JP2005274031A - 収納装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却負荷が小さく、省電力で冷却能力の高い収納装置を提供する。
【解決手段】 有底の箱型で上部が開口２になった収納部３と、収納部３の収納領域４の下側に冷気Ａを供給する第１の供給口１１と、収納領域４の上端から冷気Ａを回収する回収口１３とを有する平型ショーケース１を提供する。収納領域４に、下方から供給された冷気Ａが上方に位置する回収口１３に流れるので、収納領域４の冷気の流れを改善して、冷気の供給側と回収側の温度差を低減できる。
【選択図】 図２

Description

本発明はアイスクリームなどの冷凍食品の陳列に多く利用される平型のショーケースなどの収納装置に関するものである。

スーパーマーケットやコンビニエンスストアなどの店舗に設置されるショーケースとして平型のショーケースが知られており、アイスクリームなどの冷凍食品やデザートなどのチルド製品の陳列または展示に多く利用されている。特開２００２−１８８８８０号公報には、冷凍平型ショーケースが開示されている。冷凍平型ショーケースは、上部が開放されており、上部の開口に冷気のエアーカーテンを形成することにより外気の庫内への侵入を防止して庫内を低温に保つことができる。
特開２００２−１８８８８０号公報

平型ショーケースにおいても電力消費を低減することは重要な課題の１つである。そのため、ケースの断熱性能を高めたり、熱交換器の効率を高めたり種々の技術開発がなされている。また、熱交換器における除霜運転（霜取り、デフロスト）の間隔を長くし、除霜運転の期間を短くすることは陳列商品の着霜を防止したり、商品の軟化を防止するために重要である。その１つの解決策は、熱交換器の負荷を小さくして着氷を抑制することである。また、デフロストの間隔を長くしたり、運転期間を短くすることは、デフロストのためにヒータで消費される電力も削減できるので、省電力に寄与する。

特開２００２−１８８８８０号公報においては、エアーカーテンの整流効果を高めることにより、最適なエアーカーテンの形成を持続させ、デフロストの間隔を長くしようとしている。ところで、冷気を循環してケース内を冷却する装置において、ケースに供給される冷気の温度と、ケースから排気あるいは吸気される冷気の温度の差が熱交換器における室内側の負荷（冷却負荷）になる。したがって、吹き出しと吸い込みの温度差は小さいことが望ましい。しかしながら、平型のオープンショーケースにおいて、エアーカーテンを作ってケース内の温度を維持しようとしている限り、吸い込み側で外気と混合した冷気を吸い込む率が多いことは避けようがなく、冷却負荷を小さくすることは容易ではない。

そこで、本発明においては、ケース（または収納部）を冷却する冷凍機の冷却負荷を小さくすることが可能な収納装置を提供することを目的としている。そして、省電力で冷却能力が高く、さらに、デフロストが必要とする間隔を伸ばすことができる収納装置を提供することを目的としている。

本発明の収納装置は、有底の箱型で上部が開口となった収納部と、収納部の収納領域の下半の領域に対し冷気を供給する第１の供給口と、収納部の収納領域の上端から冷気を回収する回収口とを有する。本発明の収納装置は、第１の供給口から冷気を吹き出すことにより、収納部の収納領域を冷気で満たし、収納領域をオーバーフローした冷気を回収口から回収する。この収納装置における、収納部の収納領域の下半の領域に設けられた第１の供給口から冷気を供給し、収納部の収納領域の上端の回収口から冷気を回収する冷却工程を有する冷却方法においては、基本的にはアップフローで収納領域を通過する冷気に収納領域に収納された冷凍食品などの被冷却体は冷却される。したがって、上部の開口にエアーカーテンを形成する冷気が比重差により上方から収納領域に供給される基本的にはダウンフローの従来の冷却方法とは基本的な冷気の流れが異なる。

本発明の収納装置および冷却方法においては、冷気が基本的にはアップフローで流れるので、その冷気よりも温度の高い暖気と混合される状態が発生し難い。すなわち、冷気と暖気の比重差による自然対流により冷気をダウンフローで供給する冷却方法は、冷気を循環するためにファンの動力を要せず、開口にエアーカーテンを形成する冷気を用いて収納領域も冷却できる。しかしながら、冷気は、その冷気よりも温度の高い暖気と入り乱れる状態で流れるので、冷気の温度は上昇しやすく、被冷却体の冷却に効率良く利用されるとは限らない。さらに、上方が開口になった収納部においては、冷気によるダウンフローは上方の暖気を収納部の内部に引き込んだり、暖気が上方に流れるのを阻害する現象を引き起こす。特に、エアーカーテンを形成するように吹出された冷気は、吹き出された直後に少なくともその一部は外気と混合され、収納部の被冷却体の冷却には寄与しない。

これに対し、本発明の収納装置および冷却方法においては、第１の供給口から供給された冷気は、吹出された直後に外気と触れることはないので、被冷却体を効率よく冷却できる。さらに、冷気は基本的にはアップフローで流れるので、暖気との間で自然対流が発生することはなく、冷気が暖気により暖められたり、暖気を収納領域に引き込むような現象は発生し難い。したがって、冷気による収納領域の冷却効率を向上できる。

したがって、第１の供給口から供給される冷気と、回収口から回収される空気（排気）との温度差を小さくすることができ、室内側の熱交換器の冷却負荷を低減できる。このため、本発明により、省電力で冷却能力の高い収納装置を提供できる。また、熱交換器の冷却負荷を低減することにより、デフロストが必要とされない期間（熱交換器が連続してサービスできる期間）を長くしたり、デフロストに要する時間を短くすることができる。このため、被冷却体に対するデフロストの影響を小さくでき、また、デフロストに要する電力を削減することによりさらに電力消費を削減できる。

さらに、外気（暖気）に対して、冷気の比重は大きいので、収納領域を満たした冷気と外気との境界は、安定度は異なるが水面のようになり、冷気は収納領域を満たした後に、回収口からオーバーフローするように流れる。このため、本発明においても、収納部の内部は、収納領域の上端まで、外気の影響を冷気で制限して、収納領域の上端まで収納された被冷却体を効率よく冷却することが可能である。外気と冷気との比重差は、外気温度が高いほど大きくなるので、冷気の流れが安定することが期待でき、温度差が高い状態でも安定して、効率良く収納領域内の被冷却体を冷却できる。

また、本発明の収納装置および冷却方法では、収納部を満たすように冷気を流せば良いので、エアーカーテンを生成するような圧力で冷気を噴出する必要はない。したがって、冷気を循環するファン動力を低減できるという効果も得られる。

本発明の収納装置および冷却方法においては、収納部の上側から冷気を吹き出す第２の供給口を設けても良い。これにより、冷気の一部によりエアーカーテンの機能を得ることができる。また、第１の供給口と、回収口とが収納領域を挟んで対面している場合は、第１の供給口の近傍と、回収口の近傍とで冷却速度あるいは冷却効果が異なる可能性があるが、第２の供給口を設けることにより、収納領域の温度差および／あるいは冷却速度を均一化できる。

第１の供給口は収納部の底面に分散して配置したり、収納部の側面に配置することが可能であり、それらの場所の双方に配置することも可能である。特に、底面は、回収口に対して高低差が最も大きくなり、また、収納領域に冷気を分散して供給できる点から、本発明の収納装置および冷却方法には第１の供給口を形成するのに最も適した位置である。しかしながら、底面は被冷却体の重量を支持する部分でもあるので、構造的には複雑になる可能性が高い。

本発明の収納装置において、収納部に吹き出す冷気を生成する熱交換器は別置きにすることも可能であり、また、側面や底面に配置することも可能である。収納部の底の下側に配置することにより、冷却された冷気を第１の供給口から吹き出すまでのダクト長を短くし易く熱効率を高めることができる。

本発明では、収納部の下半の領域から冷気を吹き出す第１の供給口を設け、収納部の収納領域の上端から冷気を回収する回収口を設けることにより、収納部内の冷気が基本的にはアップフローで循環するようにしている。したがって、第１の供給口から吹出された冷気が外気と直に接したり、外気が冷気と共に収納領域に引き込まれたりする現象が発生するのを防止できる。このため、冷却効率を向上でき、省電力で冷却能力が高い収納装置を提供できる。また、冷却効率を向上することにより、熱交換器に霜が付く量を削減でき、デフロストが必要となる間隔を長くしたり、デフロストに要する時間を短縮することが可能となり、被冷却体に対するデフロストの影響も抑制できる。

以下に図面を参照して、本発明をさらに詳しく説明する。図１に平型のショーケースを、斜視図を用いて示してある。本例の平型ショーケース１は床置き型の収納装置であり、有底の箱型で上部が開口２になった、平面の形状が略長方形の収納領域（貯蔵領域）４を備えた収納部３と、冷却用の熱交換器などを収納部３の底面６の下方に配置した機械部１０とを備えている。収納部３の内部の収納領域または貯蔵空間４に冷凍食品やアイスクリームなどの商品（被冷却体）を冷凍された状態で貯蔵または展示できる。

図２に平型ショーケースの短辺方向の断面を示してある。平型ショーケース１は、収納部３と機械部１０とを一体で取り囲むハウジング５と、その内側に商品を収納する収納領域４を形成する内壁６１とを有する。内壁６１の一部には、収納領域４に冷気Ａを供給する供給口を備えており、供給口は、内壁６１の高さの半分以下の位置に設けられた下供給口（第１の供給口）１１と、収納領域４の有効容積の上端近傍に設けられた上供給口（第２の供給口）１２との２種類に分かれている。さらに、内壁６１の有効容積の上端近傍には、収納領域４の空気を回収する回収口１３が設けられている。

内壁６１とハウジング５との間には、機械部１０から供給口１１および１２に冷気を供給する供給ダクト２０と、回収口１３から空気を機械部１０に回収する排気ダクト２１とが設けられている。機械部１０には、回収口１３から回収された空気を冷却する蒸発器１８と、冷気Ａを供給ダクト２０に送り出す循環ファン１９とを備えた室内系２８と、蒸発器１８を循環する冷媒を圧縮する圧縮機１５と、圧縮された冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮器１６およびファン１７とを備えた室外系２９とが配置されている。また、室内系２８で発生したドレンを室外系２９に排出して自己蒸発させるドレン受け２７も配置されている。

この平型ショーケース１においては、第１の供給口１１から収納領域４に供給された冷気Ａは、図２に二点鎖線Ｂ１で示すように、基本的には下から上に向かって流れ、収納領域４の上端に位置する回収口１３から回収される。一方、第２の供給口１２から吹出された冷気Ａは、図２に二点鎖線Ｂ２で示すように、ほぼ水平に流れて回収口１３から回収される。

図３に、供給口１１および１２から供給される冷気Ａのバランスを変えたときの平型ショーケース１の回収口１３に回収された空気と、供給口から供給された冷気Ａの温度差を示してある。たとえば、温度差ΔＴが７℃であれば、−２５℃の冷気Ａが供給されたときに、回収口１３において回収された空気の温度は−１８℃であることを示す。図３に示すように、冷気Ａを上方の第２の供給口１２から１００％供給したときに温度差ΔＴが７℃であったものが、冷気Ａの一部を下方の第１の供給口１１から供給することにより温度差ΔＴが小さくなり、冷気Ａの３０％程度を下方の第１の供給口１１から供給することにより温度差ΔＴが５℃まで小さくなり、冷気Ａの５０％程度を下方の第１の供給口１１から供給した場合は温度差ΔＴが若干増加する傾向はありそうであるが有意な差は見られていない。この測定は、高さがほぼ４４０ｍｍの収納領域４を用いて、収納領域４のほぼ８０％に相当する被冷却体を設置して行い、運転を開始してから１〜２時間経過し、収納領域４の温度が安定した後の状態を示してある。外気温度の一例は２５℃であり、冷気Ａの温度の一例は−２５℃である。

本図からわかるように、下方の第１の供給口１１から冷気Ａの一部を供給することにより、回収口１３から回収される排気温度との温度差ΔＴは低下する。排気温度は、収納領域４の内部の温度を基本的には反映するので、冷気Ａの温度を下げずに、収納領域４の温度を低下できたことを意味し、冷却効率が向上したことを意味する。したがって、収納領域４の温度を一定に保つのであれば、収納領域４に供給する冷気Ａの温度を上げられることを意味し、収納領域４を冷却するための機械部１０に設置された冷却システムの室内負荷が低下したことになる。本例であると、温度差ΔＴが３０％程度減少したので、冷却負荷を３０％程度軽減できたことになる。

このため、収納領域の下方から冷気の一部を導入することにより、収納領域の冷却効率を向上でき、冷却負荷を改善できることが分かる。冷却負荷を改善することにより、冷却のためにコンプレッサ１５、ファン１７および１９により消費される電力を少なくでき、低消費電力で冷却能力の高い平型ショーケース１を提供できる。また、冷却負荷が減るので、蒸発器１８に付着する霜の量も削減される。そのため、霜取り（デフロスト）の頻度を低減できる。あるいはデフロストに要する時間を短縮することができる。したがって、デフロストに要する消費電力も低減することができる。さらに、デフロスト期間中は、収納部に冷気を供給できないが、デフロストの間隔を長くしたり、デフロストに要する時間を短縮できるので、収納領域に冷気が供給されない時間を短縮でき、被冷却体であるアイスクリームが溶けたり、霜や氷が付着して商品価値を低下させるような事態の発生も防止できる。

図３から分かるように、冷気Ａの３０％程度を下方の第１の供給口１１から供給するだけで、温度差ΔＴが２℃も改善される。しかしながら、冷気Ａの５０％程度を第１の供給口１１から供給しても温度差ΔＴにさらなる改善は見られない。その理由の定性的な説明はまだ確立されていないが、冷気Ａの３０％程度を下方から注入することにより、収納領域４の冷気の流れと、収納領域４の表層の流れが大幅に改善され、それ以上冷気Ａの分配率を変えても流れが大きくは改善されないためではないかと推察される。

冷気Ａの一部を下方の第１の供給口１１から供給することによる冷却効率が改善される理由としては大きく３つ程度考えられる。１つは、冷気Ａを収納領域の下方から供給することにより、アップフローで収納領域４を流れる冷気Ａが発生することである。上方の第２の供給口１２からのみ冷気が供給される場合は、冷気Ａは全て自然対流によるダウンフローで収納領域４に供給されるのに対し、アップフローの冷気Ａを供給することにより、自然対流による冷気Ａの下向きの流れを抑止できる。したがって、冷気Ａは効率良く収納領域４の全体に行き渡り、冷却効率は向上する。また、冷気Ａより温度の高い暖気と冷気Ａとが接触する率は減少するので、冷気Ａが効率よく被冷却体を冷却する。さらに、冷気Ａに逆行する流れが発生し難いので、収納領域４は冷気Ａで満たされやすく、冷気Ａの侵入が上昇流となる暖気に妨げられたり、冷気Ａと共に暖気が侵入する率も低減される。なお、アップフローの冷気Ａを供給することにより、収納領域４が基本的には下方から冷却されるのに対し、ダウンフローで冷気Ａが供給されると収納領域は基本的には上方から冷却されると考えられる。したがって、上方の被冷却体の冷却速度を向上するためには、ある程度の冷気が上方の第２の供給口１２から供給されることが望ましいと考えられる。

冷却負荷が低減される第２の理由は、第２の供給口１２から供給される冷気Ａは、まず外気と接触して熱交換するのに対し、第１の供給口１１から供給される冷気Ａは、定常状態においては、既に冷却された被冷却体あるいはその周囲の冷気と接触することであると考えられる。したがって、第１の供給口１１から供給される冷気Ａは、吹き出された最も温度の低い状態で被冷却体を冷却することが可能となり、冷却効率は向上する。さらに、下方から収納領域４に供給された冷気Ａは、その大部分が、被冷却体を冷却して収納領域４の表層に達した後、表層を流れながら回収口１３から回収される。温度の高い外気に対して冷気は比重が大きいので、その比重差で外気との混合が抑制される。したがって、下方から供給された冷気は、風呂の水のように被冷却体が収納された収納領域を満たし、被冷却体を包みこみながら流れて、回収口１３から水がオーバーフローするように排出されると期待される。しかしながら、表層を外気と接しながら流れて回収口１３から回収される冷気の状況は、従来のエアーカーテンとそれほど変わりがない可能性があり、それが３０％以上の冷気を下方から注入しても効率のいっそうの改善が見られていない理由かもしれない。

冷却負荷が低減される第３の理由は、第１の供給口１１の位置が、収納領域４の下に配置された、冷気を生成する機械部１０に近くなるので、ダクト２０によるロスが低減されることである。すなわち、下から吹出すことにより、ダクト２０を長時間流れる冷気Ａの量を削減できるので、ダクト２０を介して外気により暖められてしまう可能性を低減でき、それにより実質的な熱負荷を低減できる。

上方の第２の供給口１２から吹出されるエアーカーテンを形成しやすい冷気Ａの流れを完全に不要にできるか否かは確認されていない。しかしながら、第１の供給口１１に対して回収口１３は収納領域４を挟んで反対側の壁面に形成されることが一般的であり、冷気の流れを考えると、第１の供給口１１の上部の被冷却体を冷却する冷気Ａの流れを確保することが難しい。したがって、第２の供給口１２を多少でも設けてある方が、冷気Ａの流量バランスは改善しやすいと考えられる。

何らかの方法により収納領域４の内部にアップフローの冷気の流れを一部でも強制的に形成することにより、冷却効率は大幅に改善されると考えられる。第１の供給口１１が収納領域４の下半の領域４ａに対して冷気を供給するものであれば、収納領域の一部ではアップフローが形成される。したがって、収納領域４に対して下方から冷気Ａを注入する構成は、図２に示したものに限定されない。

図４に示すショーケース１ａはその一例であり、底面６にダクト２０を配置し、冷気Ａを上向きに供給する複数の第１の供給口１１を分散して配置している。この構成は、冷気Ａを供給するダクト２０を床面に配置するので、床面としての強度を備えたダクト２０が採用されている。また、この構成は、冷気Ａの吹き出し位置を最も低くできる。さらに、収納領域４に冷気Ａを分散して供給できる。

図５に示すショーケース１ｂは、図４に示したショーケース１ａに第２の供給口１２を設けた構成であり、冷気Ａが供給口１１および１２から吹きだされるように、底面および側面にダクト２０を配置している。このショーケース１ｂは、底面から冷気Ａを分散して供給でき、さらに、上方からも冷気を供給できるようになっている。

なお、本発明の収納装置は、平型のショーケースに限定されることはなく、上部が開口で有底の箱型の収納部を備え、その収納部に冷気を供給して収納部の上方から回収する冷却方法を一部にでも採用する全ての収納装置に適用可能である。

本発明を適用した平型ショーケースの斜視図である。 図１に示す平型ショーケースの短辺方向の断面図である。 図１に示す平型ショーケースにおいて、２つの供給口から供給される冷気のバランスを変えたときの回収口に回収された空気と、供給口から供給された冷気との温度差を示す図である。 異なる平型ショーケースの短辺方向の断面図である。 さらに異なる平型ショーケースの短辺方向の断面図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ 平型ショーケース（収納装置）
４ 収納領域（有効容積）
４ａ 下半の領域
１１ 第１の供給口
１２ 第２の供給口
１３ 回収口
１８ 蒸発器

Claims (7)

1. 有底の箱型で上部が開口となった収納部と、
   前記収納部の収納領域の下半の領域に対し冷気を供給する第１の供給口と、
   前記収納部の前記収納領域の上端から冷気を回収する回収口とを有する収納装置。
2. 請求項１において、前記収納部の前記収納領域の上端から冷気を吹き出す第２の供給口を有する収納装置。
3. 請求項１において、前記第１の供給口は、前記収納部の底面に分散して配置されている収納装置。
4. 請求項１において、前記第１の供給口は、前記収納部の側面に配置されている収納装置。
5. 請求項１において、前記収納部の底の下側に配置され、前記冷気を生成する熱交換器を有する収納装置。
6. 有底の箱型で上部が開口となった収納部を冷却する方法であって、
   前記収納部の収納領域の下半の領域に設けられた第１の供給口から冷気を供給し、前記収納部の前記収納領域の上端の回収口から冷気を回収する冷却工程を有する冷却方法。
7. 請求項６において、前記冷却工程では、前記収納部の前記収納領域の上端の第２の供給口からも冷気を吹き出す、冷却方法。

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