(57)【要約】【課題】  窒素を分離して利用するリサイクル管路を備え、より省エネルギーで食品の長期保存がより効率的にできる冷蔵庫を提供すること【解決手段】  本発明の一観点に係る冷蔵庫は、冷蔵室と、原料ガスを圧縮する空気圧縮機と、空気圧縮機により圧縮された原料ガスを乾燥させる乾燥装置を含む前処理装置と、乾燥した原料ガスから窒素富化ガスを分離する膜モジュールと、窒素富化ガスを冷却する冷却器と、冷却された窒素富化ガスを冷蔵室に供給するとともに、冷蔵室内の残留ガスを原料ガスとして戻す配管と、を備えたものである。【選択図】  図１
2020169810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷蔵室と、
前記冷蔵室から供給される原料ガスを圧縮する空気圧縮機と、
前記空気圧縮機により圧縮された空気や原料ガスを乾燥させる乾燥装置を含む前処理装置と、乾燥した前記原料ガスから主に酸素を分離して窒素富化ガスを生成する膜モジュールと、
前記窒素富化ガスを冷却する冷却器と、
前記冷却された窒素富化ガスを冷蔵室に供給するとともに、前記冷蔵室内の残留ガスを原料ガスの一部として戻す配管と、前記冷蔵室内の残留ガスの酸素濃度が設定値以下に下がった場合は前記空気圧縮機を停止させ、且つ前記冷蔵室内を窒素富化ガスで充満させることを備えた冷蔵庫。
【請求項２】
前記前処理装置は、
前記冷蔵室から導搬されるゴミを捕捉する第一のフィルターと、
前記冷蔵室から導搬される揮発性微量成分を吸着する吸着器と、
前記吸着器から排出されるゴミを捕捉する第二のフィルターと、を備え、
前記乾燥装置は、乾燥装置用熱交換器と、ドレン排出用冷却器と、ドレントラップと、を備える請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項３】
前記冷蔵室を覆う断熱壁と所定の間隔を空けて配置され、前記前処理装置及び膜モジュールを配置する空間を形成する仕切板と、を備え、
前記前処理装置の鉛直方向上方に、前記膜モジュールを配置する請求項１記載の冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷蔵庫に関する。より具体的には、空気分離膜モジュールを備えた家庭用や業務用に用いることができる冷蔵庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷蔵庫に関する技術において、酸素分離膜装置を用い、冷蔵庫の空気から酸素を選択的に透過させて冷蔵庫内を窒素富化雰囲気にすることで、食品の酸化を抑制し、また、微生物や酵素の活性化抑制する等によって、食品の品質劣化を抑えつつ長期保存する技術が、下記特許文献１、２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３６０９４８号公報
【特許文献２】特開２０１９−１６８１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２によると、酸素富化膜と冷蔵庫の排気ポンプを用いて冷蔵室内の空気を吸引すれば、酸素が選択的に膜を透過するため冷蔵庫内の酸素濃度が減少し、相対的に窒素濃度が増大し、保存する食品を長期に瑞々しく保存できるとされている。
【０００５】
しかしながら、酸素富化膜の前段に前処理が附帯されていないため、野菜類等の水滴やゴミ等が膜表面に付着し、酸素富化膜の膜性能に致命的な損傷を与え、さらに食料油等が発する脂肪酸等の気体も膜を透過しないので順次濃縮されて結露し、膜表面に付着する等酸素富化膜を使用する上で基本的な膜に対する汚染防止策がなされておらず、実用化には至っていない。また、酸素富化膜は冷蔵庫内部に取り付けられ、冷蔵庫の運転中にこのメンテナンスを行うことはできない。さらに、排気ポンプは膨張した体積の空気を吸引するので吸い込む体積が増えて標準体積当たりの動力が増大してエネルギー効率の観点にも問題があった。
【０００６】
また、従来の酸素富化膜装置には平膜が使用されるが、設置体積当たりの膜面積が小さく、大型化が困難である。また、平膜を介して直接に吸引することで循環に乏しく膜近傍の酸素濃度は低下させることができるが膜から離れた場所と濃度差を生じる等構造上の問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、窒素を分離して利用するリサイクル管路を備え、より省エネルギーで食品の長期保存がより効率的にできる冷蔵庫を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を次のように解決し、省エネルギーで食品の長期保存がより効率的となる冷蔵庫とした。                                                              
【０００９】
すなわち、本発明の一観点に係る冷蔵庫は、冷蔵室と、冷蔵室から供給される原料ガスを圧縮する空気圧縮機と、空気圧縮機により圧縮された空気や原料ガスを乾燥させる乾燥装置を含む前処理装置と、乾燥した原料ガスから主に酸素を分離して窒素富化ガスを生成する膜モジュールと、窒素富化ガスを冷却する冷却器と、冷却された窒素富化ガスを冷蔵室に供給するとともに、冷蔵室内の残留ガスを原料ガスの一部として戻す配管と、冷蔵室内の残留ガスの酸素濃度が設定値以下に下がった場合は空気圧縮機を停止させ、且つ冷蔵室内を窒素富化ガスで充満させることを備えたものである。
【００１０】
また、本観点において、限定されるわけではないが、前記空気圧縮機の前段には、冷蔵室から導搬されるゴミを捕捉する第一のフィルターを備え、前記前処理装置は、冷蔵室から導搬される揮発性微量成分を吸着する吸着器と、吸着器から排出されるゴミを捕捉する第二のフィルターと、を備え、乾燥装置は、乾燥装置用熱交換器と、ドレン排出用冷却器と、ドレントラップと、を備えるものであることが好ましい。
【００１１】
また、本観点において、限定されるわけではないが、冷蔵室を覆う断熱壁と所定の間隔を空けて配置され、前処理装置及び膜モジュールを配置する空間を形成する仕切板と、を備え、前処理装置の鉛直方向上方に、前記膜モジュールを配置することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
以上、本発明によって、省エネルギーで食品の長期保存がより効率的となる冷蔵庫を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る冷蔵庫の全体の構成関係及びガスのフローを示す図である。
【図２】実施形態に係る冷蔵庫の冷蔵室の概略を示す図である。（１）は正面図を、（２）はＡ-Ａ断面図を示す。
【図３】実施形態に係る冷蔵庫の膜モジュールの具体的な構成の例を示す図である。
【図４】実施形態に係る膜モジュール内の酸素分圧のシミュレーションの結果を示す図である。
【図５】実施形態に係る冷蔵庫の各要素の物理的な配置の例を示す図である。
【図６】実施形態に係る冷蔵庫のマイクロコンピュータ制御における接続関係を示す図である。
【図７】実施形態に係る冷蔵庫内に窒素を供給した時に於いて置換効率を７０％とした時の置換回数毎の酸素濃度が低下を示すシミュレーションの図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態の例示にのみ限定されるわけではない。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る冷蔵庫（以下「本冷蔵庫」という。）１の全体の構成関係及びガスのフローを示す図である。
【００１６】
本図で示すように、本冷蔵庫１は、冷蔵室２と、原料ガスＦ１を圧縮する空気圧縮機３と、空気圧縮機３により圧縮された原料ガスＦ１’を乾燥させる乾燥装置４１を含む前処理装置４と、乾燥した原料ガスから窒素富化ガスＦ２を分離する膜モジュール５と、窒素富化ガスＦ２を冷却する冷却器６と、冷却された窒素富化ガスＦ２’を冷蔵室に供給するとともに、冷蔵室内の残留ガスを原料ガスの一部として戻す配管７と、を備えたものである。なお、本冷蔵庫１の上記構成の少なくとも一部好ましくは全部が筐体８内に収容されている。
【００１７】
後述の記載からも明らかであるが、本冷蔵庫１は、膜モジュール５の前に前処理装置４を備えており、大気中の空気から窒素富化ガスを生成してリサイクルする管路である配管７を有することで、窒素製造の点から大幅に省エネとすることが可能で、かつ、安定した長期運転を行い食品の保存が可能となる。より具体的には、冷蔵庫内の酸素濃度が低い使用済み窒素富化ガスを再使用すれば、空気の酸素濃度２１％より低いので、例えば酸素濃度５％の窒素富化ガスであれば、例えば、この酸素濃度５％から酸素濃度３％に酸素を低下させて使用する場合は動力を大幅に減らすことが可能となる。更に酸素濃度３％になった状態では空気圧縮機３を停止しても系内が気密に維持される構造とすることで冷蔵室２は窒素で封入されるので電力消費が削減される。この結果、野菜、魚、肉等の食品の酸化を抑制し、また、微生物・酵素の活性を抑制する等により品質低下を抑えて長期保存して、かつ消費電力を削減することが可能となる。詳細は、図４、シミュレーションで動力低下の仕組みについて説明する。また、冷蔵庫の扉が頻繁に開閉される時間帯では図６に示す冷蔵庫のマイクロコンピュータによって窒素発生装置１は停止して従来形の冷蔵庫の運転モードに切り替わって運転される。
【００１８】
まず本冷蔵庫１では、冷蔵室２を備える。冷蔵室２は、肉や野菜等の食品等の保存対象物を保存するために用いられる収容空間を備えた容器であり、内部は常温よりも低い温度に保つことができるようスライド機構又は扉を備えた状態で筐体８内に収容される。なお、本冷蔵庫１の使用者は、このスライド機構又は扉を操作することによって冷蔵室２に対し食品等の出し入れが可能となる。なお、冷蔵室２は、扉が閉じられた場合又はスライド機構によって冷蔵庫１の筐体内に収められた場合、外気と遮断し、密封状態を保つことができる。
【００１９】
本冷蔵室２は、一つであってもよいが複数設けることとしてもよい。野菜専用冷蔵庫の場合は一つあれば充分であるが、家庭用冷蔵庫や業務用冷蔵庫では保存する食品の種類によって保存温度を異ならせることが好ましく、複数設けておくことがより高性能な保存が可能となる。本図の例では、第一の冷蔵室２１と、第二の冷蔵室２２とを備えている例を示すが、第一の冷蔵室２１としては、肉等を冷蔵する通常の冷蔵室を、第二の冷蔵室２２としては、肉等よりも比較的高い温度で野菜を保存する野菜室を想定することができるが、特に限定されるわけではない。
【００２０】
また、図２は本冷蔵庫の冷蔵室２の構造を具体的に示す図である。より具体的に説明すると、本図（１）は、本冷蔵庫１の冷蔵室２の気密性、吸湿材の取付などの具体的な構造を示す正面図であり、本図（２）は、（１）中のＡ−Ａ断面図である。本図は、スライド機構を備えた第一の冷蔵室２１であって、このスライド機構に沿って第一の冷蔵室２１が前後に動く場合の構成を示している。なお、第二の冷蔵室２２１の構造においても上記第一の冷蔵室２１と同様の構造とすることが可能である。
【００２１】
これらの図で示すように第一の冷蔵室２１は、食品収容容器部２１１と縁部２１２を有して構成されており、更に、食品収容容器部２１１の内部には、温度センサー２１３、吸湿材２１４、開閉スイッチ２１５が設置されている。また、第一の冷蔵室２１の食品容器収容部２１１内には、配管７（配管７１、配管７４）が接続されており、配管７４からは冷却された窒素富化ガスＦ２’が導入され、配管７１からは原料ガス又は導入された窒素富化ガスが食品収容容器部２１１外に搬出されるようになっている。なお、各冷蔵室２１、２２は、配管７１（配管７１１、７１２）から分岐された配管に設けられた電磁弁Ｖ６１、Ｖ６２を介して酸素濃度センサー２３に接続されており、濃度を検出することができる構成となっている。
【００２２】
また、本冷蔵庫１の使用者は、冷蔵室２の縁部２１２を手前に引くことでスライド機構によって冷蔵室２を冷蔵庫筐体８から引き出し、食品の出し入れが可能である。なお、冷蔵室２の縁部２１２にはパッキンが付されており、冷蔵室２が閉じた状態において、気密状態、加圧状態を維持することができるようになっている。また、本冷蔵庫１では、第一の冷蔵室２１に配管が接続され、冷蔵室２１の開閉とともに移動する構成となっているが、食品収容容器部２１１の配管の部分と、その外部の配管の部分は摺動可能となるよう二重筒となっており、この二つの配管の部分の間にはＯリングを配置している。これにより、少なくとも第一の冷蔵室２１を閉じた状態において、食品収容容器部２１１内は気密性、プラス圧に維持することができる。
【００２３】
なお、冷蔵室２は、限定されるわけではないが、空気の漏入を防止するため、弁によって内圧が１００〜２００ｍｍ水柱となるよう加圧状態で維持されていることが好ましい。また、冷蔵室２は、スライド機構によって開放状態となった場合、開閉スイッチ２１５が信号を出力し、この加圧状態を停止させ、電磁弁Ｖ２が開き冷蔵室２の内と外との圧力差はゼロになるようにしておくことが好ましい。
【００２４】
また、冷蔵室２には温度センサーが設けられている。より具体的に説明すると、第一の冷蔵室２１、第二の冷蔵室２２のそれぞれには温度センサー２１３、２２３がそれぞれ設けられており、それぞれの内部の温度を検知することができる。
【００２５】
また、冷蔵室２には、吸湿材が設けられている。より具体的に説明すると、第一の冷蔵室２１、第二の冷蔵室２２のそれぞれには吸湿材２１４、２２４がそれぞれ設けられており、空気中の水分を吸収する、すなわちガス中の水分を除去することが可能となる。
【００２６】
また、冷蔵室２と空気圧縮機３の間にはこれらを接続する配管７１が設けられており、冷蔵室２からのガスを空気圧縮機３に供給することができる。より具体的に説明すると、本冷蔵庫１では、第一の冷蔵室２１には配管７１１が、第二の冷蔵室２２には配管７１２が接続されており、これらが途中合流して空気圧縮機３に供給される。また本冷蔵庫１では、配管７１に逆止弁Ｖ１が設けられており、外部からの空気が一方向的に配管７１に補給される。なお配管７１は、循環経路を形成する配管７の一部である。
【００２７】
なお、本冷蔵庫１において、冷蔵庫使用者が本冷蔵庫１を開けた場合、外気と冷蔵庫内のガスは混ざり合い同一の成分に近づく。この場合における当初のガス（外気成分ガス又はこれに近いガス）は窒素富化処理前のガスであり、このガスを本明細書では「原料ガス」と呼ぶこととする。すなわち、冷蔵室２を閉じた直後において、第一の冷蔵室２１、第二の冷蔵室２２内には原料ガスＦ１が充填され、配管７１を通じて空気圧縮機３に送られることになる。
【００２８】
また、本冷蔵庫１では、上記の通り、空気圧縮機３を備える。後述の記載からも明らかであるが、空気を圧縮することにより温度を高め、後段の各要素による水分等の除去効率を高めることが可能となる。空気圧縮機３としては特に限定されず公知の装置を適用することができるが、シリンダとピストンを用いた圧縮機であることは好ましい一例である。
【００２９】
また、本冷蔵庫１では、前処理装置４の前段であってもよいが、配管７１上かつ空気圧縮機３の前段に冷蔵室２から導搬されるゴミを捕捉する第一のフィルター９１を設けていることが好ましい。第一のフィルター９１を設けることで、配管７内の循環経路を清潔な状態に維持することが可能となる。
【００３０】
また、本冷蔵庫１では、空気圧縮機３と前処理装置４の間にこれらを接続する配管７２が設けられており、空気圧縮機３によって圧縮された原料ガスＦ１’を前処理装置４に供給することが可能となる。
【００３１】
また、本冷蔵庫１の前処理装置４は、配管７上かつ膜モジュール５の前段に設けられ、ガスに対して前処理を行うための装置である。より具体的に説明すると、前処理装置４は、少なくとも乾燥装置４１を備えており、圧縮された原料ガスＦ１’から水分を除去することができる。
【００３２】
また、本冷蔵庫１において、乾燥装置４１は、上記の通り、圧縮された原料ガスＦ１’から水分を除去するために用いられる装置であり、その構成は限定されるわけではないが、例えば、乾燥装置用熱交換器４１１と、ドレン排出用冷却器４１２と、ドレントラップ４１３と、を備えるものであることが好ましい。なお、前処理装置４は、複数の構成要素が接続されて構成されたものであり、これら構成要素は、配管７３によって接続されているとともに、この配管７３により後段の膜モジュール５まで導かれる。
【００３３】
また、本冷蔵庫１の乾燥装置４１において、乾燥装置用熱交換器４１１は、圧縮されて温度が上昇した原料ガスＦ１’の温度を熱交換するための装置であり、より具体的には、圧縮された温度が上昇した原料ガスＦ１’の温度を吸収してこの原料ガスＦ１’の温度を下げるとともに、ドレン排出用冷却器４１２及びドレントラップ４１３を経過した後の原料ガスに対して熱を加えることができるものである。つまり、繰り返しとなるが、空気圧縮機３により加熱されたガスの熱を奪う一方、ドレン排出用冷却器４１２等によって熱が奪われたガスにこの奪った熱を与えることになる。
【００３４】
この乾燥装置用熱交換器４１１の構造としては、一方の配管から熱を奪い、他方の配管に対して熱を与える機能を有する限りにおいて限定されず、公知の構造のものを採用することができるが、加熱器を使用することなくフィンを用いたコンパクトな熱交換器であることが好ましい。フィンを用いることで電気式の冷却器、加熱器を使用することなく省電力となる。
【００３５】
なお後述の記載からも明らかであるが、乾燥装置用熱交換器４１１の後段にはドレン排出用冷却４１２、ドレントラップ４１３が設けられているためこのガスに含まれる水蒸気等の成分は飽和状態となるが、この熱交換器で３〜５度程度過熱することで、乾燥状態とすることができる。この結果、後段の吸着器や、膜モジュールの中空糸の表面が水等によって濡れる等による物理的な接触不良により吸着、溶解、分離能の低下が生じる恐れを格段に低くし、長期安定的な運転が可能となる。
【００３６】
また、本冷蔵庫１の乾燥装置１において、ドレン排出用冷却器４１２は、乾燥装置用熱交換器４１１によって熱が奪われたガスからさらに熱を奪い冷却することができるものである。なお、ドレン用冷却器４１２によって冷却されたガスからは水滴が生じ、ドレンとなる。このドレン用冷却器４１２の構造としては、上記の機能を有する限りにおいて限定されず、公知の構造のものを採用することができる。
【００３７】
また、本冷蔵庫の乾燥装置１においては、上記の通りドレントラップ４１３を備える。上記のようにドレン用冷却器４１２によって生じた水分や、ガスの循環リサイクルで濃縮して導搬される食物が発する比較的分子量が大きな脂肪酸等の蒸気が過度に濃縮されて飽和し、後段の中空糸の表面で酸素の透過により分圧が更に上昇し露点となり後段の膜モジュール５の中空糸表面に付着してしまわないよう、ドレントラップ４１３によって系外に排出させることができる。なお、ドレントラップ４１３には、電磁弁Ｖ２が付されており、これら不要物は電磁弁Ｖ２を介して排出される。また、ドレントラップ４１３を経由した後、水が除去された原料ガスは配管７３により運ばれ、乾燥装置用熱交換器４１１によって過熱される。これにより、ガスの温度を上げることができ、ガスを十分に乾燥した状態とし、下記の膜モジュール５における水の存在による分離効率低下を防止することができる。
【００３８】
また、本冷蔵庫１では、上記のように、水分が十分に除去され乾燥した原料ガスＦ１’’から窒素富化ガスＦ２を分離する膜モジュール５を備える。より具体的に本冷蔵庫１の膜モジュール５を用いることで、原料ガスＦ１’’から酸素を分離し、窒素の濃度が高まった窒素富化ガスＦ２を得ることができるようになる。なお、膜モジュール５と前処理装置４の間には配管７４が設けられており、これらの間を接続する。
【００３９】
本冷蔵庫１の膜モジュール５の構成については、上記機能を有するものである限りにおいて限定されるわけではないが、外筒５１と、この外筒の両端を覆う蓋５２（入口側蓋５２１、出口側蓋５２２）と、外筒５１内において中空糸固定部材５３によって固定される中空糸５４と、中空糸群囲５５と、を有しており、これにより、膜モジュール５に導入された原料ガスＦ１’’は酸素等が除去され窒素富化ガスＦ２となる。
【００４０】
図３は、本冷蔵庫１の膜モジュール５の構造を示す。本膜モジュール５において、中空糸５４の外径は、限定されるわけではないが、０．１５〜０．２０ｍｍであることが好ましい。また、膜モジュール５は、この中空糸数千本をエポキシ樹脂の液に両端を入れて硬化させ、中空糸群の両端に円盤状のエポキシが形成された構造とし、更にこれを外筒５１の両端側に取り付けて気密性を確保して接着するとともに蓋５２で覆い、組み立てたものとすることが好ましい。なお本図は説明のために中空糸２本を拡大的に取り上げてイラスト化したものである。
【００４１】
ここで、膜モジュール５の構造及びこれによる窒素富化の機序について、ここで具体的に説明する。
【００４２】
まず、膜モジュール５に導入された原料ガスＦ１’’は、蓋５２（より具体的には入口側蓋５２１）を介して外筒５１内の空間に導入され、更に、中空糸５４中に導入される。そして、中空糸５４に導入されたガスはそのまま直進して外筒５１の他方の端に到達し、蓋５２（具体的には出口側蓋５２２）を介して膜モジュール５の外に排出される。しかしながら、中空糸５４の側面方向には多数の孔が形成されており、この孔から酸素、炭酸（二酸化炭素）、水蒸気が中空糸を透過して外部に排出されるようになっている。すなわち、本膜モジュール５では、中空糸５４によって側面側に酸素ガス等が排出され、相対的に窒素濃度が高まったガス（窒素富化ガス）Ｆ２が膜モジュール５（具体的には出口側蓋５２２の出口５２２１）から排出される。なお、中空糸５４を固定する中空糸固定部材５３は、前側及び後側で一対となっており、密封性が高い材料で構成され、外筒５１内の空間を、中空糸の内側に接続される空間５１１と、中空糸の外側に接続される空間５１２に分割する。
【００４３】
なお、本膜モジュール５では、外筒５１の入り口側蓋５２１に近い位置に形成されたガス排出口５１１から上記酸素濃度が高まったガス（酸素富化ガス）Ｆ３が排出される構造となっている。これにより、窒素富化ガスＦ２の流れと酸素富化ガスＦ３の流れは１８０度反対（向流型構造）となり、酸素の分圧差を最大限に利用することが可能となる。具体的に説明すると膜モジュール５の入口側では酸素の濃度が高いが窒素の濃度が高いため中空糸５４による効率的な分離が可能である一方、膜モジュール５の出口側では窒素の濃度が低くなるが酸素の濃度も低い状態となるため、ここでも効率的な分離が可能である。すなわち、いずれの位置においても中空糸５４において効率的な分圧差を生み出すことができる。より具体的には次項の図４及び後述の記載を参照のこと。
【００４４】
ところで、図４は、膜モジュール内の酸素分圧のシミュレーションの結果を示すものである。図中Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ点は、上記図に示した膜モジュール５内の各点における酸素分圧を示す。具体的には、点Ａは膜モジュールの中空糸内部の入口付近を、点Ｂは膜モジュールの中空糸内部の出口付近の点を、点Ｃは点Ｂ近傍であるが中空糸外側の点を、点Ｄは点Ａ近傍であるが中空糸の外側の点をそれぞれ示している。なお、単位は絶対気圧を示している。
【００４５】
本図によると、例えば、５．０気圧(以降圧力の単位をｂａｒ．ａｂとする。)で酸素濃度２１％の空気（原料ガス）を用いる場合（実線の場合）、点Ａにおいて酸素分圧は５．０×０．２１＝１．０５気圧と高いが、出口付近の点５２２１では酸素濃度は３％まで下げている。すなわち出口付近の点Ｂでは酸素濃度３％、酸素分圧で５．０×０．０３＝０．１５気圧にまで下げた場合を示し、この圧縮に要する仕事量は大きい。一方、配管７で、酸素濃度が５％下がると分原料ガスは（破線の場合）、酸素分圧＝３．４×０．０５＝０．１７気圧の原料ガスが供給されて、それに要する圧力は前記の５．０気圧からは３．４気圧まで低下する。膜モジュール５に窒素富化ガスを導入すると（点線の場合）、出口付近の点では酸素分圧０．１７気圧程度まで上げるだけで十分であり、圧縮に要する仕事量を急激に抑え、省エネルギーとすることができる。特に、１周目で３７％であるが、２周目になると膜への供給圧が低下した結果透過流量が減り、膜モジュールによるガス回収率は７７％に大幅に上昇する。すなわち、窒素富化ガスをリサイクルすることで、大幅にエネルギー効率を向上させることが可能となる。図４は縦軸の気圧の単位は絶体気圧でｂａｒ．ａｂ で示し、試験結果を基にしたシミュレーション値を示す。
【００４６】
また、本冷蔵庫１の膜モジュール５では、中空糸５４の周囲にさらにフィルム状の中空糸群囲５５を蜜着させている。これを設けることにより、中空糸５４の外と中で逆の流れ（向流）の形成とその透過ガスの中空糸の外側の速度の維持がより容易となる。なお、この中空糸５４の総断面積の上記中空糸群囲５５の断面積に対する比率は、中空糸群囲５５の断面積を１００％とした場合に、中空糸５４の総断面積が４０％以上５０％以下の範囲にあることが製造、性能上に好ましい。
【００４７】
また、本冷蔵庫１において、配管７３上の膜モジュール５の前段には、冷蔵室から導搬される揮発性微量成分を吸着する吸着器４２を設けていることが好ましい。吸着器４２を設けることで、膜モジュール内にこれら揮発性微量成分、例えば悪臭成分のメルカプタン等を吸着する。吸着器４２の構造としては上記機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、活性炭等を充填させたものであることが好ましい一例である。
【００４８】
また、本冷蔵庫１において、配管７３上の吸着器４２の後段かつ膜モジュール５の前段には、吸着器４２から排出されるゴミを捕捉する第二のフィルター９２を備えていることが好ましい。吸着器９２が、例えば上記のように活性炭等を充填させたものである場合、その微粉が使用初期に吸着器４２から排出されてしまう場合がある。そのため、吸着器４２の後段にさらに第二のフィルター９２を設けることで、膜モジュール５内に上記ゴミの混入防止を図り、これを長期に使用できる。
【００４９】
また、本冷蔵庫１では、膜モジュール５によって排出された窒素富化ガスＦ２が配管７４により再び冷蔵室２に運ばれることになる。なお、配管７４には流量調整弁Ｖ３、減圧弁Ｖ４が設けられており、流量及び圧力調整が行われる。また、配管７４は冷蔵室２の数に応じて分岐し、この分岐された配管７４の配管部分７４１にはそれぞれ電磁弁Ｖ５が設けられ、図６のマイクロコンピュータの信号で２台の冷蔵庫２の何れかに供給される。
【００５０】
また、この配管７４の配管部分７４１には、それぞれ窒素富化ガスＦ３を冷却するための冷却器６が設けられており、その冷蔵室２の適正温度範囲に応じた冷却が行われる。なお、冷却器６にはファン６１が付されており、冷蔵室２は空気圧縮機３が停止中に冷風を供給し冷却効率を高めることができる。
【００５１】
ところで、上記の記載から明らかなように、冷蔵室２から空気圧縮機３、前処理装置４、膜モジュール、冷却器６は配管７（配管７１、７２、７３、７４）により循環経路が形成される。すなわち、本冷蔵庫１は、冷却された窒素富化ガスを冷蔵室に供給するとともに、冷蔵室内の残留ガスを原料ガスの一部として戻す配管７と、を備えたものといえる。
【００５２】
また、上記の記載から明らかなように、開放された冷蔵室２に導入された外気成分と同じである原料ガスＦ１は、酸素等が除去等された後、窒素富化ガスＦ２として冷蔵室２に戻って供給され、このリサイクル操作が以後繰り返される。すなわち、上記において「原料ガス」と表現したガスは、２週目以降においては「窒素富化ガス」となり、同様な処理がなされた後、更に窒素が富化されていくことになる。
【００５３】
ところで、本冷蔵庫１における各要素の物理的な配置の例について図５に示しておく。本冷蔵庫１は、冷蔵室２を覆う断熱壁と所定の間隔を空けて配置され、前処理装置４及び膜モジュール５を配置する空間を形成する仕切板Ｗを備え、前処理装置４の鉛直方向上方に、膜モジュール５を配置する構成となっている。仕切板Ｗの高さは冷蔵庫本体（又は筐体８）とほぼ同じ高さであることが好ましい。より具体的には、前処理装置の熱交換器を鉛直方向下部に設けることで、いわゆる煙突効果による上昇気流を発生させ、冷却器内の圧縮されたガスを乾燥ガスとして吸着剤、膜モジュールに供給することが可能となる。
【００５４】
より具体的に説明すると、原料ガスＦ１は、空気圧縮機３で圧縮され温度が上昇する。一方、原料ガスは、膜モジュール５に供給する以前に適温、例えば４０〜５０度に冷却する必要があるが、電動クーラーを使用すると新たな電力を消費することになり、これを避ける必要がある。これに対し、熱交換器と冷却器を組み合わせて上記のように配置することで電力を消費することなく効率的に圧縮ガスを冷却・乾燥させることができる。
【００５５】
繰り返し説明すると、まず、冷蔵庫１の筐体８内に仕切板Ｗを設け、この仕切板Ｗにより仕切られた空間内の最下位置に冷却器４１２を設置する。この中は冷蔵庫本体の冷媒の放熱器の放熱で周囲より１５〜２０℃高くなり、以下の数式による煙突効果が生じており、この通風力を利用し、更に冷却器４１２の冷却空気として使用することで圧縮ガスＦ１’を冷却し、ドレンを電磁弁交換Ｖ２で排出、その後乾燥機用熱交換器４１１で最小限の再加熱を行い乾燥ガス７３とすることができる。
【数１】
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【００５６】
以上の計算結果によると、Ｕ＝１．５ｍ／ｓとなり冷却空気として流速を確保が出来て冷却が可能となることがわかる。
【００５７】
（マイクロコンピュータ処理）
ところで、図６は、冷蔵庫内の各構成要素に設けられたセンサーからの信号によって運転を制御するマイクロコンピュータ制御の説明図である。本冷蔵庫１は、マイクロコンピュータＭによる総合制御で、窒素発生が必要とされるときに限って運転されることを意味する。具体的には、頻繁に冷蔵庫の扉が開閉されるときは従来方法の各冷蔵庫の温度基準で運転されが、扉が一定時間、例えば1時間開閉されないときは、窒素発生のための各要素が運転を開始し窒素富化ガスが冷蔵室（野菜室）に供給されることになる。窒素富化ガスが供給されると、従来の窒素富化無しの冷蔵庫の温度より高い温度で運転が可能となるため冷蔵庫の熱負荷が下がり消費電力が減る。
【００５８】
また、本図で示すように、マイクロコンピュータＭは、冷蔵室２の温度センサー２１３、酸素濃度センサー２１５、開閉スイッチ２１５に接続されている。冷蔵室２の温度センサー２１３が冷蔵室２内の温度が高すぎると判断した場合には、ファン６１を回転させて窒素富化ガスＦ２を冷却するとともに、既存の冷蔵庫のクーラー６（図示省略）を作動させて、冷蔵室２を冷却する。また、酸素濃度センサーが冷蔵室２内において高い酸素濃度を検出した場合、空気圧縮機３を動作させて窒素富化ガスを冷蔵室２に供給できるようにする。一方で、酸素濃度センサーが十分に低い酸素濃度を検出した場合（例えば酸素濃度が３％以下となった場合）、空気圧縮機３の動作を低下又は停止させて窒素富化ガスの供給を低減または停止させることができる。なおこの場合、配管７内の各電磁弁を閉状態とし、冷蔵庫内を密封構造とすることが好ましい。このようにすることで、冷蔵室内の窒素充填状態を好適に維持することができる。
【００５９】
以上、本冷蔵庫１によると、省エネルギーで食品の長期保存がより効率的となる冷蔵庫を提供することができる。より具体的に説明すると、本冷蔵庫１では、空気圧縮機で大気を吸い込み原料ガスとして圧縮した後に中空糸を分離膜とする膜モジュールで窒素富化ガスを分離して冷蔵室（野菜室、および肉や魚を保存する冷蔵室）へ供給し、さらにこの窒素富化ガスをリサイクルさせることで、より食品の長期保存と省エネルギーが可能となる。
【００６０】
また、本冷蔵庫１では、上記の通り冷蔵室及び配管を含めて気密構造を採用しているため、冷蔵構内は窒素で充満された状態を維持することが出来る。この状態で空気圧縮機３を停止しても系内は窒素富化ガスで満たされた状態を維持される。具体的には、常時減圧ポンプで冷蔵室内に減酸素状況を作り出す公知の技術に比べ、本技術によると常時必要がなく大幅な省電力化が可能である。
【００６１】
また、本冷蔵庫１で複数冷蔵室を備える場合、これらの冷蔵室へのガスの供給を交互に切り替えることでより効率的な運転が可能となる。また、冷蔵室２が単一である場合、窒素富化ガスを供給した場合でも、窒素富化ガスと冷蔵室２に予め残留している残留ガスとの置換は容易ではないが、上記のように複数の冷蔵室へのガスの供給を交互に切り替えることで、窒素供給停止中の冷蔵室において十分これらのガスが濃度差で混合してガス置換をより効果的に行うことができる。例えば図７のシミュレーションの結果によれば、酸素濃度３％のガスで間欠して置換すれば置換効率が７０％の場合約３回で酸素濃度５％になり、その後は酸素濃度の低下は微小であり約３回置換すれば、それ以上置換しても効果が低いことがわかる。このように冷蔵室の酸素濃度を５％にするために供給する窒素富化ガスの酸素濃度を３％とすることで酸素濃度５％が維持される。                                                              
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、冷蔵庫として産業上の利用可能性を有する。より具体的に本発明に係る冷蔵庫は、窒素発生装置を有するものであって、家庭用冷蔵庫の他、業務用冷蔵庫、野菜専用冷蔵庫に適用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１・・・冷蔵庫
２・・・冷蔵室
３・・・空気圧縮機
４・・・前処理装置
５・・・膜モジュール
６・・・冷却器
７・・・配管
８・・・筐体
９１・・・第一のフィルター
９２・・・第二のフィルター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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