JPH08110108A - 冷凍・冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フロン等の冷媒を使用することなく，食品等
の保存や冷凍に必要な低温環境を必要に応じて作り出す
ことのできる冷凍・冷蔵庫を構築する。 【構成】 空気圧縮機，空気冷却器，空気対空気熱交換
器および空気膨張機が空気の流れの順に接続され且つこ
れらが一つのケーシング内に収納されたコールドエアサ
プライユニットと，冷凍庫または冷蔵庫の室内空間との
間に空気配管を施し，該ユニットから室内空間に低温空
気を送気する空気配管の吐出端にエジエクタを取付け，
このエジエクタから該低温空気を室内空間に噴流として
吹き出すようにした冷凍・冷蔵庫。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は，パッケージ化された
コールドエアサプライユニットによって低温空気を製造
し，このユニットの低温空気を用いて低温環境を形成す
るようにした冷凍・冷蔵庫に関する。

【０００２】

【従来の技術】食品類を冷凍したり保存する冷凍・冷蔵
庫の歴史は古く，比較的小型のものから大規模のものま
で様々なものが普及しているが，その原理は冷凍機を用
いる点で共通している。

【０００３】すなわち，冷凍機で作られた低温のブライ
ンを熱交換器に通液し，この熱交換器で低温の空気を作
り出すか，冷凍サイクル（冷凍機）の蒸発器を空気との
熱交換器として作用させて低温の空気を作り出す方式が
一般的である。したがって，冷凍・冷蔵庫の低温環境を
形成するには，空気を冷却する熱交換器が設置されてい
る。

【０００４】かような冷凍機で製造されたブラインや冷
凍サイクルを形成している冷媒を用いた冷凍・冷蔵庫の
分野において，冷凍機運転の成績係数の向上，省エネ・
省動力運転，庫内の空気流れの改善，熱交換器の改善，
冷凍機自身の機械的な改善，冷媒の質の向上など，あら
ゆる角度から様々な改良がなされ，その技術も成熟した
状態にある。だが，これらの改善提案は，いずれもフロ
ンやアンモニア等の冷媒を用いた冷凍サイクルを形成す
ることによって低温（冷熱）を得るという基本原理に立
脚したものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】フロンを冷媒とした冷
凍サイクルは地球環境保全の観点から見直しが迫られる
ようになった。フロンに代替できる冷媒の開発も成され
ているが，今だの感がある。また仮に新規な冷媒が開発
されても，既存の冷凍設備や機械との兼ね合いで普及す
るには数々の問題が予想される。

【０００６】また冷凍庫や冷蔵庫の分野においては，露
点以下にまで冷却することが行われることが多く，この
ため従来の冷凍サイクルを利用する場合には，その熱交
換器の表面に着霜して熱交換効率が低下するという問題
があり，このために，冷凍サイクルの蒸発器を凝縮器に
逆運転する除霜運転を適宜挿入したり，別途加熱源を設
けて除霜することが行われている。この除霜は空気を冷
却するという本来の目的とは逆の操作であり，冷凍・冷
蔵庫では避けられないやっかいな問題となっている。

【０００７】一方，空気を圧縮して高圧高温空気とし，
これを冷却してから膨張させることによって，低温空気
を製造する方法が知られているが，冷凍サイクルに比べ
ると処理空気の量が多くなり，装置も大掛かりとなるこ
とから，実際に冷凍・冷蔵庫等に適用された例は見な
い。

【０００８】本発明は，かような課題の解決を目的とし
たものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば，空気圧
縮機，空気冷却器，空気対空気熱交換器および空気膨張
機が空気の流れの順に接続され且つこれらが一つのケー
シング内に収納されたコールドエアサプライユニット
と，冷凍庫または冷蔵庫の室内空間との間に空気配管を
施し，該ユニットから室内空間に低温空気を送気する空
気配管の吐出端にエジエクタを取付け，このエジエクタ
から該低温空気を室内空間に噴流として吹き出すように
した冷凍・冷蔵庫を提供する。

【００１０】本発明に従うコールドエアサプライユニッ
トは，例えば電動モータ, 空気圧縮機および空気膨張機
を一体的に組合せてなる空気圧縮膨張装置と，水対空気
熱交換器と，空気対空気熱交換器とを一つのケーシング
内に収納し，該ケーシング内においてこれらの機器の間
で空気圧５kg/cm²以下の空気配管が施され，コールドエ
ア取出し用接続口，レタンエア取入れ用接続口，冷却水
取出し用接続口および冷却水取入れ用接続口を備えたも
のである。

【００１１】この該ユニットの空気冷却器として水対空
気熱交換器を使用し，この熱交換器に冷却水を通水させ
る。またこの熱交換器を通過した冷却水を，冷凍庫また
は冷蔵庫の出入口近傍の床面に設置された融氷用熱交換
器に通水し，出入口床面の氷結を防止するのに供するこ
とができる。

【００１２】

【作用】本発明によれば，フロン等の冷媒を用いなくて
も，冷凍・冷蔵庫の低温環境を形成することができる。
このため環境に悪影響を与えない。また従来の冷凍方式
のように庫内空気を低温に冷却するための熱交換器を庫
内で使用しないので，庫内での熱交換器表面での着霜の
問題もない。

【００１３】本発明に従うコールドエアサプライユニッ
トは，空気圧縮機，空気冷却器，空気対空気熱交換器お
よび空気膨張機が空気の流れの順に接続され且つこれら
が一つのケーシング内に収納され，移動可能にパッケー
ジ化されている。このため，冷凍・冷蔵庫の規模や設置
位置に拘わらず，本ユニットを現場に据付ければ簡単に
冷凍・冷蔵庫を構築することができる。

【００１４】本ユニット内に設置される空気対空気熱交
換器は熱回収機能と除湿機能を有する。この除湿機能の
ために系内の凍結を防止できる。他方，圧縮機では膨張
機の動力回収を行なうことによって，省エネルギー省動
力運転ができる。

【００１５】本ユニットで作られる低温空気は，室内空
間にエジエクタから噴流として少量づつ吹き出される。
この低温空気の噴流は，そのエジエクタ作用によって，
噴流周囲の室内空気を誘引しながら移動するので，少量
の吹出によっても，室内空気と混合して室内全体を低温
にすることができる。

【００１６】本ユニットと室内空間とは空気配管（ダク
ト配管）されるだけであり，冷凍サイクルのように，高
圧の冷媒配管を必要としないから，施工が極めて容易
で，仮に漏洩が起きても空気の漏洩であるから，環境を
悪化させない。

【００１７】

【実施例】図１は本発明に従う冷凍・冷蔵庫の機器配置
を図解的に示したものである。低温環境を形成しようと
する冷凍・冷蔵庫１（以下，単に冷凍室１と呼ぶ）の室
外にコールドエアサプライユニット２（以下，ＣＡＳユ
ニット２と略称する）を据付け，このＣＡＳユニット２
と冷凍室１の室内空間との間で，空気往管３と空気還管
４を施設する。

【００１８】空気往管３は，ＣＡＳユニット２で作られ
た低温空気を冷凍室１内に供給する管路であり，その空
気吹出端にはエジエクタ５を取付ける。空気還管４は冷
凍室１内の空気をＣＡＳユニット２に戻す管路であり，
空気還管４の吸込側端は室内の吸込口６に連結してい
る。図示の例ではエジエクタ５は冷凍室１の天井部近く
の上部に設置され，吸込口６は冷凍室１の下部に設置さ
れている。

【００１９】ＣＡＳユニット２の詳細は後述するが，こ
れはケーシング内に空気圧縮膨張装置の一体品７，空気
冷却器（水対空気熱交換器）８および空気対空気熱交換
器９が収納されたパッケージである。

【００２０】ＣＡＳユニット２の水対空気熱交換器８に
は冷却水が通水される。この冷却水は冷却塔１０で冷却
される。すなわち，ポンプ１１によって，冷却塔１０と
熱交換器８との間を冷却水が循環するようになってい
る。この冷却水の一部は，熱交換器８を通過したあと，
制御弁１２を経て冷凍室の前室１３の床下に設置された
融氷用熱交換器１４に循環されるようになっている。こ
の水対空気熱交換器８を経た冷却水を融氷用熱交換器１
４に通水すると，該熱交換器８で昇温した水により前室
床面の結氷を融解することができる。

【００２１】このような設備構成により，ＣＡＳユニッ
ト２で製造された例えば−２０℃の空気は，冷凍室１の
上部空間にエジエクタ５を経て噴流として吹き出される
と，この噴流の周囲に存在する空気を誘引しながら室内
に流れ込む。この周囲空気の誘引作用によって，−２０
℃の空気と周囲空気とが混合した気流となって室内に放
出され，冷凍室１の上部空間に冷気の集塊が次々と連続
的に形成され，この冷気の集塊が順次下降して室内全体
が低温環境となる。一方，エジエクタ５から吹き出され
る空気量にほぼ対応する量の空気が吸込口６からＣＡＳ
ユニット２に還管４を通じて戻り，その戻り空気が有す
る冷熱が空気対空気熱交換器９で回収されると同時に，
この熱交換器９において空気循環系内を凍結から防止す
るための除湿がなされる。

【００２２】この空気往管３を通じての低温空気の送気
エネルギーと，空気還管４を通じての戻り空気の送気エ
ネルギーは，図示の例ではすべてＣＡＳユニット２の圧
縮膨張装置の駆動エネルギーが用いられているが，送気
路が長い場合や，エジエクタ等での空気抵抗が大きいと
きは，これら管路に送風機を介在させ，必要な送気エネ
ルギーを別途に調達することも自由に行い得る。

【００２３】空気往管３の先端に取付けられるエジエク
タ５は，低温空気を噴流として吹き出すような空気ノズ
ルであれば，とくにその形式は限定されない。一般に口
径が絞られた空気ノズルから空気を噴流（ジエット流）
として大気圧下の空間に吹き出すと，この噴流の近傍に
存在する空気は，噴流に誘引されて遠くにまで運ばれ
る。本発明ではこの原理を利用して，少量の低温空気で
あっても，これを周囲空気と拡散混合して室内を低温に
するのであり，また，この拡散混合を庫内の上部で起こ
させることによって低温空気を自然に下降させ，これに
よる対流現象で庫内全体を低温環境に形成するものであ
る。

【００２４】このエジエクタ５としては，空気ノズルの
先端に誘引ノズルを取り付ける形式のものも使用でき
る。図１において，この誘引ノズルを５ａで示す。この
ような誘引ノズルとしては，空気ノズルから吹き出され
る噴流を取り巻くように，中空の筒体を該ノズルの先端
に同軸的に取付けたものが知られている。この筒体の空
気入口側に周囲空気を案内するためのラッパ状のカウリ
ングを設けると，一層，誘引作用が助成されるとされて
いる。

【００２５】図２は本発明に従うＣＡＳユニット２の実
施例を示した透視斜視図である。図示のように，このユ
ニットは，直方体形状の一つのケーシング１６内におい
て，電動モータ１７，二台の圧縮機１８と１９，ギャボ
ックス２０および膨張機２１を一体的に組み合わせた空
気圧縮膨張装置７を，ケーシング底盤２２の上に据付
け，ケーシング１６内の上部空間に水対空気熱交換器８
と空気対空気熱交換器９を配置してなり，これらの機器
の間で空気圧５kg/cm²以下の空気配管（図２には破線で
示す）が施され，コールドエア取出し用接続口２３，レ
タンエア取入れ用接続口２４，冷却水取出し用接続口２
５および冷却水取入れ用接続口２６を備えている。

【００２６】このユニットの側方に設置されるボックス
１７は制御盤を収納するためのものであり，本ユニット
を適用する冷凍庫の容量や等級に応じてオプションで付
設される。この制御盤には図示しないが，例えば空気圧
縮膨張装置のインバータ制御を行なうための制御機器類
や，温度調節計，湿度調節計，圧力調節計，風量調節
計，電源装置等が備えられる。

【００２７】図例のユニットは，冷凍能力が１０冷凍ト
ン，コールドエア取出し用接続口２３から取り出される
コールドエアの温度が−２０℃で風量が１.５kg/secの
容量のものであり，ケーシングの高さは２.４ｍ，奥行
き１.５ｍ，幅３.５ｍを標準寸法としており，トラック
輸送ができるものである。

【００２８】図３は，図２のユニットの略断面図であり
ケーシング内に収納される機器間の接続状態を示してい
る。また図４はその機器配置のシステム図であり，これ
ら図３と４の符号は，図１や図２で説明したものと同じ
ものを表している。

【００２９】図３および図４に示したように，冷凍室１
の吸込口６から，レタンエア取入れ用接続口２４を通じ
て機内に取入れられた空気は，管路イを経て空気対空気
熱交換器９に入り，この熱交換器９を出たあとは管路ロ
を経て圧縮機１８と１９に入る。圧縮機１８と１９から
は管路ハを経て水対空気熱交換器８に入り，次いで管路
ニを経て空気対空気熱交換器９に入り，管路ホを経て膨
張機２１に導かれ，管路ヘを経てコールドエア取出し用
接続口２３に導かれ，往管３を経て冷凍室１のエジエク
タ５に導かれる。

【００３０】これらの管路イ〜ヘのうち最も高圧になる
のは，圧縮機から膨張機に至る管路ハ，ニおよびホであ
るが，それでも，本ユニットの場合には高々２気圧程度
であるので，これらの管路も樹脂管で構成してある。そ
れ以外の管路イ，ロおよびヘは１気圧〜１.２気圧程度
であり，やはり樹脂管で構成してある。

【００３１】また図３に示したように，一体化された空
気圧縮膨張装置７は基板２７の上に防振盤２８を介して
組立てられており，ケーシング１６の内面は吸音板２９
が一面に張り渡してある。なお図には見えないが，ケー
シング１６には点検用扉が設けられ，またケーシング１
６内で発生する熱を放出するためのガラリが設けてあ
る。

【００３２】本発明ユニットの心臓部である空気圧縮膨
張装置７において，電動モータ１７はかご型三相誘導電
動機が用いられており，その軸動力は圧縮機１８と１９
に伝達される。

【００３３】圧縮機はターボ式の圧縮機二台が使用され
ており，各圧縮機１８と１９はギヤボッククス２０を介
して動力が伝達される。図例では圧縮機１８と１９にギ
ヤボッククス２０を介して電動モータ１７の軸動力と膨
張機２１の回転動力が伝達されるようになっている。す
なわち，圧縮機１８と１９は動力回収機として機能す
る。ギヤボックス２０内には，膨張機２１の回転数を変
速して圧縮機１８と１９に伝達する変速機が設置され，
そのギヤ比の選定により最も効率よく動力回収できるよ
うにしてある。膨張機２１はタービン型のものが使用さ
れている。

【００３４】なお，図示の実施例では圧縮機１８と１９
はギヤボッククス２０を介して並列的に配置されたもの
が使用されているが，必ずしも並列的に連結されている
必要はない。また極端な例では一台の圧縮機で１００％
圧縮機能を果たす構成としてもよく，この場合も膨張機
から動力回収ができるようにしておくのがよい。なお圧
縮機と膨張機は図示のターボ式やタービン式のものに限
られる訳ではなく，従来より空気圧縮機・膨張機として
知られているもの例えばスクリュー式のものも使用可能
である。いずれにしても，本発明ユニットでは，電動モ
ータ，圧縮機，ギヤボックスおよび膨張機を一台の装置
として一体的に組み合わせたものを用いる。

【００３５】水対空気熱交換器８は通常のフインチュー
ブ型の熱交換器が使用されており，チューブ側に冷却水
が通水される。

【００３６】空気対空気熱交換器９は樹脂素材を熱伝達
板とした直交流型のものが使用されている。すなわち，
図５にその原理を示したように，樹脂製のコルゲート板
３１と３２をそれらの波線が直交するように交互に積層
すると共に，各コルゲート板の間に隔壁板３３を介在さ
せたブロックを構成することによって直交する多数の空
気通路３４と３５を形成したものであり，２系統の空気
をこれら直交する空気通路３４と３５に流すことによっ
て互いに混合することなく効率よく熱交換することがで
きる。かようなブロック型の空気対空気熱交換器の構造
自体は良く知られており，本発明ユニットでは，その熱
交換素材は必ずしも金属製ではなくてもよく，樹脂製の
ものでも使用することができる。また，必ずしも直交流
型でなくても向流型や傾斜流型に熱交換するものであっ
てもよい。

【００３７】本発明ユニットにおいて，この空気対空気
熱交換器９の作用は極めて重要である。すなわち，冷凍
室１の吸込口６を経て本ユニットに戻ってくる還気は外
気温度よりも低い低温である。したがって，この還気と
膨張機２１に入る前の高圧空気とをこの９で熱交換する
ことにより，効率よくコールドエアを作り出すことがで
きる。

【００３８】冷却能力が１０冷凍トンの本発明ユニット
の場合，外気温度が３０℃の時，本ユニットから取り出
されるコールドエアの温度＝−２０℃，風量＝１.５kg/
secのときの各機器で処理される温度状態の例を挙げる
と下記のとおりである。ただし，負荷側から戻る還気温
度を−５℃とする。

【００３９】 機内通流空気の位置 空気温度（℃） 圧力（気圧） 管路イ −５ １.０２ 管路ロ ＋３５ １.０ 管路ハ ＋１２８ ２.０６ 管路ニ ＋４０ ２.０５ 管路ホ ０ ２.０４ 管路ヘ −２０ １.０５

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように，本発明の冷凍・冷
蔵庫は，フロン等の冷媒を使用することなく低温環境を
形成するものであるから，有害ガスによる環境破壊のお
それがない。また空気そのものを圧縮・冷却・膨張処理
するものであり，仮に漏洩しても環境を汚染することが
ない。そして漏洩に細心の注意を払らわなくても済むこ
とから配管作業は非常に簡易となり，必要な低温環境を
備えた冷凍・冷蔵庫を簡単に形成できるという効果を奏
する。

【００４１】加えて，冷凍機ブラインを通液する熱交換
器やヒートポンプ蒸発器に庫内空気を循環して冷却する
従来方式のように，フインチューブで空気を冷却する場
合の着霜の問題がないから，除霜のための余分のエネル
ギーは不要である。

【００４２】そして，従来の冷凍・冷蔵庫の構築には，
専門的な特殊技術を必要としたが，本発明のコールドエ
アサプライユニットを用いれば，これを据え付けて空気
配管し，これを稼動すれば直ちに低温環境を形成するこ
とができるし，また撤去もできる。このため，これまで
の冷凍・冷蔵庫技術の概念を変えた新しい冷凍・冷蔵シ
ステムを市場に提供できる。

【００４３】とくに，エジエクタによる低温空気の噴流
吹出しを採用したことによって，庫内の空気の循環が自
然に行われることから，従来のように設置位置が固定さ
れた熱交換器による空気冷却方式に比べると庫内での空
気の滞留域が少なくなり，また庫内上下温度差も少なく
なるので，庫内を全体的に均一な低温環境に形成でき
る。これによって，庫内の保存・冷凍のための有効空間
が増大するという効果がもたらされるし，庫内在庫の増
減に応じて冷熱供給量の増減も簡単に行えることから，
冷凍・冷蔵庫の効率が従来方式に比べて格段に向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う冷凍・冷蔵庫の構成例を示す略断
面図である。

【図２】図１のコールドエアサプライユニットの例を示
す透視斜視図である。

【図３】図１のコールドエアサプライユニットの機器配
置を説明するための略断面図である。

【図４】図１のコールドエアサプライユニットの空気の
流れ系統を説明するためのシステム図である。

【図５】図１のコールドエアサプライユニットで用いる
空気対空気熱交換器の原理を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 冷凍室 ２ コールドエアサプライユニット ３ 低温空気の往管 ４ 庫内空気の還管 ５ エジエクタ ６ 吸込口 ７ 空気圧縮膨張装置 ８ 空気冷却器（水対空気熱交換器） ９ 空気対空気熱交換器 １０ 冷却塔 １４ 前室床下の熱交換器 １６ ケーシング １７ 電動モータ １８，１９ 圧縮機 ２０ ギャボックス ２１ 膨張機

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気圧縮機，空気冷却器，空気対空気熱
   交換器および空気膨張機が空気の流れの順に接続され且
   つこれらが一つのケーシング内に収納されたコールドエ
   アサプライユニットと，冷凍庫または冷蔵庫の室内空間
   との間に空気配管を施し，該ユニットから室内空間に低
   温空気を送気する空気配管の吐出端にエジエクタを取付
   け，このエジエクタから該低温空気を室内空間に噴流と
   して吹き出すようにした冷凍・冷蔵庫。
2. 【請求項２】 コールドエアサプライユニットは，電動
   モータ, 空気圧縮機および空気膨張機を一体的に組合せ
   てなる空気圧縮膨張装置と，水対空気熱交換器と，空気
   対空気熱交換器とを一つのケーシング内に収納し，該ケ
   ーシング内においてこれらの機器の間で空気圧５kg/cm²
   以下の空気配管が施され，コールドエア取出し用接続
   口，レタンエア取入れ用接続口，冷却水取出し用接続口
   および冷却水取入れ用接続口を備えてなるパッケージ化
   されたユニットである請求項１に記載の冷凍・冷蔵庫。
3. 【請求項３】 水対空気熱交換器を通過した冷却水は，
   冷凍庫または冷蔵庫の出入口近傍の床面に設置された融
   氷用熱交換器に通水される請求項２に記載の冷凍・冷蔵
   庫。
4. 【請求項４】 コールドエアサプライユニットの圧縮機
   は二台からなり，いずれの圧縮機も電動モータの動力と
   膨張機の動力がギヤボックスを介して伝達されるように
   設置されている請求項１，２または３に記載のコールド
   エアサプライユニット。
5. 【請求項５】 コールドエアサプライユニットの空気対
   空気熱交換器は，空気膨張機に入る前の空気と冷凍庫ま
   たは冷蔵庫の室内空間からの戻り空気とを熱交換するも
   のである請求項１，２，３または４に記載の冷凍・冷蔵
   庫。