JPWO2005124249A1 - 冷却装置 - Google Patents

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。

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。

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４９１０００ｍｍ^２、開口１４の直径が３５０ｍｍ、開口１４の面積Ｓが９６２０００ｍｍ^２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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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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