JP4336664B2 - 無風冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、被冷却室内に直接冷風を送り込むことなく冷却を行う無風冷却システムに関する。

冷蔵・冷凍倉庫や凍結装置などの被冷却室内を冷却するシステムでは、外部の冷凍機から供給されるフロンガスやアンモニア等の冷媒を、被冷却室内に設けた冷却コイル内で蒸発させ、この冷却コイルの冷熱で被冷却室の空気を冷却して送風機で被冷却室内に送出す方法が一般的に用いられている。

このような従来のシステムで冷媒として使用されているフロンガスやアンモニアは、環境破壊の原因物質であったり、人体に有害な物質であったりするので、人体に無害である空気を冷媒とし、空気冷媒ユニットにて圧縮・膨張した低温の空気冷媒を被冷却室に直接送出して被冷却室内を冷却するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで極低温、例えば−６０度まで被冷却室を冷却しなければならない場合、フロン冷媒を用いた冷却システムでは冷媒回路を２元冷媒回路とするなど多元化する必要性があるが、圧縮した空気冷媒を被冷却室に放出させる冷却システムを用いることによって、簡単なユニット構成で被冷却室を極低温まで冷却することが可能となるという利点を有している。

しかしながら、空気冷媒を直接被冷却室内に送出するシステムも他の冷媒により間接的に被冷却室内を冷却するシステムも、ともに冷却空気を被冷却室内に送出するので、被冷却物が冷風に晒されて乾燥してしまうという問題があった。

また、空気冷媒を被冷却室内に直接送出するものにおいては、被冷却室から空気冷媒ユニットに戻される空気中に水分が混入するため、空気冷媒ユニット内における配管や機器内に多量の霜が発生し、この霜は除去が困難であるため運転に支障が生じるという問題があった。

そのため、今日では、被冷却室の外壁の内側に外壁と離間する内壁を設け、外壁と内壁との間に冷却媒体として冷却した空気等を循環させる無風冷却システムが提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。

このような無風冷却システムでは、循環される冷却媒体の冷熱を介して被冷却室を輻射冷却し、被冷却室の冷却を無風状態で実現することが可能となっている。
実開平８−６１８２１号公報（第１〜３頁、図１） 実開平６−５１７６９号公報（第１〜２頁、図１〜３） 特許第３５２２９７７号公報（第１〜５頁、図１〜２）

しかしながら、無風冷却により被冷却室を冷却する方式は、被冷却室内を直接空気冷媒等によって冷却する構造ではないため、直接空気冷媒を送出する冷却システムに比べて冷却性能が劣るという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、被冷却室の冷却効率を高めることが可能な無風冷却システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る無風冷却システムは、断熱性能を備える外壁と、該外壁に対して一定の冷却媒体流通空間を確保しつつ前記外壁に対向して形成されて被冷却室を構成する内壁とにより、二重壁構造に形成される被冷却室構造体と、前記冷却媒体流通空間に充填される冷却媒体を冷却すると共に前記冷却媒体流通空間への冷却媒体の循環送出処理を行う冷却手段とを備え、前記内壁には、前記被冷却室の室内方向に突出する棚部が形成され、該棚部は、前記冷却媒体流通空間と連通し、内部に前記冷却媒体を導入可能な中空構造の中空部を備え、前記冷却媒体流通空間における中空部との連通境界部に、前記流通空間を流れる冷却媒体を前記中空部内に導くルーバを設け、かつ、前記棚部上面に、点状または線状の凹凸を付したことを特徴とする。

また前記棚部上面に、当該棚部に載置される物品形状に対応する凹部を形成したり、前記冷却冷媒を、空気冷媒としたりする構成のものとしてある。

また、前記冷却システム一台に対して複数の前記被冷却室構造体が併設され、前記被冷却室構造体のそれぞれの冷却媒体流通空間と前記冷却手段の冷却媒体排出口とを連通すると共に、当該冷却媒体空間と前記冷却手段の冷却媒体吸入口とを連通する配管と、前記各被冷却室構造体における被冷却室内の温度を検出する温度センサと、前記温度センサの検出温度に応じて、当該温度センサに対応する前記被冷却室構造体に連通される前記配管の開閉制御を行う制御弁とを備えるようにした構成のものとしてある。

本発明に係る無風冷却システムによれば、棚部の中空部分に流通空間を流れる冷却媒体を導くことにより、棚部に載置される被冷却物への冷却性能を高めることができる。

また、冷却媒体を流通できる棚部を設けることによって内壁の冷却面の面積を広くとることができるので、輻射冷却による冷却性能を高めることができ、しかも被冷却物品に直接接触する構成となるので、被冷却室の冷却効率を格段に向上させることが容易となる。
この冷却性能の向上により、本発明に係る無風冷却システムでは、例えば−６０℃程度の極低温まで被冷却室の温度を下げることが可能となる。

さらに、直接冷却媒体は被冷却室内と混合されないので、冷却媒体の供給をおこなう冷却ユニット内に霜が付着するおそれがなく、メンテナンスが容易で安定した運転を実現することができる。

以下、本発明に係る無風冷却システムの実施例について、添付図面に示す具体例により詳細に説明する。
図１に示すように、無風冷却システムは、被冷却室構造体たる冷凍庫１と、冷却手段たる冷却ユニット２と、冷凍庫１と冷却ユニット２とを繋ぐ２本の配管３ａ、３ｂとを有している。

冷凍庫１は、略箱状態を呈しており、冷凍庫１の壁部は、断熱性能を確保した外壁４と、外壁４に対向して形成された内壁５とによって二重壁構造に形成されている。
内壁５は、その内部に冷凍させた状態で商品（被冷却物）を貯蔵する被冷却室６を形成しており、内壁５は、被冷却室６の冷却効率を向上させるために、例えば、ステンレス板等の熱伝導性の高い素材によって構成してある。

この外壁４と内壁５との間には冷却媒体流通空間（以下、流通空間と称する）７が確保されており、この流通空間７には冷媒として使用される空気（空気冷媒）が充填されている。

しかして前記冷却ユニット２は、空気圧縮機とコンデンサと熱交換機と膨張機とを備えていて、流通空間に充填される空気を取り込み、空気圧縮機において断熱圧縮し、断熱圧縮されて高温高圧となった圧縮空気を、コンデンサにおいて冷却水あるいは外気により冷却し、さらに後述する配管３ｂを通り被冷却室６から戻された空気と熱交換をして冷却した後に、膨張機によって断熱膨張させることによって−６５度〜−５５度に低温化された空気冷媒を排出する構成のものとしてある。

冷却ユニット２における膨張機側の冷却媒体排出口には配管３ａの一端が連結され、配管３ａの他端は冷凍庫１に連結されており、配管３ａと流通空間７とが連通された状態となっている。

また、冷却ユニット２の冷却媒体吸入口側には、配管３ｂの一端が連結され、配管３ｂの他端は冷凍庫１に連結されており、配管３ｂと流通空間７とが連通された状態となっている。
なお、配管３ａは、冷凍庫１における配管３ｂの連結位置に対して反対側の位置（距離の離れた位置）に連結されている。

しかして、前記内壁５には、被冷却室６内に収納される商品を設置するための棚部８が被冷却室内側に形成されていて、棚部８は図２（ａ）、２（ｂ）に示すように内壁５内面より略水平に突出する突出部９にて構成され、この突出部９には、内部に中空部１１が形成されている。突出部９は、内壁５と同様に熱伝導性の高い素材によって形成されている。

前記中空部１１は、流通空間７に連通されており、流通空間７と中空部１１との連通境界部には、流通空間７を流れる空気冷媒が中空部１１に導かれるように、空気冷媒の案内板たるルーバ１２を設ける。

また棚部８上面には、載置される物品の形状に応じた凹部１０が形成されていて、例えば、棚部８にマグロ等の魚が載置される場合には、図２（ａ）に示すように、魚の外形状に対応する形状の凹部１０が棚に形成され、カップアイス等の包装品の場合には、図２（ｂ）に示すように、カップ等の包装の形状に対応する凹部１０が形成される。
また、上記物品が棚部に付着しやすい性状のものである場合でも、棚部上面に、物品と接触する部分を点状または線状の凹凸を付しているので、物品と棚部上面とが点または線で接触し、上記凹凸は棚部における冷却媒体の冷熱輻射面積を大ならしめて冷却効率の向上に資することができるというメリットもある。

このように形成される無風冷却システムにおいて、冷却ユニット２が稼働すると、冷却ユニット２により配管３ｂを介して導入される空気冷媒が圧縮・膨張されて低温下され、配管３ａを介して冷凍庫１の流通空間７に送出される。

流通空間７では、冷凍庫１における配管３ａの連結位置と、冷凍庫１における配管３ｂの連結位置とが反対側に位置しているので、配管３ａの連結位置における空気冷媒の送出と、配管３ｂの連結位置における空気冷媒の吸入により、流通空間の配管３ａとの連結位置から配管３ｂの連結位置に向かって空気の循環流が発生する。

この空気冷媒の循環流によって、流通空間７内に万遍なく空気冷媒が流れ込むので、被冷却室６内を均一に冷却させることが可能となり、また、流通空間７を流れて棚部８の中空部１１近傍へ到達した空気冷媒は、ルーバ１２によって中空部１１内に導かれる。

そして、棚部８は被冷却室内に突設されているので、被冷却室６内に対する冷熱放射部たる内壁の面積に加えて棚部の表面積が冷熱放射部として加わり、空気冷媒と被冷却室との熱交換効率が格段に向上する。

また棚部８上面には、載置される商品に対応する前記凹部１０が形成されているので、凹部１０表面と商品との接触面積が広くなり、中空部１１に導入された空気冷媒による商品の冷却がより効率よく行われ、商品の冷却温度を低く維持することが容易となる。

さらに、商品が載置されていない棚においても、凹部１０が形成されることによって、熱伝導性の高い内壁５の冷却面の面積を広くすることができるので、内壁５面による輻射冷却により被冷却室６をより効率的に冷却させることができる。

流通空間７を流れる空気冷媒は、棚部８、内壁５を介する輻射冷却によって被冷却室６を冷却した後に、配管３ｂを介して冷却ユニット２に導かれて、循環冷却処理が繰り返し行われる。

このように内壁５面より略水平に突出した突出部９からなる棚部８を形成し、この突出部９の中空部１１に流通空間７を流れる空気冷媒を導く構造とすることによって、棚部８に載置される商品の冷却性能を高めることができる。さらに、内壁５の冷却面の面積を広くとることができるので、輻射冷却による冷却性能を高めることができ、被冷却室６の冷却効率の向上を図ることが容易となる。

なお、冷凍庫１の被冷却室６へ入るためのドア開閉部には、流通空間７を流れる空気冷媒がドア用開口部の縁部から排出されないように縁枠がはめ込まれており、またドア開口の上部に、図３（ａ）、３（ｂ）に示すように、ドア１６の開閉時にドア開口を介して被冷却室６内に外気が侵入被冷却室６内の温度や湿度が上昇しないようにエアカーテン１３を設ける場合もある。
上記エアカーテン１３は図３（ａ）、３（ｂ）のように庫外に設ける場合もあるし、庫内のドア上部に設ける場合もある。

以上、本発明に係る無風冷却システムを、図面を用いて説明したが、本発明に係る無風冷却システムは上述したものに限定されるものではなく、いわゆる当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において各種の変更または修正を行いうる内容についても、当然に本発明の技術的範囲に属するものである。

例えば、配管３ａが、冷凍庫１における配管３ｂの連結位置に対して反対側の位置（最も離れた位置）に接続されるものとして説明を行ったが、２つの配管３ａ、３ｂの接続位置は必ずしも反対側の位置に限定されるものではなく、流通空間７の空気冷媒を円滑に流すことが可能であるならば、本実施例のものとは異なる位置に接続されていてもよい。

また、上記実施例においては、１台の冷却ユニット２に対して１つの冷凍庫１が連結された状態を説明したが、冷却ユニット２に連結される冷凍庫１は１つに限定されるものではなく、図４に示すように、１台の冷却ユニット２に対して複数台の冷凍庫１を配管３ａ、３ｂを介して並列に連結される構成とする場合もある。

このような構造の場合には、各冷凍庫１に被冷却室内６の温度を検出するための温度センサ１４を設置するとともに、配管３ａの各冷凍庫１との連結部近傍に温度センサ１４により検出される温度に比例して、または閾値となる所定温度に対する冷凍庫内温度の上下変動に対応させて配管３ａの開閉制御を行う制御弁１５を設ける構成とするのが望ましい。

前記制御弁１５を設置することによって、被冷却室６が十分に冷えている冷凍庫１には、空気冷媒の送出量を少なく制御し、商品の入出庫の際のように被冷却室６の温度が高い冷凍庫１には、積極的に空気冷媒を送出させることができるので、各冷凍庫１の冷却効率を高め、かつランニングコストの低減を図ることが可能となる。

本発明に係る無風冷却システムを示した概略図である。 （ａ）は棚部に魚が裁置される場合の凹部の形状を示した断面図、（ｂ）は棚部にカップアイスが裁置される場合の凹部の形状を示した断面図である。 （ａ）はエアカーテンを設けた冷凍庫を示した正面図、（ｂ）は、エアカーテンを設けた冷凍庫を示した側面の部分断面図である。 １台の冷却媒体冷凍ユニットに対して複数台の冷凍庫を設置した場合を示した概略構成図である。

符号の説明

１ 冷凍庫（被冷却室構造体）
２ 冷却ユニット（冷却手段）
３ａ、３ｂ 配管
４ 外壁
５ 内壁
６ 被冷却室
７ 流通空間（冷却媒体流通空間）
８ 棚部
９ 突出部
１０ 凹部
１１ 中空部
１２ ルーバ
１３ エアカーテン
１４ 温度センサ
１５ 制御弁
１６ ドア

Claims (4)

1. 断熱性能を備える外壁と、該外壁に対して一定の冷却媒体流通空間を確保しつつ前記外壁に対向して形成されて被冷却室を構成する内壁とにより、二重壁構造に形成される被冷却室構造体と、前記冷却媒体流通空間に充填される冷却媒体を冷却すると共に前記冷却媒体流通空間への冷却媒体の循環送出処理を行う冷却手段とを備え、
   前記内壁には、前記被冷却室の室内方向に突出する棚部が形成され、該棚部は、前記冷却媒体流通空間と連通し、内部に前記冷却媒体を導入可能な中空構造の中空部を備え、
   前記冷却媒体流通空間における中空部との連通境界部に、前記流通空間を流れる冷却媒体を前記中空部内に導くルーバを設け、
   かつ、前記棚部上面に、点状または線状の凹凸を付したことを特徴とする無風冷却システム。
   
2. 前記棚部上面に、当該棚部に載置される物品形状に対応する凹部を形成してなる請求項１に記載の無風冷却システム。
3. 前記冷却冷媒は空気冷媒であることを特徴とする請求項１または２に記載の無風冷却システム。
4. 前記冷却システム一台に対して複数の前記被冷却室構造体が併設され、前記被冷却室構造体のそれぞれの冷却媒体流通空間と前記冷却手段の冷却媒体排出口とを連通すると共に、当該冷却媒体空間と前記冷却手段の冷却媒体吸入口とを連通する配管と、前記各被冷却室構造体における被冷却室内の温度を検出する温度センサと、前記温度センサの検出温度に応じて、当該温度センサに対応する前記被冷却室構造体に連通される前記配管の開閉制御を行う制御弁とを備え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無風冷却システム。
   

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