JP6761557B1 - コンテナ及び自動車 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1に記載された装置は、コンテナ内に予め冷却した保冷材を配置することで、電気エネルギーを得られない状況でも、輸送中の生鮮食品を低温に維持するものである。
このように、特許文献1に記載された保冷コンテナにおいては、冷却対象物から保冷材に移動する熱エネルギーを効率的に利用できないという問題があった。
第1の冷却対象物と、第1の温度で状態変化をする第1の保冷材と、前記第1の冷却対象物と前記第1の温度である前記第1の保冷材との温度差に基づいて発電する第1の室内発電部と、を格納し、前記第1の冷却対象物の温度を保持する第1の温度保持室と、
第2の冷却対象物と、第2の温度で状態変化をする第2の保冷材と、前記第2の冷却対象物と前記第2の温度である前記第2の保冷材との温度差に基づいて発電する第2の室内発電部と、を格納し、前記第2の冷却対象物の温度を保持する第2の温度保持室と、
前記第1の温度保持室と前記第2の温度保持室との間に配置され、前記第1の温度保持室と前記第2の温度保持室とを熱的に接続し、前記第1の温度保持室と前記第2の温度保持室との温度差に基づいて発電する室間発電部と、を備える。
前記コンテナと、
生成したエネルギーを前記第1の室内発電部、前記第2の室内発電部又は前記室間発電部に供給する太陽電池と、
前記第1の室内発電部、前記第2の室内発電部又は前記室間発電部によって発電された電気エネルギーを用いて車体を走行させる駆動機構と、を備える。
以下に、本発明の実施の形態1に係る保冷ボックス1を、図面を参照しつつ説明する。
図1(A)に示すように、保冷ボックス1は、肉、魚、野菜等の冷却対象物COを格納して温度を保持する空間である3つの温度保持室31、32、33を備える箱型の装置である。
蓄電池21は、発電パネル50によって発電された電気エネルギーを蓄える装置である。
ポンプ22は、電気エネルギーを用いて配管P内の発電流体に圧力をかけ、発電パネル50に発電流体を循環させる装置である。ポンプ22を動作させる電気エネルギーは、配線Wを介して供給される。
電気コネクタ23は、電気エネルギーを利用する外部機器の電源ケーブルを接続するコネクタである。外部機器は、電気コネクタ23を介して、蓄電池21に蓄えられた電気エネルギーを消費する。
図1(B)に示したように、温度保持室31の内部の空間は、発電パネル50によって上下に区切られている。温度保持室31の上側の区画31aには保冷材34が格納され、下側の区画31bには冷却対象物COが格納されている。
温度保持室32、33の内部の空間は、発電パネル50によって、左右に区切られている。温度保持室32の左側の区画32aには保冷材35が格納され、右側の区画32bには冷却対象物COが格納されている。同様に、温度保持室33の左側の区画33aには保冷材36が格納され、右側の区画33bには冷却対象物COが格納されている。
発電パネル50によって区切られた区画31a、32a、33aには保冷材34、35、36がそれぞれ配置され、反対側の区画31b、32b、33bには冷却対象物COが配置されるので、発電パネル50の両面は、異なる温度に保たれる。
冷却対象物COは、請求項における、第1の冷却対象物、第2の冷却対象物の一例である。
後述するように、温度保持室31、32、33の温度は異なるから、温度保持室31、32、33の間に配置された発電パネル50の両面の温度は異なる。
温度保持室31、32は、それぞれ、断熱壁31w、32wによって囲まれている。温度保持室31と温度保持室32は、温度保持室31側の断熱壁31w、温度保持室32側の断熱壁32w及び発電パネル50を介して接している。温度保持室31と温度保持室32は、断熱壁31w、32wによって、互いに断熱されている。しかし、断熱壁31w、32wのうち、発電パネル50が配置される熱通過部分31g、32gでは、断熱壁31w、32wは、他の部分に比べて薄く形成されている。
温度保持室31、32、33は、請求項における、第1の温度保持室、第2の温度保持室の一例である。
図2(A)に示すように、発電パネル50は、後述する4つの発電セル51を備える。発電パネル50は、平板状に形成されている。
発電セル51は、発電パネル50に接する物体の温度差から電気エネルギーを取り出して発電する装置である。
図2(B)に示すように、発電セル51は、扁平な箱型に形成されている。発電セル51は、後述する発電流体を溜めるチャンバ56を備える。発電セル51には、陽極54及び陰極55が接続されている。チャンバ56には、発電流体の流入口である流体流入口52と、発電流体の流出口である流体流出口53と、が形成されている。
図2(C)、(D)に示すように、陰極55は、チャンバ56の内部に突き出ており、かつ、陽極54と電気的に接続しない位置に固定されている。陰極55は金属板である。
発電流体は、陽極54、陰極55との間で電子をやり取りして発電する流体である。発電流体は、以下で説明する酸化還元対とイオン液体を含む。酸化還元対は、後述する保冷材34、35、36が状態変化する温度付近の温度で酸化又は還元される化合物である。
bpyは、2,2’−ビピリジン(2,2'-bipyridine)である。NTf2は、ビストリフルオロメチルスルホニルアミド(bis(trifluoromethylsulfonyl)amide)である。
C2mimは、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(1-ethyl-3-methylimidazolium)である。
まず、発電流体は、流体流入口52から流入し、チャンバ56の上部を図面向かって右から左へ流れる。前述したように、発電パネル50は、冷却対象物COと保冷材34、35又は36とに接し、発電セル51は発電パネル50に埋め込まれている。このため、チャンバ56の上部には保冷材34、35、36が位置しており、発電流体は、チャンバ56の上部を流れる際に熱エネルギーを奪われて冷却される。
チャンバ56の内壁にぶつかると、発電流体は、陰極55とチャンバ56の隙間を通って、チャンバ56内の陽極54の下側に達する。
続いて、発電流体は、陽極54と陰極55の間を図面向かって左から右へ流れる。このとき、チャンバ56の下部には図示しない冷却対象物COがあるため、発電流体は冷却対象物COの熱エネルギーを受け取り、昇温する。
発電流体は、還元される際に、陽極54から電子を奪い、酸化される際に、陰極55に電子を渡すため、陽極54と陰極55との間に電位差が発生する。このようにして陽極54と陰極55との間に生じた電位差は、配線Wを通して接続された蓄電池21に蓄えられる。
また、発電パネル50における発電セル51の配置は、説明したものに限られない。
発電パネル50は、請求項における、第1の室内発電部、第2の室内発電部、室間発電部の一例である。
保冷材34、35、36は、温度保持室31、32、33内に格納される冷却対象物COを保存する温度以下の温度であって、冷却対象物COの種類、量等に応じて、互いに異なる温度、例えば、−20℃、−10℃、0℃で固体から液体に状態変化する保冷材である。保冷材34、35、36は、冷却対象物COを保存する間、−20℃、−10℃以下、0℃以下の温度を保持する熱容量を有する。
保冷材34、35、36は、例えば、水と吸水性ポリマーを含む。
水を含むため、保冷材34、35、36の熱容量は比較的大きく、温度変化は比較的緩やかである。保冷材34、35、36は、一定の温度で固体から液体、又は液体から固体へ状態変化する。それぞれ異なる割合で吸水性ポリマーを含むことから、保冷材34、35、36は、異なる温度で状態変化する。
保冷材35、36も、保冷材34と同様に、状態変化する間、一定の温度、例えば、−10℃、0℃を保つ。
保冷材34、35、36は、請求項における、第1の保冷材、第2の保冷材の一例である。また、保冷材34、35、36が状態変化する温度は、請求項における、第1の温度、第2の温度の一例である。
温度保持室32の内部には、温度保持室31の内部と同様に、保冷材35と発電パネル50が配置されている。また、温度保持室33の内部にも、温度保持室31、32の内部と同様に、保冷材36と発電パネル50が配置されている。また、温度保持室31と温度保持室32との間、温度保持室32と温度保持室33との間にも、それぞれ、発電パネル50が配置されている。
従って、保冷ボックス1によれば、従来利用しなかった熱エネルギーをエネルギー源として利用できるので、従来に比べてエネルギーを効率的に利用することができる。
保冷ボックス1は、熱エネルギーを受け取っても温度が変化しない保冷材34、35、36の温度領域を利用して発電を行う。このため、保冷ボックス1によれば、受け取った熱エネルギーの量に応じて温度が変化する冷媒CPで発電を行う場合に比べて、高い発電の効率が達成される。冷媒CPは、温度保持室31の区画31aに格納される仮想的な物質であり、保冷材34と同一の比熱、熱容量を有するが、状態変化をしないものである。
このことを、保冷材34を例に、図3(A)、(B)を参照して説明する。
以下、理解を容易にするため、冷却対象物COから保冷材34、冷媒CPに移動する熱エネルギーのうち、発電パネル50によって取り出される熱エネルギーの量を考慮しないものとする。
Q3ジュールの熱を受け取ったとき、保冷材34の温度は−20℃のままであるが、冷媒CPの温度は−15℃まで上昇している。このため、冷媒CPを用いる場合には、保冷材34を用いる場合に比べて冷却対象物COとの温度差が小さく、温度差に基づく発電量が小さくなる。
更に保冷材34、冷媒CPと冷却対象物COとを接触させ続け、冷却対象物COから保冷材34、冷媒CPにQ4ジュールの熱が移動したとき、保冷材34の温度は変わらず−20℃であるが、冷媒CPの温度は5℃まで上昇している。一方で、冷却対象物COの温度は5℃まで低下しているから、冷媒CPの温度と冷却対象物COの温度は等しくなっている。
このため、Q4ジュールの熱が移動すると、冷媒CPを用いた場合には、温度差がないため、温度差に基づく発電ができなくなる。これに対し、保冷材34を用いた場合には、25℃の温度差が残っているため、更にQ5ジュールの熱を受け取って冷却対象物COとの温度が等しくなるまで、温度差に基づく発電を継続することができる。
このように、保冷材34では、温度差を維持し続ける限り多く発電をすることができるので、温度変化をする冷媒CPを用いる場合に比べて高い発電の効率を有する。
以上、保冷ボックス1の発電の効率について説明した。
ポンプ22は、蓄電池21に蓄えられたエネルギーを用いて、発電流体を循環させる。発電流体は、チャンバ56内を流れる際に、発電セル51内で酸化還元反応を起こすため、陽極54と陰極55との間に電位差が発生する。発電セル51を含む発電パネル50によって生成された電気エネルギーは、蓄電池21に蓄積される。蓄積されたエネルギーの少なくとも一部は、ポンプ22に供給されて、発電流体を循環させるエネルギーとして用いられる。
保冷材34、35、36は、冷却対象物COを保存する間、融点を維持するため、冷却対象物COを保存する間、温度保持室31、32、33は、一定の温度を保つ。この条件では、温度保持室31と32の温度差、温度保持室32と33の温度差は、それぞれ一定に保たれる。このため、温度保持室31と32の間に配置された発電パネル50、及び温度保持室32と33の間に配置された発電パネル50は、それぞれ一定の発電量を維持する。従って、保冷ボックス1は、温度保持室31、32、33内で冷却対象物COが冷却されている間、ポンプ22を動作させる電気エネルギーを生成し続ける。
このようにして、発電セル51による発電と、生成された電気エネルギーの蓄電池21への蓄積、蓄積されたエネルギーのポンプ22への供給が繰り返される。
以下、保冷ボックス1に供給するエネルギーと保冷ボックス1から得られるエネルギーとの関係を説明する。
図4に示すように、冷却対象物COから発電パネル50に流れる熱をQinとし、発電パネル50から保冷材34、35、36に流れる熱をQoutとする。発電パネル50は温度差に基づいて発電する。言い換えれば、発電パネル50は、受け取った熱Qinと放出した熱Qoutの差の一部を電気エネルギーEoutに変換する機能を有するものである。
発電パネル50における摩擦、振動等によるエネルギーの損失分をElossとする。発電流体を循環させるポンプ22を動作させるエネルギーをEinとする。
このとき、発電パネル50に供給されるエネルギーと発電パネル50から出力されるエネルギーは釣り合っているから、Ein+Qin=Eout+Qout+Elossが成り立つ。
また、発電パネル50によって生成されたエネルギーの発電パネル50を動作させるのに必要なエネルギーに対する比は、Eout/Ein=1+(Qin−Qout−Eloss)/Einで表される。
Einは正の値であるから、Eex=(Qin−Qout−Eloss)が正の値であれば、Eout/Einの値は1を超える。すなわち、Eexが正の値であれば、保冷ボックス1のエネルギーのゲインは1を超える。なお、Eexは、例えば、蓄電池21に蓄えられる余剰なエネルギーである。
保冷ボックス1においては、発電パネル50に発電流体を循環させるポンプ22のエネルギーは、発電パネル50によって生成されたエネルギーで賄われていた。
発電をより安定させるため、発電パネル50以外の発電装置によって電気エネルギーを生成し、生成した電気エネルギーをポンプ22に供給してもよい。
実施の形態2に係る保冷車2は、太陽光発電によって、発電パネル50の動作に必要なエネルギーを補うものである。以下、保冷ボックス1と異なる部分について説明する。
図5(A)に示すように、保冷車2は車両後部に荷台BBを備えるバンボディ型の貨物自動車であり、荷台BBの天井に太陽光発電によって発電して電気エネルギーを生成する太陽光発電部40を備える。
ソーラーパネルは、請求項における、太陽電池の一例である。
駆動機構10は、シャフト11、シャフト11に接続されたタイヤ12、シャフト11に接続されたモータ13を含む。モータ13は、配線Wを介して、蓄電池21に接続されている。
駆動機構10は、これらに加えて、図示しないギア、ブレーキ、エンジン、電気回路、電子回路等を含んでいてもよい。
保冷コンテナ30には、車体側面に設けられ、左右に移動させて開けるスライドドアSDを開けた状態でアクセスされる。
太陽光発電部40と制御部20とは、配線Wによって接続されており、太陽光発電部40によって発電されたエネルギーは、制御部20を介して、蓄電池21に蓄積される。
保冷車2のエネルギーの均衡について、図6を参照して、保冷ボックス1と異なる点を説明する。
太陽光発電部40によって生成されたエネルギーをEaとする。
コンテナに供給されるエネルギーEinは、保冷車2によって発電されたエネルギーのうちの発電のために再利用される分であるErと、太陽光発電部によって生成されたエネルギーEaとの合計であるから、Ein=Er+Eaという関係が成り立つ。
モータ13は、発電機としての機能を有する。このため、保冷車2が減速するとき、モータ13のシャフトを回転させて発電機として動作させ、保冷車2の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することで、変換された電気エネルギーがポンプ22に供給される。
従って、太陽光を得られない環境でも、保冷車2によれば、安定して発電を継続できる。
保冷ボックス1、保冷車2は、発電流体を循環させて発電を行うものである。発電素子は、発電流体を用いるものに限られず、固体素子でもよい。
変形例に係る発電セル351は、固体素子によって発電を行うものである。
以下、保冷ボックス1、保冷車2の発電セル51と異なる部分について説明する。
このため、本発明は、二酸化炭素を排出することとなる火力発電による電力需要を減らすことにつながり得る点で、環境に優しく、持続可能な開発目標の達成に寄与するものである。
また、本発明は、電力を得ることができない環境においても発電を行うことができる点で、クリーンエネルギーを開発するという効果も有する。
2 保冷車
10 駆動機構
11 シャフト
12 タイヤ
13 モータ
20 制御部
21 蓄電池
22 ポンプ
23 電気コネクタ
30 保冷コンテナ
31、32、33 温度保持室
31a、31b 区画
31g、32g 熱通過部分
31w、32w、33w 断熱壁
32a、32b 区画
33a、33b 区画
34、35、36 保冷材
40 太陽光発電部
50 発電パネル
51 発電セル
52 流体流入口
53 流体流出口
54 陽極
55 陰極
56 チャンバ
351 発電セル
354 陽極
355 陰極
BB 荷台
CO 冷却対象物
D1、D2、D3 ドア
W 配線
P 配管
Claims (3)
- 第1の冷却対象物と、第1の温度で状態変化をする第1の保冷材と、前記第1の冷却対象物と前記第1の温度である前記第1の保冷材との温度差に基づいて発電する第1の室内発電部と、を格納し、前記第1の冷却対象物の温度を保持する第1の温度保持室と、
第2の冷却対象物と、第2の温度で状態変化をする第2の保冷材と、前記第2の冷却対象物と前記第2の温度である前記第2の保冷材との温度差に基づいて発電する第2の室内発電部と、を格納し、前記第2の冷却対象物の温度を保持する第2の温度保持室と、
前記第1の温度保持室と前記第2の温度保持室との間に配置され、前記第1の温度保持室と前記第2の温度保持室とを熱的に接続し、前記第1の温度保持室と前記第2の温度保持室との温度差に基づいて発電する室間発電部と、を備える、
コンテナ。 - 前記第1の温度保持室と前記第2の温度保持室とは、それぞれ、断熱壁によって囲まれ、
前記断熱壁のうち、前記室間発電部と接する部分は、前記室間発電部と接しない部分に比べて薄く形成されている、
請求項1に記載のコンテナ。 - 請求項1又は2に記載のコンテナと、
生成したエネルギーを前記第1の室内発電部、前記第2の室内発電部又は前記室間発電部に供給する太陽電池と、
前記第1の室内発電部、前記第2の室内発電部又は前記室間発電部によって発電された電気エネルギーを用いて車体を走行させる駆動機構と、を備える、
自動車。
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