JP4620003B2

JP4620003B2 - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP4620003B2
Application number: JP2006192197A
Authority: JP
Inventors: 秀竹林; 則秋阪本; 義之野口; 裕樹丸谷
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Consumer Electronics Holdings Corp; Toshiba Home Appliances Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2026-07-12
Also published as: JP2008020121A

Description

本発明は、本体から分離あるいは離間する装置を蓄電池で駆動するとともに、前記装置の不動作時に前記蓄電池を商用電源で充電するようにした冷蔵庫に関する。

従来、情報端末装置においては、停電が発生した場合に電力を供給する二次電池を備えており、情報端末装置で動作中のプログラムを一時停止させないような仕組みになっているが、一般の家庭用冷蔵庫では、停電時などに電力を供給するような二次電池を備えていなかった。

また、二次電池を設置した場合にも、許容スペースが少ないため必要量の電力を蓄えることができない懸念があり、さらに、充電には数時間を要することから、冷蔵庫における二次電池の使用が頻繁である場合は、放電後に必要量の充電をおこなうことができないために、例えば扉開放装置の作動が不可能になり、使用対象が照明装置である場合には、点灯不可能となる問題を生じることから、実用化されてはいなかった。

上記に関し、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。一方キャパシタは、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ための蓄電池としては実施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非水電解質二次電池を提案している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１２３１８３公報

本発明は、上記事情に着眼してなされたものであり、冷蔵庫の引き出し扉に設けた照明装置や本体から取り出して洗浄できるようにした製氷装置など、本体から分離あるいは離間するように設けられた装置を蓄電池で駆動するとともに、前記装置の不動作時に前記蓄電池を商用電源で充電することで、電池切れすることなく長期に亙って作動させ、信頼性が高く、且つ使い勝手の良好な装置を具備した冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明に係る請求項１記載の冷蔵庫は、本体貯蔵室の開口部を閉塞するように開閉自在に設けた引き出し式扉と、この引き出し式扉の内面側に取り付けられ扉とともに貯蔵室内から外方へ引き出される収納容器と、引き出し式扉の内面側に配設され前記収納容器内を照明する照明装置と、前記引き出し式扉に設けた蓄電池とからなり、前記引き出し扉の開放を検知した場合は、前記蓄電池の電力を用いて前記照明装置を点灯させるとともに、閉扉後に本体側の商用電源から前記蓄電池に充電するようにしたことを特徴とする。

さらに、請求項２は、請求項１に記載の冷蔵庫における蓄電池が、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ことを特徴とする。

本発明の請求項１記載の冷蔵庫によれば、蓄電池を引き出し式扉内に埋設し、扉の開放毎に蓄電池に充電された電力によって収納容器内を効果的に照明することができる。また、請求項２記載の発明による高速大容量の非水電解質二次電池を使用することによって、頻繁な扉開閉や扉開放動作があっても、通常運転時に短時間で充電することができるので電池交換する必要がなく、長期に亙ってその制御動作を正常に保持することができ、また蓄電池自体が小型軽量であることから扉内など限られたスペース内に充分収納配設することができる。

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、家庭用冷蔵庫の概略縦断面図であり、外箱と内箱とこれら内外箱間に断熱材を発泡充填した断熱箱体で形成された冷蔵庫本体（１）は、内箱内部に貯蔵空間として最上部に冷蔵室（２）、その下方には断熱仕切壁を介して製氷室（３）と図示しない温度切替室とを左右に区分して併置しており、続いて、野菜室（４）、最下部には冷凍室（５）を独立して配置し、各貯蔵室の前面開口には各々専用の扉（２ａ）（３ａ）（４ａ）（５ａ）を設けて開閉自在に閉塞している。

最も大きな収納容積を有する冷蔵室（２）の扉（２ａ）は、一側の上下端をヒンジで枢支し、水平方向に回動自在となるように取付けられており、扉（２ａ）周縁の前記開口部に対応する部位にはマグネットガスケットを取着して、閉扉の際はマグネットの磁力によりガスケットが冷蔵室（２）の開口部周縁に吸着して冷蔵室（２）内と外部とを気密に断熱的にシールし、熱漏洩を防止している。

冷蔵室（２）の下部に配置した製氷室（３）や温度切替室、野菜室（４）、および冷凍室（５）は、前記した各扉の内側に取り付けられた貯蔵室内奥方に延出する図示しない枠体に各収納容器（４ｂ）（５ｂ）や貯氷箱（３ｂ）を保持するとともに、枠体と庫内壁面とのレール機構によりそれぞれが前後方向に摺動して扉とともに各容器を庫外に引き出す方式としている。

前記各貯蔵室は、本体背面に設けた圧縮機（６）とともに冷凍サイクルの一環をなす冷蔵用冷却器（７）あるいは冷凍用冷却器（８）で生成した冷気をファン（９）（10）で循環させることによりそれぞれ設定された冷却貯蔵温度に沿って冷却されるものである。

しかして、図２に示すように、冷蔵室（２）の下方部位に配置した各引き出し式の貯蔵室、例えば、冷凍室（５）については、その扉（５ａ）の断熱壁中に詳細を後述する蓄電池（11）を埋設しており、扉内面側には、この蓄電池（11）の電力により点灯するＬＥＤで形成された照明装置（12）を収納容器（５ｂ）内を照明するように配設している。

この照明ＬＥＤ（12）は、低電圧、小電力で十分な輝度が得られ、電流によって簡単に輝度制御ができるとともに応答速度が速く、且つ発光が安定して長寿命である特性を有するものであり、冷凍室扉（５ａ）を引き出した際には、扉（５ａ）とともに収納容器（５ｂ）が前方に引き出され、同時に冷凍室（５）の開閉扉を検知する図示しないドアスイッチの動作によりオンオフされる。そして、開扉された場合に入力され、パルス通電によって照明ＬＥＤ（12）が点灯し、引き出された収納容器（５ｂ）内を前部上方から照明し、特に夜間における収納品の取り出しを容易にしている。

前記蓄電池（11）は、非水電解質二次電池であって、図３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り、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。

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。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。

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（11）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。

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コンパクトで、且つ、高速大容量の充電池であって高い効率で電力回生できる。

上記蓄電池（11）は、図４に示す制御ブロック（20）の一環として冷凍室（５）内の照明動作を制御するものであり、冷凍室扉（５ａ）の断熱壁中に埋設された蓄電池（11）およびその制御回路（21）が電気的接続部（22）によって冷蔵庫本体（１）側の電源部（23）と接続されている。前記電気接続部（22）は、電磁誘導、あるいは機械的コネクタにより構成して本体（１）側と扉（５ａ）側とを電気的に接続するものであり、冷凍室扉（５ａ）が閉じられているときは導通し、扉（５ａ）が引き出された場合、すなわち本体（１）から離間した場合は断電するように構成されている。

そして、扉内面側に配置されて蓄電池（11）の電力により点灯する照明ＬＥＤ（12）は、冷蔵庫本体（１）の前面開口部近傍に設けた扉の開閉を検出するドアスイッチなどの扉センサー（24）の動作でオンオフ制御されるものであり、冷凍室扉（５ａ）が引き出された際には、冷凍室扉（５ａ）が扉センサー（24）から離間することで蓄電池（11）の放電回路が形成され、放電による電力によって照明ＬＥＤ（12）を点灯させ、扉とともに引き出された収納容器（５ｂ）内を照明するように制御される。

この照明によって、収納容器（５ｂ）の内部はあかるく照らされることになり、収納物の視認を容易にしてその収納や取り出し作業を容易におこなうことができるものであり、閉扉した際には、冷凍室扉（５ａ）と本体（１）側との接触あるいは近接により扉センサー（24）がオフして制御回路（21）により照明ＬＥＤ（12）の回路は遮断される。

冷凍室扉（５ａ）が閉扉された際には、扉側と本体側との接触あるいは近接により前記電気接続部（22）が接続され、本体側の電源部（23）を介して商用電源からの電力供給により蓄電池（11）が短時間で急速に充電される。

また、開扉時には収納容器（５ａ）が引き出されることから容器内温度が上昇してしまうため、収納容器（５ｂ）内の雰囲気温度を温度センサー（25）で検出することにより、例えば閉扉時に、制御回路（21）から前記電気接続部（22）を介して、制御データを冷蔵庫本体（１）側の制御回路（26）に伝達し、冷却運転をおこなうように制御することで、冷凍室（５）内の温度回復を促進して収納品への温度影響を抑制することができる。なお、制御データの冷蔵庫制御回路（26）への伝達は有線接続に限らず、赤外線などの無線で伝達するようにしてもよい。

上記構成によれば、扉開閉が比較的頻繁におこなわれても、蓄電池（11）の充電を短時間で急速におこなうことができるため、照明装置として充分使用が可能であり、大きな電池容量がなくともコンパクトに形成できるものである。また、前記非水電解質二次電池による蓄電池（11）は、低温特性にも優れているため、冷凍室（５）のような−２０℃以下の雰囲気中であっても容量が漸減することなく安定して使用することができる。

上記照明装置は、冷凍室（５）に限らず、ほぼ同機構である野菜室（４）にも同様の構成で適用できるものであり、また、製氷室（３）ほかの容器内照明用として実施することが可能である。製氷室（３）については、図５に示すように、製氷室（３）内に配置された自動製氷装置（27）の前面開口部に近い天井部分に蓄電池（11′）や離氷駆動装置などを制御する制御装置（29）、さらに照明ＬＥＤ（12′）を取り付けるようにする。

製氷室（３）における前記自動製氷装置（27）は、製氷皿（30）と前記制御装置（29）とを備えるとともに、引き出し式の製氷室扉（３ａ）と一体的に設けられて製氷された氷を収納する貯氷箱（31）とを具備しており、上部の冷蔵室（２）内に設置した給水タンク（32）からの冷水を前記製氷皿（30）に供給し、製氷された氷をひねり離氷して下方の貯氷箱（31）内に貯留するように構成されている。

したがって、製氷室扉（３ａ）を引き出した際には、冷凍室（５）の場合と同様に、扉（３ａ）とともに貯氷箱（31）が前方に引き出され、同時に製氷室（３）の開閉扉を検知する扉センサー（24′）の動作により照明ＬＥＤ（12′）が点灯し、引き出された貯氷箱（31）内を前部上方から照明するようにしている。

また、前記自動製氷装置（27）は、製氷装置自体を室外に取り出して洗浄することができるように製氷室（３）の設置部分から離脱可能に配設されているとともに、製氷装置（27）の制御パネル（33）内には、制御装置（29）と蓄電池（11′）とを収納しており、図６の製氷制御ブロック（28）に示すように、離氷や貯氷量検知動作のためのモータ駆動は前記蓄電池（11′）の電力を用いるようにし、離氷や貯氷量検知動作をおこなわないその他の時間帯で本体側の電源部（23）からの商用電源によって電磁誘導により前記蓄電池（11′）に充電するようにしている。

上記のように構成することにより、電力を供給する蓄電池（11′）を一体に組み込んだ自動製氷装置（27）は、電気接続コネクタ部などを外部に露出させない防水構造を採用することができるため、本体側から外部に取り出して洗浄する際にも容易にこれをおこなうことができる。

また、蓄電池（11′）と製氷皿（30）とが近接した距離に配置されることから、製氷皿（30）に直接取り付けた温度センサーや各駆動モータ、制御パネルなどとのリード線長さを短くすることができ、配線処理を簡潔にして構造をコンパクト、且つ簡素化することができるとともに、前記冷凍室（５）と同様、蓄電池（11′）は低温特性にも優れているため、−２０℃以下の雰囲気中であっても容量が減少していくようなことはない。

一方、冷蔵室（２）の上部における冷蔵庫本体（１）上面の幅方向の反枢支側には、扉開放ユニット（35）を設置している。この扉開放ユニット（35）は、縦断面図を図７に示すように、円筒状のボビンの外周にコイルを巻装し、これを樹脂でモールドしたソレノイド（36）と、ソレノイド（36）への通電によって軸方向に吸引されて移動する磁性体製のプランジャー（37）とから構成されており、この扉開放ユニット（35）をゴムブッシュを介して冷蔵庫本体上部（１）に形成した凹部（１ａ）に一部を埋め込んだ状態で配設しているものである。

前記プランジャー（37）の前端部には、扉（２ａ）方向への突出部材としてノックピン（38）を取り付けており、ソレノイド（36）への通電時には、プランジャー（37）の前方への水平移動によって、ノックピン（38）の先端部が扉（２ａ）の裏面側に向かって突出するよう構成されている。

プランジャー（37）の他端には、コイルバネ（39）を設け、プランジャーを常時ソレノイド（36）による突出方向とは逆方向へ付勢しており、ソレノイドへの通電が停止した後は、ノックピン（38）を再びコイルバネ（39）によりユニット内に収納するように形成されている。また、前記凹部（１ａ）内に配設した扉開放ユニット（35）の表面はユニットカバー（40）によって被覆保護されている。

しかして、前記扉開放ユニット（35）のソレノイド（36）は、前述した各実施例と同様の蓄電池（11″）からの電力によって駆動されるように制御する。すなわち、図１に示す冷蔵室（１）の後方上部に対応する外面に形成した凹部（１ｂ）に蓄電池（11″）を配設しており、冷蔵室扉（２ａ）を開くべくタッチパネルなどで開扉操作されたような場合には、蓄電池（11″）からの電力放電でソレノイド（36）に通電され、ノックピン（38）が前方に突出して冷蔵室扉（２ａ）を開放するものである。そして冷蔵室扉（２ａ）が閉扉状態にあるときに、本体側の電源部（23）からの商用電源によって蓄電池（11″）に充電するように制御する。

したがって、扉開放ユニット（35）の開放動作は、本体側の商用電源によらないため、万一停電になった際でもタッチ操作で問題なく扉を自動開放することができる利点がある。

なお、蓄電池（11″）の収納場所は、前記実施例の箇所に限らないものであって、例えば、冷蔵室扉（２ａ）の上部や断熱材中に埋設してノックピンなどの扉解放ユニットも扉側に配設し、通電の際には、ノックピンで相手方、すなわち本体の前面開口部近傍を押圧することによって冷蔵室扉（２ａ）を開放するようにしてもよく、この場合には、上記と同様に閉扉時には、電磁誘導、あるいはコネクタ接続などにより本体の商用電源から充電するように構成すればよい。

上記各実施例では、蓄電池（11）（11′）（11″）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ため、各扉（２ａ）（３ａ）（５ａ）の開扉時や製氷装置の離氷動作時には常に満充電に近い電力が蓄積されており、蓄電池による電池切れなどの不具合を生じることなく開扉時の照明や開扉動作、あるいは離氷駆動をおこなうことができるものである。

さらに、前述したように蓄電池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、蓄電池（11）（11′）（11″）は、断熱性能や貯蔵スペースを損なうことなく断熱扉（２ａ）（３ａ）（５ａ）や断熱筐体（１）の適宜の箇所に容易に収納設置することができるものである。

本発明の１実施形態を示す冷蔵庫の縦断面図である。図１における冷凍室部分の拡大縦断面図である。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。本発明の１実施例を示す冷凍室の制御ブロック図である。図１における製氷室部分の拡大断面図である。図５の製氷装置の制御ブロック図である。図１における扉開放ユニットを示す拡大断面図である。

符号の説明

１冷蔵庫本体
２冷蔵室
３製氷室
４野菜室
５冷凍室
３ａ、４ａ、５ａ引き出し式扉
11、11′、11″ 蓄電池
12、12′ 照明ＬＥＤ
20 冷凍室制御ブロック
21 制御回路
22 電気接続部
23 電源部
24、24′ 扉センサー
25 温度センサー
26 冷蔵庫制御回路
27 自動製氷装置
28 製氷制御ブロック
29 製氷制御装置
35 扉開放ユニット

Claims

本体貯蔵室の開口部を閉塞するように開閉自在に設けた引き出し式扉と、この引き出し式扉の内面側に取り付けられ扉とともに貯蔵室内から外方へ引き出される収納容器と、引き出し式扉の内面側に配設され前記収納容器内を照明する照明装置と、前記引き出し式扉に設けた蓄電池とからなり、前記引き出し扉の開放を検知した場合は、前記蓄電池の電力を用いて前記照明装置を点灯させるとともに、閉扉後に本体側の商用電源から前記蓄電池に充電するようにしたことを特徴とする冷蔵庫。
蓄電池は、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ことを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。