JP5967602B2 - 冷蔵庫内空気循環システム - Google Patents

Description

本発明は、冷蔵庫の冷却設備に関するものであり、僅かな送風量で冷蔵庫内を効率良く冷却することを可能にした空気循環システムに関する。

従来、産業用大型冷蔵庫の冷却方式は、天井コイル方式またはファン付冷却方式に大別される。天井コイル方式は冷蔵庫内において冷気の自然循環を利用した効率の高い方式なので省エネである。また、冷蔵庫内の温度も比較的均一で冷却ファンを持たないため、風による商品の乾燥も少なく非常に優れた特徴を持った冷却方式であった。しかし、コイルから水滴が貯蔵商品に垂れることや、コイルに付着した霜や氷を取り除くのに多くの労力を必要とするうえ、危険な作業が必要になることが大きな欠点であった。

そのため、現在ではデフロストを自動で行い易いファン付冷却器方式が主流である。ファン付冷却器方式は、大容量のファンを使用して大量の冷却空気を吹き出し、冷蔵庫内の暖まった空気と撹拌して冷蔵庫内空気の温度を出来るだけ均一にしようとしている。しかし、天井コイル方式と比較して、庫内空気の温度偏差は大きい。さらに、強力なファンで大量に吹き出す乾燥した風により商品が乾燥して品質低下をもたらすという問題もある。デフロストが自動的に出来るというのが主な理由で主流となったファン付冷却器方式であるが、省エネルギーに逆行し、また、冷蔵庫内温度が不均一であるなどの欠点がある。

現在、持続可能な社会実現のため省エネルギーは非常に重要な問題であり、産業用大型冷蔵庫で庫内温度を可能な限り均一に保ち、なおかつデフロストを自動で行い、冷蔵庫内の商品の品質を出来るだけ低下させないで省エネルギーを実現する技術が求められている。

異なる温度の空気があった場合、温度が低く密度が高い空気は下降し、温度が高く密度の低い空気は上昇する性質がある。産業用大型冷蔵庫の中で、冷蔵庫上部の暖かい空気に大量の冷却空気を吹きつけ撹拌しようとしても、充分に混ざることなく冷却された吹き出し空気の大部分が冷蔵庫内の下部低温部まで下降する。そして暖かい空気や、撹拌されて中間の温度となった空気などと共に、空気冷却器の強力な吸引力により冷えたままの空気が大量に空気冷却器に戻る。冷蔵庫上部の暖かい空気と、中間の温度の空気も空気冷却器に戻るが、冷えた空気と共に空気冷却器に吸い込まれるため、空気冷却器から吹き出された冷却空気より僅かしか温度上昇していない状態で空気冷却器に戻っていくことになる。空気冷却器で再び冷却されるが、大量の空気が送られるため、冷却される温度は小さい。空気冷却器は冷えた空気を冷却して送り出すので、空気冷却器の蒸発温度は低くなり、能率の低下となる。

特開２００８−２９８３２２

暖かい空気と冷たい空気は性質が異なるため簡単には混ざり合わない。そのため、ファン付冷却器方式では、冷却された空気を大量に吹き出し、冷蔵庫内を有効に冷却せずに冷却器に還ってくる。これは、暖かい空気と冷たい空気が有効に混ざらないため、冷却器からの冷却された空気があまり暖まらないで冷却器に帰ってくることになる。この結果、大容量のファンが消費する動力と、この動力が冷凍熱負荷になるために、冷凍機が余分に消費する動力と、冷却器に還ってくる空気の温度が低いことで冷凍機の能率低下となり、冷凍機が余分に消費する動力など、無駄な動力を大量に消費している。また、大量に吹き出す乾燥した風により、冷蔵庫内の商品が乾燥して品質低下をもたらすという問題もある。

持続可能な社会実現のため、省エネルギーは重要な課題であり、産業用大型冷蔵庫で庫内温度を可能な限り均一に保ち、なおかつ、デフロストを自動で行い、冷蔵庫内の商品の品質を低下させないで省エネルギーを実現することが課題であった。

本発明は、異なる温度の空気は、温度が低い空気は下降し、温度が高い空気は上昇する性質を利用して、庫内空気の循環を行い、課題を解決したものである。省エネを可能とするために、冷蔵庫内の熱負荷を効率良く回収して短時間で入庫した品物の温度を下げ、必要な循環風量を減少させて冷却器ファンの容量を小さくする。さらに、一定の庫内温度に対して蒸発温度を出来るだけ高い状態で冷凍機を運転するために、暖かい空気を出来るだけ撹拌しないように、冷蔵庫上部から空気冷却器に吸い込み、冷蔵庫下部に吹き出すようにした。

本発明の冷蔵庫内空気循環システムでは、冷蔵庫内に入庫された温かい品物付近の空気は暖められると煙突効果で上昇し、冷蔵庫の天井付近に集まる。暖かい空気を吸い込む空気吸引設備としてのスリットを天井付近に備え、前記暖かい空気を空気冷却器に直接吸引する。吸引する空気は冷蔵庫内で最も温度の高い空気であり、冷却器出口の空気は最も温度の低い空気である。その結果、空気冷却器の入出口温度差が最大となり、同じ熱負荷を処理するとき必要な空気の量は、最も少なく出来る。そのうえ、空気冷却器が吸入する空気の温度が最も高いということは、同じ庫内温度条件で蒸発温度を高く出来ることを示している。これらのことは、小さなファンで効率良く熱負荷を処理出来て、冷凍機に対する冷凍負荷が小さくなり、蒸発温度の高い効率の良い運転が出来ることを示している。

図１ａは従来の冷蔵庫内空気循環図（床置型冷却器） 図１ｂは本発明の冷蔵庫内空気循環図（床置型冷却器）（実施例１） 図２ａは従来の冷蔵庫内空気循環図（床置型冷却器） 図２ｂは本発明に関連する参考例の冷蔵庫内空気循環図（床置型冷却器）（参考例２） 図３ａは従来の冷蔵庫内空気循環図（天吊型冷却器） 図３ｂは本発明の冷蔵庫内空気循環図（天吊型冷却器）（実施例３）

冷蔵庫内天井付近に吸入口を持ったダクト、またはスリットを設け、冷蔵庫の天井付近に集まる暖かい空気を出来るだけ冷たい空気と撹拌しないように、直接空気冷却器に導いて冷却し、冷却した空気を出来る限り冷蔵庫内の暖かい空気と混合することのないように冷蔵庫下部に送るためのダクト、壁面などの構造物を設ける。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に示す実施例に基づいて説明するが、本発明が本実施例に限定されないことは言うまでもない。

図１ａは、従来鮪用超低温冷蔵庫の冷蔵庫内空気循環システムの一例である。空気冷却器１は大容量の冷却器ファン７、吹出口１２を持った送風ダクト９を備え、冷蔵庫内の冷却を行う。空気冷却器１は冷蔵庫中二階１０２に設置されている。空気冷却器１で冷却された空気１４は、冷却器ファン７により送風ダクト９を通って吹出口１２から冷蔵庫天井付近に吹き出される。大量の冷却空気１４を吹き出すが、冷蔵庫１０１が大きいため、吹き出し冷却空気１４の届く範囲は限られていて、天井付近全体の暖かい空気１６を十分に撹拌しない。撹拌に関わらない一部の冷却空気１４は、特に暖かいところは避け、冷たいところを通って冷蔵庫下部に降りてゆく。撹拌によって僅かに温かくなった空気１５と、撹拌に関わらなかった暖かい空気１６とかなりの部分の冷却空気１４が混じりあって空気冷却器１に吸引され、再び冷やされて送風ダクト９に送られ吹出口１２から冷蔵庫天井付近に吹き出される。
〔実施例１〕

図１ｂは、本発明鮪用超低温冷蔵庫の冷蔵庫内空気循環システムの一例である。空気冷却器２は小容量の冷却器ファン８、送風ダクト９、スリット１１を備え、冷蔵庫内の冷却を行う。空気冷却器２は冷蔵庫中二階１０２に設置されている。空気冷却器２で冷却された冷却空気１４は、冷却器ファン８により送風ダクト９を通り、冷蔵庫通路の床面に向けて吹き出される。この時の吹き出し風量は、図１ａ従来方式の概ね５０％以下である。冷蔵庫床面付近に送り込まれた冷却空気１４は、入庫した温かい品物等に吸い寄せられ、その熱負荷を取り、熱負荷を取った空気自身は温められて上昇し、冷蔵庫天井付近に集まる。暖められた空気１６は、天井付近に設置されたスリット１１から吸引されて、空気冷却器２に入り冷却されて、再び冷蔵庫通路の床面に向けて吹き出される。

図１ａ従来方式と図１ｂ本発明実施例１の温度分布を比較する。空気冷却器出口温度は、従来方式と本発明実施例１ともに−６１℃であるが、空気冷却器入口温度は、従来方式が−５９℃、本発明実施例１が−５７℃である。空気冷却器の出入口温度差の比較から、冷蔵庫内の熱負荷が同じであれば、冷却器を通る風量は、従来方式が本発明実施例１の２倍必要である。実際には、ファン動力が大きくなった分だけ従来方式の冷蔵庫内熱負荷が大きくなり、２倍以上の風量が必要となり、ファン動力もそれに見合って大きくなる。

図２ａは、従来鮪用超低温冷蔵庫の冷蔵庫内空気循環システムの一例である。空気冷却器３は大容量の冷却器ファン７、吹出口１２を持った送風ダクト９を備え、冷蔵庫内の冷却を行う。空気冷却器３は冷蔵庫１０１の床面に設置されている。空気冷却器３で冷却された空気１４は冷却器ファン７により送風ダクト９を通って吹出口１２から冷蔵庫天井付近に吹き出される。大量の空気を吹き出すが、冷蔵庫１０１が大きいため吹き出し冷却空気１４の届く範囲は限られていて、天井付近全体の暖かい空気１６を十分に撹拌しない。撹拌に関わらない一部の冷却空気１４は、特に暖かいところは避け、冷たいところを通って冷蔵庫下部に降りてゆく。撹拌によって僅かに温かくなった空気１５と撹拌に関わらなかった冷たい空気１４が混じりあって空気冷却器３に吸引され、再び冷やされて送風ダクト９に送られ吹出口１２から冷蔵庫天井付近に吹き出される。
〔参考例２〕

図２ｂは、本発明に関連する参考例である鮪用超低温冷蔵庫の冷蔵庫内空気循環システムの一例である。空気冷却器４は小容量の冷却器ファン８、吸込口１３を持った吸込ダクト１０を備え、冷蔵庫の冷却を行う。空気冷却器４は冷蔵庫１０１の床面に設置されている。空気冷却器４で冷却された空気１４は、冷蔵庫通路の床面付近から吹き出される。この時の吹出し風量は、図２ａ従来方式の概ね５０％以下である。冷蔵庫床面付近に吹き出された冷たい空気１４は、入庫した品物等の熱負荷を取り、熱負荷を取った空気自身は温められて上昇し、冷蔵庫天井付近に集まる。暖められた空気１６は、冷蔵庫天井付近に設置された吸込ダクト１０の吸込口１３から吸引されて、吸込ダクト１０を通って、空気冷却器４に入り冷却されて、再び冷蔵庫床面付近から吹き出される。

図２ａ従来方式と図２ｂ参考例２の温度分布を比較する。空気冷却器出口温度は、従来方式と参考例２ともに−６１℃であるが、空気冷却器入口温度は、従来方式が−６０℃、参考例２が−５７℃である。空気冷却器の出入口温度差の比較から、冷蔵庫内の熱負荷が同じであれば、冷却器を通る風量は従来方式が参考例２の４倍必要である。実際には、ファン動力が大きくなった分だけ従来方式の冷蔵庫内熱負荷が大きくなり、４倍以上の風量が必要となり、ファン動力もそれに見合って大きくなる。

図３ａは、天吊冷却器を使用した、従来冷蔵庫内空気循環システムの一例である。空気冷却器５は大容量の冷却器ファン７、吹出口１２を持った送風ダクト９を備え、冷蔵庫内の冷却を行う。従来方式では、冷蔵庫上部の暖かい空気１６に大量の冷却空気１４を吹き付け撹拌しようとするが、十分に混ざることなく冷却された吹出空気１４の大部分が冷蔵庫内の下部低温部まで下降する。そして暖かい空気１６や撹拌されて中間の温度になった空気１５などと共に空気冷却器５の強力な吸引力により冷えたまま空気が大量に空気冷却器５に戻る。そして再び冷やされて送風ダクト９に送られ吹出口１２から冷蔵庫天井付近に吹き出される。
〔実施例３〕

図３ｂは、天吊冷却器を使用した、本発明の冷蔵庫内空気循環システムの一例である。空気冷却器６は小容量の冷却器ファン８、冷却した空気１４が冷蔵庫内空気を乱すことのないように冷蔵庫下部に送るための、壁面などの構造物または吹出口１２を持った送風ダクト９を備え、冷蔵庫内の冷却を行う。空気冷却器６で冷却された空気１４は、冷却器ファン８により冷蔵庫壁面に向かって吹き出され、壁面に沿って冷蔵庫床方向に下降する。冷却された空気１４は温度が低く密度が高いため床近辺に滞留し、温かい品物等の冷蔵庫内熱負荷により上昇気流が発生すると、その場所を自然に置き換えするかたちで冷たい空気１４が流れ込み、冷却負荷を消化し、温められて上昇し、空気冷却器６に吸引されて、再び冷却されて冷蔵庫床面付近へ吹き出される。

図３ａ従来方式と図３ｂ本発明実施例３の温度分布を比較する。空気冷却器出口温度は、同じ冷蔵庫内温度、言わば品物等の保冷温度を保つために、従来方式のほうが、本発明実施例３と比較して概ね１℃低くする必要がある。従来方式の空気冷却器吹き出し温度が−３２℃、本発明実施例３の空気冷却器吹き出し温度が−３１℃のとき、従来方式の空気冷却器吸入温度が−２９℃、本発明実施例３の空気冷却器吸入温度が−２５℃であった。

これは、前記にもある通り、図３ａ従来方式では、冷蔵庫上部の暖かい空気１６に大量の冷却空気１４を吹き付け撹拌しようとするが、十分に混ざることなく冷却された吹出空気１４の大部分が冷蔵庫内の下部低温部まで下降し、そして暖かい空気１６や撹拌されて中間の温度になった空気１５などと共に空気冷却器５の強力な吸引力により、冷えたまま空気が大量に空気冷却器５に戻る。

一方、図３ｂ本発明実施例３では、冷却した空気１４は全量、出来るだけ撹拌しないように壁面を伝って冷蔵庫床面付近に導き、冷蔵庫内熱負荷により空気が暖まって上昇する部分を埋め合わせるように自然に移動する。従って、暖められて上昇し、冷蔵庫天井付近に集まった空気１６は、冷たい空気１４とあまり混じりあうことなく、そのままの温度で空気冷却器６に吸引される。同じ冷蔵庫内熱負荷とすれば、図３ａ従来方式と比較して、本発明実施例３の空気冷却器６の出入口温度差は２倍あり、空気冷却器６を通過する空気量は従来方式の半分で済む。これは、冷蔵庫内熱負荷を有効に回収していることがわかる。空気冷却器６のファン動力は、冷蔵庫内熱負荷となり、冷凍負荷が増える。また、空気冷却器６出入口の平均温度は、従来方式と比較し、本発明実施例３のほうが３℃高く、それだけ蒸発温度を高く出来る。

産業用大型冷蔵庫で冷蔵庫内温度を可能な限り均一に保ち、なおかつ、デフロストを自動で行い、冷蔵庫内の商品の品質を低下させないまま省エネルギーを実現することで、従来の、危険な作業を必要とする天井コイル方式、無駄なファン動力を消費するファン付冷却方式に代わる、省エネルギー型冷却方式として普及が期待出来る。

１ 床置型空気冷却器（横吸込横吹出型、能力大）
２ 床置型空気冷却器（横吸込横吹出型、能力小）
３ 床置型空気冷却器（横吸込上吹出型、能力大）
４ 床置型空気冷却器（上吸込横吹出型、能力小）
５ 天吊型空気冷却器（横吸込横吹出型、能力大）
６ 天吊型空気冷却器（横吸込横吹出型、能力小）
７ 冷却器ファン（大風量）
８ 冷却器ファン（小風量）
９ 送風ダクト
１０ 吸込ダクト
１１ スリット
１２ 吹出口
１３ 吸込口
１４ 低温空気
１５ 中温空気
１６ 高温空気
１０１ 冷蔵庫
１０２ 冷蔵庫中二階
１０３ 準備室

Claims (1)

1. 冷蔵庫内の空気を循環し空気冷却器に通風するのに、ファンを使って行う冷蔵庫の冷却システムにおいて、
   前記冷蔵庫は、産業用大型冷蔵庫であり、この冷蔵庫は、天井近くには、これに沿うダクトは設けないものであり、
   更に空気冷却器は、冷蔵庫内の中二階または冷蔵庫天井に吊るすように設置され、
   更に空気冷却器が設置された近くの冷蔵庫天井付近には、冷蔵庫天井近辺の暖かい空気を直接空気冷却器に吸引出来るようにスリットを備え、
   更に空気冷却器は、このもので冷却した空気が暖かい空気と撹拌しないように、冷蔵庫の床面に向かって供給する構造を備えたことを特徴とする冷蔵庫冷却システム。

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