JP2010230275A

JP2010230275A - 保冷庫

Info

Publication number: JP2010230275A
Application number: JP2009079917A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Hirasawa; 良男平澤; Chika Sasaki; 親佐々木; Junichi Matsuzawa; 潤一松澤
Original assignee: Toyox Co Ltd; University of Toyama NUC
Current assignee: Toyox Co Ltd; University of Toyama NUC
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-10-14

Abstract

【課題】深夜電力等を利用した蓄熱方式を採用することにより蓄熱量を増加させ、庫内を均一に長時間冷却でき、エネルギーのコストを抑えることができる保冷庫を提供する。
【解決手段】被収容物を収容する収納庫本体１２と、収納庫本体１２の内側に取り付けられている冷却パック１８と、冷却パック１８の中に設けられ所定温度の水等のブラインが流れる熱交換用の樹脂パイプ２２を備える。樹脂パイプ２２の両端部に接続され冷却パック１８と収納庫本体１２の外側へ引き出された配管２１を有する。冷却パック１８内には、充填液が密封されている。保冷庫１０と別体の冷凍機に配管２１を接続して、所定温度のブラインを樹脂パイプ２２に循環させて、充填液を凍らせる。ブラインの流入を停止して、冷却パック１８内の凍らせた充填液により被収容物を保冷可能とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、氷で庫内を冷却する保冷庫に関する。

従来、保冷が必要な食品を保管する場合は、一般に冷凍機を備えた保冷庫が用いられている。また、特許文献１に開示されている収納庫及び物品輸送システムがある。この特許文献の収納庫は、収納庫本体と、庫内を熱媒体により冷却又は加熱する熱交換器と、この熱交換器から庫外の熱源機に連続し熱媒体を流動させる接続手段が設けられている。この熱交換器は、収納庫本体の内側面沿いに多数の細管が相互に接近して配置された面状体である。この特許文献の物品輸送システムは、まず食品工場等で熱源機と収納庫を接続して熱交換器に熱媒体を流入して庫内を所定温度に冷却または加熱する。庫内の温度が一定に安定した後に食品を入れ、熱媒体の流入を停止し熱源機から外し、収納庫をトラックなどの輸送機器で庫内温度を維持しながら輸送する。店舗等、輸送先に熱源機を設置し、輸送した収納庫を熱源機に接続して熱媒体を流入し、所定温度に保ち店舗用の保冷庫として使用するものである。

特開２００８−２８６４８５号公報

上記従来技術の場合、熱媒体の顕熱を利用しているので熱媒体の流入を停止した後に長時間経過すると、庫内の温度が上昇して外気温に近くなり、食品の保冷ができなくなるおそれがある。また、エネルギーのコストを下げることは考えられていなかった。

この発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、深夜電力等を利用した蓄熱方式を採用することにより蓄熱量を増加させ、庫内を均一に長時間冷却でき、エネルギーのコストを抑えることができる保冷庫を提供することを目的とする。

本発明は、被収容物を収容する収納庫本体と、前記収納庫本体の内側に取り付けられている冷却パックと、前記冷却パックの中に設けられ所定温度のブラインが流れる熱交換用のパイプと、前記パイプの両端部に接続され前記冷却パックから前記収納庫本体の外側へ引き出された配管と、前記冷却パック内に密閉された充填液とを備え、前記保冷庫と別体の冷凍機に前記接続部材を接続して所定温度の前記ブラインを前記パイプに循環させて前記充填液を凍らせた後、前記ブラインの流入を停止し、前記冷却パックの前記充填液により前記被収容物を保冷可能とした保冷庫である。前記パイプは樹脂製であり、充填液は水である。

前記冷却パックは前記収納庫本体の側面に各々取り付けられ、前記側面に沿う薄形に形成され、前記パイプには、前記側面に対してほぼ平行な細い複数の熱交換パイプが設けられているものである。

さらに、前記保冷庫は、前記冷凍機と切り離して、搬送可能に設けられているものである。

本発明の保冷庫は、ブラインの循環を止めても冷却パックの凍った充填液により保冷効果が長時間持続して被収容物を低温に保つことができ、省エネルギー性能が高く、被収容物を確実に保冷しながら簡単に輸送することができる。安価な夜間電力を使用して夜間に充填液を凍らせ、昼間にブラインの循環を止めて使用することができ、コストを抑えることができる。

この発明の一実施形態の保冷庫の斜視図である。この実施形態の保冷庫の冷却パックの斜視図（ａ）と側面図（ｂ）である。この実施形態の冷却パックのカバーの斜視図である。この発明の他の実施形態の樹脂パイプを示す正面図である。従来の熱交換器を有する保冷庫の、ブライン流入直後の経過時間と庫内温度変化を、ブラインの温度３種類について測定した結果を示すグラフである。図１の保冷庫の、ブライン注入直後の経過時間と庫内温度変化をブラインの流速３種類について測定した結果を示すグラフである。図１の保冷庫の、ブライン流入後温度変化が安定した後ブライン流入を停止した直後の経過時間と庫内温度変化をブラインの温度３種類について測定し無次元化した値を示すグラフである。図１の保冷庫の、ブライン流入後温度変化が安定した後ブライン流入を停止し庫内上部に氷を設置した直後の時間経過と庫内温度変化を氷の重量３種類について測定し無次元化した値を示すグラフである。図１の保冷庫の、ブライン流入後温度変化が安定した後ブライン流入を停止し庫内側壁に冷却パックの氷を設置した直後の時間経過と庫内温度変化を氷の重量３種類について測定し無次元化した値を示すグラフである。

以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１〜図４はこの発明の一実施形態を示すもので、この実施形態の保冷庫１０は、倉庫や保管スペースでの保冷や、トラック等の輸送機器で搬送可能な形状の収納庫本体１２が設けられている。収納庫本体１２は、一方向に長い矩形の上面１２ａと、上面１２ａと同形の底面１２ｂと、上面１２ａの短い辺の一方に直角に連続する背面１２ｃと、上面１２ａの一対の長い片に直角に連続する一対の側面１２ｄ，１２ｅが設けられている。収納庫本体１２は、一側面に開口部１４が設けられ、開口部１４には、気密に閉じる扉１６が開閉自在に設けられている。収納庫本体１２の内周面には図示しない断熱材が取り付けられている。

収納庫本体１２の、側面１２ｄ，１２ｅの内周面には、冷却パック１８が設けられている。冷却パック１８は、強度のあるポリアミド樹脂等の合成樹脂シート等で作られた矩形の袋体２０で覆われ、袋体２０の内側にはブラインが流される熱交換用の樹脂パイプ２２が設けられている。

樹脂パイプ２２は、冷却パック１８の上端部に沿って設けられている供給側メインパイプ２２ａと、戻り側メインパイプ２２ｂを備え、供給側メインパイプ２２ａと戻り側メインパイプ２２ｂ間で、冷却パック１８の下端部で折り返してＵ字状に配置された複数の細管である熱交換パイプ２２ｃが設けられている。さらに供給側メインパイプ２２ａには液体の熱交換用媒体であるブラインの流入口２３ａが設けられ、戻り側メインパイプ２２ｂの端部にはブラインの流出口２３ｂが設けられている。流入口２３ａと流出口２３ｂには、袋体２０と収納庫本体１２を貫通して収納庫本体１２の外側に引き出された配管２１が連結されている。

冷却パック１８の袋体２０には、充填液２４が密閉されている。充填液２４は、例えば水である。冷却パック１８は、収納庫本体１２の側面１２ｄと側面１２ｅに一対が設けられ、側面１２ｄ、側面１２ｅから僅かに離間されて平行に固定されている。さらに、冷却パック１８は、収納庫本体１２内で破損防止用のカバー２５で覆われている。

収納庫本体１２の底面１２ｂには補強板２６が取り付けられ、補強板２６の角部にはキャスタ２８が４個設けられている。

次に、この実施形態の保冷庫１０の使用方法について説明する。まず、保冷庫１０を冷却するときは、図示しない冷凍機の近傍に移動する。ここで、冷凍機について説明する。冷凍機の内部にはブラインを収容するタンクと、このタンク内のブラインを設定温度に冷却するための１次側の冷却回路と、２次側でタンク内のブラインを圧送するポンプが設けられ、冷凍機の側面にはタンクに通じるブライン流出口またはブライン流入口が各々設けられているものである。そして、保冷庫１０側の配管２１を冷凍機のブライン流出口とブライン流入口にそれぞれ接続し、ブラインを冷却パック１８の樹脂パイプ２２に流して循環させる。これにより、冷却パック１８の中の充填液２４が冷やされて氷になり、準備が完了する。次に冷凍機から保冷庫１０側の配管２１を外し、扉１６を開けて食品等の被収容物を入れ、扉１６を密閉する。この状態で保冷庫１０を移動したり輸送したりすることができる。氷が保冷庫１０の収納庫本体１２内を冷却し、長時間低温を保つ。

この実施形態の保冷庫１０によれば、簡単な構造で庫内を均一に長時間低温に保つことができ、さらに以下のような効果を有する。冷却パック１８の充填液２４の氷の冷熱を利用して収納庫本体１２内を、電力等を用いずに５℃前後に長時間保持することができる。冷却パック１８が一対の側面１２ｄ、側面１２ｅの内側にあるため、凍った充填液２４が直接庫外からの侵入熱を吸収するため、効率よく低温を維持することができる。食品など被収容物を５℃以下に保つことができ、バクテリア等の発生と毒素の増加を抑制し安全に輸送することができる。常時冷凍機に接続する必要が無く、省エネルギー性能が高い。安価な夜間電力を使用して夜間に充填液を凍らせて氷蓄熱し、昼間にブラインの循環を止めて使用することができ、コストを抑えることができる。夜間電力を使用することにより、消費電力の平準化が実行され、エネルギーの有効利用に寄与することができる。保冷庫１０は軽量で移動に便利であり、氷蓄熱により移動時の設備が簡略化され、保冷車以外の車両で搬送することができ、輸送コストの削減が可能である。保冷庫１０は氷蓄熱により長時間低温に保たれるため、冷蔵庫として機能し、倉庫に保管するときに倉庫全体の温度調節が不要となり、温度調節機能が無い一般の倉庫に保管することができる。倉庫に冷凍機を用意すれば、保冷庫１０に接続してブラインの流入を開始して冷却を続けることができる。冷却パック１８の熱交換パイプ２２ｃは合成樹脂製であり、金属製のものよりも熱伝導率が低いが、熱交換パイプ２２の全体に渡り比較的均一に凍るため、熱効率が良好である。

なお、この実施形態の熱交換パイプ２２ｃは、図４に示すように、大きくＵ字状に折り返して配置することもできる。この場合、より太い熱交換パイプに対応可能である。また、冷却パック１８は、収納庫本体１２の側面１２ｄ，１２ｅに加え、背面１２ｃにも取り付けても良い。

この発明の一実施例の保冷庫による保温冷却効果について、従来の熱交換器を有する保冷庫を使用して実験的検証を行った。まず、実験に使用する保冷庫について説明する。この保冷庫は、拠点冷蔵倉庫から運送先までの温度を保つものであり、本体に冷凍機器を持たないものである。保冷庫の収納庫本体内に伝熱管を配置し、輸送先で冷凍機と接続することにより、簡易的な冷蔵庫として使用可能なものである。

保冷庫の大きさは、外寸Ｗ×Ｈ×Ｄ＝５８０×１５００×８１０ｍｍで、容積は４７７ｌ（４８０×１４００×７１０ｍｍ）で、壁の平均熱貫流率は８０Ｗ／ｍ^３Ｋである。側壁等は厚さ５０ｍｍの発泡ウレタン（熱伝導率０．０２４Ｗ／（ｍＫ））と、ガルバニウム鋼板の外装、アルミニウム板の内装で構成されている。熱交換パイプはＰＰ製の細管マット（内径ｄ＝２．３ｍｍで長さｌ＝２８００ｍｍで片面３１本を二つ折りにしたもの）である。この熱交換パイプは、保冷庫の収納庫本体内の左右壁面に設置されている。

次に、実験装置および手順について説明する。まず、ブラインを熱交換パイプに流入させ、庫内温度を一定にする。庫内温度安定後、ブラインの流入を停止し、４時間放置する。これらの温度変化を各条件について測定する。保冷庫の温度は熱電対（Ｋ型、導体径０．２ｍｍ）を用い、２８点に上記熱電対を設置し測定を行う。測定結果はデータロガーを通し、パーソナルコンピュータにて収集する。

まず、保冷庫の熱交換パイプに、ブラインを流入して収納庫内を一定温度まで冷却する。庫内温度安定後、ブラインの流入を停止し、庫内温度上昇を測定する。同時に熱交換パイプ内に残留しているブラインが蓄熱材として十分働くかどうかを確認する。

図５、図６は、ブライン流入直後の経過時間と庫内温度変化を示すグラフである（凡例のカッコ内の温度は外気温度の平均である）。図５は、ブラインを２ｌ／ｍｉｎで流入したとき、ブラインの温度条件を−５℃、０℃、５℃の３種類について測定したものである。これによると、ブラインの温度条件の３種類とも、ブライン流入後およそ０．５ｈｒで食品安全管理温度の１０℃を下回り、１．５ｈｒには庫内温度はほぼ安定する。図６は、−５℃のブラインを、流量条件を１ｌ／ｍｉｎ、２ｌ／ｍｉｎ、４ｌ／ｍｉｎの３種類について測定したものである。これによると、ブラインの流量条件が２ｌ／ｍｉｎと４ｌ／ｍｉｎではほぼ同じ値を示し、１ｌ／ｍｉｎのときだけ高い値を示した。よって、ブラインの流量は２ｌ／ｍｉｎが庫内を冷却する上で最も効率が良いと推測される。

なおこの実験では、収納庫本体内は空気のみなので、熱容量は極端に小さく、また収納庫本体の断熱性も高いため熱負荷がほとんど無いため、ブライン流量による違いが少ないと思われる。食品などが収容されている場合は、ブライン流量による違いはより明確になると思われる。

図７は、ブラインを２ｌ／ｍｉｎで流入し、十分に冷却され温度変化が安定した後、ブラインの流入を停止した直後の経過時間と庫内温度変化を測定し、庫内温度変化の平均値を以下の式（１）により無次元化した値を示すグラフである。
１−（Ｔ_∞−Ｔ）／（Ｔ_∞−Ｔ_Ｏ） …（１）

ここで、Ｔ_∞は外気温度、Ｔ_Ｏは庫内の初期温度である。ブラインの温度条件は−５℃、０℃、５℃の３種類について測定した。これによると、ブラインの温度によって若干の差はあるが、ほぼ影響はなく、温度は無次元温度で０．８まで上昇しブラインのみの蓄冷では食品搬送に十分な保冷能力があるとは言えない。

そこで保冷庫に、ブラインに加えて蓄冷材として氷を収納庫本体の内側の上部に設置して、庫内の温度上昇を抑制することにした。図８は、まず前述した実験と同じ条件で庫内温度をブラインにより冷却し温度変化が安定した後、ブラインの流入を停止し庫内上部に氷を設置し、その直後の時間経過と庫内温度変化を測定し、庫内温度変化の平均値を式（１）により無次元化した値を示すものである。ここで、氷の重量は２ｋｇ、６ｋｇ、８ｋｇの３種類について測定した。これによると、氷２ｋｇ、６ｋｇ、８ｋｇの無次元温度は０〜０．６５の範囲であることがわかる。食品管理温度という観点では食品の搬送において十分な保冷能力があることがわかる。しかし、庫内温度は徐々に上昇し続けており、氷の潜熱が十分に活かされていないこともわかった。

次に、冷却パックである薄い容器に氷を入れて、収納庫本体の側壁に均等に配置して、同様の実験を行った。図９は、図８の実験と同じ条件で庫内温度をブラインにより冷却し温度変化が安定した後、ブラインの流入を停止し、氷を入れた薄い容器から成る冷却パックを、収納庫本体の一対の側壁に均等に４〜８袋取り付けた場合の、その直後からの時間経過と庫内温度変化を測定し、庫内温度変化の平均値を式（１）により無次元化した値を示すものである。ここで、氷の重量は８ｋｇ、２．４ｋｇの２種類について測定した。これによると、同じ氷の量でも冷却パックを壁面に配置した場合は、庫内の温度上昇は小さく抑えられており、しかも長時間安定した温度が保たれることがわかった。この理由として中央上部に氷を設置した場合には、庫外から侵入した熱は庫内の空気に吸収され、氷の表面で冷却された空気と混合することで冷却されるのに対し、氷が収納庫本体の側面にあるときは氷が直接庫外からの侵入熱を吸収するためと思われる。

以上より、収納庫本体の内面に水を充填した冷却パックを取り付け、この冷却パックの中にブラインが流れる樹脂製熱交換パイプを設けて氷を形成し、その氷を蓄冷材として用いると、効果的に長時間低温を保つことができ、有効であることがわかった。氷の位置は収納庫本体の上部よりも側壁に均等に配置すると効率が良く冷却効果が高い。また、ブライン２ｌ／ｍｉｎ、氷２〜８ｋｇで十分な能力を得ることができた。

１０保冷庫
１２収納庫本体
１４開口部
１６扉
１８冷却パック
２０袋体
２１配管
２２樹脂パイプ
２２ａ供給側メインパイプ
２２ｂ戻り側メインパイプ
２２ｃ熱交換パイプ
２４充填液
２６補強板
２８キャスタ

Claims

被収容物を収容する収納庫本体と、前記収納庫本体の内側に取り付けられている冷却パックと、前記冷却パックの中に設けられ所定温度のブラインが流れる熱交換用のパイプと、前記パイプの両端部に接続され前記冷却パックから前記収納庫本体の外側へ引き出された配管と、前記冷却パック内に密閉された充填液とを備え、前記保冷庫と別体の冷凍機に前記接続部材を接続して所定温度の前記ブラインを前記パイプに循環させて前記充填液を凍らせた後、前記ブラインの流入を停止し、前記冷却パックの前記充填液により前記被収容物を保冷可能としたことを特徴とする保冷庫。
前記パイプは樹脂製であり、充填液は水であることを特徴とする請求項１記載の保冷庫。
前記冷却パックは前記収納庫本体の側面に各々取り付けられ、前記側面に沿う薄形に形成され、前記パイプには、前記側面に対してほぼ平行な細い複数の熱交換パイプが設けられていることを特徴とする請求項１記載の保冷庫。
前記保冷庫は、前記冷凍機と切り離して、搬送可能に設けられていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の保冷庫。