を固液二相のスラリー状にする過冷却解除手段と、スラリー状の蓄熱材を貯留することにより貯蔵室に対して冷却可能とする貯留冷却室と、蓄熱材を過冷却室と貯留冷却室の間を移送する移送手段とを備えている。
【００５０】
これによって、冷却にスラリー状の蓄熱材を用いているので、蓄熱材の移送を容易に行うことができる。したがって過冷却室および貯留冷却室の配置は自由に設定することが出来る。このため過冷却室を過冷却に適した低温の冷気が効率よく取り出せる位置に配置することが出来、また貯留冷却室を貯蔵室が効率よく冷却できる例えば貯蔵室の上方に配置することが出来る。また、冷却には蓄熱材の潜熱エネルギーを利用できるので高密度の潜熱エネルギーを使用できるし、潜熱冷却中は蓄熱材の凝固点温度を維持し続けるので、高効率蓄熱冷却の実現と、蓄熱冷却時の温度ばらつきを抑えた冷却が実現できる。よって、電力ピークシフトの高効率実現と、安価なシステムの提供ができる。
【００５１】
更に、蓄熱材の過冷却状態の監視や、過冷却状態の発生・維持が容易になるとともに、過冷却状態が発生しなかったときのリカバリー動作と再実行ができるので、過冷却室での蓄熱材の過冷却状態への移行の信頼性を高めることができる。
【発明の効果】
【００５２】
以上により、本発明によれば、夜間等に液体状の蓄熱材を過冷却状態にし、その後過冷却を解除する。これによって出来た凝固体と液体の混相体であるスラリー状蓄熱材の冷熱エネルギーを用いて、昼間等に冷蔵室の冷却を行う。このようにスラリー状であるので移送を容易に行うことが出来る。また、凝固潜熱を利用することができるので高効率冷却が可能になるとともに潜熱利用中の温度は一定に保たれ、貯蔵室内の温度変化は少なくでき温度制御が容易に行える。
【００５３】
このような本発明によれば、電力ピークシフトの実現と電力使用料金の削減が実現でき、かつそのシステムを安価に高い信頼性で構成することができる。
【００５４】
このように、電力ピークシフトを高効率に行い、かつそのシステムを安価に構成することを目的として、蓄熱材を凝固体と液体という固液二相のスラリー状とすることにより、蓄熱材の移送を容易とすると共に、凝固体の潜熱並びに顕熱エネルギーを利用して冷蔵室を冷却することができて高効率に蓄熱冷却を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態１における冷蔵庫の蓄熱冷却部の要部構成例（その１）を示すブロック図である。
【図２】本実施形態１の冷蔵庫における蓄熱冷却部の配置例を示した冷蔵庫の側面から見た概略縦断面図である。
【図３】図１の液体冷却部の好ましい形状例を示した図である。
【図４】本発明の実施形態１における冷蔵庫の蓄熱冷却部の別の要部構成例（その２）を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態１における冷蔵庫の蓄熱冷却部の更に別の要部構成例（その３）を示すブロック図である。
【図６】高電圧を印加する場合の液体冷却部の構成図である。
【図７】本発明の実施形態２における冷蔵庫の蓄熱冷却部の要部構成例（その４）を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施形態２における冷蔵庫の蓄熱冷却部の別の要部構成例（その５）を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施形態３における冷蔵庫の蓄熱冷却部の要部構成例（その６）を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態４における冷蔵庫の冷却制御部の要部構成例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施形態４における冷蔵庫の冷却方法（その１）において蓄熱冷却の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態５における冷蔵庫の冷却制御部の要部構成例を示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施形態５における冷蔵庫の冷却方法（その２）において蓄熱冷却の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。当然ながら、本発明はこれのみに限定されるものではなく、この実施形態に記載されている構成等は、特に限定的な記載がない限り、この発明の範囲をこれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００５７】
また、本発明の各実施形態において、同じ構成を有するものに対しては、同じ名称かつ同じ符号を付して説明する。
【００５８】
（実施形態１）
本実施形態１では、冷蔵庫の蓄熱冷却部の一構成例について説明する。
【００５９】
図１は、本発明の実施形態１における冷蔵庫の蓄熱冷却部の要部構成例を示すブロック図である。
【００６０】
図１において、本実施形態１の冷蔵庫における蓄熱冷却部１は、蓄熱材である冷却液体（例えば水やアルコール）を過冷却状態（例えば摂氏−５度）に冷却する過冷却室２と、蓄熱材を過冷却室２内で冷却するために貯留する液体冷却部３と、振動などによって液体冷却部３内の過冷却状態にある蓄熱材（冷却液体）の過冷却を解除する過冷却解除手段４と、スラリー状となった蓄熱材（水の場合は氷水で移送可能）を貯留して、この潜熱エネルギーおよび顕熱エネルギーを利用して貯蔵室を冷却するための冷気を発する貯留冷却室５と、液体冷却部３と貯留冷却部５の間で蓄熱材を往来させるための移送手段としてのポンプ６と、液体冷却部３、貯留冷却部５、ポンプ６間で蓄熱材が行き来する蓄熱材通路７と、図示しない通常の冷凍サイクルからの冷気の過冷却室２内への出入りを開閉する冷気開閉手段８と、過冷却室２と冷気開閉手段８との間で冷気の通路となる冷気通路９とを有している。
【００６１】
要するに、本実施形態１の冷蔵庫は、被冷蔵物を低温（外気温よりも低い温度）で保管する冷蔵庫であって、液体状の蓄熱材を過冷却状態にする過冷却室２と、冷蔵温度帯で被冷蔵物を貯蔵する図２で後述する貯蔵室１２と、過冷却室２内の蓄熱材の過冷却状態を解除して蓄熱材を流動性のある固液二相のスラリー状にする過冷却解除手段４と、貯蔵室１２に対して冷却可能に設けられ、スラリー状の蓄熱材を貯留するための貯留冷却室５と、スラリー状の蓄熱材を過冷却室２から貯留冷却室５に移送する移送手段としてのポンプ６とを備えている。
【００６２】
このように、通常の冷凍サイクルにより過冷却室２内の冷却液体としての例えば水を過冷却状態にし、過冷却解除手段４で振動を与えて過冷却解除を行ってスラリー状の氷水にし、このスラリー状の氷水を貯蔵室内で熱交換できる貯留冷却部５まで移送する。夜間の電気料金の安いときに、通常の冷凍サイクルにより過冷却室２で過冷却状態の冷却液体を準備しておき、昼間の電気料金が高くなる時間帯の前に、過冷却解除を行ってスラリー状の氷水を液体冷却部３から貯留冷却部５まで移送し、昼間の電気料金が高くなる時間帯に、スラリー状の氷水を用いて貯蔵室内の温度を冷却する。これによって、通常の冷凍サイクルの能力を落とすことができる。よって、電力ピークシフトを高効率に行うことができる。
【００６３】
図２は、本実施形態１の冷蔵庫１００における蓄熱冷却部１の配置例を示した冷蔵庫１００の側面から見た概略縦断面図である。なお、図２では、蓄熱冷却部１のうちの液体冷却部３、過冷却解除手段４、冷気開閉手段８および冷気通路９についてはここでは図示していない。
【００６４】
図２において、本実施形態１の冷蔵庫１００は、冷凍室１０、その上の製氷／チルド室１１、その上の貯蔵室１２および、冷凍室１０の下の野菜室１３とを有している。また、冷蔵庫１００は、野菜室１３の奥に設けられ、冷凍サイクルの中で冷媒を圧縮する圧縮機１４と、冷凍室１０および製氷／チルド室１１の奥に設けられ、冷凍サイクルの中で冷媒を気化して気化熱による冷気を発生させる蒸発器１５とを有している。図２において、各部屋の配置や名称はこれに限らず任意でよいことは言うまでもないことである。また、圧縮機１４および蒸発器１５以外の冷凍サイクルはここでは図示を省略している。また、貯蔵室１２の奥側には、蒸発器１５の冷気を各部屋に伝送するための冷気通路１６が設けられている。また、各部屋の周囲は、他の部屋および外気からの熱の流入や、冷気の流出を防ぐために図示しない断熱材で覆われている。
【００６５】
蓄熱材に水を使用した場合、過冷却室２は氷点下に冷却する必要があるので、低温の冷気を得ることが容易な冷凍室１０の近くに配置することが好ましい。また、貯留冷却室５の貯蔵室１２に面している側（図２では下側）は、蓄熱材による冷気が貯蔵室１２に伝わりやすくするように、例えば熱伝導のよい金属製のものが好ましく、また、蓄熱材による冷気が貯蔵室１２内に行き渡り易いように、例えばファンを備えていてもよい。
【００６６】
図２で貯留冷却室５を貯蔵室１２の上方に配置しているのは、冷気の密度は大きいため貯蔵室１２への拡散が上方から下方に向かって容易に行えるためである。あるいは、貯留冷却室５は冷気通路１６中に配置していてもよく、これにより、冷気通路１６からの送風を利用でき、上記したファンなどの削減が可能になる。
【００６７】
さらに、貯留冷却室５の下面は貯蔵室１２との温度差から結露が懸念されるので、結露水を吸収、もしくは結露水を流れやすくすることが好ましく、これにより結露水が貯蔵室１２内に落ちてしまうことを防ぐことができる。結露水吸収手段としては水吸収ジェルやフェルト材などの液体吸収部材が挙げられる。また、結露水を流れ易くする方法として、貯留冷却室５の下面に傾斜を付け、図示しない排水パンに流れやすくするといった設計にすることが望ましい。
過冷却解除手段４は、過冷却状態にある蓄熱材の過冷却状態を解除するもので、具体例としては液体冷却部３内の蓄熱材に対して振動・衝撃・攪拌を与える振動モータなど振動を発生する部材や液体冷却部３内の蓄熱材を攪拌する攪拌板が挙げられる。なお、蓄熱材の過冷却状態を解除する目的なので、特に図１のように液体冷却部３に対して振動を与えなくてもよく、蓄熱材通路７で解除するように振動・衝撃を与えてもよい。
【００６８】
また、振動・衝撃を使用する場合、上記の振動モータの他、ポンプ６の駆動に伴う振動や衝撃を利用してもよいし、圧縮機１４の振動や衝撃を利用してもよい。この場合、過冷却解除手段４の機能はポンプ６や圧縮機１４で代用することになり、部材コストの削減が実現できる。過冷却状態を解除した蓄熱材は、凝固点以下にある蓄熱材全体が均一に凝固状態となるが、完全凝固に必要なエネルギーは保持していないので凝固体（例えば水の場合は氷）と液体（水）が均一に混ざり合ったスラリー状（氷水）となるので、温度が摂氏０度であり、移送が容易であり蓄熱材通路７を屈曲自在な樹脂チューブで構成することも可能であり、通路形状や配置の自由度を高くできる。
【００６９】
蓄熱材としては、過冷却状態が安定に発生・維持できる液体がよく、具体例としては水が挙げられる。また、アルコール溶液など凝固点が低い物質を使用することにより高い潜熱および顕熱エネルギーを使用できるので高い冷却効果が期待できる。
【００７０】
液体の過冷却現象の発生を高信頼性にするためには液体の不用意な動きを避けることが望ましく、このため、冷却中に液体冷却部３内にある蓄熱材の温度差による対流を小さくすることが望ましい。このため、蓄熱材全体が均一に冷却できるような構造が好ましい。この一例として、図３に液体冷却部３の形状例を示している。液体冷却部３はドーナツ状をしているので、冷気による熱は外側および内側から伝わる。したがって、液体冷却部３内の蓄熱材の温度差を小さくすることができ、蓄熱材の対流を小さくすることができる。もちろん、これに限らず、例えば細長い管状であっても円柱や四角柱などの容器であってもよい。
【００７１】
また、移送手段としてポンプ６を一例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば蓄熱材を容器ごと移動させるようにしてもよい。
【００７２】
上記構成により、以下、その動作を説明する。
【００７３】
まず、蓄熱材を冷却するために蓄熱材を液体冷却部３にポンプ６で移送する。
【００７４】
次に、冷気開閉手段８を開いて冷気通路９を通して冷気を過冷却室２に晒して冷却する。これにより、液体冷却部３内の蓄熱材の温度が下がり、やがて凝固点を下回って過冷却状態となる。なお、過冷却状態を安定に発生させるためには冷却速度をなるべく遅くする方が好ましく、例えば冷気開閉手段８は開度を調節できるようにし、過冷却室２の温度を徐々に下げるようにすることも有効である。
【００７５】
また、過冷却室２には温度センサを設け、この過冷却室２内の温度を監視して過冷却現象を発生するための温度を冷気開閉手段８の開閉で調節することも好ましい。また、過冷却状態の発生はタイマ（タイマ手段）で管理してもよい。ある一定時間、冷気開閉手段８を開くかまたは温度制御することにより過冷却室２の温度が所定値に下がり、これをある一定時間持続することにより蓄熱材を過冷却状態にすることができる。タイマで管理した時間が経過するなど、設定した過冷却室２の冷却が終了すると、冷気開閉手段８を閉じて過冷却室２内への冷気の流入を遮断する。
【００７６】
続いて、過冷却液体となった蓄熱材をスラリー状にするべく過冷却解除手段４を起動させる。このとき、蓄熱材は過冷却状態が解除されてスラリー状の固液二相状態（例えば水の場合は氷水）となる。スラリー状にするのは、上記したように、潜熱の高いエネルギー密度を得るためと、潜熱状態の温度が凝固点（例えば水の場合は摂氏０度）で一定になることを利用するためである。要するに、氷水の氷が全て解けるまで摂氏０度を維持することができる。
【００７７】
なお、解除後も所定時間冷却を継続してもよい。時間が経過すると、スラリー状から大きな塊の固体へと変化してしまうが、設定時間を調節することによりポンプ６で移送可能な状態に留めることができ、また、冷却を継続することにより潜熱エネルギーを更に蓄えることができる。また、この過冷却解除は、前記のようにポンプ６の移送時の駆動による振動・衝撃で代用することもできる。
【００７８】
その後、ポンプ６でスラリー状蓄熱材を蓄熱材通路７に通して貯留冷却室５に移送する。蓄熱材に水を使用した場合、スラリー状態である蓄熱材の温度は摂氏０度である。冷蔵室である貯蔵室１２の温度は、通常摂氏４度程度に管理されているので、蓄熱材が貯留されている貯留冷却室５は下面、即ち貯蔵室１２から熱を奪いながら融解していき、このとき、貯蔵室１２は貯留冷却室５に熱を奪われて冷やされるので、冷凍サイクル駆動による冷却を行う必要がなく、この間は電気を使用することなく有効に冷却することができる。
【００７９】
ここで、前記したタイマにより上記した一連の動作の開始時刻を設定すれば、電気料金を削減することができる。例えば各電力会社で深夜割引契約をすれば、深夜２３時から翌７時までの間の電気使用料金は、電力会社で多少の差はあるものの前記時間帯以外の５〜７割削減できる。したがって、上記蓄熱材の、液体冷却部３への移送から貯留冷却室５への移送までの一連の動作を深夜２３時以降に開始させ、翌７時に終わるように設定すれば、電気料金が割安な深夜帯に蓄熱し、電気料金が割高な昼間には電気を使用せずに蓄熱エネルギーを使用した冷却が実現でき、この電力ピークシフトの効果による電気料金の削減ができる。また同時に、電気利用が集中しやすい昼間の使用を抑えるので電力ピークカットが実現できる。
【００８０】
なお、過冷却室２の液体冷却部３には、過冷却解除手段による振動や衝撃以外の振動・衝撃が伝わらないようにすることが好ましい。これは、意図せず凝固してしまうと、所定の冷却時間のうちに、凝固が進み蓄熱材がスラリー状にならないためである。過冷却状態から凝固への変移には、液体中に氷核が形成され、これが大きくなることが必要であるが、この氷核を形成する確率を高める要因の一つが振動である。したがって、図４の構成図に示すように、液体冷却部３の下には緩衝部材１７を設けて過冷却室２に搭載することが安定な過冷却状態の発生に有効である。
【００８１】
また、更に安定な過冷却状態を発現させるためには、氷核の元となりやすい溶存気体を除去することも有効である。溶存気体とは蓄熱液体中に溶けている酸素、窒素などのガスである。凝固に深く関係する氷核は、この溶存気体の近辺に発生しやすい傾向がある。
【００８２】
したがって、図５に示すように冷却液体が通過する蓄熱材通路７の途中に脱気手段１８を備えることにより、蓄熱材の気体を除去する脱気処理を行うことができ、安定な過冷却状態の発生が実現できる。要するに、冷却液体内の溶存気体の周囲から凝固し易く、冷却液体が水の場合には氷になり易い。したがって、蓄熱材としての冷却液体内の溶存気体を取り除くことが安定な過冷却状態の維持に有効である。脱気手段１８の一例としては、気体透過性の高いテフロン（登録商標）材などの細いチューブ束に蓄熱材を流し、チューブ束の外側を負圧吸引することにより、気体成分のみを排出するような構成が挙げられる。
【００８３】
さらに、安定な過冷却状態を発現させるためには、蓄熱材である液体に高電圧を印加することも有効である。高圧電場での貯蔵による過冷却状態の安定化ついては例えば特許３６９８７７６号公報などに記載されている。図６の構成は、過冷却室２において、図３の液体冷却部３の構成で容器の外壁３ａおよび内壁３ｂを金属で構成し、その間に交流の高電圧を印加するものである。なお、高電圧とは、３００Ｖから１０ｋＶ程度の範囲である。これにより、高圧電場による過冷却維持効果が高まり、安定な過冷却状態の発生が実現できる。なお、高電圧印加は蓄熱材に電界がかかっていればよく、例えば過冷却室２と液体冷却部３の間であっても構わない。
【００８４】
（実施形態２）
本実施形態２では、冷蔵庫の蓄熱冷却部の他の構成例について説明する。ここでは、蓄熱材の過冷却状態を監視する温度センサと、過冷却室２への暖気通路を開閉する暖気開閉手段とのうちの少なくともいずれかを有している場合である。
【００８５】
図７は、本発明の実施形態２における冷蔵庫の蓄熱冷却部の要部構成例を示すブロック図である。
図７に示すように、本実施形態２の蓄熱冷却部１は、液体冷却部３内の蓄熱材の温度を計測する温度センサ２０を備えている点が上記実施形態１の蓄熱冷却部１の場合と異なっている。温度センサ２０が所定の低温を検出したときに冷気開閉手段８を閉状態にする。または、温度センサ２０が過冷却解除手段４が作動していないときに摂氏０度に戻ったことを検知したときに冷気開閉手段８を閉状態にする。
【００８６】
また、図８に示すように、本実施形態２の変形例の蓄熱冷却部１は、過冷却室２に暖気を導入する暖気開閉手段２１および暖気通路２２を備えている点が上記実施形態１の蓄熱冷却部１の場合と異なっている。温度センサ２０が所定の低温を検出したときに冷気開閉手段８を閉状態にすると共に、暖気開閉手段２１を開状態にする。または、温度センサ２０が過冷却解除手段４が作動していないときに摂氏０度に戻ったことを検知したときに冷気開閉手段８を閉状態にすると共に、暖気開閉手段２１を開状態にする。
【００８７】
蓄熱材の温度を温度センサ２０で計測することにより、蓄熱材の過冷却状態を確認することができる。前述のように過冷却状態は振動や衝撃や攪拌などによって解除されてしまう可能性がある。これを蓄熱材の温度で見ると、過冷却状態にあるときは凝固点を下回っても温度は下がり続けるが、過冷却状態が解除されると温度は凝固点になる。これは液体から固体への相変化に熱エネルギーが使われるためである。したがって、蓄熱材の温度が凝固点を下回って降下し続けるか凝固点で変化がほとんどなく留まっているかによって過冷却状態が発生しているか、発生していないかまたは、解除されているかを判断することができる。また、所定の過冷却温度になったことを検知して、過冷却解除手段４を作動させることもできるので、常に同じ蓄熱材温度で動作を行える。
【００８８】
さらに、図８の暖気を導入する構成によれば、過冷却現象が意図せず解除または発生しなかった場合、冷気開閉手段８を閉じ、暖気開閉手段２１を開くことにより暖気通路２２を通じて過冷却室２を暖めることができる。これによって、蓄熱材の凝固体を融解することができ、凝固が継続してしまうことによる凝固体の大きな塊の形成を防ぐことができる。大きな塊はポンプ６での移送に支障を来たして移送を止め、蓄熱冷却が実行されなくなる危険性があるが、この構成によれば、これを融解して、再度冷却を行うことが可能になるので、蓄熱冷却部１の信頼性を高くすることができる。
【００８９】
なお、暖気の導入は蓄熱冷却部１だけではなく、蓄熱材通路７に対して行ってもよい。蓄熱材通路７も凝固点以下の低温になっており、ここに留まっている蓄熱材が意図せず凝固してしまい貯留冷却部５への蓄熱材の移送が良好に行えなくことを防止することができる。
【００９０】
（実施形態３）
本実施形態３では、冷蔵庫の蓄熱冷却部の更に他の構成例について説明する。ここでは、移送手段としてのポンプ６による移送経路の途中に蓄熱材を貯留するサブ貯留室を設けている場合である。
【００９１】
図９は、本発明の実施形態３における冷蔵庫の蓄熱冷却部の要部構成例を示すブロック図である。
【００９２】
図９に示すように、本実施形態３の蓄熱冷却部１では、蓄熱材通路７中に蓄熱材を一時保管するサブ貯留室２３を備えている点が上記実施形態１の蓄熱冷却部１の場合と異なっている。このサブ貯留室２３は外部の温度を遮断する構造であることが望ましい。
【００９３】
このように、サブ貯留室２３を備えたことにより、液体冷却部３で蓄熱材をサブ貯留室２３の容量分だけ多く生成することができる。したがって、夜間等に大量にスラリー状蓄熱材を生成し、昼間にこれを利用することで、更に電力ピークシフト、電力ピークカットの効果を、より発揮することができる。これによって、夜の電力を有効活用することができる。また、サブ貯留室２３は、冷蔵庫の任意の場所に任意の形状で設置することができるので、冷蔵庫のデッドスペースに配置することにより、各部屋の容量が減少するようなこともない。
【００９４】
（実施形態４）
本実施形態４では、冷蔵庫の蓄熱冷却部の動作フロー事例について説明する。本動作フロー事例は、図１の冷蔵庫の蓄熱冷却部１の動作に対応している。
【００９５】
図１０は、本発明の実施形態４における冷蔵庫の冷却制御部の要部構成例を示すブロック図である。
【００９６】
図１０において、本実施形態４の冷蔵庫の蓄熱冷却部１は、コンピュータシステムで構成されており、振動などによって液体冷却部３内の過冷却状態にある蓄熱材（冷却液体）の過冷却を解除する過冷却解除手段４と、液体冷却部３と貯留冷却部５の間で蓄熱材を往来させるための移送手段であるポンプ６と、図示しない通常の冷凍サイクルからの冷気の過冷却室２内への導入部を開閉する冷気開閉手段８と、起動時間および終了時間を設定可能とするタイマ２４と、全体的な制御を行う第１冷却制御手段３０（ＣＰＵ；中央演算処理装置）と、第１冷却制御手段３０の起動時にワークメモリとして働く一時記憶手段としてのＲＡＭ（図示せず）と、第１冷却制御手段３０を動作させるための制御プログラムおよびこれに用いる各種データなどが記録されたコンピュータ読み取り可能な可読記録媒体（記憶手段）としてのＲＯＭ（図示せず）とを有している。
【００９７】
第１冷却制御手段３０は、ＲＯＭ内からＲＡＭ内に読み出された制御プログラムおよびこれに用いる各種データに基づいて、ポンプ６を制御して蓄熱材を液体冷却部３に移送する蓄熱材移送制御手段３１と、冷気開閉手段８を制御して冷凍サイクルによる冷気を過冷却室２に導入する冷気導入制御手段３２と、液体冷却部３の冷却液体が過冷却状態かどうかを検出する過冷却状態検出手段３３と、入タイマ時間と切タイマ時間を設定可能とするタイマ設定手段３４と、冷気開閉手段８を閉じて過冷却室２に対して冷気を遮断する冷却遮断制御手段３５と、冷却液体を移送可能なスラリー状にするべく過冷却解除手段４を起動させて冷却液体に振動を与えて冷却液体の過冷却状態を解除する過冷却解除制御手段３６とを有している。
【００９８】
図１１は、本発明の実施形態４における冷蔵庫の冷却方法（その１）において蓄熱冷却の動作を説明するためのフローチャートである。
【００９９】
図１１に示すように、まず、ステップＳ１で蓄熱材移送制御手段３１がポンプ６を駆動して、最初に蓄熱材自体を冷却するため蓄熱材を液体冷却部３までポンプ６で移送する。
【０１００】
次に、ステップＳ２で冷気導入制御手段３２が冷気開閉手段８を制御して、冷気開閉手段８を開いて冷気通路９を通して通常の冷凍サイクルにより冷気を過冷却室２に晒して内部を冷却する。
【０１０１】
続いて、ステップＳ３で液体冷却部３内の蓄熱材としての冷却液体の温度が下がり、やがて冷却液体の凝固点（水の場合は摂氏０度）を下回って過冷却状態となるまで冷却を継続する。なお、過冷却状態を安定に発生させるためには冷却速度をなるべく遅くする方が好ましく、例えば冷気開閉手段８は開度を調節できるようにし、過冷却室２の温度を徐々に下げるようにすることも有効である。また、過冷却室２には温度センサ２０を設け、この温度を監視して過冷却現象を発生するための温度を冷気開閉手段８の開閉で調節することも好ましい。また、過冷却状態発生までの冷却維持時間をタイマで管理してもよい。もちろん、温度計または温度センサを用いて過冷却状態かどうかを検出するようにしてもよい。
【０１０２】
その後、ステップＳ４であるタイマ２４により（設定時間）、冷気開閉手段８を開くことにより、過冷却室２の温度が過冷却の所定値まで下がり、この過冷却状態を一定時間持続することにより蓄熱材としての冷却液体を過冷却状態に維持することができる。要するに、過冷却状態をタイマ２４の設定時間まで維持する。なお、これを温度制御により行うこともできる。また、このタイマ２４によるステップＳ４の処理がなくてもよい。即ち、ステップＳ３で過冷却状態を検出した後に一定時間待たずにステップＳ５の過冷却室２の冷気遮断処理を直ぐに行ってもよい。
【０１０３】
さらに、ステップＳ４でタイマで管理した設定時間が経過すると（ステップＳ４でＹＥＳ）、即ち、設定した過冷却室２の冷却が終了すると、ステップＳ５で冷気開閉手段８を閉じることにより過冷却室２内への冷気の供給を遮断する。
【０１０４】
次に、ステップＳ６でタイマ２４により一定時間（設定時間）、要するに、過冷却解除手段４を作動させて蓄熱材としての冷却液体を移送可能なスラリー状にするタイミングまで待つ。なお、このタイマ２４によるステップＳ６の処理がなくてもよい。即ち、ステップＳ５で過冷却室２内への冷気を遮断した後に一定時間待たずにステップＳ７の過冷却解除処理を直ぐに行ってもよい。
【０１０５】
続いて、ステップＳ７でタイマ２４で管理した設定時間が経過すると（ステップＳ６でＹＥＳ）、過冷却状態となった蓄熱材としての冷却液体を移送可能なスラリー状にするべく過冷却解除手段４を起動させて冷却液体に振動を与えて冷却液体の過冷却状態を解除する。すると、蓄熱材としての冷却液体は過冷却状態が解除されて固液二相のスラリー状となる。スラリー状にするのは、上記したように潜熱の高いエネルギー密度を得るためと、潜熱状態の温度が凝固点で一定になることを利用するためである。水の凝固点は摂氏０度であるため、なお、過冷却状態の解除後も所定時間冷却を継続してもよい。時間が経過するとスラリー状から大きな塊（水であれば氷塊）の固体へと変化してしまうが、設定時間を調節することでポンプ６で移送可能なスラリー状態（水であれば氷水）に留めることができ、また、冷却を継続することは潜熱エネルギーを更に蓄えることができる。また、過冷却解除は前記のようにポンプ６の移送時の駆動による振動・衝撃でも代用することができる。
【０１０６】
その後、ステップＳ８で蓄熱材移送制御手段３１がポンプ６を駆動制御してスラリー状蓄熱材を蓄熱材通路７を通して貯留冷却室５に移送制御する。蓄熱材に水を使用した場合、スラリー状である蓄熱材の温度は摂氏０度である。摂氏０度は野菜などが凍結しない保存に最適な温度である。
【０１０７】
次に、ステップＳ９でスラリー状蓄熱材（氷水）による貯留冷却部５からの冷気で貯蔵室１２内が冷却される。即ち、冷蔵室である貯蔵室１２の温度は通常は摂氏４度程度に管理されているので、蓄熱材が貯留されている貯留冷却室５は下面、即ち貯蔵室１２から熱を奪いながら融解していき、このとき、貯蔵室１２は貯留冷却室５に熱を奪われて冷やされるので、冷凍サイクル駆動による冷却を行う必要がなく、この間は電気を使用することなく冷却することができる。このとき、通常の冷凍サイクルによる冷却動作は必ずしも一時停止する必要はない。これは、通常、貯蔵室１２内の庫内温度センサーで冷凍サイクルのＯＮ／ＯＦＦが制御されるため、貯留冷却室５の冷気によって貯蔵室１２の庫内が冷やされると、これが庫内温度センサで検知されて冷凍サイクルが自動的にＯＦＦに制御されるためであり、わざわざ冷凍サイクルをＯＦＦしなくても電力の削減ができる。しかしながら、庫内温度センサを省略しているような冷蔵庫においては、貯留冷却室５に蓄熱材を移送した後、所定時間は、冷凍サイクルをＯＦＦするようにすることにより電力削減が可能となる。
【０１０８】
以上により、本実施形態４の冷蔵庫の冷却方法は、蓄熱材移送制御手段３１が、ポンプ６を制御して蓄熱材を液体冷却部３に移送する蓄熱材移送工程と、冷気導入制御手段３２が、冷気開閉手段８を制御して冷凍サイクルによる冷気を過冷却室２に導入する冷気導入制御工程と、過冷却状態検出手段３３が、液体冷却部３の冷却液体が過冷却状態かどうかを検出する過冷却状態検出工程と、冷却遮断制御手段３５が、冷気開閉手段８を閉じて過冷却室２に対して冷気を遮断する冷却遮断制御工程と、過冷却解除制御手段３６が、冷却液体を移送可能なスラリー状にするべく過冷却解除手段４を起動させて冷却液体に振動を与えて冷却液体の過冷却状態を解除する過冷却解除制御工程とを有している。
【０１０９】
この場合、本実施形態４の冷蔵庫の冷却方法の各工程をコンピュータに実行させるための処理手順が記述された制御プログラムと、この制御プログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な可読記憶媒体としてのＲＯＭとを有している。
【０１１０】
これによって、電力ピークシフトを高効率に行い、かつそのシステムを安価に構成することを目的として、蓄熱材を凝固体と液体という固液二相のスラリー状とすることにより、蓄熱材の移送を容易とすると共に、凝固体の潜熱並びに顕熱エネルギーを有効利用して冷蔵室を冷却することができて高効率に蓄熱冷却を行うことができる。
【０１１１】
（実施形態５）
本実施形態５では、冷蔵庫の蓄熱冷却部１の他の動作フロー事例について説明する。本動作フロー事例は、過冷却状態が意図せず解除された場合からの復帰動作を含む図８の冷蔵庫の蓄熱冷却部１の動作に対応している。
【０１１２】
図１２は、本発明の実施形態５における冷蔵庫の冷却制御部の要部構成例を示すブロック図である。
【０１１３】
図１２において、上記実施形態４の変形例として本実施形態５の冷蔵庫の蓄熱冷却部１は、コンピュータシステムで構成されており、振動などによって液体冷却部３内の過冷却状態にある蓄熱材（冷却液体、例えば水）の過冷却を解除する過冷却解除手段４と、液体冷却部３と貯留冷却部５との間で蓄熱材を往来させるための移送手段としてのポンプ６と、図示しない通常の冷凍サイクルからの冷気の過冷却室２内への導入部を開閉する冷気開閉手段８と、起動時間および終了時間を設定可能とするタイマ２４と、液体冷却部３内の温度を計測する温度センサ２０と、暖気の過冷却室２内への導入部を開閉する暖気開閉手段２１と、全体的な制御を行う第２冷却制御部３０Ａ（ＣＰＵ；中央演算処理装置）と、第２冷却制御部３０Ａの起動時にワークメモリとして働く一時記憶手段としてのＲＡＭ（図示せず）と、第２冷却制御手段３０Ａを動作させるための制御プログラムおよびこれに用いる各種データなどが記録されたコンピュータ読み取り可能な可読記録媒体（記憶手段）としてのＲＯＭ（図示せず）とを有している。
【０１１４】
第２冷却制御部３０Ａは、ＲＯＭ内からＲＡＭ内に読み出された制御プログラムおよびこれに用いる各種データに基づいて、ポンプ６を制御して蓄熱材を液体冷却部３に移送する蓄熱材移送制御手段３１と、冷気開閉手段８を制御して冷凍サイクルによる冷気を過冷却室２に導入する冷気導入制御手段３２と、液体冷却部３の冷却液体が過冷却状態かどうかを検出する過冷却状態検出手段３３と、入タイマ時間と切タイマ時間を設定可能とするタイマ設定手段３４Ａと、冷気開閉手段８を閉じて過冷却室２に対して冷気を遮断する冷却遮断制御手段３５と、冷却液体を移送可能なスラリー状にするべく過冷却解除手段４を起動させて冷却液体に振動を与えて冷却液体の過冷却状態を解除する過冷却解除制御手段３６と、暖気開閉手段２１を開いて暖気通路２２を通して過冷却室２内に暖気を導入する暖気導入制御手段３７と、温度センサ２０からの温度出力を監視して過冷却室２内の蓄熱材が融解したかどうかを検知する蓄熱材融解検出手段３８と、暖気開閉手段２１を閉じて過冷却室２内への暖気導入を止める暖気遮断手段３９とを有している。
【０１１５】
図１３は、本発明の実施形態５における冷蔵庫の冷却方法（その２）において蓄熱冷却の動作を説明するためのフローチャートである。
【０１１６】
図１３に示すように、まず、ステップＳ１１でタイマ設定手段３４Ａがタイマ２４により設定した時刻になると本動作を開始する。例えば、タイマ２４の設定を２３時以降にしておけば電気料金の安い深夜電力を蓄熱処理に使用できるので、電気料金の削減、電力ピークシフトの推進が可能である。更に望ましくは、昼間電力料金帯となる翌朝７時以降により、図１０のステップＳ９に示す貯蔵庫１２の蓄熱冷却が開始されるようにタイマ２４によって開始時刻を設定するのが効果的である。
【０１１７】
次に、ステップＳ１２で、図１１のステップＳ１の場合と同様に、蓄熱材移送制御手段３１が、最初に蓄熱材を冷却するため蓄熱材を貯留冷却室５から液体冷却部３までポンプ６で移送する。次のステップＳ１３で、図１１のステップＳ２の場合と同様に、冷気導入制御手段３２が、冷気開閉手段８を開いて冷気通路９を通して通常の冷凍サイクルにより冷気を過冷却室２内に導入してその内部を冷却する。
【０１１８】
これらのステップＳ１２、Ｓ１３で蓄熱材への冷却を開始した後に、ステップＳ１４で、過冷却状態検出手段３３が、蓄熱材の冷却状態を監視する温度センサ２０により、蓄熱材が過冷却状態になったかどうかを検知すると共に、所定の温度まで下がったかどうかを検知する。過冷却状態検出手段３３による過冷却状態の検知により、本動作フローの信頼性を高めることができる。
【０１１９】
また、例えば摂氏−５度や摂氏−１０度などの過冷却状態の値に所定温度を設定してこの状態になるまで冷却を継続することにより、蓄熱材の潜熱エネルギーを正確に一定にすることができ、蓄熱冷却の安定化が実現できる。過冷却状態が解除されてしまったかまたは、過冷却状態が発生しなかったことは、蓄熱材の温度が凝固点温度で一定となってしまうことを検知すればよい。なお、ステップＳ１４の処理では、タイマによる時間計測を行い、設定時間内に所定温度に至らなければ、冷却異常が生じている可能性があるとして、冷蔵庫の制御回路に異常信号を発する機能を設けてもよい。
【０１２０】
次に、ステップＳ１４の処理で蓄熱材が所定温度以下（蓄熱材が水であれば摂氏０度以下）と検知された場合（Ｙｅｓ）は、図１１のステップＳ５〜Ｓ９の場合と同様に、蓄熱材が過冷却状態に至ったと判断して、ステップＳ１５で冷却遮断制御手段３５が、冷気開閉手段８を閉じて華麗客室２への冷気の導入を遮断する。
【０１２１】
ステップＳ１６でタイマ設定手段３４Ａがタイマ２４の時間設定により一定時間（設定時間）待った後に、ステップＳ１７で過冷却解除制御手段３６が、冷却液体をスラリー状にするべく過冷却解除手段４を起動させる。ステップＳ１８で蓄熱材移送制御手段３１がポンプ６を駆動制御してスラリー状蓄熱材を蓄熱材通路７を通して貯留冷却室５に移送し、ステップＳ１９でスラリー状蓄熱材による貯留冷却部５からの冷気で貯蔵室１２内が冷却される。
【０１２２】
また、ステップＳ１４の処理で蓄熱材が所定温度以下と検知されず、過冷却状態が検知されなかった場合（Ｎｏ）は、図１１のステップＳ５の場合と同様に、ステップＳ２０で冷却遮断制御手段３５が冷気開閉手段８を閉じて過冷却室２内への冷気を遮断する。
【０１２３】
このように、ステップＳ２０で冷却遮断制御手段３５が過冷却室２への冷気を遮断し、次のステップＳ２１の処理として暖気導入制御手段３７が暖気開閉手段２１を開いて、暖気通路２２を経て過冷却室２に暖気を導入する。
【０１２４】
これは意図せずに過冷却状態が解除されて、液体冷却部３内の冷却液体が凝固してしまった場合に、スラリー状の蓄熱材としての冷却液体にならず、大きな塊の凝固体となる可能性があり、そのような大きな塊の凝固状態の蓄熱材を液体冷却部３から蓄熱材通路７を通して貯留冷却室５に移送することは困難である。このため、過冷却室２内に暖気を導入することにより一度凝固した蓄熱材を融解させる必要がある。
【０１２５】
次に、ステップＳ２２で、暖気を過冷却室２内に導入して過冷却室２内の温度を上昇させ、蓄熱材融解検出手段３８が液体冷却部３内の蓄熱材が融解したかどうかを温度センサ２０で検知する。これは、温度センサ２０により蓄熱材の温度が凝固温度（水の場合には摂氏０度）より高くなったか否かで検知することができる。実際には、蓄熱材内部で温度分布を持っているため、温度センサ２０による検知箇所以外で凝固が残っている場合もあり得るので、凝固温度より高くなった後、タイマ２４によって所定時間経過したことを含めて蓄熱材が融解したと判断してもよい。
【０１２６】
ステップＳ２２で蓄熱材の融解が検知されない場合（Ｎｏ）には、暖気導入制御手段３７が暖気導入を継続する。蓄熱材の融解が検知されると（Ｙｅｓ）、ステップＳ２３で暖気遮断手段３９が暖気開閉手段２１を閉じて過冷却室２内への暖気導入を遮断する。
【０１２７】
ステップＳ２３で暖気導入を止めた後に、ステップＳ１３の過冷却室２への冷気導入処理に戻って蓄熱材の冷却以降の動作を再試行する。
【０１２８】
なお、ステップＳ２３からステップＳ１３への再試行は、再試行回数または再試行時刻で制限してもよい。何度も過冷却状態が未発生または解除してしまうということは蓄熱材や構成部材や冷却条件に異常が生じていることも考えられるので、所定回数失敗した場合は、再試行を止め、冷蔵庫制御回路に異常を知らせてもよい。または、昼間の電力時間帯に掛かってしまう場合は、蓄熱冷却のメリットが発揮できないので、時刻によっては再試行を止めることも有効である。
【０１２９】
以上により、本実施形態５の冷蔵庫の冷却方法は、蓄熱材移送制御手段３１が、ポンプ６を制御して蓄熱材を液体冷却部３に移送する蓄熱材移送工程と、冷気導入制御手段３２が、冷気開閉手段８を制御して冷凍サイクルによる冷気を過冷却室２に導入する冷気導入制御工程と、過冷却状態検出手段３３が、液体冷却部３の冷却液体が過冷却状態かどうかを検出する過冷却状態検出工程と、冷却遮断制御手段３５が、冷気開閉手段８を閉じて過冷却室２に対して冷気を遮断する冷却遮断制御工程と、過冷却解除制御手段３６が、冷却液体を移送可能なスラリー状にするべく過冷却解除手段４を起動させて冷却液体に振動を与えて冷却液体の過冷却状態を解除する過冷却解除制御工程と、暖気導入制御手段３７が、暖気開閉手段２１を開いて暖気通路２２を通して過冷却室２内に暖気を導入する暖気導入制御工程と、蓄熱材融解検出手段３８が、温度センサ２０からの温度出力を監視して過冷却室２内の蓄熱材が融解したかどうかを検知する蓄熱材融解検出工程と、暖気遮断手段３９が、暖気開閉手段２１を閉じて過冷却室２内への暖気導入を止める暖気遮断工程とを有している。
【０１３０】
この場合、本実施形態５の冷蔵庫の冷却方法の各工程をコンピュータに実行させるための処理手順が記述された制御プログラムと、この制御プログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な可読記憶媒体としてのＲＯＭとを有している。
【０１３１】
これによっても、電力ピークシフトを高効率に行い、かつそのシステムを安価に構成することを目的として、蓄熱材を凝固体と液体という固液二相のスラリー状とすることにより、蓄熱材の移送を容易とすると共に、凝固体の潜熱並びに顕熱エネルギーを有効利用して冷蔵室を冷却することができて高効率に蓄熱冷却を行うことができる。
【０１３２】
なお、上記実施形態１〜５では、特には説明しなかったが、過冷却室２への冷気通路９を開閉する冷気開閉手段８と、蓄熱材としての冷却液体の過冷却状態の有無を監視する温度センサ２０と、過冷却室２に設けられた電極板および電極板に高電圧を印加する高電圧発生器１９と、過冷却室２への振動伝達を低減する緩衝部材１７と、過冷却室２および過冷却室２からの移送経路７の途中に設けられて蓄熱材に溶解している気体を除去する脱気手段１８と、過冷却室２への暖気通路２２を開閉する暖気開閉手段２１と、移送手段としてのポンプ６による移送経路７の途中に蓄熱材を貯留するサブ貯留室２３と、過冷却解除手段４、移送手段としてのポンプ６、冷気開閉手段８および暖気開閉手段２１のうち少なくとも過冷却解除手段４、移送手段としてのポンプ６および冷気開閉手段８をオンまたはオフするためのタイマ手段としてのタイマ２４とのうちの少なくともいずれかを有していればよい。
【０１３３】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜５を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜５に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜５の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明は、食品食材などの被冷蔵物を長期間高品質に過冷却状態で食材保存を行う冷蔵庫において、電力使用料金を低減する冷蔵庫およびその冷却方法の分野において、夜間等に液体状の蓄熱材を過冷却状態にし、その後過冷却を解除する。これによって出来た凝固体と液体の混相体であるスラリー状蓄熱材の冷熱エネルギーを用いて、昼間等に冷蔵室の冷却を行う。このようにスラリー状であるので移送を容易に行うことができる。また、凝固潜熱を利用することができるので高効率冷却が可能になるとともに潜熱利用中の温度は一定に保たれ、貯蔵室内の温度変化は少なくでき温度制御が容易に行える。このような本発明によれば、電力ピークシフトの実現と電力使用料金の削減が実現でき、かつそのシステムを安価に高い信頼性で構成することができる。
【０１３５】
このように、電力ピークシフトを高効率に行い、かつそのシステムを安価に構成することを目的として、蓄熱材を凝固体と液体という固液二相のスラリー状とすることにより、蓄熱材の移送を容易とすると共に、凝固体の潜熱並びに顕熱エネルギーを利用して冷蔵室を冷却することができて高効率に蓄熱冷却を行うことができる。
【符号の説明】
【０１３６】
１  蓄熱冷却部
２  過冷却室
３  液体冷却部
４  過冷却解除手段
５  貯留冷却室
６  ポンプ
７  蓄熱材通路
８  冷気開閉手段
９  冷気通路
１７  緩衝部材
１８  脱気手段
１９  高電圧発生器
２０  温度センサ
２１  暖気開閉手段
２２  暖気通路
２３  サブ貯留室
２４  タイマ
３０  第１冷却制御手段
３０Ａ  第２冷却制御手段
３１  蓄熱材移送制御手段
３２  冷気導入制御手段
３３  過冷却状態検出手段
３４、３４Ａ  タイマ設定手段
３５  冷却遮断制御手段
３６  過冷却解除制御手段
３７  暖気導入制御手段
３８  蓄熱材融解検出手段
３９  暖気遮断手段
【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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