JP6567326B2 - 低温倉庫荷捌き室の空調方法及び空調システム - Google Patents

Description

本発明は、冷凍庫等の低温倉庫の冷凍室に隣接する荷捌き室に適用される空調方法及び空調システムに関する。

食料品その他の物品を収蔵する大型の冷凍庫・冷蔵庫等の低温倉庫には、物品の出し入れのための中継ぎ作業場として、冷凍室に隣接して荷捌き室が設けられていることが多い。
この荷捌き室の室内が外気のままの状態であると、冷凍庫の冷気により結露・結氷等の問題が生じるので、荷捌き室は温度５〜１０℃、相対湿度６０〜７０％程度の低温・低湿の状態を維持するよう空調されるのが通例である。

従来、かかる荷捌き室の空調方法としては、冷凍機によって低温・低湿にした空気を荷捌き室に吹き込んでその冷房を行うとともに、荷捌き室を陽圧にして出入口等の隙間から外気が侵入するのを防止する対策が、一般に行われている。

しかし、かかる冷風吹き込み式の空調方法には、以下のような問題点がある。
(１)荷捌き室に吹き込まれる冷風の温度がかなり低いため、その絶対湿度も著しく低下しており、そのため荷捌き室内が過乾燥になって、室内に一時的に滞留する食品の鮮度や風味に悪影響を及ぼすおそれがある。
(２)開閉扉の隙間からの恒常的漏風や物品の搬入・搬出の際の漏風が大きいため、必要な冷風量が大きくなって、その分冷凍機や送風機の所要電力が大きくなり経済的でない。
(３)荷捌き室に吹き込まれた冷風の余剰の冷熱エネルギーは、外気中に散逸して、再利用できないため、エネルギー効率が悪い。

このような冷風吹き込み式の空調方法の問題点を改善しようとする試みは、従来から種々提案されている。例えば特許文献１では、荷捌き室に吹き込む外気の冷却を、プレクーラーとアフタークーラーで２段に行い、アフタークーラーで発生する結氷の問題を、プレクーラー出口の冷気で除霜することにより解決する方法が提案されている。

また、特許文献２には、送風機から冷凍機に送る外気の一部を分流して、この分流外気を冷凍機出口の冷気と熱交換することにより予冷し、予冷された分流外気を送風機手前に還流することによって、冷凍機の所要動力を低減させようとする試みが提案されている。
しかし、これらの方法は前述した問題の一部を部分的に改善するものに過ぎず、これらの問題を根本的に解決するような手段は未だ提案されていない。

特開２００８−１３８９５０号公報 特開２０１４−１５３０１７号公報

上述したような従来の冷風吹き込み式の空調方法の問題点に鑑み、本発明はこれらの問題点のすべてを根本的に解決しうるような新規な空調システムを提案し、もって、荷捌き室の過乾燥や結露・結氷の問題を解決するとともに、空調に要する冷凍機エネルギーを大幅に低減しうる手段を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、冷凍室に隣接する荷捌き室の温度・湿度を調整する低温倉庫荷捌き室の空調方法であって、
主たる冷房手段として、前記荷捌き室の床下及び側壁並びに天井に冷却配管を配設し、前記冷却配管にヒ−トポンプ式冷却器で冷却された冷媒を循環流通させ、床面及び側壁面並びに天井面を通しての伝熱により前記荷捌き室を冷房し、
補助的冷房手段として、前記冷凍室の床下に配設された凍結防止管に、送風機により外気を導入してこれを冷却し、前記凍結防止管の出口側に配設された除湿器により、冷却された外気の除湿を行ない、冷却・除湿された外気の前記荷捌き室への吹き込み流量を調整し、前記荷捌き室の温度・湿度を調節することを特徴とする低温倉庫荷捌き室の空調方法、であります。

荷捌き室の床下に冷却配管を配設し、冷却配管にヒ−トポンプ式冷却器で冷却された冷媒を循環流通せしめて、床面を通しての伝熱（輻射熱）により荷捌き室全体を冷やすことで、これまで冷風の送気による過乾燥や結露・結氷の問題を解決することができる。また、床面以外に壁面や天井面に冷却配管を埋設することで、より荷捌き室全体の熱容量が大きくなり、外気の影響を受け難くなる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の低温倉庫荷捌室の空調方法であって、冷房中断後の立ち上げにおいては、前記補助的冷房手段による前記荷捌き室への冷風吹き込み流量を増大し、定常状態に達するまでの時間を短縮することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、冷凍室に隣接する荷捌き室の温度・湿度を調整する低温倉庫荷捌き室の空調システムであって、
前記荷捌き室の床下及び側壁並びに天井に配設された冷却配管に冷媒を循環流通させ、床面及び側壁面並びに天井面を通しての伝熱により前記荷捌き室を冷房するヒートポンプ冷却器を含む主たる冷房手段と、
前記冷凍室の床下に配設された凍結防止管に、外気を導入してこれを冷却する送風機と、前記凍結防止管の出口側において冷却された外気を除湿する除湿器と、前記冷却・除湿された冷気の前記荷捌き室への吹込み冷気の流量を調整し、前記荷捌き室の温度・湿度を調節する温度・湿度調節器とを含む補助的冷房手段とを備えたことを特徴とする低温倉庫荷捌き室の空調システムである。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の低温倉庫荷捌室の空調システムであって、前記補助的冷房手段は、冷房中断後の立ち上げから定常状態に達するまで、前記荷捌き室への冷風吹き込み流量を増大し、定常状態までの時間を短縮する手段を備えたことを特徴とする。

本発明は上記のように構成されているため、以下のような効果を有する。
本発明においては、荷捌き室を空調する主たる冷房手段として、床冷房による輻射伝熱方式を採用しているため、従来の冷風吹き込み式の空調方法のように、荷捌き室が過乾燥になって、食品の風味に悪影響を及ぼすという懸念はまったく無くなる。

また本発明においては、補助的冷房手段として、冷凍室床下の凍結防止管の冷熱エネルギーを利用した冷風吹き込み方式を採用している。このように補助的冷房手段を併用することによって、以下のような利益が得られる。

（１）主たる冷房手段のみでは、季節・天候等の変動に対応して、荷捌き室内の温度・湿度を適切に調節することが容易ではないが、補助的冷房手段を併用すれば、吹き込み冷風の流量を調整することによって、荷捌き室内の温度・湿度を容易に調節することができる。
(２)主たる冷房手段のみでは、冷房中断後の立ち上げ時に定常状態に達するまでに長時間を要する。しかし、補助的冷房手段を併用して、立ち上げ時の吹き込み冷風量を大きくすれば、短時間で定常状態に到達させることができる。
(３)主たる冷房手段のみでは、荷捌き室を陽圧にして外気の侵入を防止することができない。しかし、補助的冷房手段を併用すれば、荷捌き室をある程度の陽圧に維持することができ、外気の侵入による結露等の問題を大幅に軽減することができる。

また本発明の方法によれば、冷凍機の所要動力を大幅に軽減して、省エネを図ることができる。すなわち、主たる冷房手段である床冷房では、冷媒は循環使用されるので床冷房や輸送配管からロスする冷熱エネルギーのみを、冷凍機で補充すればよい。また、補助的冷房手段では、冷凍室床下の排冷熱を利用するので、冷凍機の動力は必要とせず、送風機のみに動力を供給すればよい。

一方、従来の冷風吹き込み式の空調方法では、大量の大気を０℃近くまで冷却して、その冷熱エネルギーを循環使用することなく、大気中に散逸させるため、冷凍機の所要動力は非常に大きなものとなる。したがって、本発明の方法によれば、冷凍機の所要動力に関して、大幅な省エネが可能となる。

以下、実施例の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明の空調システムにおける機器の配置の概要を示す模式図である。この図において、低温倉庫１内には冷凍機１８で冷却される冷凍庫２が配設され、これに隣接して荷捌き室３が設けられている。本発明はこの荷捌き室３の空調に関するもので、主たる冷房手段と補助的冷房手段を併用することに特徴がある。

主たる冷房手段は、荷捌き室３の床下に配設した冷却配管４によるいわゆる床冷房方式によるものである。冷却配管４には、ヒ−トポンプ５により冷却された冷媒が循環流通して、床面を通した伝熱により室内の冷房を行なう。ヒートポンプ５は、冷熱又は温熱の発生手段として、従来から多用されているもので、圧縮ポンプ６と膨張弁７と熱交換器８とから構成される。

圧縮ポンプ６で加圧・昇温した冷媒を熱交換器８に流通する水（又は空気）で冷却し、加圧・冷却された冷媒を膨張弁７で減圧・蒸発させ、氷点前後の低温まで冷却して、冷却配管４に流入させる。これは一般の冷凍機の原理と同じで、冷媒には不凍液を用いることが多い。

補助的冷房手段は、冷凍室２の床下の地中に埋設されている凍結防止管９の排冷熱を利用するものである。送風機１０に吸引・昇圧された外気Ａは、凍結防止管９導入されて冷却される。さらに凍結防止管９から出た外気は、除湿器１１により除湿される。本実施例では、除湿器１１にはドレーントラップを用いているが、外気中の湿分はミスト状になっているため、容易に除去可能である。

このように、冷却・除湿された冷気は、流量制御弁１５で流量制御されて、荷捌き室３内に開口する冷気吹出し口１２から、荷捌き室内に流入する。本実施例では、荷捌き室３内に温度・湿度センサ１３を配し、その情報をもとにコントローラ１４で、流量制御弁１５の作動を制御する。このような方法で吹き込み冷気の流量を制御することにより、容易に荷捌き室３内の温度・湿度を調節することができる。なお、余剰の冷気は放散管１６から大気中に放散すればよい。

先に発明の効果の説明で述べたように、主たる冷房手段と補助的冷房手段を併用することにより、主たる冷房手段のみでは解決できないような問題、例えば荷捌き室内の温度・湿度の制御性の問題、冷房中断後の立ちあげ時間の問題、出入り口からの外気の侵入防止の問題等を、容易に解決できるようにしたことが本発明の特徴である。

なお、本実施例においては、ヒ−トポンプの一次冷媒を床冷房の冷却配管に流す直接冷却方式が用いられているが、これが二次冷媒を用いる間接冷却方式であってもよい。すなわち、図１の膨張弁７の下流に第二の熱交換器を設けて、一次冷媒の冷熱を二次冷媒に伝達し、この二次冷媒を冷却配管に流して床冷房を行うような方式であってもよい。

次ぎに、本実施例における床冷房設備について説明する。図２は、本実施例における荷捌き室の床下の断面構造を示す模式図である。床下基礎２０の上に断熱モルタルを用いた断熱層２５が設けられ、さらにその上に防水シートを用いた防湿層２４が設けられている。この防湿層２４の上に土間コンクリート層２３が形成され、さらにその上に横方向への伝熱促進を目的として、均熱材を用いた均熱層２２が形成されている。

均熱材には、熱伝導が良好な金属（銅、アルミニウムなど）のシート材又はメッシュ材が用いられる。この均熱層２２の上に冷却配管２６が所定の配置で配設され、この冷却配管２６を打ち増しコンクリート層２２で被覆して、床冷房の床下構造が完成する。

本実施例においては、冷却配管２６として樹脂製で径が約１３ｍｍの管が用いられ、管と管の間隔が１５０〜２００ｍｍ程度になるように、出入り口付近を除いた荷捌き室の床下全面に配設されている。また本実施例では、この冷却配管２６に流す冷媒として、 プロピレングリコールを約４０％含有する水からなる不凍液を用いた。

なお、本発明において床冷房設備の構成を、上記の例に限る必要はなく、例えば予め冷却配管を取り付けた複数の冷却パネルを床面に敷き詰めるような方法であってもよい。また冷却配管の配置を床下のみに限る必要は無く、荷捌き室の側壁面や天井面を利用して配設してもよい。

本発明においては、補助的冷房手段として、冷凍庫の床下に既設されている凍結防止管を利用し、冷凍庫の排冷熱で冷却された荷捌き室に吹き込む冷房方法を採用している。以下、この冷凍庫床下の凍結防止管について説明する。図３は、本実施例における冷凍庫床下の断面構造を示す模式図である。

図３において、基礎３０の上に床下砕石層３５が形成され、この中に凍結防止管９が埋め込まれている。この床下砕石層３５の上に捨てコンクリート層３４が、さらにその上に断熱モルタル等を用いた断熱層３３が形成され、その上に仕上げの土間コンクリート層３２が形成されて、冷凍庫の床面が出来上がっている。

図４は、冷凍庫床下に埋設された凍結防止管の平面配置の概要を示す図である。凍結防止管９は、立ち上がり管９ａで地中に入り、地中を冷凍室の幅方向に往復して立ち上がり管９ｂで地上に戻り、荷捌き室２の方に横行して、冷気吹き出し口１２に連結されている。送風機（図示していない）で付圧された外気Ａは、凍結防止管９の中を輸送される際に冷却され、除湿器及び流量調節弁（ともに図示されていない）を経由して、荷捌き室２内に吹き込まれる。地中の凍結防止管は、冷凍室の入り口付近の部分２ａを除いて、冷凍室の床下ほぼ全面を覆うように配設されている。

本実施例では、凍結防止管９には、ＵＶ管（肉厚の薄い硬質塩化ビニル管）を用い、管径は約１００ｍｍ、管と管との間隔は１．０〜１．５ｍとしている。
冷凍庫の冷熱によって、地面が凍結して盛り上がるのを防ぐため、凍結防止管には、送風機により常温の外気又は冷凍機の排熱を利用した温風を流通させている。本発明の方法は、この床下凍結防止の設備をそのまま利用し、凍結防止機能を失うこと無く、冷房用の冷気を得ようとするものである。

この補助的冷房手段については、すでに段落００２１、段落００２２において説明したとおりであるが、図１に示した送風機１０や床下凍結防止管９は既存のものをそのまま流用できるから、本発明の実施に際しては、除湿器１１、冷気吹出し口１２、温度・湿度センサ１３、コントローラ１４、流量調節弁１５等を新設すればよく、経済的メリットが大きい。

本発明においては、荷捌き室に外部から出入するための出入り口（図１の符号１７）に、ドックシェルター方式のシール機構を有することが好ましい。以下、このドックシェルターについて説明する。ドックシェルターは、コンテナーを備えたトレーラーが倉庫に出入する際の、内外空気の侵入・漏出を低減するために考案されたもので、通常は、ゲート部とスライドドア部から構成されている。

ゲート部は、出入り口の枠の４辺に、変形自在なパッド材を配して、このパッド材がコンテナー外壁面に押しつけられて変形し、出入り口の枠との隙間を埋めるように構成されている。また、スライドドア部は、コンテナーの出入時に、必要最小限の時間だけドアが開くように、スライド式ドアの進退を制御するものである。

図５は、本発明の実施例で用いられたドックシェルターのゲート部の構造の概略を示す正面図である。この例において、出入り口４０の両側面にはサイドパッド４１、下辺にはボトムパッド４２、上辺にはヘッドパッド４３が取り付けられている。これらのパッドはいずれも変形自在な軟質ウレタンフォームで形成されており、パッドの厚みは３０〜 ４０ｃｍ程度である。

通常コンテナーの横幅は規格で定まって、その変動範囲はせまい。したがって、サイドパッドは同じ位置に固定した状態でも、大多数のコンテナーに対応することができる。しかし、コンテナーの高さは機種により、大幅に変動するので、ヘッドパッドをコンテナーの高さに応じて、変更する機能が必要となる。

本実施例のドックシェルターでは、ヘッドパッド４３をワイヤロープ４５で吊し、滑車４６を介してカウンターウエイト４４に接続している。これにより、ヘッドパッド４３は僅かな力で昇降するので、必要に応じて作業者が人力でヘッドパッド４３を昇降させて、コンテナーを通過させる。
なお、図示していないスライドドアに、本実施例では断熱スライダーを用いて、荷捌き室からの冷熱ロスを防ぐようにしているが、詳細は省略する。

本発明の空調方法及び空調システムでは、ヒートポンプ式冷却器に地中熱ヒートポンプを用いることが望ましい。地中熱ヒートポンプは、その熱交換器（図１の符号８）の機能を、地中の土壌及び／又は地下水の保有熱を用いて行うヒ−トポンプの総称で、クローズトループ方式とオープンループ方式に大別される。

クローズトループ方式は、地中に伝熱管を埋設し、その中を流れる熱媒体と地中の土壌及び／又は地下水と直接熱交換を行なう方式であり、オープンループ方式は、地下水を汲み上げて地上の熱交換器に供給し、熱交換器で熱媒体との熱交換を行なって、使用後の地下水を再び地中に戻す方式である。

本実施例では、クローズトループ方式を採用したが、設備の設置場所の地下水の湧出状況を勘案して、水平埋設部と垂直埋設部の両方を有する埋設方式とした。
図６は、本実施例の地中熱ヒートポンプにおける伝熱管の埋設状況の説明図である。
図に見られるように、地中に水平埋設部５０と垂直埋設部５１が近接して設けられ、入り側ヘッダ５２に流入した冷媒は分岐して、垂直埋設部の伝熱管５５ａと水平埋設部の伝熱管５５ｂにそれぞれ流入する。

本実施例では、水平埋設部５０は深さ２〜３ｍで、埋設範囲は５×１０ｍ程度とした。また、垂直埋設部は深さ約５０ｍのボアホール４０を４本削孔し、それぞれに先端がＵ字状に連結された一対の伝熱管５５ａを挿入して、隙間を土砂で埋め戻した。伝熱管５５ａ、５５ｂは出側ヘッダ５３に連結して冷媒の循環を行なった。
伝熱管５５ａは材質がＰＥ１００（硬質ポリエチレン）で、直径が約２５ｍｍのものを、伝熱管５５ｂは材質がＰＥ１００で、直径が約２０ｍｍのものを用いた。

このように地中熱ヒートポンプを用いることにより、床冷房の冷却条件が安定するという効果が得られる。すなわち、地中の土壌及び地下水は、５〜１５℃程度の低温で、その温度は季節の如何を問わずほぼ一定していることが知られている。そのため、季節の如何を問わず床冷房の冷却効率が一定になるという効果が得られる。
また通常のヒートポンプ冷却器では、熱交換器で使用する多量の冷却水を如何にして入手するかという問題や、熱交換器の温排水を如何にして処分するかという問題が生じるが、地中熱ヒートポンプを用いれば、かかる問題は皆無となる。
さらに、夏期におけるヒートポンプの運転は、ヒートアイランド現象の一因である排気の温熱が問題になるが、地中熱ヒートポンプを用いれば、熱交換器で温熱が発生するということが無くなるため、都市のヒートアイランド現象の解消にも有用である。

本発明の空調システムにおける機器の配置の概要を示す模式図である。 本発明の実施例における荷捌き室の床下の断面構造を示す模式図である。 本発明の実施例における冷凍庫床下の断面構造を示す模式図である。 本実施例における冷凍庫床下に埋設された凍結防止管の平面配置の概要を示す図である。 本発明の実施例で用いられたドックシェルターのゲート部の構造の概略を示す正面図である。 本実施例の地中熱ヒートポンプにおける伝熱管の埋設状況の説明図である。

１ 低温倉庫
２ 冷凍庫
３ 荷捌き室
４ 冷却配管
５ ヒートポンプ
６ 圧縮ポンプ
７ 膨張弁
８ 熱交換器
９ 凍結防止管
９ａ，９ｂ 立ち上がり管
１０ 送風機
１１ 除湿器
１２ 冷気吹き出し口
１３ 温度・湿度センサ
１４ コントローラ
１５ 流量制御弁
１６ 放散管
１７ 出入り口
１８ 冷凍機
２０ 床下基礎
２１ 打ち増しコンクリート層
２２ 均熱層
２３ 土間コンクリート層
２４ 防湿層
２５ 断熱層
２６ 冷却配管
３０ 基礎
３２ 土間コンクリート層
３３ 断熱層
３４ 捨てコンクリート層
３５ 床下砕石層
４０ 出入り口
４１ サイドパッド
４２ ボトムパッド
４３ ヘッドパッド
４４ カウンターウエイト
４５ ワイヤロープ
４６ 滑車
５０ 水平埋設部
５１ 垂直埋設部
５２ 入り側ヘッダ
５３ 出側ヘッダ
５４ ボアホール
５５ａ，５５ｂ 伝熱管

Claims (4)

1. 冷凍室に隣接する荷捌き室の温度・湿度を調整する低温倉庫荷捌き室の空調方法であって、
   主たる冷房手段として、前記荷捌き室の床下及び側壁並びに天井に冷却配管を配設し、前記冷却配管にヒ−トポンプ式冷却器で冷却された冷媒を循環流通させ、床面及び側壁面並びに天井面を通しての伝熱により前記荷捌き室を冷房し、
   補助的冷房手段として、前記冷凍室の床下に配設された凍結防止管に、送風機により外気を導入してこれを冷却し、前記凍結防止管の出口側に配設された除湿器により、冷却された外気の除湿を行ない、冷却・除湿された外気の前記荷捌き室への吹き込み流量を調整し、前記荷捌き室の温度・湿度を調節することを特徴とする低温倉庫荷捌き室の空調方法。
2. 冷房中断後の立ち上げにおいては、前記補助的冷房手段による前記荷捌き室への冷風吹き込み流量を増大し、定常状態に達するまでの時間を短縮することを特徴とする請求項１に記載の低温倉庫荷捌室の空調方法。
3. 冷凍室に隣接する荷捌き室の温度・湿度を調整する低温倉庫荷捌き室の空調システムであって、
   前記荷捌き室の床下及び側壁並びに天井に配設された冷却配管に冷媒を循環流通させ、床面及び側壁面並びに天井面を通しての伝熱により前記荷捌き室を冷房するヒートポンプ冷却器を含む主たる冷房手段と、
   前記冷凍室の床下に配設された凍結防止管に、外気を導入してこれを冷却する送風機と、前記凍結防止管の出口側において冷却された外気を除湿する除湿器と、前記冷却・除湿された冷気の前記荷捌き室への吹込み冷気の流量を調整し、前記荷捌き室の温度・湿度を調節する温度・湿度調節器とを含む補助的冷房手段とを備えたことを特徴とする低温倉庫荷捌き室の空調システム。
4. 前記補助的冷房手段は、冷房中断後の立ち上げから定常状態に達するまで、前記荷捌き室への冷風吹き込み流量を増大し、定常状態までの時間を短縮する手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の低温倉庫荷捌室の空調システム。

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