JP2023031674A

JP2023031674A - 冷凍板

Info

Publication number: JP2023031674A
Application number: JP2021137304A
Authority: JP
Inventors: 俊紀延安; Toshinori Nobuyasu
Original assignee: Topre Corp
Current assignee: Topre Corp
Priority date: 2021-08-25
Filing date: 2021-08-25
Publication date: 2023-03-09
Also published as: CN117836576A; WO2023026744A1; TW202309454A

Abstract

【課題】冷凍板内の蓄冷材が体積膨張しても変形を抑制することができる冷凍板を提供する。【解決手段】冷凍板２０は、蓄冷材３８が充填されて密閉された容器２４と、容器２４内に設けられ、ブラインを流して蓄冷材３８を冷却するブライン配管３１と、を備える。また、冷凍板２０は、ブライン配管３１の入口に設けられ、外部よりブラインを導入する入口ソケット３５と、ブライン配管３１の出口に設けられ、外部にブラインを排出する出口ソケット３６と、を備える。ブライン配管３１は、入口ソケット３５に接続され、容器２４の外周部を周回するように配置される外周配管部３２と、外周配管部３２と出口ソケット３６との間に接続され、容器２４の外周部の内側にある中央部に複数回折り返して往復するように配置される中央配管部３３と、を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、冷凍板に関する。

航空輸送用の保冷コンテナは、輸送中のコンテナ内を低温に保つため、ドライアイスでコンテナ内を低温に保つ方式のものや、蓄冷材を内蔵する冷凍板を地上で蓄冷して輸送時に放冷させる方式のもの等が実用化されている。特許文献１には、冷凍板をコンテナ内に配置し、低温のブラインを外部の冷凍装置により循環させ、冷凍板を蓄冷する方式のもの（蓄冷式冷凍板）が記載されている。

特開２０２０－２００９７６号公報

前述の特許文献１に記載の蓄冷式冷凍板は、ブラインを冷凍装置において冷却して送出し、冷凍板内の蓄冷材を冷却し凝固させ、輸送時は蓄冷材が融解して放冷するものである。特に、蓄冷材が水を成分として含むものは、凝固時に体積膨張を起こす。蓄冷材が膨張すると、冷凍板の外板が耐えきれず変形するという問題がある。

前述の特許文献１に記載の蓄冷式冷凍板では、ブラインの入口及び冷凍板の中央部分において温度が低く、これらの部位から蓄冷材の凝固が始まる。そして主に、冷凍板の中央部分から周端部へ凝固が広がり、最後に冷凍板の周端部（ブライン配管から遠い箇所）が凝固して、蓄冷が完了する。すなわち、蓄冷の完了直前では、冷凍板の周端部の蓄冷材が凝固するとき、体積膨張により、冷凍板の外板の表裏の接合部分を剥がす方向に応力が働き、外板の接合部分が剥がれたり、外板に亀裂が生じ得る。

そこで、本発明は、冷凍板内の蓄冷材が体積膨張しても変形を抑制することができる冷凍板を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る冷凍板は、蓄冷材が充填されて密閉された容器と、容器内に設けられ、ブラインを流して蓄冷材を冷却するブライン配管と、を備える。また、冷凍板は、ブライン配管の入口に設けられ、外部よりブラインを導入する入口ソケットと、ブライン配管の出口に設けられ、外部にブラインを排出する出口ソケットと、を備える。ブライン配管は、入口ソケットに接続され、容器の外周部を周回するように配置される外周配管部と、外周配管部と出口ソケットとの間に接続され、容器の外周部の内側にある中央部に複数回折り返して往復するように配置される中央配管部と、を有する。

本発明の一態様に係る冷凍板によれば、冷凍板内の蓄冷材が体積膨張しても変形を抑制することができる冷凍板を提供することができる。

本発明の実施形態に係る冷凍板が搭載された保冷コンテナの斜視図である。図１に示した保冷コンテナの縦断面図である。図２に示したＡ－Ａ断面図である。本発明の実施形態に係る冷凍板の斜視図である。本発明の実施形態に係る冷凍板の内部構造を示す平面図である。図５に示したＢ－Ｂ断面図である。本発明の実施形態に係る保冷コンテナ、及び冷却装置のフロー図である。

以下、本実施形態に係る冷凍板、及びこの冷凍板を用いた保冷コンテナを、図面を参照して説明する。

［保冷コンテナの構成］
図１は、本実施形態に係る保冷コンテナ１００の構成を示す斜視図、図２は図１における縦断面図、図３は図２におけるＡ－Ａ断面図である。本実施形態に係る保冷コンテナ１００は例えば航空輸送用のコンテナであり、航空機の胴体内に収容されて輸送される。

図１、図２に示すように、本実施形態に係る保冷コンテナ１００は、一部が裁断された直方体形状に形成されている。すなわち、図２に示すように、保冷コンテナ１００は側面視で五角形状に形成されている。

保冷コンテナ１００は、ポリスチレンフォーム等の断熱材で形成された天板１１、側板１２ａ，１２ｂ、底板１３、裏側板１４ａ、表側板１４ｂ、斜面板１５により、全体が閉塞した密閉構造の筐体として形成されている。したがって、保冷コンテナ１００の内部と外部との間で熱が遮断され、輸送時における外部からの熱の侵入を防止して保冷コンテナ１００内の収容物を低温に維持することが可能とされている。また、表側板１４ｂには扉１６が設けられており、この扉１６を開閉することにより、保冷コンテナ１００内に保冷の対象となる収容物（例えば、冷蔵食品）を出し入れすることが可能となっている。

さらに、図１に示すように、側板１２ａにはブラインを循環させるための導入配管２５（図３参照）を連結する接続ソケット１７ａ，１７ｂが設けられている。なお、ブラインとは、塩化カルシウム水溶液、塩化ナトリウム水溶液、塩化マグネシウム水溶液、エチレングリコール、プロピレングリコール等の熱媒体を指す。

図２、図３に示すように、保冷コンテナ１００の天井部１１ａ（天板１１の内側の面）には、２つの冷凍板（蓄冷式冷凍板）２０ａ，２０ｂが設けられている。各冷凍板２０ａ，２０ｂは、平面視で略矩形状に形成されており、それぞれ４個のブラケット１８により天井部１１ａに対して一定の間隔を持って固定されている。すなわち、冷凍板２０ａ，２０ｂは天井部１１ａ（筐体の壁面）に近接して配置されており、直接的に接していない。

さらに、各冷凍板２０ａ，２０ｂには、ブラインを循環させるための導入配管２５が接続されている。導入配管２５は保冷コンテナ１００内部の壁面に沿って設けられており、図１に示した接続ソケット１７ａ，１７ｂに接続されている。

したがって、接続ソケット１７ａ，１７ｂを冷却装置４０（図７参照）に接続し、冷却装置４０により冷却されたブラインを送出すると、送出されたブラインは、接続ソケット１７ａ、導入配管２５を経由して各冷凍板２０ａ，２０ｂに供給される。また、各冷凍板２０ａ，２０ｂより排出されたブラインは、導入配管２５、接続ソケット１７ｂを経由して冷却装置４０に戻される。各冷凍板２０ａ，２０ｂに、冷却されたブラインを供給して循環させることにより、各冷凍板２０ａ，２０ｂを蓄冷することが可能である。

なお、本実施形態に係る保冷コンテナ１００は、コンテナ内の空気を強制的に循環させるファンを備えず、冷凍板２０ａ，２０ｂからの冷熱が自然循環する方式を採用する例を示す。

［冷凍板の構成］
次に、冷凍板２０ａ，２０ｂの構成について説明する。なお、以下では２つの冷凍板２０ａ，２０ｂを総称して、冷凍板２０として示す。図４は、本実施形態に係る冷凍板２０を示す斜視図、図５は冷凍板２０の内部構成を示す平面図、図６は図５におけるＢ－Ｂ断面図である。

図４、図５に示すように、冷凍板２０は、周囲がフランジ部とされ全体がフランジ部に対して浅く窪んだ形状（トレイ形状と称することもある）を有する２枚の外板２２，２３を付き合わせて接合した容器２４を有している。各外板２２，２３は、例えばアルミニウムの板をプレス成形して形成することができる。各外板２２，２３の外周にはフランジ部２２ａ，２３ａが形成されている。

図６に示すように、容器２４は、２つの外板２２，２３の各フランジ部２２ａ，２３ａの面同士を付き合わせ、シーム溶接により全周溶接することで密閉構造に形成している。また、図４、図５に示すように、冷凍板２０の容器２４は平面視で略矩形状に形成されている。各冷凍板２０の平面部２１ａには、外板２２，２３の外側に向かって凸となるエンボス部２１ｂが形成されている。各冷凍板２０の平面部２１ａとエンボス部２１ｂが、冷凍板２０が蓄冷された際に保冷コンテナ１００内に放冷する熱の貫流面となる。

また、図５に示すように、容器２４の一つの辺（図５では、上辺）には、容器２４内にブラインを供給する入口ソケット３５、及び容器２４内からブラインを排出するための出口ソケット３６が設けられている。入口ソケット３５は、後述するブライン配管３１の入口に設けられて外部よりブラインを導入する。出口ソケット３６は、ブライン配管３１の出口に設けられて外部にブラインを排出する。

以下では、前記矩形状の長手方向をＸ軸方向とし、短手方向（矩形平面上でＸ軸方向と直交する方向）をＹ軸方向とし、矩形平面（Ｘ－Ｙ平面）に直交する方向（垂直方向）をＺ軸方向として説明する。

容器２４内には、ブライン配管３１が配置されている。ブライン配管３１は、例えばアルミニウムで構成されている。また、容器２４内には蓄冷材３８が蓄冷材封入口２７（図４参照）より充填されている。蓄冷材３８は、特定の凝固温度を持ち、ブラインにより冷却されると凝固し、そのとき凝固熱を奪われる。保冷コンテナ１００の輸送時には、蓄冷材３８は融解し、その融解熱（冷熱）によりコンテナ内を一定温度に保つことができる。

本実施形態のブライン配管３１は、冷凍板２０の外板接合部の近傍を一周する外周配管部３２と、冷凍板２０の外板接合部から一定の距離を隔てた内側をほぼ一定の間隔を保ちながら複数回往復する中央配管部３３と、の２つに分類される。すなわち、ブライン配管３１は、容器２４の外周部を周回するように配置される外周配管部３２と、容器２４の外周部の内側にある中央部に複数回折り返して往復するように配置される中央配管部３３とを有している。

外周配管部３２は、容器２４の一つの辺である第１の辺Ｌ１に沿ってＹ軸方向（図５の下方向）に向けて延在する第１の外周配管３２ａと、第１の外周配管３２ａの下流側端部から第２の辺Ｌ２に沿ってＸ軸方向（図５の左方向）に向けて延在する第２の外周配管３２ｂと、第２の外周配管３２ｂの下流側端部から第３の辺Ｌ３に沿ってＹ軸方向（図５の上方向）に向けて延在する第３の外周配管３２ｃと、第３の外周配管３２ｃの下流側端部から第４の辺Ｌ４に沿ってＸ軸方向（図５の右方向）に向けて延在する第４の外周配管３２ｄとを有して構成されている。このため、冷却されたブラインは、図５の向かって右側の入口ソケット３５より冷凍板２０内の外周配管部３２に導入され、冷凍板２０の外板接合部（フランジ部２２ａ，２３ａ）の近傍を外板接合部に沿って一周（図５では右回り）する。この外周配管部３２と外板接合部（フランジ部２２ａ，２３ａ）との間隔は、外周配管部３２の内径の約３分の１であり、外板接合部の形状に沿ってほぼ一定に保たれている。

図５に示される外周配管部３２の構成は、飽くまで一例であり、冷凍板２０の形状及び内部構造等に応じて適宜に変更することが可能である。

中央配管部３３は、少なくとも、Ｙ軸方向（図５の上下方向）に向けて延在する中央直線配管３３ａと、Ｕ字形状に折り曲げられている（すなわち、向きが反転している）中央折曲配管３３ｂと、を適宜に組み合わせて構成されている。このため、冷凍板２０の外板接合部（フランジ部２２ａ，２３ａ）に沿って一周したブラインは、冷凍板２０の中央部を冷却するために中央配管部３３に導入され、最後に冷却装置４０に戻るために、図５の向かって左側の出口ソケット３６より外部に排出される。

図５に示される中央配管部３３の構成は、飽くまで一例であり、冷凍板２０の形状及び内部構造等に応じて適宜に変更することが可能である。

外周配管部３２及び中央配管部３３は、内径が互いに同等となるように構成されている。また、冷凍板２０の断面図である図６から分かるように、外周配管部３２及び中央配管部３３は共に２枚の外板２２，２３の中間に配置されている。

また、容器２４内のＸ軸方向に向く長尺状の伝熱板３７が、複数（図示例では４個）設けられている。伝熱板３７は、例えばアルミニウム等の熱伝導率が高く且つ軽量の材料で形成されている。

複数の伝熱板３７によりブライン配管３１の隣接する配管部分（中央直線配管３３ａ）同士が固定されている。この伝熱板３７によるブライン配管３１の固定は、伝熱性の向上と振動対策とを兼ねている。特に、冷凍板２０の中央部において往復する中央配管部３３を交差する方向（Ｘ軸方向）に伝熱板３７で固定し、各配管（中央直線配管３３ａ）の温度差を平均化させ、冷凍板２０の中央部における温度ムラ（温度差）を低減することができる。

図５、図６に示すように、伝熱板３７は、本体部３７ａ及び側部３７ｂ，３７ｃからなる長尺形状に形成されている。本体部３７ａには、複数の挟持部ｈが形成されており、この挟持部ｈにはブライン配管３１が挟持されて固定されている。

また、図６に示すように、伝熱板３７の側部３７ｂ，３７ｃは、外板２２，２３の内面に対して平行に配置されており、且つこの内面に対して接触しておらず若干の距離を有して配置されている。側部３７ｂ，３７ｃが外板２２，２３の内面と少なくとも固着していないことにより、蓄冷材３８の凝固、融解の相変化時の体積変化により発生する冷凍板２０の応力集中を回避することができる。

また、入口ソケット３５及び出口ソケット３６は、図３に示したように保冷コンテナ１００内に設けられた導入配管２５に接続され、導入配管２５を経由して接続ソケット１７ａ，１７ｂに接続されている。

したがって、接続ソケット１７ａ，１７ｂを冷却装置４０（図７参照）に接続し、接続ソケット１７ａより冷却されたブラインを導入すると、このブラインは、導入配管２５、入口ソケット３５を経由してブライン配管３１に導入される。また、ブライン配管３１より排出されるブラインは、出口ソケット３６、導入配管２５、接続ソケット１７ｂを経由して冷却装置４０に戻されることになる。

さらに、前述のように容器２４内には蓄冷材３８が蓄冷材封入口２７（図４参照）より充填されている。したがって、ブライン配管３１にブラインが流れると、ブライン配管３１及び伝熱板３７がブラインにより冷却され、ひいては、蓄冷材３８を冷却することができる。

なお、前述の例では、保冷コンテナ１００の天井部１１ａの近傍に冷凍板２０を配置する例について説明したが、例えば、保冷コンテナ１００の側壁の近傍に配置する構成とすることも可能である。

［冷却装置の構成］
前述の冷凍板２０を蓄冷するために、冷却装置４０を用いることができる。図７は、保冷コンテナ１００、及び該保冷コンテナ１００に連結する冷却装置４０におけるブライン及び冷媒の流れを示すフロー図である。

図７に示すように、冷却装置４０は、例えば、圧縮機４１と、凝縮器４４と、膨張弁４３と、蒸発器４２と、ポンプ４６と、ブラインタンク４７とを備えている。

圧縮機４１は冷媒ガスを圧縮し、圧縮した冷媒ガスを吐出して凝縮器４４に供給する。冷媒は圧力が高くなるとそれに伴って温度も高くなる。そのため、圧縮機４１より出力される圧縮後の冷媒ガスは高温、高圧の状態となっている。

凝縮器４４にはファン４５が設けられており、ファン４５を回転駆動させることにより、凝縮器４４で圧縮された冷媒ガスの温度を低下させる。凝縮器４４より出力された冷媒ガスは膨張弁４３に供給される。膨張弁４３は冷媒の圧力を減圧させ、冷媒を膨張させる。

膨張弁４３より出力される冷媒ガスは、例えばプレート式熱交換器等の蒸発器４２の冷媒側流路に供給され、該蒸発器４２のブライン側流路を流れるブラインと熱交換する。すなわち、冷媒によりブラインを冷却する。

蒸発器４２を通過した冷媒は、ブラインと熱交換することにより温度が上昇する。その後、圧縮機４１に戻される。

その一方、ブラインタンク４７にはブラインが蓄積されており、ポンプ４６により蒸発器４２のブライン側流路に供給される。蒸発器４２に供給されたブラインは、冷媒側流路を流れる冷媒との間で熱交換して温度が低下する。温度が低下したブラインは、接続ソケット４８ａを経由して冷凍板２０の入口ソケット３５から冷凍板２０の内部に供給される。また、冷凍板２０の出口ソケット３６より排出されたブラインは、接続ソケット４８ｂを介してブラインタンク４７に戻される。

そして、前述の構成を有する冷却装置４０を用いることにより、冷却したブラインを冷凍板２０内に供給することが可能となる。

［作用効果等］
以下に、本実施形態による作用効果を説明する。

（１）本実施形態に係る冷凍板２０は、蓄冷材３８が充填されて密閉された容器２４と、容器２４内に設けられ、ブラインを流して蓄冷材３８を冷却するブライン配管３１と、を備える。また、冷凍板２０は、ブライン配管３１の入口に設けられ、外部よりブラインを導入する入口ソケット３５と、ブライン配管３１の出口に設けられ、外部にブラインを排出する出口ソケット３６と、を備える。ブライン配管は、入口ソケット３５に接続され、容器２４の外周部を周回するように配置される外周配管部３２と、外周配管部３２と出口ソケット３６との間に接続され、容器２４の外周部の内側にある中央部に複数回折り返して往復するように配置される中央配管部３３と、を有する。

本実施形態の冷凍板２０では、ブラインを冷却装置４０により導入し、先ず冷凍板２０の周端部のフランジ部２２ａ，２３ａの近傍を一周し、次に冷凍板２０の中央部分を通過するようにブライン配管３１を配置している。このため、温度の低いブラインにより、先ず冷凍板２０の周端部が冷却され、この周端部より蓄冷材３８の凝固が始まる。最後に冷凍板２０の周端部の内側にある中央部分が冷却され、この中央部分の蓄冷材３８が凝固することになる。このため、凝固時の蓄冷材３８の膨張歪みが冷凍板２０の周端部に集中することを抑制することができ、冷凍板２０の外板２２，２３の変形を抑制することができる。

（２）冷凍板２０は、容器２４内に設けられ、ブライン配管３１の隣接する配管部分同士を固定し、ブライン配管３１の冷熱を蓄冷材３８に伝達する伝熱板３７を備える。

冷凍板２０の中央部分では、ブライン配管３１を往復するように配置し、ブラインの流れ方向と交差する方向の伝熱板３７によりブライン配管３１の隣接する配管部分（中央直線配管３３ａ）同士を固定している。このため、ブラインの部分的な温度差に影響されず、ほぼ同じ温度にて蓄冷材３８を凝固させることができる。また、蓄冷材３８の膨張歪みを最後に冷凍板２０の中央部分に集中させるようにすることができ、冷凍板２０の外板２２，２３の変形を抑制することができる。

ところで、本発明の冷凍板は前述の実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。

２０冷凍板（蓄冷式冷凍板）
２４容器
３１ブライン配管
３２外周配管部
３３中央配管部
３５入口ソケット
３６出口ソケット
３７伝熱板
３８蓄冷材

Claims

蓄冷材が充填されて密閉された容器と、
前記容器内に設けられ、ブラインを流して前記蓄冷材を冷却するブライン配管と、
前記ブライン配管の入口に設けられ、外部よりブラインを導入する入口ソケットと、
前記ブライン配管の出口に設けられ、外部にブラインを排出する出口ソケットと、を備え、
前記ブライン配管は、
前記入口ソケットに接続され、前記容器の外周部を周回するように配置される外周配管部と、
前記外周配管部と前記出口ソケットとの間に接続され、前記容器の外周部の内側にある中央部に複数回折り返して往復するように配置される中央配管部と、を有する、
冷凍板。
前記容器内に設けられ、前記ブライン配管の隣接する配管部分同士を固定し、前記ブライン配管の冷熱を前記蓄冷材に伝達する伝熱板を備える、
請求項１に記載の冷凍板。