JP6362204B1

JP6362204B1 - 冷温水循環断熱パネル及びこれを利用した無風冷却式プレハブ庫

Info

Publication number: JP6362204B1
Application number: JP2018076531A
Authority: JP
Inventors: 勇一郎竹下
Original assignee: 株式会社マテリ・アソート
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2038-04-12
Also published as: JP2019090598A

Abstract

【課題】液体を加熱源または冷却源とするヒートパイプを利用して、熱交換効率が高く低温高湿度を維持可能な温水循環断熱パネルを提供する。
【解決手段】冷温水循環断熱パネル１は、一対の表面板８と、表面板８の辺部間に介在される枠材７と、表面板８及び枠材７にて形成される空間内に注入充填される発泡ウレタン９と断熱材６と、断熱材６に配設された冷温水チューブ５と、からなる積層構造体であって、冷温水チューブ５は、水平面内において互いに平行に配管している複数の平行配管部の両端をＵ字形状とする蛇行部を有している。また、プレハブ式の冷凍倉庫において、冷凍庫の周側の壁体構造として冷温水循環断熱パネル１を利用することで、熱交換効率が高く低温高湿度を維持可能な無風冷却式プレハブ庫とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プレハブ式の冷蔵庫または温蔵庫の壁に使用される発泡断熱パネルに関するものである。

従来、冷蔵庫または温蔵庫の壁に使用される壁や間仕切りは、真空断熱材が多用されている。さらに、特許文献１に記載されているように、パイプに加熱液体、または冷却液体を内部に流通させて、加熱、または冷却させるヒートパイプを利用した加熱装置並びに冷却装置が知られている。

特開２００４−１５６８８８号公報

従来の冷風循環式プレハブ庫は、乾燥により生鮮野菜・果物・精肉・鮮魚について品質の劣化が早く長期保存が難しく、流通業界の大きな課題となっている。

また、冷風循環式プレハブ庫は、ユニットクーラーを利用して空気循環により冷やしているため、継続使用すると、ユニットクーラーのフィルターに付着したカビが庫内に著しく広範囲に拡散する。これにより、特に流通関連企業では、商品ロス（廃棄）が増え、大きな課題となっている。

食品工場において、従業員が行う作業エリアは、生鮮野菜・果物・精肉・鮮魚の鮮度を保つために１０℃から１５℃の温度設定が一般的であり、低温による作業環境が悪い。特に直接空調機の冷風が従業員の体に当たる場合は、従業員の体感温度が下がるため、さらに悪い環境となっている。このため、作業環境の改善は大きな課題となっている。

この発明は、上記事情にもとづきなされたもので、その目的とするところは、液体を加熱源または冷却源とするヒートパイプを利用して、熱交換効率が高く低温高湿度を維持できる温水循環断熱パネルを提供することにある。

さらに、本発明の冷温水循環断熱パネルを利用した無風冷却式プレハブ庫、または無風冷却式飲食料品棚を組立容易であって安価に提供することにある。

本発明の冷温水循環断熱パネルは、一対の表面板と、表面板の辺部間に介在される枠材と、表面板及び枠材にて形成される空間内に注入充填される発泡ウレタンと、断熱材と、断熱材に配設された冷温水チューブと、からなる積層構造体であって、冷温水チューブは、水平面内において互いに平行に配管している複数の平行配管部の両端をＵ字形状とする蛇行部を有していることを特徴とする冷温水循環断熱パネルである。

さらに、断熱材の一方の面に凸部を形成し、凸部の反対側の面に冷温水チューブが配設されていることを特徴とする冷温水循環断熱パネルである。

また、プレハブ式の冷凍倉庫において、冷凍庫の周側の壁体構造として前述に記載の冷温水循環断熱パネルを利用し、冷却水循環装置で冷温水チューブに冷温水を循環させて熱交換効率が高く低温高湿度を維持可能な無風冷却式プレハブ庫とすることができる。

他の実施例として冷温水循環断熱パネルの一部に切り欠き部分を有し、隣接する冷温水循環断熱パネルの冷温水チューブを連結ジョイントで連結して冷温水の水路を直列に接続することで無風冷却式プレハブ庫の内部の部屋を均一に温度管理することができる。

前述の冷温水循環断熱パネルに飲食料品を載置することができ、冷却水循環装置で各冷温水循環断熱パネルに冷温水を循環させることを特徴とする無風冷却式飲食料品棚である。

冷温水の往路に三方弁を有し、三方弁から復路に迂回したバイパス路を連通し、所定時間で三方弁が作動することにより、冷温水循環断熱パネルを経由した第１通水状態と、冷温水循環断熱パネルを迂回した第２通水状態に変更して、冷温水を循環させて霜取り機能を追加した無風冷却式プレハブ庫として利用できる。さらに、無風冷却式プレハブ庫の内部に温度センサーを設置することで、温度条件により三方弁を作動させて第１通水状態と第２通水状態に変更して冷温水を循環させることもできる。

本発明の冷温水循環断熱パネルを利用して組み立てられた冷温庫は、生鮮野菜・果物・精肉・鮮魚など長期保存及び鮮度保持が可能となり、カビの拡散による商品の廃棄ロスを減らすことができ、また、従業員の作業環境を改善することができる。

本発明の冷温水循環断熱パネルに流水する水路の系統図である。本発明の冷温水循環断熱パネルの正面図である。（Ａ）は本発明の冷温水循環断熱パネルの側面方向の断面図であり、（Ｂ）は他の実施例の冷温水循環断熱パネルの側面方向の断面図である。他の実施例の冷温水循環断熱パネルの側面方向の拡大断面図である。本発明の冷温水循環断熱パネルを利用して組み立てられた無風冷却式プレハブ庫である。本発明の冷温水循環断熱パネルに流水する水路の第一実施例である。本発明の冷温水循環断熱パネルに流水する水路の第二実施例である。図７におけるＡ部の拡大図である。本発明の冷温水循環断熱パネルを利用して組み立てられた無風冷却式飲食料品棚である。時間制御による通水システムの構成図時間制御による通水状態変更部の作動フローチャート温度制御による通水システムの構成図温度制御による通水状態変更部の作動フローチャート

本発明を図１〜図９に示す実施例に基づいて説明する。図１は、冷温水循環断熱パネルに流水する水路の系統図である。

図１の冷温水循環断熱パネル１の端面に往路パイプ３と復路パイプ４を接続し、冷却水循環装置２に接続されている。冷温水循環断熱パネル１の内部に、冷温水チューブ５を配設し循環路を構成している。

本発明の実施例として使用した冷却水循環装置２は、温度設定範囲が−２０℃から３０℃であり、最大流量２０リットル／毎分である。流水する液体は、冷却水が凍結しないようにエチレングリコールを主成分とする液体の低温熱媒体を５０％濃度で混合したものを使用した。

また、流水する液体を恒温水とする場合は、冷却水循環装置２は加熱ヒータを搭載した温水循環装置に替えて使用する。

図２は、本発明の冷温水循環断熱パネルの正面図である。アルミ、またはステンレス鋼からなる枠材７と、硬質ウレタンからなる断熱材６と、ポリエチレン製の冷温水チューブ５と、表面板８で構成されている。

冷温水チューブ５は、水平面内において互いに平行に配管している複数の平行配管部の両端をＵ字形状とする蛇行部を有している。

冷温水チューブ５は、溝加工を施した断熱材６に配設されており、冷温水循環断熱パネル１の両面に表面板８を貼着する。

図３の（Ａ）は、本発明の冷温水循環断熱パネルの側面方向の図２におけるＸ−Ｘ線断面図であり、（Ｂ）は他の実施例の冷温水循環断熱パネルの側面方向の断面図である。

図３の（Ａ）に示す枠材７の厚さは約５０ｍｍ、断熱材６の厚さは約２０ｍｍ、冷温水チューブ５の外径は約１４ｍｍとし、断熱材６と発泡ウレタン９は積層構造となっている。

図３の（Ｂ）は、断熱材６の一方の面に凸部１０を形成し、凸部１０の反対側の面に冷温水チューブ５が配設されている。

図４は前記図３の（Ｂ）の実施例の冷温水循環断熱パネルの側面方向の拡大断面図である。

断熱材６の片一方の面が凸部１０を形成することにより、断熱材６は発泡ウレタン９から局所的な圧力を受けるため、断熱材６が冷温水チューブ５に均一に密着するため熱伝導効率を向上させることができる。

図５は、本発明の冷温水循環断熱パネル１を利用して組み立てられた無風冷却式プレハブ庫２０である。試作して実験データを収集した無風冷却式プレハブ庫２０の庫内の床面積は４平方メートルで高さ２メートルである。冷温水循環断熱パネル１の構造は、図３（Ｂ）のタイプを使用した。

図６は、本発明の冷温水循環断熱パネルに流水する水路の第一実施例である。冷温水は、冷却水循環装置２から分岐ヘッダー１１で分配され、各冷温水循環断熱パネル１の冷温水チューブ５を循環している。分岐ヘッダー１１は、無風冷却式プレハブ庫２０の天井外部に設置されている。

無風冷却式プレハブ庫２０は、柱および梁等から構成されるプレハブ躯体を構築し、この躯体の周側に冷温水循環断熱パネル１を装着して壁体を構成すると共に、無風冷却式プレハブ庫２０の一面に扉２１を設け、天井に断熱パネルおよび屋根を設けたプレハブ式の冷凍倉庫である。

作業環境の改善を図るためには、冷蔵庫・作業エリアの冷却方式を変える必要があり、従来のユニットクーラーによる強制冷却方式から、壁面を冷やす放射冷却方式への転換が必要である。本発明の冷蔵庫は、庫内温度変化がほとんどないため、庫内に保管する生鮮食品類のヒートショック・結露による商品品質劣化が抑えられる。

下記のグラフ１の（Ａ）は、本発明の冷温水循環断熱パネル１を利用した無風冷却式プレハブ庫２０の庫内壁面・中央温度と経過時間との関係を示すグラフである。左縦軸に温度（℃）、横軸に経過時間（Ｈ）、実線は無風冷却式プレハブ庫２０の中央付近の庫内温度、破線は無風冷却式プレハブ庫２０の壁面の庫内温度を示している。

下記のグラフ１の（Ｂ）は、本発明の冷温水循環断熱パネル１を利用した無風冷却式プレハブ庫２０の庫内壁面・中央湿度と経過時間との関係を示すグラフである。左縦軸に湿度（％）、横軸に経過時間（Ｈ）、実線は無風冷却式プレハブ庫２０の中央付近の庫内湿度、破線は無風冷却式プレハブ庫２０の壁面の庫内湿度を示している。冷却水温設定温度および測定環境はグラフ１の（Ａ）と同一である。

グラフ１

冷却水循環装置２の冷却水温設定温度は５℃とし、無風冷却式プレハブ庫２０の庫内に物品を配置しない状態で６時間の経過観察を行った。

無風冷却式プレハブ庫２０の庫内は、庫内の中央と壁面の温度が低下し、２時間経過後は５．５℃近傍で安定して維持している。庫内の中央と壁面の温度差は、ほとんどない。

無風冷却式プレハブ庫２０は、扉２１を開閉しても無風状態であるため冷気が庫外に出にくく、体感温度は、従来の冷風循環式プレハブ庫より高く感じる。

無風冷却式プレハブ庫２０の庫内は、庫内の中央と壁面の湿度が上昇し、１．５時間経過後は１００％と高湿度を安定して維持し、庫内の中央と壁面の湿度差はない。

下記のグラフ２の（Ａ）は、従来の冷風循環式プレハブ庫と本発明の冷温水循環断熱パネル１を利用した無風冷却式プレハブ庫２０の庫内温度と経過時間との関係を示すグラフである。左縦軸に温度（℃）、横軸に経過時間（Ｈ）、実線は本発明の無風冷却式プレハブ庫２０の庫内温度、破線は無風冷却式プレハブ庫２０の庫内温度を示している。

下記のグラフ２の（Ｂ）は、従来の冷風循環式プレハブ庫と本発明の冷温水循環断熱パネル１を利用した無風冷却式プレハブ庫２０の庫内湿度と経過時間との関係を示すグラフである。左縦軸に湿度（％）、横軸に経過時間（Ｈ）、実線は本発明の無風冷却式プレハブ庫２０の庫内湿度、破線は無風冷却式プレハブ庫２０の庫内湿度を示している。冷却水温設定温度および測定環境はグラフ２の（Ａ）と同一である。

グラフ２

従来の冷風循環式プレハブ庫は、庫内の天井部にユニットクーラーを設置して冷風で庫内の温度管理を行っており、設定温度を３℃に設定している。

無風冷却式プレハブ庫２０の冷却水循環装置２の冷却水温設定温度は−１℃とし、無風冷却式プレハブ庫２０の庫内に物品を配置しない状態で６時間の経過観察を行った。

無風冷却式プレハブ庫２０の庫内は、庫内の温度が低下し、１．５時間経過後は０℃近傍で安定して維持しているが、従来の冷風循環式プレハブ庫は２℃から４℃と温度が一定しない。

無風冷却式プレハブ庫２０の庫内は、庫内の湿度が上昇し、２時間経過後は９３％となり、時間経過とともに１００％湿度に近づき、高湿度を安定して維持することができる。これに対し、従来の冷風循環式プレハブ庫は、湿度が６０％から９５％と変動し一定しない。

図７は、本発明の冷温水循環断熱パネル１を利用して組み立てられた無風冷却式プレハブ庫２０の壁体の連結状態を示し、冷温水循環断熱パネル１に流水する水路の第二実施例である。第一実施例と異なり、冷温水は分岐ヘーダー１１で分配せずに各冷温水循環断熱パネル１の水路を直列に連結して循環させている。

隣接する各冷温水循環断熱パネル１の冷温水チューブ５は、給水管の結露防止、または温度降下防止などを目的とする断熱材でカバーされた連結ジョイント１２と真鍮製の継手１３で連結され、末端は真鍮製の端末継手１４で連結されている。冷温水循環断熱パネル１の切り欠き部分１５から冷温水チューブ５を伸延させて冷温水循環断熱パネル１の外部で連結する。各冷温水循環断熱パネル１の水路を直列に接続することで、無風冷却式プレハブ庫２０の内部の部屋を均一に温度管理することができる。

図８は、図７におけるＡ部の拡大図である。図８（ａ）はＡ部の正面図であり、図８（ｂ）は真上から見た平面図であり、図８（ｃ）は図８（ｂ）の冷温水循環断熱パネル１のパネル部分の断面図を示している。

図９は、本発明の冷温水循環断熱パネル１を利用して組み立てられた無風冷却式飲食料品棚２２であり、棚に飲食料品２３を載置させて保管している状態を示している。

四隅を支柱２３で支持された複数の冷温水循環断熱パネル１で構成された飲食料品棚としており、冷却水循環装置２を備え、往路パイプ３と復路パイプ４により各冷温水循環断熱パネル１に冷却水を循環させている。飲食料品２３を速やかに直接冷却する場合に有効である。

本発明を無風冷却式プレハブ庫２０として使用する場合、扉２１の開け閉め回数が多いと外気が入り水蒸気が補給され凍って霜に変化していく。霜の正体は湿気、空気中の水蒸気が凍って出来たものである。一般的に、冷蔵庫・冷凍庫の霜取りは電源を切って保存された中身を全部取り出して霜を剥がすが、電源を切る以外で霜を予防出来る効果的な手段を説明する。

図１０は、時間制御による通水システムの構成図であり、無風冷却式プレハブ庫２０の冷温水循環断熱パネル１の端面に往路パイプ３と復路パイプ４を接続し、冷却水循環装置２に接続され循環路を構成している。往路パイプ３の途中に、三方弁３１と、三方弁制御部３２と、タイマー制御部３３と、全体的な作動を制御するコントローラ３６を備え、三方弁３１から冷温水循環断熱パネル１を迂回したバイパス路３７が復路パイプ４に連通している。

コントローラ３６は電子回路ユニットであり、三方弁制御部３２とタイマー制御部３３を有している。三方弁３１は電磁式三方弁であり、三方弁制御部３２から出力される制御信号により三方弁３１を作動させて通水状態を変更することができる。タイマー制御部３３は、予め設定時間を入力することにより、所定時間で三方弁３１を作動するプログラムが実行される。図示していないがタイマー設定パネルを操作して予め設定時間を入力し、第１通水状態と第２通水状態に変更する運転条件を設定することができる。

図１０（ａ）は、冷温水循環断熱パネル１を経由する第１通水状態を示しており、図中の矢印の向きに冷温水が流通する。図１０（ｂ）は、冷温水循環断熱パネル１を迂回した第２通水状態を示しており、図中の矢印の向きに冷温水が流通する。

通常、第１通水状態のように冷温水は冷却水循環装置２から供給される設定温度で循環しているが、所定時間で三方弁３１を作動させて、第１通水状態と第２通水状態を間欠的に変更する処理を繰り返し、冷温水循環断熱パネル１の温度を徐々に上昇・下降させることができる。また、食品工場の夜間に扉２１の開閉することが無い場合、無風冷却式プレハブ庫２０の壁面温度が一時的に過度な温度低下しても、冷温水循環断熱パネル１への通水を一時停止して壁面に付着する水蒸気が霜に変化することを防止する。

図１１は、所定時間による通水状態変更部の作動フローチャートである。三方弁制御部３２は、図１１に示したフローチャートによる処理を実行して、三方弁３１を第１通水状態又は第２通水状態に変更する。タイマー設定パネルに時間閾値１と時間閾値２を設定入力し、第１通水状態と第２通水状態に変更する運転条件を設定する。

ＳＴＥＰ１Ａで通水が開始され、ＳＴＥＰ２Ａで冷温水循環断熱パネル１を経由した第１通水状態となる。ＳＴＥＰ３Ａで通水経過時間１が時間閾値１以上であるか否かを判断し、通水経過時間１が時間閾値１以上であるときにＳＴＥＰ４Ａに進み、冷温水循環断熱パネル１を迂回した第２通水状態となる。ＳＴＥＰ５Ａで通水経過時間２が時間閾値２以上であるか否かを判断し、通水経過時間２が時間閾値２以上であるときにＳＴＥＰ２Ａに進み、第１通水状態と第２通水状態を間欠的に変更する処理を繰り返していく。

本実施例の時間制御による通水システムは、無風冷却式プレハブ庫２０として使用する場合としているが、無風冷却式飲食料品棚２２においても利用することができる。

図１２は、温度制御による通水システムの構成図であり、無風冷却式プレハブ庫２０の冷温水循環断熱パネル１の端面に往路パイプ３と復路パイプ４を接続し、冷却水循環装置２に接続され循環路を構成している。無風冷却式プレハブ庫２０の内部には、温度センサー３４が設置されて庫内の温度を温度制御部３５で監視している。

往路パイプ３の途中に、三方弁３１と、三方弁制御部３２と、温度制御部３５と、全体的な作動を制御するコントローラ３６を備え、三方弁３１から冷温水循環断熱パネル１を迂回したバイパス路３７が復路パイプ４に連通している。

コントローラ３６は電子回路ユニットであり、三方弁制御部３２と温度制御部３５を有している。三方弁３１は電磁式三方弁であり、三方弁制御部３２から出力される制御信号により三方弁３１を作動させて通水状態を変更することができる。温度制御部３５は、予め設定温度を入力することにより、温度条件で三方弁３１を作動するプログラムが実行される。図示していないが温度設定パネルを操作して予め設定温度を入力し、第１通水状態と第２通水状態に変更する運転条件を設定することができる。

図１２（ａ）は、冷温水循環断熱パネル１を経由する第１通水状態を示しており、図中の矢印の向きに冷温水が流通する。図１２（ｂ）は、冷温水循環断熱パネル１を迂回した第２通水状態を示しており、図中の矢印の向きに冷温水が流通する。

通常、第１通水状態のように冷温水は冷却水循環装置２から供給される設定温度で循環しているが、温度条件によって三方弁３１を作動させて、第１通水状態と第２通水状態を間欠的に変更する処理を繰り返す。

図１３は、温度条件による通水状態変更部の作動フローチャートである。三方弁制御部３２は、図１３に示したフローチャートによる処理を実行して、三方弁３１を第１通水状態又は第２通水状態に変更する。温度設定パネルに温度閾値１と温度閾値２を設定入力し、第１通水状態と第２通水状態に変更する運転条件を設定する。

ＳＴＥＰ１Ｂで通水が開始され、ＳＴＥＰ２Ｂで冷温水循環断熱パネル１を経由した第１通水状態となる。ＳＴＥＰ３Ｂで庫内室温の測定温度１が温度閾値１以下であるか否かを判断し、測定温度１が温度閾値１以下であるときにＳＴＥＰ４Ｂに進み、冷温水循環断熱パネル１を迂回した第２通水状態となる。ＳＴＥＰ５Ｂで測定温度２が温度閾値２以上であるか否かを判断し、測定温度２が温度閾値２以上であるときにＳＴＥＰ２Ｂに進み、第１通水状態と第２通水状態を間欠的に変更する処理を繰り返し、無風冷却式プレハブ庫２０の庫内温度が過度に低下することを抑制する。

冷却水循環装置２で冷温水の温度を管理することに加え、第１通水状態と第２通水状態を間欠的に変更することにより、さらに適切な温度管理が可能になり、無風冷却式プレハブ庫２０内の壁面温度の凍結を抑制すると共に、霜を予防することが出来る。

本実施例の温度制御による通水システムは、無風冷却式プレハブ庫２０として使用する場合としているが、無風冷却式飲食料品棚２２においても利用することができる。

本発明の無風冷却式プレハブ庫は、以下の設備商品へ応用することもできる。
（１）作業環境を改善したクリーンルームに適する。
（２）年間を通して同じ温度に維持できるので、きのこ栽培設備に適する。
（３）冷房が苦手な高齢者にも適しており一般の事務所だけでなく、高齢者施設・病院などの冷暖房設備に適する。
（４）恒温無風を特徴としているため、大学研究機関や企業開発部門の環境試験室・調剤室・計量室に適する。
（５）恒温無風を特徴としているため、プラスチック加工・金属加工などの製品加工精度の安定化を図ることができ、精密機器製造工場での利用に適する。
（６）冷・温水のみ循環させて室内の温度・湿度を維持できるため、可燃物や爆発物の危険物保管庫に適する。

１冷温水循環断熱パネル
２冷却水循環装置
３往路パイプ
４復路パイプ
５冷温水チューブ
６断熱材
７枠材
８表面板
９発泡ウレタン
１０凸部
１１分岐ヘッダー
１２連結ジョイント
１３継手
１５切り欠き部分
２０無風冷却式プレハブ庫
２１扉
２２無風冷却式飲食料品棚
３１三方弁
３２三方弁制御部
３３タイマー制御部
３４温度センサー
３５温度制御部
３６コントローラ
３７バイパス路

Claims

一対の表面板と、前記表面板の辺部間に介在される枠材と、前記表面板及び枠材にて形成される空間内に注入充填される発泡ウレタンと、断熱材と、前記断熱材に配設された冷温水チューブと、からなる積層構造体であって、前記冷温水チューブは、水平面内において互いに平行に配管している複数の平行配管部の両端をＵ字形状とする蛇行部を有し、前記断熱材の一方の面に凸部を形成し、前記凸部の反対側の面に前記冷温水チューブが配設されていることを特徴とする冷温水循環断熱パネル。