JP6264761B2 - 超低温用自動保管システム - Google Patents

Description

本発明は、ワークを超低温で保管する超低温用自動保管システムに関する。

従来、複数のワークを保温しながら保管し、ワークの入出庫を搬送装置が行う自動倉庫（無人倉庫）が普及している。特に、バイオ医薬の原料などは、多品種少量生産の場合があることから、入出庫の管理が煩雑となり、人手を介した入出庫では誤った原料が取得されるおそれがある。そのため、バイオ医薬用の自動倉庫の開発が望まれる。しかし、バイオ医薬の原料や製品は、−４０〜−１００℃といった超低温で保管されており、超低温に維持された保管庫内において、このようなワークを搬送する搬送装置の電気素子やアクチュエータが正常に機能しないことがある。

そこで、保管庫内に設けられた保温ボックスによって、搬送装置が正常に機能する温度に搬送装置を保温する技術が提案されている（例えば特許文献１）。さらに、ワークを吊り下げて保持する保持部を保管庫内に設け、保持部を駆動させ、保持部に保持されたワークを搬送する駆動用モータを保管庫外に設ける技術が開示されている（例えば特許文献２）。

また、バイオ医薬の原料などは、ワークごとに異なる温度で保管する場合がある。このような温度管理の技術としては、例えば、保冷された保管庫内において、ワークごとに個別の容器に収容し、容器に設けられたファンによって、保管庫内の冷気を容器内に送風し、ワークを加圧冷却する自動倉庫が公開されている（例えば特許文献３）。

特許第４４３８４９１号公報 特開２００２−１２８２１２号公報 特開２０１２−５６６５９号公報

上記のように、ワークを超低温に保温しながら保管する自動倉庫を開発する場合、ワークを搬送する搬送装置には、特許文献１、２に示されるような対策が必要となる。そのため、部品点数が増えたり、汎用的な搬送装置を用いることができなかったりして、製造コストが高くなってしまう。

また、バイオ医薬の原料などは、自動倉庫から出庫された後も、利用されるまでに厳密な温度管理が必要となる場合が多い。特許文献３に記載の自動倉庫においては、ワークごとの温度管理が可能となるものの、入出庫前後のワークの温度管理は不可能であった。

さらに、特許文献１〜３のいずれの技術においても、ワークの入出庫のたびに保管庫内に外気が流入するため、特に、保管庫を超低温に冷却する場合、熱損失が大きくなってしまう。

本発明の目的は、熱損失を抑制し、製造コストを抑えるとともに、入出庫におけるワークの温度を管理することが可能な超低温用自動保管システムを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の超低温用自動保管システムは、内部にワークを収容する内部空間が形成された真空断熱材と、内部空間を冷却する冷却部と、給電された電力を蓄電するとともに冷却部に電力を供給するバッテリ部と、冷却部を制御する個別制御部と、を含み、搬送可能な複数の小型冷凍庫と、小型冷凍庫を搬送する搬送部と、搬送部によって小型冷凍庫を搬入可能または搬出可能に保管する保管庫と、保管庫に設けられ、バッテリ部に電力を給電する給電部と、搬送部の搬送を制御する全体制御部と、を備え、全体制御部は、小型冷凍庫にワークが冷凍保管される時間よりも前に、内部空間の温度を第１温度まで低下させ、ワークが内部空間に収容された後に、内部空間の温度を、第１温度よりも低い第２温度まで低下させることを特徴とする。

全体制御部は、小型冷凍庫の個別制御部に、冷却部の制御指示を伝達可能に構成されてもよい。

小型冷凍庫は、内部空間の温度を測定する温度センサと、温度センサが測定した内部空間の温度の温度履歴を生成し、記憶部に記憶する履歴生成部と、をさらに備えてもよい。

給電部は、バッテリ部に対して非接触で送電する非接触送電機構で構成され、小型冷凍庫は、給電部からの電力を非接触で受電する非接触受電機構で構成される受電部をさらに備えてもよい。

本発明によれば、熱損失を抑制し、製造コストを抑えるとともに、出庫後のワークの温度を管理することができる。

超低温用自動保管システムの構造を説明するための説明図である。 超低温用自動保管システムの機能ブロック図である。 小型冷凍庫の構造を説明するための説明図である。 小型冷凍庫の機能ブロック図である。 ワークの収容率と流入熱量の関係を説明するための説明図である。 全体制御部の制御処理の流れを示したフローチャートである。 入庫前後の内部空間の温度遷移を説明するための説明図である。 第１変形例における小型冷凍庫の構造を説明するための説明図である。 第２変形例における小型冷凍庫の構造を説明するための説明図である。 第３変形例における小型冷凍庫の構造を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

従来の冷凍機能付きの自動倉庫の保管温度が、大凡、冷凍工学の分野における低温であるのに対して、バイオ医薬の原料などのワークは、冷凍工学の分野における超低温で保管する必要があるため、単純に冷凍機の出力を大きくしただけでは、熱損失の増加や、ワークの搬送装置が正常に機能しないなどの課題があった。低温は、−２０〜−４０℃と定義され、超低温は、−４０〜−１００℃と定義される。以下の実施形態の超低温用自動保管システムは、このような課題を解決し、バイオ医薬の原料などのワークを、超低温で保管し、温度管理や入出庫を自動的に行うことができる。

（超低温用自動保管システム１００）
図１は、超低温用自動保管システム１００の構造を説明するための説明図であり、図１（ａ）には、超低温用自動保管システム１００の正面図を示し、図１（ｂ）には、超低温用自動保管システム１００における図１（ａ）のＩ（ｂ）‐Ｉ（ｂ）線断面を示す。以下の説明では、超低温用自動保管システム１００について、図１（ｂ）の左側が前側、右側が後側とする。また、図１（ａ）においては、理解を容易とするため、後述する保管庫１０２の前側の壁と、後述する搬送台１３０の図示を省略する。

図１に示すように、超低温用自動保管システム１００は、保管庫１０２を備えている。保管庫１０２は、超低温用自動保管システム１００の外郭、すなわち、超低温用自動保管システム１００のうち、図１（ａ）、（ｂ）中、上側に位置する上面、図１（ａ）中、左右両端側に位置する両側面、図１（ｂ）中、右端側に位置する後面、および、図１（ｂ）中、左端側に位置する前面で構成される。

保管庫１０２の上面には、ファンフィルタユニット１０４が複数配されている。ファンフィルタユニット１０４は、外気を吸入して、空気中に含まれる埃や微生物などを除去した後、保管庫１０２に流入させる。そのため、保管庫１０２内の雰囲気は清浄空気となっている。

保管庫１０２内には、保管棚１０６が設けられている。保管棚１０６は、例えば、スチールラックなどのフレーム構造の棚で構成され、鉛直方向に立設して配された鉛直パイプ１０６ａと、長手方向が水平方向となる向きに配された水平パイプ１０６ｂと、棚板１０６ｃとを含んで構成される。なお、鉛直パイプ１０６ａと水平パイプ１０６ｂの他に、トラス構造を形成して保管棚１０６を補強するパイプなどを設けてもよい。また、水平パイプ１０６ｂは、鉛直方向に離隔して複数配されるが、ここでは、理解を容易とするため、保管棚１０６の上面以外の部分に配された水平パイプ１０６ｂは図示を省略する。

棚板１０６ｃは、保管棚１０６の上面以外の部分に配された水平パイプ１０６ｂの上に載置されており、鉛直方向に離隔して等間隔に複数配されている。棚板１０６ｃと鉛直パイプ１０６ａによって、保管棚１０６の筐体内部が複数の収容空間Ｓに区分けされる。

保管棚１０６は、図１（ｂ）に示すように、前後方向の長さが、保管庫１０２の内部の前後方向の長さに対して大凡半分程度であって、保管庫１０２内部の後側に配されている。

図２は、超低温用自動保管システム１００の機能ブロック図である。以下、図１と図２を参照しながら、超低温用自動保管システム１００の説明を行う。

図２に示すように、超低温用自動保管システム１００は、第１バッテリ部１０８と、給電部１１０と、操作部１１２と、表示部１１４と、全体制御部１１６と、第１無線通信部１１８と、搬送部１２０と、小型冷凍庫２００とを含んで構成される。

第１バッテリ部１０８は、図１に示すように、最も鉛直下方に配された棚板１０６ｃのさらに下方に設けられ、不図示の電源部から供給された電力を蓄電する。そして、第１バッテリ部１０８は、停電時、補助用電源として機能する。

給電部１１０は、非接触送電機構で構成され、第１バッテリ部１０８および電源部と不図示の配線を介して電気的に接続されている。

操作部１１２は、キーボード、ポインティングデバイス、十字キー、ジョイスティック、表示部１１４に重畳されたタッチパネル等で構成され、作業者の操作入力を受け付ける。表示部１１４は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ(Electro Luminescence)ディスプレイ等で構成され、全体制御部１１６の制御に従って、操作メニュー画面などを表示する。

全体制御部１１６は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して超低温用自動保管システム１００全体を管理および制御する。具体的には、全体制御部１１６は、搬送部１２０による小型冷凍庫２００の搬送を制御する。

第１無線通信部１１８は、無線アンテナおよび無線通信回路によって構成され、小型冷凍庫２００の後述する第２無線通信部と無線通信を行う。全体制御部１１６は、第１無線通信部１１８を介して、例えば、小型冷凍庫２００の内部空間Ｃの設定温度などの制御指示を小型冷凍庫２００に伝達する。

搬送部１２０は、全体制御部１１６の制御に基づき、ワークＷを収容した小型冷凍庫２００の入庫や出庫を行う。具体的に、搬送部１２０は、走行台車１２２、レール１２４、昇降機１２６、ロボットアームなどで構成される。

走行台車１２２は、図１（ｂ）に示すように、前後方向の長さが、保管庫１０２の内部の前後方向の長さに対して大凡半分程度であって、保管庫１０２内部の前側の空間を、図１（ａ）中、左右方向に移動する。

走行台車１２２には、レール１２４が設けられている。レール１２４は、走行台車１２２の鉛直上方に、保管棚１０６の最上段を超える高さまで延在する。昇降機１２６は、モータなどの動力によってレール１２４に沿って昇降する。昇降機１２６に、ワークＷを収容した小型冷凍庫２００が載置された状態で昇降機１２６が昇降すると、昇降機１２６とともに小型冷凍庫２００が昇降する。小型冷凍庫２００については後に詳述する。

走行台車１２２および昇降機１２６の移動によって、昇降機１２６は、保管棚１０６のどの収容空間Ｓの前にも移動することができる。

保管庫１０２の前側には、小型冷凍庫２００の搬入および搬出に用いる搬送口１２８が設けられている。搬送口１２８は、昇降機１２６が最も下降した状態で、昇降機１２６に小型冷凍庫２００が載置された位置と対向する位置に形成されている。搬送口１２８は、不図示の開閉扉が開閉可能に設けられ、小型冷凍庫２００の搬入および搬出時に一時的に開けられる。

保管庫１０２の外部であって搬送口１２８の鉛直下方には、搬送台１３０が配されている。搬送台１３０は、搬送口１２８の下部と大凡高さが等しく面一となっている。小型冷凍庫２００を超低温用自動保管システム１００に入庫する場合、搬送台１３０に小型冷凍庫２００を載置すると、走行台車１２２が搬送口１２８に対向する位置まで移動する。搬送口１２８が開くと、昇降機１２６が最も下降した状態で、昇降機１２６に設けられた不図示のロボットアームが、小型冷凍庫２００を搬送台１３０から昇降機１２６の上に移動させる。

その後、走行台車１２２は、保管棚１０６のうち、小型冷凍庫２００を収容する収容空間Ｓがある列の前まで移動し、昇降機１２６が上昇して小型冷凍庫２００を収容空間Ｓに対向させる。そして、ロボットアームが小型冷凍庫２００を収容空間Ｓに移動させる。

一方、小型冷凍庫２００を超低温用自動保管システム１００から出庫させる場合、走行台車１２２は、保管棚１０６のうち、対象の小型冷凍庫２００が収容された収容空間Ｓがある列の前まで移動し、昇降機１２６が上昇して、その収容空間Ｓの下部に位置する棚板１０６ｃと同じ高さまで移動する。そして、昇降機１２６に設けられた不図示のロボットアームが、小型冷凍庫２００を棚板１０６ｃから昇降機１２６の上に移動させる。

そして、昇降機１２６が最も下降し、走行台車１２２が搬送口１２８に対向する位置まで移動した後、搬送口１２８が開き、ロボットアームが小型冷凍庫２００を搬送台１３０に移動させる。

このように、保管庫１０２は、搬送部１２０によって小型冷凍庫２００を搬入可能または搬出可能に保管する。

（小型冷凍庫２００）
図３は、小型冷凍庫２００の構造を説明するための説明図であり、図３（ａ）には、保管棚１０６の収容空間Ｓに小型冷凍庫２００が収容される前の状態を示し、図３（ｂ）には、保管棚１０６の収容空間Ｓに小型冷凍庫２００が収容された後の状態を示す。

図３（ａ）に示すように、小型冷凍庫２００は、筐体２０２が矩形に形成されており、比較的小型であることから搬送が容易である。筐体２０２は、ワークＷを搬入および搬出するための開口部２０２ａが設けられており、筐体２０２の外側に、開口部２０２ａを開閉するための収容扉２０２ｂが設けられている。例えば、ヒンジ機構２０２ｃなどによって、図３（ａ）に矢印で示す方向に回動する。ここでは、ヒンジ機構２０２ｃによって回動する収容扉２０２ｂが設けられる場合について説明したが、開口部２０２ａを開閉できれば、どのような開閉機構を設けてもよい。また、開口部２０２ａの位置は、筐体２０２の上側の壁部でもよいし、他のどの位置に設けてもよい。

また、筐体２０２の内部には、筐体２０２の開口部２０２ａを閉塞しない位置に、真空断熱材２０６が配されている。真空断熱材２０６は、内部にワークＷを収容する内部空間Ｃが形成されている。真空断熱材２０６を配することで、小型冷凍庫２００の冷却効率を大幅に向上することが可能となる。さらに、収容扉２０２ｂは、内部に不図示の真空断熱材が配されており、冷却効率の向上に寄与している。

真空断熱材２０６は、図３（ａ）中、筐体２０２の内部の左側に偏らせて配されており、筐体２０２の内部における真空断熱材２０６の右側には、冷却部２０８が配されている。

図４は、小型冷凍庫２００の機能ブロック図である。以下、図３と図４を参照しながら、小型冷凍庫２００の説明を行う。

図４に示すように、小型冷凍庫２００は、冷却部２０８と、受電部２１０と、第２バッテリ部２１２と、放熱器２１４と、温度センサ２１６と、記憶部２１８と、第２無線通信部２２０と、個別制御部２２２とを含んで構成される。

冷却部２０８は、冷凍機で構成され、冷媒を超低温まで冷却する能力を有する。真空断熱材２０６内であって内部空間Ｃの外側には、不図示の配管が埋設されており、冷却部２０８を介して冷媒が循環している。そのため、冷却部２０８で冷却された冷媒が配管を流通することで、内部空間Ｃが超低温まで冷却される。

保管棚１０６の棚板１０６ｃには、上述した給電部１１０が配されている。また、小型冷凍庫２００の筐体２０２の内部には、冷却部２０８の下側に受電部２１０が設けられている。

受電部２１０は、非接触受電機構で構成され、図３（ｂ）に示すように、小型冷凍庫２００が収容空間Ｓに収容されたとき、給電部１１０と受電部２１０とが、筐体２０２を挟んで対向する位置関係となり、給電部１１０から受電部２１０に効率的に電力が伝達される。

第２バッテリ部２１２は、冷却部２０８と同様に筐体２０２内に配されており、第２バッテリ部２１２と受電部２１０とは、不図示の配線を介して電気的に接続されている。そして、第２バッテリ部２１２は、給電部１１０および受電部２１０を介して、通常時には、電源部から給電された電力を蓄電し、停電時には、第１バッテリ部１０８から給電された電力を蓄電する。

このように、給電部１１０および受電部２１０によって、電力の非接触送電（受電）を行うことで、小型冷凍庫２００を収容空間Ｓに搬送するのみで、小型冷凍庫２００の第２バッテリ部２１２に対する給電を行うことができる。接触式の給電方式に比べ、非接触式の給電方式の方が、給電が遂行可能な位置の範囲が広く、確実に給電を行うことが可能であるため、送電側と受電側の水平位置のずれについての許容範囲が広い。また、非接触式の給電方式は、送電側と受電側の部品同士の接触がない分、金属端子の劣化も防止でき、接触式の給電方式よりも、部品の寿命が長く維持される。

そして、冷却部２０８は、上述したように、通常時は、受電部２１０から供給される電力によって動作し、受電部２１０からの電力供給がなくなると、第２バッテリ部２１２から供給される電力によって動作する。

放熱器２１４は、筐体２０２のうち、蓋部２０４と対向する面に対して逆側の面に、筐体２０２の外側から固定される。図３（ｂ）に示すように、小型冷凍庫２００が棚上で給電を行うことのできる位置へ設置されたとき、放熱器２１４は不図示の排気ダクトに対向する位置にくる。

放熱器２１４は、筐体２０２内部に配された冷却部２０８および受電部２１０と、筐体２０２を挟んで配され、冷却部２０８および受電部２１０から伝熱した熱を図３（ｂ）中、白抜き矢印の向きに排熱する。

温度センサ２１６は、真空断熱材２０６の内部空間Ｃ内に配されており、温度センサ２１６によって、内部空間Ｃの温度が測定可能となっている。温度センサ２１６の出力値は、個別制御部２２２に伝送される。

記憶部２１８は、フラッシュメモリ、不揮発性ＲＡＭ等で構成される。第２無線通信部２２０は、無線アンテナおよび半導体集積回路の一部である無線通信回路によって構成され、第１無線通信部１１８と無線通信を行う。

個別制御部２２２は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路によって構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して小型冷凍庫２００全体を管理および制御する。また、個別制御部２２２は、温度センサ２１６の出力値に基づいて冷却部２０８の出力を制御する。具体的には、個別制御部２２２は、第２無線通信部２２０を介して、全体制御部１１６からの制御指示を取得すると、温度センサ２１６の出力値が、制御指示に示される設定温度になるように、冷却部２０８に対して、例えば閉ループ制御を行う。

また、個別制御部２２２は、上記プログラムを動作させて、履歴生成部２２２ａとしても機能する。履歴生成部２２２ａは、温度センサ２１６が測定した内部空間Ｃの温度の温度履歴を生成し、記憶部２１８に記憶する。ここで、温度履歴は、温度センサ２１６の出力値を時系列にまとめたデータである。

履歴生成部２２２ａが記憶部２１８に温度履歴を記憶させる処理は、微小な消費電力で遂行できる。したがって、例えば、停電時や出庫時などにおいて、第２バッテリ部２１２のバッテリ残容量が少なくなり、冷却部２０８による冷却処理が遂行不可能となったとしても、履歴生成部２２２ａが記憶部２１８に温度履歴を記憶させる処理は継続できる。そのため、第２バッテリ部２１２のバッテリ残容量不足で、ワークＷの温度を上昇させてしまったとしても、記憶部２１８に記憶された温度履歴を確認することで、ワークＷの温度上昇がバイオ医薬の原料などとしての許容範囲であれば、ワークＷを廃棄せずに利用することが可能となる。

このように、小型冷凍庫２００は、それぞれが冷却部２０８を備えており、小型冷凍庫２００ごとに個別にワークＷを冷却することが可能となる。そのため、超低温用自動保管システム１００に保管されているワークＷの収容率によっては、超低温用自動保管システム１００全体を冷却する場合に比べて熱損失が大幅に抑制される。以下、超低温用自動保管システム１００の熱損失削減効果について、小型冷凍庫２００ごとにワークＷを冷却した場合と、従来のように、超低温用自動保管システム１００全体を一括して冷却した場合とを比較して示す。

（試算条件）
図５の試算は、下記の条件に基づいて算出した。
・室温：２０℃
・冷凍温度：−８０℃
・筐体２０２の大きさ：Ｗ０．５ｍ×Ｄ０．７ｍ×Ｈ０．１３ｍ
・保管棚１０６には、２０段×２５列×２個＝１０００個、小型冷凍庫２００を収容できる。

（小型冷凍庫２００を使って、複数のワークＷを個別に冷却した場合）
真空断熱材２０６について、熱伝導率λ=０．００２Ｗ／ｍＫ、厚さ０．０９５ｍとすると、熱抵抗は、４７．５ｍ^２Ｋ／Ｗとなる。また、筐体２０２の寸法を、幅０．５ｍ、長さ０．７ｍ、高さ０．１３ｍとすると、筐体２０２の表面積は、２．２４ｍ^２となる。

その結果、筐体２０２の外表面からの流入熱量は、（２０℃−（−８０℃））÷４７．５ｍ^２Ｋ／Ｗ×２．２４ｍ^２＝４．７Ｗとなる。超低温用自動保管システム１００に収容されている小型冷凍庫２００の数をＮ個とすると、超低温用自動保管システム１００に流入する熱量は、４．７Ｗ×Ｎ個となる。

（保管庫１０２内を冷却して、複数のワークＷを一括して冷却した場合）
収容空間Ｓの寸法は、幅＝０．７ｍ×２＋１ｍ＝２．４ｍ、長さ＝０．５ｍ×２５＝１２．５ｍ、高さ＝０．１３ｍ×２０＋１ｍ＝３．６ｍとする。ここで、収容空間Ｓの幅は、クレーンなどで小型冷凍庫２００を搬送するために、１ｍ余裕を持たせて計算している。

また、収容空間Ｓを構成する保管棚１０６と、保管庫１０２の外壁との間の隙間が０．５ｍとする。保管庫１０２の外壁は、発泡ウレタンなどの断熱材とし、熱伝導率λ＝０．０２４Ｗ／ｍＫ、厚さ０．２ｍとする。このとき、外壁の熱抵抗は、８．３３ｍ^２Ｋ／Ｗとなる。

また、保管庫１０２の床面にも発泡ウレタンなどの断熱材を配しているものとし、熱伝導率λ＝０．０２４Ｗ／ｍＫ、厚さ０．１ｍとする。このとき、床面の熱抵抗は、４．１７ｍ^２Ｋ／Ｗとなる。保管庫１０２の外壁の寸法を、幅３．８ｍ、長さ１３．９ｍ、高さ４．４ｍとすると、保管庫１０２の床面以外の外表面の面積は、２０８．６ｍ^２となる。また、床面の面積が５２．８ｍ^２となる。

その結果、保管庫１０２の外表面からの流入熱量は、（２０℃−（−８０℃））÷８．３３ｍ^２Ｋ／Ｗ×２０８．６ｍ^２＋（２０℃−（−８０℃））÷４．１７ｍ^２Ｋ／Ｗ×５２．８ｍ^２の計算によって導出され、大凡３．８ｋＷとなる。

ワークＷを個別冷却した場合と、一括冷却した場合の上記試算結果について、ワークＷの収容率を変化させて比較する。ここで、収容率は、超低温用自動保管システム１００に収容できるワークＷの総数に対する実際に超低温用自動保管システム１００に収容されているワークＷの数の比率である。

図５は、ワークＷの収容率と流入熱量の関係を説明するための説明図である。図５において、横軸はワークＷの収容率を示し、縦軸は、保管庫１０２に流入する熱量（熱損失）を示す。図５において、凡例ａは、ワークＷを個別冷却した例であって、凡例ｂは、ワークＷを一括冷却した例である。

図５に示すように、収容率が８２％程度を境に、収容率が少なくなるほど、個別冷却の方が流入熱量を抑制できる。このように、超低温用自動保管システム１００は、小型冷凍庫２００による個別冷却を行うため、大幅な効率向上を図ることが可能となる。

また、収容率が大きくなる場合であっても、一括冷却していると、ワークＷの入出庫の頻度が高くなると、その度に冷気が外部に逃げて熱損失が大きくなってしまう。しかし、本実施形態の超低温用自動保管システム１００では、個別冷却を行っているため、このような熱損失を回避することが可能となる。

さらに、上述したように、小型冷凍庫２００は、第２バッテリ部２１２を備えるため、出庫後も、バッテリの容量が残っている間、ワークＷを冷却することができる。そのため、出庫後のワークＷの温度を管理することが可能となる。

また、超低温用自動保管システム１００においては、上述した走行台車１２２、レール１２４、昇降機１２６、ロボットアームなどが駆動する空間は、超低温に冷却される必要がないので、これらの装置を保温するような特別な機構を要さず、コストを低減することが可能となる。

続いて、ワークＷの入庫および出庫における全体制御部１１６の制御処理の流れについて説明する。

図６は、全体制御部１１６の制御処理の流れを示したフローチャートである。図６に示すように、全体制御部１１６は、操作部１１２などを介して、ワークＷの入庫予定が入力されているか否かを判定する（Ｓ３００）。入庫予定があると（Ｓ３００におけるＹＥＳ）、全体制御部１１６は、入庫予定の対象となる小型冷凍庫２００の内部空間Ｃを冷却する第１冷却期間内であるか否かを判定する（Ｓ３０２）。

図７は、入庫前後の内部空間Ｃの温度遷移を説明するための説明図である。図７に示すように、第１冷却期間Ｔ_１は、実際にワークＷが小型冷凍庫２００に収容されて超低温用自動保管システム１００に入庫される時刻よりも前に設定される。第１冷却期間Ｔ_１は、入庫予定が設定された直後から開始してもよいし、ワークＷが入庫される時刻から、予め設定された時間分、前の時刻から開始してもよい。

第１冷却判定ステップＳ３０２において、第１冷却期間Ｔ_１内ではないと判定されると（Ｓ３０２におけるＮＯ）、第２冷却判定ステップＳ３０６に処理を移す。第１冷却期間Ｔ_１内であると判定されると（Ｓ３０２におけるＹＥＳ）、全体制御部１１６は、個別制御部２２２に制御指示を送信して、第１冷却期間Ｔ_１の終わりに第１温度Ａとなるように、小型冷凍庫２００の内部空間Ｃを冷却させる（Ｓ３０４）。そして、第２冷却判定ステップＳ３０６に処理を移す。ここで、第１温度Ａは、ワークＷを内部空間Ｃに収容する時点で、内部空間Ｃが到達すべき温度である。

続いて、全体制御部１１６は、入庫後の小型冷凍庫２００の内部空間Ｃを冷却する第２冷却期間Ｔ_２内であるか否かを判定する（Ｓ３０６）。第２冷却期間Ｔ_２は、小型冷凍庫２００の内部空間ＣにワークＷを収容した後から開始する。第２冷却期間Ｔ_２内でなければ（Ｓ３０６におけるＮＯ）、当該制御処理を終了する。第２冷却期間Ｔ_２内であれば（Ｓ３０６におけるＹＥＳ）、全体制御部１１６は、個別制御部２２２に制御指示を送信して、第２冷却期間Ｔ_２の終わりに第２温度Ｂとなるように、小型冷凍庫２００の内部空間Ｃを冷却させ（Ｓ３０８）、当該制御処理を終了する。ここで、第２温度Ｂは、ワークＷを冷凍保管する温度まで冷却するために、内部空間Ｃが到達すべき温度であり、第１温度Ａよりも低い。

図７に示すように、第１冷却期間Ｔ_１における内部空間Ｃの温度低下速度（第１の低下速度）よりも、第２冷却期間Ｔ_２における内部空間Ｃの温度低下速度（第２の低下速度）の方が遅い。これは、内部空間Ｃに収容されたワークＷを急速に冷却しすぎて、ワークＷが損傷しないようにするためである。

このように、全体制御部１１６は、入庫前、第１冷却期間Ｔ_１において、予め迅速に内部空間Ｃを冷却しておき、入庫後、第２冷却期間Ｔ_２において、内部空間Ｃを徐々に冷却する。そのため、超低温用自動保管システム１００は、ワークＷの入庫に際して、ワークＷの損傷を回避しつつ、速やかにワークＷを保冷することが可能となる。

入庫判定ステップＳ３００において、入庫予定がないと（Ｓ３００におけるＮＯ）、全体制御部１１６は、出庫予定があるか否かを判定する（Ｓ３１０）。出庫予定がないと（Ｓ３１０におけるＮＯ）、当該制御処理を終了する。出庫予定があると（Ｓ３１０におけるＹＥＳ）、全体制御部１１６は、ワークＷの解凍期間であるか否かを判定する（Ｓ３１２）。解凍期間でなければ（Ｓ３１２におけるＮＯ）、当該制御処理を終了する。解凍期間であれば（Ｓ３１２におけるＹＥＳ）、全体制御部１１６は、解凍期間の終わりまでに第３温度となるように、小型冷凍庫２００の内部空間Ｃの冷却を弱めていくように、個別制御部２２２に制御指示を送信する（Ｓ３１４）。そして、当該制御処理を終了する。

上述したように、本実施形態の超低温用自動保管システム１００によれば、熱損失を抑制し、製造コストを抑えるとともに、出庫後のワークＷの温度を管理することが可能となる。

（第１変形例）
図８は、第１変形例における小型冷凍庫４００の構造を説明するための説明図であり、図８（ａ）には、保管棚１０６の収容空間Ｓに小型冷凍庫４００が収容される前の状態を示し、図８（ｂ）には、保管棚１０６の収容空間Ｓに小型冷凍庫４００が収容された後の状態を示す。

上述した実施形態では、収容空間Ｓに小型冷凍庫２００を収容しても、収容空間Ｓは開放されている場合について説明した。第１変形例においては、小型冷凍庫４００の収容扉２０２ｂには、蓋部４０４が着脱可能に取り付けられている。また、棚板１０６ｃの鉛直方向の間隔、すなわち、収容空間Ｓの高さは、小型冷凍庫４００の筐体２０２の高さと大凡等しい。

図８（ｂ）に示すように、小型冷凍庫４００が収容空間Ｓに収容されたとき、筐体２０２が収容空間Ｓに嵌合する。また、蓋部４０４は、筐体２０２側の端部が収容空間Ｓに嵌合するとともに、収容空間Ｓの開口よりも大きい逆側の端部が収容空間Ｓの外部に位置して、収容空間Ｓを封止する蓋として機能する。

このように、小型冷凍庫４００が収容空間Ｓに嵌合する構成により、小型冷凍庫４００の位置が安定し、地震などの振動があっても、小型冷凍庫４００の保管棚１０６からの落下を抑制することが可能となる。また、蓋部４０４が小型冷凍庫４００と一体形成されているため、小型冷凍庫４００を収容空間Ｓに収容すれば、小型冷凍庫４００から蓋部４０４側への冷気の流れを抑制し、冷却効率を向上することが可能となる。さらに、収容空間Ｓを塞ぐために、ロボットアームなどが別途、蓋部材を移動させる作業が不要となる。

（第２変形例）
図９は、第２変形例における小型冷凍庫５００の構造を説明するための説明図であり、図９（ａ）には、保管棚１０６の収容空間Ｓに小型冷凍庫５００が収容される前の状態を示し、図９（ｂ）には、保管棚１０６の収容空間Ｓに小型冷凍庫５００が収容された後の状態を示す。また、図９（ｃ）には、図９（ｂ）のＩＸ（ｃ）‐ＩＸ（ｃ）線断面のうち、受電部５１０および給電部６１０近傍を抽出して示す。

上述した実施形態では、給電部１１０が非接触送電機構で構成され、受電部２１０が非接触送電機構で構成される場合について説明した。第２変形例では、受電部５１０と給電部６１０は、接触して電力を送電および受電する構成となっている。

具体的には、図９（ａ）に示すように、給電部６１０は棚板１０６ｃの上に固定して配されている。給電部６１０は、電力が送電される差込プラグ６１０ａを備えている。また、小型冷凍庫５００の筐体２０２には、差込プラグ６１０ａが挿通される貫通孔が設けられている。

受電部５１０は、差込プラグ６１０ａが嵌合する差込口５１０ａが設けられ、差込口５１０ａが、筐体２０２の貫通孔に対向する位置に配されている。差込口５１０ａには、電力が通電する不図示の導電板が設けられている。

図９（ｂ）に示すように、小型冷凍庫５００が収容空間Ｓに収容されたとき、図９（ｃ）に示すように、給電部６１０の差込プラグ６１０ａは、先端側が受電部５１０の差込口５１０ａに挿通される。すると、差込プラグ６１０ａと差込口５１０ａ内の導電板とが通電し、給電部６１０から受電部５１０に電力が送られることとなる。

棚板１０６ｃには、小型冷凍庫５００の筐体２０２の移動を規制する不図示のガイドが設けられている。当該ガイドによって、小型冷凍庫５００が収容空間Ｓに収容されたとき、差込プラグ６１０ａが差込口５１０ａに挿入される位置からずれないように、小型冷凍庫５００の筐体２０２を導く。

また、ここでは、差込プラグ６１０ａおよび差込口５１０ａが３つずつ設けられる場合について説明したが、差込プラグ６１０ａおよび差込口５１０ａは、それぞれ１つずつ設けられていてもよいし、複数個設けられていてもよい。

（第３変形例）
図１０は、第３変形例における小型冷凍庫７００の構造を説明するための説明図であり、図１０（ａ）には、保管棚１０６の収容空間Ｓに小型冷凍庫７００が収容される前の状態を示し、図１０（ｂ）には、保管棚１０６の収容空間Ｓに小型冷凍庫７００が収容された後の状態を示す。

上述した第２変形例では、差込プラグ６１０ａが差込口５１０ａに挿入されることで、電力を送電および受電する構成について説明した。第３変形例においては、小型冷凍庫７００の筐体７０２うち、図１０（ａ）中、底面の右側部分には開口７０２ａが形成されている。受電部７１０は、開口７０２ａによって筐体７０２外部に露出している。

給電部８１０は、接触端子で構成され、棚板１０６ｃに設けられた配置穴８１２に配設され、第１バッテリ部１０８および電源部と不図示の配線を介して電気的に接続されている。また、給電部８１０は、図１０（ａ）中、上側に突出する向きに屈曲しており、屈曲部分が容易に弾性変形する構造となっている。

図１０（ｂ）に示すように、小型冷凍庫７００が収容空間Ｓに収容されたとき、受電部７１０と給電部８１０が接触し、小型冷凍庫７００の自重によって、給電部８１０が図１０（ｂ）中、下側に押し込まれる。こうして、受電部７１０と給電部８１０の接触部分に十分な接触圧が確保され、給電部８１０から受電部７１０に電力が送られることとなる。

第３変形例の給電部８１０および受電部７１０の構成は、給電が遂行可能な位置の範囲が広いため、送電側と受電側の水平位置のずれについての許容範囲が広い。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

また、上述した実施形態では、全体制御部１１６は、小型冷凍庫２００にワークＷが冷凍保管される時間よりも前の第１冷却期間Ｔ_１に、冷却部２０８に内部空間Ｃを第１温度まで冷却させ、ワークＷが内部空間Ｃに収容された後の第２冷却期間Ｔ_２に、第１温度よりも低い第２温度まで、冷却部２０８に内部空間Ｃを冷却させる場合について説明した。しかし、全体制御部１１６は、冷却部２０８に内部空間Ｃを、小型冷凍庫２００にワークＷが冷凍保管される時間よりも前の第１冷却期間Ｔ_１に初めから第２温度まで冷却させていてもよい。また、全体制御部１１６は、冷却部２０８に内部空間Ｃを、小型冷凍庫２００にワークＷが冷凍保管される時間よりも前の第１冷却期間Ｔ_１に冷却させず、ワークＷが内部空間Ｃに収容された後の第２冷却期間Ｔ_２に冷却させてもよい。

また、上述した実施形態では、全体制御部１１６は、小型冷凍庫２００の個別制御部２２２に、冷却部２０８の制御指示を伝達可能に構成される場合について説明した。しかし、全体制御部１１６は、小型冷凍庫２００の個別制御部２２２に、冷却部２０８の制御指示を伝達せずともよい。その場合、例えば、小型冷凍庫２００の個別制御部２２２それぞれに対し、冷却部２０８の制御指示を行う手段を別途設けてもよい。

また、上述した実施形態では、超低温用自動保管システム１００が履歴生成部２２２ａおよび記憶部２１８を備え、履歴生成部２２２ａが内部空間Ｃの温度履歴を生成し、記憶部２１８に記憶する場合について説明したが、超低温用自動保管システム１００は、履歴生成部２２２ａおよび記憶部２１８を備えずともよい。

本発明は、ワークを超低温で保管する超低温用自動保管システムに利用することができる。

Ａ 第１温度
Ｂ 第２温度
Ｃ 内部空間
Ｗ ワーク
１００ 超低温用自動保管システム
１０２ 保管庫
１１０、６１０、８１０ 給電部
１１６ 全体制御部
１２０ 搬送部
２００、４００、５００ 小型冷凍庫
２０６ 真空断熱材
２０８ 冷却部
２１０、５１０、７１０ 受電部
２１２ 第２バッテリ部（バッテリ部）
２１６ 温度センサ
２１８ 記憶部
２２２ 個別制御部
２２２ａ 履歴生成部

Claims (4)

1. 内部にワークを収容する内部空間が形成された真空断熱材と、該内部空間を冷却する冷却部と、給電された電力を蓄電するとともに該冷却部に電力を供給するバッテリ部と、該冷却部を制御する個別制御部と、を含み、搬送可能な複数の小型冷凍庫と、
   前記小型冷凍庫を搬送する搬送部と、
   前記搬送部によって前記小型冷凍庫を搬入可能または搬出可能に保管する保管庫と、
   前記保管庫に設けられ、前記バッテリ部に電力を給電する給電部と、
   前記搬送部の搬送を制御する全体制御部と、
   を備え、
   前記全体制御部は、前記小型冷凍庫に前記ワークが冷凍保管される時間よりも前に、前記内部空間の温度を第１温度まで低下させ、該ワークが該内部空間に収容された後に、該内部空間の温度を、該第１温度よりも低い第２温度まで低下させることを特徴とする超低温用自動保管システム。
2. 前記全体制御部は、前記小型冷凍庫の前記個別制御部に、前記冷却部の制御指示を伝達可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の超低温用自動保管システム。
3. 前記小型冷凍庫は、前記内部空間の温度を測定する温度センサと、
   前記温度センサが測定した前記内部空間の温度の温度履歴を生成し、記憶部に記憶する履歴生成部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の超低温用自動保管システム。
4. 前記給電部は、前記バッテリ部に対して非接触で送電する非接触送電機構で構成され、
   前記小型冷凍庫は、前記給電部からの電力を非接触で受電する非接触受電機構で構成される受電部をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の超低温用自動保管システム。

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