JP3712263B2 - 長期間にわたり貨物の冷凍状態を維持するための低メインテナンスシステム - Google Patents

Description

発明の背景
この発明は、長期間にわたり補充しない所定量の固体二酸化炭素により冷凍状態にある貨物を長期間にわたり維持するシステムに関する。
包囲体の貯蔵領域に直接か又は貯蔵領域に隣接する分離隔室かの何れか一方に固体二酸化炭素を置くこよにより断熱包囲体に収容した品物を冷却することは長い間実行されている。このようなシステムは、例えば下記の刊行物に開示されている。
米国特許第２，５０８，３８５号明細書、
米国特許第３，２０６，９４６号明細書、
米国特許第３，５６１，２２６号明細書、
米国特許第４，４９８，３０６号明細書、
米国特許第４，５０２，２９３号明細書、
米国特許第４，５９３，５３６号明細書、
米国特許第４，７０４，８７６号明細書、
米国特許第４，７６１，９６９号明細書、
米国特許第４，７６６，７３２号明細書、
米国特許第４，８２５，６６６号明細書、
米国特許第４，８９１，９５４号明細書、
米国特許第５，１６８，７１７号明細書、
米国冷凍食品会社、“極低温貯蔵を必要とする鉄道車両プロジェクト、実行委員会要約報告書”（Cryogenic Railcar Project,Executive Summary Report）、１９８５年３月。
上記のシステムは、特に鉄道車両による冷凍物品の輸送に適切であり、ここにおいては輸送前に鉄道車両の頂部のバンカ（bunker）に所定量の固体二酸化炭素を置き、バンカ床を介し貨物から、そして鉄道車両の屋根を介し周囲の環境から徐々に熱を受取り、この熱が昇華のプロセスにより固体二酸化炭素をガスに変換する。バンカから貨物領域にガスが通気され、ガスは循環して貨物を冷却し、その後外気に排気される。このようなシステムにおいて、先に揚げた米国特許第４，５０２，２９３号、第４，５９３，５３６号、第４，７０４，８７６号、第４，７６１，９６９号それぞれの明細書で例証されているように、二酸化炭素収容バンカの床を断熱して貨物の過冷却を回避するため二酸化炭素に対する貨物からの直接熱伝達を制限することは共通の慣例である。このことは、熱シンクとして有利に機能する鉄道車両の重いスチール構造に加え、貨物が徐々に暖まる結果生じる現実上のより短い期間（固体二酸化炭素の完全消耗まで）で発生する二酸化炭素昇華で、１２日から１５日相当の期間まで二酸化炭素を補充しないで貨物を冷凍状態に維持する期間を延長させる効果を有している。本願発明者により１９９１年に商業的に使用され部分修正した鉄道車両は、例えば、断熱したとはいえ１時間当り、１平方フィート当り、バンカ床の頂部と底部との間の温度差１°Ｆ当り、０．０８BTUより大きな熱伝達率を有する二酸化炭素バンカ床を採用して、１２日の期間にわたり貨物の十分な冷凍状態を維持することができた。このときは貨物が徐々に暖まる結果、環境温度次第であったが７日から９日の後固体二酸化炭素が完全に消耗した。
以前に達成されなかったか、又は使用可能と考えられなかったことは、限定された補充しない量の固体二酸化炭素を用いて冷凍期間を極めてより長くすることを達成することであり、そしてこのような期間を達成するのに鉄道車両の重いスチールの熱シンク特性を必要としないことである。それにもかかわらずより長い輸送、特に太平洋横断輸送のため上記のような低メインテナンスの冷却システムに対する大きな要望が存在する。
この発明の要約
この発明は、昇華が少なくとも１５日の期間を超えるように、断熱仕切り体により貨物収容部分から分離した断熱包囲体の二酸化炭素収容部分に、初期に置いて限定された量の固体二酸化炭素を用いることにより、長期間、望ましくは３０日以上にわたって貨物を冷凍状態に維持するためのシステムを提供するものである。鉄道車両にこの発明を用いることはこの発明の範囲内にあるが、むしろ鉄道車両より大幅により軽量で、より著しく小さな熱シンク容量を有する積み重ね自在な貨物運搬コンテナに採用するのがより有利である。このように非常に長い冷凍期間はこのタイプのシステムにとって独自のものであり、輸送期間中に何ら外部からのパワーも、二酸化炭素の補充も必要とせず、通常の太平洋横断の輸送時間のみならず、出発地点及び目的地点それぞれで発生し勝ちな積み込み遅れ及び荷下ろし遅れを十分受け入れる。
この発明は、二酸化炭素を補充せずにこのように長い冷凍期間を達成するには、過去に妥当と考えられていたものよりも、より高度に断熱した仕切り体を必要とし、包囲体二酸化炭素収容部分を貨物収容部分から分離する一方、それでもやはり仕切り体の断熱を制限するので過剰とはならない。この発明によれば、仕切り体の断熱は、初期の固体二酸化炭素の配置が完了した後、包囲体の貨物収容部分に通気される二酸化炭素ガスに貨物から熱が伝達される率より大きな、仕切り体を横切る熱伝達率を与えるようにしなければならない。しかしこの熱伝達率は、１時間当り、１平方フィート当り、仕切り体の対面側の間の温度差１°Ｆ当りで０．０８BTU以下でなければならない。熱伝達率がこの限度を下回ると、過剰な断熱により二酸化炭素による貨物の冷却が不十分になり勝ちとなる一方、熱伝達率がこの限度を上回ると、二酸化炭素の過度な昇華率により、貨物の冷却期間が不足し勝ちとなる。
またこの発明による、限定して補充しない二酸化炭素冷却システムは、鉄道車両のように積み重ねない輸送用包囲体に対抗させるものとして、貨物運搬コンテナを垂直に積み重ねて用いるならば、特に長い冷却期間を得ることができる。通常、鉄道車両における固体二酸化炭素の冷却容量の大部分は、鉄道車両の屋根を介し周囲から二酸化炭素包囲体に熱が吸収されることにより無駄に使い果たされる。しかし積み重ね可能なコンテナを使用すれば、屋根の熱遮蔽により積み重ねによる屋根を介しての無駄な熱吸収は大幅に低減する。露出した屋根を有する最上段のコンテナですら、その直下の他の冷凍コンテナがもたらす遮蔽によりコンテナの床を介した熱吸収がより少なくなることでやはり無駄な熱吸収は少なくとも一部分が埋め合わせられる。同様に、このような積み重ね可能なコンテナは、互いに近接、密着させて縦横並びに配置することが可能であるから、側部及び端部を介する周囲からの熱吸収を制限することができ、これにより冷凍期間を最大にすることが可能となる。
この発明の前述した目的、特徴及び利点を、その他の諸点も含め、以下添付図面に基づきこの発明を詳細に説明することでより一層明らかにする。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明による構成を有する積み重ね自在の貨物運搬コンテナの一実施例の側面図である。
図２は、コンテナへ貨物を積込むための入り口ドアを示す、図１のコンテナの拡大正面図である。
図３は、二酸化炭素の充てん及び排出組立体を示す、図１のコンテナの拡大背面図である。
図４は、図３に示す充てん及び排出組立体の拡大詳細図である。
図５は、図１の５−５線に沿う拡大断面図である。
図６は、図１の６−６線に沿う一部拡大断面図である。
図７は、図３の７−７線に沿う一部拡大断面図である。
図８は、船のデッキに積荷中の、図１に示すタイプの多数のコンテナの一部斜視図である。
好適実施例の詳細な説明
この発明に好適に適用し得る典型的実施例のコンテナは、全体を符号１０で示すように、頂部１２、底部１４、側部１６、閉め切りの端部１８及びドア２２をもつ開閉自在な端部２０を有する横長の概略長方形の包囲体を備える。コンテナ１０の長手方向に沿って間隔をおき支柱２４を配置し、この支柱２４が頂部１２を支持すると共に、図８に示すように互いに頂部に積み重ね得るように多数個のコンテナ１０を支持する。コンテナ１０を上下関係で積み重ねるか、横並びもしくは縦並びの関係で積み重ねるとき、それぞれのコンテナを安定に固定するため従来のロック部材を使用することができる。コンテナのサイズが異なる場合もあるが典型的コンテナ１０は、９．５フィートの内部高さと８フィートの内部幅とをもつ長さ４０フィートの標準品である。
図５、６、７を参照して、コンテナ１０は包囲体容積の大部分を占める貨物収容部分２８と、包囲体容積の小部分を占める二酸化炭素収容庫（バンカ、bunker）部分３０とを備える。コンテナの内側に沿って縦方向に延びる金属アングル筋により支持した多数枚のバンカ床パネル３２ａ（図６参照）からなる水平絶縁仕切り壁３２により部分２８、３０を分離する。好適にはバンカ部分３０の内部垂直高さは約１３インチである。各パネルはそれに形成した穴３６、３８を有し、二酸化炭素ガスをバンカ部分３０から貨物収容部分２８へ通気させる。後述するように両穴を介しての二酸化炭素の最初の注入は急速に、その後バンカ部分３０に固体二酸化炭素として貯蔵する期間は緩やかに昇華する。二酸化炭素ガスは通気穴３６、３８を経てバンカ部３０から貨物収容部２８に注入されるので、深さが約１／２インチの一連の垂直チャネル４０（図６参照）を経てガスはコンテナの内部側面を流れ下り、そして高さ約１インチの分流体４４の間に形成される縦方向に延びるチャネル４２を経て貨物の下方を流れる。チャネル４２及び分流体４４は市場で入手可能な、例えばSouth Dakota YanktonのAlumax Extrusions,Ink.製の標準冷凍床の適合部分である。ガスが貨物の側面及び底の周りを流れ、貨物を冷却した後、二酸化炭素ガスはコンテナの端部１８におけるバッフル４６（図７参照）の背後を通過することによりに排気され、そこから端部１８に取付けた二酸化炭素充てん及び排気組立体５０に形成した排気穴４８を経てコンテナの外部に排気される。
図３、４に示すように、充てん及び排気組立体５０は、コンテナ１０の内部温度をモニタする温度ゲージ５２と、直径約１．５インチの銅製充てんパイプ５８をもつ一対のボールバルブ５６ａ、５６ｂの間で連絡する二酸化炭素注入備品５４とを備える。コンテナ１０の頂部１２内部表面に沿って中央で縦方向に延びるパイプ５８部分は二酸化炭素をバンカ部分３０に注入するための穴６０（図７参照）を間隔をおいて備える。コンテナ１０に貨物を積み込んだ後、ドア２２を閉じ、上方バルブ５６ａを開き、下方バルブ５６ｂを閉じて加圧下の二酸化炭素源を備品５４に連結する。その後二酸化炭素はパイプ５８を通り穴６０を介しバンカ部分３０に流れ込むので、二酸化炭素のほぼ半分は穴３６、３８、貨物周囲のチャネル４０、４２を通り注入され、排気穴４８から排出される一方、残余の二酸化炭素は固体二酸化炭素小片として仕切りパネル３２ａの上部表面に堆積する。好適には各穴３６、３８の周囲にダム３６ａ、３８ａを設け、本発明に組み入れている米国特許第４，８９１，９５４号明細書（Thomsen）が開示しているように、固体二酸化炭素小片が穴を塞ぎ、正常な注入を阻害することがないようにする。特に初期の二酸化炭素注入処置の間、バンカ部分３０内の過大な圧力を阻止するため十分な流入の制御は極めて重要である。このような過大圧力はバンカ床パネル３２ａを破損し、部分２８と部分３０との間のコンテナの臨界的熱交換特性を変え、このことは適正冷却の維持を阻害する。加えてダム３６ａ、３８ａにより穴塞ぎ防止を可能としても、初期の二酸化炭素注入処理の間にパネル破損の阻止を確実にするため、二酸化炭素の注入割合は、後述するように構成したパネル３２ａに対し、１分当り、通気穴３６、３８を合せた１平方インチ当り、液体二酸化炭素を０．４２ポンド以下としなければならない。
好適には、コンテナ１０の頂部、底部、側部及び端部に配置する断熱材は、コンテナ１０の頂部、底部及び端部が厚さ６インチのポリウレタンフォーム６２、側部に沿っては厚さ５インチの上記と同じポリウレタンフォーム６２の断熱材のように一様ではない。フォーム６２は耐吸水性で、１フィート立方当り約２ポンドの比重を有する閉鎖セルタイプのものが望ましい。このフォームは吹き付け又は注入により形成する。変形例としてポリスチレンの閉鎖セルフォームを使用することもできる。フォーム断熱材の内側をファイバーグラス補強のプラスチックシート６４で仕上げるのが望ましい。
バンカパネル３２ａの構造は、貯蔵期間の間は補充されない限定された初期の固体二酸化炭素を用いて長い貯蔵期間にわたり貨物の冷却を保持し得るか否かを決定ずける重要な要素である。この発明によれば、パネル３２ａ及び穴３６、３８の結合領域の断熱は、バンカ部分３０に対する二酸化炭素の初期注入が完了した後、コンテナの貨物収容部分に発散される二酸化炭素ガスに対し熱が貨物から伝達される率より大きな熱伝達率を仕切り体３２に付与するようにしなければならないが、１時間当り、仕切り体面積の１平方フィート当り、仕切り体３２の両側の間の温度差の１°Ｆ当り０．０８ＢＴＵ以下の熱伝達率でなければならない。この限度を下回る熱伝達率は、過度の断熱により、二酸化炭素による貨物の冷却が不十分になる一方、この限度を上回る熱伝達率は、不十分な断熱により、固体二酸化炭素の過度の昇華率により貨物を冷却する期間が不足する。この範囲内の熱伝達率は固体二酸化炭素が完全になくなるまで少なくとも１５日間にわたり固体二酸化炭素を昇華し続けさせることを可能とし、３０日以上の冷却期間を可能とする。
コンテナ外側の主たる領域、特に両側及び底部の少なくとも一方が他の同様なコンテナと接触させず、むしろ環境にさらすと、貨物収容部分２８からバンカ部分３０までの断熱仕切り体３２を経る熱伝達は、コンテナの外側から貨物収容部分２８に熱が伝達される貯蔵期間にわたる平均時間率より少ない、貯蔵期間にわたる平均時間率であることがさらに望ましい。
先に述べた目的を達成するため、典型的なコンテナ１０においては、仕切り体３２の各パネル３２ａは、１立方フィート当り２ポンドの比重と２インチの厚さを有する閉鎖セルポリウレタンフォーム６６（吹き付け又は注入）を、厚さ３／１６インチのファイバーグラス補強プラスチックシート６８の間で挟んだ構成とするのが望ましい。好適には各シートの両側を白色のゲルコートで仕上げし、パネル３２ａの上部表面のみは純粋な樹脂で仕上げする。全部で１０枚の各パネル３２ａは４８×４８インチの寸法で、３×６インチの４個の通気穴３６と、３×１０インチの４個の通気穴３８とを有する。
使用にあたり、コンテナ１０に、例えば４２０００〜４３０００ポンドの冷凍フレンチフライ又は他の冷凍食品を積み込み、ドア２２を閉じ、そしてパネル３２ａの破損を回避するため、望ましくは１分当り約８００ポンドを超えない割合でパイプ５８を介しバンカ部分３０に初期に２２０００ポンドの液体二酸化炭素を注入する。初期の注入の間、二酸化炭素の約半分はガス状態になり、このガスは通気穴３６、３８を介し貨物収容部分２８に排出され、収容部分２８から貨物の周囲及び下方に流れ、排気穴４８を経てコンテナの外部に流れる。初期の二酸化炭素注入が完了した後、上部バルブ５６ａを閉じ、コンテナ１０は何らの配慮を必要とせず３０日以上の期間にわたり輸送される。その間たとえ全てのコンテナの外側表面が周囲温度にさらされても貨物を十分な冷却状態に維持する。変形例としてこのような多数個のコンテナを、図８に示すように互いに近接させて上下縦横並びに積み重ねたとしても、上記初期量の二酸化炭素を各コンテナに注入すれば極めて長期間に及ぶ冷却を得ることが可能である。
この明細書に用いた術語及び表現は記述上の用語であり制限を受けるものでなく、このような術語及び表現を使用するにあたり、図示し記述した特徴又はその部分に相当するものを除外する意図はなく、この発明の技術範囲は以降の請求の範囲によってのみ明示され限定されるものである。

Claims (7)

1. 概略長方形の形状を有し積み重ね可能な貨物運搬コンテナであり、他の貨物運搬コンテナの上方で支持可能か又は下方で支持可能な貨物運搬コンテナにおいて、
   収容容積の大部分を占める貨物収容部分及び収容容積の小部分をを占める二酸化炭素収容部分を有する断熱包囲体と、前記貨物収容部分と前記二酸化炭素収容部分との間の断熱仕切り体と、前記二酸化炭素収容部分から前記貨物収容部分に二酸化炭素ガスを通気させるため前記断熱仕切り体を貫通して延びる通気穴とを有し、前記仕切り体を、前記仕切り体に直接接するそれぞれの位置で測定して、前記貨物収容部分と前記二酸化炭素収容部分との間の温度差が１°Ｆにつき１時間及び、熱伝達に垂直な面積の１平方フィート当り０．０８BTU以下の熱伝達率、即ち、前記温度差が１℃につき、１時間及び熱伝達に直交する面積の一平方メートル当り１．６３ジュール以下の熱伝達率で断熱して成ることを特徴とする貨物運搬コンテナ。
2. 前記仕切り体を、前記コンテナの頂部の近傍でコンテナの内部をほぼ水平に横切って配設する請求項１に記載したコンテナ。
3. 冷凍状態にある貨物を長い期間にわたり維持する方法において、
   （ａ）少なくとも一対の、互いに頂部で垂直に積み重ね可能な概略長方形の形状を有する断熱された貨物運搬コンテナを備え、各コンテナは前記コンテナ容積の大部分を占める貨物収容部分及び前記コンテナ容積の小部分を占める二酸化炭素収容部分を有し；
   （ｂ）各コンテナの前記貨物収容部分と前記二酸化炭素収容部分との間に断熱仕切り体を備え；
   （ｃ）各コンテナの前記貨物収容部分に前記貨物を据え、各コンテナの前記二酸化炭素収容部分に固体二酸化炭素を置き；
   （ｄ）ステップ（ｃ）が完了した後、各コンテナの前記二酸化炭素収容部分の固体二酸化炭素を二酸化炭素ガスに変換し、その間に各コンテナの外側から各コンテナの前記貨物収容部分に熱を伝達させ；
   （ｅ）ステップ（ｄ）と同時に、各コンテナの前記二酸化炭素収容部分から各コンテナの前記貨物収容部分に二酸化炭素ガスを通気させ、これにより前記貨物収容部分の内から前記二酸化炭素ガスに熱を伝達させ；、更に、ステップ（ｄ）と同時に、前記貨物収容部分の内から前記断熱仕切り体を介し、ステップ（ｅ）における前記二酸化炭素ガスに熱が伝達される率より大きな率で各コンテナの前記二酸化炭素収容部分に熱を伝達させ、しかもこの率は前記仕切り体に直接接するそれぞれの位置で測定して前記貨物収容部分と前記二酸化炭素収容部分との間の温度差の１°Ｆにつき１時間及び熱伝達に垂直な面積の１平方フィート当り０．０８BTU以下、即ち、前記温度差が１℃につき、１時間及び熱伝達に直交する面積の一平方メートル当り１．６３ジュール以下の熱伝達率とし、
   （ｆ）前記固体二酸化炭素の補充をすることなしに少なくとも１５日の期間にわたりステップ（ｄ）、（ｅ）を行うことを可能にするのに十分な量の固体二酸化炭素を前記二酸化炭素収容部分に配置する
   ことよりなる方法。
4. 頂部近傍の前記コンテナの内部をほぼ水平に横切る前記断熱仕切り体を設ける請求項３に記載した方法。
5. 前記コンテナの他の頂部に少なくとも１個の前記コンテナを積み重ねる請求項３に記載した方法。
6. 前記コンテナを互いに近接させて縦横並びに置く請求項３に記載した方法。
7. ステップ（ｄ）において前記１個のコンテナの外側から前記貨物収容部分に熱を伝達する平均時間率よりも少ない平均時間率にて、前記絶縁仕切り体を介し前記貨物収容部分から前記二酸化炭素収容部分に熱を伝達する請求項３に記載した方法。

Images