JP6639234B2 - 保冷システム - Google Patents
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Description
保冷容器の内部の温度は、一般的に、蓄冷部材に充填される蓄冷剤の融解温度(融点)により設定される。冷却室の内部を冷却する蓄冷部材においては、外気の温度等の影響により、時間の経過とともに蓄冷部材に充填される蓄冷剤が解けて、冷却室の内部の温度は徐々に上昇していく。
本発明の第1実施形態に係る保冷システム1について、図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る保冷システム1の全体構成図である。図2は、第1実施形態の保冷システム1を用いた場合の実験結果を示すグラフであって、冷却室32の内部の温度変化を示すグラフである。
本実施形態に係る保冷システム1は、例えば、被冷却物を冷却して保冷するシステムに適用される。被冷却部材としては、例えば、氷、アイスクリーム、冷凍食品、チルド食品、生鮮食品等がある。
容器本体2は、板状の部材により、上方側が開放された中空の直方体形状の箱状に構成される。本実施形態においては、容器本体2の上部には、板状の蓋部材22が取り付けられている。蓋部材22は、容器本体2の上面を開閉可能である。
3つの蓄冷プレート41、42、43は、それぞれ、所定の厚みを有した板状に形成される。3つの蓄冷プレート41、42、43は、平面視で長方形状である。
更に詳細に説明すると、蓄冷剤のエネルギーレベルは、外気温度から離れるほど高く、外気温度に近いほど低い。蓄冷剤のエネルギーレベルが高いとは、蓄冷剤のエネルギーレベルについて外気温度から離れるエネルギーの度合いが大きいことを意味し、蓄冷剤の融解温度(融点)が低い場合に対応する。蓄冷剤のエネルギーレベルが低いとは、蓄冷剤のエネルギーレベルについて外気温度から離れるエネルギーの度合いが小さいことを意味し、蓄冷剤の融解温度(融点)が高い場合に対応する。
本実施形態においては、3つの蓄冷プレート41、42、43に充填される蓄冷剤それぞれの融解温度(融点)が−2℃、−11℃、−25℃であり、上方側から下方側に向かって、第3蓄冷プレート43(蓄冷剤の温度:−25℃)、第2蓄冷プレート42(蓄冷剤の温度:−11℃)、第1蓄冷プレート41(蓄冷剤の温度:−2℃)の順に並んで配置される。
第1蓄冷プレート41、第2蓄冷プレート42及び第3蓄冷プレート43は、それぞれ、融解温度(融点)が−2℃、−11℃、−25℃の蓄冷剤が充填されているため、−2℃、−11℃、−25℃が一時的に保持される特性を有する保冷部材となる。
まず、容器本体21の内部に、断熱容器3を収容した状態において、十分に冷凍された、第1蓄冷プレート41、第2蓄冷プレート42及び第3蓄冷プレート43を断熱容器3の壁面部の上面31に、この順で載置する。そして、蓋部材22により容器本体21の上部を閉じる。
本実施形態においては、第1蓄冷プレート41、第2蓄冷プレート42及び第3蓄冷プレート43に充填された蓄冷剤の融解温度(融点)は、それぞれ、−2℃、−11℃、−25℃に設定されている。
この状態において、冷却室32の内部の温度は、冷凍された3つの蓄冷プレート41、42、43に充填された蓄冷剤が解けることで、時間の経過と共に変化する。
例えば、図2に示す実験結果においては、時間T2(39時間)から時間T3(63時間)において、冷却室32の内部の温度は、−8℃から−6℃の間の温度変化が小さい状態で保持される。
3つの蓄冷プレート41、42、43においては、まず、第3蓄冷プレート43に充填される最も低い融解温度の蓄冷剤が解けて、隣りに配置される第2蓄冷プレート42に充填される次に融解温度の低い蓄冷剤の温度に近づく。これにより、最も低い融解温度の蓄冷剤と次に低い融解温度の蓄冷剤とが、同じ温度帯の蓄冷プレートとなる。これにより、冷却室32の内部においては、蓄冷プレートの数だけ段階的に温度が上昇される。そして、段階的に上昇される同じ温度帯において、温度は一時的に保持される。これにより、冷却室32の内部の温度に応じて、保冷に適した適正な温度帯の冷却室32に被冷却物を収容することで、適正な温度帯で被冷却物を保冷することができる。
そのため、温度が低い蓄冷プレート41、42、43は、上方側ほど蓄冷剤の融解温度が低いため、上方側ほど冷却された気体は重い。そのため。積層される蓄冷プレート41、42、43に冷却された上方側の気体は、冷却室32の上方側から下方側に向けて落下される。これにより、冷却室32の内部に落下する気体が混ざりやすくなり、冷却室32の内部の温度は均一になりやすい。
次に、本発明の第2実施形態について、図面を参照しながら説明する。図3は、第2実施形態に係る保冷システム1Aの全体構成図である。
第2実施形態については、主として、第1実施形態と異なる点を中心に説明し、第1実施形態と同様な構成については、詳細な説明を省略する。第2実施形態において、特に説明しない点は、第1実施形態についての説明が適宜適用される。また、第2実施形態においても、第1実施形態と同様な効果が奏される。
第2実施形態の7つの蓄冷プレートとは、第11蓄冷プレート51と、第12蓄冷プレート52と、第13蓄冷プレート53と、第14蓄冷プレート54と、第15蓄冷プレート55と、第16蓄冷プレート56と、第17蓄冷プレート57と、である。
第11蓄冷プレート51、第12蓄冷プレート52、第13蓄冷プレート53、第14蓄冷プレート54、第15蓄冷プレート55、第16蓄冷プレート56及び第17蓄冷プレート57に充填された蓄冷剤の融解温度(融点)は、それぞれ、0℃、−2℃、−11℃、−16℃、−21℃、−25℃、−35℃である。
まず、第17蓄冷プレート57の蓄冷剤(−35℃)が徐々に解けて、第17蓄冷プレート57の温度が−35℃から−25℃に変化する。第17蓄冷プレート57は、第16蓄冷プレート56とともに、−25℃が所定時間保持される。
第2実施形態の保冷システム1Aにおいては、第1実施形態の保冷システム1よりも蓄冷プレートの数を増やすとともに、7つの蓄冷プレート51、52、53、54、55、56、57に充填される蓄冷剤の融解温度それぞれの温度を細かく段階的に上昇するように設定している。そのため、冷却室32の内部の温度を段階的に徐々に変化させることができると共に、段階的に上昇する途中の温度は継続して保持される。これにより、冷却室32の内部の温度帯を細かく設定できるため、冷却室32の内部の温度に応じて、より適正な温度帯で被冷却物を保冷することができる。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態において、蓄冷剤のエネルギーレベルについて、論理的なアルゴリズムで、次のように一般化して説明することができる。この理論においては、異なるエネルギーが、高いエネルギーレベルから低いエネルギーレベルに順番に結合される。その結果、蓄冷剤のエネルギーレベルは、高いエネルギーレベルから低いエネルギーレベルに遷移する。なお、本明細書においては、前述の通り、蓄冷剤のエネルギーレベルとは、外気温度よりも低い温度領域において、外気温度に対する蓄冷剤の融解温度(融点)のエネルギーのレベルを意味する。蓄冷剤のエネルギーレベルは、外気温度から離れるほど高く、外気温度に近いほど低い。
積層されたn枚の蓄冷プレートにおいて、上方側の蓄冷プレートから順に、蓄冷剤のエネルギーレベルは、Ea、Eb、Ec、・・・、En−1、Enである。積層されたn枚の蓄冷プレートは、上下方向に並んで配置されると共に、上方側から下方側に向かって、蓄冷剤のエネルギーレベルが高いレベルから低いレベルの順に並んで配置される。エネルギーレベルEa〜Enの大小関係は、以下の通りである。
Ea>Eb>Ec>・・・、En−1>En
その後、エネルギーレベルEcの蓄冷剤は、エネルギーを放出し始める。エネルギーレベルEcの蓄冷剤がエネルギーを放出した後には、エネルギーレベルEa、Eb及びEcの蓄冷剤は、一緒にエネルギーを放出する。
このプロセスは、蓄冷剤のエネルギーレベルがエネルギーレベルEnに達するまで継続する。この際の全体のエネルギーレベルEsum、エネルギーロスElossは、以下の式で表される。
Esum=Ea+Eb+Ec+・・・+En−1+En
Eloss=(Ea−Eb)+(Eb−Ec)+・・・+(En−1+En)
温度損失=Ta+Tb+Tc+・・・+Tn−1+Tn
これらの温度(Ta、Tb、Tc、・・・、Tn−1、Tn)の全てを、被冷却物を保冷する温度に想定することができる。
例えば、図4に示すように、第2実施形態に示す7枚の蓄冷プレートが積層される構成においては、第17蓄冷プレート57、第16蓄冷プレート56、第15蓄冷プレート55、第14蓄冷プレート54、第13蓄冷プレート53、第12蓄冷プレート52及び第11蓄冷プレート51の順に、蓄冷剤のエネルギーレベルは、エネルギーレベルEa、Eb、Ec、Ed、Ee、Ef、Egであり、第2実施形態の蓄冷プレートの融解温度(融点)(−35℃、−25℃、−21℃、−16℃、−11℃、−2℃、0℃)に対応する。
このように7枚の蓄冷プレート57〜51が積層して配置されることで、第2実施形態のように、冷却室32の内部の温度は、段階的に徐々に上昇する。
言い換えると、本発明の保冷システムは、異なるエネルギーレベルが他のエネルギーレベルに影響を与えることで、異なるエネルギーレベルを、段階的にギアを入れるようにして作り出すギアシステムということができる。
ΔT1=E1−E2
ΔT2=E2−E3
ΔT3=E3−E4
また、例えば、ΔTの大小関係は、次のような関係にある。
ΔT1>ΔT2>ΔT3
ΔT1=−35℃−(−25℃)=−10℃
ΔT2=−25℃−(−16℃)=−9℃
ΔT3=−16℃−0℃=−16℃
この場合に、冷却室32の内部の温度が、段階的に、−30℃、−18℃、−10℃、+5℃の順に変化することを、実験により確認した。ここで、微小範囲において温度を設定することができるため、冷却室32の内部を1℃単位で温度を設定することもできる。
次に、本発明の第4実施形態について、図面を参照しながら説明する。図6は、第4実施形態に係る保冷システム1Bの全体構成図である。第4実施形態に係る保冷システム1Bの全体構成図である。
第4実施形態については、主として、第1実施形態と異なる点を中心に説明し、第1実施形態と同様な構成については、詳細な説明を省略する。第4実施形態において、特に説明しない点は、第1実施形態についての説明が適宜適用される。また、第4実施形態においても、第1実施形態と同様な効果が奏される。
仕切部材6は、容器本体21及び蓋部材22により形成される内部空間を、蓄冷部材室33と冷却室32とに仕切る部材である。仕切部材6は、断熱容器3の側壁板の上面31に当接されて配置され、断熱容器3の側壁板の上面31に支持される。蓄冷部材室33は、冷却室32の上方側に配置され、3つの蓄冷プレート41、42、43を収容可能に構成される。
まず、冷却室32に被冷却物を収容した状態において、連通スリット61a,62aを閉じた状態(第1スリット61a及び第2スリット62aが重ならない状態)で、仕切部材6を断熱容器3の側壁板の上面31上に配置すると共に、仕切部材6の上面に、第1蓄冷プレート41、第2蓄冷プレート42、第3蓄冷プレート43をこの順に載置する。そして、蓋部材22により容器本体21の上方側開口を閉める。ここでは、連通スリット61a,62aが閉じた状態で、仕切部材6が配置されている。これにより、蓄冷部材室33と冷却室32とは、仕切部材6により分離され、第1蓄冷プレート41、第2蓄冷プレート42、第3蓄冷プレート43は、冷却室32から遮断され且つ蓄冷部材室33に収容されることで、冷却室32側へのエネルギーの流れが抑制され、エネルギーを損失しにくい状態で保持される。
これにより、第1蓄冷プレート41、第2蓄冷プレート42及び第3蓄冷プレート43からのエネルギーを効率的に使用することで、第1蓄冷プレート41、第2蓄冷プレート42及び第3蓄冷プレート43における保冷時間を長くすることができる。
第4実施形態の保冷システム1Bにおいては、冷却室32と蓄冷部材室33とを仕切る仕切部材6であって、冷却室32と蓄冷部材室33とを連通すると共に開度を調整可能に構成される連通スリット61a,62aを有する仕切部材6と、冷却室32の内部の温度を測定する温度センサ8と、を更に備える。そのため、冷却室32の内部の温度に基づいて、蓄冷プレート41〜42を冷却室32から遮断して、蓄冷部材室33に収容することができる。これにより、蓄冷プレート41〜42の保冷時間を長くすることができる。
例えば、前記実施形態においては、複数の蓄冷プレートのうち隣り合う蓄冷プレートを当接して配置したが、これに制限されず、例えば、隣り合う蓄冷プレート同士が離れた状態で近接して配置されていてもよい。「隣り合う蓄冷プレート同士が離れた状態で近接して配置される」とは、隣り合う蓄冷プレート同士が離れているが、隣り合う蓄冷プレートに冷却された気体が互いに伝達される程度に近い距離で隣り合って配置されることをいう。この場合においても、前記実施形態と同様の効果を奏することができる。
実施例1、2及び比較例の構成は、第1実施形態における保冷システムにおいて、蓄冷プレートに充填される蓄冷剤の融解温度(融点)が異なるのみであり、その他の構成は、第1実施形態の保冷システムの構成と同様である。
実施例2は、図1に示す保冷システムにおいて、第1蓄冷プレート41、第2蓄冷プレート42及び第3蓄冷プレート43の蓄冷剤の融解温度を、それぞれ、0℃、−11℃、−16℃に設定した場合である。
比較例は、図1に示す保冷システムにおいて、第1蓄冷プレート41、第2蓄冷プレート42及び第3蓄冷プレート43の蓄冷剤の融解温度を、それぞれ、−25℃、−25℃、−25℃に設定した場合である。
また、実施例2においては、図7及び表1に示すように、0℃〜−10℃の第2温度帯が約68時間保持され、5℃〜0℃の第1温度帯が約68時間保持される。
一方、比較例1においては、冷却室32の内部の温度は、−20℃〜5℃の温度帯において、保持される温度帯の時間が第1実施例及び第2実施例よりも短く(−10℃〜−20℃の第3温度帯で約18時間保持、0℃〜−10℃の第2温度帯で約15時間保持、5℃〜0℃の第1温度帯で約11時間保持)、徐々に上昇している。
以上により、本発明に係る実施例1及び実施例2における冷却室32の内部の温度は、比較例における冷却室32の内部の温度よりも、段階的に上昇する途中の温度が継続して保持されるという結果が得られた。
比較例2の構成は、第1実施形態における保冷システム1において、蓄冷プレート41〜43に充填される蓄冷剤について、全て同じ融解温度(融点)の蓄冷剤を使用したものである。
実施例3の構成は、第1実施形態における保冷システム1において、蓄冷プレート41〜43に充填される蓄冷剤の融解温度(融点)が異なるのみであり、その他の構成は、第1実施形態の保冷システム1の構成と同様である。
実施例4の構成は、第4実施形態における保冷システム1Bにおいて、蓄冷プレート41〜43に充填される蓄冷剤の融解温度(融点)が異なるのみであり、その他の構成は、第4実施形態の保冷システム1Bの構成と同様である。
また、表2の比較例2においては、蓄冷剤が、−35℃、−25℃、−21℃、−16℃、−11℃、−2℃、0℃、5℃の場合に、保持時間は、順に、48時間、60時間、66時間、66時間、66時間、72時間、72時間、72時間となっている。
また、表3の実施例3においては、第1蓄冷プレート41〜第3蓄冷プレート43の蓄冷剤の融解温度が、−21℃、−25℃、−35℃の組み合わせの場合、−16℃、−21℃、−25℃の組み合わせの場合、−11℃、−16℃、−21℃の組み合わせの場合、−2℃、−11℃、−16℃の組み合わせの場合、0℃、−2℃、−11℃の組み合わせの場合において、保持時間は、順に、60時間、72時間、72時間、72時間、72時間となっている。保持時間は、比較例2の場合よりも長い。
また、表4の実施例4においては、第1蓄冷プレート41〜第3蓄冷プレート43の蓄冷剤の融解温度が、−21℃、−25℃、−35℃の組み合わせの場合、−16℃、−21℃、−25℃の組み合わせの場合、−11℃、−16℃、−21℃の組み合わせの場合、−2℃、−11℃、−16℃の組み合わせの場合において、保持時間は、24〜100時間となっている。0℃、−2℃、−11℃の組み合わせの場合において、保持時間は、24〜120時間となっている。保持時間は、比較例2及び実施例3の場合よりも長い。
6 仕切部材
8 温度センサ
9 制御部
32 冷却室
33 蓄冷部材室
41 第1蓄冷プレート(蓄冷部材)
42 第2蓄冷プレート(蓄冷部材)
43 第3蓄冷プレート(蓄冷部材)
51 第11蓄冷プレート(蓄冷部材)
52 第12蓄冷プレート(蓄冷部材)
53 第13蓄冷プレート(蓄冷部材)
54 第14蓄冷プレート(蓄冷部材)
55 第15蓄冷プレート(蓄冷部材)
56 第16蓄冷プレート(蓄冷部材)
57 第17蓄冷プレート(蓄冷部材)
62a、62a 連通スリット(連通孔)
Claims (3)
- 被冷却物を収容可能な冷却室と、
内部に蓄冷剤が充填され、前記冷却室の内部を冷却する3つ以上の蓄冷部材と、を備え、
前記3つ以上の蓄冷部材に充填される前記蓄冷剤の融解温度は、それぞれ異なっており、
前記3つ以上の蓄冷部材は、それぞれ板状に形成され、前記冷却室の上方側において、上下方向に隣り合って並んで積層して配置されると共に、隣り合う蓄冷部材が近接して配置され又は一体的に構成され、上方側から下方側に向かって、前記蓄冷剤の融解温度が低い温度から高い温度の順に並んで配置され、
前記冷却室の内部の温度は、段階的に上昇されると共に段階的に上昇される途中の温度帯で所定時間保持される保冷システム。 - 前記冷却室の上方側に配置され、前記3つ以上の蓄冷部材を収容可能な蓄冷部材室と、
前記冷却室と前記蓄冷部材室とを仕切る仕切部材であって、前記冷却室と前記蓄冷部材室とを連通すると共に開度を調整可能に構成される連通孔を有する仕切部材と、
前記冷却室の内部の温度を測定する温度センサと、
を更に備える請求項1に記載の保冷システム。 - 前記温度センサにより測定された前記冷却室の内部の温度情報に基づいて、前記連通孔の開度を調整するように制御する制御部を更に備える
請求項2に記載の保冷システム。
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