KR101031416B1

KR101031416B1 - 냉각 장치

Info

Publication number: KR101031416B1
Application number: KR1020067008876A
Authority: KR
Inventors: 시게루 이시이; 가즈노리 데라사키
Original assignee: 에어 오퍼레이션 테크놀로지스 가부시키가이샤
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2011-04-26
Also published as: WO2005043053A1; US7823410B2; WO2005043053B1; US20070074530A1; JP3771556B2; KR20060117940A; CN1875231A; EP1688687A1; CN100436981C; EP1688687A4; JP2005127666A

Abstract

냉기를 강제적으로 순환시키는 냉기 강제 순환 방식을 사용하지 않고 피냉각물을 냉각시키는 냉각 장치에 있어서, 실용화 레벨의 냉각 장치를 제공하고, 충분한 냉각 효과가 얻어지는 냉각 장치를 제공한다. 외부와 단열적으로 격리된 실내에 냉각기(18)를 설치하고, 냉각기의 전면에 냉각 팬(20)을 배치하고, 냉각 팬의 전방의 공간부를 피냉각물이 설치되는 냉각실(22)로 하고, 냉각 팬(20)의 후방에 있는 냉각 공기를 팬으로 흡인하여 냉각실(22)에 유동시키고, 냉각기(18)와 냉각 팬(20) 사이의 간극의 전후 방향의 치수를 a로 하고, 냉각 팬의 직경을 D로 했을 때, a/D=1/2∼1/4로 설정한다.

Description

냉각 장치{COOLING DEVICE}

본 발명은, 냉기를 강제적으로 순환시키는 냉기 강제 순환 방식을 사용하지 않고 피냉각물을 냉각시키는 냉각 장치에 관한 것이다.

종래의 냉기 강제 순환 방식에서는, 냉각 코일 등의 냉각기에 의해 냉각한 공기를 팬에 의해 송풍구로부터, 피냉각물이 설치되는 냉각실에 강제적으로 보내고, 그리고 피냉각물과의 열교환에 의해 온도가 상승한 냉기를, 흡입구로부터 냉각기로 흡입하여, 냉각기에 의해 다시 냉각하여 팬에 의해 냉각실로 보내어, 순환시킨다. 그리고, 이 방식에서는, 냉기를 피냉각물의 표면에 내뿜어, 수분과 함께 열기를 탈취하면서 냉각시켜 간다.

이 때문에, 냉기 강제 순환 방식에서는, 1) 냉각물이 건조되기 때문에, 피냉각물의 원래의 수분을 빼앗겨, 피냉각물이 식품 재료인 경우에는 맛과 품질이 열화되고, 2) 피냉각물로부터 수분이 인출되어, 동결 온도대에 들어갔을 때에 얼음의 결정끼리 서로 끌어당기면서 큰 결정으로 성장함으로써 팽창하여, 피냉각물의 세포 내의 요소도 말려들게 하므로 피냉각물이 변성하고, 3) 냉기의 순환 루트가 일정하므로, 피냉각물과의 접촉 시간이 짧아 급속 냉각이 곤란하고, 4) 냉기의 속도가 빠르므로, 피냉각물에 따라서는, 그 분말이 흩날려 고(庫) 내가 더러워지고, 5) 피냉 각물로부터 빼앗긴 수분이 냉각기로 되돌아가 서리가 부착하여, 제상(除霜)할 필요가 생기고, 6) 제상 중에는 고 내의 온도가 상승하기 때문에, 미소 얼음 결정으로부터 융해가 발생하고, 그리고 그것이 얼어 큰 결정이 되어, 세포가 파괴되어 피냉각물에 변화가 일어나, 장기 보존함에 따라 그 요소가 파손된다는 문제점을 갖고 있다.

이 문제점을 해결하기 위하여, 일본 특허 제2852300호 공보(특허 문헌 1)나 일본특허 제3366977호 공보(특허 문헌 2)에서는, 냉기의 강제 순환을 행하지 않는 냉각 장치가 제안되어 있다. 이들 냉각 장치에서는, 단열 상자체에 의해 밀폐된 실내에 있는 일벽측에 냉각기를 설치하고, 냉각기의 전면에 냉각 팬을 배치하고, 냉각 팬의 전방의 공간부를 냉각실로 하고, 냉각기 부근에 존재하는 냉각 공기를 냉각 팬의 후면으로부터 흡인하여 냉각실에 유동시키도록 하였다. 냉각실의 냉각 공기는, 강제적으로는 냉각기로 순환되지 않고, 냉각기를 포함하는 냉각부와 냉각실의 사이에서는, 그 공기층의 경계면에서의 분자 간의 충돌에 의한 열교환이 행해져, 냉각실 내의 수증기압이 포화 상태에 있어 건조되지 않기 때문에, 피냉각물 표면의 약간의 수분을 순간적으로 얼려 얇은 아이스 배리어를 표면 전체에 형성하고, 이 때문에, 피냉각물 중의 얼음 결정을 미크로 단위로 유지할 수 있으므로, 피냉각물의 변성을 저지할 수 있다.

그런데, 일본특허 제3366977호 공보에서는, 냉각기인 냉각 코일의 배면과 실내의 벽면 사이의 간극을 20~50mm의 범위로 하면 되고, 이것보다 작으면 충분한 양의 냉기를 흡인할 수 없고, 반대로 너무 크면 냉기가 그 간극에서 확산하여, 팬 후 방으로의 냉기의 유도가 방해된다는 것이 기재되어 있다.

그러나, 본 발명자들의 연구에 의하면, 상기 수치 범위의 간극에서는 충분한 냉각 효과가 얻어지지 않고, 또 그것뿐만 아니라, 실용적인 냉각 장치를 제공하기 위해서는, 만족시켜야 할 조건이 존재하는 것이 발견되었다. 즉, 상기 종래의 공보에 기재된 조건만으로는, 실용 레벨의 냉각 장치로 하기에는 불가능 또는 불충분하다는 문제가 있다.

[특허 문헌 1] : 일본 특허 제2852300호 공보

[특허 문헌 2] : 일본 특허 제3366977호 공보

본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 과제는, 냉기를 강제적으로 순환시키는 냉기 강제 순환 방식을 사용하지 않고 피냉각물을 냉각시키는 냉각 장치에 있어서, 실용화 레벨의 냉각 장치를 제공하고, 충분한 냉각 효과가 얻어지는 냉각 장치를 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 외부와 단열적으로 격리된 실내에 냉각기를 설치하고, 냉각기의 전면에 냉각 팬을 배치하고, 냉각 팬의 전방의 공간부를 피냉각물이 설치되는 냉각실로 하고, 냉각 팬의 후방에 있는 냉각 공기를 팬으로 흡인하여 냉각실에 유동시키는 냉각 장치에 있어서,

냉각기와 냉각 팬 사이의 간극의 전후 방향의 치수를 a로 하고, 냉각 팬의 직경을 D로 했을 때, a/D=1/2∼1/4로 설정하는 것을 특징으로 한다.

또, 바람직하게는, 상기 냉각기와 그 후면측에 있는 벽면 사이의 간극의 치수를 50mm 이상으로 설정하면 된다.

제2의 관점에 의한 발명은, 외부와 단열적으로 격리된 실내에 냉각기를 설치하고, 냉각기의 전면에 냉각 팬을 배치하고, 냉각 팬의 전방의 공간부를 피냉각물이 설치되는 냉각실로 하고, 냉각 팬의 후방에 있는 냉각 공기를 냉각 팬으로 흡인하여 냉각실에 유동시키는 냉각 장치에 있어서,

상기 냉각기와 그 후면측에 있는 벽면 사이의 간극의 치수를 50mm보다 크게 설정하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2의 관점에 의한 발명에 있어서, 상기 냉각기의 측면을 제어판으로 덮어 실질적으로 측면의 냉각기 내외의 공기의 출입을 저지하는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각 팬의 회전수는 조정 가능하게 할 수 있고, 또 바람직하게는, 그 회전수를 1200∼2100rpm으로 할 수 있다.

상기 냉각 장치는, 냉각실에 배치되어 피냉각물을 재치(載置)하는 재치대를 진동시키는 진동 구동부를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 냉각기는, 냉각실을 사이에 두고 대향하여 각각 설치되고, 대향하는 냉각기의 전면에 각각 배치되는 냉각 팬은, 서로 대향하지 않도록 오프셋되어 배치될 수 있다.

또한, 상기 냉각기의 전면에 배치되는 냉각 팬은 복수 개이고, 냉각기의 전면을 가상적으로 복수의 블록으로 나눴을 때 지그재그로 선택된 블록에 대응하는 전면에 냉각 팬이 배치될 수 있다.

또, 냉각 팬을 하류측으로부터 본 경우의 회전은, 북반구에서는 좌회전으로, 남반구에서는 우회전으로 설정되면 된다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면, 냉기를 강제적으로 순환시키는 냉기 강제 순환 방식을 사용하지 않고 피냉각물을 냉각시키는 냉각 장치에 있어서, 냉각실에서 흐르는 공기의 속도를 저속도로 하고, 또한 냉각기를 통과하는 흐름을 최대한 발생시키지 않도록 하여, 서리가 끼는 것은 냉각 팬보다 전방의 냉각실에서 일어나도록 하여 냉각기에 서리가 부착하는 것을 방지하여, 실용화 레벨에서 효율적이고 충분한 냉각 효과가 얻어지게 된다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 의한 냉각 장치의 내부 구조를 나타내는(a)는 측면 종단면도, (b)는 (a) 중의 b-b선을 따라 본 단면도(단, 트레이는 제외한다)이다.

도 2는, 냉각기와 냉각 팬 사이의 전후 방향의 간극과 실내에 발생하는 공기의 흐름의 관계를 설명하는 설명 단면도이다.

도 3은, 냉각기와 냉각기의 후면측에 있는 벽면 사이의 간극과 실내에 발생하는 공기의 흐름의 관계를 설명하는 설명 단면도이다.

도 4는, 냉각기와 냉각 팬 사이의 간극의 전후 방향의 치수 a와 냉각 팬의 직경 D의 비 a/D의 여러가지 값에 대응하여, 냉각실 내에 발생하는 흐름의 평균 압력을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 5는, 냉각기와 냉각 팬 사이의 간극의 전후 방향의 치수 a와 냉각 팬의 직경 D의 비 a/D의 여러가지 값에 대응하여, 냉각실 내에 발생하는 흐름의 압력 맥동 주파수 f를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 6은, 냉각기와 냉각 팬 사이의 간극의 전후 방향의 치수 a와 냉각 팬의 직경 D의 비 a/D의 여러가지 값에 대응하여, 냉각실 내에 발생하는 흐름의 압력 맥동의 상대 진폭 T/P_ave를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 7은, 냉각기와 그 후면측에 있는 벽면 사이의 간극의 거리 Db와, 도 5 및 도 6과 같은 측정점에서의 평균 압력 P_ave의 관계를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 8은, 냉각기와 냉각 팬 사이의 간극의 전후 방향의 치수 a와 냉각 팬의 직경 D의 비 a/D와, 냉각 팬의 회전수의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 9는, 냉각기와 그 후면측에 있는 벽면 사이의 간극의 거리 Db와, 냉각팬의 회전수의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 10은, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 냉각 장치의 내부 구조를 나타낸 측면 종단면도이다.

도 11은, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 냉각 장치의 내부 구조를 나타낸 (a)는 정면 종단면도, (b)은 냉각기의 개략적 사시도이다.

도 12는, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 냉각기와 냉각 팬의 관계를 나타낸 정면도이다.

도 13은, 본 발명을 스파이럴 프리저의 냉각 장치에 적용한 경우의 단면도이다.

도 14는, 본 발명을 터널 프리저의 냉각 장치에 적용한 경우의 부분 단면도이다.

도 15는, 본 발명에 있어서, 냉각기와 피냉각물의 배치의 일례를 도시한 부분 단면도이다.

도 16은, 도 15의 16-16선을 따라 본 도면이다.

도 17은, 본 발명에 있어서, 냉각기와 피냉각물의 배치의 일례를 도시한 단면도이다.

도 18은, 본 발명에 있어서, 냉각기와 피냉각물의 배치의 일례를 도시한 단면도이다.

이하, 도면을 사용하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 또한, 이하의 실시형태는 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 의한 냉각 장치의 내부 구조를 나타낸 단면도이다. 냉각 장치(10)는, 단열 벽체(12)에 의해 포위되어 외부와 단열적으로 격리된 실내(16)를 갖고 있고, 그 실내(16)의 일 측면(전면)에는, 피냉각물을 반입 반출하기 위한 문(14)이 개폐 가능하게 구비되어 있다.

실내(16)에는 냉각기(18)가 설치된다. 냉각기(18)의 전체 형상은 그 정면에서 봐서 통상적으로는 장방형(정방형을 포함한다)으로 되어 있다. 냉각기(18)에 는, 실외에 배치되는 도시 생략한 압축기, 응축기 등이 접속되어, 이들 내부를 냉매가 순환하고, 냉각기(18)는 냉매가 기화하여 주위의 공기를 냉각하는 증발기로 되어 있으며, 예를 들면 냉각 핀이 그 주위에 형성된 냉각 코일로 구성할 수 있다. 공기는, 인접하는 냉각 코일의 냉각 핀들의 사이를, 상하, 전후, 좌우의 어느 방향으로나 이동 가능하도록 되어 있고, 또한, 공기는, 기본적으로 냉각기(18)의 후면, 양 측면 및 전면의 모든 4측면 방향으로부터, 냉각기(18) 내 및 냉각기(18) 외로 출입 가능하도록 되어 있다.

냉각기(18)의 전면에는, 모터부착 냉각 팬(20)이 배치된다. 냉각 팬(20)은 복수 설치하면 되고, 이 예에서는, 냉각기(18)의 정면에서 본 대각선상에 1쌍의 냉각 팬(20)이 배치되어 있다. 이 냉각 팬(20)에는, 종래 일반적으로 풍량을 증가시키기 위해 사용되는 벨마우스는 설치되어 있지 않다.

냉각 팬(20)의 전방의 실내(16)의 공간부가 냉각실(22)이 된다. 실내(16)의 양 측면에는 가이드 레일(23)이 형성되고, 가이드 레일(23)을 따라 복수의 트레이(24)가 배치되어, 트레이(24) 상에 피냉각물이 재치 가능하도록 되어 있다.

냉기를 강제적으로 순환시키는 냉기 강제 순환 방식을 사용하지 않는 본 발명과 같은 방식에서는, 냉각실(22)과 냉각기(18)를 포함하는 냉각부의 사이에서 강제적으로 순환을 일으키지 않고, 냉각실(22)에서 저속도의 난류(亂流)를 발생시키고, 또한, 냉각기(18)를 통과하는 흐름을 최대한 발생시키지 않도록 하여 냉각기(18)에 서리가 부착되지 않도록 하여, 냉각실(22)과 냉각부의 사이에서 충분히 열교환을 발생시키는 것이 열교환 효율을 높이는 데 있어서 중요하다.

이상의 조건을 만족시키기 위한 조건으로서, 본 발명자들은, 1) 냉각기(18)와 냉각팬(20) 사이의 전후 방향의 간극의 치수, 2) 냉각기(18)와 그 냉각기(18)의 냉각 팬(20)과 반대측의 면측, 즉 냉각기(18)의 후면측에 있는 벽면(26) 사이의 간극의 치수, 3) 냉각 팬의 회전수, 를 적당한 수치로 설정하는 것이 필요 불가결하다는 것을 발견했다.

이하, 이들을 차례로 검토한다.

1) 냉각기(18)와 냉각 팬(20) 사이의 전후 방향의 간극의 검토

본 발명에 있어서는, 냉각기(18)와 냉각 팬(20) 사이의 전후 방향의 간극을 작게 하는 것이 아니라, 소정의 범위로 설정한다. 소정의 범위란, 냉각기(18)와 냉각 팬(20) 사이의 간극의 전후 방향의 치수를 a로 하고, 냉각 팬(20)의 직경을 D로 했을 때, a/D=1/2∼1/4이며, 이 범위가 가장 효과적이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 냉각기(18)의 후면(18b), 양 측면(18c, 18c) 및 전면(18a)의 모든 4측면 방향을 개방하고 있는 구성의 경우에, 냉각부에 발생하는 공기의 흐름으로서는, 냉각실(22)측으로부터 냉각기(18)의 후면(18b) 및 양 측면(18c, 18c)을 주회(周回)하여 냉각실(22)로 흐르는 흐름(도면 중 (α)로 나타낸다)과, 냉각실(22)측으로부터 냉각 팬(20)의 후방으로 돌아들어가, 냉각 팬(20)에 흡인되어 다시 냉각실(22)로 흐르는 흐름(도면 중 (β))과, 냉각기(18)의 주위로부터 냉각 팬(22)으로 흡인되는 흐름(도면 중 (γ))을 생각할 수 있다. 이 중에서, 흐름 (α)와 흐름 (β)가 균형적으로 배분되어, 그에 의해, 냉각실(22)측으로부터 흘러 나오는 피냉각물에 의해 따뜻하게 된 공기가, 냉각기(18)에 의해 냉각된 냉각기 (18)의 주위 공기와의 사이에서 열교환을 행하여, 냉각실(22)로 흐르는 것이 이상적이다. 또, 이 때 냉각실(22)측으로부터 흘러나오는 습도가 높은 공기가, 최대한 냉각기(18) 내로 진입하는 일이 없도록 하여, 냉각기(18)에 서리가 부착되는 것을 막는 것이 바람직하다. 또한, 공기의 유속을 낮게 하여, 냉각기(18)에서 냉각된 공기와의 사이의 열교환을 충분히 가능하도록 하고, 냉각실(22)로의 흐름의 유속도 낮게 억제하여 피냉각물과의 열교환을 충분히 가능하도록 하는 것이 열교환 효율을 높이는 데 있어서 중요하다.

도 2(b)에 도시한 바와 같이, a/D<1/4인 경우에는, 냉각 팬(20)과 냉각기(18)의 사이가 너무 좁기 때문에, (β)의 흐름을 충분히 발생시킬 수 없어, 냉각실(22)로 공기를 충분히 유동시킬 수 없다. 그 때문에, 냉각 팬(20)의 회전수를 올리는 등을 행하여 흡인력을 높이지 않을 수 없어, 유속이 높아짐과 더불어, 냉각기(18) 내의 공기를 흡인하게 되어, 그에 따라 냉각기(18)를 통과하는 흐름이 발생한다는 문제가 생긴다. 냉각기(18)를 통과하는 공기의 흐름을 적극적으로 만드는 것은, 습기가 높은 냉각실(22)로부터의 공기를 냉각기(18)에 도입하게 되어 냉각기(18)로의 서리의 부착을 초래하므로 피하지 않으면 안된다.

한편, 도 2(c)에 도시한 바와 같이, a/D>1/2인 경우에는, 냉각 팬(20)과 냉각기(18)의 사이가 너무 벌어져 있으므로, 냉각 팬(20)의 후방의 공간에 바람이 고여, 냉각 팬(20)으로부터 냉각실(22)로 내뿜어지는 공기의 유량이 많아진다고 하는 문제가 있고, 또 흐름 (β)의 공기가 충분히 냉각기(18) 주위의 냉각 공기와의 열교환을 행할 수 없고, 또한 냉각기(18)의 양 측면(18c, 18c) 및 후면(18b)의 3면을 주회하는 흐름 (α)보다도, 냉각기(18)의 주위로부터 냉각기(18)를 주회하지 않고 냉각 팬(20)으로 흡인되는 흐름 (γ)가 발생하여, 냉각실(22)측으로부터의 흐름과 냉각기(18) 주위의 냉각 공기와의 열교환을 충분히 행할 수 없다는 문제가 생긴다. 요컨대, 냉각부와 냉각실(22)이 완전히 분리된 것 같은 상태가 되어, 열교환 효율이 나쁘다.

이에 대해, 도 2(a)에 도시한 바와 같이, 1/2≥a/D≥1/4을 만족시킴으로써, 냉각기(18)의 양 측면(18c, 18c) 및 후면(18b)을 주회하는 흐름 (α)와, 냉각기(18)의 전면을 통과하는 흐름 (β)가 균형적으로 발생하여, 냉각실(22)측으로부터의 흐름과 냉각기(18) 주위의 냉각 공기와의 열교환을 충분히 행할 수 있다. 물론, 냉각기(18) 내외로의 공기의 출입은 약간 발생하지만(β'), 그것이 냉각기(18) 내의 공기를 요동시키게 되어, 열교환을 촉진시키는 것에 기여한다. 그러나, 냉각실(22)로부터 냉각기(18) 내로 통과하는 공기의 큰 흐름의 발생은 억제할 수 있다.

이상의 냉각기(18)와 냉각 팬(20) 사이의 간극의 전후 방향의 치수 a와 냉각 팬(20)의 직경 D의 비 a/D의 여러가지 값에 대응하여, 냉각실(22) 내에 발생하는 흐름의 압력을 측정한 결과가 도 4에 나타낸 그래프이다. 냉각 팬(20)의 직경 D=200mm일 때의, 냉각실(22) 내에 있는 냉각 팬(20)의 회전 중심점으로부터 전방으로 100mm의 지점(이하 측정점)에 있어서의 평균 압력을 측정했다.

도 4로부터 알 수 있듯이, a=300mm(a/D=1.5)일 때는, 평균 압력은 1200gf/㎠=0.12MPa인 것에 비해, a=100mm(a/D=0.5)일 때는, 평균 압력은 18gf/㎠=0.0018 MPa, a=50mm(a/D=0.25)일 때는, 평균 압력은 10gf/㎠=0.001MPa이고, 이들로부터, logP_ave=α+β·(a/D), α≒0.50, β≒1.71(단 P_ave의 단위는 gf/㎠)의 관계가 성립하는 것을 알 수 있다. 피냉각물에 대한 압력으로서 바람직한 범위는 너무 크거나 너무 작아도 좋지 않고, 10gf/㎠~28gf/㎠가 바람직하므로, a/D의 범위로서는, 거의 a/D=1/4∼1/2의 범위로 하는 것이 좋은 것을 알 수 있다.

냉각 팬(20)으로부터 냉각실(22)로 보내어진 냉각 공기는, 그 냉각 팬(20)에 대향하는 벽면(도 1의 예의 경우는 문(14) 또는 트레이(24)의 전면)을 반사한 냉각 공기와 충돌하여, 난류 상태가 되어 피냉각물과 접촉한다.

측정점에서, 압력은 진동 또는 맥동하고 있다. a/D와 그 압력 맥동의 주파수 f의 관계를 측정한 결과를 도 5에 도시한다. 맥동 주파수 f가 높으면, 피냉각물과 주위 공기 사이의 경계면에 체류할 가능성이 있는 열 절연성의 공기층을 떼내어, 피냉각물과의 열교환율을 높일 수 있어, 높은 냉각 효과를 얻을 수 있다. 도 5의 결과로부터, a/D의 어떤 범위에서 주파수를 높일 수 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 냉각실(22)에 발생하는 압력 맥동에, 냉각 팬(20)과 냉각기(18) 사이의 공간 내에서 발생하는 냉각 공기의 반사가 큰 영향을 미치는 것으로 추측되어, a/D=1/4의 부근에서 최대값, 즉 공진이 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 그 공간의 간격 a를 적절한 것으로 함으로써, 적절한 주파수를 만들어낼 수 있다. 그 a/D의 범위로서는, a/D=1/4∼1/2의 범위에서 충분히 만족할 수 있는 주파수로 할 수 있다. 또, 이 범위에 있어서, 피냉각물에 형성되는 얼음 결정은, 강제 순환 방식의 경우에 형성되는 얼음 결정에 비교해 1/5∼1/l0의 크기가 되었다.

도 6은, 측정점에서, a/D와 압력 맥동의 진폭 T와 평균 압력 P_ave의 비인 상대 진폭 T/P_ave의 관계를 측정한 결과이다. 맥동의 주파수 f와 동일하게, 맥동의 상대 진폭 T/P_ave는 크면, 피냉각물의 냉각 효과를 높일 수 있다. 도 6의 결과로부터, a/D의 어떤 범위에서 상대 진폭을 크게 할 수 있는 것을 알 수 있다. 그리고, 그 a/D의 범위로서는, a/D=1/4∼l/2의 범위에서 충분히 만족할 수 있는 상대 진폭으로 할 수 있다.

또한, a/D=1/4보다 작은 경우에는, 상술한 바와 같이, 흐름 (β)가 발생하지 않아 충분한 열교환을 할 수 없어, 냉각기(18)를 통과하는 흐름이 발생하여, 냉각기(18)에 서리가 발생하는 것도 실험에 의해 확인되었다.

2) 냉각기(18)와 그 후면측에 있는 벽면(26) 사이의 간극의 치수의 검토

도 3(b)에 도시한 바와 같이, 냉각기(18)와 냉각기(18)의 후면측에 있는 벽면(26) 사이의 거리 Db가 50mm보다 작으면, 그 간극에 의한 조여짐 효과에 의해, 상기 냉각기(18)의 양 측면(18c, 18c) 및 후면(18b)의 3면을 주회하는 흐름 (α)의 유속이 높아져 바람직하지 않다. 도 3(a)에 도시한 바와 같이, 거리 Db가 50mm 이상 또는 50mm보다 크면, 상기 냉각기(18)의 양 측면 및 후면의 3면을 주회하는 흐름의 유속이 낮아져 바람직하다. 평균적인 속도로서는, 1∼5m/min=0.0167∼0.0833m/sec가 되는 것이 바람직하다.

또, 발명자들은, 냉각기(18)의 주위에 제어판을 배치함으로써, 이 거리 Db의 값에 영향을 준다는 것을 발견했다. 냉각기(18)의 양 측면(18c, 18c) 및 후면 (18b)을 제어판으로 덮은 경우에는, 흐름 (α)가 냉각기(18)에서 냉각된 냉각 공기와의 사이에서 열교환을 할 수 없어, 냉각 효과가 얻어지지 않게 된다. 한편, 양 측면(18c, 18c)과 후면(18b)을 전부 개방한 경우에는, 이들을 주회하는 흐름 (α)의 속도가 빨라지는 경향이 있다. 따라서, 도 3(c)에 도시한 바와 같이, 제어판(28)을 양 측면(18c)에 배치한 경우, 흐름 (α)는 냉각기(18)의 양 측면(18c, 18c)에서 열교환을 할 수는 없지만, 속도의 상승을 억제할 수 있으므로, 거리 Db는 50mm 이상 또는 50mm보다 크게 하는 것으로 충분하지만, 제어판(28)을 설치하지 않는 경우에는, 50mm보다 크고, 바람직하게는 100mm 이상으로 크게 설정하면 된다. 또한, 이 측면(18c)으로서는, 냉각기(18)의 상면 및 하면도 포함시킬 수 있어, 복수의 측면(18c) 중 어느 하나 이상을 제어판(28)으로 덮어도 된다. 또, a/D의 조건을 1)에서 구한 바람직한 범위(1/4~1/2)와 조합하고, 또한 Db를 50mm 이상으로 함으로써, 더욱 열교환 효율을 높일 수 있다.

도 7은, 도 5 및 도 6과 같은 측정점에서(단, a/D=1/2로 했다), 거리 Db와 평균 압력 P_ave의 관계를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 평균 압력이 작은 것은, 냉각기(18)로부터 냉각실(22)로 흐르는 흐름의 속도가 저속인 것을 나타낸다. 거리 Db가 작으면, 압력이 커져 피냉각물에 악영향을 미친다. 거리 Db를 어느 정도 크게 하면, 이미, 압력은 거리 Db에 의존하지 않고 일정값을 나타낸다. 그 때의 임계값으로서, 거리 Db>50mm, 바람직하게는 거리 Db≥100mm으로 하면 되는 것을 그래프로부터 알 수 있다.

3) 냉각 팬의 회전수의 검토

냉각 팬(20)의 회전수에 의해서도, 냉각실(22)을 흐르는 속도는 당연히 영향을 받는다. 따라서, 1)에서 검토한 간격 a를 충분히 작게 할 수 없는 경우에는, 냉각 팬(20)의 회전수를 조정함으로써 대응할 수 있다. 그 때문에, 냉각 팬(20)을 구동하는 모터를 인버터 제어에 의해 제어한다.

거리 a와 회전수 N의 관계는, 도 8에 도시된다. 이미 도 4에 도시한 바와 같이, 거리 a가 커지면, 평균 압력 및 속도는 지수 함수적으로 증가한다. 따라서, 그 증가를 상쇄하도록 하여, 회전수를 감소시켜 감으로써, 거리 a가 커지더라도, 소정의 값 이하의 압력 및 속도로 억제할 수 있다. 그를 위해서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 거리 a와 회전수 N을 역지수 함수적인 관계로 조정함으로써, 거리 a가 다소 변화하더라도, 동일한 조건으로 냉각을 행할 수 있다. 조정하는 회전수로서는, 1200∼2100rpm 사이에서의 범위로 하면 된다.

거리 Db와 회전수 N의 관계도 동일하다. 도 7에 도시한 바와 같이, 거리 Db는 작아지면, 평균 압력 및 속도는 지수 함수적으로 증가한다. 따라서, 그 증가를 상쇄하도록 하여, 회전수를 감소시켜 감으로써, 거리 Db가 작아지더라도, 소정의 값 이하의 압력 및 속도로 억제할 수 있다. 그를 위해서는, 도 9에 도시한 바와 같이, 거리 Db와 회전수 N을 지수 함수적인 관계로 조정함으로써, 거리 Db가 다소변화하더라도, 동일한 조건으로 냉각을 행할 수 있다. 조정하는 회전수로서는, 1200∼2100rpm 사이에서의 범위의 것으로 하면 된다.

이렇게 해서, 상기 a/D 및 Db의 바람직한 범위에 있어서도, 냉각 팬의 회전수를 조정함으로써, 보다 이상적인 조건으로 냉각을 행할 수 있다.

다음에, 도 10은, 다른 실시형태를 나타낸 도면이다. 이 실시형태에서는, 피냉각물이 재치되는 재치대로서의 트레이(24)를 진동시키는 진동 구동부(30)를 더 구비하고 있다. 진동 구동부(30)는 임의의 구동 장치를 이용할 수 있고, 예를 들면 초음파 진동자, 모터 등을 구동원으로 하여, 캠 크랭크, 벨트 등의 구동 전달 기구를 사용할 수 있다. 이에 의해, 압력 맥동 뿐만 아니라, 기계적인 진동을 피냉각물에 부여함으로써, 피냉각물과 주위 공기 사이의 경계 공기층을 떼내어 보다 높은 냉각 효과를 얻을 수 있다.

다음에, 도 11은, 또 다른 실시형태를 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 예에서는, 문(14)의 대향하는 측인 실내(16)의 일측에 냉각기(18)가 설치되어 있었으나, 이것에 한정되는 것이 아니라, 문(14)과 냉각기(18)의 배치 관계에는 아무런 제한도 없고, 냉각기(18)는 실내(16)의 임의의 위치에 배치할 수 있다. 도 11에 나타낸 예는, 냉각기(18)가 실내(16)의 양측에 설치되고, 따라서 실내(16)의 양측에 냉각부가 설치되는 예이다. 이 경우, 각각의 냉각기(18)의 전면에 배치되는 냉각 팬(20)은, 서로 대향하지 않고, 지그재그의 관계가 되도록 엇갈리게 오프셋되어 배치되면 된다.

또한, 본 발명은, 이상의 실시형태에 한정되지 않고, 이하와 같은 변형이 가능하다.

·냉각 팬(20)의 수는, 도 1 또는 도 11에 도시한 것 같은 냉각기당 2개에 한정되지 않고, 도 12에 도시한 바와 같이, 2개보다 많게 할 수 있다. 이 경우에, 냉각기(18)의 전면을 복수의 블록으로 나누고, 그 복수의 블록 중에서 지그재그로 선택된 블록에 대응하는 전면에 냉각 팬(20)을 배치하면 된다.

·냉각 팬(20)의 회전은, 북반구에서는 좌회전으로, 남반구에서는 우회전으로 설정한다. 이에 의해, 코올리의 힘에 의해, 냉각 팬(20)에 의한 나선형의 공기층의 형성을 원활하게 할 수 있어, 에너지 효율을 좋게 할 수 있다.

·냉각 장치(10)는, 도 1과 같은 밀폐 실내를 형성하는 것에 한정되지 않고, 도 13에 도시한 것 같은 피냉각물을 나선형으로 반송하는 컨베이어를 구비한 스파이럴형 프리저나, 도 14에 도시한 것 같은 피냉각물을 수평 방향으로 반송하는 컨베이어를 구비한 터널 프리저와 같은 라인 중에 배치되는 냉각 장치에 적용할 수 있고, 그 경우 냉각 장치에는 피냉각물이 반입 및 반출되는 반입구 I 및 반출구 E가 설치되는데, 냉각 장치(10) 내의 실내(16)는, 외부와 단열 벽체(12)에 의해 단열적으로 격리된다. 이러한 프리저라 해도, a/D, Db를 동일하게 설정함으로써 동일하게 적용할 수 있다.

·이상의 예에서는, 피냉각물에 대해 수평 방향으로 이격된 위치 관계로 냉각기가 배치되어 있었으나, 본 발명은 이러한 위치 관계에 한정되지 않고, 3차원적으로 어떠한 배치라 해도, 냉각기의 전면에 냉각 팬이 있는 구성에 있어서, a/D, Db를 소정의 범위로 설정함으로써, 동일하게 적용할 수 있는 것은 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 도 15 및 도 16은 피냉각물의 윗쪽에 냉각기(18)가 배치되어 있는 예이고, 도 17은 피냉각물의 비스듬한 윗쪽, 도 18은 피냉각물의 주위에 각각 냉각기(18)가 배치되어 있는 예이다. 도 16 내지 도 18에 있어서 피냉각물은 지면에 수직인 방향으로 반송되는 것으로 한다. 이상과 같은 냉각기와 피냉각물의 임 의의 배치에 있어서, 동일하게 적용할 수 있다.

Claims

외부와 단열적으로 격리된 실내에 냉각기를 설치하고, 냉각기의 전면에 냉각 팬을 배치하고, 냉각 팬의 전방의 공간부를 피냉각물이 설치되는 냉각실로 하고, 냉각 팬의 후방에 있는 냉각 공기를 팬으로 흡인하여 냉각실에 유동시키는 냉각 장치에 있어서,

냉각기와 냉각 팬 사이의 간극의 전후 방향의 치수를 a로 하고, 냉각 팬의 직경을 D로 했을 때, a/D=1/2∼1/4로 설정하고,

상기 냉각기와 그 후면측에 있는 벽면 사이의 간극의 치수를 50mm보다도 크게 설정하고,

상기 냉각 팬의 회전수를 조정함으로써, 상기 냉각 팬의 회전 중심점으로부터, 전방의 100mm 지점에서의 공기 압력을 진동 또는 맥동시키는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 100mm 지점에서의 평균 압력이 10gf/㎠∼28gf/㎠의 범위인 냉각 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 치수 a를 변화시켰을 때, 상기 압력 진동 또는 압력 맥동에 공진이 발생하도록, 상기 냉각 팬의 회전수가 조정되는 냉각 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 냉각기의 측면을 제어판으로 덮어 실질적으로 측면의 냉각기 내외의 공기의 출입을 저지하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,

상기 냉각 팬의 회전수를 조정 가능하게 한 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
청구항 5에 있어서,

상기 회전수는, 1200~2100rpm인 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,

냉각실에 배치되어 피냉각물을 재치(載置)하는 재치대를 진동시키는 진동 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,

냉각기는, 냉각실을 사이에 두고 대향하여 각각 설치되고, 대향하는 냉각기의 전면에 각각 배치되는 냉각 팬은, 서로 대향하지 않도록 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,

냉각기의 전면에 배치되는 냉각 팬은 복수 개이고, 냉각기의 전면을 가상적으로 복수의 블록으로 나눴을 때 지그재그로 선택된 블록에 대응하는 전면에 냉각 팬이 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,

냉각팬의 회전은, 북반구에서는 좌회전으로, 남반구에서는 우회전으로 설정되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,

상기 압력 진동 또는 압력 맥동의 주파수(Hz)의 최대값, 및 압력 상대 진폭(T/P_ave)의 최대값은 모두 a/D=1/4 부근에 존재하는 냉각 장치.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,

상기 냉각 장치는, 밀폐실형 냉각 장치, 피냉각물을 나선형으로 반송하는 컨베이어를 구비한 스파이럴 프리저형 냉각 장치, 또는 피냉각물을 수평 방향으로 반송하는 컨베이어를 구비한 터널 프리저형 냉각 장치인 냉각 장치.