JPWO2005124249A1 - 冷却装置 - Google Patents
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Abstract
箱体1,5の内部は、仕切り板7によって二つの室に区画される。前面側の貯蔵室10には被冷却物が収容され、背面側の冷却器室9には冷却器8及びファン11が収容されている。仕切り板7には、冷却器室9と貯蔵室10をつなぐ開口14が形成されている。開口14は、ファン11の直径よりも大きく、且つ、ファン11の回転軸方向から見たとき、開口14がファン11の外周を隙間を開けて取り囲むように配置されている。開口14の面積Sは、ファン11の直径をRとしたとき、1.8×π(R/2)2≦S≦2.5×π(R/2)2で規定される。開口14の貯蔵庫側の境界面とファン11の最前部との間の距離は、0以上、0.2R以下である。
Description
本発明は、冷却装置に係り、特に食材の冷凍及び冷蔵に適した冷却装置に係る。
冷凍庫や冷蔵庫などの冷却装置では、空気を冷却器で冷却して庫内に強制循環させる方式が用いられている。このような冷気強制循環方式によれば、冷気をファンを用いて庫内に強制的に循環させているので、庫内の温度ムラが少なく、冷却時間も短くなるという利点がある。しかし、冷気強制循環方式では、冷却器での熱交換の際に、空気中に含まれる水分が凝固して冷却器に付着することが問題になる。
例えば、特開昭62−169988号公報に記載された冷凍冷蔵庫では、冷凍室の背後に冷却器及びファンが配置されている。冷蔵室及び冷凍室からの環流空気は、冷凍室下部に設けられた吸込口から吸い込まれ、冷却器を通って冷却され、ファンによって再び冷凍室に吹き出される。この冷凍冷蔵庫では、冷蔵室からの環流空気と冷凍室からの環流空気とを、冷却器に至る前に合流させて、冷却器への着霜量を減少させるようにしている。
しかしながら、この冷凍冷蔵庫では、庫内からの環流空気を冷却器を通過させてファンに導くという一方向の空気の流れを実現するため、専用の流路を設けることが必要となる。その結果、部品点数が多く、構造も複雑になる。また、この構成は、冷凍室からの低温の環流空気を用いて、冷蔵室からの環流空気による冷却器への着霜を減少させるというものであって、冷凍室からの環流空気による冷却器への着霜を減少させることまではできない。
また、特開平6−273030号公報あるいは特許第3366977号公報に記載された冷凍庫では、冷凍室の背後に冷却器が配置され、冷却器の前面に設けられたファンから冷気が吹き出され、庫内が冷却される。このような装置では、冷却器の前面にファンが配置されているので、環流空気の一部を、冷凍庫からファンの後方に回り込ませ、冷却器を経由することなく流動させることが可能になり、冷却器への着霜量を減少させることができる。
しかしながら、このような冷凍庫では、冷却器への着霜量を減少させることはできるが、冷却器室と冷凍室の境界が明確でなく、それぞれの室の熱交換効率もファンからの距離が離れるほど悪くなる。特に、冷却器室側では、冷却器の背面がほぼ塞がれているため、冷却器の熱交換効率も悪いものであった。
例えば、特開昭62−169988号公報に記載された冷凍冷蔵庫では、冷凍室の背後に冷却器及びファンが配置されている。冷蔵室及び冷凍室からの環流空気は、冷凍室下部に設けられた吸込口から吸い込まれ、冷却器を通って冷却され、ファンによって再び冷凍室に吹き出される。この冷凍冷蔵庫では、冷蔵室からの環流空気と冷凍室からの環流空気とを、冷却器に至る前に合流させて、冷却器への着霜量を減少させるようにしている。
しかしながら、この冷凍冷蔵庫では、庫内からの環流空気を冷却器を通過させてファンに導くという一方向の空気の流れを実現するため、専用の流路を設けることが必要となる。その結果、部品点数が多く、構造も複雑になる。また、この構成は、冷凍室からの低温の環流空気を用いて、冷蔵室からの環流空気による冷却器への着霜を減少させるというものであって、冷凍室からの環流空気による冷却器への着霜を減少させることまではできない。
また、特開平6−273030号公報あるいは特許第3366977号公報に記載された冷凍庫では、冷凍室の背後に冷却器が配置され、冷却器の前面に設けられたファンから冷気が吹き出され、庫内が冷却される。このような装置では、冷却器の前面にファンが配置されているので、環流空気の一部を、冷凍庫からファンの後方に回り込ませ、冷却器を経由することなく流動させることが可能になり、冷却器への着霜量を減少させることができる。
しかしながら、このような冷凍庫では、冷却器への着霜量を減少させることはできるが、冷却器室と冷凍室の境界が明確でなく、それぞれの室の熱交換効率もファンからの距離が離れるほど悪くなる。特に、冷却器室側では、冷却器の背面がほぼ塞がれているため、冷却器の熱交換効率も悪いものであった。
本発明は、以上のような従来の冷却装置における問題点に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、簡単な構造で、小型化に適し、冷却コイルへの着霜量が少なく、合せて食品を乾燥させにくい冷却装置を提供することにある。
本発明の冷却装置は、
断熱部材で構成された箱体と、
空気を熱交換により冷却する冷却器と、
箱体の内部を、冷却器が収容される冷却器室と、被冷却物が収容される貯蔵室との二つの室に区画し、且つ、これら二つの室をつなぐ開口が形成された仕切り板と、
冷却器室内に配置され、冷却器で冷却された空気を前記開口を介して貯蔵室内に送り込むファンと、
を備えた冷却装置において、
前記開口は、前記ファンの回転軸方向から見たとき、前記開口が前記ファンの外周を隙間を開けて取り囲むように形成され、
前記開口の面積Sは、前記ファンの直径をRとしたとき、
1.8×π(R/2)2≦S≦2.5×π(R/2)2
で規定され、
前記開口の貯蔵庫側の境界面と前記ファンの最前部との間の距離は、0以上、0.2R以下であることを特徴とする。
本発明の冷却装置によれば、前記ファンの回転により前記冷却器から前記開口を経て前記貯蔵室に吹き出される吐出流と、それに伴い前記貯蔵室から前記開口を経て前記冷却器に吸引される吸引流とが生じる。これらの吐出流と吸引流は、互いにぶつかり合って、冷気の運動量に対する流動速度が抑えられる。その結果、前記冷却器への着霜が抑えられると同時に、食材の乾燥を防ぐことができる。
更に、前記開口の面積Sを上記の式を満足するように設定することによって、開口を介した空気の流出と流入との双方の作用により、流出、流入のバランスがとれ、それぞれの室の熱交換効率高めながら平均流速を弱めることができる。
好ましくは、前記ファンを前記冷却器の上方に配置する。このような配置を採用すれば、奥行き寸法を増加させることがないので、冷却装置の小型化を図ることができる。
好ましくは、前記仕切り板に、前記冷却器と対向する位置または前記冷却器の下側に当る位置にスリットを形成する。このように、前記開口に加えて貯蔵室から冷却器室への還流経路を設け、その配置を調整することによって、冷却器室内における空気の流れを細かく調整することができる。
なお、前記ファンと前記開口との組み合わせを複数組設けることもできる。このように構成すれば、冷却性能の向上を図ることができる。
本発明の冷却装置によれば、従来の冷気強制循環方式と比べて構造が簡単でありながら、同等の冷却性能を発揮でき、しかも冷却器への着霜量も少なくすることができる。
本発明の冷却装置は、
断熱部材で構成された箱体と、
空気を熱交換により冷却する冷却器と、
箱体の内部を、冷却器が収容される冷却器室と、被冷却物が収容される貯蔵室との二つの室に区画し、且つ、これら二つの室をつなぐ開口が形成された仕切り板と、
冷却器室内に配置され、冷却器で冷却された空気を前記開口を介して貯蔵室内に送り込むファンと、
を備えた冷却装置において、
前記開口は、前記ファンの回転軸方向から見たとき、前記開口が前記ファンの外周を隙間を開けて取り囲むように形成され、
前記開口の面積Sは、前記ファンの直径をRとしたとき、
1.8×π(R/2)2≦S≦2.5×π(R/2)2
で規定され、
前記開口の貯蔵庫側の境界面と前記ファンの最前部との間の距離は、0以上、0.2R以下であることを特徴とする。
本発明の冷却装置によれば、前記ファンの回転により前記冷却器から前記開口を経て前記貯蔵室に吹き出される吐出流と、それに伴い前記貯蔵室から前記開口を経て前記冷却器に吸引される吸引流とが生じる。これらの吐出流と吸引流は、互いにぶつかり合って、冷気の運動量に対する流動速度が抑えられる。その結果、前記冷却器への着霜が抑えられると同時に、食材の乾燥を防ぐことができる。
更に、前記開口の面積Sを上記の式を満足するように設定することによって、開口を介した空気の流出と流入との双方の作用により、流出、流入のバランスがとれ、それぞれの室の熱交換効率高めながら平均流速を弱めることができる。
好ましくは、前記ファンを前記冷却器の上方に配置する。このような配置を採用すれば、奥行き寸法を増加させることがないので、冷却装置の小型化を図ることができる。
好ましくは、前記仕切り板に、前記冷却器と対向する位置または前記冷却器の下側に当る位置にスリットを形成する。このように、前記開口に加えて貯蔵室から冷却器室への還流経路を設け、その配置を調整することによって、冷却器室内における空気の流れを細かく調整することができる。
なお、前記ファンと前記開口との組み合わせを複数組設けることもできる。このように構成すれば、冷却性能の向上を図ることができる。
本発明の冷却装置によれば、従来の冷気強制循環方式と比べて構造が簡単でありながら、同等の冷却性能を発揮でき、しかも冷却器への着霜量も少なくすることができる。
図1は、本発明の冷却装置の一例を示す垂直断面図。
図2は、図1に示した冷却装置の本体部分の正面図。
図3は、図1に示した冷却装置の水平断面図。
図4は、図1に示した冷却装置の開口部分の正面図。
図5は、本発明の冷却装置におけるファン近傍での流れについて説明する図。
図6は、比較例1の冷却装置におけるファン近傍での流れについて説明する図。
図7は、比較例2の冷却装置におけるファン近傍での流れについて説明する図。
図8は、比較例3の冷却装置を示す垂直断面図。
図9は、図8に示した冷却装置の本体部分の正面図。
図10は、本発明の冷却装置の他の例を示す垂直断面図。
図2は、図1に示した冷却装置の本体部分の正面図。
図3は、図1に示した冷却装置の水平断面図。
図4は、図1に示した冷却装置の開口部分の正面図。
図5は、本発明の冷却装置におけるファン近傍での流れについて説明する図。
図6は、比較例1の冷却装置におけるファン近傍での流れについて説明する図。
図7は、比較例2の冷却装置におけるファン近傍での流れについて説明する図。
図8は、比較例3の冷却装置を示す垂直断面図。
図9は、図8に示した冷却装置の本体部分の正面図。
図10は、本発明の冷却装置の他の例を示す垂直断面図。
図1〜4に、本発明に基づく冷却装置の一例を示す(実施例1)。図中、9は冷却器室、10は貯蔵室、7は仕切り板、8は冷却器、11はファン、14は開口を表わす。
図1は、冷却装置の縦方向の断面図である。箱体は、本体1と扉5から構成されている。本体1は、外箱と内箱との間に断熱材4を充填することにより形成されている。扉5も同様に、扉パネル内に断熱材4を充填することにより形成されている。
箱体の内部は、仕切り板7によって、前面側の貯蔵室10と背面側の冷却器室9とに区画されている。冷却器室9内には冷却器8が収容されている。冷却器8は、背後の壁面から、冷却器8の厚さの1/8〜1/4程度の隙間を開けて配置されている。冷却器8は、この例では、フィンチューブ方式の冷却コイルである。冷却器8で熱交換された空気は、冷却器室9内に溜まる。冷却器8の前方にはファン11が配置されている。ファン11は、駆動用のモータの回転軸に取り付けられている。モータは、例えば、ブラケット(図示せず)を介して仕切り板7に取り付けることができる。
なお、冷却器8には、圧縮機、熱交換器、凝縮器等(図示せず)が配管を介して接続され、凝縮器から供給された冷媒が冷却器8の中で蒸発し、圧縮機に戻るようになっている。圧縮機は、例えば、本体1の背面側の下部に設けられた機械室(図示せず)に収容される。凝縮器は、例えば、本体1の断熱材4の中に埋め込まれる。
図2は、図1に示した冷却装置の正面図であり、扉5を外した状態において前面側から(図1の矢印Aの方向から)見た図である。仕切り板7には、円形の開口14が設けられている。開口14の径(寸法B)は、ファンの直径よりも大きく設計されている。
図3は、図1に示した冷却装置の水平方向の断面図である。ファン11は、羽根の厚み(寸法D)の一部が仕切り板7の厚み(寸法E)と重なるような位置、あるいは、羽根の最前部が仕切り板7の背面の延長面に僅かな隙間(寸法C)が開けて向かい合うような位置に配置される。ここで、上記の寸法Cの上限は、ファン11の直径をRとしたとき、0.2R程度である。
図4に、開口14の部分拡大図(正面図)を示す。この例では、開口14に、ファン11への人体や食品の接触を防止するための格子17が取り付けられている。
図5に、本発明に基づく冷却装置における、ファン11の周りでの空気の流れの状態を示す。また、比較のため、図6及び7に、仕切り板7あるいはファン11の配置を変えた場合における、ファン11の周りでの空気の流れを示す。ここで、図6(比較例1)では、仕切り板(7:図1)は冷却器(8、図1)の周囲のみに配置され、ファン11の近くには設けられていない。図7(比較例2)ではファン11は、開口14から前方に(即ち、貯蔵室10側に)突出した状態で配置されている。
図5に示したケースでは、ファン11の外周と開口14の間に、空気が流れる狭い流路が形成される。また、図5に示したケースでは、ファン11の周りに、後壁面と仕切り板7とで挟まれた空間が形成される。これに対して、図6に示したケースでは、ファン11の外周近傍に空気の流れを遮るものはない。
図5に示したケースでは、開口14の内周近傍において、貯蔵室10内の空気がファン11の吸引力により吸引されて、冷却器室9側に流れる。このため、開口14の前方において、冷却器室9から貯蔵室10に吹き出される流れと、貯蔵室10から冷却器室9に吸引される流れとの二方向の空気の流れが生じる。このように、限られた開口14において、二方向の流れが生じると、図5の中に破線で示したように、貯蔵室10に吹き出される吐出流と、冷却器室9に吸引される吸引流とがぶつかり合う現象が生じる。吐出流と吸引流とがぶつかりあうと、乱流状態が形成され、貯蔵室10への吐出流の流速が弱められる。即ち、図5に示したケースでは、開口14を介した空気の流出と流入との双方の作用によって、冷気の運動量に比べて貯蔵室10への吐出流の流速が弱められることになる。
図6に示したケース(比較例1)では、空気の流れは、吐出流と吸引流が明確に分離した状態になる。図7に示したケース(比較例2)では、ファン11を正転させた場合、ファン11の後方のみならず、ファン11の前方の貯蔵室10内の空気もファン11の回転により吸引され、ファン11の前方に吹き出されることになる。
次に、本発明に基づいて製作された冷却装置の性能確認試験の結果について、図4を用いて説明する。
実施例1では、貯蔵室10の内容積を405L(幅900mm、高さ750mm、奥行き600mm)とし、ファン11の直径を250mm、開口14の直径を350mm、仕切り板7の背面の延長面からのファン11の羽根の最前部までの距離(図3の寸法C)を0mmとした。また、入力電源はAC220V、60Hzとし、出力1500Wの圧縮機を用い、入力電源DC200V、出力40Wのファンモータを用いた。また、冷媒はR22とした。
実験では、この冷却装置を用いて、空気の流れを、煙りの動きやファン11の前方の格子17(図4)に取り付けられた帯状の小片によって観察した。また、比較のため、ファン11の周囲で、仕切り板を取り外した場合(比較例1、図6相当)についても、同様の観察を行った。
実施例1では、ファン11の回転領域30(図4)において、吐出流のみならず、吸引流も観察された。ファン11の外周と開口14の内周との間の領域31でも、吸引流と吐出流とが混在していた。この領域において、格子17に取り付けられた帯状の小片を観察したところ、小片の先端が前後に揺れる箇所が多く、吸引流か吐出流であるかを明確に確認できない部分も多かった。
これに対して、比較例1の場合には、ファン11の回転領域(図4の回転領域30に相当する領域)では吐出流が観察され、ファン11の外側では吸引流が観察され、これらは明確に区別することができた。
実施例1では、ファン11から前方に吹き出す空気の流れが観察されたが、比較例1の構成と比べると、吹き出しの強さは大幅に弱くなっていた。例えば、比較例1では、ファン11から強い勢いで空気が吹き出し、貯蔵室10の前面(扉部分)まで空気が流れていることが観察された。一方、実施例1では、貯蔵室の奥行き方向の略中央部までは、空気が吹き出していることが観察されたが、貯蔵室10の前面では、吹き出し方向の空気の流れは、明確には確認できなかった。
これらの実験結果から、実施例1では、開口14を介して空気の流出及び流入の双方の流れがあること、及び、貯蔵室10内へ吐出流の流速が比較的低いことが分かる。また、ファン11近傍の空気の流れは、比較例1では吐出流と吸引流が明確に区別できるのに対して、実施例1では、乱流状態の占める割合が大きいことが分かる。
実施例1の構成によれば、開口14を介して、貯蔵室10の空気と冷却器室9に溜まった空気とを入れ替えることができるので、冷却器8に溜まった空気を貯蔵室10内へ流動させ、且つ貯蔵室10で温度が上昇した空気を冷却器8に環流させることができる。このため、開口14とは別に専用の吸引口を設けていない構成であっても、冷却器8による熱交換が可能である。
なお、開口14の面積は、大き過ぎると図6のケースに近づき、吐出流の流速を弱める効果が失われ、一方、小さ過ぎると、開口14を介した冷却器室9への吸引流が減少する。従って、開口14の面積Sは、ファンの面積(ファン11が回転する円形領域の面積)の1.8倍以上2.5倍以下の範囲が適当である。即ち。開口14の面積Sは、ファン11の直径をRとしたとき、下記の式で規定される範囲に設定される。
1.8×π(R/2)2≦S≦2.5×π(R/2)2
実施例1では、ファン11の直径が250mm、ファンの面積が491000mm2、開口14の直径が350mm、開口14の面積Sが962000mm2であるので、開口の面積Sは、ファンの面積の1.96倍となっている。
なお、実施例1では、仕切り板7の背面からのファン11の最前部までの距離(図3のD寸法)を0mmとしたが、ファン11の羽根の大きさ(直径と厚み)に応じて冷却器室8の内側方向に0〜50mm程度としても良い。
次に、従来の冷気強制循環方式の冷凍庫と比較した結果について説明する。
図8に、比較のために用いた装置(比較例3)の垂直断面図を示す。図9に、図8の装置の開口部の部分拡大図を示す。
図8に示した装置の構成では、冷凍庫の内部は、仕切り板によって、背面側の冷却器室43と前面側の貯蔵室46に区画されている。冷却器室43内には、冷却器40が収容されている。冷却器40の前方には、ファン42が配置されている。ファン42の周囲は、ダクト44で取り囲まれている。冷凍器40の背面側に吸込口41が設けられている。貯蔵室46内の空気は、吸込口41から吸引され、ファン42によってダクト44に吸い込まれ、吐出口45から吐出される。
ファン11の直径は250mm、ダクト44の内径は270mmである。実施例1(図1〜図5)と比較例3とは、装置本体は同じものとしたので、貯蔵室容積は同じである。また、仕切り板の形状及び冷却器室内の配置以外の部分は共通であり、冷却器、ファン、ファンモータ、圧縮機等の冷却システムに係る部分も共通である。
実験の条件は、周囲温度20℃、相対湿度60%、貯蔵室内負荷を水量:10000g(2000gX5段)、水温16℃とした。
実施例1、比較例3のいずれの場合においても、約100分で約−20℃の安定状態に達した。このことから、実施例1、比較例3の冷却性能はほぼ同じであることが確認された。製造された氷の重量を比較したところ、実施例1では9976g、比較例3では9742gであった。
ここで、実施例1と比較例3とでは、流路の構成が異なっているが、冷却器に空気を環流させ冷却器の冷気を貯蔵室へ吐出させることについては、双方共変わりない。実施例1では、空気の流動の速度が遅くなり、乱流状態が発生するものの、冷却器室及び貯蔵室の全体として見れば、冷却器室の空気は貯蔵室へ運ばれ、貯蔵室の空気は冷却器室に環流し、冷却器において熱交換が行われ、冷却能力が発揮されることになる。この実験において、冷却器入口と出口との温度(パイプ近傍温度)の差は、温度下降時において最大約10℃、安定時において約4℃であり、十分な熱交換が行われていた。
一方、冷却器への着霜については、比較例3では、冷却器の全体に着霜が認められたのに対して、実施例1では、ファンの背面側に着霜が少量認められたに止まった。比較例3では、貯蔵室46で温度が上昇した空気は、吸込口41を経て冷却器40へ至る。また、貯蔵室46内の空気の流動速度は、実施例1に比べて速く、空気の貯蔵室46内の滞留時間も実施例1に比べて短い。従って、比較例3における空気の流動は、貯蔵室46の水分を含んだ空気が、速い速度で、連続的に冷却器40へ運ばれるので、冷却器40への着霜を増大させる傾向にある。
これに対して、実施例1では比較例3に比べ、空気の流れが全体的に緩やかであり、貯蔵室10内の空気の滞留時間は比較例3に比べ長い。また、開口14から吐出された空気は、同じ開口14に吸引されるので、貯蔵室10内において、吐出流と吸引流とがぶつかり合って、合流する割合も高い。このため、水分を含んだ空気が貯蔵室10内において緩やかに滞留している間に、この水分が貯蔵室10内において凝固する作用も生じる。実施例1の着霜量が少ないのは、このことによるものであり、実施例1における空気の流動は、冷却器8への着霜を抑える傾向にある。合せて食材の乾燥を防ぐこともできる。
なお、実施例1において、仕切り板7のうち冷却器8の上部及び下部の二ケ所に相当する部分に、仕切り板7を貫通する長穴状のスリットを形成したものについても、実験確認を行なったが、開口14における空気の基本的な流動動作については、特に変化が見られなかった。
これは、以下のように考えられる。すなわち、実施例1は、前記のように、開口14における空気の流れは一方向ではなく、空気の流入と流出の双方があり、貯蔵室10への空気の吐出は比較例3の構成に比べ平均風速は緩やかである。冷却器室9内においても、このことは同様であり、冷却器8が配置されている部分では、空気の流れは一方向ではなく、しかもその流れも平均風速は緩やかである。このため、仕切り板17のうち、冷却器8と対向する部分又は冷却器8の上部及び下部の二ケ所にスリットを形成しても、貯蔵室10から冷却器室9へ空気が急激に流入することはなく、開口14における空気の流動動作も、特別な変化が発生しないものと考えられる。
スリットの有無によって、開口14における空気の基本的な流動動作には、変化はないが、冷却性能については、若干の変化が見られた。このため、スリットの有無やスリットの大きさによって、冷却性能の調整を図ることができ、設計の自由度も高めることができる。
図10に本発明の冷却装置の他の例を示す。
この例では、冷却室9の下部に冷却器8が収容され、冷却器8の上方にファン11が配置されている。このようにファン11を配置すれば、奥行き寸法を特別に大きくする必要がなく、小型化に有利である。更に、冷却器8とファン11との間を空気が流通する流路を構成する専用のダクトや、ファン11から吹出口へと空気を導く専用のダクト等の部品は設ける必要がなく、構造を簡素化でき、部品点数を減らすことができる。
本発明の冷却装置によれば、通常の冷気強制循環方式と比べて構造が簡単でありながら、同等の冷却性能を発揮することができる。しかも、冷却器への着霜量が少なく食材の乾燥を防ぐこともできる。本発明の冷却装置は、業務用、家庭用を問わず、冷蔵庫、冷凍庫、冷凍装置、自動販売機用冷却装置、保冷車、冷凍車など各種の用途の適用できる。また、本発明の冷却装置は小型化に有利であるので、特に家庭用の冷凍庫や冷凍冷蔵庫に適している。
本発明の冷却装置は、以上で例として挙げたの他に、様々な変形が可能である。例えば、図1及び図10に示した例では、貯蔵室10の内部は一つの室になっているが、貯蔵室10の内部を更に複数に区切り、冷凍室や冷蔵室などのそれぞれ温度条件が異なる室を設けることもできる。その場合、各室それぞれに対応させて、専用のファン及び開口を設ければ、各室の温度を独立して制御することが容易になる。また、上記の例では、冷却器を箱体の背面に配置しているが、側面に配置してもよく、背面及び側面に配置してもよい。上記の例では、開口14の形状を円形にしているが、開口14の径がファン11の径より大きくなっていれば他の形状でもよく、四角形や他の多角形あるいはこれらに近似する形状でもよい。
図1は、冷却装置の縦方向の断面図である。箱体は、本体1と扉5から構成されている。本体1は、外箱と内箱との間に断熱材4を充填することにより形成されている。扉5も同様に、扉パネル内に断熱材4を充填することにより形成されている。
箱体の内部は、仕切り板7によって、前面側の貯蔵室10と背面側の冷却器室9とに区画されている。冷却器室9内には冷却器8が収容されている。冷却器8は、背後の壁面から、冷却器8の厚さの1/8〜1/4程度の隙間を開けて配置されている。冷却器8は、この例では、フィンチューブ方式の冷却コイルである。冷却器8で熱交換された空気は、冷却器室9内に溜まる。冷却器8の前方にはファン11が配置されている。ファン11は、駆動用のモータの回転軸に取り付けられている。モータは、例えば、ブラケット(図示せず)を介して仕切り板7に取り付けることができる。
なお、冷却器8には、圧縮機、熱交換器、凝縮器等(図示せず)が配管を介して接続され、凝縮器から供給された冷媒が冷却器8の中で蒸発し、圧縮機に戻るようになっている。圧縮機は、例えば、本体1の背面側の下部に設けられた機械室(図示せず)に収容される。凝縮器は、例えば、本体1の断熱材4の中に埋め込まれる。
図2は、図1に示した冷却装置の正面図であり、扉5を外した状態において前面側から(図1の矢印Aの方向から)見た図である。仕切り板7には、円形の開口14が設けられている。開口14の径(寸法B)は、ファンの直径よりも大きく設計されている。
図3は、図1に示した冷却装置の水平方向の断面図である。ファン11は、羽根の厚み(寸法D)の一部が仕切り板7の厚み(寸法E)と重なるような位置、あるいは、羽根の最前部が仕切り板7の背面の延長面に僅かな隙間(寸法C)が開けて向かい合うような位置に配置される。ここで、上記の寸法Cの上限は、ファン11の直径をRとしたとき、0.2R程度である。
図4に、開口14の部分拡大図(正面図)を示す。この例では、開口14に、ファン11への人体や食品の接触を防止するための格子17が取り付けられている。
図5に、本発明に基づく冷却装置における、ファン11の周りでの空気の流れの状態を示す。また、比較のため、図6及び7に、仕切り板7あるいはファン11の配置を変えた場合における、ファン11の周りでの空気の流れを示す。ここで、図6(比較例1)では、仕切り板(7:図1)は冷却器(8、図1)の周囲のみに配置され、ファン11の近くには設けられていない。図7(比較例2)ではファン11は、開口14から前方に(即ち、貯蔵室10側に)突出した状態で配置されている。
図5に示したケースでは、ファン11の外周と開口14の間に、空気が流れる狭い流路が形成される。また、図5に示したケースでは、ファン11の周りに、後壁面と仕切り板7とで挟まれた空間が形成される。これに対して、図6に示したケースでは、ファン11の外周近傍に空気の流れを遮るものはない。
図5に示したケースでは、開口14の内周近傍において、貯蔵室10内の空気がファン11の吸引力により吸引されて、冷却器室9側に流れる。このため、開口14の前方において、冷却器室9から貯蔵室10に吹き出される流れと、貯蔵室10から冷却器室9に吸引される流れとの二方向の空気の流れが生じる。このように、限られた開口14において、二方向の流れが生じると、図5の中に破線で示したように、貯蔵室10に吹き出される吐出流と、冷却器室9に吸引される吸引流とがぶつかり合う現象が生じる。吐出流と吸引流とがぶつかりあうと、乱流状態が形成され、貯蔵室10への吐出流の流速が弱められる。即ち、図5に示したケースでは、開口14を介した空気の流出と流入との双方の作用によって、冷気の運動量に比べて貯蔵室10への吐出流の流速が弱められることになる。
図6に示したケース(比較例1)では、空気の流れは、吐出流と吸引流が明確に分離した状態になる。図7に示したケース(比較例2)では、ファン11を正転させた場合、ファン11の後方のみならず、ファン11の前方の貯蔵室10内の空気もファン11の回転により吸引され、ファン11の前方に吹き出されることになる。
次に、本発明に基づいて製作された冷却装置の性能確認試験の結果について、図4を用いて説明する。
実施例1では、貯蔵室10の内容積を405L(幅900mm、高さ750mm、奥行き600mm)とし、ファン11の直径を250mm、開口14の直径を350mm、仕切り板7の背面の延長面からのファン11の羽根の最前部までの距離(図3の寸法C)を0mmとした。また、入力電源はAC220V、60Hzとし、出力1500Wの圧縮機を用い、入力電源DC200V、出力40Wのファンモータを用いた。また、冷媒はR22とした。
実験では、この冷却装置を用いて、空気の流れを、煙りの動きやファン11の前方の格子17(図4)に取り付けられた帯状の小片によって観察した。また、比較のため、ファン11の周囲で、仕切り板を取り外した場合(比較例1、図6相当)についても、同様の観察を行った。
実施例1では、ファン11の回転領域30(図4)において、吐出流のみならず、吸引流も観察された。ファン11の外周と開口14の内周との間の領域31でも、吸引流と吐出流とが混在していた。この領域において、格子17に取り付けられた帯状の小片を観察したところ、小片の先端が前後に揺れる箇所が多く、吸引流か吐出流であるかを明確に確認できない部分も多かった。
これに対して、比較例1の場合には、ファン11の回転領域(図4の回転領域30に相当する領域)では吐出流が観察され、ファン11の外側では吸引流が観察され、これらは明確に区別することができた。
実施例1では、ファン11から前方に吹き出す空気の流れが観察されたが、比較例1の構成と比べると、吹き出しの強さは大幅に弱くなっていた。例えば、比較例1では、ファン11から強い勢いで空気が吹き出し、貯蔵室10の前面(扉部分)まで空気が流れていることが観察された。一方、実施例1では、貯蔵室の奥行き方向の略中央部までは、空気が吹き出していることが観察されたが、貯蔵室10の前面では、吹き出し方向の空気の流れは、明確には確認できなかった。
これらの実験結果から、実施例1では、開口14を介して空気の流出及び流入の双方の流れがあること、及び、貯蔵室10内へ吐出流の流速が比較的低いことが分かる。また、ファン11近傍の空気の流れは、比較例1では吐出流と吸引流が明確に区別できるのに対して、実施例1では、乱流状態の占める割合が大きいことが分かる。
実施例1の構成によれば、開口14を介して、貯蔵室10の空気と冷却器室9に溜まった空気とを入れ替えることができるので、冷却器8に溜まった空気を貯蔵室10内へ流動させ、且つ貯蔵室10で温度が上昇した空気を冷却器8に環流させることができる。このため、開口14とは別に専用の吸引口を設けていない構成であっても、冷却器8による熱交換が可能である。
なお、開口14の面積は、大き過ぎると図6のケースに近づき、吐出流の流速を弱める効果が失われ、一方、小さ過ぎると、開口14を介した冷却器室9への吸引流が減少する。従って、開口14の面積Sは、ファンの面積(ファン11が回転する円形領域の面積)の1.8倍以上2.5倍以下の範囲が適当である。即ち。開口14の面積Sは、ファン11の直径をRとしたとき、下記の式で規定される範囲に設定される。
1.8×π(R/2)2≦S≦2.5×π(R/2)2
実施例1では、ファン11の直径が250mm、ファンの面積が491000mm2、開口14の直径が350mm、開口14の面積Sが962000mm2であるので、開口の面積Sは、ファンの面積の1.96倍となっている。
なお、実施例1では、仕切り板7の背面からのファン11の最前部までの距離(図3のD寸法)を0mmとしたが、ファン11の羽根の大きさ(直径と厚み)に応じて冷却器室8の内側方向に0〜50mm程度としても良い。
次に、従来の冷気強制循環方式の冷凍庫と比較した結果について説明する。
図8に、比較のために用いた装置(比較例3)の垂直断面図を示す。図9に、図8の装置の開口部の部分拡大図を示す。
図8に示した装置の構成では、冷凍庫の内部は、仕切り板によって、背面側の冷却器室43と前面側の貯蔵室46に区画されている。冷却器室43内には、冷却器40が収容されている。冷却器40の前方には、ファン42が配置されている。ファン42の周囲は、ダクト44で取り囲まれている。冷凍器40の背面側に吸込口41が設けられている。貯蔵室46内の空気は、吸込口41から吸引され、ファン42によってダクト44に吸い込まれ、吐出口45から吐出される。
ファン11の直径は250mm、ダクト44の内径は270mmである。実施例1(図1〜図5)と比較例3とは、装置本体は同じものとしたので、貯蔵室容積は同じである。また、仕切り板の形状及び冷却器室内の配置以外の部分は共通であり、冷却器、ファン、ファンモータ、圧縮機等の冷却システムに係る部分も共通である。
実験の条件は、周囲温度20℃、相対湿度60%、貯蔵室内負荷を水量:10000g(2000gX5段)、水温16℃とした。
実施例1、比較例3のいずれの場合においても、約100分で約−20℃の安定状態に達した。このことから、実施例1、比較例3の冷却性能はほぼ同じであることが確認された。製造された氷の重量を比較したところ、実施例1では9976g、比較例3では9742gであった。
ここで、実施例1と比較例3とでは、流路の構成が異なっているが、冷却器に空気を環流させ冷却器の冷気を貯蔵室へ吐出させることについては、双方共変わりない。実施例1では、空気の流動の速度が遅くなり、乱流状態が発生するものの、冷却器室及び貯蔵室の全体として見れば、冷却器室の空気は貯蔵室へ運ばれ、貯蔵室の空気は冷却器室に環流し、冷却器において熱交換が行われ、冷却能力が発揮されることになる。この実験において、冷却器入口と出口との温度(パイプ近傍温度)の差は、温度下降時において最大約10℃、安定時において約4℃であり、十分な熱交換が行われていた。
一方、冷却器への着霜については、比較例3では、冷却器の全体に着霜が認められたのに対して、実施例1では、ファンの背面側に着霜が少量認められたに止まった。比較例3では、貯蔵室46で温度が上昇した空気は、吸込口41を経て冷却器40へ至る。また、貯蔵室46内の空気の流動速度は、実施例1に比べて速く、空気の貯蔵室46内の滞留時間も実施例1に比べて短い。従って、比較例3における空気の流動は、貯蔵室46の水分を含んだ空気が、速い速度で、連続的に冷却器40へ運ばれるので、冷却器40への着霜を増大させる傾向にある。
これに対して、実施例1では比較例3に比べ、空気の流れが全体的に緩やかであり、貯蔵室10内の空気の滞留時間は比較例3に比べ長い。また、開口14から吐出された空気は、同じ開口14に吸引されるので、貯蔵室10内において、吐出流と吸引流とがぶつかり合って、合流する割合も高い。このため、水分を含んだ空気が貯蔵室10内において緩やかに滞留している間に、この水分が貯蔵室10内において凝固する作用も生じる。実施例1の着霜量が少ないのは、このことによるものであり、実施例1における空気の流動は、冷却器8への着霜を抑える傾向にある。合せて食材の乾燥を防ぐこともできる。
なお、実施例1において、仕切り板7のうち冷却器8の上部及び下部の二ケ所に相当する部分に、仕切り板7を貫通する長穴状のスリットを形成したものについても、実験確認を行なったが、開口14における空気の基本的な流動動作については、特に変化が見られなかった。
これは、以下のように考えられる。すなわち、実施例1は、前記のように、開口14における空気の流れは一方向ではなく、空気の流入と流出の双方があり、貯蔵室10への空気の吐出は比較例3の構成に比べ平均風速は緩やかである。冷却器室9内においても、このことは同様であり、冷却器8が配置されている部分では、空気の流れは一方向ではなく、しかもその流れも平均風速は緩やかである。このため、仕切り板17のうち、冷却器8と対向する部分又は冷却器8の上部及び下部の二ケ所にスリットを形成しても、貯蔵室10から冷却器室9へ空気が急激に流入することはなく、開口14における空気の流動動作も、特別な変化が発生しないものと考えられる。
スリットの有無によって、開口14における空気の基本的な流動動作には、変化はないが、冷却性能については、若干の変化が見られた。このため、スリットの有無やスリットの大きさによって、冷却性能の調整を図ることができ、設計の自由度も高めることができる。
図10に本発明の冷却装置の他の例を示す。
この例では、冷却室9の下部に冷却器8が収容され、冷却器8の上方にファン11が配置されている。このようにファン11を配置すれば、奥行き寸法を特別に大きくする必要がなく、小型化に有利である。更に、冷却器8とファン11との間を空気が流通する流路を構成する専用のダクトや、ファン11から吹出口へと空気を導く専用のダクト等の部品は設ける必要がなく、構造を簡素化でき、部品点数を減らすことができる。
本発明の冷却装置によれば、通常の冷気強制循環方式と比べて構造が簡単でありながら、同等の冷却性能を発揮することができる。しかも、冷却器への着霜量が少なく食材の乾燥を防ぐこともできる。本発明の冷却装置は、業務用、家庭用を問わず、冷蔵庫、冷凍庫、冷凍装置、自動販売機用冷却装置、保冷車、冷凍車など各種の用途の適用できる。また、本発明の冷却装置は小型化に有利であるので、特に家庭用の冷凍庫や冷凍冷蔵庫に適している。
本発明の冷却装置は、以上で例として挙げたの他に、様々な変形が可能である。例えば、図1及び図10に示した例では、貯蔵室10の内部は一つの室になっているが、貯蔵室10の内部を更に複数に区切り、冷凍室や冷蔵室などのそれぞれ温度条件が異なる室を設けることもできる。その場合、各室それぞれに対応させて、専用のファン及び開口を設ければ、各室の温度を独立して制御することが容易になる。また、上記の例では、冷却器を箱体の背面に配置しているが、側面に配置してもよく、背面及び側面に配置してもよい。上記の例では、開口14の形状を円形にしているが、開口14の径がファン11の径より大きくなっていれば他の形状でもよく、四角形や他の多角形あるいはこれらに近似する形状でもよい。
Claims (4)
- 断熱部材で構成された箱体と、
空気を熱交換により冷却する冷却器と、
箱体の内部を、冷却器が収容される冷却器室と、被冷却物が収容される貯蔵室との二つの室に区画し、且つ、これら二つの室をつなぐ開口が形成された仕切り板と、
冷却器室内に配置され、冷却器で冷却された空気を前記開口を介して貯蔵室内に送り込むファンと、
を備えた冷却装置において、
前記開口は、前記ファンの直径よりも大きく、且つ、前記ファンの回転軸方向から見たとき、前記開口が前記ファンの外周を隙間を開けて取り囲むように配置され、
前記開口の面積Sは、前記ファンの直径をRとしたとき、
1.8×π(R/2)2≦S≦2.5×π(R/2)2
で規定され、
前記開口の貯蔵庫側の境界面と前記ファンの最前部との間の距離は、0以上、0.2R以下であることを特徴とする冷却装置。 - 前記ファンは、前記冷却器の上方に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の冷却装置。
- 前記仕切り板には、前記冷却器と対向する位置、または、前記冷却器の下側に当る位置にスリットが形成されていることを特徴とする請求項2に記載の冷却装置。
- 前記ファンと前記開口の組み合わせが、複数組設けられていることを特徴とする請求項1に記載の冷却装置。
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