JP4482446B2 - 空気の流れを最適化したフードチラー - Google Patents

Description

発明の背景

本発明は、生鮮果物及び他の生鮮食料品を冷却（ｃｈｉｌｌｉｎｇ）するための装置、より詳しくはペルチェ効果熱電装置（Ｐｅｌｔｉｅｒ ｅｆｆｅｃｔ ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）を利用した、カウンタートップタイプのフルーツチラー（ｃｏｕｎｔｅｒｔｏｐ ｆｒｕｉｔ ｃｈｉｌｌｅｒ）の改良に関する。

よく知られているペルチェ効果によって機能する熱電装置は、長年、冷却/加熱装置として使用されてきた。このような熱電装置は、半導体の接合対を電気的には直列に、熱的には並列に接続し、配列して構成されている。半導体の接合対は、金属で被服された（ｍｅｔａｌｉｚｅｄ）セラミック基板にはさまれている。熱電装置に直流電流が直列に流れると、熱電装置は、低温側で熱が吸収されて冷却されるヒートポンプとして作用し、他方側では熱が放散する（ｄｉｓｓｉｐａｔｅｄ）。電流の向きを逆にすることにより、熱の流れる方向が逆になる。ヒートシンク及びコールドシンクを高温側及び低温側それぞれに取り付けることにより、熱電装置の効率を上げることができる。

ペルチェ効果装置は、食品の鮮度を保つための、あるいは食品を供するのに暖めるための冷却器及び／又は加熱器を提供するために長年利用されてきた。また、熱伝達を助けるために、強制空気対流を利用することも見い出され、よく知られている。典型的には、小型の電動ファンにより、コールドシンクを通過して、食品用の容器に入り、そして通過するように空気を循環させ、一方で、別のファンにより、ヒートシンクを横切って周囲の外気を移動させ、それから熱を放散させている。

生鮮果物及びその他の痛みやすい食料品用のチラーは当該技術の分野でよく知られているが、この種の装置の市場での成功には限界があった。市場で成功できないのには、多くの理由があるようだ。ひとつの理由は、ソリッドステート熱電モジュール（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｏｄｕｌｅｓ）のコスト及び熱伝達効率である。加えて、最大の冷却効率を達成するために冷気を循環させる必要があり、これがダクトシステムを複雑化させ、典型的には成形プラスチック材料で形成されている容器のコストを実質的に増加させることになる。長い空気循環ダクトシステムはまた、熱損失（ｈｅａｔ ｌｏｓｓ）と圧力低下（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ）を結果する。そして、そのいずれもが効率を低下させ、あるいは製造コストを増加させる。従来のフルーツチラーに伴う別の問題は、冷却される食物に冷気を供給（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）して行き渡らせることである。重要なのは、冷気の供給パターンを最適化し、食物容器領域に冷気がとどまる時間を最適化することである。

本発明によれば、生鮮果物又はその他の生鮮食料品用のチラーは、冷却空気の流れ（ｃｏｏｌｉｎｇ ａｉｒ ｆｌｏｗ）、したがって熱伝達効率を、製造コストも安価で比較的小型の熱電モジュールが使用できる容器構造を用いて、最適化する構成を利用している。米国特許第５，４４８，１０９号に開示されているような、効率を向上させた熱電モジュールは、特に本発明のフルーツチラーに利用するのに適している。

最も広い局面では、本発明のフードチラーは、コールドシンク及びその向かい側のヒートシンクにはさまれたペルチェ効果熱電モジュールを設けるためのベースハウジングを備えている。このハウジングはまた、ダクトシステムを形成し、このダクトシステムは、コールドシンクと熱伝達連絡する冷気供給ダクト、戻り空気ダクト（ｒｅｔｕｒｎ ａｉｒ ｄｕｃｔ）、及び冷却ダクトシステムに空気を循環させる冷却ダクトシステム内の冷気循環ファンとを備えている。

食品容器部は、ベースハウジングに隣接していて、収容側壁を備え、食品を取り出すために、取り外し可能な又は開放可能なカバーを有している。この食品容器部は、ダクトシステムと連通する複数の入り口及び出口孔（ｉｎｌｅｔ ａｎｄ ｏｕｔｌｅｔ ｈｏｌｅｓ）を内部に有している。この入り口及び出口孔は、空気の流れを最適にするように設計されている。

一実施の態様では、これらの孔は、冷たい空気流が循環渦巻きパターン（ｓｗｉｒｌｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎ）を描くように、方向付けされている（ｏｒｉｅｎｔｅｄ）。空気流の渦巻き移動は、冷気が収容された食物と接触する時間を最長にし、したがって冷却効率を改善するのに役立つ。

別の実施の態様では、戻り空気ダクトから離れるように空気流を向けるために、したがって、空気が循環される食品容器領域内での時間を長くするように、冷気開口が方向付けされている。空気流を最適化する別のパターンもまた可能であるから、設計はこれらの構成に制限されるものではない。本発明の目的は、製造コストを最小にしつつ、空気流を最適にすることである。

総合的な一実施の態様では、熱電装置及びダクトシステムを備えたハウジングは、食品容器部分と分離が可能である。この実施の態様では、洗浄のために食品容器部分を簡単に取り外すことができるが、ハウジングと食品容器の接続部（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）で重複する壁（ｒｅｄｕｎｄａｎｔ ｗａｌｌ）が必要である。

ベースの上部には、食品容器の底部の孔とぴったり並ぶ（ｌｉｎｅ ｕｐ）孔を設けることができる。空気流が食品容器へ流れ込む率を制御するために、食品容器をベースに対して相対的に回転させることができ、そうすることにより、食品容器の空気流の孔を部分的に塞ぐことができる。

別の総合的な実施の態様では、熱電装置及びダクトシステを備えたハウジングは、食品容器部分と一体であり、したがって、単一の壁が２つの区画を分けるのに必要となる。この方法は、必要な構成部品数を最小限にすることにより、製造コストを最小に抑える。

食品容器部分は、通常は、取り外し可能な又は開放可能なカバーで閉じられていて、冷却空気が連続的に再循環（ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｅｄ）するようになっている。しかしながら、一実施の態様では、周囲外気供給導管（ｏｕｔｓｉｄｅ ａｍｂｉｅｎｔ ａｉｒ ｓｕｐｐｌｙ ｃｏｎｄｕｉｔ）が、冷却ダクトシステムと連通していて、この周囲外気供給導管は、エチレンガス及び果物の熟成に伴う他の副産物を冷却ダクトシステムから一掃する一助とするために、外側空気の流れを制御して導くメータリング装置（ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）を有している。このメータリング装置は、ファンの上流でダクトシステムに接続された小径のチューブを備えることができる。

別の総合的な実施の態様では、熱電装置を備えたハウジングは、また、ダクトシステムの一部を構成するタワーを有している。このタワーの頂部の入り口空気孔は再循環された冷気を食品容器の頂部まで確実に流すように機能する。ダクトの長さを短く維持するために、空気流出孔はタワーの基部近くに配置されている。この空気流出孔は、流出空気が食品容器周囲に向かう方向となるように方向付けられている。

容器内部の温度の維持を補助するために、取り外し可能な絶縁スリーブ（ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｓｌｅｅｖｅ）を容器に挿入することができる。このスリーブは、収容側壁の内側に対応する形状をしている。取り外し可能なカバーもまた、絶縁ライナー（ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｌｉｎｅｒ）を有することができる。

隔壁をさまざまな配置で容器内に設け、区画の冷却空気の流れを変化させることにより、容器を異なる温度区画に分割することができる。このような隔壁は、容器底壁から上方へ延びるように垂直に配置されてもよく、あるいは、水平に配置され、例えばセントラルタワー又は容器側壁に取り付けられてもよい。

本発明のフルーツチラーの概略的な構成を示す斜視図である。 図１に示されたフルーツチラーの縦断面図である。 フルーツチラーを半分に切った斜視図であり、内部の構成要素を示すための図である。 食品容器及びカバーを取り外した図３の斜視図である。 図２の断面の詳細図である。 カバーを取り外したフルーツチラーの平面図である。 図６の６Ａ−６Ａ線で切った断面詳細図である。 カバーを取り外したフルーツチラーの平面図であり、本発明の別の実施の形態を示す図である。 図７のフルーツチラーの縦断面詳細図である。 フルーツチラーの縦断面図であり、本発明の別の実施の形態を示す図である。 フルーツチラーを半分に切った斜視図であり、別の実施の形態の内部の構成要素を示す図である。 図１０に示されたフルーツチラーの縦断面図である。 フルーツチラーの縦断面図であり、本発明の別の実施の形態を示す図である。

好ましい実施の形態の詳細な説明

図１には、本発明の一実施の形態によるフルーツチラー１４が示されている。このフルーツチラーは、このチラーを水平面上に支持するための支持ベースを備えている。このベース内には、冷却システムのさまざまな構成部品を収容するためのスペースが設けられているが、それについてはここで詳しく説明される。取り外し可能な容器２は、ベース１上に設置されている。カバー３が取り外し可能なので、保存されている食品に手が届くようになっている。容器２内には、容器内に冷気の流れを供給する（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ）ための複数の入り口孔４が設けられている。中央に設けられた出口孔５は、空気の戻り流路を提供している。空気は孔５を通過するとただちに、再び冷却されて、孔４を通って放出される。好ましい実施の形態はこうだが、空気の流れを逆にすること、したがって、孔５を放出ポートとし、孔４を入り口空気ポートとして使用することもまた、可能である。ベース１、容器２及び取り外し可能なカバー３は、いずれもプラスチック材料で射出成形によって形成することができる。ベース１は不透明、容器２及びカバー３は透明であることが好ましい。

また、図２及び図５を参照すると、ベース１は、脚部１５に適切に支持されていて、ベースの下に周囲冷却空気の流入用の開放空間を構成している。ベース１の下側内部は、概略的にはベース側壁１７及びベースバッフルプレート１３によって画成された、実質的に開放している周囲空気チャンバ１６を構成している。

容器２及びそこに収容されている食料品は、周知のペルチェ効果を利用している熱電モジュール（ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｏｄｕｌｅ）１２で冷却される。熱電モジュール１２は、ベースバッフルプレート１３に取り付けられ、バッフルプレート１３の平面内でほぼ水平に配置されている。直流電流をモジュールに流すことによって、熱は一方の面（この場合は１２の上側）で吸収され、これを冷却する。モジュールの他方の面（この場合は１２の下側）では、熱が放散し、これを加熱する。従来技術でも周知であるが、コールドシンク（ｃｏｌｄ ｓｉｎｋ）１０が、モジュールの上側面に、ヒートシンク（ｈｅａｔ ｓｉｎｋ）１１が、モジュールの下側面に取り付けられている。コールドシンク１０は、典型的にはアルミニウム製で、ベースプレート（ｂａｓｅ ｐｌａｔｅ）１８及び狭い間隔で配置された一連のフィン１９を有している。同様に、ヒートシンク１１は、アルミニウムベースプレート２０及び一体型の狭い間隔で配置されたフィン２１を有している。熱電モジュール１２の作動によって排出された熱は、ヒートシンク１１で周囲空気チャンバ１６の周囲空気の流れにより放散する。

ベース１の上側壁７は、容器２の下側壁６を支持している。容器の孔４は、ベース上側壁７の円弧状スロット２２と流体連通し、容器の孔５は、ベース上側壁７の孔２３と流体連通している。上側ベース壁７とベースバッフル１３の間のスペース８は、孔４とスロット２２、及び孔５と孔２３を介して容器内部２４と流体連通するダクトシステムを構成している。ファン９は、孔５及び孔２３を介して空気を吸い込む。ファン９の下部からその空気が排出されると、その空気はコールドシンク１０に沿って通過し、ダクトシステム８に入り、スロット２２及び４を経由して再び容器内部２４に入る。このように、容器内部２４の中の空気は、再循環（ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｅｄ）されて、冷却される。

別の実施の形態では、容器内部２４への冷却された空気の流れ込みが調整される（ｍｏｄｕｌａｔｅｄ）。ベース上側壁７と下側容器壁６がほぼ円形のチラー構成では、ベース上側壁７の円弧状スロット２２は、容器の下側壁６の孔と正確に整列する（ａｌｉｇｎ ｄｉｒｅｃｔｌｙ）寸法及び間隔を有して円形状に配列（ｃｉｒｃｕｌａｒ ａｒｒａｙ）された孔に置き換えてもよい。ベース上側壁７の孔と、容器下側壁６の孔が完全に整列（ａｌｉｇｎｅｄ）していると、空気の流れ全てが容器内に向かう。しかしながら、容器がベースに対してやや相対的に回転していると、部分的に配列（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を塞ぎ、その結果、流れ込む空気を減らすことになる。

容器２の孔４は、冷却された空気の流れが最適となるような形状となっている。図６に示されている一実施の形態では、孔４は、流出する冷却された空気が時計と逆方向の渦巻き（ｓｗｉｒｌ）パターンを生じさせるように方向付けられている（ｏｒｉｅｎｔｅｄ）。この渦巻きパターンは、冷却された空気が果物にあたる時間を延ばす傾向にあるので、冷却効率を上げることになる。

図７に示されている別の実施の形態では、孔２５は、冷却された空気が孔５から離れる方向に流出するように強制され、したがって、容器内部２４に冷却された空気がとどまる時間が長くなる、といったように方向付けられている。図８は、外方に方向付けされた孔２５の断面を図示している。

他の適切な形態もまた可能であるので、本発明は上気した孔の２つの方向付けに限られるものではない。

コストを削減するための別の実施の形態では、容器２がベース１から取り外せない（ｎｏｔ ｒｅｍｏｖａｂｌｅ）ようになっている。容器２の底部はベース１の上側壁と共通となっている。図９はこの別の構成のフルーツチラーの縦断面を示している。壁２６は、容器内部２４及びダクトシステム８に共用されている。冷却された空気は、入り口孔２７を介してチャンバ２４内に供給され、孔２８を介してダクトシステム８に戻る。孔２７は、空気が容器内部２４に最適に流れ込むように方向付けられている。

図９の実施の形態の変形例では、共通壁２６は、ベースから分離可能な容器２の一部として形成されている。したがって、容器がベースから持ち上げられると、ダクトシステムが開放される。この実施の形態の一変形例では、流出した空気の容器からダクトシステムへの戻りは、容器底部壁２６の中央の孔２８を介する。この孔２８は、ファン９のハウジングの一部を形成する小さい円形プレートに設けてもよい。この後者の構成では、容器底部の壁に、容器がベース上に配置されたときに、この小さい円形プレートを取り囲む、中心の円形開口が設けられる。

図１０及び１１に示されている他の実施の形態では、タワー３１がベースハウジング１の一部として一体的に設けられている。空気入り口孔５はタワー３１の頂部に設けられている。出口孔４は、食品容器２の底部壁に設けられていて、流出する冷気が上方外側に食品容器２の内周（ｐｅｒｉｐｈｅｒｙ）に向かうように方向付けられている。この総合的な実施の形態によって、冷気を食品容器領域２４の頂部まで確実に循環させることができ、しかも、孔４の最適化された形状及び配置で、ダクトの長さを短く維持できる。孔４を介して空気を受け入れるダクトシステム８の戻り部分は、中間隔壁３２によって短くすることが好ましい。

果物の熟成が進むと、エチレンガス及び他の有機分解の副産物を発生することが知られている。容器内部２４内の再循環している冷却空気を規則的に又は定期的に入れ替えることによって、これらのガスを排出することが好ましいと思われる。特に図１２を参照すると、小径のメータリングチューブを有する周囲空気導管２９が、ベースの側壁からダクトシステム８に延びていて、ここでは、コールドシンクファン９により、周囲外気が少量吸い込まれて流れ込み、循環している冷却空気と混合される。図に示されているように、周囲空気導管２９は、ファン９への入口のすぐ上流で、ダクトシステム８内に開口している。しかしながら、この導管は、ここの他の場所でダクトシステムに接続できる、と考えられている。導管２９の入口側で、オプションのピンチバルブ又はメータリングバルブ３０を用いて周囲空気の流入を調整してもよい。エチレン及び他のガス副産物に対応する排出を提供するために、容器２及びカバー３の間で少量のリークを許容することが好ましいが、手動調節式のベントスロットも利用できる。このスロットは、容器壁２又はカバー３のいずれかに設けることができる。

前述のように、熱電モジュール１２は、通常、上側面が冷たく、下側面が熱くなるように構成される。熱電モジュールに供給される電流の極性を逆にすると熱の流れる方向も逆転するため、ここに記載されている実施の形態のいずれのフルーツチラーも、果物を暖めて、熟成を促進させ又は進行させるために利用することもできる。この別の構成では、熱電モジュール１２の上側面が熱く、下側面が冷たい。

ある種の果物は、しばしば緑の又は未熟な状態（ｉｎ ａ ｇｒｅｅｎ ｏｒ ｓｅｍｉ−ｒｉｐｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）で購入されることがある。バナナはその一例であるが、バナナは、しばしばやや未熟な状態で購入され、外気にさらされて熟成する。熱電モジュール１２に電流を逆に流すことによって、緑の又は未熟な果物を暖め、より急速に熟成させることができる。そして、熟したら、再び電流を逆にし、容器２４に冷却空気を供給することにより、より長期間保存することができる。

一般に、温度制御は、果物の熟成を制御する、優れた、そして最良の手段である。上記に述べたように、緑の又は未熟な果物の熟成を進行又は促進するために加温（ｗａｒｍｉｎｇ）を用いることができ、果物が熟した後は、冷却が、生物学上の（ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ）熟成過程を遅らせて、果物をより長期間保存するために利用可能な最良の手段である。

熱電モジュール１２の熱伝達の方向は、上記したように逆転させることができる。暖め及び冷却のレベルは、また、供給される電流及び電圧のレベルをコントロールすることによって制御できる。このようにして、ユーザは、例えば、果物を希望の率で熟成させるための設定値を選択し、逆に、熟成させた果物を最もおいしくすると思われる温度で維持するための冷却設定値を選択できる。また、ユーザによる手動設定あるいはプログラムされたマイクロプロセッサ制御を用いることによって、別の冷却又は加温ストラテジー（ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ）を利用することもできる。

Claims (18)

1. 上側ベース壁及び下側ベースバッフルプレートを備えたハウジングを有する支持ベースと、
   コールドシンク及びホットシンクの間で前記ベースバッフルプレートに設けられたペルチェ効果熱電装置と、
   下側容器壁を有し、この下側容器壁が前記上側ベース壁に直接、面接触状態で支持（ｆａｃｅ−ｔｏ−ｆａｃｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ）されることにより、前記ハウジング上に配置された、閉塞されている食品容器と、
   前記下側容器壁及び前記上側ベース壁のそれぞれに設けられた、前記容器への空気流入及び前記容器からの空気流出開口と、
   前記容器への空気流入及び前記容器からの空気流出を行なわせるための、前記コールドシンクを収容したダクトシステムであり、前記コールドシンクと前記開口との間で流れの連通を提供する空気入り口スペース及び空気出口スペースのうちの少なくとも一方が形成され、前記上側ベース壁と前記下側ベースバッフルプレートとにより構成されたダクトシステムと、
   前記ダクトシステム内に設けられ、前記空気流入及び流出を生じさせるファンと、を備え、
   前記下側容器壁の前記空気流入開口と、前記上側ベース壁の前記空気流入開口とは、直接連なる（ｄｉｒｅｃｔ ｃｏｎｔａｃｔ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）ように配置され、
   前記容器の前記空気流入開口は、前記容器内に空気がとどまる時間を最適にするように方向付けられている、ことを特徴とするフルーツチラー。
2. 前記下側容器壁の前記空気流出開口と、前記上側ベース壁の前記空気流出開口とは、直接連なる（ｄｉｒｅｃｔ ｃｏｎｔａｃｔ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）ように配置されている、ことを特徴とする請求項１記載のフルーツチラー。
3. 前記下側容器壁の前記空気流入開口は、前記容器内での前記空気の流れが渦巻きパターンとなるように方向付けられている、ことを特徴とする請求項１記載のフルーツチラー。
4. 前記下側容器壁の前記空気流入開口は、前記容器内への前記空気の流れを、前記空気流出開口から離れる方向に向けるように方向付けられている、ことを特徴とする請求項１記載のフルーツチラー。
5. 前記容器内に延びて前記ダクトシステムの一部を構成するセントラルタワーを有し、前記タワーは、前記上側ベース壁に接続された固定基端と、自由他端とを有している、ことを特徴とする請求項１記載のフルーツチラー。
6. 前記上側ベース壁の前記空気流出開口は、前記タワーの前記自由端に設けられ、
   前記下側容器壁の前記空気流入開口は、空気を径方向で前記容器の外周に向けるように方向付けられている、ことを特徴とする請求項５記載のフルーツチラー。
7. 前記流入開口は、前記タワーの前記基端に直接、隣接して（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｄｊａｃｅｎｔ）配置されている、ことを特徴とする請求項６記載のフルーツチラー。
8. 前記上側ベース壁はほぼ円形で前記ベースを閉じ（ｅｎｃｌｏｓｉｎｇ）、前記下側容器壁はほぼ円形で前記上側ベース壁に支持されていて、
   前記空気流入開口は、前記上側ベース壁及び下側容器壁の整列したパターン（ａｌｉｇｎｅｄ ｐａｔｔｅｒｎｓ）の開口を有し、この開口は、整列位置（ａｌｉｇｎｅｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）で空気の流れを最大にするものであり、
   前記容器は、前記空気の流れを最大から減少させるために、前記上側ベース壁上で、この上側ベース壁と相対的に回転できる、ことを特徴とする請求項１記載のフルーツチラー。
9. 前記ダクトシステムを周囲外気に接続する導管をさらに備えている、ことを特徴とする請求項１記載のフルーツチラー。
10. 前記導管は、周囲外気の流れを制御するためのバルブを有している、ことを特徴とする請求項９記載のフルーツチラー。
11. 前記下側容器壁の前記空気流入開口は、この下側容器壁の径方向外周近くに設けられている、ことを特徴とする請求項１記載のフルーツチラー。
12. 前記下側容器壁の前記空気流出開口は、前記下側容器壁の中央に設けられている、ことを特徴とする請求項１１記載のフルーツチラー。
13. 前記ファンは、前記バッフルプレートの中央に設けられたファンハウジングを有し、前記下側容器壁の前記空気流出開口は前記ファンハウジングに臨んでいる、ことを特徴とする請求項１１記載のフルーツチラー。
14. 前記容器の内部からの排気ベントをさらに備えている、ことを特徴とする請求項１記載のフルーツチラー。
15. 前記ベントは、前記容器又はこの容器のカバーの調節可能なスロットを有している、ことを特徴とする請求項１４記載のフルーツチラー。
16. 前記空気の流れの温度を調整するための、前記熱電装置の制御手段をさらに備えている、ことを特徴とする請求項１記載のフルーツチラー。
17. 前記制御手段は、前記熱電装置に供給する電流の極性を逆にする手段を有している、ことを特徴とする請求項１６記載のフルーツチラー。
18. 前記制御手段は、前記熱電装置に供給する電流及び電圧の大きさを制御する手段を有している、ことを特徴とする請求項１６記載のフルーツチラー。

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