JP2007533952A - 自動外気換気システム - Google Patents

Abstract

貨物ユニットに自動的に外気換気を行うためのシステムおよび方法が開示される。このシステムは、ユニット内の二酸化炭素および酸素レベルを導出するコントローラに入力を提供するために単一の気体センサを含み、それは二酸化炭素センサが好ましい。次いで、コントローラが、ユニット内部で所望の酸素および二酸化炭素レベルを実現し維持するために、かかる導出された値を事前選択されたレベルと比較し、貨物ユニットへの空気流を選択的に開放または遮断する。

Description

本発明の分野は、輸送用冷蔵システムの制御システムに関する。より具体的には、本発明は、単一のセンサを使用して輸送用冷蔵ユニット内の二酸化炭素および酸素の量を判定し、輸送用冷蔵ユニット内のかかる気体のレベルを、事前選択された限界値の近傍またはそれ以内に正確に維持するための代替手段を対象とする。

トラック、トレーラ、コンテナ、または同様の複合輸送ユニット上で使用される断熱ボックスなどの、密閉された領域内の環境を制御するために使用される輸送用冷蔵システムは、その密閉領域から熱を吸収し、あるいは、ボックスの外部の熱を環境内に解放することによって機能する。さらに、かかるボックスで輸送するある種の腐敗性物品（例えば、農産物）は、一般に長期間にわたって呼吸して、ボックス内で使用可能な酸素を使い尽くす一方、二酸化炭素を生成する。酸素の濃度が低下し過ぎ、または二酸化炭素の濃度が上昇し過ぎると、その貨物は損傷する恐れがある（例えば、傷む）。したがって、この望ましくない結果を避けるために外気換気が用いられ、吸気口および排気口がボックスに通じ、圧力差によって外気が吸気口内に引き寄せられ、二酸化炭素を含む空気が排出口から押し出される。しかし、この換気による外気の過剰な供給を避けることが重要である。というのは、かかる空気は農産物を乾燥させる傾向があるはずであり、より暖かい外気の流れをより多く引き入れると、（すなわち、冷却すべき、暖かい周囲の空気を過剰にもたらすことによって）システムに許容できない大きな電力消費が生じることになるからである。

本発明の譲受人が現在販売しているユニットを含むいくつかの輸送用冷蔵ユニットは、これらの問題を避けるために、手動の外気換気システムを用いる。かかるシステムでは、運送プロセス（例えば、船上作業者または貨物ターミナル職員）に関わる作業者は一般に、外気設定を手動でセットする。しかし、作業者が適切な設定を行わなかった場合（例えば、通気開が早過ぎる、遅過ぎる、換気流量が不適切）、あるいは貨物ボックスが思いがけなく所望の酸素レベルまたは二酸化炭素レベルから逸脱した場合は、上記の問題が生じる。

他の輸送用冷蔵システムでは現在、二酸化炭素および酸素レベルを直接感知し、かかる気体のセットポイントから逸脱したことに応答して、貨物ボックスへの吸気口および排気口を開閉する様々な制御を用いている。例えば、米国特許第６，５９５，８４７Ｂ１（Ｆｒｅｅｓｅ他）では、コンテナ冷蔵制御システムと組み合わせた、別々の酸素センサおよび二酸化炭素センサの利用法が記載され、開示されている。Ｆｒｅｅｓｅ特許の開示によると、コンテナ内の酸素レベルは酸素センサで、二酸化炭素レベルは二酸化炭素センサで感知し、次いで事前選択されたセットポイントからの、コンテナ内の偏差に基づいて、第１の位置（開）と第２の位置（閉）の間でドアを調節するのが望ましい。このシステムもまた、いくつかの問題をもたらす。まず、別々の酸素センサおよび二酸化炭素センサを使用すると、必要以上に複雑になり、コストがかかる。第２に、最も経済的な市販の酸素センサは、特有の、酸素を含まない特殊な気体による較正と、酸素２１％の標準大気を使用した較正を必要とする。したがって、追加の酸素センサを使用すると、営利的に望ましいものよりも多くのサービスおよびサポート（したがってより多くのコストおよび時間）が必要になる。

本発明の発明者は、標準大気を有する閉鎖された貨物ボックス内の酸素および二酸化炭素の量が、（ほぼ）一定量に等しいことを明らかにした。これは、貨物の呼吸または換気からの外気の流入では変化しない。したがって、単一の気体センサの入力によって、貨物ボックス内の酸素および二酸化炭素レベルの近似値を求めることができる。輸送用冷蔵システム内部の気体を制御するための単純かつ効率的なシステムを提供するには、輸送用冷蔵システム内部で、単一の気体センサ（二酸化炭素センサが好ましい）から貨物ボックス内の酸素および二酸化炭素レベルを判定し、かかる計算の結果をオペレータが入力した事前選択レベル（例えば、限界値）と比較し、かかる計算レベルがかかるレベルから逸脱あるいは限界値を超過したときに、貨物ボックスへの開口を作動させるコントローラを使用するのが望ましいことを出願者は見出した。

本発明の制御プロセスおよびシステムは、単一の気体センサ（二酸化炭素センサが好ましい）から値を受け取り、かかる値を使用して輸送用冷蔵貨物ユニット内部のおおよその酸素および二酸化炭素レベルを導出するコントローラを使用する。制御プロセスはさらに、貨物ボックス内部の酸素および二酸化炭素レベルの所望の事前選択レベル（所望の限界値が好ましい）を入力する手段を含む。センサから導出された値が、事前選択された限界値から逸脱、またはそれを超えた場合（例えば、二酸化炭素センサから得られた二酸化炭素値が事前選択された最大レベルを超えて上昇した場合、あるいはそれと同じセンサから導出された酸素レベルが事前選択された最小値レベルより下に低下した場合）、コントローラは、酸素および二酸化炭素レベルが事前選択された限界値内に再度入るまで、開口を作動させて外気を引き入れる。

本発明は例によって示されるが、添付の図面の図には限定されない。図面では、同様の部品を同じ参照番号で示す。

特許請求の範囲に記載したシステムの好ましい実施形態を示す図が、図１および２に示されている。冷蔵貨物ユニット１０は、コンテナ、トラックトレーラ、またはそれに相当する、腐敗性の商品を収容するためのユニットで構成することができる。ユニット１０は一般に、コントローラ１４によって制御される冷蔵ユニット１２を収容する。ユニット１０はさらに、少なくとも一部分は換気パネル１８を備える少なくとも１つの壁１６を含む。換気パネル１８は、吸気口２０および排気口２２を含む。下記により詳細に説明する二酸化炭素センサ２６からの入力に応答したコントローラ１４による指示に基づいて、これらの開口を部分的または全体的に覆うように電動式カバー２４がスライドするのが好ましい。

本発明のコントローラは、二酸化炭素センサ２６などの単一のセンサからの入力を受け取け、貨物ユニット１０内部の少なくとも酸素および二酸化炭素のおおよその濃度レベルを判定することができる。園芸用（腐敗性）貨物の場合はほとんど、呼吸商すなわちＲＱ（生成される二酸化炭素の量と消費される酸素の量の比）がほぼ１である。これを念頭におくと、貨物ユニット１０内の酸素濃度も二酸化炭素濃度も判定するのに、１つのセンサの読取値を使用する単純な計算をすればよい。本発明を用いるシステムで取り扱う貨物が一般に、ほぼ２１％の酸素とごく少量の二酸化炭素を含む標準の大気状態で積載されるならば、さらに貨物の呼吸とコンテナ外部の標準大気からの換気が、唯一コンテナ大気に影響を及ぼすものとするならば、コンテナ内の酸素のおおよその量は、二酸化炭素の測定値を取得し、２１パーセントからそれを引くことによって計算することができる。例えば、標準状態で積載され、約１のＲＱを有する貨物の場合、二酸化炭素５％という読取値を使用してユニット１０内の１６％というおおよその酸素レベルを導出することができる。逆に、本発明の実施形態で酸素センサ（図示せず）のみを使用することによって、酸素センサの読取値を同様に使用して、二酸化炭素レベルを導出することもできる。

さらに、場合によっては、ＲＱは１に等しくないことが当業者には理解されよう。例えば、りんごまたはぶどうなどの酸性の貨物では、１より大きいＲＱレベルが存在し、脂質が高い貨物のＲＱ値は１より小さい（例えば、アボカド）。輸送する貨物の周知のＲＱ値（ユーザがセットポイントを決定することによってプログラムできる、あるいはユニット内の貨物の荷主が単に識別するために事前プログラムすることができる）が与えられたとすると、一方の気体（例えば酸素）の濃度の計算を、もう一方の気体のセンサ（例えば二酸化炭素）からの測定に基づいて行うことができる。

この開示をよく吟味すると、他の微量気体（例えばエチレン）が貨物の呼吸により生成される可能性があること、ならびに他の微量気体（例えばアルゴン）が標準の大気状態において低レベルで存在することが当業者に理解されよう。かかる気体の、本発明により行われる計算の精度に与える影響は、主要な機能が特定の気体濃度を制限することであるこの種のシステムにとっては取るに足らないものである。ユーザがより正確に気体レベルを制御しようとする場合は（密閉空間に窒素を噴射する統制大気システムなど）、より良い手法は、複数の気体センサをコントローラ（本発明で教示する導出法を使用できても、できなくてもよい）とともに使用することであると本発明の発明者は考える。

本発明では、酸素センサの代わりに二酸化炭素センサを使用することが、少なくとも２つの理由のためにより好ましい。まず、二酸化炭素センサを使用することによって、システムは、外気システム内で制限される主要な気体を測定しており、したがって、上述のエチレンの生成などの、他の気体によってもち込まれる潜在的な誤差がなくなる。この精度は、呼吸する貨物を収容する閉鎖されたコンテナでは一般に、酸素レベルが有害な濃度（すなわち低過ぎる）に達するよりもかなり前に二酸化炭素濃度が有害な濃度（すなわち高過ぎる）に達するので特に重要である。第２に、市場に出回っている最も経済的な市販の酸素センサには、酸素を含まない特殊な気体によるものと、酸素２１％の標準大気を使用したものの、測定範囲の両端における定期的な較正が必要であると本発明の発明者は考える。したがって、二酸化炭素センサの代わりに酸素センサを使用すると、良好な精度を維持するために、かなり多くのサービスと機器の支援が必要になる。二酸化炭素センサは、測定範囲の「二酸化炭素フリー」な側でのみ較正する必要があるが、それほど頻繁ではなく、かかる較正は、標準大気の清浄な外気によって実現する。

本発明のシステムでは、二酸化炭素および／または酸素の監視、制限機能を使用し続けるようにしてもよく、あるいはユーザがこの機能を止める選択をしてもよい。本発明のプロセスに従って二酸化炭素レベルおよび酸素レベルを限界設定の近傍で制御するための制御アルゴリズムが、図３の略図に示されている。本発明の方法は一般に、貨物ユニットが最初の温度の引き下げを完了したとき、あるいは検出された温度が最初のセットポイントを５℃以下しか上回っておらず、最初の引き下げが行われなかった場合に開始するのが最も好ましい。好ましい方法は、コントローラの二酸化炭素レベルおよび酸素レベルを監視する第１のステップ３０と、二酸化炭素センサ２６から導出された酸素レベルまたは二酸化炭素レベルが、所望の事前選択されたレベルから逸脱している（すなわち、感知された二酸化炭素レベルが事前選択レベルを上回っている、またはセンサ読取値から導出された酸素レベルが事前選択レベルを下回っている）ときに、空気流を吸気口および排気口を通して供給する所定の位置（例えば、「１０ＣＦＨ［ｃｕｂｉｃ ｆｅｅｔ ｐｅｒ ｈｏｕｒ、毎時立方フィート］」の位置）まで、電動式スライドカバー２４を選択的に開くステップ３２とを伴う。これらの酸素および二酸化炭素の事前選択レベルは、貨物ユニットにおいて入力することができるが（例えばＤＴＭＦタイプパッドにより。図示せず）、遠隔地の場合はＲＦ信号またはＲＳ−２３２リンク、または当分野の技術者に周知の任意の方法によってユニットに入力される。同様に、かかる入力装置は、本発明の可能な用途に関連する他のパラメータに使用することもできる（例えば、関連貨物のタイプ、またはかかる貨物に対応するＲＱ値）。

カバーが作動して開くと、コントローラはさらに、二酸化炭素レベルおよび酸素レベルを監視し、事前選択された気体限界と比較し続けるステップ３４を実行する。これは、二酸化炭素センサ入力から導出された気体値が少なくとも０．５パーセントだけ各事前選択された気体限界を超えたかどうか（すなわち、測定された二酸化炭素レベルが所定の限界よりも少なくとも０．５パーセント小さく、酸素レベルが所定の限界よりも少なくとも０．５パーセント大きい）を判定する。電動式カバーがその所定の位置までスライドした後１５分以内に気体限界を満した場合は、そのカバーはスライドして閉じる（気体限界の一方または両方を再度超えるまで）。所望の二酸化炭素限界が０％ならば、センサから入力される二酸化炭素レベルと二酸化炭素限界を比較するときに、０．５％がその限界に追加される。

しかし、カバースライドがその所定の位置まで開いた後１５分間、どちらの気体限界も満たされないとコントローラが判定した場合、コントローラは、上記のステップ３４どおり気体限界を両方とも満たすまで１５分毎に追加増分（例えば、追加の空気流１０ＣＦＨを供給する）ずつ開度を大きくするようにスライドカバーを作動させるステップ３６を実行する。気体限界が満たされると、コントローラはカバー２４を閉じるステップ４２を実行する。

限界を超えると空気流を制御するための本発明の第２の好ましい実施形態が、図４の略図に示されている。第１の好ましい実施形態と同様に、この方法は、コントローラの二酸化炭素レベルおよび酸素レベルを監視する第１のステップ３０と、二酸化炭素センサ２６から導出された酸素または二酸化炭素のレベルがその事前選択された限界を超えたときに、吸気口および排気口を一定の割合で露出する所定の位置（例えば、「２５％開」位置）まで、電動式スライドカバー２４を選択的に開くステップ３２とを伴う。この実施形態はさらに、二酸化炭素レベルおよび酸素レベルを監視し、二酸化炭素センサ入力から導出された気体値が少なくとも０．５パーセントだけ各事前選択された気体限界を超えたかどうかを判定するために、事前選択された気体限界と比較し続けるステップ３４も実行する。第１の好ましい実施形態と同様に、カバーがスライドして所定の位置まで開いた後の１５分間に、どちらかの気体限界が満たされないとコントローラが判定した場合、コントローラは、上記のステップ３４どおり、スライドカバーを作動させて気体限界を両方とも満たすまで１５分毎に追加増分（例えば、排気口および吸入口の１０％）ずつ開度を大きくするステップ３６を実行する。気体限界が満たされると、コントローラは、元の位置までスライドさせるようにカバーを動作させるステップ３８を実行する。開口が徐々に大きくなっても条件が満たされず、かつ開口が９０分間完全に露出された後に気体限界がどちらも満たされない場合は、コントローラはアラームを作動させるステップ４０を実行する（図示せず）。しかし、条件が満たされ、カバーがスライドして元の位置に戻った場合は、コントローラは、条件がやはり満たされることを確認するためにさらに１５分間引き続き監視し（上記ステップ３４の監視と同様）、次いで条件がその期間満たされた場合は、カバーを閉じるステップ４２を実行する。

本発明の趣旨から逸脱せずに、例示した実施形態に様々な変更、追加、省略、および改変を行うことができることが当業者に理解されよう。例えば、空気流（例えば、ＣＦＭ単位またはＣＭＨ単位で計った所与空気量を供給するように通気口を調節する）に関して、あるいは通気口の割合（例えば、通気口空間の表面積の割合）に関して調節するように、通気口を大きくしていくことができるのを理解されたい。さらに、本発明を実施する最も好ましい実施形態は、酸素レベルおよび二酸化炭素レベルを限界設定近くで制御するためのものであるが、限界を超えると通気を調節するなどの代替実施形態も同様に、特許請求の範囲に包含できることを理解されたい。さらに、本発明のアルゴリズムによってＲＱ値の使用を回避でき、あるいはかかる値をユーザまたはオペレータが計算または判定し、コントローラに接続されたテンキーで入力することができ、あるいはかかる値を輸送貨物のコントローラにプログラムし、選択または識別時に使用することができる。同様に、酸素センサの代わりに単一の二酸化炭素センサを使用するのには根本的な違いおよび利点があるが、本発明の一定の利点（例えば、単一の気体センサから２つの気体値を計算する）は、二酸化炭素センサの代わりに単一の酸素センサを使用するシステムにも等しく適用されるはずである。そのシステムでは、コントローラは、酸素センサからの読取値または入力に基づいておおよその二酸化炭素ガスのレベルを導出する。かかる改変および変更は全て、以下の対応する特許請求の範囲の文言に包含されるためのものである。

例示の本発明の実施形態を実践する貨物ユニットのブロック図である。 簡略化した、本発明の換気パネルの好ましい実施形態の図である。 本発明を実施する第１の好ましい方法を実践するフローチャートである。 本発明を実施する第２の好ましい方法を実践するフローチャートである。

Claims (11)

1. 密閉輸送用冷蔵ユニットのための制御システムであって、
   ａ）二酸化炭素センサと、
   ｂ）前記密閉された輸送用ユニット内への空気の入出流をもたらす調節可能な開口と、
   ｃ）前記二酸化炭素センサおよび前記開口に動作的に接続されたコントローラとを備え、前記コントローラが、事前選択された値から逸脱した気体値に対応する信号を前記センサから受け取ったとき前記開口を調節する、制御システム。
2. 前記事前選択レベルが、前記輸送用冷蔵ユニット内の望ましい酸素の最小レベルに対応する請求項１に記載の制御システム。
3. 前記事前選択レベルが、輸送用冷蔵ユニット内の望ましい二酸化炭素の最高レベルに対応する請求項１に記載の制御システム。
4. 密閉輸送用冷蔵ユニットのための制御システムであって、
   ａ）二酸化炭素センサと、
   ｂ）前記密閉された輸送用ユニット内への空気の入出流をもたらす調節可能な開口と、
   ｃ）前記二酸化炭素センサおよび前記開口に動作的に接続されたコントローラとを備え、前記コントローラが、事前選択された限界に接近した気体値に対応する信号を前記センサから受け取ったとき前記開口を調節する、制御システム。
5. 密閉輸送用冷蔵ユニットのための制御システムであって、
   ａ）二酸化炭素センサと、
   ｂ）前記密閉された輸送用ユニット内への空気の入出流をもたらす調節可能な開口と、
   ｃ）前記二酸化炭素センサおよび前記開口に動作的に接続されたコントローラとを備え、前記コントローラが、事前選択されたセットポイントから逸脱した信号を前記センサから受け取ったとき前記開口を調節する、制御システム。
6. 密閉輸送用冷蔵ユニットのための制御システムであって、
   ａ）酸素センサと、
   ｂ）前記密閉された輸送用ユニット内への空気の入出流をもたらす調節可能な開口と、
   ｃ）前記酸素センサおよび前記開口に動作的に接続されたコントローラとを備え、前記コントローラが、事前選択されたレベルを超えた気体値に対応する信号を前記センサから受け取ったとき前記開口を調節する、制御システム。
7. 密閉輸送用冷蔵ユニットのための制御システムであって、
   ａ）酸素センサと、
   ｂ）前記密閉された輸送用ユニット内への空気の入出流をもたらす調節可能な開口と、
   ｃ）前記酸素センサおよび前記開口に動作的に接続されたコントローラとを備え、前記コントローラが、事前選択された限界に接近した気体値に対応する信号を前記センサから受け取ったとき前記開口を調節する、制御システム。
8. 密閉輸送用冷蔵ユニットのための制御システムであって、
   ａ）酸素センサと、
   ｂ）前記密閉された輸送用ユニット内への空気の入出流をもたらす調節可能な開口と、
   ｃ）前記酸素センサおよび前記開口に動作的に接続されたコントローラとを備え、前記コントローラが、事前選択されたセットポイントから逸脱した信号を前記センサから受け取ったとき前記開口を調節する、制御システム。
9. 密閉輸送用冷蔵ユニットのための制御システムであって、
   ａ）単一の気体センサと、
   ｂ）前記密閉された輸送用ユニット内への空気の入出流をもたらす調節可能な開口と、
   ｃ）前記気体センサおよび前記開口に動作的に接続されたコントローラとを備え、前記コントローラが、事前選択された限界を超えた気体値に対応する信号を前記センサから受け取ったとき前記開口を調節し、前記コントローラがさらに、前記単一の気体センサから導出された酸素値、二酸化炭素値を両方とも、対応する酸素限界、二酸化炭素限界と比較することができる、制御システム。
10. 密閉輸送用冷蔵ユニットのための制御システムであって、
    ａ）気体センサと、
    ｂ）前記密閉された輸送用ユニット内への空気の入出流をもたらす調節可能な開口と、
    ｃ）事前定義された呼吸商をそれぞれが有する複数の選択可能な負荷カテゴリを提供するユーザインターフェースと、
    ｄ）前記気体センサおよび前記開口に動作的に接続されたコントローラとを備え、前記コントローラが、酸素値または二酸化炭素値に対応する信号を前記センサから受け取ったとき前記開口を調節し、前記両値が前記呼吸商から導出され、前記両値が事前選択された酸素限界および二酸化炭素限界を超えている、制御システム。
11. 密閉輸送用冷蔵ユニットのための制御システムであって、
    ａ）気体センサと、
    ｂ）前記密閉された輸送用ユニット内への空気の入出流をもたらす調節可能な開口と、
    ｃ）事前定義された酸素限界および二酸化炭素限界にそれぞれが対応する複数の選択可能な負荷カテゴリを提供するユーザインターフェースと、
    ｄ）前記気体センサおよび前記開口に動作的に接続されたコントローラとを備え、前記選択された負荷カテゴリに対応する前記酸素限界および二酸化炭素限界を超える酸素値または二酸化炭素値に対応する信号を前記センサから受け取ったとき、前記コントローラが前記開口を調節する、制御システム。

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