JP2020516849A - 低温流通産業用パッシブ冷蔵システム - Google Patents

低温流通産業用パッシブ冷蔵システム Download PDF

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Abstract

製品の制御冷蔵のためのパッシブ型冷蔵箱を提供し、当該冷蔵箱は、外側断熱層を含む外箱と、内側断熱層および内側断熱層の外側の遮熱体を含み、外箱と共に、その間に蒸気流路を画定する内箱と、熱層および複数のヒートパイプまたはサーモサイフォンを含む熱リンクとを備え、熱層と内箱の頂部は、冷却剤チャンバ入口を含む冷却剤チャンバを画定し、熱層と内箱の底部は、荷室入口を含む荷室を画定し、各ヒートパイプまたはサーモサイフォンは、冷却剤チャンバに配置された凝縮器部と、荷室に配置され、熱層を通って延びる蒸発器部とを有する。

Description

本発明は、輸送および貯蔵中に腐敗しやすい製品を冷蔵する際に使用するためのパッシブ冷蔵システムの分野に関する。より具体的には、本発明は、荷室内において二酸化炭素を含まない冷却を利用して高度の温度調整を行う冷蔵システムに関する。本システムは、例えば、パレットサイズの荷物、トレーラーサイズの荷物、および定置冷蔵設備に使用することができ、よって拡張性を有する。
低温流通産業は、食品や医薬品などの温度に敏感な冷蔵製品の輸送および貯蔵を担っている。冷却が不十分であったり、または温度が不適切であったりするために、損失が生じる可能性がある。現在、生鮮食品の輸送に携わっている企業は、様々な温度に設定できる複数の冷蔵コンパートメントを備えた高価な電気機械式冷蔵トラックを所有するか、すべての品目を単一の温度に置き、冷凍製品が納入前に溶けて腐らないことを期待しなければならない。
米国特許第４，８９１，９５４号は、貯蔵製品を完全な状態に維持するために、昇華した二酸化炭素（ＣＯ２）を利用する断熱鉄道車両（１２）からなる冷蔵システム（１０）を開示している。この断熱鉄道車両（１２）は、断熱鉄道車両（１２）を下部貯蔵エリア（２６）と上部バンカー（２４）に仕切る仕切り（２２）を含む。バンカー（２４）は、固体炭酸を形成し、形成された固体炭酸をバンカー（２４）全体に分配するための分配マニホールド（２８）を含む。各側壁（１８）および端壁（２０）に沿った昇華ポート（３０）により、昇華した二酸化炭素が下部貯蔵エリア（２６）に移動し、輸送中の貯蔵製品を冷蔵することができる。昇華した二酸化炭素を外気に排出するために、断熱鉄道車両（１２）の各端部にプレナム（４２）と排出口（４４）が設けられている。断熱鉄道車両（１２）はまた、固体炭酸の形成過程で発生したフラッシュガスを排出するため、分配マニホールド（２８）の略下方に位置する圧力解放ポート（３２）を含む。この技術では、長時間にわたって温度を制御することはできず、また、チャンバ全体の温度が均一ではない。さらに、ＣＯ２が荷室に添加される。
米国特許第５，４６０，０１３号は、液体ＣＯ２をコンパートメントの少なくとも一側に沿ってマニホールド（２４）に通すことによって生成される固体炭酸を保持し、かつ反対側の壁に固体炭酸を吹き付けるためのコンパートメント（２２）を形成する水平仕切り要素（２０）を含む冷蔵薄壁輸送コンテナ（８）を開示している。冷却コンパートメントを充填することによりガス圧が発生し、充填マニホールドと圧力開放ベントを組み合わせた設計により、構造に過度の損傷を与える圧力上昇が起きることなく操作を行うことができる。この技術では、長時間にわたる温度制御や、コンテナの異なる領域での温度制御ができない。さらに、ガス状のＣＯ２がチャンバに添加される。
米国特許第７，３１０，９６７号は、固体冷媒を保持するためのバンカーの形態の機内冷却ユニットを備えた極低温輸送および貯蔵容器を開示している。上記ユニットはさまざまなサイズに構成でき、製品を凍結するのではなく冷蔵するために使用されている。このシステムはチャンバ内のより良好な温度制御を可能にするが、電源とファンを必要とするため、パッシブシステムではない。さらに、ガス状のＣＯ２がチャンバに添加される。
米国特許第８，１９１，３８０号は、製品を冷蔵および／または極低温に維持するための携帯型のアクティブ低温コンテナを開示している。上記コンテナは、バンカー部から温度に敏感な製品が含まれる少なくとも１つの材料貯蔵部への冷却空気の流れを監視および制御するための制御システムを備えている。当該制御システムはファンに接続されており、システムが熱耐性の範囲外に移動すると、強制対流により熱伝達が促進される。低温コンテナは、バッテリーパックを使用するか、車両の１２ボルト電源に接続することで給電される。このシステムはチャンバ内のより良好な温度制御を可能にするが、電源とファンを必要とするため、パッシブシステムではない。さらに、ガス状のＣＯ２がチャンバに添加される。液体窒素である冷却剤は、液体気化熱交換器を通過する。ヒートパイプとは異なり、それは開口端を有している。当該開口端は、冷却剤をチャンバ内の周囲環境に放出する。
米国特許第３，７１４，７９３号は、液体気化導管の周囲に断熱材を有する凍結の影響を受けやすい製品の貯蔵室の底部にある液化ガス気化器と、断熱材と隣接して関連付けられ、かつ熱伝達関係にある熱伝導性金属床手段とを開示している。液体窒素である冷却剤は、液体気化熱交換器を通過する。ヒートパイプとは異なり、それは開口端を有している。当該開口端は、冷却剤をチャンバ内の周囲環境に放出する。
米国特許第３，４２１，３３６号は、低温流体を製品チャンバに断続的に噴霧すること、および噴霧された低温流体を循環させるために回復される外部作業の生成に伴い、気化した低温液体を同じチャンバに連続的に膨張させることにより、長距離トレーラーおよび鉄道車両内で冷媒をより均一に分配するためのシステムを開示している。液体窒素である冷却剤は、液体気化熱交換器を通過する。ヒートパイプとは異なり、それは開口端を有している。当該開口端は、冷却剤をチャンバ内の周囲環境に放出する。
米国特許第７，８９１，５７５号は、冷気流を生成するために氷または他の凍結材料をヒートパイプで使用する冷却システムおよび方法を含む蓄熱および移送システムを開示している。好ましくは、氷は、ヒートパイプの凝縮器および蒸発器がそれぞれその内側および外側に備えられたコンテナ内に配置される。ファンがダクトを通じて蒸発器部全体に空気を吹き付け、密閉された被冷却空気空間内を循環させる。空気空間を独立して冷却するために使用できる分離型冷凍システムは、水または他の液体を凍結して、コンテナ内に氷または他の凍結物を生成する。上記冷却システムは、自動車のエンジンが停止しているときに数時間冷却するための自動車での使用を含め、幅広く適用可能である。加熱システムは、エンジンの排気ガスから熱を抽出し、密閉された空気空間を加熱するための吸着熱交換器を含む。また、これはファンを必要とするため、パッシブシステムではない。
米国特許出願公開第２００４／０２２６３０９号は、温度に敏感な材料を貯蔵および輸送するための移動型温度制御コンテナを開示している。当該移動型温度制御コンテナは、貨物スペースを画定する底壁、４つの側壁、および頂壁を有するコンテナを含む。当該コンテナは、コンテナに接続された温度調節ユニットを備えている。温度調節ユニットは、冷却ユニットを含む。この温度調節ユニットは、コンテナの貨物スペースに連絡している。コンテナは、コンテナに接続された温度コントローラを備えている。温度コントローラは、温度制御ユニットと、コンテナの貨物スペースに配置された温度センサを含む。コンテナは電源も備えている。温度調節ユニットは、加熱ユニットを含んでもよい。また、これはパッシブな冷蔵システムではない。
米国特許第８，１６２，５４２号は、中空のベースの上に固着された貨物ボックスを含む貨物コンテナを開示しており、ベースは、それを貫通して延びるフォークリフトトンネルを含み、細長い区画がそれに平行に配置されている。各区画は、電池を入れるための取り外し可能なトレイを備える。そして、温度制御システムが、ベースに隣接する側壁に配置されている。貨物コンテナには、電気ヒーターと蒸気圧縮冷凍のいずれも備えられている。搭載バッテリーは、輸送時に電力を供給する。これはパッシブシステムではない。
米国特許出願公開第２０１３／０００８１８８号は、寒剤を収容するためにコンテナ内においてチャンバを画定する側壁を有するコンテナと、チャンバ内に配置され側壁を通って、チャンバ外部の空間の雰囲気中および側壁の反対側に配置されて当該雰囲気への熱伝達を提供する第２の部分まで延びる第１の部分を有する少なくとも１つの熱交換アセンブリとを含む寒剤熱交換器を開示している。このシステムはヒートパイプを使用しているが、少なくとも１つのファンも含むため、パッシブシステムではない。温度は、おそらくポンプを用いて、またはファン速度を調整することで、タンク内の寒剤（液体窒素または液体二酸化炭素）の圧力を変えることにより調整できる。また、これらの方法はいずれもパッシブではない。温度を調整する他の方法では、その場で温度を調整することはできないが、各ヒートパイプの蒸発器部に容量可変型の貯液槽を使用する必要がある。上記ヒートパイプはステンレス鋼または銅である。
製品のパレットを保持できる冷蔵コンテナは、腐敗しやすい製品の輸送にも貯蔵にも役立つと考えられる。二酸化炭素または他の冷却剤は、貯蔵コンパートメント（本明細書では「荷室」とも呼ばれる）に直接または間接的に添加されないことが好ましい。二酸化炭素は酸素を置換し、高濃度では人を窒息させる恐れがある。二酸化炭素蒸気を積載スペースに直接排出すると、温度制御が低下し、急激な温度低下のため、積載ユニットの構成要素が損なわれる。さらに、相変化によって引き起こされる膨張効果は、空気を排出するために大量の寒剤蒸気を必要とし、必要な寒剤の量が増えることによって、運用コストを増加させる。強制対流を必要としないパッシブな熱伝達システムを備えることが、より望ましいと思われる。当該システムによって、選択され制御された各種温度での貨物の配送および貯蔵が可能になれば、さらに有利であろう。
米国特許第４，８９１，９５４号 米国特許第５，４６０，０１３号 米国特許第７，３１０，９６７号 米国特許第８，１９１，３８０号 米国特許第３，７１４，７９３号 米国特許第３，４２１，３３６号 米国特許第７，８９１，５７５号 米国特許出願公開第２００４ ／ ０２２６３０９号 米国特許第８，１６２，５４２号 米国特許出願公開第２０１３／０００８１８８号
本明細書では、腐敗しやすい製品の輸送および貯蔵のための冷蔵システムおよびコンテナが開示される。一実施形態では、該冷蔵コンテナは、製品のパレットを保持する大きさを有する。二酸化炭素は、直接または間接的に貯蔵コンパートメントに添加または放出されない。該システムは、強制対流を必要としないパッシブな熱伝達システムを有する。該システムは、選択され制御された各種温度で貨物を配送および貯蔵できるように構成することができる。
一実施形態では、製品の制御冷蔵のためのパッシブ型冷蔵箱が提供される。当該冷蔵箱は、外側断熱層を含む外箱と、内側断熱層および内側断熱層の外側の遮熱体を含み、外箱と共に、その間に蒸気流路を画定する内箱と、熱層および複数のヒートパイプまたはサーモサイフォンを含む熱リンクとを備え、熱層と内箱の頂部は、冷却剤チャンバ入口を含む冷却剤チャンバを画定し、熱層と内箱の底部は、荷室入口を含む荷室を画定し、各ヒートパイプまたはサーモサイフォンは、冷却剤チャンバに配置された凝縮器部と、荷室に配置され、熱層を通って延びる蒸発器部とを有する。
上記パッシブ型冷蔵箱はさらに、ヒートパイプまたはサーモサイフォンの下にメッシュヘッダを備えてもよい。上記パッシブ型冷蔵箱はさらに、外側断熱層上の外板と内側断熱層上の内側ライナを備えてもよい。上記パッシブ型冷蔵箱において、遮熱体はアルミニウム製シールドであってよい。上記パッシブ型冷蔵箱において、冷却剤チャンバ入口は外蓋と内蓋を含んでいてよい。上記パッシブ型冷蔵箱において、内蓋は内箱の段に着座することができる。パッシブ型冷蔵箱はさらに、内蓋と段との間にガスケットを備えてもよい。パッシブ型冷蔵箱において、ヒートパイプは無溶接のヒートパイプであってよい。
パッシブ型冷蔵箱において、ヒートパイプは作動流体を含むことができ、当該作動流体はペンタン、プロピレン、アセトン、およびメタノールのうちの１つである。パッシブ型冷蔵箱において、熱リンクは再構成可能な熱リンクであり得る。上記パッシブ型冷蔵箱はさらに、外蓋に逆止弁を備えてもよい。
また、本明細書で開示されるのは、低温流通産業用のパッシブ冷蔵システムであって、当該システムは箱体および固体冷却剤を含み、箱体は、外側断熱層を含む外箱と、内側断熱層および内側断熱層の外側の遮熱体を含み、外箱と共に、その間に蒸気流路を画定する内箱と、熱層および複数のヒートパイプまたは複数のサーモサイフォンを含む熱リンクとを備え、熱層と内箱の最上部は、冷却剤チャンバ入口を含む冷却剤チャンバを画定し、熱層と内箱の底部は、荷室入口を含む荷室を画定し、各ヒートパイプまたはサーモサイフォンは、冷却剤チャンバに配置された凝縮器部と、荷室に配置され熱層を通って延びる蒸発器部とを有しており、上記固体冷却剤は固体二酸化炭素である。
上記システムにおいて、熱リンクは再構成可能な熱リンクであり得る。上記システムにおいて、熱リンクは複数のヒートパイプを備えている。上記システムにおいて、ヒートパイプは無溶接のヒートパイプであってよい。上記システムにおいて、ヒートパイプは作動流体を含むことができ、当該作動流体はペンタン、プロピレン、アセトン、およびメタノールのうちの１つである。上記システムにおいて、遮熱体はアルミニウムシールドであってよい。
また、本明細書に開示されるのは、製品の制御冷蔵のためのパッシブ型冷蔵箱であって、該冷蔵箱は、底部と、底部に取り付けられた４つの側部と、内蓋および外蓋とを備え、該側部は外側断熱層および内側断熱層を含み、それらの層と内蓋および外蓋はその間に蒸気流路を画定しており、かつ上記冷蔵箱は、蒸気流路に隣接し内側断熱層の外側および内蓋の最上部に当接するアルミニウムシールドと、内蓋の下方および内側断熱層間に配置されて、冷却剤を保持するための冷却剤チャンバを画定する熱層と、内側断熱材および上記熱層により画定された荷室と、各ヒートパイプまたはサーモサイフォンが、冷却剤チャンバに配置された凝縮器部および荷室に配置され熱層を通って延びる蒸発器部を有する複数のヒートパイプまたは複数のサーモサイフォンとを備える。
また、本明細書で開示されるのは、上述の冷蔵箱を使用して荷物をパッシブに冷蔵する方法であり、この方法は、荷物を荷室に積載し、冷却剤室に固体冷却剤を充填することを含む。
この方法は、荷物の温度を調整するように熱リンクを構成することをさらに含み得る。この方法において、固体冷却剤は固体二酸化炭素（または「ドライアイス」）であってよい。
本発明の実施形態は、添付の図面を参照して以下に説明される。
図１は、本発明の一態様によるヒートパイプの縦断面図である。
図２は、図１のヒートパイプのエンドキャップおよび管端の縦断面図である。
図３は、本発明の一態様によるパッシブ型冷蔵箱の斜視断面図である。
図４は、図３のパッシブ型冷蔵箱の縦断面図である。
図５は、パッシブ型冷蔵箱の他の実施形態の縦断面図である。
図６は、パッシブ型冷蔵箱の他の実施形態の縦断面図である。
図７Ａは、本発明の一態様による再構成可能な熱リンクの動作を示す図である。
図７Ｂは、本発明の一態様による再構成可能な熱リンクの動作を示す図である。
説明
ここで、本発明は、本明細書の一部を形成し、本発明を実施することができる例示的な実施形態を実例として示す添付図面を参照して、以下により詳しく説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供されている。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。
別段の明示的な規定がない限り、以下の解釈規則が本明細書（書面による説明、特許請求の範囲、および図面）に適用される。（ａ）本明細書で使用されるすべての単語は、状況によって必要とされる性別または数（単数または複数）であると解釈するものとする。（ｂ）明細書および添付の特許請求の範囲で使用される単数形の用語「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈によってそうでないことが明確に示されていない限り、複数の参照を含む。（ｃ）列挙された範囲または値に適用される先行する用語「約」は、測定方法から当技術分野で知られている、または予想される範囲または値の偏差内の近似値を示す。（ｄ）「ここに（ｈｅｒｅｉｎ）」、「これにより（ｈｅｒｅｂｙ）」、「ここの（ｈｅｒｅｏｆ）」、「これに（ｈｅｒｅｔｏ）」、「これまでに（ｈｅｒｅｉｎｂｅｆｏｒｅ）」、「これ以降（ｈｅｒｅｉｎａｆｔｅｒ）」および同様の意味の単語は、特に指定されていない限り、特定の段落、請求項、もしくはその他の細かい区分ではなく、本明細書全体を参照すること。（ｅ）説明的な見出しは便宜上のものであり、本明細書のいずれの部分の意味や構成に対しても、制御や影響を与えることはない。（ｆ）「または（ｏｒ）」および「いずれの（ａｎｙ）」は排他的なものではなく、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」および「を含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は限定するものではない。さらに、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「収容する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という用語は、特に断りのない限り、オープンエンドの用語（つまり、「含むが、これに限定されない」という意味）と解釈される。
記載による裏付けを提供するために必要な範囲で、添付の特許請求の範囲の主題および／または本文は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本明細書における値の範囲の記載は、本明細書で特に明示しない限り、その範囲内に入る各個別の値を個々に参照する簡単な方法として機能することを単に意図しており、各個別の値は個々に本件明細書に記載されているかのように明細書に組み込まれている。特定の値の範囲が示されている場合、文脈によってそうでないことが明確に示されていない限り、その範囲の上限と下限の間に存在し、下限値の１０分の１単位までの各々の間に存在する値、そしてその定められた範囲における任意の他の規定値または間に存在する値は、それに含まれていることが理解される。より小さいサブ範囲もすべて含まれる。これらのより小さい範囲の上限および下限もそれに含まれており、定められた範囲内の特別に除外された限界値に左右される。
特に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、関連分野の当業者によって一般に理解される意味と同じ意味を有する。本明細書に記載されるものと類似または同等の任意の方法および材料も使用できるが、許容される方法および材料をここに記載する。
定義
ヒートパイプ−本発明の文脈では、ヒートパイプは、作動流体を放出不可能に保持する密封されたパイプからなる。パイプの穴には芯がある。（本質的に、ヒートパイプは、熱伝導率と相転移の原理を組み合わせて、２つの固体界面間で熱を効果的に伝達する熱伝達装置である。ヒートパイプの高温の界面では、熱伝導性の固体表面と接触している液体が、その表面から熱を吸収することによって蒸気に変化する。その後、蒸気はヒートパイプに沿って低温の界面に移動し、潜熱を放出しながら凝縮して液体に戻る。次に、液体は毛細管現象により高温の界面に戻り（ウィッキング）、このサイクルが繰り返される。沸騰と凝縮の熱伝達係数が非常に高いため、ヒートパイプは熱伝達装置として一般的に非常に有効である）。
サーモサイフォン−本発明の文脈において、サーモサイフォンは、より多くの量の作動流体を含み、芯構造を含まないことを除いて、ヒートパイプの構成部品および構造に類似している。それは作動流体を放出不可能に保持する。
無溶接ヒートパイプ−本発明の文脈では、無溶接ヒートパイプとは、ヒートパイプの管の内側に、両端部に近接した返し付きエンドキャップと返しを有するものである。エンドキャップと管は互いに圧入されている。
無溶接ではんだ付けされたヒートパイプ−本発明の文脈では、エンドキャップを管に対して閉塞するために、銅製のヒートパイプがはんだ付けされている。
無溶接ではんだ付けされたサーモサイフォン−本発明の文脈では、エンドキャップを管に対して閉塞するために、サーモサイフォンがはんだ付けされている。
作動流体−本発明の文脈では、作動流体は、ヒートパイプ内に飽和液相と気相の双方として存在するものである。液体は、ヒートパイプの蒸発器領域で蒸発して蒸気になり、蒸気はヒートパイプの凝縮器領域で凝縮して液体になる。現在の目的では、ペンタン、プロピレン、アセトン、メタノールのいずれか１つが、作動流体としての使用に好適な対象である。同じく作動流体としての使用に適する他の冷媒は、当業者にとっては明らかであろう。
芯−本発明の文脈では、芯は、ヒートパイプの穴を補強し、作動流体の液相において毛細管作用を発揮する材料である。
熱リンク−本発明の文脈では、熱リンクは、熱流（熱エネルギー流）の管理のためのインターフェースである。使用される設計と材料が熱リンケージの熱伝導を決定する。熱リンケージは、ヒートパイプと断熱層または伝導層（熱層）を含む。
再構成可能な熱リンク−本発明の文脈では、再構成可能な熱リンクは、所与の用途（温度要件）に対する熱伝導率を変更または最適化するために変化させることができる熱リンクを指す。
固体冷却剤−本発明の文脈において、冷却剤チャンバに固体冷却剤を充填することは、固体冷却剤を添加すること、または液体から固体冷却剤に相を変化させる液体冷却剤を注入することを意味する。
通常、符号８として参照されるヒートパイプを図１に示す。第１エンドキャップ１４を備えた第１端部１２と、第２エンドキャップ１８を備えた第２端部１６とを有しているのは管１０である。第２エンドキャップ１８は、そこから延びる充填管２０を有する。孔２２は、第１エンドキャップ１４から第２エンドキャップ１８まで延びている。充填管２０は、第２エンドキャップ１８の遠位の圧着端２４と、充填管孔２６とを有する。第２エンドキャップ１８は中央開口２８を有する。中央開口２８の壁３０は、充填管２０の近位端３２が着座する段３２を有する（図２においてより明確に見られるとおりである）。はんだビーズ３４は、充填管２０を第２エンドキャップ１８に取り付ける。図１では、作動流体がパイプに添加されてから、圧着端２４が圧着される。はんだビーズ４０が圧着端２４を密封する。ヒートパイプ８は、孔２２に芯４２を有する。
図２に示すように、第２エンドキャップを例として使用すると、第１端部１２および第２端部１６ならびにエンドキャップ１４、１８は返し付き５０であり、エンドキャップ１４、１８は好ましくは雄嵌合部材５２であり、端部１２、１６は雌嵌合部材５４であり、また、返し５６を有する。Ｏリング６０が雌雄嵌合部材に装着されている。これにより、無溶接ヒートパイプが提供される。
上述のように、ヒートパイプまたは（場合によって）サーモサイフォンは、溶接せずにはんだ付けされて閉じられていてもよい。
通常、符号８０として参照される冷蔵箱を図３に示す。冷蔵箱８０は、ヒートパイプ８の使用によりパッシブな冷却を提供しており（説明を簡単にするために図３ではヒートパイプを一列のみ示しているが、ヒートパイプの列を追加して、またはヒートパイプを多数並べて使用することが好ましいことを理解すべきである）、冷却剤が荷室８２へ放出されることはない。外箱８１は、４つの壁８６に取り付けられた底部８４と、外蓋８８とを含む。この箱は、荷物に十分な強度と支持を提供し、フォークリフトを使用して移動できるように構成されることが好ましい。アルミニウム、鋼、またはプラスチックの外板９０は、底部８４および４つの壁８６の金属フレーム９２によって任意に支持される。外側断熱材９４の層は、外板９０およびフレーム９２の内側９６を補強している。外側断熱材９４は、好ましくは、独立気泡、押出ポリスチレンまたは発泡ポリスチレンなどであり、真空断熱パネル断熱材を含んでよい。底部８４は、フォークリフトのフォークを受け入れるためのスロット９７を含む。
内箱９８は、４つの内壁１００、内底１０２、および内蓋１０４を含む。内側断熱材１１０の層は、壁１００の内側ライナ１１２と内蓋１０４の上板１１４を補強している。内側断熱材１１０は、好ましくは、独立気泡、押出ポリスチレンまたは発泡ポリスチレンなどである（真空断熱パネル断熱材を含む）。内側ライナ１１２および上板１１４は、アルミニウムまたはプラスチックである。内側ライナ１１２は、内側ライナ１１２と荷物との間に空隙１１６が確実に維持されるようにするために、荷室１５０内に短い距離だけ延びるスタンドオフ１１６を含む。外蓋８８は、好ましくは、同様に、アルミニウムまたはプラスチックの上板で構成され、好ましくは独立気泡、押出ポリスチレンまたは発泡ポリスチレンなどの断熱材（真空断熱パネル断熱材を含む）を備えている。
内蓋１０４の断熱材１１０の上面１１８および内側断熱材１００の外面１２０に当接しているのは遮熱体１２２であり、好ましい実施形態ではアルミニウムシールド１２２である。アルミニウムシールド１２２と、壁８６の外側断熱層９４および外蓋８８の双方とが、蒸気流路１２４と呼ばれる空間を画定する。遮熱体１２２は、熱リークを管理し、低温空間の温度を維持するのに役立つ。また、固体冷却剤／ドライアイスの消費を抑えながら、荷物をより高い初期の温度から定常状態まで冷却する時間を短縮する。
図４に示されるように、内蓋１０４は、内側ライナ１１２の段１２６上に着座する。ガスケット１２８は、内側蓋１０４と内側ライナ１１２の段部１２６との間に適合する。蒸気流路１２４は、周囲環境および冷却剤チャンバ１４０から密閉されている。しかしながら、必要に応じて、外蓋８８に取り付けられた逆止弁１２５を設けて、蒸気流路１２４内で小さな過圧を維持できるようにしてもよい。これにより、積み込まれた冷却剤／ドライアイスを消耗したときに、外部の湿った空気が侵入するのを防止する。好ましくは固体二酸化炭素である冷却剤１４２は、冷却剤チャンバ１４０内に積み込まれ保持される。一旦閉じられると、冷却剤チャンバ１４０は周囲環境と連通しない。冷却剤チャンバ１４０は、冷却剤チャンバ１４０のベース１４３を通って荷室１５０内に延びる複数のヒートパイプ８を有する。ベース１４３およびヒートパイプ８は、再構成可能な熱リンク１４４を形成する。再構成可能な熱リンク１４４（以下に詳述する）はまた、冷却剤チャンバ１４０内の冷却剤１４２と荷室１５０との間の熱エネルギー伝達の個別化および最適化を可能にし得る。冷却剤チャンバ１４０は、内箱９８の頂部１４６にある。荷室１５０は、内箱９８の底部１４８にある。
ヒートパイプ８の構造は、この個別化を提供する上で有用である。冷却剤チャンバ１４０内に延びるヒートパイプ８の部分は、凝縮器部１５２を含む。ベース１４３および内側ライナ１１２の下には、荷室１５０がある。荷室１５０内に延びるヒートパイプ８の部分は、蒸発器部１５６を含む。メッシュヘッダ１６０は、荷室１５０内の荷物が移動する場合にヒートパイプ８を損傷から保護する。メッシュは、アルミニウム、スチール、またはプラスチック製であり、さらに、空気循環のための十分なスペースを確保するように機能する。メッシュヘッダ１６０は、荷室１５０の最上部１６２の近傍で荷室１５０を横切って延びている。荷室１５０は密閉空間である。
内側ドア１７０および外側ドア１７２は、蓋８８、１０４と同じ方法、同じ材料で構成することができる。これらのドアは蒸気流路１２４を妨げない。少なくとも１つの温度センサ１７６を荷室１５０に配置することができ、冷蔵庫ボックス８０に対して遠方にあるか、または冷蔵庫ボックス８０の外面１７８上にあるディスプレイ１７８と電子通信する。
一実施形態では、冷蔵箱８０は、パレット積載の製品を受け入れることができる大きさである。荷物は冷蔵箱に置かれ、その後冷蔵箱は輸送のために貯蔵施設またはトラックに出し入れすることができる。異なる温度で動作する異なる冷蔵箱を並べて配置することができ、トラック内の他の冷蔵箱とともに、または個別に配送することができる。これにより、トラックの配送荷物の自由度が向上し、製品の貯蔵条件の最適化が可能になり、エネルギー消費と、トラックの荷物を冷却するために発電機を稼働させることによって生じる関連汚染を削減することができる。
別の実施形態では、側面入口により、冷却剤チャンバ１４０を引き出して固体冷却剤１４２を充填／再充填するか、または単に側面に接近して充填することができる。
図５に示す別の実施形態では、図３および図４のパッシブ型冷蔵箱８０は、液体二酸化炭素を添加するために、さらに液体注入ポート１８０および分配マニホールド１８２を冷却剤チャンバ１４０に含む。この液体二酸化炭素はフラッシュして固体二酸化炭素（固体冷却剤１４２）となり、よって冷却剤チャンバに固体冷却剤１４２を充填している。
図６に示す別の実施形態では、冷蔵箱は、ＩＳＯコンテナ２００に単一ユニットとして適合するサイズであり、したがって、ＩＳＯコンテナ２００の内側寸法よりもわずかに小さい。荷室１５０は、内側ドア２０４および外側ドア２０６を備え得る荷室入口２０２を有する。図６に示されるように、冷却剤チャンバ入口２０８は、蓋または側面の入口２０８を通ってもよい。ドアの間の構造および関係は蓋と同じであり−内側ドア２０２の外側２０８に遮熱体２０６があり、蒸気流路２１０はドア２０２、２０４の間に妨げのない経路を有する。
別の実施形態では、冷蔵箱は、トレーラーまたは平台で輸送するためのコンテナである。これもまたドアで構成してもよく、図６で説明し示したとおりである。
別の実施形態では、冷蔵箱８０はトレーラーである。これもまたドアで構成してもよく、図６で説明し示したとおりである。
さらに別の実施形態では、冷蔵箱またはシステム内のヒートパイプは、サーモサイフォンに置き換えられている。
再構成可能な熱リンク（上記１４４）の一実施形態が、図７Ａおよび７Ｂに示されている（および本明細書では通常２４９として参照される）。再構成可能な熱リンク２４９の機能は、比較的高温の領域を比較的低温の領域に接合する特定の熱伝導経路に沿って熱抵抗を調整することである。再構成可能な熱リンクの内部要素を物理的に調整することにより、前述の熱伝導経路の熱抵抗を変更して、熱エネルギーが比較的高温の領域から比較的低温の領域に移動する速度の変化に影響を与えることができる。
再構成可能な熱リンク２４９が、荷室１５０（比較的高温の領域）と冷却剤チャンバ１４０（比較的低温の領域）との間の熱経路に配置されると、熱伝達の速度はある程度の荷室の温度制御を実現できるレベルに調整され得る。一実施形態では、再構成可能な熱リンク２４９は、ヒートパイプまたはサーモサイフォン配置（比較的高温の領域）の凝縮器端部および大幅に低温の冷却剤チャンバ１４０に配置され、比較的高温の領域と比較的低温の領域との間で実現される熱伝達率の制御に影響を与えることができる。
図７Ａは、比較的高温の領域２５０、比較的低温の領域２５１、および熱伝達経路２５２を示す。再構成可能な熱リンクは、断熱ハウジングバリア２５４によって２つの部分に分割された熱伝導性ハウジング２５３からなる。熱伝導性ハウジング要素２５３と断熱ハウジングバリア２５４とが、共にハウジング２５８全体を構成する。ハウジング２５８の内部には、可動要素２５９によって部分的に占有される空洞２５５がある。可動要素２５９の一部は、熱伝導端２５６および断熱端２５７からなる。可動要素２５９は、内部空洞２５５の幅全体を移動することができる。
図７Ａは内部位置にある可動要素２５９を示しており、それにより、比較的高温の場所２５０から比較的低温の場所２５１への熱抵抗経路が最小化されている。熱は、熱伝導性ハウジング２５３、内部可動要素２５６の熱伝導性部分、熱伝導性ハウジング２５３を通り、最終的には２５１を越えて比較的低温の領域へ出る。この熱経路の各段階で、熱が熱伝導性材料を通って移動できるため、この経路の全熱抵抗は低くなる。
図７Ｂは、比較的高温の場所２５０から比較的低温の場所２５１への熱伝達を妨げる大きな熱抵抗を生成するように移動する内部可動要素２５９を有する再構成可能な熱リンク２４９の斜視図である。この構成では、熱が伝達される経路は、内部可動要素２５７およびハウジング断熱セグメント２５４に存在する二重断熱材料によって実質的に遮断される。このとき潜在的な熱伝達経路２５２を占有する断熱材によって、双方の潜在的な熱伝達経路の熱抵抗は、非常に高い。
可動の内部熱素子２５９は、いくつかの手段によって位置を変えるように動かすことができる。これらの手段のいくつかは、作動するために電気エネルギーを使用しないという点でパッシブであり、他の動作メカニズムはパッシブではない方法を使用する場合がある。
可能性のある最も実用的および／または適切な例示的実施形態であると現在考えられるものに関連して、実施形態を説明してきたが、その説明は開示された実施形態に限定されるものではなく、それとは逆に、例示的な実施形態の精神および範囲内に含まれる様々な修正および同等の構成を網羅することを意図していることを理解されたい。当業者は、本明細書に具体的に記載された特定の例示的実施形態に対する多くの同等物を認識し、または日常的な実験のみを利用して確認することができるであろう。そのような同等物は、本明細書に添付またはその後提出される場合、本発明の請求項の範囲に含まれることが意図されている。
本発明は、輸送および貯蔵中に腐敗しやすい製品を冷蔵する際に使用するためのパッシブ冷蔵システムの分野に関する。より具体的には、本発明は、荷室内において二酸化炭素を含まない冷却を利用して高度の温度調整を行う冷蔵システムに関する。本システムは、例えば、パレットサイズの荷物、トレーラーサイズの荷物、および定置冷蔵設備に使用することができ、よって拡張性を有する。
低温流通産業は、食品や医薬品などの温度に敏感な冷蔵製品の輸送および貯蔵を担っている。冷却が不十分であったり、または温度が不適切であったりするために、損失が生じる可能性がある。現在、生鮮食品の輸送に携わっている企業は、様々な温度に設定できる複数の冷蔵コンパートメントを備えた高価な電気機械式冷蔵トラックを所有するか、すべての品目を単一の温度に置き、冷凍製品が納入前に溶けて腐らないことを期待しなければならない。
米国特許第４，８９１，９５４号は、貯蔵製品を完全な状態に維持するために、昇華した二酸化炭素（ＣＯ２）を利用する断熱鉄道車両（１２）からなる冷蔵システム（１０）を開示している。この断熱鉄道車両（１２）は、断熱鉄道車両（１２）を下部貯蔵エリア（２６）と上部バンカー（２４）に仕切る仕切り（２２）を含む。バンカー（２４）は、固体炭酸を形成し、形成された固体炭酸をバンカー（２４）全体に分配するための分配マニホールド（２８）を含む。各側壁（１８）および端壁（２０）に沿った昇華ポート（３０）により、昇華した二酸化炭素が下部貯蔵エリア（２６）に移動し、輸送中の貯蔵製品を冷蔵することができる。昇華した二酸化炭素を外気に排出するために、断熱鉄道車両（１２）の各端部にプレナム（４２）と排出口（４４）が設けられている。断熱鉄道車両（１２）はまた、固体炭酸の形成過程で発生したフラッシュガスを排出するため、分配マニホールド（２８）の略下方に位置する圧力解放ポート（３２）を含む。この技術では、長時間にわたって温度を制御することはできず、また、チャンバ全体の温度が均一ではない。さらに、ＣＯ２が荷室に添加される。
米国特許第５，４６０，０１３号は、液体ＣＯ２をコンパートメントの少なくとも一側に沿ってマニホールド（２４）に通すことによって生成される固体炭酸を保持し、かつ反対側の壁に固体炭酸を吹き付けるためのコンパートメント（２２）を形成する水平仕切り要素（２０）を含む冷蔵薄壁輸送コンテナ（８）を開示している。冷却コンパートメントを充填することによりガス圧が発生し、充填マニホールドと圧力開放ベントを組み合わせた設計により、構造に過度の損傷を与える圧力上昇が起きることなく操作を行うことができる。この技術では、長時間にわたる温度制御や、コンテナの異なる領域での温度制御ができない。さらに、ガス状のＣＯ２がチャンバに添加される。
米国特許第７，３１０，９６７号は、固体冷媒を保持するためのバンカーの形態の機内冷却ユニットを備えた極低温輸送および貯蔵容器を開示している。上記ユニットはさまざまなサイズに構成でき、製品を凍結するのではなく冷蔵するために使用されている。このシステムはチャンバ内のより良好な温度制御を可能にするが、電源とファンを必要とするため、パッシブシステムではない。さらに、ガス状のＣＯ２がチャンバに添加される。
米国特許第８，１９１，３８０号は、製品を冷蔵および／または極低温に維持するための携帯型のアクティブ低温コンテナを開示している。上記コンテナは、バンカー部から温度に敏感な製品が含まれる少なくとも１つの材料貯蔵部への冷却空気の流れを監視および制御するための制御システムを備えている。当該制御システムはファンに接続されており、システムが熱耐性の範囲外に移動すると、強制対流により熱伝達が促進される。低温コンテナは、バッテリーパックを使用するか、車両の１２ボルト電源に接続することで給電される。このシステムはチャンバ内のより良好な温度制御を可能にするが、電源とファンを必要とするため、パッシブシステムではない。さらに、ガス状のＣＯ２がチャンバに添加される。液体窒素である冷却剤は、液体気化熱交換器を通過する。ヒートパイプとは異なり、それは開口端を有している。当該開口端は、冷却剤をチャンバ内の周囲環境に放出する。
米国特許第３，７１４，７９３号は、液体気化導管の周囲に断熱材を有する凍結の影響を受けやすい製品の貯蔵室の底部にある液化ガス気化器と、断熱材と隣接して関連付けられ、かつ熱伝達関係にある熱伝導性金属床手段とを開示している。液体窒素である冷却剤は、液体気化熱交換器を通過する。ヒートパイプとは異なり、それは開口端を有している。当該開口端は、冷却剤をチャンバ内の周囲環境に放出する。
米国特許第３，４２１，３３６号は、低温流体を製品チャンバに断続的に噴霧すること、および噴霧された低温流体を循環させるために回復される外部作業の生成に伴い、気化した低温液体を同じチャンバに連続的に膨張させることにより、長距離トレーラーおよび鉄道車両内で冷媒をより均一に分配するためのシステムを開示している。液体窒素である冷却剤は、液体気化熱交換器を通過する。ヒートパイプとは異なり、それは開口端を有している。当該開口端は、冷却剤をチャンバ内の周囲環境に放出する。
米国特許第７，８９１，５７５号は、冷気流を生成するために氷または他の凍結材料をヒートパイプで使用する冷却システムおよび方法を含む蓄熱および移送システムを開示している。好ましくは、氷は、ヒートパイプの凝縮器および蒸発器がそれぞれその内側および外側に備えられたコンテナ内に配置される。ファンがダクトを通じて蒸発器部全体に空気を吹き付け、密閉された被冷却空気空間内を循環させる。空気空間を独立して冷却するために使用できる分離型冷凍システムは、水または他の液体を凍結して、コンテナ内に氷または他の凍結物を生成する。上記冷却システムは、自動車のエンジンが停止しているときに数時間冷却するための自動車での使用を含め、幅広く適用可能である。加熱システムは、エンジンの排気ガスから熱を抽出し、密閉された空気空間を加熱するための吸着熱交換器を含む。また、これはファンを必要とするため、パッシブシステムではない。
米国特許出願公開第２００４／０２２６３０９号は、温度に敏感な材料を貯蔵および輸送するための移動型温度制御コンテナを開示している。当該移動型温度制御コンテナは、貨物スペースを画定する底壁、４つの側壁、および頂壁を有するコンテナを含む。当該コンテナは、コンテナに接続された温度調節ユニットを備えている。温度調節ユニットは、冷却ユニットを含む。この温度調節ユニットは、コンテナの貨物スペースに連絡している。コンテナは、コンテナに接続された温度コントローラを備えている。温度コントローラは、温度制御ユニットと、コンテナの貨物スペースに配置された温度センサを含む。コンテナは電源も備えている。温度調節ユニットは、加熱ユニットを含んでもよい。また、これはパッシブな冷蔵システムではない。
米国特許第８，１６２，５４２号は、中空のベースの上に固着された貨物ボックスを含む貨物コンテナを開示しており、ベースは、それを貫通して延びるフォークリフトトンネルを含み、細長い区画がそれに平行に配置されている。各区画は、電池を入れるための取り外し可能なトレイを備える。そして、温度制御システムが、ベースに隣接する側壁に配置されている。貨物コンテナには、電気ヒーターと蒸気圧縮冷凍のいずれも備えられている。搭載バッテリーは、輸送時に電力を供給する。これはパッシブシステムではない。
米国特許出願公開第２０１３／０００８１８８号は、寒剤を収容するためにコンテナ内においてチャンバを画定する側壁を有するコンテナと、チャンバ内に配置され側壁を通って、チャンバ外部の空間の雰囲気中および側壁の反対側に配置されて当該雰囲気への熱伝達を提供する第２の部分まで延びる第１の部分を有する少なくとも１つの熱交換アセンブリとを含む寒剤熱交換器を開示している。このシステムはヒートパイプを使用しているが、少なくとも１つのファンも含むため、パッシブシステムではない。温度は、おそらくポンプを用いて、またはファン速度を調整することで、タンク内の寒剤（液体窒素または液体二酸化炭素）の圧力を変えることにより調整できる。また、これらの方法はいずれもパッシブではない。温度を調整する他の方法では、その場で温度を調整することはできないが、各ヒートパイプの蒸発器部に容量可変型の貯液槽を使用する必要がある。上記ヒートパイプはステンレス鋼または銅である。
製品のパレットを保持できる冷蔵コンテナは、腐敗しやすい製品の輸送にも貯蔵にも役立つと考えられる。二酸化炭素または他の冷却剤は、貯蔵コンパートメント（本明細書では「荷室」とも呼ばれる）に直接または間接的に添加されないことが好ましい。二酸化炭素は酸素を置換し、高濃度では人を窒息させる恐れがある。二酸化炭素蒸気を積載スペースに直接排出すると、温度制御が低下し、急激な温度低下のため、積載ユニットの構成要素が損なわれる。さらに、相変化によって引き起こされる膨張効果は、空気を排出するために大量の寒剤蒸気を必要とし、必要な寒剤の量が増えることによって、運用コストを増加させる。強制対流を必要としないパッシブな熱伝達システムを備えることが、より望ましいと思われる。当該システムによって、選択され制御された各種温度での貨物の配送および貯蔵が可能になれば、さらに有利であろう。
米国特許第４，８９１，９５４号 米国特許第５，４６０，０１３号 米国特許第７，３１０，９６７号 米国特許第８，１９１，３８０号 米国特許第３，７１４，７９３号 米国特許第３，４２１，３３６号 米国特許第７，８９１，５７５号 米国特許出願公開第２００４ ／ ０２２６３０９号 米国特許第８，１６２，５４２号 米国特許出願公開第２０１３／０００８１８８号
本明細書では、腐敗しやすい製品の輸送および貯蔵のための冷蔵システムおよびコンテナが開示される。一実施形態では、該冷蔵コンテナは、製品のパレットを保持する大きさを有する。二酸化炭素は、直接または間接的に貯蔵コンパートメントに添加または放出されない。該システムは、強制対流を必要としないパッシブな熱伝達システムを有する。該システムは、選択され制御された各種温度で貨物を配送および貯蔵できるように構成することができる。
一実施形態では、製品の制御冷蔵のためのパッシブ型冷蔵箱が提供される。当該冷蔵箱は、外側断熱層を含む外箱と、内側断熱層および内側断熱層の外側の遮熱体を含み、外箱と共に、その間に蒸気流路を画定する内箱と、熱層および複数のヒートパイプまたはサーモサイフォンを含む熱リンクとを備え、熱層と内箱の頂部は、冷却剤チャンバ入口を含む冷却剤チャンバを画定し、蒸気流路と連通する冷却チャンバと、熱層と内箱の底部は、荷室入口を含む荷室を画定し、各ヒートパイプまたはサーモサイフォンは、冷却剤チャンバに配置された凝縮器部と、荷室に配置され、熱層を通って延びる蒸発器部とを有する。
上記パッシブ型冷蔵箱はさらに、ヒートパイプまたはサーモサイフォンの下にメッシュヘッダを備えてもよい。上記パッシブ型冷蔵箱はさらに、外側断熱層上の外板と内側断熱層上の内側ライナを備えてもよい。上記パッシブ型冷蔵箱において、遮熱体はアルミニウム製シールドであってよい。上記パッシブ型冷蔵箱において、冷却剤チャンバ入口は外蓋と内蓋を含んでいてよい。上記パッシブ型冷蔵箱において、内蓋は内箱の段に着座することができる。パッシブ型冷蔵箱はさらに、内蓋と段との間にガスケットを備えてもよい。パッシブ型冷蔵箱において、ヒートパイプは無溶接のヒートパイプであってよい。
パッシブ型冷蔵箱において、ヒートパイプは作動流体を含むことができ、当該作動流体はペンタン、プロピレン、アセトン、およびメタノールのうちの１つである。パッシブ型冷蔵箱において、熱リンクは再構成可能な熱リンクであり得る。上記パッシブ型冷蔵箱はさらに、外蓋に逆止弁を備えてもよい。
また、本明細書で開示されるのは、低温流通産業用のパッシブ冷蔵システムであって、当該システムは箱体および固体冷却剤を含み、箱体は、外側断熱層を含む外箱と、内側断熱層および内側断熱層の外側の遮熱体を含み、外箱と共に、その間に蒸気流路を画定する内箱と、熱層および複数のヒートパイプまたは複数のサーモサイフォンを含む熱リンクとを備え、熱層と内箱の最上部は、冷却剤チャンバ入口を含む冷却剤チャンバを画定し、熱層と内箱の底部は、荷室入口を含む荷室を画定し、蒸気流路と連通する冷却チャンバと、各ヒートパイプまたはサーモサイフォンは、冷却剤チャンバに配置された凝縮器部と、荷室に配置され熱層を通って延びる蒸発器部とを有しており、上記固体冷却剤は固体二酸化炭素である。
上記システムにおいて、熱リンクは再構成可能な熱リンクであり得る。上記システムにおいて、熱リンクは複数のヒートパイプを備えている。上記システムにおいて、ヒートパイプは無溶接のヒートパイプであってよい。上記システムにおいて、ヒートパイプは作動流体を含むことができ、当該作動流体はペンタン、プロピレン、アセトン、およびメタノールのうちの１つである。上記システムにおいて、遮熱体はアルミニウムシールドであってよい。
また、本明細書に開示されるのは、製品の制御冷蔵のためのパッシブ型冷蔵箱であって、該冷蔵箱は、底部と、底部に取り付けられた４つの側部と、内蓋および外蓋とを備え、該側部は外側断熱層および内側断熱層を含み、それらの層と内蓋および外蓋はその間に蒸気流路を画定しており、かつ上記冷蔵箱は、蒸気流路に隣接し内側断熱層の外側および内蓋の最上部に当接するアルミニウムシールドと、内蓋の下方および内側断熱層間に配置されて、冷却剤を保持するための冷却剤チャンバを画定する熱層と、内側断熱材および上記熱層により画定された荷室と、各ヒートパイプまたはサーモサイフォンが、冷却剤チャンバに配置された凝縮器部および荷室に配置され熱層を通って延びる蒸発器部を有する複数のヒートパイプまたは複数のサーモサイフォンとを備える。
また、本明細書で開示されるのは、上述の冷蔵箱を使用して荷物をパッシブに冷蔵する方法であり、この方法は、荷物を荷室に積載し、冷却剤室に固体冷却剤を充填することを含む。
この方法は、荷物の温度を調整するように熱リンクを構成することをさらに含み得る。この方法において、固体冷却剤は固体二酸化炭素（または「ドライアイス」）であってよい。
本発明の実施形態は、添付の図面を参照して以下に説明される。
図１は、本発明の一態様によるヒートパイプの縦断面図である。
図２は、図１のヒートパイプのエンドキャップおよび管端の縦断面図である。
図３は、本発明の一態様によるパッシブ型冷蔵箱の斜視断面図である。
図４は、図３のパッシブ型冷蔵箱の縦断面図である。
図５は、パッシブ型冷蔵箱の他の実施形態の縦断面図である。
図６は、パッシブ型冷蔵箱の他の実施形態の縦断面図である。
図７Ａは、本発明の一態様による再構成可能な熱リンクの動作を示す図である。
図７Ｂは、本発明の一態様による再構成可能な熱リンクの動作を示す図である。
説明
ここで、本発明は、本明細書の一部を形成し、本発明を実施することができる例示的な実施形態を実例として示す添付図面を参照して、以下により詳しく説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供されている。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。
別段の明示的な規定がない限り、以下の解釈規則が本明細書（書面による説明、特許請求の範囲、および図面）に適用される。（ａ）本明細書で使用されるすべての単語は、状況によって必要とされる性別または数（単数または複数）であると解釈するものとする。（ｂ）明細書および添付の特許請求の範囲で使用される単数形の用語「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈によってそうでないことが明確に示されていない限り、複数の参照を含む。（ｃ）列挙された範囲または値に適用される先行する用語「約」は、測定方法から当技術分野で知られている、または予想される範囲または値の偏差内の近似値を示す。（ｄ）「ここに（ｈｅｒｅｉｎ）」、「これにより（ｈｅｒｅｂｙ）」、「ここの（ｈｅｒｅｏｆ）」、「これに（ｈｅｒｅｔｏ）」、「これまでに（ｈｅｒｅｉｎｂｅｆｏｒｅ）」、「これ以降（ｈｅｒｅｉｎａｆｔｅｒ）」および同様の意味の単語は、特に指定されていない限り、特定の段落、請求項、もしくはその他の細かい区分ではなく、本明細書全体を参照すること。（ｅ）説明的な見出しは便宜上のものであり、本明細書のいずれの部分の意味や構成に対しても、制御や影響を与えることはない。（ｆ）「または（ｏｒ）」および「いずれの（ａｎｙ）」は排他的なものではなく、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」および「を含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は限定するものではない。さらに、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「収容する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という用語は、特に断りのない限り、オープンエンドの用語（つまり、「含むが、これに限定されない」という意味）と解釈される。
記載による裏付けを提供するために必要な範囲で、添付の特許請求の範囲の主題および／または本文は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本明細書における値の範囲の記載は、本明細書で特に明示しない限り、その範囲内に入る各個別の値を個々に参照する簡単な方法として機能することを単に意図しており、各個別の値は個々に本件明細書に記載されているかのように明細書に組み込まれている。特定の値の範囲が示されている場合、文脈によってそうでないことが明確に示されていない限り、その範囲の上限と下限の間に存在し、下限値の１０分の１単位までの各々の間に存在する値、そしてその定められた範囲における任意の他の規定値または間に存在する値は、それに含まれていることが理解される。より小さいサブ範囲もすべて含まれる。これらのより小さい範囲の上限および下限もそれに含まれており、定められた範囲内の特別に除外された限界値に左右される。
特に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、関連分野の当業者によって一般に理解される意味と同じ意味を有する。本明細書に記載されるものと類似または同等の任意の方法および材料も使用できるが、許容される方法および材料をここに記載する。
定義
ヒートパイプ−本発明の文脈では、ヒートパイプは、作動流体を放出不可能に保持する密封されたパイプからなる。パイプの穴には芯がある。（本質的に、ヒートパイプは、熱伝導率と相転移の原理を組み合わせて、２つの固体界面間で熱を効果的に伝達する熱伝達装置である。ヒートパイプの高温の界面では、熱伝導性の固体表面と接触している液体が、その表面から熱を吸収することによって蒸気に変化する。その後、蒸気はヒートパイプに沿って低温の界面に移動し、潜熱を放出しながら凝縮して液体に戻る。次に、液体は毛細管現象により高温の界面に戻り（ウィッキング）、このサイクルが繰り返される。沸騰と凝縮の熱伝達係数が非常に高いため、ヒートパイプは熱伝達装置として一般的に非常に有効である）。
サーモサイフォン−本発明の文脈において、サーモサイフォンは、より多くの量の作動流体を含み、芯構造を含まないことを除いて、ヒートパイプの構成部品および構造に類似している。それは作動流体を放出不可能に保持する。
無溶接ヒートパイプ−本発明の文脈では、無溶接ヒートパイプとは、ヒートパイプの管の内側に、両端部に近接した返し付きエンドキャップと返しを有するものである。エンドキャップと管は互いに圧入されている。
無溶接ではんだ付けされたヒートパイプ−本発明の文脈では、エンドキャップを管に対して閉塞するために、銅製のヒートパイプがはんだ付けされている。
無溶接ではんだ付けされたサーモサイフォン−本発明の文脈では、エンドキャップを管に対して閉塞するために、サーモサイフォンがはんだ付けされている。
作動流体−本発明の文脈では、作動流体は、ヒートパイプ内に飽和液相と気相の双方として存在するものである。液体は、ヒートパイプの蒸発器領域で蒸発して蒸気になり、蒸気はヒートパイプの凝縮器領域で凝縮して液体になる。現在の目的では、ペンタン、プロピレン、アセトン、メタノールのいずれか１つが、作動流体としての使用に好適な対象である。同じく作動流体としての使用に適する他の冷媒は、当業者にとっては明らかであろう。
芯−本発明の文脈では、芯は、ヒートパイプの穴を補強し、作動流体の液相において毛細管作用を発揮する材料である。
熱リンク−本発明の文脈では、熱リンクは、熱流（熱エネルギー流）の管理のためのインターフェースである。使用される設計と材料が熱リンケージの熱伝導を決定する。熱リンケージは、ヒートパイプと断熱層または伝導層（熱層）を含む。
再構成可能な熱リンク−本発明の文脈では、再構成可能な熱リンクは、所与の用途（温度要件）に対する熱伝導率を変更または最適化するために変化させることができる熱リンクを指す。
固体冷却剤−本発明の文脈において、冷却剤チャンバに固体冷却剤を充填することは、固体冷却剤を添加すること、または液体から固体冷却剤に相を変化させる液体冷却剤を注入することを意味する。
通常、符号８として参照されるヒートパイプを図１に示す。第１エンドキャップ１４を備えた第１端部１２と、第２エンドキャップ１８を備えた第２端部１６とを有しているのは管１０である。第２エンドキャップ１８は、そこから延びる充填管２０を有する。孔２２は、第１エンドキャップ１４から第２エンドキャップ１８まで延びている。充填管２０は、第２エンドキャップ１８の遠位の圧着端２４と、充填管孔２６とを有する。第２エンドキャップ１８は中央開口２８を有する。中央開口２８の壁３０は、充填管２０の近位端３２が着座する段３２を有する（図２においてより明確に見られるとおりである）。はんだビーズ３４は、充填管２０を第２エンドキャップ１８に取り付ける。図１では、作動流体がパイプに添加されてから、圧着端２４が圧着される。はんだビーズ４０が圧着端２４を密封する。ヒートパイプ８は、孔２２に芯４２を有する。
図２に示すように、第２エンドキャップを例として使用すると、第１端部１２および第２端部１６ならびにエンドキャップ１４、１８は返し付き５０であり、エンドキャップ１４、１８は好ましくは雄嵌合部材５２であり、端部１２、１６は雌嵌合部材５４であり、また、返し５６を有する。Ｏリング６０が雌雄嵌合部材に装着されている。これにより、無溶接ヒートパイプが提供される。
上述のように、ヒートパイプまたは（場合によって）サーモサイフォンは、溶接せずにはんだ付けされて閉じられていてもよい。
通常、符号８０として参照される冷蔵箱を図３に示す。冷蔵箱８０は、ヒートパイプ８の使用によりパッシブな冷却を提供しており（説明を簡単にするために図３ではヒートパイプを一列のみ示しているが、ヒートパイプの列を追加して、またはヒートパイプを多数並べて使用することが好ましいことを理解すべきである）、冷却剤が荷室８２へ放出されることはない。外箱８１は、４つの壁８６に取り付けられた底部８４と、外蓋８８とを含む。この箱は、荷物に十分な強度と支持を提供し、フォークリフトを使用して移動できるように構成されることが好ましい。アルミニウム、鋼、またはプラスチックの外板９０は、底部８４および４つの壁８６の金属フレーム９２によって任意に支持される。外側断熱材９４の層は、外板９０およびフレーム９２の内側９６を補強している。外側断熱材９４は、好ましくは、独立気泡、押出ポリスチレンまたは発泡ポリスチレンなどであり、真空断熱パネル断熱材を含んでよい。底部８４は、フォークリフトのフォークを受け入れるためのスロット９７を含む。
内箱９８は、４つの内壁１００、内底１０２、および内蓋１０４を含む。内側断熱材１１０の層は、壁１００の内側ライナ１１２と内蓋１０４の上板１１４を補強している。内側断熱材１１０は、好ましくは、独立気泡、押出ポリスチレンまたは発泡ポリスチレンなどである（真空断熱パネル断熱材を含む）。内側ライナ１１２および上板１１４は、アルミニウムまたはプラスチックである。内側ライナ１１２は、内側ライナ１１２と荷物との間に空隙が確実に維持されるようにするために、荷室１５０内に短い距離だけ延びるスタンドオフ１１６を含む。外蓋８８は、好ましくは、同様に、アルミニウムまたはプラスチックの上板で構成され、好ましくは独立気泡、押出ポリスチレンまたは発泡ポリスチレンなどの断熱材（真空断熱パネル断熱材を含む）を備えている。
内蓋１０４の断熱材１１０の上面１１８および内側断熱材１００の外面１２０に当接しているのは遮熱体１２２であり、好ましい実施形態ではアルミニウムシールド１２２である。アルミニウムシールド１２２と、壁８６の外側断熱層９４および外蓋８８の双方とが、蒸気流路１２４と呼ばれる空間を画定する。遮熱体１２２は、熱リークを管理し、低温空間の温度を維持するのに役立つ。また、固体冷却剤／ドライアイスの消費を抑えながら、荷物をより高い初期の温度から定常状態まで冷却する時間を短縮する。
図４に示されるように、内蓋１０４は、内側ライナ１１２の段１２６上に着座する。ガスケット１２８は、内側蓋１０４と内側ライナ１１２の段部１２６との間に適合する。蒸気流路１２４は、周囲環境から、また任意に冷却チャンバ１４０からシールされてもよい。図３には明示的に示されていないが、一実施形態では、蒸気流路１２４は冷却チャンバ１４０と連通可能であり、蒸気流路１２４もまた冷却チャンバ１４０から昇華または蒸発した冷却剤を循環させるように機能し、このようにして、冷却剤の冷温昇華または蒸発(場合によっては、使用される冷却剤に応じて)蒸気もまた荷室の冷却を助けるために使用されてもよい。必要に応じてまた、外蓋８８に取り付けられた逆止弁１２５を設けて、蒸気流路１２４内で小さな過圧を維持できるようにしてもよい。これにより、積み込まれた冷却剤／ドライアイスを消耗したときに、外部の湿った空気が侵入するのを防止する。さらに、逆止弁１２５は、蒸気流路１２４内の過剰な冷却剤(蒸発または昇華)の蓄積を防止するように機能することもできる。このように、逆止弁１２５は単に一方向弁であってもよく、すなわち、蒸気が外から周囲環境に排出されることを可能にするが、周囲環境から空気が蒸気流路１２４に入るのを防止する。好ましくは固体二酸化炭素である冷却剤１４２は、冷却剤チャンバ１４０内に積み込まれ保持される。一旦閉じられると、冷却剤チャンバ１４０は周囲環境と連通しない。冷却剤チャンバ１４０は、冷却剤チャンバ１４０のベース１４３を通って荷室１５０内に延びる複数のヒートパイプ８を有する。ベース１４３およびヒートパイプ８は、再構成可能な熱リンク１４４を形成する。再構成可能な熱リンク１４４（以下に詳述する）はまた、冷却剤チャンバ１４０内の冷却剤１４２と荷室１５０との間の熱エネルギー伝達の個別化および最適化を可能にし得る。冷却剤チャンバ１４０は、内箱９８の頂部１４６にある。荷室１５０は、内箱９８の底部１４８にある。
ヒートパイプ８の構造は、この個別化を提供する上で有用である。冷却剤チャンバ１４０内に延びるヒートパイプ８の部分は、凝縮器部１５２を含む。ベース１４３および内側ライナ１１２の下には、荷室１５０がある。荷室１５０内に延びるヒートパイプ８の部分は、蒸発器部１５６を含む。メッシュヘッダ１６０は、荷室１５０内の荷物が移動する場合にヒートパイプ８を損傷から保護する。メッシュは、アルミニウム、スチール、またはプラスチック製であり、さらに、空気循環のための十分なスペースを確保するように機能する。メッシュヘッダ１６０は、荷室１５０の最上部１６２の近傍で荷室１５０を横切って延びている。荷室１５０は密閉空間である。
内側ドア１７０および外側ドア１７２は、蓋８８、１０４と同じ方法、同じ材料で構成することができる。これらのドアは蒸気流路１２４を妨げない。少なくとも１つの温度センサ１７６を荷室１５０に配置することができ、冷蔵庫ボックス８０に対して遠方にあるか、または冷蔵庫ボックス８０の外面１７８上にあるディスプレイ１７８と電子通信する。
一実施形態では、冷蔵箱８０は、パレット積載の製品を受け入れることができる大きさである。荷物は冷蔵箱に置かれ、その後冷蔵箱は輸送のために貯蔵施設またはトラックに出し入れすることができる。異なる温度で動作する異なる冷蔵箱を並べて配置することができ、トラック内の他の冷蔵箱とともに、または個別に配送することができる。これにより、トラックの配送荷物の自由度が向上し、製品の貯蔵条件の最適化が可能になり、エネルギー消費と、トラックの荷物を冷却するために発電機を稼働させることによって生じる関連汚染を削減することができる。
別の実施形態では、側面入口により、冷却剤チャンバ１４０を引き出して固体冷却剤１４２を充填／再充填するか、または単に側面に接近して充填することができる。
図５に示す別の実施形態では、図３および図４のパッシブ型冷蔵箱８０は、液体二酸化炭素を添加するために、さらに液体注入ポート１８０および分配マニホールド１８２を冷却剤チャンバ１４０に含む。この液体二酸化炭素はフラッシュして固体二酸化炭素（固体冷却剤１４２）となり、よって冷却剤チャンバに固体冷却剤１４２を充填している。一実施形態では、このような液体二酸化炭素の充填供給はすぐに使えるようにパッシブ型冷蔵箱８０と共に提供／貯蔵することができる。
図６に示す別の実施形態では、冷蔵箱は、ＩＳＯコンテナ２００に単一ユニットとして適合するサイズであり、したがって、ＩＳＯコンテナ２００の内側寸法よりもわずかに小さい。荷室１５０は、内側ドア２０４および外側ドア２０６を備え得る荷室入口２０２を有する。図６に示されるように、冷却剤チャンバ入口２０８は、蓋または側面の入口２０８を通ってもよい。ドアの間の構造および関係は蓋と同じであり−内側ドア２０２の外側２０８に遮熱体２０６があり、蒸気流路２１０はドア２０２、２０４の間に妨げのない経路を有する。
別の実施形態では、冷蔵箱は、トレーラーまたは平台で輸送するためのコンテナである。これもまたドアで構成してもよく、図６で説明し示したとおりである。
別の実施形態では、冷蔵箱８０はトレーラーである。これもまたドアで構成してもよく、図６で説明し示したとおりである。
さらに別の実施形態では、冷蔵箱またはシステム内のヒートパイプは、サーモサイフォンに置き換えられている。
再構成可能な熱リンク（上記１４４）の一実施形態が、図７Ａおよび７Ｂに示されている（および本明細書では通常２４９として参照される）。再構成可能な熱リンク２４９の機能は、比較的高温の領域を比較的低温の領域に接合する特定の熱伝導経路に沿って熱抵抗を調整することである。再構成可能な熱リンクの内部要素を物理的に調整することにより、前述の熱伝導経路の熱抵抗を変更して、熱エネルギーが比較的高温の領域から比較的低温の領域に移動する速度の変化に影響を与えることができる。
再構成可能な熱リンク２４９が、荷室１５０（比較的高温の領域）と冷却剤チャンバ１４０（比較的低温の領域）との間の熱経路に配置されると、熱伝達の速度はある程度の荷室の温度制御を実現できるレベルに調整され得る。一実施形態では、再構成可能な熱リンク２４９は、ヒートパイプまたはサーモサイフォン配置（比較的高温の領域）の凝縮器端部および大幅に低温の冷却剤チャンバ１４０に配置され、比較的高温の領域と比較的低温の領域との間で実現される熱伝達率の制御に影響を与えることができる。
図７Ａは、比較的高温の領域２５０、比較的低温の領域２５１、および熱伝達経路２５２を示す。再構成可能な熱リンクは、断熱ハウジングバリア２５４によって２つの部分に分割された熱伝導性ハウジング２５３からなる。熱伝導性ハウジング要素２５３と断熱ハウジングバリア２５４とが、共にハウジング２５８全体を構成する。ハウジング２５８の内部には、可動要素２５９によって部分的に占有される空洞２５５がある。可動要素２５９の一部は、熱伝導端２５６および断熱端２５７からなる。可動要素２５９は、内部空洞２５５の幅全体を移動することができる。
図７Ａは内部位置にある可動要素２５９を示しており、それにより、比較的高温の場所２５０から比較的低温の場所２５１への熱抵抗経路が最小化されている。熱は、熱伝導性ハウジング２５３、内部可動要素２５６の熱伝導性部分、熱伝導性ハウジング２５３を通り、最終的には２５１を越えて比較的低温の領域へ出る。この熱経路の各段階で、熱が熱伝導性材料を通って移動できるため、この経路の全熱抵抗は低くなる。
図７Ｂは、比較的高温の場所２５０から比較的低温の場所２５１への熱伝達を妨げる大きな熱抵抗を生成するように移動する内部可動要素２５９を有する再構成可能な熱リンク２４９の斜視図である。この構成では、熱が伝達される経路は、内部可動要素２５７およびハウジング断熱セグメント２５４に存在する二重断熱材料によって実質的に遮断される。このとき潜在的な熱伝達経路２５２を占有する断熱材によって、双方の潜在的な熱伝達経路の熱抵抗は、非常に高い。
可動の内部熱素子２５９は、いくつかの手段によって位置を変えるように動かすことができる。これらの手段のいくつかは、作動するために電気エネルギーを使用しないという点でパッシブであり、他の動作メカニズムはパッシブではない方法を使用する場合がある。
可能性のある最も実用的および／または適切な例示的実施形態であると現在考えられるものに関連して、実施形態を説明してきたが、その説明は開示された実施形態に限定されるものではなく、それとは逆に、例示的な実施形態の精神および範囲内に含まれる様々な修正および同等の構成を網羅することを意図していることを理解されたい。当業者は、本明細書に具体的に記載された特定の例示的実施形態に対する多くの同等物を認識し、または日常的な実験のみを利用して確認することができるであろう。そのような同等物は、本明細書に添付またはその後提出される場合、本発明の請求項の範囲に含まれることが意図されている。

Claims (22)

  1. 外側断熱層を含む外箱と、内側断熱層および前記内側断熱層の外側の遮熱体を含み、前記外箱と共に、その間に蒸気流路を画定する内箱と、熱層および複数のヒートパイプまたは複数のサーモサイフォンを含む熱リンクとを備え、前記熱層と前記内箱の頂部は、冷却剤チャンバ入口を含む冷却剤チャンバを画定し、前記熱層と前記内箱の底部は、荷室入口を含む荷室を画定し、各ヒートパイプまたはサーモサイフォンは、前記冷却剤チャンバに配置された凝縮器部と、前記荷室に配置され、前記熱層を通って延びる蒸発器部とを有する、製品の制御冷蔵のためのパッシブ型冷蔵箱。
  2. 前記ヒートパイプまたはサーモサイフォンの下にさらにメッシュヘッダを備える、請求項１に記載のパッシブ型冷蔵箱。
  3. 前記外側断熱材上の外板と前記内側断熱材上の内側ライナをさらに備える、請求項１または２に記載のパッシブ型冷蔵箱。
  4. 前記複数のヒートパイプを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のパッシブ冷蔵システム。
  5. 前記遮熱体がアルミニウムシールドである、請求項１から４のいずれか一項に記載のパッシブ型冷蔵箱。
  6. 前記冷却液チャンバ入口が外蓋と内蓋を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のパッシブ型冷蔵箱。
  7. 前記内蓋が前記内箱の段に着座している、請求項６に記載のパッシブ型冷蔵箱。
  8. 前記内蓋と前記段との間にさらにガスケットを備える、請求項１から７のいずれか一項に記載のパッシブ型冷蔵箱。
  9. 前記ヒートパイプが無溶接のヒートパイプである、請求項１に記載のパッシブ型冷蔵箱。
  10. 前記ヒートパイプが、アセトン、メタノール、ペンタン、およびプロピレンからなる群から選択される作動流体を含む、請求項９に記載のパッシブ型冷蔵箱。
  11. 前記熱リンクが再構成可能な熱リンクである、請求項１に記載のパッシブ型冷蔵箱。
  12. 前記外蓋にさらに逆止弁を備える、請求項６から１１のいずれか一項に記載のパッシブ型冷蔵箱。
  13. 箱体および固体冷却剤を含む、低温流通産業用のパッシブ冷蔵システムであって、前記箱体は、外側断熱層を含む外箱と、内側断熱層および内側断熱層の外側の遮熱体を含み、前記外箱と共に、その間に蒸気流路を画定する内箱と、熱層および複数のヒートパイプまたは複数のサーモサイフォンを含む熱リンクとを備え、前記熱層と前記内箱の頂部は、冷却剤チャンバ入口を含む冷却剤チャンバを画定し、前記熱層と前記内箱の底部は、荷室入口を含む荷室を画定し、各ヒートパイプまたはサーモサイフォンは、前記冷却剤チャンバに配置された凝縮器部と、前記荷室に配置され、前記熱層を通って延びる蒸発器部とを有しており、前記固体冷却剤が固体二酸化炭素である、システム。
  14. 前記熱リンクが再構成可能な熱リンクである、請求項１３に記載のシステム。
  15. 前記複数のヒートパイプを含む、請求項１３または１４に記載のシステム。
  16. 前記ヒートパイプが無溶接のヒートパイプである、請求項１３から１５のいずれか一項に記載のシステム。
  17. 前記ヒートパイプが、アセトン、メタノール、ペンタンおよびプロピレンからなる群から選択される作動流体を含む、請求項１６に記載のシステム。
  18. 前記遮熱体がアルミニウムシールドである、請求項１３から１７のいずれか一項に記載のシステム。
  19. 製品の制御冷蔵のためのパッシブ型冷蔵箱であって、底部と、底部に取り付けられた４つの側部と、内蓋および外蓋とを備え、前記側部は外側断熱層および内側断熱層を含み、前記層と前記内蓋および外蓋は、その間に蒸気流路を画定しており、かつ前記冷蔵箱は、前記蒸気流路に隣接し前記内側断熱層の外側および前記内蓋の最上部に当接するアルミニウムシールドと、前記内蓋の下方および前記内側断熱層間に配置されて、冷却剤を保持するための冷却剤チャンバを画定する熱層と、前記内側断熱材および前記熱層により画定された荷室と、前記熱層と、複数のヒートパイプとを備え、各ヒートパイプは、前記冷却剤チャンバに配置された凝縮器部および前記荷室に配置され前記熱層を通って延びる蒸発器部を有するパッシブ型冷蔵箱。
  20. 請求項１に記載の冷蔵箱を使用して荷物をパッシブに冷却する方法であって、前記荷物を前記荷室に積載し、前記冷却剤チャンバに固体冷却剤を充填することを含む方法。
  21. 前記荷物の温度を調整するように熱リンクを構成することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
  22. 前記固体冷却剤が固体二酸化炭素である、請求項２０または２１に記載の方法。
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