JP2008082580A - Freezer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、急速凍結、深温保存、恒温保持などについて高い性能が実現することが可能な冷凍庫に関する。 The present invention relates to a freezer capable of realizing high performance for quick freezing, deep temperature storage, constant temperature maintenance, and the like.
食品などを品質よく冷凍保存するには急速凍結、深温保存、恒温保持を行うことが求められる。 In order to store foods frozen in high quality, quick freezing, deep temperature storage, and constant temperature maintenance are required.
従来の冷凍庫としては食品を急速凍結する際に、貫通孔が設けられた蓄冷部材を介して冷気を冷凍室内に噴出させて、食品表面の伝熱境膜(温度境界層)を乱して食品と冷気との間の伝熱抵抗を低下させて凍結速度の向上を図る装置が開示されている(特許文献1、図1など)。 As a conventional freezer, when food is rapidly frozen, the air is blown into the freezer compartment through a cold storage member provided with a through hole to disturb the heat transfer boundary film (temperature boundary layer) on the food surface. An apparatus for improving the freezing rate by reducing the heat transfer resistance between the air and the cold is disclosed (Patent Document 1, FIG. 1, etc.).
食品を急速凍結するには、食品表面での食品と冷気との間の伝熱抵抗を低下させることが必要である。更に、それと同時に、食品に当てる冷気の温度を下げて、食品内部の凍結進行点と食品表面との間の温度差及び食品表面と冷風との間の温度差を大きくすることが効果的である。その結果、食品内部から食品表面への熱伝導と食品表面から冷風への熱伝達とが促進でき急速凍結が実現できる。
ところが、特許文献1の冷凍庫においては、冷凍室内の温度が−20℃程度に設定されており、その程度の温度では、厚さが30〜50mm程度の厚めの食品の場合に、食品内部の厚さ方向の温度勾配が小さくなり伝熱が充分に行われず、食品中心付近の凍結に時間がかかり、急速凍結は困難になる。 However, in the freezer of Patent Document 1, the temperature in the freezer compartment is set to about −20 ° C., and at that temperature, the thickness inside the food is about 30 to 50 mm thick. The temperature gradient in the vertical direction becomes small, heat transfer is not performed sufficiently, and it takes time to freeze around the food center, making rapid freezing difficult.
また、特許文献1の冷凍庫では、蓄冷部材としてアルミニウムブロックを用いているが、−20℃付近でのアルミニウムの比熱は0.9J/g・℃程度であって充分な吸熱が可能であるとは云えなかった。 Moreover, in the freezer of patent document 1, although the aluminum block is used as a cool storage member, the specific heat of aluminum in the vicinity of −20 ° C. is about 0.9 J / g · ° C., and sufficient heat absorption is possible. I couldn't say that.
例えば、1kgの−20℃のアルミニウムブロックが−16℃まで温度上昇する間に吸熱できる量は、0.9J/g・℃×1kg×4℃=3.6kJである。一方、急速凍結する食品として牛肉を例に考えると、その凍結潜熱は188J/gであり、150gの牛ステーキ肉2枚、合計300gを凍結するには、凍結潜熱だけでも188J/g×300g=56.4kJの熱を取り除かなければならない。その凍結潜熱の半分の28.2kJをアルミニウムブロックで−20℃から−16℃まで温度上昇させて吸熱するには、7.8kgものアルミニウムが必要であり、これでは、装置が大きく重くなると共に材料コストが高くなる。 For example, the amount of heat that can be absorbed while a 1 kg −20 ° C. aluminum block rises to −16 ° C. is 0.9 J / g · ° C. × 1 kg × 4 ° C. = 3.6 kJ. On the other hand, when beef is taken as an example of fast-frozen food, its freezing latent heat is 188 J / g. To freeze two pieces of 150 g of beef steak, a total of 300 g, only the freezing latent heat is 188 J / g × 300 g = The heat of 56.4 kJ must be removed. In order to absorb 28.2 kJ, half of the freezing latent heat, by increasing the temperature from -20 ° C to -16 ° C with an aluminum block, as much as 7.8kg of aluminum is required. Cost increases.
反対に、アルミニウムの量を減らすと、今度は凍結潜熱を短時間で吸熱するために、冷却能力の大きいヒートポンプ装置が必要になって、装置が大きく重くなり、部品コストが高くなる。 On the other hand, if the amount of aluminum is reduced, in order to absorb the latent heat of freezing in a short time, a heat pump device having a large cooling capacity is required, which makes the device large and heavy, and increases the component cost.
ところで、冷気の冷却はヒートポンプの吸熱部に設置された冷却器に冷気を循環・接触させることで行っているので、冷気中の水分が徐々に冷却器表面に氷となって付着して冷却能力が低下する。そこで、定期的に冷却器の温度を上昇させて付着した氷を溶解・除去させる霜取り運転を行っている。 By the way, the cooling of the cold air is performed by circulating and contacting the cold air to the cooler installed in the heat absorption part of the heat pump, so the moisture in the cold air gradually adheres to the cooler surface as ice and the cooling capacity Decreases. Therefore, a defrosting operation is periodically performed in which the temperature of the cooler is raised to melt and remove the attached ice.
しかしながら、霜取り運転を行うとその間の冷却はできなくなるので深温保存や恒温保持の実現が困難になる。 However, if defrosting operation is performed, cooling during that time cannot be performed, so that it is difficult to realize deep temperature storage and constant temperature maintenance.
本発明は、通常運転時はもちろん、霜取り運転時においても温度の低い冷気を大流量で連続的に噴出できる冷凍庫を提供することを解決すべき課題とする。 This invention makes it the subject which should be solved to provide the freezer which can eject cold air with low temperature continuously with a large flow rate not only at the time of normal operation but also at the time of defrosting operation.
上記課題を解決する本発明の冷凍庫は、−30℃以下に到達可能なヒートポンプと、前記ヒートポンプの吸熱部に設置された冷却器と、−30℃以下で且つ前記ヒートポンプにより到達可能な温度範囲内に、融点をもつ第1蓄冷部材と、第1被冷却物を収納する空間を内部に持つ第1収納室と、前記冷却器、前記第1蓄冷部材、前記第1収納室、そして前記冷却器の順に、冷気を循環する循環路と、前記循環路における、前記冷却器の下流側及び前記第1蓄冷部材の上流側の間と前記第1収納室の下流側及び前記冷却器の上流側の間とを接続することで、前記第1蓄冷部材及び前記第1収納室と、前記冷却器とを分離するバイパス手段と、前記バイパス手段により前記循環路が分離されているときに前記冷却器の温度を調節して霜取りを行う霜取り手段と、前記循環路内において前記冷気を循環させる循環用ファンと、を有することを特徴とする。 The freezer of the present invention that solves the above problems is a heat pump that can reach −30 ° C. or less, a cooler installed in the heat absorption part of the heat pump, and within a temperature range that can be reached by the heat pump at −30 ° C. or less. A first storage member having a melting point, a first storage chamber having a space for storing the first object to be cooled, the cooler, the first cool storage member, the first storage chamber, and the cooler. In this order, a circulation path for circulating the cool air, and between the downstream side of the cooler and the upstream side of the first cool storage member, the downstream side of the first storage chamber and the upstream side of the cooler in the circulation path. By connecting the first cool storage member and the first storage chamber, the bypass means for separating the cooler, and when the circulation path is separated by the bypass means, Defrost by adjusting the temperature Characterized in that it has means to take, and a circulation fan for circulating the cold air in the circulation path.
目的とする冷却温度近傍に融点を持つ蓄冷部材を採用することで、融解熱を利用して長時間、ほぼ一定温度の冷気を大量に供給することができる。つまり、蓄冷部材が融解するまでの間は第1収納室に同じ温度の冷気を供給することが可能になり、ヒートポンプを停止する霜取り運転時においても第1収納室内を極めて低い温度に保つことが可能になる。また、第1蓄冷部材を通過した冷気を第1収納室に導入しているので、通常運転時においても温度の安定性を高くできる。 By adopting a cold storage member having a melting point near the intended cooling temperature, it is possible to supply a large amount of cold air at a substantially constant temperature for a long time using the heat of fusion. That is, until the cool storage member is melted, it is possible to supply cold air of the same temperature to the first storage chamber, and it is possible to keep the first storage chamber at a very low temperature even during the defrosting operation in which the heat pump is stopped. It becomes possible. Further, since the cold air that has passed through the first cold storage member is introduced into the first storage chamber, the temperature stability can be increased even during normal operation.
また、第2被冷却物を収納する空間を内部に持つ第2収納室と、該第2収納室内又は該第2収納室より上流側の位置に配され該第1蓄冷部材よりも高い温度に融点をもつ第2蓄冷部材とを有し、前記第2収納室及び前記第2蓄冷部材は前記第1収納室に対して並列の位置で前記循環路に接続されている形態を採用することができる。特に、前記第2収納室及び前記第2蓄冷部材は、前記第1蓄冷部材及び前記第1収納室に対して並列の位置で前記循環路に接続されている形態を採用することが望ましい。そしてこの場合に、前記循環路は前記第1収納室と前記第2収納室との間で前記冷気の流れを切り替える循環路切替手段を持ち、前記ヒートポンプは、前記第1収納室及び前記第2収納室の間での前記循環路切替手段による前記冷気の流れの切替に伴って、前記冷却器の到達温度が適正になるように運転を切り替える。 A second storage chamber having a space for storing the second object to be cooled, and a temperature higher than the first cold storage member disposed in the second storage chamber or a position upstream of the second storage chamber; A second regenerator member having a melting point, wherein the second storage chamber and the second regenerator member are connected to the circulation path in parallel with the first storage chamber. it can. In particular, it is desirable that the second storage chamber and the second cold storage member be connected to the circulation path at a position parallel to the first cold storage member and the first storage chamber. In this case, the circulation path has circulation path switching means for switching the flow of the cold air between the first storage chamber and the second storage chamber, and the heat pump includes the first storage chamber and the second storage chamber. The operation is switched so that the temperature reached by the cooler becomes appropriate with the switching of the flow of the cool air by the circulation path switching means between the storage chambers.
更に、第2被冷却物を収納する空間を内部に持つ第2収納室と、該第2収納室内又は該第2収納室より上流側の位置に配され該第1蓄冷部材よりも高い温度に融点をもつ第2蓄冷部材とを有し、前記第2収納室及び前記第2蓄冷部材は前記第1収納室に対して下流側の位置で前記循環路に接続されている形態を採用することもできる。 Furthermore, the second storage chamber having a space for storing the second object to be cooled, and the second storage chamber or a position upstream of the second storage chamber and higher temperature than the first cold storage member. A second cold storage member having a melting point, and the second storage chamber and the second cold storage member are connected to the circulation path at a position downstream of the first storage chamber. You can also.
つまり、必要な数の収納室毎に異なる温度に対応する融点を持つ蓄冷部材をそれぞれ選択することでそれぞれの収納室における冷凍性能が向上できる。収納室は4種類以上であっても必要な温度毎に設けることが可能である。 That is, the refrigeration performance in each storage chamber can be improved by selecting each of the cold storage members having a melting point corresponding to a different temperature for each required number of storage chambers. Even if there are four or more types of storage chambers, they can be provided for each required temperature.
例えば、第3被冷却物を収納する空間を内部に持つ第3収納室と、該第3収納室内又は該第3収納室より上流側の位置に配され該第2蓄冷部材よりも高い温度に融点をもつ第3蓄冷部材とを有し、前記第3収納室及び前記第3蓄冷部材は、前記第2収納室に対して、並列の位置又は下流側の位置で前記循環路に接続されている形態を採用することができる。 For example, a third storage chamber having a space for storing a third object to be cooled, and a temperature higher than the second cold storage member disposed in the third storage chamber or at a position upstream of the third storage chamber. A third regenerator member having a melting point, and the third storage chamber and the third regenerator member are connected to the circulation path at a position parallel to or downstream of the second storage chamber. Can be adopted.
ここで、第1蓄冷部材及び/又は前記第2蓄冷部材は望む冷凍温度近傍に融点をもち、できるだけ大きな融解熱をもつ物質を適宜選択する。例えば、前記第1蓄冷部材は、エチレングリコール及び水の混合物、プロピレングリコール及び水の混合物、エタノール及び水の混合物、炭酸カリウム及び水の混合物、並びに、塩化カルシウム及び水の混合物のうちのいずれかであることが望ましい。そして、前記第3蓄冷部材は、エチレングリコール、並びに、塩化ナトリウム及び水の混合物のいずれかから選択することができる。 Here, as the first cold storage member and / or the second cold storage member, a material having a melting point near the desired freezing temperature and having as much heat of fusion as possible is appropriately selected. For example, the first regenerator member is any one of a mixture of ethylene glycol and water, a mixture of propylene glycol and water, a mixture of ethanol and water, a mixture of potassium carbonate and water, and a mixture of calcium chloride and water. It is desirable to be. The third cold storage member can be selected from ethylene glycol and a mixture of sodium chloride and water.
そしてまた、前記第1蓄冷部材、前記第2蓄冷部材及び/又は前記第3蓄冷部材は、外箱と、該外箱に接触し且つ該外箱の内部に配設される伝熱フィンとをもつ蓄冷部材収納ケースの内部に収納されることが望ましい。蓄冷部材に対して効果的に伝熱可能になって融解・凝固をむら無く進行できる。 In addition, the first cold storage member, the second cold storage member and / or the third cold storage member includes an outer box and heat transfer fins that are in contact with the outer box and disposed in the outer box. It is desirable to be housed in the cold storage member housing case. Heat can be effectively transferred to the cold storage member, and melting and solidification can proceed evenly.
本発明の冷凍庫は適正な蓄冷部材を選択することで大量の冷気を供給することが可能になり、従来技術よりも低コストで急速凍結が実現できる。また、蓄冷部材が融点を持つことから供給される冷気の温度変動を小さくすることが可能になり、霜取り運転時などの冷却器の充分な働きが期待できない場合でも収納室内部の高い恒温性が維持できる。 The freezer of the present invention can supply a large amount of cold air by selecting an appropriate cold storage member, and can realize quick freezing at a lower cost than the prior art. In addition, since the cold storage member has a melting point, it is possible to reduce the temperature fluctuation of the supplied cold air, and even if the cooler is not expected to function sufficiently during defrosting operation, the temperature inside the storage room is high. Can be maintained.
本実施形態の冷凍庫は従来の冷凍庫と比較すると必要な急速凍結能力に対して比較的小さい能力のヒートポンプで運転することが可能である。また、従来の冷凍庫と同程度又は大きな能力をもつヒートポンプを採用した場合には更に高い急速凍結能力を発揮させることが可能になる。 The freezer of this embodiment can be operated with a heat pump having a relatively small capacity relative to the required quick freezing capacity as compared with a conventional freezer. In addition, when a heat pump having the same or larger capacity as that of a conventional freezer is employed, a higher rapid freezing capacity can be exhibited.
(構成)
本実施形態の冷凍庫はヒートポンプと冷却器と第1蓄冷部材と第1収納室と循環路とバイパス手段と霜取り手段と循環用ファンとその他必要な手段とを有する。
(Constitution)
The freezer of this embodiment has a heat pump, a cooler, a first cool storage member, a first storage chamber, a circulation path, a bypass means, a defrosting means, a circulation fan, and other necessary means.
ヒートポンプは冷却器の温度が−30℃以下にまで到達可能な能力を持つ。その構成は特に限定しないが比較的小型で到達温度の低いパルス管冷凍機やスターリング冷凍機が望ましい。 The heat pump has the ability to reach the temperature of the cooler below -30 ° C. Although the structure is not particularly limited, a pulse tube refrigerator or a Stirling refrigerator having a relatively small size and a low ultimate temperature is desirable.
第1蓄冷部材は−30℃以下で且つ前記ヒートポンプにより到達可能な温度範囲内に、融点をもつ部材である。第1蓄冷部材は純物質でも混合物でも構わない。第1蓄冷部材が融解する際に大量の熱を吸収できる。 The first cold storage member is a member having a melting point within a temperature range of −30 ° C. or lower and reachable by the heat pump. The first cold storage member may be a pure substance or a mixture. A large amount of heat can be absorbed when the first cold storage member melts.
すなわち第1蓄冷部材はその融点近傍において大量の熱を吸収できる。従って、第1蓄冷部材の融点は到達・保持を望む使用温度近傍に設定することが望ましい。例えば、−30℃程度にて使用する冷凍庫の場合には−30℃近傍に、−40℃近傍において使用する冷凍庫の場合には−40℃近傍にといったように、使用する温度として設定された−50℃、−60℃、−70℃のそれぞれの温度の近傍に設定することが望ましい。そして、より望ましくは使用温度よりも数℃低い温度にその融点を設定することが望ましい。 That is, the first cold storage member can absorb a large amount of heat in the vicinity of the melting point. Therefore, it is desirable to set the melting point of the first cold storage member in the vicinity of the operating temperature at which it is desired to reach and maintain. For example, in the case of a freezer used at about −30 ° C., the temperature to be used is set to be around −30 ° C., and in the case of a freezer used near −40 ° C. It is desirable to set the temperature around 50 ° C, -60 ° C, and -70 ° C. It is more desirable to set the melting point to a temperature several degrees lower than the use temperature.
なお、第1蓄冷部材として混合物を採用する場合には融点に幅が生じることがあるが、幅が生じた融点の範囲が前述の第1蓄冷部材に求められる範囲に重なるものであれば充分であり、更には融点の範囲が前述の第1蓄冷部材に求められる範囲に含まれることが望ましい。 In addition, when adopting a mixture as the first cold storage member, the melting point may have a width, but it is sufficient if the range of the melting point where the width is generated overlaps the range required for the first cold storage member. Furthermore, it is desirable that the range of the melting point is included in the range required for the first cold storage member.
第1蓄冷部材としては融解熱が大きい物質を採用することが望ましい。具体的には、プロピレングリコール、エチレングリコール及び水の混合物、プロピレングリコール及び水の混合物、エタノール及び水の混合物、炭酸カリウム及び水の混合物、並びに、塩化カルシウム及び水の混合物、ギ酸及び水の混合物、酢酸及び水の混合物のうちのいずれかが例示でき、更にはこれらの任意の混合物が例示できる。 It is desirable to employ a material having a large heat of fusion as the first cold storage member. Specifically, a mixture of propylene glycol, ethylene glycol and water, a mixture of propylene glycol and water, a mixture of ethanol and water, a mixture of potassium carbonate and water, and a mixture of calcium chloride and water, a mixture of formic acid and water, Any of a mixture of acetic acid and water can be exemplified, and any mixture thereof can be exemplified.
例えば、エチレングリコールを70質量%含有する水溶液の融点は−65℃、プロピレングリコールを60質量%含有する水溶液の融点は−48℃、エタノールを70質量%含有する水溶液の融点は−55℃、炭酸カリウムを40質量%含有する水溶液の融点は−37℃、塩化カルシウムを30質量%含有する水溶液の融点は−55℃になる。そして、これらの混合比を変化させることで望む温度近傍に融点を変化することが可能である。 For example, the melting point of an aqueous solution containing 70% by mass of ethylene glycol is −65 ° C., the melting point of an aqueous solution containing 60% by mass of propylene glycol is −48 ° C., the melting point of an aqueous solution containing 70% by mass of ethanol is −55 ° C., The melting point of an aqueous solution containing 40% by mass of potassium is −37 ° C., and the melting point of an aqueous solution containing 30% by mass of calcium chloride is −55 ° C. And it is possible to change melting | fusing point to desired temperature vicinity by changing these mixing ratios.
第1蓄冷部材は何らかの容器(蓄冷部材収納ケース)内に収納して用いることができる。第1蓄冷部材を容器に収納した場合、その容器の壁を介して熱交換が行われる。従って、容器を構成する材料は熱伝導性に優れた材料(アルミニウム、銅などの金属)から構成することが望ましい。また、熱交換を効率的に進行させるために、容器の壁に伝熱フィンを形成して表面積を増加することができる。伝熱フィンを容器の外側に形成することで容器の外側を流れる気体(冷気)との間で効率的に熱交換を行うことができるようになり、伝熱フィンを容器の内側に形成することで第1蓄冷部材内での効率的な伝熱を行うことができるようになる。 The first cold storage member can be stored and used in some kind of container (cool storage member storage case). When the first cold storage member is housed in a container, heat exchange is performed through the wall of the container. Therefore, it is desirable that the material constituting the container is made of a material (metal such as aluminum or copper) having excellent thermal conductivity. Moreover, in order to advance heat exchange efficiently, a heat-transfer fin can be formed in the wall of a container and a surface area can be increased. By forming heat transfer fins on the outside of the container, heat exchange can be efficiently performed with the gas (cold air) flowing outside the container, and heat transfer fins are formed on the inside of the container. Thus, efficient heat transfer in the first cold storage member can be performed.
第1収納室は内部に被冷却物を収納する空間をもつ。第1収納室の壁は断熱材にて形成されることが望ましい。また、壁面に前述した第1蓄冷部材を配置してもよい。第1収納室の上下左右の壁には冷気を吹き出すことができる噴出口を形成することが望ましい。特に、被冷却物の上下方向から冷気を噴出できるように、底面及び天上面の双方に多数の噴出口を形成することが望ましい。第1収納室には内部の空間への被冷却物の出し入れを容易にするために扉を設けることができる。 The first storage chamber has a space for storing an object to be cooled. The wall of the first storage chamber is preferably formed of a heat insulating material. Moreover, you may arrange | position the 1st cool storage member mentioned above to the wall surface. It is desirable to form an outlet through which cool air can be blown out on the upper, lower, left and right walls of the first storage chamber. In particular, it is desirable to form a large number of jet outlets on both the bottom surface and the top surface so that cool air can be jetted from the vertical direction of the object to be cooled. A door can be provided in the first storage chamber in order to facilitate taking in and out of the object to be cooled in and out of the internal space.
循環路は冷却器、第1蓄冷部材、第1収納室、そして冷却器の順に、冷気を循環する流路である。循環路中における冷気の流れは循環用ファンにより形成される。循環用ファンは、循環路内において冷気を循環させるファンである。循環用ファンは循環路の状態にかかわらず(後述するバイパス手段により分離されているか否かにかかわらず)、循環路内において第1蓄冷部材から第1収納室の方向に冷気を流す形態が望ましい。例えば、冷却器と第1蓄冷部材との間などに配置することができる。 The circulation path is a flow path for circulating cold air in the order of the cooler, the first cold storage member, the first storage chamber, and the cooler. The flow of cool air in the circulation path is formed by a circulation fan. The circulation fan is a fan that circulates cold air in the circulation path. Regardless of the state of the circulation path (regardless of whether the circulation fan is separated by a bypass means described later), the circulation fan preferably has a mode in which cool air flows from the first cold storage member toward the first storage chamber in the circulation path. . For example, it can arrange | position between a cooler and a 1st cool storage member.
冷却器で冷やされた冷気は第1蓄冷部材を冷却する。第1蓄冷部材を冷却した冷気は第1収納室に流れていき、第1収納室の内部の空間及びその空間に配された被冷却物を冷却する。温度が上昇した冷気は再度、冷却器に戻される。 The cold air cooled by the cooler cools the first cold storage member. The cold air that has cooled the first cold storage member flows into the first storage chamber, and cools the space inside the first storage chamber and the object to be cooled disposed in the space. The cool air whose temperature has risen is returned to the cooler again.
循環路にはバイパス手段が設けられる。バイパス手段は、霜取り運転を行う目的で循環路の一部をバイパスするバイパス路によって、循環路を2以上に分離する手段である。バイパス手段を通じることにより分離された循環路はバイパス手段を閉じることで1つの流路を再度形成する。 A bypass means is provided in the circulation path. The bypass means is means for separating the circulation path into two or more by a bypass path that bypasses a part of the circulation path for the purpose of performing the defrosting operation. The circulation path separated by passing through the bypass means forms one flow path again by closing the bypass means.
具体的には、バイパス手段は、冷却器の下流側及び第1蓄冷部材の上流側の間と第1収納室の下流側及び冷却器の上流側の間とを接続することで、第1蓄冷部材及び第1収納室と、冷却器とを分離する手段である。バイパス手段としてはバイパス流路と電磁力などで作動して流路を切り替えるダンパとの組み合わせなどが採用できる。 Specifically, the bypass means connects the first cool storage unit between the downstream side of the cooler and the upstream side of the first cool storage member and the downstream side of the first storage chamber and the upstream side of the cooler. It is a means to isolate | separate a member and a 1st storage chamber, and a cooler. As the bypass means, a combination of a bypass flow path and a damper that is operated by an electromagnetic force and switches the flow path can be adopted.
霜取り手段はバイパス手段により循環路が分離されているときに冷却器の温度を調節して霜取りを行う手段である。具体的にはヒータなどで加熱したり、ヒートポンプの作動を停止したり、温風や外気を導入するなどを単独又は組み合わせて冷却器の温度を0℃以上に上昇させて、冷却器に付着した氷を融解・除去するものである。 The defrosting means is a means for adjusting the temperature of the cooler and defrosting when the circulation path is separated by the bypass means. Specifically, heating with a heater or the like, stopping the operation of the heat pump, introducing hot air or outside air, alone or in combination, etc., raised the temperature of the cooler to 0 ° C. or higher and adhered to the cooler. It melts and removes ice.
その他の手段としては第2収納室及び第2蓄冷部材の組み合わせ、第3収納室及び第3蓄冷部材の組み合わせを採用することできる。第2蓄冷部材及び第3蓄冷部材はそれぞれ第2収納室及び第3収納室内の使用温度に応じて選択される融点をもつ部材である以外は第1蓄冷部材と同様の物質を同様の選択基準で選択することができる。第2収納室は第1収納室よりも高い温度で使用され、第3収納室は第2収納室よりも高い温度で使用される。 As other means, a combination of the second storage chamber and the second cold storage member and a combination of the third storage chamber and the third cold storage member can be adopted. The second cold storage member and the third cold storage member are members having the same melting point as that of the first cold storage member except that the second cold storage member and the third cold storage member are members having melting points selected according to the operating temperatures in the second storage chamber and the third storage chamber, respectively. Can be selected. The second storage chamber is used at a higher temperature than the first storage chamber, and the third storage chamber is used at a higher temperature than the second storage chamber.
具体的には、第2収納室が−30℃程度で使用される場合には−30℃以下の温度に融点をもつ物質が第2蓄冷部材に採用され、第2収納室が−20℃程度で使用される場合には−20℃以下の温度に融点をもつ物質が第2蓄冷部材に採用されるといったように使用温度の近傍に融点が設定される。 Specifically, when the second storage chamber is used at about −30 ° C., a substance having a melting point at a temperature of −30 ° C. or lower is adopted as the second cold storage member, and the second storage chamber is about −20 ° C. Is used, the melting point is set in the vicinity of the working temperature such that a substance having a melting point at a temperature of −20 ° C. or lower is adopted for the second cold storage member.
ここで、被冷却物は必要とする冷凍温度、凍結速度などによって第1〜第3収納室を選択して収納される。例えば、長期保存を必要として急速凍結が必要な被冷却物は、急速凍結が可能な第1収納室に第1被冷却物として収納する。他の収納室についても同様に被冷却物に要求される冷凍条件に応じて選択される。 Here, the object to be cooled is stored by selecting the first to third storage chambers according to the required freezing temperature, freezing speed, and the like. For example, an object to be cooled that requires long-term storage and needs to be quickly frozen is stored as a first object to be cooled in a first storage chamber capable of rapid freezing. Similarly, the other storage chambers are selected according to the refrigeration conditions required for the object to be cooled.
ここで、本明細書にて使用する「第1〜第3被冷却物」とは被冷却物を収納する室である第1〜第3収納室に対応して区別するものであり、被冷却物の種類や数によって変化するものではない。例えば、第1収納室に収納している第1被冷却物であっても第2収納室に移し替えた場合には第2被冷却物と称するものであり、また、必要に応じてどのような被冷却物であっても収納することができる。 Here, the “first to third objects to be cooled” used in this specification are distinguished from the first to third storage chambers that are chambers for storing the objects to be cooled. It does not change with the type or number of objects. For example, even if the first object to be cooled stored in the first storage chamber is transferred to the second storage chamber, it is called the second object to be cooled. Even an object to be cooled can be stored.
第2蓄冷部材として望ましい物質は第1蓄冷部材と同様の物質が採用できる。第3蓄冷部材として望ましい物質は、エチレングリコール、プロピレングリコール、並びに、塩化ナトリウム及び水の混合物のいずれかである。例えば、エチレングリコールの融点は−13℃、プロピレングリコールの融点は−28℃、塩化ナトリウムの23質量%水溶液の融点は−21℃である。 As a material desirable as the second cold storage member, the same material as the first cold storage member can be adopted. A desirable material for the third cold storage member is any one of ethylene glycol, propylene glycol, and a mixture of sodium chloride and water. For example, the melting point of ethylene glycol is −13 ° C., the melting point of propylene glycol is −28 ° C., and the melting point of a 23 mass% aqueous solution of sodium chloride is −21 ° C.
第2収納室は第1収納室の下流側に設けることができるほか、第1収納室に対して並列に設けることもできる。第3収納室は第1収納室及び/又は第3収納室の下流側に設けることができるほか、第1収納室及び/又は第2収納室に対して並列に設けることもできる。 The second storage chamber can be provided on the downstream side of the first storage chamber, and can also be provided in parallel with the first storage chamber. The third storage chamber can be provided on the downstream side of the first storage chamber and / or the third storage chamber, and can also be provided in parallel with the first storage chamber and / or the second storage chamber.
第2収納室(第3収納室)を第1収納室(第1収納室及び/又は第2収納室)に対して並列に設けている場合は以下の構成を採用することもできる。まず、循環路は第1収納室と第2収納室との間で冷気の流れを切り替える循環路切替手段をもつことができる。そして、循環路切替手段が、第1収納室及び第2収納室の間での冷気の流れを切替に伴って、冷却器の到達温度が適正になるように、ヒートポンプの運転を切り替えることが望ましい。ヒートポンプの効率は冷却器の到達温度により変化するので適正な温度になるようにヒートポンプを制御することで高い効率が実現できる。 In the case where the second storage chamber (third storage chamber) is provided in parallel to the first storage chamber (first storage chamber and / or second storage chamber), the following configuration may be employed. First, the circulation path can have circulation path switching means for switching the flow of cold air between the first storage chamber and the second storage chamber. And it is desirable for the circulation path switching means to switch the operation of the heat pump so that the temperature reached by the cooler becomes appropriate with the switching of the flow of cold air between the first storage chamber and the second storage chamber. . Since the efficiency of the heat pump varies depending on the temperature reached by the cooler, high efficiency can be realized by controlling the heat pump so that the temperature becomes an appropriate temperature.
(作用効果)
本実施形態の冷凍庫は以上の構成を持つことから以下の作用効果を発揮する。
(Function and effect)
Since the freezer of this embodiment has the above composition, it demonstrates the following operation effects.
ヒートポンプを作動させて冷却器の温度を−30℃以下の目的の到達温度にまで冷却する。循環用ファンにより冷却器、第1蓄冷部材、第1収納室、そして冷却器に向けての循環する流れが循環路中に生成されているので、冷却器で冷却された冷気は第1蓄冷部材、そして第1収納室に到達して冷却する。第1蓄冷部材は凝固点以下に冷却されることで凝固する。凝固が終わった後は第1蓄冷部材が蓄冷しているので第1収納室内の温度の変動を小さくできる。 The heat pump is operated and the temperature of the cooler is cooled to a target temperature not higher than −30 ° C. Since the circulation fan generates the circulating flow toward the cooler, the first cool storage member, the first storage chamber, and the cooler, the cool air cooled by the cooler is the first cool storage member. Then, it reaches the first storage chamber and cools. The first cold storage member is solidified by being cooled below the freezing point. After the solidification is completed, the first cold storage member stores cold, so that the temperature fluctuation in the first storage chamber can be reduced.
具体的に説明すると、第1収納室内に被冷却物を入れることで温度が上昇した場合、温度が上昇した冷気を再度、目的とする温度にまで冷却するには冷却器だけでは充分でない場合もある。その場合に第1蓄冷部材により冷却の補助を行うことで温度の変動を小さくできる。 More specifically, when the temperature rises by putting an object to be cooled in the first storage chamber, the cooler alone may not be sufficient to cool the cold air whose temperature has risen again to the target temperature. is there. In that case, the temperature fluctuation can be reduced by assisting cooling by the first cold storage member.
第1蓄冷部材は凝固しているので全体が完全に融解するまでは融点に留まり、融点近傍の温度に冷気の温度を保つことができる。一般に物質の融解熱は物質の比熱よりも大きいので第1蓄冷部材が完全に融解するまでには大量の熱を吸収することができる。 Since the first cold storage member is solidified, it stays at the melting point until the whole is completely melted, and the temperature of the cold air can be maintained at a temperature near the melting point. In general, since the heat of fusion of a substance is greater than the specific heat of the substance, a large amount of heat can be absorbed before the first cold storage member is completely melted.
従って、低温になった冷気を被冷却物に大量に噴射することが可能になり、急速凍結や恒温保持の実現に寄与できる。 Therefore, it becomes possible to inject a large amount of cool air having a low temperature onto the object to be cooled, which can contribute to the realization of quick freezing and constant temperature holding.
また、必要な冷凍温度近傍に融点を持つ第2蓄冷部材を採用し、更に第2収納室を設けることで必要な冷凍温度を効率的に実現することができる。つまり、第2蓄冷部材が融解するときに融点近傍の温度に冷気の温度を保つことが可能になるからである。 Moreover, a required freezing temperature can be efficiently realized by adopting a second cold storage member having a melting point near the required freezing temperature and further providing a second storage chamber. That is, it is possible to keep the temperature of the cold air at a temperature near the melting point when the second cold storage member melts.
同様に融点の温度を選択した第3蓄冷部材を採用し、第3収納室を設けることで第3蓄冷部材の融点近傍における冷却能力が向上できる。以下、必要であれば第4、第5の蓄冷部材を採用することもできる。 Similarly, by adopting a third cold storage member having a selected melting point temperature and providing a third storage chamber, the cooling capacity in the vicinity of the melting point of the third cold storage member can be improved. Hereinafter, if necessary, the fourth and fifth cold storage members may be employed.
そして、冷凍庫の使用に従い、冷却器には雰囲気中の水分が付着して氷になる。氷が付着していると伝熱抵抗になるので、ある程度、氷が付着したら霜取りを行う必要がある。霜取りは冷却器の温度を0℃以上にする必要があるので、霜取り中にはヒートポンプによる冷却を行うことができない。本実施形態の冷凍庫ではバイパス手段により循環路の冷却器を分離することが可能になり、冷却器だけを0℃以上に昇温することができる。霜取り中は第1蓄冷部材(存在すれば第2蓄冷部材及び第3蓄冷部材も)により第1収納室内の温度を保つことが可能になるので、第1収納室における温度変化を最小限に抑えながら霜取りを行うことができる。 And according to use of a freezer, the water | moisture content in atmosphere adheres to a cooler and it becomes ice. If ice adheres, heat transfer resistance will occur, so if ice adheres to some extent, it is necessary to defrost. Since defrosting requires the temperature of the cooler to be 0 ° C. or higher, cooling with a heat pump cannot be performed during defrosting. In the freezer of this embodiment, it becomes possible to isolate | separate the cooler of a circulation path by a bypass means, and only a cooler can be heated up to 0 degreeC or more. During defrosting, the temperature of the first storage chamber can be maintained by the first cool storage member (and the second cool storage member and the third cool storage member, if present), so the temperature change in the first storage chamber is minimized. Defrosting can be performed.
第2収納室(第3収納室)を第1収納室(第1収納室及び/又は第2収納室)に対して並列に設けており、循環路切替手段により循環路が切り替えられている場合には第1収納室及び第2収納室(第3収納室)でそれぞれ異なる使用温度毎にヒートポンプを適正に運転することができる。つまり、第1蓄冷部材及び第1収納室、第2蓄冷部材及び第2収納室、そして第3蓄冷部材及び第3収納室の間で循環路を順次切り替えていくことで、それぞれの温度毎に効率が高くなる運転条件を選択することが可能になる。 When the second storage chamber (third storage chamber) is provided in parallel to the first storage chamber (first storage chamber and / or second storage chamber) and the circulation path is switched by the circulation path switching means In the first storage chamber and the second storage chamber (third storage chamber), the heat pump can be appropriately operated at different use temperatures. That is, by sequentially switching the circulation path between the first cold storage member and the first storage chamber, the second cold storage member and the second storage chamber, and the third cold storage member and the third storage chamber, for each temperature. It becomes possible to select an operating condition in which efficiency is high.
また、第1〜第3蓄冷部材は大量に吸熱可能なので、電力料金の低い深夜電力などを用いて第1〜第3蓄冷部材を凝固させて蓄冷し、電力料金が高い時間帯における保冷を第1〜第3蓄冷部材による吸熱で行うことで電気代の抑制や電力使用の平準化に寄与できる。 In addition, since the first to third cool storage members can absorb a large amount of heat, the first to third cool storage members are solidified by using midnight power with a low power charge, etc., and stored in a time zone where the power charge is high. By performing heat absorption by the first to third cold storage members, it is possible to contribute to the suppression of electricity costs and the leveling of power usage.
以下、本発明の冷凍庫を実施例に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, the freezer of this invention is demonstrated in detail based on an Example.
(実施例1:構成)
本実施例の冷凍庫は、図1及び2に示すように、ヒートポンプ10と冷却器11と第1蓄冷部材20と第1収納室と循環路42とバイパス手段と霜取り手段(図略)と循環用ファン58と制御回路(図略)とが筐体中に収納されている。
(Example 1: Configuration)
As shown in FIGS. 1 and 2, the freezer of this embodiment includes a
筐体は、前面が開口する箱状の内容器61と、それを収納する前面が開口する箱状の外箱62とをもつ筐体本体と、筐体本体の開口部に開閉自在に設けられた扉63とを有する。内容器61と外箱62との間には発泡ポリウレタン64や真空断熱材65などの断熱材が充填されている。扉63には筐体本体と同様に断熱材が充填されている。扉と筐体本体との間は、扉の内面の周囲に取り付けられたパッキン66により気密に保たれている。
The housing is provided so as to be openable and closable at a housing main body having a box-shaped
筐体は第1蓄冷部材20と共に第1収納室を区画する。すなわち、内容器61及び扉63により区画された筐体内部が、第1蓄冷部材20が封入された蓄冷容器21により区画されており、区画されたうちの前部分が第1収納室を形成する。第1蓄冷部材20は筐体内部の中央やや後方よりに天井部分から突設されている。
The housing defines the first storage chamber together with the first
筐体内部の後方部分にはヒートポンプ10の吸熱部に設置された冷却器11及び循環用ファン58が配置されている。循環用ファン58は筐体内部の後方から第1蓄冷部材20に向けて冷気を送っている。循環用ファン58の種類は特に限定されず、プロペラファン、シロッコファン、ターボファン等が用いられる。
A cooler 11 and a
筐体内部の後方部分は仕切板43にて区画された循環路が形成される。循環路は冷却器11、循環用ファン58、第1蓄冷部材20、筐体内部の前方部分、冷却器11の順に冷気が循環できるように形成される。そして、循環路における冷却器11の部分をバイパスするバイパス手段としてのバイパス流路53が形成されており、冷却器11を流れる側の流路に形成されたダンパ52とバイパス流路53に形成されたダンパ51とを交互に開閉することで循環路の流れを切り替えられる。ダンパ52を開けてダンパ51を閉めることで冷気が冷却器11を通過し、ダンパ51を開けてダンパ52を閉めることで冷気は冷却器11を通過せずに流れる。冷気を冷却器11を通過せずに流れるようにした状態で霜取りを行う。霜取り手段は冷却器11を0℃以上に加熱するヒータである。霜取り手段はダンパ51を開けてダンパ52を閉めて冷気が冷却器11を通過せずに流れる状態で作動させる。
A circulation path partitioned by a
第1蓄冷部材20は比表面積が大きくなるように厚みが薄い直方体型の蓄冷容器21(蓄冷部材収納ケース:外箱)内に封入されている。蓄冷容器21は厚みが広い面を筐体内部の前後方向に向けて配置されており、蓄冷容器21の表面に沿って冷気が流れるように循環路42を形成するように仕切板43が配置されている。
The first
蓄冷容器21の内部には第1蓄冷部材20との間の熱交換をむら無く速やかに行う目的で内部に伝熱フィン22が設けられている(図3)。ここで、蓄冷容器21には、冷気との間の熱交換を効率よく行う目的で、図4及び5に示すような容器の外側に突出する伝熱フィン23を設けることもできる。更に、図6に示すような内側に突出する伝熱フィン24を併せて設けることも可能である。
第1蓄冷部材20としてはエチレングリコールを70質量%と水を30質量%との混合物質が例示できる。この混合物質は−65℃に共融点を有し、融解熱は約70J/gである。被冷却物として、温度5℃に冷蔵された150gの牛ステーキ肉2枚、合計300gを凍結する場合を考えると、牛肉の凍結点は約−2℃であり、牛肉の凍結点以上での比熱は3.08J/g・℃、凍結潜熱は188J/gである。牛肉300gを5℃から−2℃に冷却するために取り除かなければならない熱量は、3.08J/g・℃×300g×7℃=6.5kJであり、牛肉300gを凍結するために取り除かなければならない熱量は、188J/g×300g=56.4kJであり、合計62.9kJの熱量を取り除かなければならない。この熱量は、エチレングリコールを70質量%と水を30質量%との混合物質約900gの融解で吸収可能である。
As the 1st
実用上は、第1蓄冷部材20の量として、この2倍程度の余裕を見込んで、2kg程度設置される。この質量での蓄冷容器21の大きさとしては、エチレングリコールを70質量%と水を30質量%との混合物質の密度が約1.1g/mLなので、例えば、縦300mm、横300mm、厚さ20mm程度のコンパクトなものになる。
Practically, the amount of the first
ヒートポンプ10はスターリング冷凍機又はパルス管冷凍機であり、低温熱交換器が納められている吸熱部が筐体の断熱材を介して循環路中に挿入されている。ヒートポンプ10の吸熱部には冷却器11が設置され、ヒートポンプ10の放熱部には放熱器12が設置される。冷却器11及び放熱器12はアルミニウム材や銅材などの熱伝導率が高い材料から形成されており、多数のフィンを有し、フィンの隙間を空気が流通できる部材である。
The
スターリング冷凍機は、耐圧容器の中に作動流体、例えばヘリウムを3.0MPaで封入し、耐圧容器の中心に配置されたシリンダ内の後方に、樹脂材質の円柱状のパワーピストンが往復動可能に配置され、パワーピストンの前方には、樹脂材質のディスプレーサが往復動可能に設置されている。 Stirling refrigerators have a working fluid, for example helium, sealed in a pressure vessel at 3.0 MPa, and a cylindrical power piston made of resin material can reciprocate behind the cylinder located in the center of the pressure vessel. A displacer made of a resin material is installed in front of the power piston so as to reciprocate.
パワーピストン上面とディスプレーサ下面との間の圧縮空間は、シリンダの側面の開口部、室温熱交換器、蓄冷器、低温熱交換器を経て、ディスプレーサ上面の膨張空間に連通されている。 A compression space between the upper surface of the power piston and the lower surface of the displacer is communicated with an expansion space on the upper surface of the displacer through an opening on the side surface of the cylinder, a room temperature heat exchanger, a regenerator, and a low temperature heat exchanger.
低温熱交換器を納めた吸熱部の周囲には、冷却器11が設置され、室温熱交換器を納めた放熱部の周囲には、放熱器12が設置される。パワーピストンは、ロッドを介して、耐圧容器に固定された板ばねによって支持されるとともに、コイルが巻回された円筒状の部材に接続される。コイルは、磁石とヨークで形成された隙間の磁場中に置かれ、コイルに交流を流すことで、前後方向に往復動し、接続されたパワーピストンが往復動される。
A cooler 11 is installed around the heat absorption unit containing the low-temperature heat exchanger, and a
ディスプレーサは、パワーピストンの中心を貫通するロッドを介して、耐圧容器に固定された板バネによって支持されおり、パワーピストンの往復動によって引き起こされる作動流体の圧力変動によって往復動する。ディスプレーサの固有振動数は、パワーピストンの固有振動数より大きく設定されており、ディスプレーサは、パワーピストンより90度程度の位相の進みをもって往復動する。 The displacer is supported by a leaf spring fixed to the pressure vessel via a rod penetrating the center of the power piston, and reciprocates due to pressure fluctuations of the working fluid caused by the reciprocation of the power piston. The natural frequency of the displacer is set larger than the natural frequency of the power piston, and the displacer reciprocates with a phase advance of about 90 degrees from the power piston.
このパワーピストンとディスプレーサの動きによって、圧縮空間で圧縮されて温度上昇した作動流体は、室温熱交換器へ放熱し、蓄冷器で冷却されながら膨張空間へ送られ、そこで膨張されて温度低下し、低温熱交換器から吸熱し、蓄冷器を冷却しながら圧縮空間に戻される。 By the movement of the power piston and the displacer, the working fluid that has been compressed in the compression space and raised in temperature dissipates heat to the room temperature heat exchanger, and is sent to the expansion space while being cooled by the regenerator, where it is expanded to lower the temperature, Heat is absorbed from the low-temperature heat exchanger and returned to the compression space while cooling the regenerator.
これが繰り返されることにより、吸熱部から放熱部への熱の汲み上げ(ヒートポンプ)が継続的に行われ、冷凍庫内の吸熱部に設置された冷却器11が冷却される。放熱部に汲み上げられた熱は、放熱部に設置された放熱器12を介して、放熱ファン14によって筐体後面下部の空気吸込口から取り込まれた空気に伝達され、その空気は、放熱ファン14によって筐体後面上部の空気排出口から排出される。
By repeating this, the pumping of heat from the heat absorption part to the heat radiation part (heat pump) is continuously performed, and the cooler 11 installed in the heat absorption part in the freezer is cooled. The heat pumped up by the heat radiating part is transmitted to the air taken in from the air suction port at the lower rear surface of the housing by the
パルス管冷凍機はスターリング冷凍機のディスプレーサを室温側に短縮して室温ディスプレーサとし、パルス管内の作動流体を介して、膨張空間の作動流体の変位を制御するものであり、室温ディスプレーサはパワーピストンに対して、60〜80度程度の位相の進みをもって往復動される。 The pulse tube refrigerator shortens the Stirling refrigerator's displacer to the room temperature side to form a room temperature displacer, and controls the displacement of the working fluid in the expansion space via the working fluid in the pulse tube. The room temperature displacer is a power piston. On the other hand, it is reciprocated with a phase advance of about 60 to 80 degrees.
このパワーピストンと室温ディスプレーサの動きによって、圧縮空間で圧縮されて温度上昇した作動流体は、室温熱交換器へ放熱し、蓄冷器で冷却されながら膨張空間へ送られ、そこで膨張されて温度低下し、低温熱交換器から吸熱し、蓄冷器を冷却しながら圧縮空間に戻される。これが繰り返されることにより、吸熱部から放熱部への熱の汲み上げ(ヒートポンプ)が継続的に行われ、冷凍庫内の吸熱部に設置された冷却器11が冷却される。パルス管の低温端には、パルス管内の一様な気体の往復流れを乱さないようにするための整流器が設置されている。パルス管冷凍機では、パルス管内の作動流体を介して膨張空間の作動流体の変位を制御しているため、スターリング冷凍機において存在するディスプレーサによる室温の圧縮空間から低温の膨張空間への熱伝導による伝熱が無く、冷凍庫内への熱侵入を小さく抑えることができる。 By the movement of the power piston and the room temperature displacer, the working fluid that has been compressed in the compression space and raised in temperature dissipates heat to the room temperature heat exchanger and is sent to the expansion space while being cooled by the regenerator, where it is expanded and the temperature drops. The heat is absorbed from the low-temperature heat exchanger and returned to the compression space while cooling the regenerator. By repeating this, the pumping of heat from the heat absorption part to the heat radiation part (heat pump) is continuously performed, and the cooler 11 installed in the heat absorption part in the freezer is cooled. A rectifier is installed at the low temperature end of the pulse tube so as not to disturb the uniform gas reciprocating flow in the pulse tube. In the pulse tube refrigerator, since the displacement of the working fluid in the expansion space is controlled via the working fluid in the pulse tube, heat transfer from the compression space at room temperature to the low temperature expansion space by the displacer present in the Stirling refrigerator. There is no heat transfer and heat penetration into the freezer can be kept small.
第1収納室の内部は仕切板31、32及び33によって複数の空間に区画されている。それぞれの空間における冷気の流れを制御することで適正な冷却性能を実現している。本実施例の冷凍庫では第1収納室が急速凍結室37と深冷保存室38とに区画されている。急速凍結室37は冷気が流通可能な仕切板31及び32にて区画されており、急速凍結を要する被冷却物に大量の冷気を流して急速凍結を行う。急速凍結室37に流入した冷気はそのまま深冷保存室38に流入するが、深冷保存室38における温度変化を抑制するためにダンパ35及びダンパ36が設けられている。
The interior of the first storage chamber is partitioned into a plurality of spaces by
ダンパ35は急速凍結室37から深冷保存室38にバイパスする流路44への入り口に形成されている。ダンパ36は深冷保存室38から冷却器11に至る流路45への入り口に形成されている。
The
通常は、急速凍結室37から深冷保存室38への流れを形成するようにダンパ35を閉じて急速凍結室37から流路44への冷気の流れを止め、ダンパ36を開けて急速凍結室37から深冷保存室38へ冷気が流れるようにする。
Normally, the
急速凍結を行う場合には、ダンパ35を開き、ダンパ36を閉じることで、急速凍結室37に流入した冷気が深冷保存室38には流れ込まず、そのまま冷却器11に戻る流路44を通過する。その結果、急速凍結室37で昇温した冷気が深冷保存室38に流入せず、温度の高い被冷却物を冷凍する場合に急速凍結と深冷保存室38の恒温保持とが両立できる。
In the case of performing quick freezing, the
冷凍庫内の状態を把握するために温度センサ(図略)をもつ。温度センサは急速凍結室37、深冷保存室38及び第1蓄冷部材20に配置されている。温度センサからの出力は制御回路に入力される。
A temperature sensor (not shown) is provided to grasp the state of the freezer. The temperature sensor is disposed in the quick freezing
冷凍庫の運転状況を外部に報知するインジケータや外部から運転状況を操作する操作パネル(図略)を有する。操作パネルは制御回路に接続され、操作パネルからの入力や操作パネルへの出力が制御されている。 It has an indicator for notifying the operation status of the freezer to the outside and an operation panel (not shown) for operating the operation status from the outside. The operation panel is connected to a control circuit to control input from the operation panel and output to the operation panel.
(作用効果:通常運転時)
ダンパ51を閉じ、ダンパ52を開けることで冷気が冷却器11を流れる循環路が形成される。循環用ファン58を作動させることで循環路中を冷気が循環する。ヒートポンプ10を運転することで冷却器11が冷却される。冷却器11に冷気が触れることで冷気が冷却される。冷却された冷気は蓄冷容器21に到達する。第1蓄冷部材20は、蓄冷容器21の外壁や冷却フィン23を介して冷却されて凝固する。第1蓄冷部材20が凝固したか否かは第1蓄冷部材20の温度が融点よりも所定温度だけ低くなった場合(例えば5℃程度低くなった場合)に凝固が完了したものと判断する。通常運転では第1蓄冷部材20が凝固するまでヒートポンプ10を高出力で運転させる。
(Function / Effect: Normal operation)
By closing the damper 51 and opening the
・急速凍結時:急速凍結室37に被冷却物が入れられ、操作パネル(図略)により急速凍結運転が選択された場合に、制御部はダンパ35を開け、ダンパ36を閉じた上で、循環用ファン58の回転数を上昇させて循環路を循環する冷気の量を増加させる。
-Quick freezing: When an object to be cooled is put in the quick freezing
冷気は冷却器11、循環用ファン58、蓄冷容器21、急速凍結室37、そして冷却器11の順に流れる。冷気の流れが増加するので冷却器11からの冷却能力が充分でなくなる場合も生じる。その場合でも、冷却器11によって充分に冷却できなかった冷気も蓄冷容器21の外壁に接触することで第1蓄冷部材20により吸熱されて充分低温の冷気とすることができる。第1蓄冷部材20は全体が完全に融解するまでは温度が上昇しないので長時間にわたって低温の冷気を供給することができる。
The cool air flows in the order of the cooler 11, the
急速凍結室37に配置した温度センサにより、急速凍結室37内の温度が充分に低下したことが検知された場合や、急速凍結室37に流入した冷気と流出する冷気との間の温度差が所定値以下になった場合に急速凍結室37内の被冷却物の急速凍結が終了したと判断し、急速凍結運転を止めて恒温保持運転に移行する。なお、急速凍結運転時においても深冷保存室38の温度が高い場合や高くなった場合には後述する恒温保持運転と同様の運転を行って深冷保存室38の温度が所定値以上にならないように制御することができる。
When the temperature sensor arranged in the quick freezing
実際の冷凍庫内の温度は以下のように例示できる。−60℃の大流量の冷気が、急速凍結室37内に噴出され、被冷却物から熱を奪う。被冷却物から熱を奪い、例えば、−40℃に温度上昇した冷気は開いたダンパ35(吸込口)から吸込ダクト44を通って冷却器11に戻される。
The actual temperature in the freezer can be exemplified as follows. Cold air with a large flow rate of −60 ° C. is ejected into the quick freezing
採用したヒートポンプ10の能力が後述する恒温保持運転を維持できる程度のものとすることでコストの低減を行っているので、−40℃にまで温度上昇した大量の冷気は、冷却器11のみでは−45℃程度にしか温度が下がりきらない場合もある。その場合に、循環用ファン58によって循環される冷気は充分に冷却されないまま、蓄冷容器21の外壁に到達する。
Since the cost of the
充分に冷却されていない大流量の冷気は、広い面積の蓄冷容器21の表面を流れながら、−65℃で融解する第1蓄冷部材20によって−60℃程度にまで冷却され、急速凍結室37内に噴出される。凝固した第1蓄冷部材20は、融解して液体に変化する際、すべて液体に変化するまで温度一定で吸熱する。そのために、ヒートポンプ10の冷却能力が小さくても、−60℃の冷気を、大流量で連続的に被冷却物に噴出させることが可能となり、被冷却物表面と内部の凍結進行点との温度差を大きくできる。その結果、被冷却物内部から表面への伝熱が促進され、被冷却物の形状、厚さを問わずに急速凍結が可能となる。
The large amount of cold air that has not been sufficiently cooled is cooled to about −60 ° C. by the first
図7は、急速凍結運転時の被冷却物表面付近の冷気及び内部の温度分布について、ブランクの平板凍結モデル(社団法人日本冷凍空調学会編、「食品関係者のための食品凍結技術」(2000年発行)37ページ参照)を用いたある現実的条件での計算結果を、模式的に示したものである。 FIG. 7 shows a blank flat plate freezing model (edited by the Japan Society of Refrigeration and Air Conditioning, “Food Freezing Technology for Food Related Persons” (2000). The calculation result under a certain realistic condition using “year issue” (see page 37) is schematically shown.
図7中の(a)は、冷気の温度が−20℃で冷気の噴出が弱い場合、(b)は、冷気の温度が−20℃で冷気の噴出が強い場合について、それぞれ比較のために示したものである。(a)は、冷気の噴出が弱いため温度境界層が乱されず、被冷却物表面の温度が高く、被冷却物内部での温度勾配が小さく急速凍結はできない。 (A) in FIG. 7 shows a case where the cold air temperature is −20 ° C. and the cold air jet is weak, and (b) shows a case where the cold air temperature is −20 ° C. and the cold air jet is strong for comparison. It is shown. In (a), the temperature boundary layer is not disturbed because the jet of cold air is weak, the surface temperature of the object to be cooled is high, the temperature gradient inside the object to be cooled is small, and quick freezing cannot be performed.
(b)は、特許文献1に記載の冷凍装置の場合であり、冷気の噴出が強く温度境界層が乱され、被冷却物表面の温度が下がり、内部での温度勾配も(a)に比べると大きくなる。しかし、被冷却物表面と凍結進行点との温度差は7℃に留まる。 (B) is a case of the refrigerating apparatus described in Patent Document 1, in which cold air is strongly ejected, the temperature boundary layer is disturbed, the temperature of the surface of the object to be cooled is lowered, and the temperature gradient inside is also compared with (a). And get bigger. However, the temperature difference between the surface of the object to be cooled and the freezing point remains at 7 ° C.
(c)は、本実施例の冷凍庫のものであり、冷気温度が−40℃で噴出が強い場合である。被冷却物表面と凍結進行点との温度差は14℃であり、(b)の場合の約2倍になり、被冷却物内部の伝熱量は(b)の場合の約2倍に増加し、被冷却物内部で発生する凍結潜熱が速やかに取り除かれ、急速凍結が行われる。更に(d)は冷気温度が−60℃で噴出が強い場合である。被冷却物表面と凍結進行点との温度差は22℃であり、(b)の場合の約3倍になり、被冷却物内部の伝熱量は(b)の場合の約3倍になり、更に速い急速凍結が実現できる。(b’)及び(d’)は食品の厚さが(b)及び(d)の場合の2倍になった場合の温度分布を示したものである。冷気温度が−20℃の(b’)の場合は、被冷却物内部の温度勾配が小さくなってしまうが、冷気温度が−60℃の(d’)の場合は、被冷却物の厚さが厚くなっても食品内部の温度勾配を大きく保つことができ、急速凍結が可能である。以上のように、温度の十分に低い冷気を大流量で継続的に急速凍結室37に噴出させることで、厚い被冷却物でも急速凍結が可能となる。
(C) is a thing of the freezer of a present Example, and is a case where cold air temperature is -40 degreeC and ejection is strong. The temperature difference between the surface of the object to be cooled and the freezing point is 14 ° C, which is about twice that of (b), and the amount of heat transfer inside the object to be cooled is about twice that of (b). The latent heat of freezing generated inside the object to be cooled is quickly removed and quick freezing is performed. Further, (d) shows a case where the cold air temperature is −60 ° C. and the ejection is strong. The temperature difference between the surface of the object to be cooled and the freezing point is 22 ° C., which is about 3 times that in (b), and the amount of heat transfer inside the object to be cooled is about 3 times that in (b). Furthermore, quick freezing can be realized. (B ') and (d') show the temperature distribution when the thickness of the food is twice that of (b) and (d). When the cold air temperature is −20 ° C. (b ′), the temperature gradient inside the object to be cooled becomes small, but when the cold air temperature is −60 ° C. (d ′), the thickness of the object to be cooled Even if it becomes thicker, the temperature gradient inside the food can be kept large, and quick freezing is possible. As described above, by rapidly ejecting cool air having a sufficiently low temperature into the quick freezing
・恒温保持運転:恒温保持運転は急速凍結室37及び深冷保存室38の温度の上昇を抑えて、恒温性を維持する運転である。
-Constant-temperature holding operation: The constant-temperature holding operation is an operation in which the temperature increase in the quick freezing
制御回路はダンパ35を閉じてダンパ36を開けることで、冷気は冷却器11、循環用ファン58、蓄冷容器21、急速凍結室37、深冷保存室38、そして冷却器11の順に流れる。急速凍結運転時と同様に冷却器11からの冷却能力が充分でなくなる場合も生じるが急速凍結運転時と同様に、蓄冷容器21に接触することで冷気が充分に冷却される。
The control circuit closes the
(作用効果:霜取り運転時)
ヒートポンプ10が運転されている場合は、ダンパ51が閉じられ、ダンパ52が開けられており、循環用ファン58によって冷気が冷却器11を通って循環する。ところで、冷却器11には、冷気の循環によって、食品などの被冷却物や環境からの水分が氷となって付着する。氷の付着量が多くなると、それが伝熱抵抗となり冷却能力が低下する。そこで、定期的に、例えば、1日に1回程度、冷却器11を0℃以上に昇温して、付着した氷を溶かす霜取り運転を行う。この霜取り運転時に、ダンパ52が閉じられ、ダンパ51が開けられることで、冷却器11を通らずに冷気が循環する。そのために冷却器11の温度が高くなっても第1収納室内には影響を与えない。霜取り運転中は冷却器11による冷気の冷却が不可能なので、蓄冷容器21内の第1蓄冷部材20への吸熱で冷気の温度を低くする。第1蓄冷部材20は前述したように、大量の熱を吸収可能なので、冷却器が霜取り中でも、第1収納室内の温度維持はもちろん、急速凍結運転についても可能である。従って、深温保存室38に保存している被冷却物の温度変動を低減可能であり、温度変動による品質劣化が防止できる。
(Function / Effect: During defrosting operation)
When the
(作用効果:夜間電力の利用)
図8は、本実施例の冷凍庫の夜間電力を利用した場合の運転方法の例を示したものである。縦軸における正の値は、第1収納室への熱負荷を表し、負の値は、第1収納室の冷却能力を表す。
(Function and effect: Use of nighttime power)
FIG. 8 shows an example of an operation method when the nighttime power of the freezer of this embodiment is used. A positive value on the vertical axis represents the heat load on the first storage chamber, and a negative value represents the cooling capacity of the first storage chamber.
第1収納室への熱負荷としては一日中ほぼ一定である静的負荷と使用条件により変化する動的負荷とがある。静的負荷には、断熱材を通しての外からの熱侵入や扉の霜付き防止のための加熱による負荷が例示できる。動的負荷としては、扉の開閉に伴う外からの熱侵入による扉開閉負荷、第1収納室内よりも温度の高い被冷却物を入れることによる深温冷却負荷、急速凍結運転による凍結潜熱等の急速凍結負荷、霜取運転でのヒータ負荷のような短時間に大きい冷却能力が要求される霜取り負荷等の動的負荷が例示できる。動的負荷は昼間に発生することが多く、また、短時間で大きい負荷である。 The heat load on the first storage room includes a static load that is substantially constant throughout the day and a dynamic load that changes depending on the use conditions. Examples of the static load include a load due to heating for preventing heat intrusion from outside through the heat insulating material and frosting of the door. Dynamic loads include door opening and closing load due to heat intrusion from outside when the door is opened and closed, deep cooling load by inserting an object to be cooled that is higher in temperature than the first storage room, latent heat of freezing by quick freezing operation, etc. A dynamic load such as a defrosting load that requires a large cooling capacity in a short time such as a quick freezing load and a heater load in a defrosting operation can be exemplified. The dynamic load often occurs in the daytime and is a large load in a short time.
ところで、現在、電力会社との契約により、例えば、夜の23時から翌朝の7時までの夜間は、昼間の3分の1の程度の電気料金で電力が使用可能である。夜の23時から翌朝の7時までの夜間電力料金適用時に30Wといった高い冷却能力でヒートポンプ10を運転し、第1蓄冷部材20の凝固を行い、昼間の動的負荷に対して、この第1蓄冷部材20の融解による吸熱で対応させる運転方法が考えられる。
By the way, according to a contract with an electric power company, for example, at night from 23:00 in the night to 7:00 in the next morning, electric power can be used at an electricity rate of about one third of the daytime. The
昼間においてはできるだけ電気の消費を抑制したいので、ヒートポンプ10は静的負荷とつりあう程度である10W程度の低い冷却能力で運転する。ただし、冷却器の霜取りを行う2時間程度はヒートポンプ10を停止する。
Since it is desired to suppress the consumption of electricity as much as possible during the daytime, the
例えば、ヒートポンプ10の冷却効率を1と仮定すると、夜の23時から翌朝の7時までの夜間の消費電力は30W、朝7時から夜21時までの消費電力は10Wとなる。例えば、昼間の電気料金を21円/kWh、夜間の電気料金を7円/kWhとして1日の電気料金を計算すると4円62銭となる。
For example, assuming that the cooling efficiency of the
一方、夜間電力契約をせずに、冷却器の霜取りを行う2時間程度以外、1日を通してヒートポンプ10を一定の冷却能力で運転した場合、冷却効率を1と仮定して計算すると、消費電力は17.3Wとなり、1日の電気料金は7円98銭となる。つまり、冷凍庫に必要な冷却負荷を時間的に移動することが可能になることで夜間電力の利用が可能になって、利用しない場合に対して、約58%の電気料金で冷凍庫を使用可能である。
On the other hand, if the
(変形例1:構成)
本変形例の冷凍庫は、図9に示すように、実施例1の急速凍結室37及び深温保存室38からなる−60℃の第1収納室37及び38に加えて、冷凍温度が−30℃である第2収納室39が下方に設置された冷凍庫である。第2収納室39に対応して融点が−30℃程度若しくはそれ以下である第2蓄冷部材26が封入された第2蓄冷容器27が設けられている。第2蓄冷部材26としては炭酸カリウムを40質量%含有する水溶液(融点−37℃)などが採用できる。第2収納室39に求められる冷凍温度は−30℃程度なので第2蓄冷部材26に求められる融点は−30℃から−40℃程度の−30℃からあまり離れない温度が望ましい。
(Modification 1: Configuration)
As shown in FIG. 9, the freezer of this modification has a freezing temperature of −30 in addition to the −60 ° C.
第1収納室37及び38と第2収納室39との間は断熱されており、それぞれに断熱性の扉63及び67が開閉自在に設けられている。冷却器11の下流側及び上流側にはそれぞれダクト開口部71、72が設けられており、ダクト開口部71はダクト開口部73に接続され、ダクト開口部72はダクト開口部74に接続される。
The
ダクト開口部73が開口する部位、循環用ファン59、第2蓄冷容器27、第2収納室39、ダクト開口部74が開口する部位、ダクト開口部72が開口する部位、冷却器11、ダクト開口部71が開口する部位、そしてダクト開口部73が開口する部位の順に循環する第2循環路が形成されている。
The part where the duct opening 73 opens, the
ダクト開口部73の下流側にはダンパ76が設けられ、また、ダクト開口部74が開口する部位及びダクト開口部73が開口する部位の間を連通させるバイパス流路77が形成され、バイパス流路77にはダンパ75が設けられている。
A
(作用効果)
ダンパ51及び76が開けられ、ダンパ52及び75が閉じられることで、冷却器11によって冷却された冷気は第2収納室39側に流れる第2循環路を流れることになる。その結果、第2蓄冷容器27に収納された第2蓄冷部材26を凝固させることになる。この場合に、ヒートポンプ10は−30℃〜−40℃程度の温度に到達すれば充分なので運転効率が向上できる。冷却器11によって冷却された冷気の流れが第2収納室39側に流れている場合には第1収納室37及び38側では第1蓄冷部材20による吸熱により冷却が継続できる。
(Function and effect)
When the
ダンパ51及び76が閉じられ、ダンパ52及び75が開けられることで、第1収納室37及び38については実施例1と同様の作用効果が実現できる。この場合に、第2収納室39においては第2蓄冷部材26による吸熱により冷却が継続できる。
Since the
各収納室37、38及び39について必要な温度にまで冷却できるように、及び/又は、急速凍結を行う場合など、順次ダンパ51、52、75及び76を適正に切り替えることで適正な冷凍性能を発揮することができる。
Appropriate refrigeration performance can be achieved by switching the
(変形例2)
本変形例の冷凍庫は、図10に示すように、変形例1に加えて、冷蔵温度が−2℃の冷蔵室である第3収納室88が第1収納室37及び38の上方に設けられた冷凍庫である。
(Modification 2)
As shown in FIG. 10, in the freezer of this modification, in addition to Modification 1, a third storage room 88, which is a refrigerating room having a refrigeration temperature of −2 ° C., is provided above the
第3収納室88に対応して融点が0〜20℃程度である第3蓄冷部材86が封入された第3蓄冷容器87が設けられている。第3蓄冷部材86としてはエチレングリコール(融点−13℃)などが採用できる。
Corresponding to the third storage chamber 88, there is provided a third cold storage container 87 in which a third
第1収納室37及び38と第3収納室88との間は断熱されており、第3収納室88には断熱性の扉89が開閉自在に設けられている。冷却器11の下流側及び上流側に設けられたダクト開口部71はダクト開口部81に接続され、ダクト開口部72はダクト開口部82に接続される。
The
ダクト開口部81が開口する部位、循環用ファン85、第3蓄冷容器87、第3収納室88、ダクト開口部82が開口する部位、ダクト開口部72が開口する部位、冷却器11、ダクト開口部71が開口する部位、そしてダクト開口部81が開口する部位の順に循環する第3循環路が形成されている。
The part where the duct opening 81 opens, the
ダクト開口部81の下流側にはダンパ83が設けられ、また、ダクト開口部81が開口する部位及びダクト開口部82が開口する部位の間を連通させるバイパス流路が形成され、バイパス流路にはダンパ84が設けられている。
A damper 83 is provided on the downstream side of the duct opening 81, and a bypass flow path is formed to communicate between a portion where the duct opening 81 opens and a portion where the
(作用効果)
ダンパ51、75及び83が開けられ、ダンパ52、76及び84が閉じられることで、冷却器11によって冷却された冷気は第3循環路を流れることになる。その結果、第3蓄冷容器87に収納された第3蓄冷部材86を凝固させることになる。この場合に、ヒートポンプ10は−20℃程度の温度に到達すれば充分なので運転効率が更に向上できる。
(Function and effect)
When the
冷却器11によって冷却された冷気の流れが第3収納室88側に流れている場合には第1収納室37及び38、並びに第2収納室39側では第1蓄冷部材20及び第2蓄冷部材26による吸熱により冷却が継続できる。
When the flow of the cool air cooled by the cooler 11 flows toward the third storage chamber 88, the
ダンパ51、76及び83が閉じられ、ダンパ52、75及び84が開けられることで、第1収納室37及び38については実施例1と同様の作用効果が実現できる。この場合に、第2収納室39及び第3収納室88においては第2蓄冷部材26及び第3蓄冷部材86による吸熱により冷却が継続できる。
By closing the
各収納室37、38、39及び88について必要な温度にまで冷却できるように、及び/又は、急速凍結を行う場合など、順次ダンパ51、52、75、76、83及び84を適正に切り替えることで適正な冷凍性能を発揮することができる。
The
11…冷却器
12…放熱器
20…第1蓄冷部材
21、27…蓄冷容器
22、23、24…冷却フィン
26…第2蓄冷部材
31、32、33、34、43…仕切板
35、36、51、52、75、76、83、84…ダンパ
58、59、85…循環用ファン
71、72、73、74、81、82…ダクト開口部
37、38、39、88…第1〜3収納室
61、62…筐体本体
63、64、67、68、89、90…扉
86…第3蓄冷部材
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記ヒートポンプの吸熱部に設置された冷却器と、
−30℃以下で且つ前記ヒートポンプにより到達可能な温度範囲内に、融点をもつ第1蓄冷部材と、
第1被冷却物を収納する空間を内部に持つ第1収納室と、
前記冷却器、前記第1蓄冷部材、前記第1収納室、そして前記冷却器の順に、冷気を循環する循環路と、
前記循環路における、前記冷却器の下流側及び前記第1蓄冷部材の上流側の間と前記第1収納室の下流側及び前記冷却器の上流側の間とを接続することで、前記第1蓄冷部材及び前記第1収納室と、前記冷却器とを分離するバイパス手段と、
前記バイパス手段により前記循環路が分離されているときに前記冷却器の温度を調節して霜取りを行う霜取り手段と、
前記循環路内において前記冷気を循環させる循環用ファンと、を有することを特徴とする冷凍庫。 A heat pump that can reach −30 ° C. or lower;
A cooler installed in the heat absorption part of the heat pump;
A first cold storage member having a melting point within a temperature range of −30 ° C. or lower and reachable by the heat pump;
A first storage chamber having a space for storing a first object to be cooled therein;
A circulation path for circulating cold air in the order of the cooler, the first cold storage member, the first storage chamber, and the cooler;
By connecting between the downstream side of the cooler and the upstream side of the first cool storage member and the downstream side of the first storage chamber and the upstream side of the cooler in the circulation path, A bypass means for separating the cold storage member and the first storage chamber from the cooler;
Defrosting means for adjusting the temperature of the cooler and defrosting when the circulation path is separated by the bypass means;
A freezer comprising a circulation fan for circulating the cold air in the circulation path.
前記第2収納室及び前記第2蓄冷部材は前記第1収納室に対して並列の位置で前記循環路に接続されている請求項1に記載の冷凍庫。 A second storage chamber having a space for storing a second object to be cooled, and a melting point at a temperature higher than that of the first cold storage member disposed at a position upstream of the second storage chamber or the second storage chamber. A second regenerator member having
The freezer according to claim 1, wherein the second storage chamber and the second cold storage member are connected to the circulation path at a position parallel to the first storage chamber.
前記ヒートポンプは、前記第1収納室及び前記第2収納室の間での前記循環路切替手段による前記冷気の流れの切替に伴って、前記冷却器の到達温度が適正になるように運転を切り替える請求項2又は3に記載の冷凍庫。 The circulation path has a circulation path switching means for switching the flow of the cold air between the first storage chamber and the second storage chamber,
The heat pump switches operation between the first storage chamber and the second storage chamber so that the temperature reached by the cooler becomes appropriate as the cooling air flow is switched by the circulation path switching means. The freezer according to claim 2 or 3.
前記第2収納室及び前記第2蓄冷部材は前記第1収納室に対して下流側の位置で前記循環路に接続されている請求項1に記載の冷凍庫。 A second storage chamber having a space for storing a second object to be cooled, and a melting point at a temperature higher than that of the first cold storage member disposed at a position upstream of the second storage chamber or the second storage chamber. A second regenerator member having
The freezer according to claim 1, wherein the second storage chamber and the second cold storage member are connected to the circulation path at a position downstream of the first storage chamber.
前記第3収納室及び前記第3蓄冷部材は、前記第2収納室に対して、並列の位置又は下流側の位置で前記循環路に接続されている請求項2〜6のいずれかに記載の冷凍庫。 A third storage chamber having a space for storing the third object to be cooled, and a melting point at a temperature higher than that of the second cold storage member disposed in the third storage chamber or at a position upstream of the third storage chamber. A third regenerator member having
The said 3rd storage chamber and the said 3rd cool storage member are connected to the said circulation path in the position of a parallel position or a downstream side with respect to the said 2nd storage chamber. freezer.
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