JP3771556B2 - 冷却装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、本発明者らの研究によれば、上記数値範囲の隙間では十分な冷却効果が得られず、また、それだけではなく、実用的な冷却装置を提供するためには、満足させるべき条件が存在することが見出された。即ち、上記従来の公報に記載の条件だけでは、実用レベルの冷却装置とするのには不可能または不十分であるという問題がある。
冷却器と冷却ファンとの間の隙間の前後方向の寸法をaとし、冷却ファンの直径をDとしたときに、a/D=1/2〜1/4に設定し、
前記冷却器とその後面側にある壁面との間の隙間の寸法を50mmよりも大きく設定し、
前記冷却ファンの回転数を調整することにより、前記冷却ファンの回転中心点から前方の100mm地点における圧力を振動又は脈動させることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、前記寸法aを変化させたときに、前記圧力振動又は圧力脈動に共振が発生するように、前記冷却ファンの回転数が調整されていることを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の前記冷却ファンの回転数を調整可能としたことを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項5記載の前記回転数が1200〜2100rpmであることを特徴とする。
請求項8記載の発明は、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の冷却器は、冷却室を挟んで対向してそれぞれ設けられ、対向する冷却器の前面にそれぞれ配置される冷却ファンは、互いに対向しないようにオフセットされて配置されることを特徴とする。
請求項10記載の発明は、請求項1ないし9のいずれか1項に記載のものにおいて、冷却ファンの回転は、北半球においては左回りに、南半球においては右回りに設定されることを特徴とする。
請求項11記載の発明は、前記圧力振動又は圧力脈動の周波数(Hz)の最大値、及び圧力相対振幅(T/P ave )の最大値はいずれもa/D=1/4付近に存在していることを特徴とする。
請求項12記載の発明は、前記冷却装置は、密閉室型冷却装置、被冷却物を螺旋状に搬送するコンベアを備えたスパイラル・フリーザー型冷却装置、又は被冷却物を水平方向に搬送するコンベアを備えたトンネル・フリーザー型冷却装置に適用できる。
図1は、本発明の第1実施形態による冷却装置の内部構造を表す断面図である。冷却装置10は、断熱壁体12によって包囲されて外部と断熱的に隔離された室内16を有しており、その室内16の一側面(前面)には、被冷却物を搬入出するための扉14が開閉自在に備えられている。
冷却ファン20の前方の室内16の空間部が冷却室22となる。室内16の両側面にはガイドレール23が形成され、ガイドレール23に沿って複数のトレー24が配設され、トレー24上に被冷却物が載置可能となっている。
本発明においては、冷却器18と冷却ファン20との間の前後方向の隙間を小さくするのではなく、所定の範囲に設定している。所定の範囲とは、冷却器18と冷却ファン20との間の隙間の前後方向の寸法をaとし、冷却ファン20の直径をDとしたときに、a/D=1/2〜1/4であり、この範囲が最も効果的である。
測定点において、圧力は振動または脈動している。a/Dとその圧力脈動の周波数fとの関係を測定した結果を図5に示す。脈動の周波数fは高ければ、被冷却物と周囲空気との間の境界面に滞留する可能性のある熱絶縁性の空気層を剥がして、被冷却物との熱交換率を高めることができ、高い冷却効果を得ることができる。図5の結果から、a/Dがある範囲で周波数を高めることができることがわかる。これは、冷却室22に発生する圧力脈動に、冷却ファン20と冷却器18との間の空間内で発生する冷却空気の反射が大きな影響を及ぼすものと推測され、a/D=1/4の付近で最大値即ち共振が発生していることがわかる。その空間の間隔aを適度なものとすることにより、適度な周波数を作り出すことができる。そのa/Dの範囲としては、a/D=1/4〜1/2の範囲で十分に満足できる周波数とすることができる。また、この範囲において、被冷却物に形成される氷結晶は、強制循環方式の場合に形成される氷結晶に比較して1/5〜1/10の大きさとなった。
尚、a/D=1/4より小さい場合には、前述のように、流れ(イ)が発生せず十分な熱交換ができず、冷却器18を通過する流れが発生して、冷却器18に着霜が発生することも実験によって確認された。
次に、図3(b)に示すように、冷却器18と冷却器18の後面側にある壁面26との間の距離Dbが50mmより小さいと、その隙間による絞り効果により、前記冷却器18の両側面18c、18c及び後面18bの3面を周回する流れ(ア)の流速が高くなり、好ましくない。図3(a)に示すように、距離Dbが50mm以上または50mmよりも大きいと、前記冷却器18の両側面及び後面の3面を周回する流れの流速が低くなり、好ましい。平均的な速度としては、1〜5m/min=0.0167〜0.0833m/secとなることが望ましい。
冷却ファン20の回転数によっても、冷却室22を流れる速度は当然に影響を受ける。従って、1)で検討した間隔aが十分に小さくできない場合には、冷却ファン20の回転数を調整することで対応することができる。そのために、冷却ファン20を駆動するモータをインバータ制御によって制御する。
こうして、上記a/D及びDbの好適な範囲においても、冷却ファンの回転数を調整することにより、より理想的な条件で冷却を行うことができる。
・冷却ファン20の数は、図1または図11に示したような冷却器当たり2個に限定されることはなく、図12に示すように、2個よりも多くすることができる。この場合に、冷却器18の前面を複数のブロックに分けて、その複数のブロックの中から千鳥に選択されたブロックに対応する前面に冷却ファン20を配置するとよい。
12 断熱壁体
16 室内
18 冷却器
20 冷却ファン
22 冷却室
24 トレー(載置台)
30 振動駆動部
Claims (12)
- 外部と断熱的に隔離された室内に冷却器を設け、冷却器の前面に冷却ファンを配設し、冷却ファンの前方の空間部を被冷却物の設置される冷却室とし、冷却ファンの後方にある冷却空気をファンにて吸引して冷却室に流動させる冷却装置において、
冷却器と冷却ファンとの間の隙間の前後方向の寸法をaとし、冷却ファンの直径をDとしたときに、a/D=1/2〜1/4に設定し、
前記冷却器とその後面側にある壁面との間の隙間の寸法を50mmよりも大きく設定し、
前記冷却ファンの回転数を調整することにより、前記冷却ファンの回転中心点から前方の100mm地点における圧力を振動又は脈動させることを特徴とする冷却装置。 - 前記100mm地点における平均圧力が10gf/cm 2 〜28gf/cm 2 の範囲である請求項1記載の冷却装置。
- 前記寸法aを変化させたときに、前記圧力振動又は圧力脈動に共振が発生するように、前記冷却ファンの回転数が調整されている請求項1又は2に記載の冷却装置。
- 前記冷却器の側面を制御板で覆って実質的に側面の冷却器内外の空気の出入りを阻止することを特徴とする請求項1記載の冷却装置。
- 前記冷却ファンの回転数を調整可能としたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 前記回転数は、1200〜2100rpmであることを特徴とする請求項5記載の冷却装置。
- 冷却室に配置され被冷却物を載置する載置台を振動させる振動駆動部を備えることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 冷却器は、冷却室を挟んで対向してそれぞれ設けられ、対向する冷却器の前面にそれぞれ配置される冷却ファンは、互いに対向しないようにオフセットされて配置されることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 冷却器の前面に配置される冷却ファンは、複数個であり、冷却器の前面を仮想的に複数のブロックに分けたときに千鳥に選択されたブロックに対応する前面に冷却ファンが配置されることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 冷却ファンの回転は、北半球においては左回りに、南半球においては右回りに設定されることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 前記圧力振動又は圧力脈動の周波数(Hz)の最大値、及び圧力相対振幅(T/P ave )の最大値はいずれもa/D=1/4付近に存在している請求項1ないし10のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 前記冷却装置は、密閉室型冷却装置、被冷却物を螺旋状に搬送するコンベアを備えたスパイラル・フリーザー型冷却装置、又は被冷却物を水平方向に搬送するコンベアを備えたトンネル・フリーザー型冷却装置である請求項1ないし11のいずれか1項に記載の冷却装置。
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