JPH0760047B2 - 冷蔵庫の急冷制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は食品などを短時間で適温ま冷やすために経験則
を基にした急冷制御装置の制御ルールと、それを構成す
るファジィ変数のメンバーシップ関数とによって最適な
急冷ファンの操作量を推論して、その結果を出力するよ
うにした冷蔵庫の急冷制御装置に関するものである。

従来の技術 冷蔵庫（冷凍冷蔵庫も含む）は食品などの貯蔵を基本機
能とするものであるが、近年では更に付加機能を持たせ
たものが現われ始めた。その付加機能の一つが急速冷蔵
（以下急冷と省略する）である。この急冷は必要に応じ
て食品を適温になるまで冷やすもので例えば「急なお客
さんでビールを大至急冷やしたい」や「サラダを早く冷
やして食事したい」などの時に利用でき、また生鮮食料
品などの新鮮さをそのままスピード保存ができるなどの
利点が有る。

従来の冷蔵庫の急冷制御装置では、例えば特開昭63−11
8584号公報に示されるような方法がある。ここでは急冷
指令（たとえばスイッチオンなど）によって急冷を開始
すると、あらかじめ設定された時間の間、常にダンパー
を開放にし、ファンで急冷室に冷気を送り続けるもので
あった。しかしこのように急冷動作を時間にのみ依存し
て制御する方法では、過冷却が生じるために例えばビー
ル瓶が破裂したり、他の食品では凍結して品質が劣化す
るなどの問題が有った。この過冷却を解決するために
は、例えば特開昭63−189760号公報に示されるような方
法がある。即ち急冷状態においてはダンパーを用いて急
冷室を通常より低い温度に設定し、なおかつファンを用
いて内部の冷気を強制循環させ食品を冷却すると共に、
その食品の表面温度を非接触（例えば赤外線センサー）
で測定し、その表面温度がある一定温度に冷えると、急
冷動作を停止させるものであった。

発明が解決しようとする課題 しかしこのような構成では、急冷中は常に一定の冷却能
力で冷却しているため、例えば目標とする表面温度で急
冷動作を中止したとしてもその余韻で更に急冷が進み目
標とする温度より低い温度となってしまう（一般に言う
オーバーシュートの状態となる）。しかも急冷終了後は
一般の温度制御しかしないために、一度低下した温度は
なかなかもとの温度には戻らない。この場合、ビール瓶
が破裂するなどの最悪状態は避けられるが、やはり過冷
却を生じ、なおかつその低温状態がしばらく続くため
に、食品が凍結するなどして品質が劣化する恐れは十分
にある。また食品としては最適な温度より低くなってい
るためにその食品の持つ風味や味を損ねることとなる。
またこれを防止するには例えば、目標とする表面温度を
高めに設定するなどが考えられるが、この場合は逆に冷
却不足が生じ、表面のみ冷えて中身が冷えていないため
に同じくその食品の持つ風味や味を損ねることとなると
いう課題を有していた。

本発明は上記課題に鑑み、食品が凍結するなどして品質
が劣化したり、食品の持つ風味や味を損ねることが無
く、しかも短時間で目標温度に到達できる冷蔵庫の急冷
制御装置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 上記目的を達成するために本発明の冷蔵庫の急冷制御装
置は、急冷室に入れられた食品などの温度を検出する食
品温度検出手段と、前記食品温度検出手段の出力の変化
量を出力する微分手段と、前記食品温度検出手段の出力
と前記微分手段の出力の情報に対し、急冷ファンの操作
量を求めるための経験則に基ずく制御ルールを記憶する
メモリ装置と、前記食品温度検出手段の出力と前記微分
手段の出力の情報と前記メモリ装置から取り出された制
御ルールに基ずいて、ファジィ論理演算を行ない前記急
冷ファンの操作量を演算するファジィ推論手段とを備え
ることを特徴としている。

作用 本発明は上記構成により、食品温度検出手段によって検
知された食品温度とその変化量に対する急冷ファンの操
作量を、経験則から求めた制御ルールに基づいて演算し
ているので、急冷している食品の状態、例えば急冷し始
めた頃や急冷終了直前の場合などでその時に応じた最適
な冷却を急冷ファンで行なうので常に最適な冷却能力で
食品を冷却することができるので、過冷却や冷却不足を
防ぐことができる。

実施例 以下本発明の一実施例の冷蔵庫の急冷制御装置について
図面を参照しながら説明する。

まず本発明の概略構成について第２図を用いて説明す
る。第２図は本発明の冷蔵庫の断面図である。第２図に
おいて、１は冷蔵庫本体で、外箱２と内箱３と両者の空
隙に形成されたウレタン発泡断熱材４により構成され、
前面開口部に３つのドア５、６、７が配設されている。
ドア５、６、７はそれぞれ冷蔵庫本体１の冷凍室８、冷
蔵室９、野菜室10の開口部に対応して配設されている。
冷凍室８の底板11と冷蔵室９の天板12に囲まれた区画壁
内には蒸発器13とその背後に庫内ファン14を有してい
る。また、冷凍室８、冷蔵室９の背部には、蒸発器13か
らの冷却空気を各室に導入するための通風路15、16が形
成されている。17は圧縮機である。18は冷蔵室９の下部
に設けた急冷室である。急冷室18は壁19で冷蔵室９と仕
切られており、その開口部にはドア20が配設されてい
る。また急冷室18の背面には蒸発器13からの冷気を急冷
室18に導入するための通風路21が形成されている。

このように構成された冷蔵庫において、その急冷装置の
構成について第１図を用いて更に詳しく説明する。第１
図は本発明の冷蔵庫の急冷制御装置のブロック図であ
る。第１図において、22は通風路21からの冷気を導入ま
たは遮断するためのダンパーである。23は急冷室18内に
冷気を導入するための急冷ファンである。ここで言う冷
気には、通風路21とダンパー22とを介して供給される第
１の冷気と、壁19の天面後部に設けた通風孔24を介して
供給される第２の冷気とがあり、第１の冷気は−18℃程
度の冷気であり、第２の冷気は５℃程度の冷気である。
25は食品26の表面温度を検出するための食品温度センサ
ーである。27は食品温度センサー25の出力から食品26の
表面温度Ｔを検出する食品温度検出手段である。28は食
品温度検出手段27の出力を微分し食品26の表面温度の変
化量ΔＴ（即ちΔＴ＝Ｔ（ｔ＋Δｔ）−Ｔ（ｔ））を演
算する微分手段である。また29はマイクロプロセッサ
で、ファジィ推論手段30と制御ルールを記憶するメモリ
装置31とから構成されてる。32は、ファジィ推論手段30
で得た操作量の指示に従って、急冷ファン23の能力（即
ち回転数）を制御する急冷ファン制御手段である。33
は、急冷室18の内部の温度を検出する急冷室温度センサ
ーである。34は、急冷室温度センサー33からの信号によ
り急冷室18の温度を演算する急冷室温度検出手段であ
る。35は、急冷室温度検出手段34の出力に従って、ダン
パー22の開閉制御をするダンパー制御手段である。

以上のように構成された冷蔵庫の急冷制御装置について
以下第１図〜第５図を用いてその動作を説明する。

食品温度検出手段27では食品温度センサー25の出力から
食品26の表面温度Ｔを検出し、さらに微分手段28で食品
温度検出手段27の出力を微分し食品26の表面温度の変化
量ΔＴ（即ちΔＴ＝Ｔ（ｔ＋Δｔ）−Ｔ（ｔ）、ここで
ｔは時間を、Δｔは時間変化を表わす。）を演算する。
以上のように演算された表面温度Ｔ及び表面温度の変化
量ΔＴはファジィ推論手段30に入力される。メモリ装置
31はファジィ推論手段30で実行されるファジィ推論に必
要な制御ルールを格納している。急冷ファン23の操作量
である能力（即ち回転数）を求めるファジィ推論は、下
記のような制御ルールを基にして実行される。

本実施例で採用した制御ルールは次のような９ルールで
ある。例えば ルールR1:もし温度が高く、温度変化量が正大であれ
ば、急冷ファンを非常に強めよ ルールR2:もし温度が低く、温度変化量が正大であれ
ば、急冷ファンを弱めよ ・ ・ 等である。前記言語ルールは、発明者が数多くの実験デ
ータから得た経験則から求めた、急速に冷却したい食品
に最適な急冷ファンの制御に対する制御ルールであり、
これを温度と温度変化量の関係で表に示すと表の通りに
なる。表は実施例に使用する急冷ファンに対する制御ル
ールの関係を示す図である。

表１は横方向に温度Ｔを強度によって３段階（LT＝低
温、ZO＝適温、HT＝高温）に分け、縦方向に温度変化量
ΔＴの強度によって３段階（NB＝負大、ZO＝ゼロ、PB＝
正大）に分けて配置し、上記区分された温度Ｔ、温度変
化量ΔＴとのおのおの交わった位置にはその温度Ｔ、温
度変化量ΔＴの強度に対する最適な急冷ファンの能力を
表１に設定している。ここで表１においては急冷ファン
の能力を強度に応じて５段階（VS＝非常に強、Ｓ＝強、
Ｍ＝中、Ｗ＝弱、VW＝非常に弱）に分けている。即ち前
記制御ルールRiは表１における升目（Ri）で示されてい
る。本発明の発明者は表１にしたがって急冷ファンの能
力を制御した時、最適な急冷制御が実現できることを実
験的に確認している。

また前記言語ルールは第１図のメモリ装置31の内に記憶
する場合に下記のようなルール則で記憶されている。本
発明で使用した制御ルール数は９個である。

ルールR1:IF T is HT and ΔT is PB THEN F＝VS ルールR2:IF T is LT and ΔT is PB THEN F＝Ｗ ・ ・ つぎにファジィ推論手段30では予めメモリ装置31に記憶
されている前記制御ルールを取り出してファジィ推論に
よって急冷ファン23の操作量である能力を算出し、急冷
ファン制御手段32に出力する。急冷ファン制御手段32は
決められた操作量に応じて急冷ファン23の能力を制御す
る。

前記制御ルールR1、ルールR2・・・ルールR9のルールは
温度T,温度変化量ΔＴに対する急冷ファン23の能力を段
階的に決めているので、きめ細かな制御を行なう場合に
は、前記制御ルールの前件部（IF部）をどの程度満たし
ているかの度合いを算出して、その度合いに応じた急冷
ファン23の能力を推定する必要がある。そのため、本実
施例では前記度合いを算出するのにファジィ変数のメン
バーシップ関数を利用している。

第３図（ａ）は温度Ｔに対するファジィ変数LT、MT、HT
のメンバーシップ関数μLT（Ｔ）、μMT（Ｔ）、μHT
（Ｔ）を示したものであり、第３図（ｂ）は温度変化量
ΔＴに対するファジィ変数PB、ZO、NBのメンバーシップ
関数μPB（ΔＴ）、μZO（ΔＴ）、μNB（ΔＴ）を示し
たものである。

ファジィ推論手段30で実行するファジィ推論は前記制御
ルール１、ルール２・・・ルール９と第３図（ａ）、
（ｂ）のメンバーシップ関数とを用いてファジィ論理演
算を行なって操作量の演算を行なう。推論形式としては
合成法にmax−min法、−点化法に高さ法を用いた。以下
第４図をもとに推論の手順を説明する。第４図は推論手
順を示す流れ図である。STEP1では食品温度検出手段2
7、微分手段28で温度Toと温度変化量ΔToを算出する。S
TEP2でファジィ推論手段30によって温度Toと温度変化量
ΔToに対するファジィ変数のメンバーシップ関数を用い
て、前記温度Toと温度変化量ΔToにおけるメンバーシッ
プ値の算出を行なう。STEP3で、得られたメンバーシッ
プ値が前記９個の各ルールの前件部をどの程度の度合い
かを合成法で算出する。（第４図において温度に対する
ファジィ変数をＡ、温度変化量に対するファジィ変数を
Ｂで示している。） ルールR1: h1＝μHT（To）∩μPB（ΔTo） ＝MIN｛μHT（To）．μPB（ΔTo）｝−−（１） ルールR2: h2＝μLT（To）∩μPB（ΔTo） ＝MIN｛μLT（To）．μPB（ΔTo）｝−−（２） ・ ・ （１）式は、前記Toが前記温度Ｔに対する領域HTに入
り、かつ前記ΔToが前記温度変化量ΔＴに対する領域PB
に入るという命題は、ToがHTに入る割合とΔToがPBに入
る割合のうち小さい値としての割合で成立すること、故
にルール１の場合の前件部はh1の割合で成立することを
表わしている。同様に（２）式であるルール２の場合、
前件部はh2の割合で成立することを表わしている。STEP
4で制御ルールの実行部のメンバーシップ関数によっ
て、温度Toと温度変化量ΔＴにおける急冷ファンの操作
量を下記のようにして求める。急冷ファンの操作量Foを
求めるためには、結論部での定数はh1、h2・・・h9によ
る加重平均として与えられるから Fo＝（VS×h1＋Ｗ×h2＋・・×h9）／（h1＋h2＋・・・
・＋h9） の−点化法の１つである高さ法により急冷ファンの操作
量Foがもとまり急冷ファン制御手段32に出力される。

尚、ダンパー22は前記動作に関係なく、急冷室温度セン
サー33からの信号により急冷室18の温度を急冷室温度検
出手段34にて演算し、その出力に従って、ダンパー制御
手段35でダンパー22の開閉制御をする。このダンパー22
の動作により急冷室18内の温度が、常に一定に保たれる
ことになる。また急冷開始時には急冷室内の温度も一時
的に上昇するので、ダンパー22は開放の状態になる。

次に本実施例を適応した時の急冷動作の一例について第
５図を用いて説明する。第５図は本実施例の急冷動作の
一例を示すタイミング図である。第５図において（ａ）
は急冷ファン23、（ｂ）は食品26の表面温度のおのおの
の時間に対する変化を示しており、実線は本実施例の場
合であり、破線は従来例の場合を示している。従来の急
冷制御においては食品表面温度が目標温度（この場合は
５℃）に達するまで（イ点）急冷ファン23をオンにして
いるので、急冷停止後も表面温度はその余韻で下がり続
け目標温度以下にオーバーシュートする（ロ点）。しか
もその後温度は徐々に回復し、しばらく時間がかかった
後、目標温度に達する（ハ点）。本実施例の急冷制御の
場合、初期の表面温度が高い場合（ニ点）は急冷ファン
23を非常に強くする事により従来と比べて急速に食品を
冷やすことができる。あとは食品の表面温度と表面温度
の変化量で最適な急冷ファン23の制御を行なうことによ
り（ホ点）、従来より早く目標温度に到達すると共に
（ヘ点）、温度のオーバーシュートも少なく抑えられる
こととなる（ト点）。また万が一食品表面温度が冷え過
ぎた場合においても表１に示すように、急冷ファン23を
制御するので、通風孔24より冷蔵室の冷気（５℃程度）
を取り込むことができるので過冷却が生じてもいち早く
目標温度に到達させることができることとなる。

従ってこの実施例では制御パラメータとして食品26の表
面温度、及び表面温度の変化量を使用しているため急速
に冷却したい食品に対してきめ細かい制御が可能であ
る。また、制御ルールが人間の経験則から成り立ってい
るため、急冷制御装置に対して最適な急冷ファン23の能
力で制御ができる。そのため常に最適な冷却能力で食品
を冷却できるので、いち早く目標とする温度に到達でき
ると共に、過冷却や冷却不足を防ぐことができ、食品の
品質の劣化を防ぐことができる。また通風孔24を設ける
ことにより、万が一過冷却をしてしまった場合や、温度
の低い食品が入れられた場合においても冷蔵室の冷気を
循環させることができるため、過冷却に対してもいち早
く目標温度に達することができる。また食品26の表面温
度を検出して自動的に制御を行なうので、急冷のスイッ
チ等を設ける必要がなく自動的に急冷運転を行なうの
で、人為的なミスによる急冷不足（スイッチの入れ忘
れ、重量設定ミスなど）などが発生することはなく、な
おかつコストダウンにもつながることとなる。

尚実施例では食品温度を検出するために、赤外線センサ
ーを用いたが、これに限定するものではなく例えば冷気
の戻りダクトの温度など食品の表面温度と相関のとれる
情報を用いてもよい。

発明の効果 以上のように本発明の冷蔵庫の急冷制御装置は、急冷室
に入れられた食品などの温度を検出する食品温度検出手
段と、前記食品温度検出手段の出力の変化量を出力する
微分手段と、前記食品温度検出手段の出力と前記微分手
段の出力の情報に対し、急冷ファンの操作量を求めるた
めの経験則に基ずく制御ルールを記憶するメモリ装置
と、前記食品温度検出手段の出力と前記微分手段の出力
の情報と前記メモリ装置から取り出された制御ルールに
基ずいて、ファジィ論理演算を行ない前記急冷ファンの
操作量を演算するファジィ推論手段とを備えることによ
り、食品温度検出手段によって検知された食品温度とそ
の変化量に対する急冷ファンの操作量を、経験則から求
めた制御ルールに基づいて演算しているので、急冷して
いる食品の状態、例えば急冷し始めた頃や急冷終了直前
の場合などでその時に応じた最適な冷却を急冷ファンで
行なうので常に最適な冷却能力で食品を冷却することが
できるので、過冷却や冷却不足を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の冷蔵庫の急冷制御装置のブ
ロック図、第２図は本発明の一実施例の冷蔵庫の断面
図、第３図（ａ）は温度Ｔに対するファジィ変数LT、M
T、HTのメンバーシップ関数を示した特性図、第３図
（ｂ）は温度変化量△Ｔに対するファジィ変数PB、ZO、
NBのメンバーシップ関数を示した特性図、第４図は推論
手順を示す流れ図、第５図（ａ）は本実施例の急冷動作
の一例を示す急冷ファンのタイミングチャート、第５図
（ｂ）は同食品表面温度のタイミングチャートである。 18……急冷室、23……急冷ファン、27……食品温度検出
手段、28……微分手段、30……ファジィ推論手段、31…
…メモリ装置、32……急冷ファン制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷蔵庫の一部に設けられた急冷室と、前記
   急冷室に風を送るための急冷ファンと、前記急冷室に入
   れられた食品などの温度を検出する食品温度検出手段
   と、前記食品温度検出手段の出力の変化量を出力する微
   分手段と、前記食品温度検出手段の出力と前記微分手段
   の出力の情報に対し、前記急冷ファンの操作量を求める
   ための経験則に基ずく制御ルールを記憶するメモリ装置
   と、前記食品温度検出手段の出力と前記微分手段の出力
   の情報と前記メモリ装置から取り出された制御ルールに
   基ずいて、ファジィ論理演算を行ない前記急冷ファンの
   操作量を演算するファジィ推論手段とを備えることを特
   徴とする冷蔵庫の急冷制御装置。