JP2020134087A

JP2020134087A - 蓄冷装置

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Publication number: JP2020134087A
Application number: JP2019031688A
Authority: JP
Inventors: 竹口　伸介; Shinsuke Takeguchi; 伸介竹口; 鈴木　基啓; Motohiro Suzuki; 基啓鈴木
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2020-08-31

Abstract

【課題】蓄冷時間の短縮の観点から有利な蓄冷装置を提供する。【解決手段】蓄冷装置（１ａ）は、第一蓄冷体（１０）と、伝熱体（３０）とを備えている。第一蓄冷体（１０）は、箱体（１１）の内部に収納されている。伝熱体（３０）は、箱体（１１）を挟んだときに距離が最小となる一対の平行な平面に垂直な方向において第一蓄冷体（１０）と並んでいる。伝熱体（３０）は、第一蓄冷体（１０）の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。【選択図】図２

Description

本開示は、蓄冷装置に関する。

従来、蓄冷装置を備えたコールドロールボックスが知られている。コールドロールボックスは、例えば、食品などの物品がコールドロールボックスの内部に収納された状態で、配送車の荷台に積載されて搬送される。

特許文献１には、蓄冷剤と、蓄冷剤箱体とを備えた低温庫が記載されている。蓄冷剤は、ゲル状であり、袋状のアルミニウムシート内に充填され密封されている。蓄冷剤は、蓄冷剤箱体の内部に収容されている。蓄冷剤箱体の外面には冷却器が取り付けられている。冷却器により、蓄冷剤箱体が冷却されるとともに、蓄冷剤が冷却され、蓄冷剤が徐々に凍結する。

特開２０１０−９６４１８号公報

特許文献１に記載の技術は、蓄冷時間の短縮の観点から改良の余地を有している。そこで、本開示は、蓄冷時間の短縮の観点から有利な技術を提供する。

本開示は、
箱体と、
前記箱体の内部に収納されている第一蓄冷体と、
前記箱体を挟んだときに距離が最小となる一対の平行な平面に垂直な方向において前記第一蓄冷体と並んでおり、前記第一蓄冷体の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する伝熱体と、を備えた、
蓄冷装置を提供する。

上記の蓄冷装置は、蓄冷時間の短縮の観点から有利である。

図１は、本開示の蓄冷装置の一例を模式的に示す構成図である。図２は、図１に示す蓄冷装置の箱体の断面図である。図３は、図１に示す蓄冷装置の蓄冷室における空気の流れの一例を説明する斜視図である。図４は、本開示の蓄冷装置の別の一例における箱体の断面図である。図５は、本開示の蓄冷装置のさらに別の一例における箱体の断面図である。図６は、本開示の蓄冷装置のさらに別の一例における箱体の断面図である。

（本開示の基礎となった知見）
本発明者らは、蓄冷装置において蓄冷体に冷熱を蓄えるとき、様々な理由により、箱体に収容された蓄冷体が冷却される面の温度のばらつきが大きくなることを見出した。ばらつきが生じる理由として、箱体の蓄冷体が冷却される面の一部分にのみ冷熱が供給されることが挙げられる。蓄冷体が冷却される面の温度のばらつきが大きいと、蓄冷体からの放熱における放熱速度が空間的にばらつき、蓄冷体の完全な凝固に要する時間が長くなる。例えば、特許文献１に記載の技術では、箱体の外面の一部に冷却器が取り付けられており、箱体をなす板材の厚みは薄く、板材を介した伝熱によって冷却器が取り付けられている部分とそれ以外の部分の温度差を緩和することが難しい。このため、蓄冷体が冷却される面の温度のばらつきが大きくなりやすい。一方、箱体の製造における公差によっても蓄冷体が冷却される面の温度のばらつきが発生することがある。

本発明者らは、蓄冷装置において蓄冷体に冷熱を蓄えるとき、蓄冷体が冷却される面の温度のばらつきを抑制できれば、蓄冷体において結晶が成長する距離が短くなり、蓄冷時間を短縮できると考えた。そこで、本発明者らは、蓄冷体が冷却される面の温度のばらつきを抑制できる技術について日夜検討を重ね、本開示の蓄冷装置を案出した。

（本開示に係る一態様の概要）
本開示の第１態様に係る蓄冷装置は、
箱体と、
前記箱体の内部に収納されている第一蓄冷体と、
前記箱体を挟んだときに距離が最小となる一対の平行な平面に垂直な方向において前記第一蓄冷体と並んでおり、前記第一蓄冷体の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する伝熱体と、を備えている。

第１態様によれば、蓄冷装置において第一蓄冷体に冷熱を蓄えるときに、伝熱体によって、第一蓄冷体が冷却される面の温度のばらつきを抑制できる。これにより、冷却される面から一様に結晶成長を促しやすい。その結果、第一蓄冷体において結晶が成長する距離が短くなり、蓄冷時間を短縮できる。

本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係る蓄冷装置は、前記箱体に取り付けられた冷熱源をさらに備えてもよい。第２態様によれば、冷熱源の冷熱が箱体に直接伝わるので、第一蓄冷体の冷却速度が大きくなりやすい。その結果、蓄冷時間をより短縮しやすい。

本開示の第３態様において、例えば、第１態様又は第２態様に係る蓄冷装置では、前記伝熱体は、前記箱体の内面と前記第一蓄冷体との間に配置されていてもよい。第３態様によれば、伝熱体が第一蓄冷体の近くに位置しやすいので、第一蓄冷体が冷却される面の温度のばらつきをより抑制しやすい。

本開示の第４態様において、例えば、第３態様に係る蓄冷装置では、前記伝熱体は、前記第一蓄冷体の融点より高い融点を有する、第二蓄冷体を含んでいてもよい。第二蓄冷体は、第一蓄冷体の融点より高い融点を有するので、蓄冷装置において冷熱を蓄えるときに、第一蓄冷体よりも先に凝固する。固体状態の第二蓄冷体は、第一蓄冷体の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。このため、伝熱体における固体状態の第二蓄冷体によって第一蓄冷体が冷却される面の温度のばらつきを抑制できる。これにより、冷却される面から一様に結晶成長を促しやすい。その結果、第一蓄冷体において結晶が成長する距離が短くなり、蓄冷時間を短縮できる。加えて、第二蓄冷体にも冷熱を蓄えることができる。

本開示の第５態様において、例えば、第１態様又は第２態様に係る前記箱体の外面に配置されていてもよい。第５態様によれば、第一蓄冷体が冷却される面の温度のばらつきを抑制しつつ、箱体の内部において第一蓄冷体が占める容積が大きくなりやすい。その結果、蓄冷装置において蓄えられる冷熱量が大きくなりやすい。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本開示の一例に関するものであり、本開示は以下の実施形態に限定されない。なお添付の図面においてＸ軸は同一の方向を示し、Ｙ軸はＸ軸と直交する別の同一の方向を示し、Ｚ軸はＸ軸及びＹ軸に直交する方向を示す。ＸＹ平面が水平である。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に言及されることなく説明される構成要素は、必要に応じて、適切な位置に配置可能である。

図１は、本開示の実施形態における蓄冷装置１ａを模式的に示す。蓄冷装置１ａは、箱体１１を備えている。図２は、箱体１１のII−II線に沿った断面図を示す。図２に示す通り、蓄冷装置１ａは、第一蓄冷体１０と、伝熱体３０とを備えている。第一蓄冷体１０は、箱体１１の内部に収納されている。伝熱体３０は、箱体１１を挟んだときに距離が最小となる一対の平行な平面に垂直な方向（Ｙ軸方向）において第一蓄冷体１０と並んでいる。伝熱体３０は、第一蓄冷体１０の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。伝熱体３０は、典型的には、第一蓄冷体１０の融点において、第一蓄冷体１０の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。

蓄冷装置１ａにおいて蓄冷のために箱体１１を冷却するとき、例えば、第一蓄冷体１０の凝固点を下回っても第一蓄冷体１０が結晶化しない過冷却状態が生じる。その後、箱体１１の冷却をさらに続けると、第一蓄冷体１０の中に結晶核が形成され、その結晶核を起点として、第一蓄冷体１０の全体において結晶化が進む。これにより、過冷却状態が解除される。結晶化が進むと、凝固熱を発しながら結晶成長が進行し、最終的に第一蓄冷体１０の全体が凝固状態となる。この一連の蓄冷の過程において第一蓄冷体１０の結晶成長の速度が小さいので凝固熱を適切に放熱できたとしても、蓄冷における律速段階は、結晶成長である。蓄冷時間の短縮のためには、第一蓄冷体１０において結晶成長の距離が短くなるように、一対の平行な平面に垂直な方向（Ｙ軸方向）に結晶成長を促すことが有利である。第一蓄冷体１０における結晶成長にかかる時間は、同時に結晶成長する第一蓄冷体１０が多いほど短くなる。このため、第一蓄冷体１０において、一対の平行な平面に垂直な方向（Ｙ軸方向）に均一に結晶成長させるために、第一蓄冷体１０が冷却される面の温度のばらつきが小さいことが有利である。

仮に、蓄冷装置１ａが伝熱体３０を備えておらず、箱体１１をなす板材の厚みが薄い場合、箱体１１を冷熱が偏って伝わり、第一蓄冷体１０が冷却される面において温度のばらつきが発生しやすい。なお、箱体１１をなす板材の厚みは、通常、加工性、材料、又は製造コストの観点から薄いことが望ましい。

一方、蓄冷装置１ａでは、伝熱体３０により、第一蓄冷体１０が冷却される面の温度のばらつきを抑制できる。これにより、第一蓄冷体１０が冷却される面から一様に結晶成長を促すことができる。

図２に示す通り、蓄冷装置１ａは、冷熱源２５をさらに備える。冷熱源２５は、例えば、箱体１１に取り付けられている。この場合、冷熱源２５の冷熱が箱体１１に直接伝わるので、第一蓄冷体１０の冷却速度が大きくなりやすい。その結果、蓄冷装置１ａにおいて、蓄冷時間をより短縮しやすい。なお、図１において、冷熱源２５の図示を省略している。

冷熱源２５は、冷熱を提供できる限り特定の構成に限定されない。冷熱源２５は、例えば、所定の冷媒が流れる伝熱管によって構成されている。冷熱源２５は、ペルチェ素子を備えていてもよい。冷熱源２５は、例えば、箱体１１の外面に接触している。

伝熱体３０をなす材料は、第一蓄冷体１０の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する限り、特定の材料に限定されない。伝熱体３０をなす材料は、例えば、アルミニウム及び銅等の金属材料である。

図２に示す通り、伝熱体３０は、例えば、箱体１１の内面と第一蓄冷体１０との間に配置されていてもよい。この場合、伝熱体３０が第一蓄冷体１０の近くに位置しやすいので、第一蓄冷体１０が冷却される面の温度のばらつきをより抑制しやすい。

一対の平行な平面に垂直な方向（Ｙ軸方向）における伝熱体３０の厚みは、特に限定されない。伝熱体３０の厚みは、例えば、箱体１１をなす板材の厚みよりも厚い。これにより、第一蓄冷体１０が冷却される面の温度のばらつきがより確実に抑制される。伝熱体３０は、箱体１１をなす板材の厚みよりも薄くてもよい。

伝熱体３０は、箱体１１をなす板材の一部によって形成されていてもよい。この場合、箱体１１をなす板材の伝熱体３０を形成する部分の厚みは、その部分以外における板材の厚みより厚い。

図１に示す通り、箱体１１は、例えば、長手方向（Ｘ軸方向）に延びている。この場合、伝熱体３０は、例えば、長手方向に延びている。これにより、第一蓄冷体１０が冷却される面の温度のばらつきを箱体１１の長手方向において抑制でき、蓄冷時間を短縮できる。

高さ方向（Ｚ軸方向）における伝熱体３０の寸法は、特に限定されないが、例えば、高さ方向（Ｚ軸方向）における箱体１１の内部寸法の５０〜１００％である。高さ方向（Ｚ軸方向）とは、一対の平行な平面に垂直な方向（Ｙ軸方向）に垂直であり、かつ、長手方向（Ｘ軸方向）に垂直である。高さ方向（Ｚ軸方向）における、箱体１１の内部寸法に対する、伝熱体３０の寸法の比が小さい場合、典型的には、厚みを有する伝熱体３０の挿入によって本来接触していた箱体１１と第一蓄冷体１０の接触面積が小さくならないように調整される。例えば、伝熱体３０の挿入により生じた段差にならう柔軟性のある材料を第一蓄冷体１０に使用すること及び伝熱体３０の端面を傾斜のある形状にすること等の方法が考えられる。

伝熱体３０は、高さ方向（Ｚ軸方向）において、高さ方向（Ｚ軸方向）の中央に配置されていてもよいし、高さ方向（Ｚ軸方向）における箱体１１の一方の端部に片寄った状態で配置されていてもよい。伝熱体３０は、望ましくは、箱体１１の第一蓄冷体１０を冷却する面において、冷熱源２５が取り付けられている部分から最も冷熱源２５から離れた部分を覆うように配置される。

図２に示す通り、第一蓄冷体１０は、例えば、蓄冷材料１０ａと、容器１０ｂとを備えている。蓄冷材料１０ａは、例えば、冷却により凝固して潜熱の形態で冷熱を蓄えることができる。蓄冷材料１０ａは、特に限定されないが、例えば、塩化ナトリウム及び水を含む混合物である。この混合物は、所定の濃度で塩化ナトリウムを含有している。容器１０ｂは、例えば、フィルム製であり、その内部に蓄冷材料１０ａが密閉されている。容器１０ｂは、例えば、アルミニウム層と、アルミニウム層の厚み方向の両側に配置された２つ以上の樹脂層とを備えている。第一蓄冷体１０の融点は、例えば、蓄冷材料１０ａの融点を意味する。第一蓄冷体１０の熱伝導率は、蓄冷材料１０ａの熱伝導率と容器１０ｂの熱伝導率から算出される有効熱伝導率を意味する。箱体１１の内面に蓄冷材料１０ａが接触するように、蓄冷材料１０ａが箱体１１に直接充填されて第一蓄冷体１０を構成していてもよい。

図１に示す通り、蓄冷装置１ａは、蓄冷室１５と、送風機２０と、ダクト２１と、冷凍サイクル装置２６と、貯蔵室５０と、底板６０と、扉７０とを備えている。貯蔵室５０は、蓄冷室１５と連通可能に仕切られ、第一蓄冷体１０が有する冷熱によって保冷される。送風機２０は、蓄冷室１５と貯蔵室５０との間で空気を循環させ、第一蓄冷体１０によって冷却された空気を貯蔵室５０に送る。図１の矢印は、送風機２０の作動によって生じる空気の流れを概念的に示す。底板６０は、蓄冷室１５と貯蔵室５０とを仕切っている。底板６０は、貯蔵室５０の底をなしている。扉７０は、貯蔵室５０を形成するための１つの側壁をなしており、蓄冷装置１ａの本体に開閉可能に取り付けられている。扉７０を開くことによって、蓄冷装置１ａにおいて物品の出し入れができる。冷凍サイクル装置２６は、第一蓄冷体１０に冷熱を蓄えるときに使用される。ダクト２１は、蓄冷室１５から送風機２０まで延びており、蓄冷室１５における空気は、送風機２０によって、ダクト２１を通って貯蔵室５０に吹き出される。

送風機２０は、例えば、貯蔵室５０の天井又は天井付近に配置されている。

図３は、蓄冷室１５における箱体１１の配置を示している。図３に示す通り、蓄冷装置１５において、例えば、複数の箱体１１が所定の方向（Ｙ軸方向）に所定の間隔で配置されている。複数の箱体１１のそれぞれには、上記の通り、第一蓄冷体１０が収納されている。図３における矢印は、送風機２０の作動によって蓄冷室１５において生じる空気の流れを概念的に示す。図３に示す通り、送風機２０は、例えば、複数の箱体１１が配列された面内（ＸＹ平面内）において所定の方向（Ｙ軸方向）と交わる方向（Ｘ軸正方向）に沿って箱体１１同士の間に形成された空間を通過する空気の流れを生じさせる。

箱体１１の形状は、特に制限されない。箱体１１は、例えば、長手方向（Ｘ軸方向）に細長く延びた直方体状の外形を有する。箱体１１は、組み立てやすさを考慮して、Ｙ軸方向に組み合わせ可能な複数の部品によって形成されていてもよい。箱体１１を形成する材料は、特に限定されない。箱体１１の材料は、例えば、アルミニウムなどの金属又は合金である。この場合、蓄冷体１０が有する冷熱が箱体１１の近くを流れる空気に伝わりやすい。箱体１１の材料は、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びＡＢＳ樹脂等の樹脂材料であってもよい。

蓄冷室１５に配列された複数の箱体１１の数は、特に制限されないが、例えば、蓄冷装置１ａに必要な冷熱量、蓄冷体１０の寸法、及び蓄冷室１５の高さ等のパラメータに基づいて適切に定められる。また、蓄冷室１５に配列された複数の箱体１１の数は、例えば、蓄冷室１５を流れる空気と箱体１１との熱交換面積が十分に確保されるように定められる。さらに、蓄冷室１５に配列された複数の箱体１１の数は、例えば、箱体１１同士の間に形成された空気の流路において空気の流れに生じる圧力損失が適切な大きさに保たれるように定められる。

冷凍サイクル装置２６は、例えば第一蓄冷体１０の融点よりも低い温度を有する冷媒を冷熱源２５に供給する。

蓄冷装置１ａの動作の一例を説明する。蓄冷装置１ａに電源（図示省略）から電力が供給されると、冷凍サイクル装置２６が運転される。この場合、冷熱源２５における冷媒の温度が第一蓄冷体１０の融点より低い温度に調節され、第一蓄冷体１０に冷熱が蓄えられる。このとき、伝熱体３０の働きにより、第一蓄冷体１０が冷却される面において温度のばらつきが発生しにくく、蓄冷時間を短縮できる。第一蓄冷体１０への蓄冷が完了すると、扉７０が開けられて、貯蔵室５０の中に物品が収納される。次に、扉７０が閉められ、蓄冷装置１ａが車両に積載される。その後、蓄冷装置１ａは物品の目的地に車両によって搬送される。このとき、送風機２０の働きにより、蓄冷装置１ａの内部の空気が貯蔵室５０と蓄冷室１５との間を循環する。蓄冷室１５を流れる空気は、第一蓄冷体１０の有する冷熱によって冷やされ、冷気がダクト２１を通って貯蔵室５０に導かれる。これにより、貯蔵室５０の温度が所望の温度帯に保たれる。所望の温度帯は、例えば、冷凍温度帯又は冷蔵温度帯でありうる。所望の温度帯が冷凍温度帯である場合、温度帯の上限は、例えば−１６℃以下である。一方、所望の温度帯が冷蔵温度帯である場合、温度帯は、例えば３℃から７℃の範囲である。

蓄冷装置１ａは、様々な観点から変更可能である。例えば、箱体１１の内部において、伝熱体３０とは別の伝熱体が第一蓄冷体１０に接触するように配置されていてもよい。また、蓄冷装置１ａは、図４、図５、又は図６に示す構成を備えていてもよい。図４、図５、及び図６に示す蓄冷装置は、特に説明する部分を除き、蓄冷装置１ａと同様に構成されている。図４、図５、及び図６において、蓄冷装置１ａにおける構成要素と同一又は対応する構成要素には、同一の符号を付し詳細な説明を省略する。蓄冷装置１ａに関する説明は、技術的に矛盾しない限り、図４、図５、又は図６に示す蓄冷装置にも当てはまる。

図４に示す通り、冷熱源２５は、箱体１１から離れた位置に配置されていてもよい。この場合、例えば、ファン（図示省略）の作動により、冷熱源２５の周りに空気の流れが生じ、冷熱源２５によって冷却された空気の流れが箱体１１に導かれ、箱体１１が冷却される。

冷却源２５は、蓄冷装置１ａとは別の装置である冷却装置に配置されていてもよい。この場合、冷熱源２５を備えた冷却装置の内部に箱体１１を配置して、箱体１１を冷却して潜熱の形態で冷熱を蓄える。この場合、冷却源２５は、図４に示すように、箱体１１から離れた位置に配置されていてもよい。その後冷却装置から箱体１１を取り出して、蓄冷装置１ａに箱体１１を配置してもよい。加えて、この場合、蓄冷装置１ａにおいて冷熱源２５は省略可能である。

図５に示す通り、伝熱体３０は、第二蓄冷体１２を含んでいてもよい。第二蓄冷体１２は、第一蓄冷体１０の融点より高い融点を有する。伝熱体３０は、箱体１１の内面と第一蓄冷体１０との間に配置されている。例えば、冷熱源２５から供給される冷熱によりまず第二蓄冷体１２において結晶化が始まり、第二蓄冷体１２は第一蓄冷体１０よりも先に凝固する。これにより、第二蓄冷体１２の熱伝導率が高まる。なぜなら、一般的に、蓄冷材料の固体の熱伝導率は、液体の熱伝導率よりも高いからである。その結果、第一蓄冷体１０が冷却される面における温度のばらつきが抑制され、第一蓄冷体１０が冷却される面から一様に結晶成長を促すことができる。このため、蓄冷時間が短縮される。加えて、第二蓄冷体１２に蓄えられた潜熱を保冷のために有効に利用できる。

蓄冷装置１ａに求められる保冷温度及び蓄冷時間に応じて、第二蓄冷体１２の融点及び箱体１１において第一蓄冷体１０が占める容積と第二蓄冷体１２が占める容積との比が調整される。

第二蓄冷体１２は、例えば、蓄冷材料１２ａと、容器１２ｂとを備えている。蓄冷材料１２ａは、例えば、冷却により凝固して潜熱の形態で冷熱を蓄えることができる。蓄冷材料１２ａは、特に限定されないが、例えば、塩化ナトリウム及び水を含む混合物である。この混合物は、所定の濃度で塩化ナトリウムを含有している。容器１２ｂは、例えば、フィルム製であり、その内部に蓄冷材料１２ａが密閉されている。容器１２ｂは、例えば、アルミニウム層と、アルミニウム層の厚み方向の両側に配置された２つ以上の樹脂層とを備えている。第二蓄冷体１２の融点は、例えば、蓄冷材料１２ａの融点を意味する。

図５に示す通り、伝熱体３０は、箱体１１の外面に配置されていてもよい。この場合、第一蓄冷体１０が冷却される面における温度のばらつきが抑制されやすく、第一蓄冷体１０が冷却される面から一様に結晶成長を促しやすい。また、伝熱体３０を箱体１１の外部に配置できるので、箱体１１の内部で第一蓄冷体１０が占める容積を大きくしやすい。その結果、蓄冷装置１ａに蓄えることができる冷熱量が大きくなりやすい。

本開示の蓄冷装置は、冷蔵又は冷凍において冷熱を一時的に蓄える用途に利用できる。

１ａ蓄冷装置
１０第一蓄冷体
１１箱体
１２第二蓄冷体
２５冷熱源
３０伝熱体

Claims

箱体と、
前記箱体の内部に収納されている第一蓄冷体と、
前記箱体を挟んだときに距離が最小となる一対の平行な平面に垂直な方向において前記第一蓄冷体と並んでおり、前記第一蓄冷体の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する伝熱体と、を備えた、
蓄冷装置。
前記箱体に取り付けられた冷熱源をさらに備えた、請求項１に記載の蓄冷装置。
前記伝熱体は、前記箱体の内面と前記第一蓄冷体との間に配置されている、請求項１又は２に記載の蓄冷装置。
前記伝熱体は、前記第一蓄冷体の融点より高い融点を有する、第二蓄冷体を含む、請求項３に記載の蓄冷装置。
前記伝熱体は、前記箱体の外面に配置されている、請求項１又は２に記載の蓄冷装置。