(57)【要約】冷凍陳列棚１００が、縦型で、前面が開口した、断熱されたキャビネット１１０を備えている。前記キャビネットは、商品展示エリア１２５を定めており、コンパートメント１２０と前記エリアとが、空気循環回路１２２，１１４，１１６を介し、空気が流れるように接続されている。エバポレータ４０のコイル４６を通過する冷媒の流れが、前記エバポレータ４０を「熱力学的に逆流の」熱交換器として構成するように、配向されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商品陳列エリアを定めるとともに、商品陳列エリアから分離したコンパートメントを有するキャビネットと、前記商品陳列エリアと前記コンパートメントとを空気が流れるように接続した空気循環回路と、前記コンパートメント内に協働するように配置されたエバポレータおよび空気循環手段と、を備え、前記エバポレータが熱力学的に逆流の冷媒回路を含むことを特徴とする冷凍陳列棚。
【請求項２】
前記エバポレータが、冷媒がエバポレータ内を通過する空気の流れに対して物理的に平行に流れる第１セクションと、冷媒がエバポレータ内を通過する空気の流れに対して逆流となる第２セクションとを有し、かつ、前記第２セクションが前記第１セクションの空気流の上流側に位置することを、さらに特徴とする請求項１に記載の冷凍陳列棚。
【請求項３】
前記第２セクションが、冷媒のスーパーヒートセクションを含むことを、さらに特徴とする請求項２に記載の冷凍陳列棚。
【請求項４】
前記エバポレータが、１インチあたり、６枚フィンから１５枚フィンの範囲となるフィン密度を有したフィンチューブ形熱交換器を備えることを、さらに特徴とする請求項１に記載の冷凍陳列棚。
【請求項５】
前記エバポレータのフィンには、機能強化した伝熱構造が含まれることを、さらに特徴とする請求項４に記載の冷凍陳列棚。
【請求項６】
前記エバポレータのフィンには、平面的ではない形状が含まれることを、さらに特徴とする請求項５に記載の冷凍陳列棚。
【請求項７】
前記エバポレータのフィンには、コルゲートプレート状の形状が含まれることを、さらに特徴とする請求項６に記載の冷凍陳列棚。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、冷凍陳列棚システムに関し、特に、食品や飲料品の展示用の中温型冷凍陳列棚システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スーパーマーケットおよびコンビニエンスストアには、オープン型、あるいは、ドア併設型の陳列棚が備え付けられており、これらの陳列棚は、顧客に新鮮な食料品や飲料品を展示し、冷蔵環境の下に新鮮な食料品および飲料品を保存している。通常、冷温の湿気を含んだ空気が各陳列棚の商品陳列ゾーンに流入するが、これは、エバポレータコイルの伝熱表面に空気が通過することにより発生し、前記エバポレータコイルは、陳列棚内に配置されるが、商品陳列ゾーンとは分離しているため、顧客の目に届く場所にはない。例えば、冷媒Ｒ−４０４Ａのような適した冷媒が、エバポレータコイルの熱交換チューブ内を通過する。冷媒がエバポレータコイル内で蒸発すると、エバポレータを通過する空気の熱が吸収され、空気温度は低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
スーパーマーケットやコンビニエンスストア内に、冷凍システムが備えられ、これらの施設内にある陳列棚のエバポレータコイルに適切な状態で冷媒を供給している。全ての冷凍システムは、少なくとも以下のコンポーネントを有する。すなわち、コンプレッサと、コンデンサと、冷凍陳列棚と一体になっている少なくとも一つのエバポレータと、サーモスタット式の膨張弁と、前記装置群を閉循環回路で接続している適切な冷媒回路とを、備えている。液状の冷媒を膨張させるため、サーモスタット式の膨張弁は、エバポレータへ流入する入口側の冷媒流に対して、上流の冷媒回路に取り付けられる。前記膨張弁は、液状の冷媒がエバポレータに流入する前に、液状冷媒の圧力を計量し、かつ、特定の冷媒に応じて選択された、より低い目標圧力となるように、冷媒を膨張させている。前記膨張の結果として、液状の冷媒温度も、著しく低下する。低圧低温の前記液体は、熱を吸収すると蒸発し、この熱は、前記液体がエバポレータチューブ内を通過するときに、エバポレータ表面上を通過する空気から吸収される。通常、スーパーマーケットや食料雑貨品店の冷凍システムは、複数の陳列棚内に取り付けられている複数のエバポレータと、コンプレッサ・ラックと呼ばれる複数のコンプレッサからなるアセンブリと、一つあるいは複数のコンデンサとを含む。
【０００４】
加えて、ある種の冷凍システムでは、エバポレータ圧力制御（ＥＰＲ）弁が、エバポレータ出口側の冷媒回路内に取り付けられる。ＥＰＲ弁は、エバポレータ内の圧力を、冷媒所定の圧力設定点より高い圧力で維持するように機能する。水の冷却用の冷凍システムでは、水の氷点より高い温度で、エバポレータ内の冷媒温度を維持するように、ＥＰＲ弁を設定することが知られている。例えば、冷媒としてＲ１２が使用されている水冷却用の冷凍システムでは、冷媒温度３４°Ｆと等価となる３２ｐｓｉｇ（ポンド・平方インチ，ゲージ）の圧力設定点で、前記ＥＰＲ弁は、設定される。
【０００５】
従来の方法として、食品陳列用冷凍システム内のエバポレータは、通常、水の氷点より低い冷媒温度下で、作動している。従って、エバポレータ表面上を通過する冷却空気内の湿気が、エバポレータ表面と接触しあいながら流入すると、エバポレータ作動中に、エバポレータ上に霜が形成されることになる。例えば、青果、牛乳、その他の乳製品、あるいは飲料品一般を展示する際に通常使用されるような、中温型冷凍陳列棚においては、冷蔵される製品は、通常、特定の冷蔵製品によるが、３２°Ｆから４１°Ｆの範囲内で、温度の維持が必要である。中温型の青果用陳列棚を例にとると、冷却空気温度を約３１°Ｆまたは３２°Ｆにて維持させるべく、エバポレータチューブを通過していく冷媒が約２１°Ｆにて蒸発することとなるエバポレータのチューブに循環冷却空気を通過させるという商業冷凍分野での従来手段をとっていた。中温型の乳製品用陳列棚を例にとると、冷却空気温度を約２８°Ｆまたは２９°Ｆにて維持させるべく、エバポレータチューブを通過していく冷媒が約２１°Ｆにて蒸発することとなり、そして、エバポレータのチューブに循環冷却空気を通過させるという商業冷凍分野での従来手段をとっていた。これらの前記温度下においては、チューブ壁の外側表面が、霜点より低い温度となる。エバポレータ表面上に霜が形成するに従って、エバポレータの性能は低下し、そして、エバポレータを通過する空気の自由な流れが、制限され、かつ、極端な場合には停止してしまう。
【０００６】
商業用冷凍における産業界において通常エバポレータとして利用されており、冷媒チューブに取り付けられている平板フィンを備えたタイプのフィンチューブ形熱交換器コイルは、特質上、低フィン密度であり、一般に１インチあたり２枚から４枚のフィンを備えている。通例、中温型陳列棚では、エバポレータと複数の軸流ファンとが、陳列棚の製品エリアに冷凍空気が供給されるように、強制対流的な配置で、備え付けられている。最も一般的には、前記ファンは、強制通風モードにおける空気流のエバポレータ上流側に、陳列棚４フィートの長さにつき１台備えられ、前記エバポレータは、製品陳列エリアより下のコンパートメント内に備えられる。すなわち、４フィート長の陳列棚には、通常、一つのファンが取り付けられ、そして、８フィート長の陳列棚には、二つのファンが取り付けられ、および、１２フィート長の陳列棚には、三つのファンが取り付けられる。
【０００７】
運転時には、前記ファンは、空気をエバポレータに送り込み、チューブ内を通過する冷媒と熱交換するフィンチューブ形熱交換器コイルのチューブ上に前記空気を通過させる。従来、冷媒は、空気の流れに対し、物理的に逆流となる配置で通過する。すなわち、冷媒が、エバポレータの空気出口側から熱交換器内へ流入し、熱交換器コイルのチューブを介し、エバポレータの空気入口側に配置された冷媒出口側へと進んでいく。エバポレータからの冷凍空気が、陳列棚筐体の背部にある後部フローダクトを通して循環し、それから、陳列棚筐体の上部にあるフローダクトを通り、商品陳列エリアに抜け出ていくことになる。前面開口式の陳列棚の構成においては、上部フローダクトから流出する冷凍空気は、ほぼ下方に商品陳列エリアの前面を横切り、店舗の周囲環境から商品陳列エリアを分離するエアカーテンを形成し、それゆえ、商品陳列エリアへの周囲空気の侵入量を低減する。冷凍空気が後部フローダクトから直接、商品陳列エリアに通過することを可能とするように、後部フローダクトの内部壁に、穿孔が設けられることもある。
【０００８】
前述したとおり、商業用冷凍の産業界では、中温型の陳列棚アプリケーション用のエバポレータに低フィン密度の熱交換器のみが使用されることが、従来手段であった。前記手段では、エバポレータ熱交換器表面の霜の形成が予期され、かつ、必要とされる霜取り作業と次の霜取り作業との間の期間を延ばしたいとの要望も生ずることとなる。霜が形成されるに従い、隣接しあうフィン間を空気が通過する有効流路スペースが、次第に小さくなり、極端な場合には、霜で前記スペースが埋まってしまうことになる。霜形成の結果として、熱交換器の性能が落ち込み、かつ、適切に冷凍された商品陳列エリアへの空気も減少してしまう。加えて、低フィン密度のエバポレータコイル中の圧力損失が比較的に低いため、前述のファン間の比較的広い間隔の影響も受けて、かかる圧力損失は、エバポレータコイル中を通過する空気速度に、顕著な変動分布をもつことになり、言い換えるとエバポレータコイル長さ方向にわたり、前記コイルを流出する空気の温度に、望ましくない変動分布を与える結果となってしまう。８インチ程度の短い長さに、６°Ｆ程度の高い温度変動を見受けられるのは、異常なことではない。冷凍空気温度にこのような温度の成層化が生じることは、商品陳列エリア内の商品の温度に望ましくない変動を与え、商品の温度に大きな影響を与えることになりかねない。
【０００９】
霜がエバポレータコイル上に形成されるとき、空気流の速度の低いエリアで、霜の形成が始まる傾向がある。結果として、空気の流れは、さらに不均一分布となり、そして、温度分布もさらに歪められることになる。従来の間隔で配置された複数の軸流ファンにより生成する特有の空気流速度プロファイルの結果として、エバポレータ中の空気流の分布も歪んだものとなる。各ファンがベル状の速度フローを生成するため、前記の空気流のプロファイル分布は、特質上、各ファンの中心線付近でピークがあり、かつ、隣接のファン間で最小レベルに下がる、傾向を有す波形となる。
【００１０】
ベアの米国特許５，７４３，０９８号が、分離した空気の移動手段を備え、規定長さの複数のエバポレータを含むモジュラー式の空気冷却・循環手段を備えた冷凍用食品陳列棚を開示している。前記複数のエバポレータは、陳列棚の商品陳列エリア下のコンパートメント内に、それぞれ、水平に、間隔をおいて、端と端とを繋いだ形で、配置される。商品陳列ゾーンの関連ゾーンから流出し、エバポレータを介して冷却され、それから商品陳列ゾーンの関連ゾーンにまた戻るように空気を循環させるように、分離された一対の軸流ファンが、各エバポレータに取り付けられる。各エバポレータは、複数のフィンとチューブ状コイルを備える。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、改善したエバポレータ性能を備えた改良された中温型陳列棚を提供することを目的とする。
【００１２】
さらに、「熱力学的に逆流となる」熱交換器として特徴付けられるエバポレータを備えた冷凍陳列棚を提供することを目的とする。
【００１３】
商品陳列エリアを定める断熱したキャビネットと、前記商品陳列エリアから分離し、内部にエバポレータおよび横方向に間隔をおいた複数の軸流ファンが内挿されたコンパートメントとを、備えた冷凍陳列棚が提供されている。本発明によれば、前記エバポレータは、「熱力学的に逆流となる」運転を可能とする冷媒フロー回路を有している。最適なものとして、前記エバポレータは、１インチあたり、６枚フィンから１５枚フィンの範囲となるフィン密度を有したフィンチューブ形熱交換器である。
【００１４】
好適な実施例として、物理的に平行な流れとなる冷媒回路を備えた第１セクションと、第１セクションの空気流に対して上流側に配置された物理的に逆流となる冷媒回路とを備えた第２セクションとを、前記エバポレータは有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１および図２に示されている冷凍システムは、冷凍陳列棚と一体になっている一つのエバポレータと、一つのコンデンサと、一つのコンプレッサと、を備えている。本発明の冷凍陳列棚は、商業用の冷凍システムの様々な形態に使用でき、すなわち、陳列棚に付き、エバポレータやコンデンサやコンプレッサは、各々、単数あるいは複数の様々な組合せが考えられる。
【００１６】
ここで図１および図２を参照すると、冷凍陳列棚システム１０が、５つの基本的なコンポーネント、すなわち、コンプレッサ２０と、コンデンサ３０と、冷凍陳列棚１００と一体になったエバポレータ４０と、膨張装置５０と、冷媒回路１２，１４，１６，１８を経由する閉じた冷媒回路内に接続された圧力制御装置６０と、を備える。加えて、前記冷凍陳列棚システム１０は、コントローラ９０を備える。しかしながら、前記冷凍陳列棚システムは付加的なコンポーネントと、付加的な調節装置と、付加的な付属品と、を備えてもよいことが理解されよう。コンプレッサ２０の出口側つまり高圧側が、冷媒回路１２を介してコンデンサ３０の入口側３２に接続している。コンデンサ３０の出口側３４が、冷媒回路１４を経由して膨張装置５０の入口側に接続している。膨張装置５０の出口側が、冷媒回路１６を介して、ディスプレイ・ケース１００内に配置したエバポレータ４０の入口側４１に接続している。エバポレータ４０の出口側４３が、一般に吸込み管と呼ばれる冷媒回路１８を経由して、コンプレッサ２０の吸込み部つまり低圧側に、戻るように接続している。
【００１７】
一般にディスプレイ・ケースと呼ばれる冷凍陳列棚１００が、縦型で、前面が開口した、断熱されたキャビネット１１０を備えており、前記キャビネットは商品展示エリア１２５を定めている。フィンチューブ形の熱交換器コイルであるエバポレータ４０が、冷凍陳列棚１００の内部に、この図示の実施例においては、商品陳列ケース１２５の下方におかれ、かつ、商品陳列ケース１２５から分離したコンパートメント１２０内に配置されている。しかしながら、このコンパートメント１２０は、必要に応じて、商品陳列エリア上方、もしくは、商品陳列エリア後方に、配置されてもよい。従来の装置と同様に、空気は空気循環手段により循環する、例えば、商品陳列エリア１２５内の棚１３０の上に保存される商品を所望の温度で維持するために、空気がキャビネット１１０の壁に構成された空気の流路１１２，１１４，１１６中を通り、商品陳列エリア１２５に流れ込むように、一つもしくは複数のファン７０が、コンパートメント１２０内に配置される。冷凍空気の一部分が、陳列エリア１２５の前面を横断しながら、ほぼ下方に、空気の流れ流路１１６から流出し、それゆえ、冷凍商品陳列エリア１２５とディスプレイ・ケース１００に隣接した店舗領域の周囲空気温度との間にエアカーテンを形成する。
【００１８】
通常、エバポレータ４０に隣接したディスプレイ・ケース１００内に配置されているが、冷媒回路１４内のいかなる位置にも取り付けられてもよい、膨張装置５０が、エバポレータ４０に流入する液状の冷媒流量の正確な量を計量する役目を果たしている。従来の手段と同様に、液状の冷媒のままエバポレータから吸込み管１８に流出せずに、できるだけ多くの液状の冷媒がエバポレータ内で熱交換するときに、エバポレータ４０が最も効率よく機能する。いかなる形態の従来型膨張装置が使用されてもよいが、例えば、エバポレータ４０の出口側４４の下流となる吸込み管１８に熱接触で取り付けられている感知バルブ５４のような、温度感知エレメントを備えたサーモスタット式膨張弁（ＴＸＶ）５２を、前記膨張装置５０が有することが最も有利な形態である。前記感知バルブ５４は、従来式の毛細管５６を経由して、サーモスタット式膨張弁５２に戻るよう接続されている。
【００１９】
ステッピングモータ制御の吸気圧力調整装置、もしくは、いかなる従来型エバポレータ圧力調整弁（総称してＥＰＲＶ）を有する、エバポレータ圧力制御装置６０が、エバポレータを流出し吸込み管１８を通過する冷媒のフローを調整することにより、予め設定された作動圧力の目標値に、エバポレータ内の圧力を維持するように作動する。圧力目標値にエバポレータ作動圧力を維持することにより、エバポレータ４０内を液相から気相へと膨張する冷媒の温度は、エバポレータを通過する冷媒と関連した所定の温度にて維持される。
【００２０】
ここで図３を参照すると、エバポレータ４０は、複数のサーペンタイン・チューブ型コイル４６に取り付けられた複数のフィン４８を備えたタイプであるフィンチューブ形熱交換器を有する。複数のフィン４８は、フィンパック（フィンの束）を形成し、前記フィンパックは、平行かつ等間隔に配置され、エバポレータ４０中を通過する空気の流れに対してほぼ軸上に整列した、複数のプレートから構成される。必要に応じて、このフィン４８は、平板、もしくは、コルゲート・プレート（波形板）、もしくは、その他いかなる機能強化した伝熱構造であってもよい。各チューブコイル４６は、従来どおりの方法で、平行フィン群４８中を蛇行し、各チューブコイルが、フィンパック内を横断する複数の連結したチューブ列４５を形成する。この例では、２本のチューブコイルを有するように示されているが、必要に応じて、エバポレータ４０は、いかなる本数のチューブコイルを有してもよい。
【００２１】
図３に示されている本発明の実施例においては、チューブコイル４６が、６列のチューブを備えている。今後検討する上で、空気の流れに対してエバポレータ４０の上流側から番号付けすることで、前記チューブ列を、第１列から第６列と引用する。冷媒回路１４からの冷媒が、冷媒入口部を通してチューブ４１である第２列へ流入することで、エバポレータ・コイル４６に流入し、それから、コイル４６と、チューブ４３である第６列とを通った後、チューブ４９である第１列を通過するように、戻り管４７に通り、エバポレータ・出口側・ヘッダー部（図示せず）に流入していくことで、前記コイル４６から流出する。それゆえ、第２チューブ列から第６チューブ列は、空気流と冷媒流とが、全体的に同様な方向で、エバポレータ４０中を流れることになる、物理的に平行な流れの伝熱セクション６２を構成する。第６列のチューブから流出する冷媒が、戻り管４７を通過し、空気流の入口側に戻ること、すなわち、エバポレータに流入する空気と熱交換しながら、冷媒が第１チューブ列を通過することで、物理的に逆流の伝熱セクション６４が形成される。
【００２２】
「熱力学的に逆流」となる熱交換器を提供するために、本発明のエバポレータ４０は、冷媒がコイル４６を横断するときに生じる冷媒温度の降下を巧みに利用している。冷媒は、エバポレータ４０を通過する空気の流れから熱を吸収するが、実際には、冷媒がコイル４６を通過するときに、圧力損失が生じるために、冷媒温度は降下することになる。冷媒が空気の流れと熱交換し、コイル４６の通過中に蒸発するときに、前記圧力損失は生ずる。前記蒸発が完了すると、空気の流れからの付加的な吸熱が、蒸気となった冷媒を、実質的にスーパーヒート（過熱）させる。好適には、エバポレータを通過する最後のチューブ列、すなわち、図示の実施例では第１チューブ列は、スーパーヒート・パスを構成する。
【００２３】
エバポレータを通過する、セクション６４である前記最後の冷媒パスを、エバポレータ４０の空気の入口側に配置することにより、最も低温の冷媒が、最も高温の空気と熱交換しながら通過することになり、温度差を最大にしている。セクション６２内を、空気の流れと物理的に平行な流れで、冷媒の流れが通過することにより、空気とエバポレータを通過する冷媒との間の平均温度差が最大となる。本発明のエバポレータ冷媒回路の空気温度プロファイルと冷媒温度プロファイルとの比較が、従来式の配置による冷媒回路の空気温度プロファイルと冷媒温度プロファイルとの比較と並べて、図４に示されている。
【００２４】
最適なものとしては、エバポレータ４０は、相対的に高密度なフィンを備えた、相対的に高い圧力損失のフィンチューブ形熱交換器を有している。すなわち、前記高フィン密度とは、従来式の中温型陳列棚に通常使用される相対的に低フィン密度のフィンチューブ形熱交換器と比較すると、チューブ４６の１インチあたり少なくとも５枚のフィン４８となるフィン密度である。この相対的に高いフィン密度のため、エバポレータ内を通過する循環空気により生じる圧力損失は、従来式の低密度のフィンチューブ形エバポレータ・コイルを通過する循環空気により同様な流れの条件下で生じる圧力損失と比較すると、極めて高く、通常、２倍から８倍のオーダーで、高いものとなる。この高フィン密度のエバポレータ・コイルを通過する増大した流体抵抗は、エバポレータ内の、いっそう均一な空気の流れ分布を生じる結果となる。最適なものとして、高効率のエバポレータ４０内の相対的に高密度なフィンチューブ形熱交換器コイルが、１インチあたり６枚フィンから１５枚フィンの範囲となるフィン密度を有する。相対的に高フィン密度の熱交換器は、エバポレータ出口側の空気温度と冷媒温度との差が、従来式の低フィン密度エバポレータ作動時の該温度差に比べ、はるかに低い温度差にて作動する。
【００２５】
先に述べたとおり、フィン４８は、公知の商業用冷凍陳列棚に通例、使用される典型的な平板フィンではなく、むしろ、機能強化した形状を備えていてもよい。適したものとしては、フィン４８は、エバポレータ４０を通過する空気の流れ方向に対し、垂直に延びた波形状の板を備えて配置されるコルゲート形の板を含む。機能強化した形状のフィンの使用により、前記コイルと空気との間の伝熱性能を高めるだけでなく、エバポレータ４０内の空気の圧力損失も増大し、ひいては、エバポレータ内を通過する空気の流れ分布の均一性も上がる。
【００２６】
個々の冷媒は、それぞれ特有の温度−圧力カーブを有するため、使用される特定の冷媒について、所定の最低圧力設定点に、ＥＰＲＶ６０を設定することにより、エバポレータ４０に霜のつかない運転を提供することは、理論的には可能である。このようにすれば、冷凍スペース内で湿り空気と接触するエバポレータ４０の全外側表面が霜形成温度より高くなるような温度点に、エバポレータ４０内の冷媒が、効率的に維持されるだろう。しかしながら、構造的な障害物もしくはエバポレータ・コイルを通る空気の流れが不均一な分布のために、コイル上の幾つかの場所では、霜形成の発現を導く霜形成状態になるだろう。
【００２７】
好適なものとして、ＥＰＲＶ６０運転時の圧力設定点を調整するために、コントローラ９０を、備えることができる。コントローラ９０は、エバポレータ４０内で冷媒が蒸発する温度を示すエバポレータ４０の運転パラメータを感知するように、エバポレータ４０に動作可能な状態で備え付けられた、少なくとも一つのセンサーから入力信号を受信する。このセンサーは、エバポレータ４０の出口側４３付近の吸込み管１８に取り付けられ、かつ、エバポレータ出口側圧力を感知するよう作用する、圧力トランスデューサ９２を有してもよい。圧力トランスデューサ９２からの信号９１が、エバポレータ４０内の冷媒の作動圧力を示すことになり、それゆえ、使用される所定の冷媒について、エバポレータ４０内で蒸発する冷媒温度を示すことになる。他の方法として、センサーは、エバポレータ４０のコイル上に取り付けられ、かつ、エバポレータ外側表面の作動温度を感知できるように機能する温度センサー９４を含んでもよい。前記温度センサー９４からの前記信号９３が、エバポレータ・コイル外側表面の作動温度を示し、それゆえ、エバポレータ４０内で冷媒が蒸発する温度も示すことになる。好適なものとして、圧力トランスデューサ９２と温度センサー９４との両方ともが取り付けられもよく、コントローラ９０によって両方のセンサから受信されるた入力信号を伴うことになるため、前記センサーの一つが運転時に機能しなくなる場合に対し、予防手段を与えうるといえる。
【００２８】
コントローラ９０は、センサー９２やセンサー９４から感知する一つあるいは複数の入力信号により、エバポレータ作動時における実際の冷媒蒸発温度を決定している。決定した前記実測冷媒蒸発温度を、冷媒蒸発温度の運転時の目標範囲と比較した後、エバポレータ４０が目標温度範囲内で作動する冷媒蒸発温度を維持するように、前記コントローラ９０は、必要に応じてＥＰＲＶ６０の圧力設定点を調整する。
【００２９】
冷凍陳列棚システム１０が、同一出願人の、かつ、同時係属中の、２０００年８月３１日に出願された米国特許出願番号０９／６５２，３５３に詳細に説明されている、特に適した運転方法に従って運転されてもよい。前記運転方法に従えば、前記コントローラ９０は、第１の時間周期の第１圧力設定点と、第２の時間周期の第２圧力設定点とにおいて、ＥＰＲＶ６０の圧力設定点を選択的に調節するよう機能し、ＥＰＲＶ６０の圧力は、絶えず２つの圧力設定点の間を繰り返す。前記第１圧力設定点は、使用中の冷媒が、飽和状態で、２４°Ｆから３２°Ｆまでの冷媒温度範囲と等しい圧力範囲となるように選択されている。前記第２圧力設定点は、使用中の冷媒が、飽和状態で、３１°Ｆから３８°Ｆまでの冷媒温度範囲と等しい圧力範囲となるように選択されている。それゆえ、第１時間周期で２４°Ｆから３２°Ｆまでの第１温度と、第２時間周期で若干高い３１°Ｆから３８°Ｆまでの第２温度と、の間で周期する冷凍レベルにて、前記中温型陳列棚１００のエバポレータ４０内の冷媒蒸発温度が、常に、維持される。この周期的な運転モードにおいては、エバポレータ４０は絶え間なく冷凍モードで作動するのであり、そのモード中は、より低温の冷媒蒸発温度における第１運転周期期間に発生しうる、望ましくない局所的なあらゆる霜の形成が、周期的に、より高温の冷媒蒸発温度における第２運転周期期間に除去されるのである。通常、第２運転周期期間において、第１運転周期期間中に維持される冷媒蒸発温度よりも、約２°Ｆから約１２°Ｆ高い温度に、エバポレータ内の冷媒蒸発温度を維持することが、望ましい。
【００３０】
前記第１運転周期期間と前記第２運転周期期間の各期間は、陳列棚毎に異なるものであるけれども、一般的に、前記第１期間は、前記第２期間を、十分に超えるものとなろう。例えば、相対的に高温な冷媒蒸発温度下の典型的な第２運転期間は、約１５分から約４０分程度であるが、相対的に低温な冷媒蒸発温度下の典型的な第１運転期間は、約２時間から数日間となる。しかしながら、前記冷凍システムのオペレータは、本発明の本質と範囲とから離れることなく、前記第１期間を任意の目標期間で、および、前記第２期間を任意の目標期間で、前記コントローラ９０を選択的に、かつ、独立に、プログラムしてもよい。
【００３１】
相対的に低温な冷媒蒸発温度下での運転から、引き続いて起こる相対的に高温な冷媒蒸発温度下での冷凍運転に移行する際には、約３１°Ｆから３２°Ｆの中間温度での定常状態の運転を、短時間維持するのが望ましいだろう。一般には、前記中間温度の前記運転期間は、約１０分まで延びることはなく、通常、約４分から約８分程度であろう。かかる中間の定常状態は、例えば、単一のコンプレッサ冷凍システムにおいては、コンプレッサ周期の超過を避ける手段として、望ましいものとなるだろう。相対的に高温な冷媒蒸発温度下での運転から、相対的に低温な冷媒蒸発温度下での運転へと、戻すシーケンスにおいては、中間定常状態は、なんら与えられない。
【００３２】
本発明の好適な実施例が、今まで図示・説明されてきたが、当業者であれば、その他の変更が想到されるだろう。したがって、本発明の範囲は、付随の請求項の範囲によってのみ、限られるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】中温型食品陳列棚を備えた商業用冷凍システムの概略図
【図２】図１に概略的に示された商業用冷凍システムの代表的なレイアウト正面図
【図３】本発明にかかるエバポレータの実施例の斜視図
【図４】本発明にかかるエバポレータ内を通過する空気温度および冷媒温度プロファイル（図４ａ）と、従来型のエバポレータ内を通過する空気温度および冷媒温度プロファイル（図４ｂ）と、のグラフによる比較
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年4月22日(2003.4.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商品陳列エリアを定めるとともに、商品陳列エリアから分離したコンパートメントを有するキャビネットと、前記商品陳列エリアと前記コンパートメントとを空気が流れるように接続した空気循環回路と、前記コンパートメント内に協働するように配置されたエバポレータおよび空気循環手段と、を備え、前記エバポレータは、冷媒がエバポレータ内を通過する空気と物理的に平行に流れる第１セクションと、冷媒がエバポレータ内を通過する空気の流れに対して逆流となる第２セクションとを有し、前記第２セクションは、スーパーヒートセクションをなし、かつ、前記第１セクションの前記空気流の上流側に配置され、前記エバポレータは、１インチあたり少なくとも５枚フィン（１センチメートルあたり２枚フィン）のフィン密度を有したフィンチューブ形熱交換器であることを特徴とする冷凍陳列棚。
【請求項２】
前記エバポレータが、１インチあたり６枚フィンから１５枚フィン（１センチメートルあたり２．４枚フィンから６枚フィン）の範囲となるフィン密度を有したフィンチューブ形熱交換器を備えることを、さらに特徴とする請求項１に記載の冷凍陳列棚。
【請求項３】
前記エバポレータのフィンには、機能強化した伝熱構造が含まれることを、さらに特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍陳列棚。
【請求項４】
前記エバポレータのフィンには、平面的ではない形状が含まれることを、さらに特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍陳列棚。
【請求項５】
前記エバポレータのフィンには、コルゲートプレート状の形状が含まれることを、さらに特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍陳列棚。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
加えて、ある種の冷凍システムでは、エバポレータ圧力制御（ＥＰＲ）弁が、エバポレータ出口側の冷媒回路内に取り付けられる。ＥＰＲ弁は、エバポレータ内の圧力を、冷媒所定の圧力設定点より高い圧力で維持するように機能する。水の冷却用の冷凍システムでは、水の氷点より高い温度で、エバポレータ内の冷媒温度を維持するように、ＥＰＲ弁を設定することが知られている。例えば、冷媒としてＲ１２が使用されている水冷却用の冷凍システムでは、冷媒温度３４°Ｆ（約１°Ｃ）と等価となる３２ｐｓｉｇ（ポンド・平方インチ，ゲージ）（２．２５ｋｇｆ／ｃｍ2）の圧力設定点で、前記ＥＰＲ弁は、設定される。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
従来の方法として、食品陳列用冷凍システム内のエバポレータは、通常、水の氷点より低い冷媒温度下で、作動している。従って、エバポレータ表面上を通過する冷却空気内の湿気が、エバポレータ表面と接触しあいながら流入すると、エバポレータ作動中に、エバポレータ上に霜が形成されることになる。例えば、青果、牛乳、その他の乳製品、あるいは飲料品一般を展示する際に通常使用されるような、中温型冷凍陳列棚においては、冷蔵される製品は、通常、特定の冷蔵製品によるが、３２°Ｆから４１°Ｆ（０°Ｃから５°Ｃ）の範囲内で、温度の維持が必要である。中温型の青果用陳列棚を例にとると、冷却空気温度を約３１°Ｆまたは３２°Ｆ（−０．５°Ｃから０°Ｃ）にて維持させるべく、エバポレータチューブを通過していく冷媒が約２１°Ｆにて蒸発することとなるエバポレータのチューブに循環冷却空気を通過させるという商業冷凍分野での従来手段をとっていた。中温型の乳製品用陳列棚を例にとると、冷却空気温度を約２８°Ｆまたは２９°Ｆ（約−２．５°Ｃ）にて維持させるべく、エバポレータチューブを通過していく冷媒が約２１°Ｆ（約−６°Ｃ）にて蒸発することとなり、そして、エバポレータのチューブに循環冷却空気を通過させるという商業冷凍分野での従来手段をとっていた。これらの前記温度下においては、チューブ壁の外側表面が、霜点より低い温度となる。エバポレータ表面上に霜が形成するに従って、エバポレータの性能は低下し、そして、エバポレータを通過する空気の自由な流れが、制限され、かつ、極端な場合には停止してしまう。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
商業用冷凍における産業界において通常エバポレータとして利用されており、冷媒チューブに取り付けられている平板フィンを備えたタイプのフィンチューブ形熱交換器コイルは、特質上、低フィン密度であり、一般に１インチあたり２枚から４枚のフィン（１センチメートルあたり約０．８枚フィンから約１．６枚のフィン）を備えている。通例、中温型陳列棚では、エバポレータと複数の軸流ファンとが、陳列棚の製品エリアに冷凍空気が供給されるように、強制対流的な配置で、備え付けられている。最も一般的には、前記ファンは、強制通風モードにおける空気流のエバポレータ上流側に、陳列棚４フィートの長さにつき１台備えられ、前記エバポレータは、製品陳列エリアより下のコンパートメント内に備えられる。すなわち、４フィート長の陳列棚には、通常、一つのファンが取り付けられ、そして、８フィート長の陳列棚には、二つのファンが取り付けられ、および、１２フィート長の陳列棚には、三つのファンが取り付けられる。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
前述したとおり、商業用冷凍の産業界では、中温型の陳列棚アプリケーション用のエバポレータに低フィン密度の熱交換器のみが使用されることが、従来手段であった。前記手段では、エバポレータ熱交換器表面の霜の形成が予期され、かつ、必要とされる霜取り作業と次の霜取り作業との間の期間を延ばしたいとの要望も生ずることとなる。霜が形成されるに従い、隣接しあうフィン間を空気が通過する有効流路スペースが、次第に小さくなり、極端な場合には、霜で前記スペースが埋まってしまうことになる。霜形成の結果として、熱交換器の性能が落ち込み、かつ、適切に冷凍された商品陳列エリアへの空気も減少してしまう。加えて、低フィン密度のエバポレータコイル中の圧力損失が比較的に低いため、前述のファン間の比較的広い間隔の影響も受けて、かかる圧力損失は、エバポレータコイル中を通過する空気速度に、顕著な変動分布をもつことになり、言い換えるとエバポレータコイル長さ方向にわたり、前記コイルを流出する空気の温度に、望ましくない変動分布を与える結果となってしまう。８インチ（３センチメートル）程度の短い長さに、６°Ｆ（約３°Ｃ）程度の高い温度変動を見受けられるのは、異常なことではない。冷凍空気温度にこのような温度の成層化が生じることは、商品陳列エリア内の商品の温度に望ましくない変動を与え、商品の温度に大きな影響を与えることになりかねない。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
ベアの米国特許５，７４３，０９８号が、分離した空気の移動手段を備え、規定長さの複数のエバポレータを含むモジュラー式の空気冷却・循環手段を備えた冷凍用食品陳列棚を開示している。前記複数のエバポレータは、陳列棚の商品陳列エリア下のコンパートメント内に、それぞれ、水平に、間隔をおいて、端と端とを繋いだ形で、配置される。商品陳列ゾーンの関連ゾーンから流出し、エバポレータを介して冷却され、それから商品陳列ゾーンの関連ゾーンにまた戻るように空気を循環させるように、分離された一対の軸流ファンが、各エバポレータに取り付けられる。各エバポレータは、複数のフィンとチューブ状コイルを備える。
英国特許ＧＢ２０１３３１６が、空気冷却器用のフィンド（フィン付き）・コイルを開示している。このエバポレータは、エバポレータ流入空気の入口側に配置したスーパーヒート領域と、前記スーパーヒート領域を通過する空気流の下流側に配置した物理的に平行な流れをなす蒸発領域とを有する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
商品陳列エリアを定める断熱したキャビネットと、前記商品陳列エリアから分離し、内部にエバポレータおよび横方向に間隔をおいた複数の軸流ファンが内挿されたコンパートメントとを、備えた冷凍陳列棚が提供されている。本発明によれば、前記エバポレータは、「熱力学的に逆流となる」運転を可能とする冷媒フロー回路を有している。前記エバポレータは、１インチあたり、少なくとも５枚フィン（１センチメートルあたり２枚フィン）となるフィン密度を有したフィンチューブ形熱交換器である。物理的に平行な流れとなる冷媒回路を備えた第１セクションと、第１セクションの空気流に対して上流側に配置された物理的に逆流となる冷媒回路とを備えた第２セクションとを、前記エバポレータは有する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
最適なものとしては、エバポレータ４０は、相対的に高密度なフィンを備えた、相対的に高い圧力損失のフィンチューブ形熱交換器を有している。すなわち、前記高フィン密度とは、従来式の中温型陳列棚に通常使用される相対的に低フィン密度のフィンチューブ形熱交換器と比較すると、チューブ４６の１インチあたり少なくとも５枚のフィン（１センチメートルあたり２枚のフィン）４８となるフィン密度である。この相対的に高いフィン密度のため、エバポレータ内を通過する循環空気により生じる圧力損失は、従来式の低密度のフィンチューブ形エバポレータ・コイルを通過する循環空気により同様な流れの条件下で生じる圧力損失と比較すると、極めて高く、通常、２倍から８倍のオーダーで、高いものとなる。この高フィン密度のエバポレータ・コイルを通過する増大した流体抵抗は、エバポレータ内の、いっそう均一な空気の流れ分布を生じる結果となる。最適なものとして、高効率のエバポレータ４０内の相対的に高密度なフィンチューブ形熱交換器コイルが、１インチあたり６枚フィンから１５枚フィン（１センチメートルあたり約２．４枚フィンから約６枚フィン）の範囲となるフィン密度を有する。相対的に高フィン密度の熱交換器は、エバポレータ出口側の空気温度と冷媒温度との差が、従来式の低フィン密度エバポレータ作動時の該温度差に比べ、はるかに低い温度差にて作動する。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
冷凍陳列棚システム１０が、同一出願人の、かつ、同時係属中の、２０００年８月３１日に出願された米国特許出願番号０９／６５２，３５３に詳細に説明されている、特に適した運転方法に従って運転されてもよい。前記運転方法に従えば、前記コントローラ９０は、第１の時間周期の第１圧力設定点と、第２の時間周期の第２圧力設定点とにおいて、ＥＰＲＶ６０の圧力設定点を選択的に調節するよう機能し、ＥＰＲＶ６０の圧力は、絶えず２つの圧力設定点の間を繰り返す。前記第１圧力設定点は、使用中の冷媒が、飽和状態で、２４°Ｆから３２°Ｆ（−４．５°Ｃから０°Ｃ）までの冷媒温度範囲と等しい圧力範囲となるように選択されている。前記第２圧力設定点は、使用中の冷媒が、飽和状態で、３１°Ｆから３８°Ｆ（−０．５°Ｃから３．３°Ｃ）までの冷媒温度範囲と等しい圧力範囲となるように選択されている。それゆえ、第１時間周期で２４°Ｆから３２°Ｆ（−４．５°Ｃから０°Ｃ）までの第１温度と、第２時間周期で若干高い３１°Ｆから３８°Ｆ（−０．５°Ｃから３．３°Ｃ）までの第２温度と、の間で周期する冷凍レベルにて、前記中温型陳列棚１００のエバポレータ４０内の冷媒蒸発温度が、常に、維持される。この周期的な運転モードにおいては、エバポレータ４０は絶え間なく冷凍モードで作動するのであり、そのモード中は、より低温の冷媒蒸発温度における第１運転周期期間に発生しうる、望ましくない局所的なあらゆる霜の形成が、周期的に、より高温の冷媒蒸発温度における第２運転周期期間に除去されるのである。通常、第２運転周期期間において、第１運転周期期間中に維持される冷媒蒸発温度よりも、約２°Ｆから約１２°Ｆ（約１°Ｃから約６．５°Ｃ）高い温度に、エバポレータ内の冷媒蒸発温度を維持することが、望ましい。


【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
相対的に低温な冷媒蒸発温度下での運転から、引き続いて起こる相対的に高温な冷媒蒸発温度下での冷凍運転に移行する際には、約３１°Ｆから３２°Ｆ（−０．５°Ｃから０°Ｃ）の中間温度での定常状態の運転を、短時間維持するのが望ましいだろう。一般には、前記中間温度の前記運転期間は、約１０分まで延びることはなく、通常、約４分から約８分程度であろう。かかる中間の定常状態は、例えば、単一のコンプレッサ冷凍システムにおいては、コンプレッサ周期の超過を避ける手段として、望ましいものとなるだろう。相対的に高温な冷媒蒸発温度下での運転から、相対的に低温な冷媒蒸発温度下での運転へと、戻すシーケンスにおいては、中間定常状態は、なんら与えられない。




【国際調査報告】
2004537023.tif 000027
2004537023.tif 000028
2004537023.tif 000029