JP2008020120A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】冷蔵庫の運転をおこないながら二次電池に充電し、停電時には、この充電された電力により冷却動作や照明動作をおこなうようにすることで冷却状態を保持したり、あるいは、貯蔵室内を照明することができる冷蔵庫を提供する。
【解決手段】通常は商用電源による電力を冷凍サイクルの冷媒圧縮機11に供給して冷却運転をおこない、商用電源の停電時には、本体に備えた蓄電池13を放電して冷媒圧縮機に電力を供給することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通常は商用電源による電力で運転し、停電時には本体に備えた蓄電池の電力を用い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。しかしながら、一般の家庭用冷蔵庫などでは、二次電池のような停電時に電力を供給するものを備えていないので停電が発生すると冷蔵庫はその運転動作を停止することになり、その場合、冷蔵庫は、停電の間中冷却運転がおこなわれないことから、収納貯蔵されている食品などが温度上昇により劣化したり、冷凍食品が融解してしまう不具合がある。そして、停電が復旧して再度電力が供給された場合には、それまでの状態をクリアするとともに異常が発生していればその異常を報知するように制御されていた。

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、上記状況に着眼してなされたものであり、冷蔵庫の運転をおこないながら二次電池に充電し、停電時には、この充電された電力により冷却動作や照明動作をおこなうようにすることで冷却状態を保持したり、あるいは、貯蔵室内を照明することができる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、通常は商用電源による電力を冷凍サイクルの冷媒圧縮機に供給して冷却運転をおこない、商用電源の停電時には、本体に備えた蓄電池を放電して冷媒圧縮機に電力を供給することを特徴とする。また、請求項２記載の冷蔵庫は、通常は商用電源による電力を供給して熱電変換素子による冷却運転をおこない、商用電源の停電時には、本体に備えた蓄電池を放電して前記熱電変換素子に電力を供給し、冷却運転をおこなうことを特徴とし、請求項３記載の冷蔵庫は、商用電源の停電時には、本体に備えた蓄電池を放電して貯蔵室内の照明装置に電力を供給することを特徴とするものである。さらに、請求項４は、請求項１乃至３のいずれか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乃至３記載の冷蔵庫によれば、本体内に蓄電池を備えているため、予告なしに発生する停電の際においても、充電された電力により冷却動作、あるいは、照明動作を停止することなく継続して実行できることから、冷却状態を保持したり、あるいは、貯蔵室内を照明することができる。また、請求項４記載の発明によれば、高速大容量の非水電解質二次電池であることから充電中に停電に遭遇するような恐れが少なく、機体を小型軽量に形成することができ、携帯用の冷却庫としての利用も容易になる。

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、冷蔵庫（１）の概略縦断面図であり、外郭を形成する外箱（２）と内箱（３）および断熱層（４）からなる断熱筐体内には冷蔵室（５）や野菜室（６）、冷凍室（７）などの貯蔵空間を形成するとともに、これら貯蔵空間を冷却する冷却器（８）（８′）やファン（９）（９′）を設けており、この冷却器（８）は冷蔵庫本体（１）の背面下部に形成した機械室（10）内に配置した圧縮機（11）や凝縮器（12）と環状に接続して冷凍サイクルを形成している。

圧縮機（11）は、前記冷蔵室（５）や冷凍室（７）などの室内温度があらかじめ設定された温度以上の場合は、これを検知して駆動され、冷媒ガスを圧縮して凝縮器（12）に吐出し、放熱させるとともに図示しない減圧器により液化して冷却器（８）（８′）に供給し蒸発させて冷却するものであり、冷却器（８）で生成した冷気をファン（９）によって各貯蔵室（５）（６）（７）内などに導入して冷却する。

しかして、冷蔵庫本体（１）の背面上部における筐体外郭の内面側には、非水電解質二次電池である蓄電池（13）を配置している。この蓄電池（13）は、図２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って、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。そしてまた、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（13）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高速大容量の充電池であって高い効率で電力回生でき、圧縮機モーターの駆動に適している。

上記蓄電池（13）は、図３に示す制御ブロック（20）の一環として冷蔵庫を運転制御するものであり、通常、冷蔵庫本体（１）は、家庭用の商用電源（21）からの交流電流を直流電流に変換する交流直流変換部（22）によって直流に切り替え、電源切替器制御部（23）を介して直流駆動とした圧縮機（11）に入力してこれを駆動させ、冷却運転をおこなうとともに、庫内温度制御部（24）によって庫内照明灯（25）や前記ファン（９）のモータ、各種ヒータを制御し、庫内を設定温度に冷却するものであるが、本発明においては、さらに、圧縮機（11）を運転しながら同時に、商用電源（21）からの電力を交流直流変換部（22）に入力し、次いで、充電制御部（26）を経由して蓄電池（13）に供給することによりこれを充電するよう構成している。このとき、蓄電池（13）は、前記した構成により、例えば、５分程度で充電することができる。

そして、停電した場合には、電源切替器制御部（23）によって蓄電池（13）側に電源を切り替え、蓄電池（13）からの放電によって圧縮機（11）を駆動し、冷蔵庫を運転するよう構成されている。すなわち、停電した場合は、停電検知部（27）でこれを検出し、電源切替器制御部（23）で圧縮機（11）への電源を蓄電池（13）側に切り替えるとともに、蓄電池（13）からの直流電流を供給することで圧縮機（11）を運転するものであり、その場合は、充電により、例えば５００Ｗｈ蓄電できることから、約３時間に亙って蓄電池（13）に蓄電された電力を圧縮機（11）に供給するよう放電し、冷蔵庫を冷却運転することができる。

また、圧縮機（11）やファンモータへの電力供給で冷却運転するのみでなく、ＬＥＤや庫内の照明灯（25）にも通電することができるので、停電によって室内が真っ暗な状況であっても、冷蔵庫扉表面に設けられているＬＥＤの点灯などによって照明効果が得られ、また冷蔵庫扉を開いた際には庫内灯（25）が点灯することによって、庫内収納物の視認も容易におこなうことができる効果を奏する。

そしてまた、蓄電池（13）に閾値を設け、蓄電池（13）の電圧をバッテリー監視部（28）で検出するようにしておけば、電圧が閾値以下になったような場合には、適当な時期に商用電源（21）から充電するように制御することが可能であり、このような構成によって、落雷などで商用電源（21）が不意に停電したような場合には、自動的に蓄電池（13）による電力運転に切り替えて圧縮機（11）を駆動することができ、冷却運転の継続によって、停電しても冷蔵庫の冷却作用が停止しないので、食品に悪影響を与えることなく冷却保存することができるものである。

前述したごとく、本実施形態によれば、蓄電池（13）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、停電発生時には常に満充電に近い電力が蓄積されており、蓄電池による冷却運転時間を長時間に亙って維持することができる。

さらに、前述したように蓄電池（13）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、断熱筐体（１）の適宜の箇所、例えば、背面上部における外箱（２）と冷蔵室（５）内上部に形成した内方へ段部（５ａ）との間に形成した空間部（29）に収納設置することにより、元来冷蔵庫貯蔵空間として最上部の奥部に位置することから、使用者の手が届きにくくデッドスペースになり易かった冷蔵室（５）の最上段の棚奥部を、蓄電池（13）の収納箇所として活用することができるものである。

なお、上記実施例では、家庭用冷蔵庫を例として説明したが、本発明は、これに限るものではなく、蓄電池（13）がきわめてコンパクトに形成できることから、ペルチェ素子などの熱電変換素子を使用して冷却作用をおこなう冷却保存庫などに適用すれば、充電による電力の利用と相俟って、軽量で持ち運びが容易な携帯用の冷蔵庫として広く活用できるものである。

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。 図１に示す冷蔵庫の制御ブロック図である。

符号の説明

１ 冷蔵庫本体
５ 冷蔵室
10 機械室
11 圧縮機
13 蓄電池
14 容器
15 正極
16 負極
20 制御ブロック

Claims (4)

1. 通常は商用電源による電力を冷凍サイクルの冷媒圧縮機に供給して冷却運転をおこない、商用電源の停電時には、本体に備えた蓄電池を放電して冷媒圧縮機に電力を供給することを特徴とする冷蔵庫。
2. 通常は商用電源による電力を供給して熱電変換素子による冷却運転をおこない、商用電源の停電時には、本体に備えた蓄電池を放電して前記熱電変換素子に電力を供給し、冷却運転をおこなうことを特徴とする冷蔵庫。
3. 商用電源の停電時には、本体に備えた蓄電池を放電して貯蔵室内の照明装置に電力を供給することを特徴とする冷蔵庫。
4. 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乃至３のいずれかに記載の冷蔵庫
   

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