WO2005093347A1

WO2005093347A1 - 冷却庫およびスターリング冷却庫ならびにドレン水処理システム

Info

Publication number: WO2005093347A1
Application number: PCT/JP2005/005210
Authority: WO
Inventors: Wei Chen; Hiroshi Tatsumi
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2005-10-06

Abstract

　スターリング冷却庫は、冷却庫本体と、冷却庫本体底面下に設けられ、冷却庫本体からの除霜水を貯留するためのドレンパン（９）と、ドレンパン（９）に貯留された除霜水に向けて気流を発生させる送風ファン（１０）と、気流の乱れを促進する乱流促進体（１１）とを備える。乱流促進体（１１）は、別の観点では、除霜水に向かう渦を発生される渦発生体であり、さらに他の観点では、送風ファン（１０）からの気流を除霜水に向かわせる偏流体である。

Description

明細書

冷却庫およびスターリング冷却庫ならびにドレン水処理システム技術分野

[0001] 本発明は、冷却庫 (RefrigeratorZFreezer)およびスターリング冷却庫（Stirling

RefrigeratorZFreezer)ならびにドレン水処理システムに関し、特に、除霜水の蒸発を促進させた冷却庫およびスターリング冷却庫ならびにドレン水処理システムに関する。

背景技術

[0002] 一般的な冷却庫においては、冷却庫内の着霜に対して除霜処理が行なわれている。

[0003] 除霜処理を行なった際に生じる除霜水を回収する蒸発皿 (ドレンパン)を備えた冷却庫についても、従来力知られている。

[0004] ドレンパン上において、所定の方向へ空気の流れを形成することが行なわれている

[0005] 特開平 11 6680号公報 (従来例 1)においては、蒸発皿近傍において所定の方向へ空気の流れを形成する蒸発処理手段を備えた冷蔵庫が開示されている。これにより、蒸発皿力蒸発した水蒸気を外部へと円滑に逃がすことが可能となる。

[0006] 一方、逆スターリングサイクルによる熱交換を冷却庫に適用したものとして、たとえば、特開 2003— 50073号公報 (従来例 2)に記載されたものなどが挙げられる。

[0007] 従来例 2においては、逆スターリングサイクルによる作動ガスの圧縮熱を外部に放熱するための高温部と、逆スターリングサイクルによる作動ガスの膨張熱を外部から吸熱するための低温部と、低温部に熱的に結合された低温側凝縮器および複数の低温側蒸発器をサーモサイフォンを構成するように連結した閉回路力なる低温側循環回路とを備え、低温部の冷熱を搬送する冷熱搬送媒体を低温側循環回路内に封入したことを特徴とするスターリング冷凍システムが開示されている。

特許文献 1：特開平 11 6680号公報

特許文献 2：特開 2003— 50073号公報発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] し力しながら、上記のような冷却庫においては、以下のような問題があった。

[0009] ドレンパンに溜まった除霜水の蒸発を促進する一般的な 1つの方法として、ドレンパンに加熱手段を取付けることが考えられる。

[0010] 加熱手段の設置にあたっては、消費エネルギーの上昇を抑制することが要請される。したがって、たとえば、圧縮機を備えたコンプレッサ型の冷却庫においては、圧縮機において発生した熱を利用する。これにより、新たな加熱手段を設けることなぐ除霜水の蒸発を促進することができる。

[0011] し力しながら、逆スターリングサイクルによる熱交換を利用したスターリング冷却庫においては、高温部を有するスターリング冷凍機を冷却庫の上部に設置するため、該冷凍機における高温部を圧縮機に代わる加熱手段として用いることができない。

[0012] これに対し、従来例 1に係る冷却庫は圧縮機などの加熱源を有し、該加熱源によつて除霜水を蒸発させることが前提となっている。したがって、本発明に係るスターリング冷却庫とは前提および構成が全く異なる。

[0013] また、上記とは別の観点では、従来の冷却庫において以下のような問題がある。

[0014] 除霜水上に気流を発生させた場合に、空気と除霜水の水面との界面において境界層が形成される。境界層内においては気流の流速力、さくなり、上述した蒸発促進効果が阻害される。

[0015] さらに、上記とは別の観点では、従来のドレン水処理システムにおいて以下のような問題がある。

[0016] 除霜処理により排出されたドレン水の初期温度は、周囲環境の露点温度よりも低く

、ドレン水の蒸発を促進するために気流を発生させた際に、ドレン水に接する湿り空気が結露し、逆にドレン水を増量させる場合がある。

[0017] 本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、除霜水の蒸発を促進させた冷却庫およびスターリング冷却庫ならびにドレン水処理システムを提供することにある。

課題を解決するための手段 [0018] 本発明に係る冷却庫は、 1つの局面では、冷却庫本体と、冷却庫本体近傍に設けられ、冷却庫本体からの除霜水を貯留するためのドレンパンと、ドレンパンに貯留された除霜水に向けて気流を発生させるファンと、気流の乱れを促進する乱流促進体 ( turbulence promoter)とをる。

[0019] これにより、除霜水表面近傍に形成される境界層の破壊を促進することができる。

結果として、除霜水の蒸発効率が向上する。

[0020] 上記乱流促進体は冷却庫本体の底面下に取付けられ、乱流促進体とドレンパンにおけるファン側端部との距離の、ドレンパン底面力も冷却庫本体底面までの高さに対する比は、 1より大きく 6以下であることが好ましい。

[0021] これにより、除霜水の蒸発効率がさらに向上する。

[0022] 乱流促進体の最大高さがドレンパンの上端部と冷却庫本体底面との間の間隔よりも小さいことが好ましい。

[0023] これにより、ドレンパンが満水となった状態でも、気流の流路を十分に確保できる。

[0024] 気流の上流側から下流側へと向力う気流方向と直交する気流の流路の幅方向における乱流促進体の中央部の高さ力その幅方向における乱流促進体の両端部の高さよりも大きいことが好ましい。

[0025] これにより、両端部において気流に対する抵抗が小さくなるので、気流が幅方向に拡散しやすくなる。したがって、気流が幅方向全体にわたって行き渡り、結果として、除霜水の蒸発効率が向上する。

[0026] 本発明に係る冷却庫は、他の局面では、冷却庫本体と、冷却庫本体近傍に設けられ、冷却庫本体力の除霜水を貯留するためのドレンパンと、ドレンパンに貯留された除霜水の水面に向けて気流を発生させるファンとを備える。

[0027] これにより、除霜水の水面に衝突する衝突噴流を発生させることができるので、除霜水の蒸発効率を高めることができる。

[0028] 本発明に係る冷却庫は、さらに他の局面では、冷却庫本体と、冷却庫本体近傍に設けられ、冷却庫本体力の除霜水を貯留するためのドレンパンと、ドレンパンに貯留された除霜水に向けて気流を発生させるファンと、気流を除霜水側に向かわせる偏流体 (flow changer)とを備える。 [0029] 偏流体の設置によっても、乱流促進体の設置および衝突噴流と同様の効果を奏する。

[0030] ドレンパンに蒸発促進手段が取付けられることが好ま、。

[0031] これにより、除霜水の蒸発効率がさらに向上する。

[0032] 本発明に係るスターリング冷却庫は、 1つの局面では、低温部と高温部とを有するスターリング冷凍機と低温部からの冷熱により冷却される冷却室とを含む冷却庫本体と、冷却庫本体力の除霜水を貯留するためのドレンパンと、ドレンパンに貯留された除霜水に向けて気流を発生させるファンとを備える。

[0033] 気流によって、乾いた空気がドレンパン上に供給されやすくなる。結果として、除霜水の蒸発効率を向上させたスターリング冷却庫が提供される。

[0034] 本発明に係るスターリング冷却庫は、他の局面では、後述するドレン水処理システムを備える。この局面においても、除霜水の蒸発効率を向上させたスターリング冷却庫が提供される。

[0035] 本発明に係るドレン水処理システムは、除霜処理により生じた除霜水を含むドレン水を貯留するドレンパンと、ドレン水に向けて気流を発生させるファンとを備える。ここでは、除霜処理時にはファンを停止状態とし、除霜処理の終了時から所定時間が経過した後にファンの運転を開始する。

[0036] 上記構成によれば、ドレン水の温度が周囲環境の露点温度以上に上昇するまで、ドレン水と周囲の湿り空気との接触を抑制することができる。その結果、湿り空気の結露が抑制され、効率よくドレン水を処理することができる。

[0037] 上記ドレン水処理システムは、ドレンパンに取付けられた加熱手段をさらに備え、除霜処理の開始後であって上記所定時間の経過前に加熱手段を動作させることが好ましい。

[0038] 上記構成によれば、加熱手段を設けることにより、ドレン水の温度が周囲環境の露点温度に達するまでの時間を短縮することができる。その結果、ドレン水の処理効率をさらに向上させることができる。

[0039] 上記ドレン水処理システムにお、て、加熱手段は循環ポンプを用いた熱媒体循環回路に含まれ、除霜処理の終了後の循環ポンプの出力は、除霜処理の開始前の循環ポンプの出力よりも高、ことが好まし、。

[0040] 一般に、除霜処理後には、冷凍機が高出力モードで運転され、その廃熱量が大きくなる。そこで、除霜処理後の循環ポンプの出力を高く設定することで、上記廃熱を効果的に利用してドレン水の処理効率をさらに向上させることができる。

発明の効果

[0041] 本発明によれば、除霜水の蒸発を促進することができる。

図面の簡単な説明

[0042] [図 1]本発明の実施の形態 1に係るスターリング冷却庫を示した図である。

[図 2]本発明の実施の形態 1に係るスターリング冷却庫におけるスターリング冷凍機を示した図である。

[図 3]本発明の実施の形態 1に係るスターリング冷却庫におけるドレンパンおよびその周辺部材を示した側面図である。

[図 4]図 3に示すドレンパンおよびその周辺部材の変形例を示した側面図である。

[図 5]図 3に示すドレンパンおよびその周辺部材の他の変形例を示した側面図である

[図 6]本発明の実施の形態 2に係るスターリング冷却庫におけるドレンパンおよびその周辺部材を示した側面図である。

[図 7]本発明の実施の形態 2に係るスターリング冷却庫におけるドレンパンおよびその周辺部材を示した上面図である。

[図 8]本発明の実施の形態 2に係るスターリング冷却庫におけるドレンパンおよびその周辺部材を示した前面図である。

[図 9]本発明の実施の形態 2に係るスターリング冷却庫に取付けられる乱流促進体を示した斜視図である。

[図 10]本発明の実施の形態 2に係るスターリング冷却庫に取付けられる乱流促進体の変形例を示した斜視図である。

[図 11]図 6に示すドレンパンおよびその周辺部材の変形例を示した側面図である。

[図 12]本発明の実施の形態 3に係るスターリング冷却庫におけるドレンパンおよびその周辺部材を示した側面図である。 [図 13]本発明の実施の形態 4に係るスターリング冷却庫におけるドレンパンおよびその周辺部材を示した側面図である。

[図 14]送風系の仕様と除霜水の蒸発量との関係を説明する図である。

[図 15]本発明の実施の形態 5に係るスターリング冷却庫を示した図である。

[図 16]本発明の実施の形態 5に係るスターリング冷却庫におけるドレン水処理のフロ一を示したフローチャートである。

[図 17]本発明の実施の形態 5に係るスターリング冷却庫におけるドレン水処理システムに関するタイミングチャートである。

[図 18]送風ファンの動作時間とドレン水の蒸発量との関係を求めるための実験装置を示す図である。

[図 19]送風ファンの動作時間とドレン水の蒸発量との関係を示す図である。

符号の説明

[0043] 1 スターリング冷却庫、 1A 冷却庫本体、 1B 冷却庫本体背面、 1C 冷却庫本体底面、 2 スターリング冷凍機、 2A 高温側蒸発器、 3 高温側凝縮機、 4 放熱フアン、 5 低温側蒸発器、 6 低温側冷媒通路、 7 庫内冷却ファン、 8 ドレンパイプ、 9 ドレンパン、 10 送風ファン、 11 乱流促進体、 12 縦渦、 13 ヒータ、 14 圧電振動子、 15 循環ポンプ、 16 冷媒通路、 17 ホットパイプ、 18 模擬熱源、 102 ケーシング、 103 シリンダ、 104 ピストン、 105 ディスプレーサ、 106 再生器、 10 7 作動空間、 107a 圧縮空間、 107b 膨張空間、 108 放熱部、 109 吸熱部、 1 10 インナーヨーク、 111 可動マグネット部、 112 アウターヨーク、 113 リニアモータ、 114 ピストンスプリング、 115 ディスプレーサスプリング、 116 ディスプレーサロッド、 117 背圧空間。

発明を実施するための最良の形態

[0044] 以下に、本発明に基づく冷却庫の一例としてのスターリング冷却庫およびドレン水処理システムの実施の形態について、図 1から図 19を用いて説明する。

[0045] なお、本願明細書において、「冷却庫」とは、「冷蔵庫」、「冷凍庫」および「冷凍冷蔵庫」の全てを含む概念である。また、後述する各実施の形態においては、本発明の思想をスターリング冷却庫に適用する場合についてのみ説明する力本発明の思想をスターリング以外の冷却庫に適用することについては、当初力予定されている

[0046] (実施の形態 1)

図 1は、実施の形態 1に係るスターリング冷却庫を示した図である。

[0047] 図 1を参照して、スターリング冷却庫 1は、冷却空間として冷凍空間と冷蔵空間との少なくとも一方を備える。スターリング冷凍機 2は、ウォームヘッド（高温部）とコールドヘッド (低温部）とを備える。

[0048] スターリング冷却庫 1は、スターリング冷凍機 2のウォームヘッドの冷却を行なう高温側熱搬送サイクル (放熱システム）と、冷却庫内とスターリング冷凍機 2のコールドへッドとの熱交換を行なう低温側熱搬送サイクル (吸熱システム）とを備えてヽる。

[0049] 低温側熱搬送サイクルは、スターリング冷凍機 2のコールドヘッドの周囲に接触して取り付けられた低温側凝縮器と、低温側戻り管および低温側導管からなる低温側冷媒通路 6により低温側凝縮器と接続された低温側蒸発器 5とから構成された循環回路である。なお、図 1においては、互いに分離した低温側戻り管および低温側導管を合わせて低温側冷媒通路 6として表示して、る。

[0050] 上記循環回路内には二酸ィ匕炭素や炭化水素などが冷媒として封入されている。低温側凝縮器において凝縮した冷媒は低温側導管を介して低温側蒸発器 5に達する。低温側蒸発器 5において冷媒が蒸発することで熱交換が行なわれる。熱交換の後、ガス化された冷媒は、低温側戻り管を介して低温側凝縮器に戻る。このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、コールドヘッドで発生した冷熱を伝達することができるように、低温側蒸発器 5を低温側凝縮器より下方に配置している。

[0051] 図 1に示すように、スターリング冷凍機 2は、冷却庫本体 1 A背面の上部に配置される。また、吸熱システムは冷却庫本体背面 1B側に配置され、放熱システムは冷却庫本体 1 Aの上部側に配置される。なお、低温側蒸発器 5は、冷却庫本体背面 1B側に設けられた冷気ダクト 5Aに内設され、高温側凝縮器 3は冷却庫本体 1Aの上部に設けられたダクト 3Aに内設される。

[0052] スターリング冷凍機 2を作動させると、該冷凍機 2のウォームヘッドで発生した熱が、高温側凝縮器 3を介してダクト 3A内の空気と熱交換される。このとき、送風ファン 4により、ダクト 3A内の暖かい空気がスターリング冷却庫 1の庫外へ排出されるとともに、スターリング冷却庫 1の庫外の空気が取り込まれ、熱交換が促進される。

[0053] 一方、スターリング冷凍機 2のコールドヘッドで発生した冷熱は、低温側蒸発器 5を介して冷気ダクト 5A内の空気と熱交換される。このとき、庫内冷却ファン 7により、低温側蒸発器 5で冷却された冷気が冷却庫内（冷却空間）に送風される。冷却空間からの暖カゝくなつた気流は、冷気ダクト 5Aを介して再び低温側蒸発器 5に送られ、繰り返し冷却される。

[0054] 上述した冷却サイクルの実施に伴、、冷却庫内（たとえば低温側蒸発器 5周辺など )に着霜が生じる。これに対し、冷媒の流れを適宜調整することで、除霜を行なう。

[0055] 上述した除霜を実施することで、除霜水が発生する。除霜水は、冷気ダクト 5Aからドレンノイブ 8を介して、冷却庫本体底面 1Cの下部に設置されたドレンパン 9 (蒸発皿）に導かれる。ドレンパン 9の上部には、送風ファン 10が設けられており、該送風フアン 10によってドレンパン 9内に溜まった除霜水表面近傍に気流が形成され、比較的乾いた空気が除霜水上に供給されるので、除霜水の蒸発が促進される。

[0056] 図 2は、スターリング冷凍機 2の構造の一例を示した側断面図である。

[0057] 図 2に示すように、本実施の形態のスターリング冷凍機 2は、ケーシング 102と、該ケーシング 102に糸且付けられたシリンダ 103と、シリンダ 103内で往復動するピストン 104およびディスプレーサ 105と、再生器 106と、圧縮空間 107aと膨張空間 107bとを含む作動空間 107と、放熱部（ウォームヘッド） 108と、吸熱部（コールドヘッド） 10 9と、ピストン駆動手段としてのリニアモータ 113と、ピストンスプリング 114と、ディスプレーサスプリング 115と、ディスプレーサロッド 116と、背圧空間 117とを備える。

[0058] ケーシング 102は、スターリング冷凍機 2の外殻 (外壁）を構成する部分であり、シリンダ 103をはじめとする種々の部品が該ケーシング 102に組付けられる。図 2の例では、ケーシング 102は、単一の容器で構成されず、背圧空間 117を規定するとともにリニアモータ 113、ピストンスプリング 114およびディスプレーサスプリング 115を受け入れるベッセル部分と、放熱部 108、再生器 106および吸熱部 109の外壁部分とで主に構成される。該ケーシング 102の内部には、ヘリウムガスや水素ガス、窒素ガスなどの作動媒体が充填される。 [0059] シリンダ 103は、略円筒状の形状を有し、内部にピストン 104とディスプレーサ 105 とを往復動可能に受け入れる。シリンダ 103内において、ピストン 104とディスプレーサ 105とは同軸上に間隔をあけて配置され、このピストン 104およびディスプレーサ 1 05によってシリンダ 103内の作動空間 107が圧縮空間 107aと膨張空間 107bとに区画される。より詳しくは、作動空間 107は、ピストン 104におけるディスプレーサ 105側の端面よりもディスプレーサ 105側に位置する空間であり、ピストン 104とディスプレーサ 105との間に圧縮空間 107aが形成され、ディスプレーサ 105と吸熱部 109との間に膨張空間 107bが形成される。圧縮空間 107aは主に放熱部 108によって囲まれ、膨張空間 107bは主に吸熱部 109によって囲まれている。

[0060] 圧縮空間 107aと膨張空間 107bとの間には再生器 106が配設されており、この再生器 106を介してこれら両空間が連通する。それにより、スターリング冷凍機 2内に閉回路が構成される。この閉回路内に封入された作動媒体が、ピストン 104およびディスプレーサ 105の動作に合わせて流動することにより、逆スターリングサイクルが実現する。

[0061] シリンダ 103の外側に位置する背圧空間 117にはリニアモータ 113を配設する。リユアモータ 113は、インナーヨーク 110と、可動マグネット部 111と、アウターヨーク 11 2とを有し、このリニアモータ 113によって、シリンダ 103の軸方向にピストン 104を駆動する。

[0062] ピストン 104の一端は、板パネなどで構成されるピストンスプリング 114と接続される。該ピストンスプリング 114は、ピストン 104に弾性力を付与する弾性力付与手段として機能する。該ピストンスプリング 114に弾性力を付加することにより、シリンダ 103内でピストン 104をより安定して周期的に往復動させることが可能となる。ディスプレーサ 105の一端は、ディスプレーサロッド 116を介してディスプレーサスプリング 115と接続される。ディスプレーサロッド 116はピストン 104を貫通して配設され、ディスプレーサスプリング 115は板パネなどで構成される。該ディスプレーサスプリング 115の周縁部と、ピストンスプリング 114の周縁部は、リニアモータ 113からピストン 104の背圧空間 117側（以下、後方と称する場合がある。）に延びる支持部材により支持される。

[0063] ピストン 104に対しディスプレーサ 105と反対側には、ケーシング 102のベッセル部分によって囲まれた背圧空間 117が配設されている。背圧空間 117は、ケーシング 1 02のベッセル部分内でピストン 104の周囲に位置する外周領域と、ケーシング 102 のベッセル部分内でピストン 104よりもピストンスプリング 114側（後方側）に位置する後方領域とを含む。この背圧空間 117内にも、作動媒体が存在する。

[0064] 次に、スターリング冷凍機 2の動作について説明する。

[0065] まず、リニアモータ 113を作動させてピストン 104を駆動する。リニアモータ 113によつて駆動されたピストン 104は、ディスプレーサ 105に接近し、圧縮空間 107a内の作動媒体 (作動ガス)を圧縮する。

[0066] ピストン 104がディスプレーサ 105に接近することにより、圧縮空間 107a内の作動媒体の温度は上昇する力放熱部 108によってこの圧縮空間 107a内に発生した熱が外部へと放出される。そのため、圧縮空間 107a内の作動媒体の温度はほぼ等温に維持される。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルにおける等温圧縮過程に相当する。

[0067] ピストン 104がディスプレーサ 105に接近した後にディスプレーサ 105は吸熱部 10 9側に移動する。他方、ピストン 104によって圧縮空間 107a内において圧縮された作動媒体は再生器 106内に流入し、さらに膨張空間 107bへと流れ込む。その際、作動媒体の持つ熱が再生器 106に蓄熱される。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等容冷却過程に相当する。

[0068] 膨張空間 107b内に流入した高圧の作動媒体は、ディスプレーサ 105がピストン 10 4側（ケーシング 102のベッセル部分の後端側）へ移動することにより膨張する。このようにディスプレーサ 105が後方側へ移動するのに伴い、ディスプレーサスプリング 1 15の中央部も後方側に突出するように変形する。

[0069] 上記のように膨張空間 107b内で作動媒体が膨張することにより、膨張空間 107b 内の作動媒体の温度は下降するが、吸熱部 109によって外部の熱が膨張空間 107b 内へと伝熱されるため、膨張空間 107b内はほぼ等温に保たれる。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等温膨張過程に相当する。

[0070] その後、ディスプレーサ 105がピストン 104力も遠ざ力る方向に移動し始める。それにより、膨張空間 107b内の作動媒体は再生器 106を通過して再び圧縮空間 107a 側へと戻る。その際に再生器 106に蓄熱されていた熱が作動媒体に与えられるため、作動媒体は昇温する。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等容加熱過程に相当する。

[0071] この一連の過程 (等温圧縮過程一等容冷却過程一等温膨張過程一等容加熱過程）が繰り返されることにより、逆スターリングサイクルが構成される。この結果、吸熱部 10 9は徐々に低温になり、極低温を有するに至る。

[0072] 図 3は、スターリング冷却庫 1におけるドレンパン 9およびその周辺部材 (送風ファン 10)を含むドレンパンユニットを示した側面図である。なお、図 3および後述する図 4, 図 5において、ドレンパン 9上の破線は、冷却庫本体底面 1Cの下面、すなわち、送風ファン 10からの気流の流路の上面を示し、ドレンパン 9内の二点鎖線は、該ドレンパン 9内に貯留された除霜水の表面を示す。

[0073] 図 3を参照して、送風ファン 10は、ドレンパン 9に貯留された除霜水に向けて気流を発生させる。これにより、比較的乾いた空気が除霜水上に供給され、除霜水の蒸発が促進される。

[0074] 図 4,図 5は、図 3に示すドレンパンユニットの変形例を示した側面図である。

[0075] 図 4を参照して、本変形例においては、送風ファン 10が除霜水の水面に対して垂直な方向に気流を発生させている。これにより、除霜水の水面に衝突する垂直衝突噴流が生じ、除霜水の蒸発効率をさらに高めることができる。

[0076] 図 5を参照して、送風ファン 10は、除霜水の水面に対して斜め方向に気流を発生させてもよい。この場合も、図 4に示す場合と同様に、除霜水の水面に衝突する斜め衝突噴流が生じ、除霜水の蒸発効率をさらに高めることができる。

[0077] 本実施の形態においては、ドレンパン 9に貯留された除霜水に向けて気流を発生させる送風ファン 10を備えることで、除霜水の蒸発効率を向上させることができる。

[0078] (実施の形態 2)

図 6は、実施の形態 2に係るスターリング冷却庫におけるドレンパンおよびその周辺部材を示した側面図である。図 7は、図 6に示すドレンパンユニットの上面図であり、図 8は、その前面図である。図 6は、図 7における VI— VI方向力ドレンパンユニットを見た状態に相当し、図 8は、図 7における VIII— VIII方向からドレンパンユニットを見た状態に相当する。

[0079] 本実施の形態に係るスターリング冷却庫は、実施の形態 1に係るスターリング冷却庫の変形例であって、実施の形態 1と同様に、冷却庫本体 1Aと、冷却庫本体 1Aの近傍 (本実施の形態においては冷却庫本体底面 1Cの下）に設けられ、冷却庫本体 1 A力の除霜水を貯留するためのドレンパン 9と、ドレンパン 9に貯留された除霜水に向けて気流を発生させる送風ファン 10とを備える。

[0080] 図 6を参照して、本実施の形態においては、ドレンパン 9上に、送風ファン 10からの気流の乱れを促進する乱流促進体 (turbulence promoter) 11を設けた点で、実施の形態 1と異なる。

[0081] 乱流促進体 11は、典型的には、冷却庫本体底面 1Cの下面に取付けられる。この乱流促進体 11の設置により、その下流側において送風ファン 10からの気流が乱され、除霜水と空気との界面付近に形成された境界層（風速の小さ!、層）の破壊が促進される。この結果、界面風速が大きくなり、除霜水の蒸発が促進される。

[0082] また、上記とは異なる観点では、乱流促進体 11は、送風ファン 10からの気流の流れを変化させる偏流体（flow changer)、または、送風ファン 10からの気流中で、縦渦 12 (除霜水に向力渦)を発生させる渦発生体として機能している。さらに他の観点では、乱流促進体 11は、送風ファン 10からの気流をドレンパン 9内の除霜水に向かわせるために冷却庫本体底面 1Cに設けられた凹凸部である。また、乱流促進体 1 1を偏流板としてとらえることもできる。いずれの観点においても、乱流促進体は、除霜水と空気との界面付近に形成された境界層の破壊を促進することにより、除霜水の蒸発効率を向上させている。

[0083] ところで、本願発明者が研究を進めたところ、乱流促進体 11の先端部とドレンパン 9における送風ファン 10側（図 6中の右側)端部との距離（図 6中の L)と、ドレンパン 9 底面力冷却庫本体底面 1Cまでの高さ（図 6中の H)との比率を調整することで、除霜水の蒸発効率が変化することが分かった。

[0084] 図 14は、 LZHの値と除霜水の蒸発量との関係を示した図である。なお、図 14における蒸発比とは、上述した図 3に示す仕様における除霜水の蒸発量を 100 (%)としたときの、各々の仕様 (LZH)における除霜水の相対的な蒸発量を意味する。また、図 14におヽては、図 4に示す仕様 (垂直衝突噴流）および図 5に示す仕様 (斜め衝突噴流）における除霜水の蒸発量にっヽても併記されて、る。

[0085] 図 14に示す結果は、いずれも表 1に示す試験条件により得られる。

[0086] [表 1]

[0087] 図 14を参照して、 LZH= 1の条件下においては、乱流促進体 11を設置しない場合よりも微量ながら蒸発量が減少する。これは、ドレンパン 9における送風ファン 10側端部近傍においては、そもそもドレンパン 9の壁面によって気流が乱されているため、乱流促進体 11の設置による効果はそれほど大きくないためであると考えられる。

[0088] これに対し、 L/H = 2, 3, 4, 6の条件下においては、乱流促進体 11を設置することで、蒸発量が大きくなる。すなわち、この条件下では、除霜水の蒸発効率が向上している。なお、この効果は、 LZH = 2の条件下において最も顕著である。これは、 L /H = 3, 4, 6の場合と比較して気流の上流側に乱流促進体 11を設置することで、より広い範囲で境界層の破壊を促進できるからであると考えられる。

[0089] すなわち、 LZHの値は、 1より大きく 6以下程度 (典型的には 2程度)であることが好ましい。これにより、乱流促進体 11による蒸発効率の向上を確実に得ることができる。

[0090] なお、図 14に示すように、垂直衝突噴流、斜め衝突噴流を生じさせた際は、ドレンパン 9の延在方向に平行な気流を発生させた場合に比べて蒸発量が増大して、る。これは、送風ファン 10からの気流が除霜水の表面に衝突することによって、境界層が形成されにくくなるからであると考えられる。

[0091] なお、図 14においては、垂直衝突噴流および斜め衝突噴流の条件下で、かつ、ドレンパン 9上に乱流促進体 11を設置した場合の蒸発量に関するデータは示していないが、垂直衝突噴流および斜め衝突噴流の場合であっても、乱流促進体 11を設置する（たとえば図 11を参照）ことによって、ドレンパン 9中の除霜水の蒸発効率が向上すると考えられる。また、この場合においても、 LZHは上述した値の範囲内に設定するのが好ましいと考えられる。

[0092] 再び図 6を参照して、乱流促進体 11の最大高さ（h)は、ドレンパン 9の上端部と冷却庫本体底面 1Cとの間の間隔 (D)よりも小さい。これにより、ドレンパン 9が満水状態となっても、送風ファン 10からの気流の流路が確保される。

[0093] 図 9は、乱流促進体 11を示した斜視図である。また、図 10はその変形例を示す。

[0094] 乱流促進体 11は、 1つの局面では、図 9に示すような三角翼形状を有し、他の局面では、図 10に示すような台形翼形状を有する。いずれの局面においても、乱流促進体 11の流路の幅方向における中央部の高さ (h)力幅方向における両端部の高さよりも大きい。

[0095] なお、流路の幅方向とは、送風ファン 10からの気流の上流側から下流側へと向力う方向 (気流方向）と直行する方向を意味する（図 9,図 10参照)。

[0096] 乱流促進体 11が上記のような形状を有することにより、流路の幅方向における両端部において、乱流促進体 11による通風抵抗が相対的に低減される。この結果、送風ファン 10からの気流力その流路の幅方向に拡散される（図 7中の破線を参照）効果を高めることができ、除霜水の蒸発効率が向上する。

[0097] なお、本実施の形態において、上述した実施の形態 1と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。

[0098] (実施の形態 3)

図 12は、実施の形態 3に係るスターリング冷却庫におけるドレンパンおよびその周辺部材を示した側面図である。

[0099] 本実施の形態に係るスターリング冷却庫は、上述した実施の形態 1に係るスターリング冷却庫の変形例であって、図 12に示すように、ドレンパン 9の下面にヒータ 13 ( 加熱手段 Z蒸発促進手段)が取付けられた点で、上述した実施の形態 1と異なる。

[0100] ドレンパン 9にヒータ 13を取付けることで、ドレンパン 9の温度を上げることができるので、送風ファン 10からの気流による効果と合わせて、除霜水の蒸発効率をさらに向上させることができる。

[0101] なお、本実施の形態において、上述した実施の形態 1と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。

[0102] (実施の形態 4)

図 13は、実施の形態 4に係るスターリング冷却庫におけるドレンパンおよびその周辺部材を示した側面図である。

[0103] 本実施の形態に係るスターリング冷却庫は、上述した実施の形態 1に係るスターリング冷却庫の変形例であって、図 13に示すように、ドレンパン 9の下面に圧電振動子

14 (振動手段 Z蒸発促進手段)が取付けられた点で、上述した実施の形態 1と異なる。

[0104] ドレンパン 9に圧電振動子 14を取付けることで、ドレンパン 9に貯留された除霜水の水面を振動させることができるので、送風ファン 10からの気流による効果と合わせて、除霜水の蒸発効率をさらに向上させることができる。

[0105] なお、本実施の形態において、上述した実施の形態 1と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。

[0106] (実施の形態 5)

図 15は、実施の形態 5に係るスターリング冷却庫を示した図である。

[0107] 図 15を参照して、本実施の形態に係るスターリング冷却庫は、実施の形態 1一 4に係るスターリング冷却庫の変形例であって、スターリング冷凍機 2のウォームヘッドの廃熱を利用してドレン水の蒸発を促進することを特徴とする。

[0108] 図 15に示す例では、スターリング冷却庫 1は、スターリング冷凍機 2のウォームへッドの周囲に設けられた高温側蒸発器 2Aの下部に接続された、他の放熱システムとしての熱搬送サイクル (熱媒体循環回路)を備える。この熱搬送サイクルは、高温側蒸発器 2Aと、循環ポンプ 15と、戻り管および導管からなる冷媒通路 16と、ドレンパン 9 に取付けられたホットパイプ 17とから構成された循環回路である。なお、図 15においては、互いに分離した戻り管および導管を合わせて冷媒通路 16として表示している

[0109] 上記循環回路内には水 (H O)などが冷媒として封入されている。高温側蒸発器 2

2

Aから冷媒通路 16 (導管）に液相の冷媒が流入する。冷媒通路 16に流入した冷媒は、スターリング冷凍機 4よりも下方に設けられた循環ポンプ 15を介してホットパイプ 17 に送られる。ホットパイプ 17内を流れた冷媒は、冷媒通路 16 (戻り管）を介して高温側蒸発器 2A内に戻る。このように、上記循環回路においては、循環ポンプ 15による強制循環が行なわれて、る。

[0110] ここで、ホットパイプ 17内を流れる冷媒は、スターリング冷凍機 2のウォームヘッドから与えられた熱により比較的高温に保たれている。したがって、ホットパイプ 17をドレンパン 9に取付けることで、ドレンパン 9に貯留されたドレン水の蒸発を促進することができる。すなわち、本実施の形態に係るホットパイプ 17は、実施の形態 3におけるヒータ 13 (加熱手段)の一形態であると言える。

[0111] ところで、スターリング冷却庫 1の除霜処理により排出され、ドレンパン 9に貯留されたドレン水の初期温度は、周囲環境の露点温度よりも低ぐドレン水に向けて送風フアン 10から気流を発生させた際に、ドレン水に接する湿り空気が結露し、ドレンパン 9 内のドレン水を増量させる場合がある。この現象が生じることを抑制する送風ファン 1 0の運転制御を行なうことが重要である。

[0112] 図 16は、本実施の形態に係るドレン水（除霜水）処理のフローを示したフローチヤートである。図 16を参照して、スターリング冷却庫 1において除霜運転（除霜処理）が実施され、その運転が終了すると循環ポンプ 15が ONされる。そして「所定時間」経過後に送風ファン 10が ONされる。

[0113] このようにすることで、ホットパイプ 17を介してスターリング冷凍機 2のウォームヘッドの廃熱を除霜水に伝え、除霜水の温度を周囲環境の露点温度以上に上昇させることができる。そして、除霜水が十分に暖められた後に、送風ファン 10によって除霜水に向けて気流を発生させることができる。その結果、ドレンパン 9上の湿り空気の結露が抑制され、効率よく除霜水を処理することができる。

[0114] 図 17は、本実施の形態に係るドレン水処理システムに関するタイミングチャートである。図 17を参照して、スターリング冷凍機 2は、除霜運転の開始とともに OFFされる。そして、除霜運転終了後には、スターリング冷凍機 2は、除霜運転開始前 (通常モード)よりも高い出力（高出力モード)で運転される。これにより、スターリング冷凍機 2のウォームヘッドの温度が通常レベルよりも高くなる。

[0115] 循環ポンプ 15は、除霜運転の開始とともに OFFされる。そして、除霜運転終了後には、循環ポンプ 15は、除霜運転開始前 (通常モード)よりも高い出力（高出力モード）で運転される。これにより、ホットパイプ 17内の熱媒体の流量が通常レベルよりも増大する。

[0116] 除霜運転終了後においては、上述したように、スターリング冷凍機 2のウォームへッドの温度が通常レベルよりも高くなり、ホットパイプ 17内の熱媒体の流量が通常レべルよりも増大する。これにより、ホットパイプ 17からドレンパン 9内の除霜水へ伝達される熱量が通常モードよりも増大し、除霜水の蒸発が促進される。

[0117] 送風ファン 10は、除霜運転の開始とともに OFFされる。そして、除霜運転終了から所定時間 (t)を経過した後、送風ファン 10は、除霜運転開始前 (通常モード)よりも高い出力（高出力モード)で運転される。これにより、通常レベルよりも高いレートでドレンパン 9上の空気が交換される。結果として、除霜水の蒸発が促進される。なお、上述した所定時間（t)については、スターリング冷却庫 1の仕様に応じて適宜変更される力望ましい所定時間（t)は、たとえば数 1により求められる。

[0118] [数 1] 露点温度になるまで

ドレン水を加熱するために

必要なエネルギー（J)

所定時間（m i n) =

熱源の仕事率（W) x 60 ドレン水の初期水量 (g) X水の比熱（J/g'K)

X (周辺空気の露点温度 (°c)—ドレン水の初期温度 (°c) )

熱源の仕事率（W) x 60

[0119] スターリング冷凍機 2、循環ポンプ 15および送風ファン 10は、上述した「高出力モード」で運転された後、一定時間経過後に通常モードの運転に戻される。

[0120] 図 18は、送風ファンの動作時間とドレン水の蒸発量との関係を求めるための実験装置を示す図である。図 18を参照して、実験装置においては、循環ポンプ 15、冷媒通路 16およびホットパイプ 17と、模擬熱源 18とからなる循環回路が構成されている。模擬熱源 18により暖められた冷媒は、循環ポンプ 15および冷媒通路 16を介してホットパイプ 17に送られ、その後、再び模擬熱源 18に戻されて暖められる。このサイクルによってドレンパン 9内のドレン水が温められる。

[0121] 本願発明者らは、図 18に示される実験装置を用いて、表 2に示される実験条件でドレン水処理実験を行なった。ここで、送風ファン 10による送風と、ホットパイプ 17によるドレン水の加熱とは、同時に開始される。この結果、図 19に示される送風ファンの動作時間とドレン水の蒸発量との関係が得られた。

[0122] [表 2]

[0123] 図 19を参照して、送風ファン 10による送風を開始した後、暫くの間（たとえば図 19 の例では 20分程度）は、ドレン水の蒸発量が負の値を示している。つまり、ドレンパン 9内のドレン水の量が増大している。これは、ホットパイプ 17によってドレン水が十分に暖められる前の段階において、ドレン水周辺の空気がドレン水によって冷やされ結露したためと考えられる。これに対し、本実施の形態に係るドレン水処理システムによれば、ドレン水の温度を周辺空気の露点温度以上程度にまで上昇させた後に送風を行なうため、上記「結露によるドレン水の増量」を抑制することができる。

[0124] 上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るスターリング冷却庫 1に含まれるドレン水処理システムは、除霜水を含むドレン水を貯留するドレンパン 9と、ドレン水に向けて気流を発生させる送風ファン 10とを備え、除霜運転時には送風ファン 10を停止状態とし、除霜運転の終了時から所定時間 (t )が経過した後に送風ファン 10の運転を開始するような制御を行なう。

[0125] 上記ドレン水処理システムは、ドレンパン 9に取付けられたホットパイプ 17をさらに備え、除霜運転の開始後であって送風ファン 10の運転再開前に循環ポンプ 15を作動させ、ホットパイプ 17によるドレン水の加熱を行なっている。なお、本実施の形態においては、除霜運転の開始とともに循環ポンプ 15の作動を停止させ、除霜運転の終了とともに循環ポンプ 15の作動を再開させる例について主に説明した力循環ボンプ 15は除霜運転中も作動し続けてもよいし、除霜運転開始とともに循環ポンプ 15が一旦 OFFされた後、除霜運転終了前に該ポンプの運転が再開されてもよい。

[0126] また、本実施の形態においては、ドレンパン 9に取付けられる加熱手段としてホットパイプ 17を用いる場合について主に説明した力ホットパイプ 17に代えてその他の加熱手段 (たとえば電熱ヒータなど)を用いた場合も、上記と同様の思想を適用することは当然に可能である。

[0127] 以上、本発明の実施の形態について説明した力上述した各実施の形態の特徴部分を適宜組み合わせることは、当初から予定されている。また、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではな、と考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

産業上の利用可能性

[0128] 以上のように、本発明は、冷却庫およびスターリング冷却庫に適用される。

Claims

請求の範囲

[1] 冷却庫本体（1 A)と、

前記冷却庫本体（1A)近傍に設けられ、前記冷却庫本体（1A)からの除霜水を貯留するためのドレンパン（9)と、

前記ドレンパン (9)に貯留された前記除霜水に向けて気流を発生させるファン（10 )と、

前記気流の乱れを促進する乱流促進体（11)とを備えた冷却庫。

[2] 前記乱流促進体（11)は前記冷却庫本体（1A)の底面下に取付けられ、

前記乱流促進体（11)と前記ドレンパン（9)における前記ファン（10)側端部との距離の、前記ドレンパン（9)底面から前記冷却庫本体（1A)底面までの高さに対する比は、 1より大きく 6以下である、請求項 1に記載の冷却庫。

[3] 前記乱流促進体（11)の最大高さが前記ドレンパン (9)の上端部と前記冷却庫本体（1A)底面との間の間隔よりも小さ!/、、請求項 1に記載の冷却庫。

[4] 前記気流の上流側から下流側へと向かう気流方向と直交する前記気流の流路の幅方向における前記乱流促進体（11)の中央部の高さが、前記幅方向における前記乱流促進体（11)の両端部の高さよりも大き!、、請求項 1に記載の冷却庫。

[5] 前記ドレンパン (9)に蒸発促進手段（13, 14)が取付けられる、請求項 1に記載の冷却庫。

[6] 冷却庫本体（1A)と、

前記ドレンパン（9)に貯留された前記除霜水の水面に向けて気流を発生させるファン（10)とを備えた冷却庫。

[7] 前記ドレンパン (9)に蒸発促進手段（13, 14)が取付けられる、請求項 6に記載の冷却庫。

[8] 冷却庫本体（1A)と、

前記冷却庫本体（1A)近傍に設けられ、前記冷却庫本体（1A)からの除霜水を貯留するためのドレンパン（9)と、前記ドレンパン (9)に貯留された前記除霜水に向けて気流を発生させるファン（10 )と、

前記気流を前記除霜水側に向かわせる偏流体（ 11 )とを備えた冷却庫。

[9] 前記ドレンパン（9)に蒸発促進手段（13, 14)が取付けられる、請求項 8に記載の冷却庫。

[10] 低温部（109)と高温部（108)とを有するスターリング冷凍機 (2)と前記低温部（10 9)からの冷熱により冷却される冷却室とを含む冷却庫本体（1A)と、

前記冷却庫本体（1A)力もの除霜水を貯留するためのドレンパン (9)と、前記ドレンパン (9)に貯留された前記除霜水に向けて気流を発生させるファン（10 )とを備えたスターリング冷却庫。

[11] 除霜処理により生じた除霜水を含むドレン水を貯留するドレンパン（9)と、

前記ドレン水に向けて気流を発生させるファン（10)とを備え、

前記除霜処理時には前記ファン（10)を停止状態とし、前記除霜処理の終了時から所定時間が経過した後に前記ファン（10)の運転を開始する、ドレン水処理システム

[12] 前記ドレンパン（9)に取付けられた加熱手段（13, 17)をさらに備え、

前記除霜処理の開始後であって前記所定時間の経過前に前記加熱手段（13, 17 )を動作させる、請求項 11に記載のドレン水処理システム。

[13] 前記加熱手段（17)は循環ポンプ（15)を用いた熱媒体循環回路に含まれ、

前記除霜処理の終了後の前記循環ポンプ（15)の出力は、前記除霜処理の開始前の前記循環ポンプ（15)の出力よりも高、、請求項 11に記載のドレン水処理システム。

[14] 請求項 11に記載のドレン水処理システムを備えた、スターリング冷却庫。