JP7148829B2 - 空気組成調整装置、冷凍装置、及び輸送用コンテナ - Google Patents
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Description
対象空間の空気の組成を調整する調整部(34,35)と、前記搬送部(31)によって空気を前記調整部(34,35)に導入し、組成を調整した空気を対象空間へ供給する空気回路(3)と、前記対象空間に配置されて空気の成分を測定するガスセンサ(51)と、前記ガスセンサ(51)の周囲を覆うカバー(101)と、該カバー(101)内に空気を取り込む流入路(111)と、該カバー(101)内の空気を流出させる流出路(112)とを含むカバーユニット(100)とを備えている。
以下、本発明の実施形態1を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態は、対象空間の空気の組成を調整する空気組成調整装置(60)を備えた輸送用コンテナ(1)に関する。空気組成調整装置(60)は、ガス供給ユニット(30)とセンサユニット(50)を備える。ガス供給ユニット(30)は、空気を搬送する搬送部(後述のエアポンプ(31))と、空気の組成を調整する調整部(後述の第1,第2吸着筒(34,35))と、搬送部によって空気を調整部に導入し、組成を調整した空気を対象空間へ供給する空気回路(3)とを有する。センサユニット(50)は、対象空間に配置されて空気の成分を測定するセンサ(51,52)を有する。
輸送用コンテナ(1)は、図1及び図2に示すように、コンテナ本体(2)と輸送用冷凍装置(10)とを備え、海上輸送等に用いられる。輸送用冷凍装置(10)は、コンテナ本体(2)の庫内(対象空間)の空気を冷却する。コンテナ本体(2)の庫内空間(対象空間)には、生鮮物(植物(15))が箱詰めされた状態で収納される。植物(15)は、例えば、バナナやアボカド等の青果物、野菜、穀物、球根、生花等であり、空気中の酸素(O2)を取り込んで二酸化炭素(CO2)を放出する呼吸を行う。
輸送用冷凍装置(10)は、冷凍サイクルを行う冷媒回路(20)を備え、コンテナ本体(2)の庫内空気を冷媒回路(20)の蒸発器(24)で冷却する。
図2に示すように、輸送用冷凍装置(10)のケーシング(12)は、コンテナ本体(2)の庫外側に位置する庫外壁(12a)と、コンテナ本体(2)の庫内側に位置する庫内壁(12b)とを備えている。庫外壁(12a)及び庫内壁(12b)は、例えば、アルミニウム合金によって構成される。
図3に示すように、冷媒回路(20)は、その構成要素である圧縮機(21)と凝縮器(22)と膨張弁(23)と蒸発器(24)とを、冷媒配管(20a)によって順に接続することによって構成された閉回路である。
図4~図7に示すように、コンテナ本体(2)に設けられているCA装置(60)は、ガス供給ユニット(30)と、排気部(46)と、センサユニット(50)と、制御部(55)とを備え、コンテナ本体(2)の庫内空気の酸素濃度と二酸化炭素濃度とを調整する。なお、以下の説明で用いる「濃度」は、全て「体積濃度」を指す。
ガス供給ユニット(30)は、コンテナ本体(2)の庫内に供給するための成分調整された空気を生成するユニットである。本実施形態においては、コンテナ本体(2)の庫内に供給するための低酸素濃度の窒素濃縮空気を生成する装置である。本実施形態では、ガス供給ユニット(30)は、VPSA(Vacuum Pressure Swing Adsorption)によって構成されている。ガス供給ユニット(30)は、図1に示すように、庫外収納空間(S1)の左下のコーナー部に配置される。
エアポンプ(31)は、空気を吸引して加圧して吐出する第1ポンプ機構(加圧ポンプ機構)(31a)及び第2ポンプ機構(減圧ポンプ機構)(31b)を有する。第1ポンプ機構(31a)及び第2ポンプ機構(31b)はモータ(31c)の駆動軸に接続されている。
エアポンプ(31)等の構成部品が接続される空気回路(3)は、外気通路(41)、加圧通路(42)、減圧通路(43)、及び供給通路(44)を含む。
第1方向制御弁(32)及び第2方向制御弁(33)は空気回路(3)に設けられ、エアポンプ(31)と第1,第2吸着筒(34,35)との間に配置される。第1方向制御弁(32)及び第2方向制御弁(33)は、エアポンプ(31)と第1,第2吸着筒(34,35)との接続状態を、後述する2つの接続状態(第1,第2の接続状態)に切り換える。この切り換え動作は、制御部(55)によって制御される。
第1吸着筒(34)及び第2吸着筒(35)は、内部に吸着剤が充填された円筒部材で構成されている。第1吸着筒(34)及び第2吸着筒(35)に充填された吸着剤は、加圧下では窒素成分を吸着し、減圧下では、吸着した窒素成分を脱着させる性質を有する。
空気回路(3)には、ガス供給動作とガス排出動作とを切り換える給排切換機構(70)が設けられる。ガス供給動作は、窒素濃縮空気を第1吸着筒(34)及び第2吸着筒(35)からコンテナ本体(2)の庫内に供給する動作である。ガス排出動作は、窒素濃縮空気を第1吸着筒(34)及び第2吸着筒(35)から庫外へ排出する動作である。給排切換機構(70)は、排気用接続通路(71)と、排気用開閉弁(72)と、供給用開閉弁(73)とを有する。
図2,図4に示すように、排気部(46)は、庫内収納空間(S2)と庫外空間とを繋ぐ排気通路(46a)と、排気通路(46a)に接続された排気弁(46b)と、排気通路(46a)の流入端部(庫内側端部)に設けられたメンブレンフィルタ(46c)とを有する。排気通路(46a)は、ケーシング(12)を内外に貫通している。排気弁(46b)は、排気通路(46a)の庫内側に設けられる。排気弁(46b)は、排気通路(46a)における空気の流通を許容する開状態と、排気通路(46a)における空気の流通を遮断する閉状態とに切り換わる電磁弁で構成される。排気弁(46b)の開閉動作は、制御部(55)によって制御される。
図2,図4に示すように、センサユニット(50)は、庫内収納空間(S2)における庫内ファン(26)の吹出側の2次空間(S22)に設けられる。センサユニット(50)は、酸素センサ(51)と、二酸化炭素センサ(52)と、メンブレンフィルタ(54)と、排気管(57)とを有する。酸素センサ(51)と二酸化炭素センサ(52)はセンサケーシング(90)に収容される。センサケーシング(90)は、その内部へ空気を導入する後述の導入口(94)を備え、図4のメンブレンフィルタ(54)は導入口(94)に装着される。
図8は、輸送用冷凍装置(10)のケーシング(12)の背面側斜視図であり、センサケーシング(90)の配置を示す。図9はセンサケーシング(90)の拡大斜視図、図10はセンサケーシング(90)の内部を示す斜視図であり、酸素センサのカバーユニットを仮想線で表している。図11はセンサケーシング(90)を背面から観た斜視図である。図12は、
センサケーシング(90)の内部を示す他の斜視図である。図10では、詳細は後述するカバーユニット(100)を破線で示している。
空気組成調整装置(60)は、カバーユニット(100)を備える。カバーユニット(100)は、酸素センサ(51)の周囲を覆う。カバーユニット(100)は、樹脂材料で構成される。カバーユニット(100)は、合成樹脂の成形部品である。カバーユニット(100)は、空気中の腐食成分(例えば硫黄)が酸素センサ(51)に接触することを抑制する。腐食成分は、積荷である植物を箱詰めした庫内のダンボールやそれらを載せた木材パレットから発生する場合や、外気に含まれる場合が考えられる。
カバー(101)は、有底筒状に形成される。カバー(101)は、筒状の胴部(102)と、該胴部(102)の軸方向の一端を閉塞する半球形状の頂部(103)とを含む。カバー(101)の内部には、酸素センサ(51)が収容される収容空間(104)が形成される
一対の取付部(120)は、カバー(101)の底部寄りの部分から径方向外方に延出する。一対の取付部(120)は、カバー(101)を挟んで互いに対向する。取付部(120)には、ビスなどの締結部材が締結される。これにより、酸素センサ(51)を覆った状態のカバーユニット(100)がセンサケーシング(90)に固定される(図12を参照)。
流出路(112)の内径、および流入路(111)の内径は、1mm以上4mm以下とすることが好ましい。流出路(112)の内径、および流入路(111)の内径が小さすぎると、カバーユニット(100)を流れる空気の流路抵抗が過剰に大きくなる。この場合、酸素センサ(51)の応答性が悪化することに起因して不具合を招くことがある。
酸素センサ(51)は、通電されてON状態になることで発熱する。具体的には、酸素センサ(51)は、ジルコニア式センサであり、通電されてON状態なることで約450℃まで発熱することがある。このため、酸素センサ(51)の動作時においては、カバー(101)内の収容空間(104)において上昇気流を形成できる。この結果、センサケーシング(90)内の一部の空気をカバー(101)内に導入し易くなる。
制御部(55)は、コンテナ本体(2)の庫内空気の酸素濃度及び二酸化炭素濃度を所望の濃度にする濃度調整運転の制御を実行する。具体的には、制御部(55)は、酸素センサ(51)及び二酸化炭素センサ(52)の測定結果に基づいて、コンテナ本体(2)の庫内空気の組成(酸素濃度及び二酸化炭素濃度)が所望の組成(例えば、酸素濃度5%、二酸化炭素濃度5%)になるように、ガス供給ユニット(30)、排気部(46)及びセンサユニット(50)の動作を制御する。
〈冷媒回路の運転動作〉
本実施形態では、図3に示すユニット制御部(150)によって、コンテナ本体(2)の庫内空気を冷却する冷却運転が実行される。
(ガス生成動作)
ガス供給ユニット(30)では、第1吸着筒(34)が加圧されると同時に第2吸着筒(35)が減圧される第1動作(図4を参照)と、第1吸着筒(34)が減圧されると同時に第2吸着筒(35)が加圧される第2動作(図5を参照)とが、所定の時間で交互に繰り返され、窒素濃縮空気と酸素濃縮空気とが生成される。各動作の切り換えは、制御部(55)が第1方向制御弁(32)及び第2方向制御弁(33)を操作することによって行われる。
第1動作では、制御部(55)によって、第1方向制御弁(32)及び第2方向制御弁(33)が共に、図4に示す第1状態に切り換えられる。これにより、空気回路(3)は、第1吸着筒(34)が第1ポンプ機構(31a)の吐出口に連通して第2ポンプ機構(31b)の吸込口から遮断され、且つ第2吸着筒(35)が第2ポンプ機構(31b)の吸込口に連通して第1ポンプ機構(31a)の吐出口から遮断された第1接続状態となる。この第1接続状態では、第1ポンプ機構(31a)によって加圧された外気が第1吸着筒(34)に供給される一方、第2ポンプ機構(31b)が、第2吸着筒(35)から窒素濃度が外気よりも高く酸素濃度が外気よりも低い窒素濃縮空気を吸引する。
第2動作では、制御部(55)によって、第1方向制御弁(32)及び第2方向制御弁(33)が共に、図5に示す第2状態に切り換えられる。これにより、空気回路(3)は、第1吸着筒(34)が第2ポンプ機構(31b)の吸込口に連通して第1ポンプ機構(31a)の吐出口から遮断され、且つ第2吸着筒(35)が第1ポンプ機構(31a)の吐出口に連通して第2ポンプ機構(31b)の吸込口から遮断された第2接続状態となる。この第2接続状態では、第1ポンプ機構(31a)によって加圧された外気が第2吸着筒(35)に供給される一方、第2ポンプ機構(31b)が、第1吸着筒(34)から窒素濃縮空気を吸引する。
ガス供給ユニット(30)では、給排切換機構(70)によって、空気回路(3)において生成した窒素濃縮空気をコンテナ本体(2)の庫内に供給するガス供給動作と、脱着動作の開始時点から所定時間の間、生成した窒素濃縮空気をコンテナ本体(2)の庫内へ供給せずに排気するガス排出動作とが切り換えられる。
本実施形態では、外気をコンテナ本体(2)の庫内へ導入する外気導入動作も可能である。図6に示す外気導入動作では、第1方向制御弁(32)が第1状態に設定され、第2方向制御弁(33)が第2状態に設定され、バイパス開閉弁(48)が開かれる。給気用開閉弁(73)は開かれ、分岐開閉弁(82)は閉じられる。この状態でエアポンプ(31)を起動すると、外気が、外気通路(41)と加圧通路(42)の一部とバイパス通路(47)と供給通路(44)の一部とにより構成された、太い実線で示した外気導入通路(40)を流れる。外気導入通路(40)の通路抵抗が、方向切換弁(32,33)及び吸着筒(34,35)を通る流路の通路抵抗よりも小さいためである。そして、外気導入通路(40)を流れる外気と組成の同じ空気がコンテナ本体(2)の庫内へ押し込まれる。
本実施形態では、CA装置(60)は、制御部(55)によって、コンテナ本体(2)の庫内空気の組成(酸素濃度及び二酸化炭素濃度)を所望の組成(例えば、酸素濃度5%、二酸化炭素濃度5%)に調整する濃度調整運転を行う。濃度調整運転では、酸素センサ(51)及び二酸化炭素センサ(52)の測定結果に基づいて、コンテナ本体(2)の庫内空気の組成が所望の組成となるように、ガス供給ユニット(30)及び排気部(46)の動作が制御される。
本実施形態では、ユーザからの指令により又は定期的(例えば、10日毎)に、ガス供給ユニット(30)において生成された窒素濃縮空気の酸素濃度を測定する給気測定動作を行える。給気測定動作は、上述の濃度調整運転や試運転等のガス供給動作中に庫内ファン(26)が停止した際に並行して行われる。
本実施形態では、外気をセンサユニット(50)に導入して酸素センサ(51)を校正する図7のセンサ校正動作を行うことができる。センサ校正動作は、例えば庫内を冷却しながら濃度調整を一旦停止して短時間(10分程度)で行い、その後に濃度調整運転に戻すことができる。
通常の運転時は、図10において、センサケーシング(90)へ第2導入口(94b)から庫内空気が流入する。第2導入口(94b)から流入した庫内空気は、センサケーシング(90)内を満たしつつ導出口(95)へ向かう(経路(R1)参照)。その際、第2導入口(94b)と酸素センサ(51)の間にカバー(101)の胴部(102)が位置する。加えて、酸素センサ(51)はカバー(101)で覆われているので、庫内空気に腐食成分が含まれていても、その腐食成分と酸素センサ(51)との接触が抑えられる。
実施形態1は、酸素センサ(51)の周囲を覆うカバー(101)を有する。このため、空気中の腐食成分が酸素センサ(51)に接触することを、カバー(101)によって抑制できる。その結果、酸素センサ(51)の劣化を抑制できる。
(変形例1)
実施形態1では、第1導入口(94a)と第2導入口(94b)の両方を酸素センサ(51)の下方に配置しているが、第1導入口(94a)と第2導入口(94b)の一方が酸素センサ(51)の下方に位置する構成にしてもよい。
実施形態1のカバーユニット(100)は、カバー(101)に穴()を形成することで、流入路(111)および流出路(112)を形成している。しかし、カバーユニット(100)は、カバー(101)の筒部(131,132)を設けることにより、流入路(111)および流出路(112)を形成してもよい。
実施形態2は、実施形態1のカバーユニット(100)に加えて、接触抑制部として、空気中の腐食成分を吸着する吸着材(105)を用いた例である。
(変形例1)
吸着材(105)は、図18に示すように、センサケーシング(90)のケースカバー(92)の裏面など、センサケーシング(90)内の図17とは異なる位置に配置してもよい。このように構成しても、吸着材(105)で空気中の腐食成分を吸着することにより、腐食成分が酸素センサ(51)に接触するのを抑えられる。
吸着材(105)は、図17及び図18の例とは異なる配置で空気回路(3)に設けてもよい。
図20は、変形例3に係る空気回路(3)の部分拡大図である。この変形例3では、図示するように、吸着材(105)は、センサケーシング(90)の内部へ空気を導入する第1導入路(59a)である連絡管(59)に配置される。吸着材(105)は、図20に仮想線で示すように、センサケーシング(90)に連絡管(59)が接続される導入口(94)に、例えば前記メンブレンフィルタ(54)とともに配置してもよい。
吸着材(105)は、センサケーシング(90)の内部以外の位置に設けてもよい。
図22,図23に示すように、センサケーシング(90)は、庫内空間ではなく庫外空間に配置してもよい。庫外に配置されるセンサケーシング(90)は、図22の配管系統図に示すように、庫内の2次空間(S22)に配置されるメンブレンフィルタ(54)と第2導入路(59b)を介して接続される。このように構成しても、空気中の腐食成分が酸素センサ(51)に接触するのを抑えられる。
前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
2 コンテナ本体
3 空気回路
10 輸送用冷凍装置(冷凍装置)
20 冷媒回路
21 圧縮機(構成要素)
22 凝縮器(構成要素)
23 膨張弁(構成要素)
24 蒸発器(構成要素)
31 エアポンプ(搬送部)
34 第1吸着筒(調整部)
35 第2吸着筒(調整部)
51 酸素センサ(ガスセンサ)
51a 検知部
59 第2連絡管(導入路)
60 空気組成調整装置(空気組成調整部)
90 センサケーシング
94 導入口(導入路)
94a 第1導入口
94b 第2導入口
100 カバーユニット
101 カバー
105 吸着材
111 流入路
112 流出路
131 第1筒部
132 第2筒部
h1 第1穴
h2 第2穴
Claims (17)
- 空気を搬送する搬送部(31)と、
対象空間の空気の組成を調整する調整部(34,35)と、
前記搬送部(31)によって空気を前記調整部(34,35)に導入し、組成を調整した空気を対象空間へ供給する空気回路(3)と、
前記対象空間に配置されて空気の成分を測定するガスセンサ(51)と、
前記ガスセンサ(51)を収容するカバー(101)と、該カバー(101)内に空気を取り込む流入路(111)と、該カバー(101)内の空気を流出させる流出路(112)とを含むカバーユニット(100)とを備え、
前記流出路(112)は、前記カバー(101)の上部に位置し、
前記ガスセンサ(51)は、ON状態において発熱するように構成され、
前記流入路(111)は、前記カバー(101)の下部に位置し、
前記カバー(101)および前記ガスセンサ(51)を内部に収容するセンサケーシング(90)を備え、
前記センサケーシング(90)には、その内部へ空気を導入する導入口(94)と、その内部の空気を外部へ流出させる導出口(95)とが形成され、
前記カバー(101)の前記流入路(111)および前記流出路(112)が、センサケーシング(90)の内部に連通し、
前記流入路(111)は、前記センサケーシング(90)の内部に向かって下方に開口し、
前記流出路(112)は、前記センサケーシング(90)の内部に向かって上方に開口する
ことを特徴とする空気組成調整装置。 - 請求項1において、
前記流入路(111)の内径、および前記流出路(112)の内径が、1mm以上4mm以下である
ことを特徴とする空気組成調整装置。 - 請求項1または2において、
前記ガスセンサ(51)の検知部(51a)が、前記流入路(111)と前記流出路(112)とを結ぶ直線上に位置する
ことを特徴とする空気組成調整装置。 - 請求項1から3の何れか1つにおいて、
前記流入路(111)は、前記カバー(101)に形成した第1穴(h1)によって構成され、
前記流出路(112)は、前記カバー(101)に形成した第2穴(h2)によって構成される
ことを特徴とする空気組成調整装置。 - 請求項1から3の何れか1つにおいて、
前記流入路(111)は、前記カバー(101)に接続された第1筒部(131)によって構成され、
前記流出路(112)は、前記カバー(101)に接続された第2筒部(132)によって構成される
ことを特徴とする空気組成調整装置。 - 請求項1から5の何れか1つにおいて、
前記カバー(101)は、前記ガスセンサ(51)の発熱に伴い空気流れを形成するように構成される
ことを特徴とする空気組成調整装置。 - 請求項1から6の何れか1つにおいて、
前記カバー(101)は、前記導入口(94)と前記ガスセンサ(51)との間に配置される
ことを特徴とする空気組成調整装置。 - 請求項7において、
前記導入口(94)は、前記ガスセンサ(51)の下方に配置され、
前記カバー(101)は、前記ガスセンサ(51)の下方に配置される部分を有する
ことを特徴とする空気組成調整装置。 - 請求項7において、
前記導入口(94)は、前記対象空間の内部の空気を前記センサケーシング(90)内へ導入する第1導入口(94a)と、前記対象空間の外の空気を前記センサケーシング(90)内へ導入する第2導入口(94b)を含み、
前記第1導入口(94a)及び前記第2導入口(94b)の少なくとも一方は、前記ガスセンサ(51)の下方に配置され、
前記カバー(101)は、前記ガスセンサ(51)の下方に配置される部分を有する
ことを特徴とする空気組成調整装置。 - 請求項1から6の何れか1つにおいて、
空気中の腐食成分がガスセンサ(51)に接触するのを抑制する接触抑制部を備え、
前記接触抑制部は、空気中の腐食成分を吸着する吸着材(105)を有する
ことを特徴とする空気組成調整装置。 - 請求項10において、
前記吸着材(105)は、前記センサケーシング(90)の内部に配置される
ことを特徴とする空気組成調整装置。 - 請求項10において、
前記センサケーシング(90)には、その内部へ空気を導入する導入路(59)が接続され、
前記吸着材(105)は、前記導入路(59)に配置される
ことを特徴とする空気組成調整装置。 - 請求項10において、
前記吸着材(105)は前記導入口(94)に配置される
ことを特徴とする空気組成調整装置。 - 請求項10において、
前記吸着材(105)は、前記空気回路(3)へ空気が流入する流入部に配置される
ことを特徴とする空気組成調整装置。 - 請求項11から14の何れか1つにおいて、
前記吸着材(105)は、硫黄またはリンを含む腐食成分を吸着する
ことを特徴とする空気組成調整装置。 - 冷凍サイクルを行う冷媒回路(20)の構成要素(21~24)と、対象空間の空気の組成を調整する空気組成調整部(60)とを備え、
前記冷媒回路(20)の蒸発器(24)で前記対象空間の空気を冷却する冷凍装置であって、
前記空気組成調整部(60)は、請求項1から15の何れか1つの空気組成調整装置で構成される
ことを特徴とする冷凍装置。 - 生鮮物を輸送するコンテナ本体(2)と、前記コンテナ本体(2)の庫内を対象空間として冷却する輸送用冷凍装置(10)とを備える輸送用コンテナであって、
前記輸送用冷凍装置(10)は、請求項16の冷凍装置で構成される
ことを特徴とする輸送用コンテナ。
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