JP2015135190A - 空調ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】外部から電力を得ることができない運搬中であっても、運搬ボックス内の温度を厳密に管理し、所定の範囲内に保つことができるようにする。
【解決手段】送風手段２４は、運搬ボックス内の空気を循環させる。保冷剤２５は、送風手段２４が循環させる空気を冷却する。温度検出手段２６は、運搬ボックス内の温度を検出する。加熱手段２７は、運搬ボックス内の温度が閾値以下である場合に、送風手段２４が循環させる空気を加熱する。送風手段２４、温度検出手段２６及び加熱手段２７は、蓄電池２３に蓄えられた電力により動作する。
【選択図】図２

Description

本発明は、運搬ボックス内の温度を所定の範囲内に保つ空調ユニットに関する。

治験薬や検体などは、所定の範囲内の温度を維持することが要求される。この温度範囲は、食品などの場合とは異なり、かなり狭い範囲（例えば２℃〜８℃）である。このため、これらを運搬する場合には、厳密な温度管理が必要となる。
特許文献１には、断熱性容器内に２種類の蓄熱剤を配置することにより、断熱性容器内の温度を一定に保つ温度管理システムが記載されている。
特許文献２には、商用電源で動作する冷却手段及び加温手段を備え、冷却手段及び加温手段により蓄熱剤を所定の温度に冷却する低温庫が記載されている。

特開２０１３−１０５２３号公報 特開平１１−１０８５２５号公報

あらかじめ冷やしておいた蓄熱剤を断熱性の運搬ボックス内に配置する方式は、外気温が高い場合、運搬ボックス内の温度が上がり過ぎる可能性がある。これは、蓄熱剤の量を多くすれば防ぐことができるが、そうすると、逆に外気温が低い場合、運搬ボックス内の温度が下がり過ぎる可能性がある。また、運搬ボックスの容量が大きい場合、ある場所は温度が高すぎ、別の場所は温度が低すぎるというように、運搬ボックス内の温度にムラが生じる可能性がある。
運搬ボックス内の温度を検出して冷却手段や加温手段を動作させれば、外気温にかかわらず、運搬ボックス内の温度を一定にすることができるが、コンプレッサーなどの冷却手段を動作させるには、多大な電力が必要となる。運搬中は、商用電源から電力の供給を受けることができないし、運搬ボックスを積載して運搬するトラックなどの車両のバッテリーから電力の供給を受けられたとしても、容量が足りず、冷却手段などを動作させることができない。
また、冷蔵車など専用の設備を持った車両を使って運搬することも行われているが、被運搬物が比較的少量である場合には、運搬コストが高くなる。
本発明は、外部から電力を得ることができない運搬中であっても、運搬ボックス内の温度を厳密に管理し、所定の範囲内に保つことができるようにすることを目的とする。

本発明に係る空調ユニットは、断熱性の運搬ボックス内に配置され、前記運搬ボックス内の温度を所定の範囲内に保つ空調ユニットであって、電力を蓄える蓄電池と、前記蓄電池に蓄えられた電力により動作し、前記運搬ボックス内の空気を循環させる送風手段と、冷熱を蓄え、前記送風手段が循環させる空気を冷却する保冷剤と、前記蓄電池に蓄えられた電力により動作し、前記運搬ボックス内の温度を検出する温度検出手段と、前記蓄電池に蓄えられた電力により動作し、前記温度検出手段によって検出された温度が閾値以下である場合に、前記送風手段が循環させる空気を加熱する加熱手段と、を備えた。
前記送風手段は、前記温度検出手段によって検出された温度が、前記閾値より高い第二の閾値以下である場合に、循環させる空気の量を少なくすることが好ましい。

本発明に係る空調ユニットによれば、蓄電池に蓄えられた電力で、送風手段、温度検出手段及び加熱手段を動作させるので、外部から電力供給を受けることができない運搬中であっても、運搬ボックス内の温度を所定の範囲内に保つことができる。冷却手段として、保冷剤を用いるので、冷却のための電力が不要であり、蓄電池の容量が小さくても、運搬ボックス内の温度を長時間保つことができる。送風手段が運搬ボックス内の空気を循環させるので、運搬ボックス内に温度のムラが生じるのを防ぐことができる。運搬ボックス内の温度が閾値以下の場合に加熱手段が動作するので、運搬ボックス内の温度が下がり過ぎるのを防ぐことができる。
運搬ボックス内の温度が第二の閾値以下である場合に送風手段が循環させる空気の量を少なくすれば、電力消費を抑えることができる。また、冷やし過ぎを防ぐことができるので、加熱手段を動作させる機会が減り、電力消費を抑えることができる。このため、蓄電池の容量が小さくても、運搬ボックス内の温度を長時間保つことができる。

運搬ボックスを示す正面図及び左側面図。 空調ユニットを示す平面図、正面図及び左右側面図。

図１に示す運搬ボックス１０は、治験薬など厳密な温度管理が必要な被運搬物を運搬するために収容する容器である。運搬ボックス１０は、＋Ｘ側の面が開口した略直方体箱状の筐体１１と、筐体１１の開口を塞ぐ扉１２と、扉１２を開閉するための取っ手１３と、筐体１１の−Ｚ側の面に設けられた４つのキャスター１４と、筐体１１内に収容する被運搬物を載置するための棚１５と、筐体１１内の温度を所定の範囲内に保つ空調ユニット２０とを備える。
筐体１１及び扉１２は、断熱性であり、筐体１１の外と中との間での熱交換を最小限に抑える。

図２に示すように、空調ユニット２０は、＋Ｚ側の面に開口を有する略直方体箱状の筐体２１と、筐体２１の開口を塞ぐ蓋２２と、筐体２１内に配置された２つの蓄電池２３、１４個の保冷剤２５及び加熱手段２７と、筐体２１の＋Ｚ側の面に配置された送風手段２４と、筐体２１の＋Ｘ側の面に配置された温度検出手段２６、運転切替スイッチ２８及び充電口２９とを備える。
筐体２１は、送風手段２４の＋Ｚ側に配置されたルーバー２１１と、−Ｚ側の面に配置された排水口２１２と、筐体２１内を仕切る仕切板２１３とを備える。ルーバー２１１は、送風手段２４から送風された空気が運搬ボックス１０内に行き渡るよう、風向きを整える。排水口２１２は、保冷剤２５に結露した水滴を筐体２１の外に排出する。筐体２１の内部は、仕切板２１３によって、保冷剤２５を収容する保冷剤収容部２１５と、蓄電池２３などの電気系統を収容する電気系統収容部２１６と、加熱手段２７を収容する加温手段収容部２１７とに分けられている。
蓋２２は、格納式の取っ手２２１と、多数の開口からなる吸気口２２２とを備える。取っ手２２１を持って持ち上げることにより、蓋２２を取り外し、筐体２１内に収容された保冷剤２５を交換することができる。
運転切替スイッチ２８は、例えばオン、オフ及び充電の３つの状態のなかから使用者が選択した状態に、空調ユニット２０の運転状態を切り替えるためのスイッチである。

蓄電池２３は、例えば直流１２Ｖのバッテリーであり、電力を蓄える。２つの蓄電池２３を直列に接続することにより、直流２４Ｖの電源となる。充電口２９は、蓄電池２３を充電するためのコードを接続するための差込口である。商用交流電源などの外部電源に接続されたコードを充電口２９に接続し、運転切替スイッチ２８を「充電」に切り替えることにより、外部電源から供給される電力で蓄電池２３が充電される。送風手段２４、温度検出手段２６及び加熱手段２７は、蓄電池２３に蓄えられた電力により動作する。運搬開始前にあらかじめ蓄電池２３を充電しておくことにより、運搬中は、外部からの電力供給がなくても、送風手段２４、温度検出手段２６及び加熱手段２７を動作させることができる。

送風手段２４は、運搬ボックス１０内の空気を循環させる。送風手段２４は、例えば２つのファン２４１，２４２を備える。ファン２４１は、加温手段収容部２１７から筐体２１の外へ向けて空気を排出する。ファン２４２は、保冷剤収容部２１５から筐体２１の外へ向けて空気を排出する。これにより、筐体１１内の気圧が下がり、吸気口２２２を介して筐体１１の外から保冷剤収容部２１５及び加温手段収容部２１７へ向けて、運搬ボックス１０内の空気が流入する。筐体１１内に流入した空気は、保冷剤２５で冷やされ、あるいは、加熱手段２７で暖められたのち、ファン２４１，２４２により、筐体１１の外に排出される。運搬ボックス１０の容量が大きい場合、自然対流に任せたのでは限界があり、保冷剤２５からの距離によって運搬ボックス１０内に温度差ができる可能性があるが、送風手段２４が運搬ボックス１０内の空気を強制的に攪拌することにより、運搬ボックス１０内に温度のムラができるのを防ぐことができる。
ファン２４１は、運転切替スイッチ２８が「オン」の間、常に動作する。これに対し、ファン２４２は、温度検出手段２６が検出した温度が所定の閾値以上である場合のみ動作する。ファン２４２の動作閾値は、運搬ボックス１０内の温度を保つべき範囲内の所定の温度に設定する。運搬ボックス１０内の温度を２℃から８℃の間に保つべき場合であれば、閾値を例えば５℃に設定する。

保冷剤２５は、冷熱を蓄え、送風手段２４が循環させる空気を冷却する。外部の冷蔵庫などで保冷剤２５を十分に冷却しておき、運搬開始前に筐体２１に収容することにより、運搬中に運搬ボックス１０内を冷却することができる。コンプレッサーなどを使って冷却する場合と異なり、運搬中には冷却のための電力を消費しない。コンプレッサーなどの冷却手段は、多大な電力を消費するので、運搬中に動作させるためには、外部から電力の供給を受けるか、蓄電池２３の容量を非常に大きくする必要がある。運搬中は、外部からの電力供給を受けられるとは限らず、また、蓄電池２３の容量を大きくすると、蓄電池２３の容積や重量が大きくなり、運搬コストが高くなる。これに対し、運搬中に電力を消費しない保冷剤２５を冷却手段として用いるので、蓄電池２３に蓄えられた電力は、送風手段２４、温度検出手段２６及び加熱手段２７を動作させるためだけに消費される。このため、運搬中に外部から電力供給を受ける必要がなく、蓄電池２３の容量が比較的小さい場合であっても、運搬ボックス１０内の温度を長時間一定に保つことができる。

温度検出手段２６は、例えば温度センサーであり、運搬ボックス１０内の温度を検出する。温度検出手段２６が運搬ボックス１０内の温度を検出することにより、運搬ボックス１０内の温度が所定の範囲から逸脱する前に、運搬ボックス１０内の温度を調整することができる。

加熱手段２７は、例えば低温ヒーターなどの電熱器であり、送風手段２４が循環させる空気を加熱する。加熱手段２７は、温度検出手段２６が検出した温度が所定の閾値以下である場合のみ動作する。加熱手段２７の動作閾値は、運搬ボックス１０内の温度を保つべき範囲内の所定の温度に設定する。運搬ボックス１０内の温度を２℃から８℃の間に保つべき場合であれば、閾値を例えば３℃に設定する。これにより、外気温などの影響により運搬ボックス１０内の温度が下がり過ぎるのを防ぐことができる。

次に、運搬の手順について説明する。なお、以下の説明で示す温度は、運搬ボックス１０内の温度を２℃〜８℃の間に保つ必要がある場合における一例である。運搬ボックス１０内の温度を保つべき目標温度範囲が異なる場合には、その温度範囲に合わせて、温度の設定値を変えればよい。

（１）運搬開始前の準備
運搬ボックス１０全体を冷蔵庫に収容するなどして、運搬ボックス１０内の温度を目標温度範囲内の所定の温度（例えば４℃）にしておく。
運搬ボックス１０に収容された空調ユニット２０の充電口２９に、外部電源に接続されたコードを接続して、運転切替スイッチ２８を「充電」にし、蓄電池２３を完全に充電しておく。
目標温度範囲内の所定の温度（例えば４℃）を融点とする保冷剤２５を、庫内温度が保冷剤２５の融点よりも低い所定の温度（例えば０℃）の冷凍庫などに入れて、十分に冷やしておく。

（２）運搬開始時
十分に冷えた保冷剤２５を空調ユニット２０の保冷剤収容部２１５に収容する。
運搬ボックス１０の棚１５に被運搬物を載置する。
空調ユニット２０の運転切替スイッチ２８を「オン」にして空調ユニット２０を動作させ、運搬ボックス１０の扉１２を閉める。

（３）運搬中
運搬中は、運搬ボックス１０の中と外との接触が一切絶たれる。空調ユニット２０は、蓄電池２３に充電された電力だけで動作し、運搬ボックス１０内の温度を目標温度範囲内に保つ。
空調ユニット２０は、３つの動作状態を有し、運搬ボックス１０内の温度によって動作状態を切り替える。動作状態切替の閾値は、２つある。第一の閾値は、目標温度範囲の下限温度よりも高い温度（例えば３℃）に設定される。第二の閾値は、目標温度範囲の上限温度よりも低く、かつ、第一の閾値よりも高い温度（例えば５℃）に設定される。

（３−１）運搬ボックス１０内の温度が第二の閾値よりも高い場合
温度検出手段２６が検出した温度が第二の閾値よりも高い場合は、ファン２４１及びファン２４２が動作し、加熱手段２７は停止する。吸気口２２２から筐体２１内に流入した空気は、保冷剤収容部２１５及び加温手段収容部２１７を通る。保冷剤収容部２１５を通った空気は、保冷剤２５で冷やされたのち、筐体２１の外に排出される。加温手段収容部２１７を通った空気は、加熱手段２７が停止しているので暖められず、そのままの温度で筐体２１の外に排出される。
保冷剤２５で運搬ボックス１０内の空気を冷やすことにより、運搬ボックス１０内の温度が目標温度範囲の上限よりも高くなるのを防ぐとともに、運搬ボックス１０内の空気を強制的に攪拌することにより、運搬ボックス１０内に温度ムラができるのを防ぐことができる。

（３−２）運搬ボックス１０内の温度が第一の閾値よりも低い場合
温度検出手段２６が検出した温度が第一の閾値よりも低い場合は、ファン２４１及び加熱手段２７が動作し、ファン２４２は停止する。吸気口２２２から筐体２１内に流入した空気は、保冷剤収容部２１５を通らず、加温手段収容部２１７を通る。加温手段収容部２１７を通った空気は、加熱手段２７で暖められたのち、筐体２１の外に排出される。
運搬ボックス１０内の温度が保冷剤２５の融点よりも低くなるのは、外気温が保冷剤２５の融点よりも低い冬場などであり、運搬ボックス１０内の温度が目標温度範囲の下限を下回る可能性がある。加熱手段２７を動作させて、運搬ボックス１０内を暖めることにより、運搬ボックス１０内の温度が目標温度範囲の下限よりも低くなるのを防ぐ。

（３−３）運搬ボックス１０内の温度が第一の閾値と第二の閾値との間である場合
温度検出手段２６が検出した温度が第一の閾値よりも高く、かつ、第二の閾値よりも低い場合は、ファン２４１が動作し、ファン２４２及び加熱手段２７は停止する。吸気口２２２から筐体２１内に流入した空気は、保冷剤収容部２１５を通らず、加温手段収容部２１７を通る。加温手段収容部２１７を通った空気は、加熱手段２７が停止しているので暖められず、そのままの温度で筐体２１の外に排出される。
運搬ボックス１０内の温度が保冷剤２５の融点付近である場合は、運搬ボックス１０内の温度が適切に保たれた状態であり、運搬ボックス１０内の空気を暖める必要も冷やす必要もない。そこで、ファン２４２及び加熱手段２７を停止することにより、電力消費を抑える。しかし、送風手段２４を完全に止めてしまうと、運搬ボックス１０内に温度ムラができる可能性があるので、ファン２４１だけを動かして、運搬ボックス１０内の空気を強制的に攪拌する。これにより、運搬ボックス１０内に温度ムラができるのを防ぐ。

なお、仕切板２１３は、断熱性を有するものでなくてよい。その場合、加温手段収容部２１７を通る空気も、保冷剤２５の影響を受けて少しだけ冷やされる。
一般に、外気温は目標温度範囲の上限よりも高い場合が多い。したがって、運搬ボックス１０内の温度が第一の閾値と第二の閾値との間である場合でも、加温手段収容部２１７を通って少しだけ冷やされた空気を循環させて、運搬ボックス１０内の空気をわずかに冷やすことにより、運搬ボックス１０内の温度を一定に保つことができる。
また、運搬ボックス１０内の温度が第一の閾値よりも低い場合は、加温手段収容部２１７を通って少しだけ冷やされた空気を加熱手段２７が暖めることになる。これにより、加熱手段２７による暖め過ぎを防ぐことができる。

以上のように、空調ユニットは、蓄電池に蓄えられた電力で、送風手段、温度検出手段及び加熱手段が動作するので、外部から電力供給を受ける必要がなく、外部から電力供給を受けることができない運搬中であっても、運搬ボックス内の温度を非常に狭い目標温度範囲内に保つことができる。
また、外部から電力供給を受ける必要がないので、空調ユニットを運搬ボックスの外部に設けられた外部電源と接続する必要がない。運搬ボックスの内外を接続する配線を設ける必要がないので、空調ユニットを運搬ボックスとは別体に構成することができる。このため、温度管理が必要ない被運搬物を運搬する場合には、空調ユニットを取り外すことにより、運搬すべき重量を減らし、運搬ボックスの容量を増やすことができるので、運搬コストを抑えることができる。
運搬中に冷却のための電力を消費しない保冷剤を冷却手段として用いるので、運搬中に外部から電力供給を受ける必要がなく、蓄電池の容量が比較的小さくても、運搬ボックス内の温度を非常に狭い目標温度範囲内に長時間保つことができる。
また、多数の運搬ボックスを運用する場合、個々の運搬ボックスに収容される空調ユニットがコンプレッサーなどの冷却手段を備える構成と比べて、保冷剤を一括して冷却すればよいので、全体としての消費エネルギーを削減することができる。
送風手段が運搬ボックス内の空気を強制的に攪拌するので、運搬ボックスの容量が比較的大きい場合であっても、運搬ボックス内に温度ムラが生じるのを防ぐことができる。容量の小さい運搬ボックスに被運搬物を小分けして収容する必要がないので、作業の手間を軽減し、運搬コストを抑えることができる。
運搬ボックス内の温度が低すぎる場合に加熱手段が動作するので、外気温が低い場合であっても、運搬ボックス内の温度を非常に狭い目標温度範囲内に保つことができる。
運搬ボックス内の温度がちょうどよい場合に送風手段が循環させる空気の量を少なくするので、電力消費を抑えることができ、蓄電池の容量が比較的小さくても、運搬ボックス内の温度を非常に狭い目標温度範囲内に長時間保つことができる。
運搬のために冷蔵車など専用の設備を持った車両を使う必要がないので、運搬コストを抑えることができる。

なお、送風手段のファンの数は、２つに限らず、３つ以上であってもよい。例えば、運搬ボックスの容量が大きい場合は、送風手段が循環させる空気の量を多くする必要があるので、運搬ボックスの容量に合わせてファンの数を増やしてもよい。
空調ユニットに収容される保冷剤の数は、１４個に限らず、もっと少なくてもよいし、もっと多くてもよい。例えば、運搬ボックスの容量が大きい場合は、保冷剤に蓄える冷熱の量を多くする必要があるので、運搬ボックスの容量に合わせて保冷剤収容部の容積を大きくし、空調ユニットに収容可能な保冷剤の数を増やしてもよい。
蓄電池の数は、２つに限らず、１つでもよいし、３つ以上でもよい。
また、１つの運搬ボックスに２つ以上の空調ユニットを収容してもよい。運搬ボックスの容量に合わせて、収容する空調ユニットの数を変える構成とすれば、ファンの数や収容できる保冷剤の数が異なる複数種類の空調ユニットを用意する必要がない。

以上説明した実施形態は、一例であり、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、本質的でない部分の構成を、他の構成に置き換えてもよい。

１０ 運搬ボックス、１１，２１ 筐体、１２ 扉、１３，２２１ 取っ手、１４ キャスター、１５ 棚、２０ 空調ユニット、２１１ ルーバー、２１２ 排水口、２１３ 仕切板、２１５ 保冷剤収容部、２１６ 電気系統収容部、２１７ 加温手段収容部、２２ 蓋、２２２ 吸気口、２３ 蓄電池、２４ 送風手段、２４１，２４２ ファン、２５ 保冷剤、２６ 温度検出手段、２７ 加熱手段、２８ 運転切替スイッチ、２９ 充電口。

Claims (2)

1. 断熱性の運搬ボックス内に配置され、前記運搬ボックス内の温度を所定の範囲内に保つ空調ユニットであって、
   電力を蓄える蓄電池と、
   前記蓄電池に蓄えられた電力により動作し、前記運搬ボックス内の空気を循環させる送風手段と、
   冷熱を蓄え、前記送風手段が循環させる空気を冷却する保冷剤と、
   前記蓄電池に蓄えられた電力により動作し、前記運搬ボックス内の温度を検出する温度検出手段と、
   前記蓄電池に蓄えられた電力により動作し、前記温度検出手段によって検出された温度が閾値以下である場合に、前記送風手段が循環させる空気を加熱する加熱手段と、
   を備えた、空調ユニット。
2. 前記送風手段は、前記温度検出手段によって検出された温度が、前記閾値より高い第二の閾値以下である場合に、循環させる空気の量を少なくする、
   請求項１記載の空調ユニット。

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