(57)【要約】【課題】  作用冷気の挙動を根本的に見直し、充分且つ効率的な冷却が行える新規な冷却方法並びに冷却施設を提供する。【解決手段】  本発明は、建屋１１内に被保管物Ａの格納設備２と、冷気供給装置３とを設置し、冷気供給装置３から作用冷気Ｃを建屋１１内に供給して被保管物Ａを冷却保存する手法であって、冷気供給装置３のダクト３２は、作用済冷気Ｃ１を回収する取込口３３が、建屋１１内の天井近くに開口されるととともに、回収した作用済冷気Ｃ１を再冷却して成る作用冷気Ｃを供給する吐出口３４が、建屋１１内の床面近くに開口されるものであり、これにより建屋１１内では、上昇移動する作用済冷気Ｃ１の作動に合わせて、その下方から順次新たな作用冷気Ｃを送り込む循環流を形成し、被保管物Ａの周囲を常に作用冷気Ｃによって取り囲むようにしたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建屋内に被保管物の格納設備と冷気供給装置とを設置し、冷気供給装置からの作用冷気により、建屋内を要求される低温雰囲気に保ち、被保管物を冷却保存する方法において、
前記冷気供給装置は、建屋内での作用を終えた作用済冷気を、上方から取り込んで回収するとともに、これを再度冷却した作用冷気については、建屋内の床面近くの下方から吐き出すように形成され、
これにより建屋内では、上昇移動する作用済冷気の作動に合わせて、その下方から順次新たな作用冷気を埋め込む循環流を形成し、被保管物の周囲を常に作用冷気によって取り囲むようにしたことを特徴とする冷却方法。
【請求項２】
建屋内に被保管物の格納設備と冷気供給装置とを設置し、冷気供給装置からの作用冷気により、建屋内を要求される低温雰囲気として、被保管物を冷却保存する施設において、
前記冷気供給装置は、作用済冷気を再冷却する熱交換器と、熱交換器の前後に設けたダクトと、前記ダクト内に設けた送風ファンとを具えて成るものであり、
また前記ダクトは、作用済冷気を回収する取込口が建屋内の天井近くに開口されるととともに、作用冷気を供給する吐出口が建屋内の床面近くに開口されるものであり、
これにより建屋内では、上昇移動する作用済冷気の作動に合わせて、その下方から順次新たな作用冷気を入れ込む循環流を形成し、被保管物の周囲を常に作用冷気によって取り囲むようにしたことを特徴とする冷却施設。
【請求項３】
前記熱交換器は、高元側をアンモニアサイクル、低元側を炭酸ガスサイクルで構成した二元冷凍サイクルによって作動させるものであり、
回収した作用済冷気を熱交換器によって再冷却するにあたっては、カスケードコンデンサにおいてアンモニア媒体で冷却した二酸化炭素媒体を、目的の蒸発器となる熱交換器に供給して、作用済冷気を冷却するようにしたことを特徴とする請求項２記載の冷却施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍、冷蔵等を行う冷却手法に関するものであって、特に倉庫建屋内に収容された大量の被保管物を、均一に且つ効率的に冷却する新規な冷却方法並びに、この方法を適用する冷却施設に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から冷凍倉庫、冷蔵倉庫等において倉庫建屋内を冷却するにあたっては、冷気を倉庫建屋内の上方、例えば天井近くから供給し、降下させながら被保管物と接触させ、このものを冷却した後、下方において回収し、循環利用に供する手法が採られていた。これは、冷気が、これより温度が高い空気と比べて重く、自然に下方に移動し、また底部に滞留する性質を有するためと考えられる。確かに、このような冷気の循環は、物理法則に則り、自然な動きではあるものの、実際の冷気の挙動としては、被保管物の個別の温度状況等に影響されるため、必ずしも全ての被保管物を万遍なく冷却することはできなかった。
【０００３】
すなわち、冷気は、通常、建屋内にストックされた大量の被保管物の間を縫うように下降して行くが、被保管物の温度は必ずしも一定とは限らない。例えば新規に外部から被保管物が搬入された場合には、その場所の周辺温度が部分的に高まり、このため、その付近の空気（冷気）は押し上げられるようになり（いわゆる上昇気流）、また圧力も増すことになる。従って、自然に降下する冷気は、新規に搬入された被保管物の場所を避けるように、言い換えれば、既に冷却がなされた移動抵抗の少ない流路を選んで下降して行く傾向にある。このため自然に冷気を降下させる冷却手法では、冷気が回避した被保管物については、充分な冷却がなされず、希望した品質維持ができなくなるという現象が生じていた。
【０００４】
しかしながら、従来は、冷気が自然に降下するという、疑いのない原則に捕らわれ、天井付近から冷気を供給して被保管物の冷却を行うことが、技術常識と考えられていたため、この手法に疑念が差し挟まれることは全くなかった。しかも、冷却がたとえ不充分な被保管物が存在したとしても、少なくとも荷役作業時においては表面に霜が付着するなど、見かけ上冷却がなされているかのように見えるため、所定の冷却がされているであろうとの見込みがされ、それ以上の確実さについては根本的な改良に意が払われることはなかった。
【０００５】
また自然に冷気を降下させる従来の冷却手法においては、上述したように、熱負荷の高い部分を回避して冷気が下りてくるため、この冷気を回収して再冷却に供しても、実際にはまだ冷たい、言い換えれば、まだ冷却能力を持っている冷気を再冷却することになり、従って、再冷却を担う熱交換器での冷却効率も良くなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような背景を認識してなされたものであって、冷却に寄与する冷気の挙動を根本的に究明し、その知見に基づき、充分で且つ効率的な冷却作用が期待できる新規な冷却方法並びに冷却施設の開発を試みたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち請求項１記載の冷却方法は、建屋内に被保管物の格納設備と冷気供給装置とを設置し、冷気供給装置からの作用冷気により、建屋内を要求される低温雰囲気に保ち、被保管物を冷却保存する方法において、前記冷気供給装置は、建屋内での作用を終えた作用済冷気を、上方から取り込んで回収するとともに、これを再度冷却した作用冷気については、建屋内の床面近くの下方から吐き出すように形成され、これにより建屋内では、上昇移動する作用済冷気の作動に合わせて、その下方から順次新たな作用冷気を埋め込む循環流を形成し、被保管物の周囲を常に作用冷気によって取り囲むようにしたことを特徴として成るものである。
【０００８】
また請求項２記載の冷却施設は、建屋内に被保管物の格納設備と冷気供給装置とを設置し、冷気供給装置からの作用冷気により、建屋内を要求される低温雰囲気として、被保管物を冷却保存する施設において、前記冷気供給装置は、作用済冷気を再冷却する熱交換器と、熱交換器の前後に設けたダクトと、前記ダクト内に設けた送風ファンとを具えて成るものであり、また前記ダクトは、作用済冷気を回収する取込口が建屋内の天井近くに開口されるととともに、作用冷気を供給する吐出口が建屋内の床面近くに開口されるものであり、
これにより建屋内では、上昇移動する作用済冷気の作動に合わせて、その下方から順次新たな作用冷気を入れ込む循環流を形成し、被保管物の周囲を常に作用冷気によって取り囲むようにしたことを特徴として成るものである。
【０００９】
更にまた請求項３記載の冷却施設は、前記請求項２記載の要件に加え、前記熱交換器は、高元側をアンモニアサイクル、低元側を炭酸ガスサイクルで構成した二元冷凍サイクルによって作動させるものであり、
回収した作用済冷気を熱交換器によって再冷却するにあたっては、カスケードコンデンサにおいてアンモニア媒体で冷却した二酸化炭素媒体を、目的の蒸発器となる熱交換器に供給して、作用済冷気を冷却するようにしたことを特徴として成るものである。
【発明の効果】
【００１０】
これら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。
すなわち請求項１または２記載の発明によれば、作用済冷気を建屋内の上方から回収するとともに、新たな作用冷気を建屋内の床面付近など下方から供給するため、建屋内では、作用済冷気の上昇に合わせて、その下方から新たな作用冷気を順次送り込むことができる。このため建屋内では、部分的に熱負荷が高い被保管物（コンテナ）が存在しても、その周囲を常に作用冷気で取り囲むことができ、被保管物の冷却が均一に且つ効率的に行える。
また、本発明では、作用を終え幾分温度が上がった作用済冷気を回収し、これを再冷却するため、ここでの冷却効率も良く、より効率的な運転が行える。
【００１１】
また請求項３記載の発明によれば、自然冷媒（自然作動媒体）を適用して成る二元冷凍サイクルによって建屋内の作用済冷気を再冷却するため、環境に優しく、熱効率としても良好な運転が行える。特に、炭酸ガスサイクルにおいては、カスケードコンデンサを熱交換器よりも高い位置、例えば建屋の屋上等に設置することにより、これらの間に二酸化炭素媒体の液ヘッド差を形成させ、これを利用して二酸化炭素媒体を自然に循環させることができるため、より一層、効率の良い運転が行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の最良の形態は、以下の実施例に述べるとおりである。なお説明にあたっては、まず本発明施設である冷却施設１の一例について説明した後、その後、この冷却施設１による被保管物Ａの冷却態様を説明しながら、併せて本発明方法である冷却方法について説明する。
【実施例】
【００１３】
冷却施設１は、一例として図１の正面断面図に骨格的に示すように、実質的に建屋１１によって構成され、この内部に、被保管物Ａを冷却保存（低温保存）する格納設備２と、冷却作用を担う冷気（以下、作用冷気Ｃとする）を施設内に供給するための冷気供給装置３とが設けられる。なお、冷却施設１（建屋１１）は、外壁等に充分な断熱作用を有する材料が適用されるものであり、通常は大量の被保管物Ａを格納することから高層建物であることが多い。また冷却施設１は、主に冷気供給装置３の作用（温度設定）により、冷蔵庫または冷凍庫として機能させることができるものである。以下、格納設備２と冷気供給装置３について更に説明する。
【００１４】
まず格納設備２について説明する。このものは、建屋１１内部において被保管物Ａを保存する部位であり、その形態としては、図１に併せ示すような多段のラック２１が好ましい。このラック２１は、一例としてアングル材を適用した柱２２に対して載置板２３を組み合わせて成り、この載置板２３上に、被保管物Ａを収容したコンテナ２４を載せて格納するものである。これにより必要に応じて、随時、任意のコンテナ２４の搬入、搬出が容易となる。また、このようなコンテナ２４の取り出し（ピッキング）等を能率的に行うべく、建屋１１内には荷役用のクレーン２５を配設することが好ましい。
なお、本実施例では、ラック２１を多段状に構成し、このラック空間にコンテナ２４を収容する形態を述べたが、被保管物Ａの種類や建屋１１の構造等によっては、ラック２１を構成せず、コンテナ２４を直接積み重ねる形態も採り得る。
【００１５】
次に冷気供給装置３について説明する。このものは、冷却作用を直接担う熱交換器３１を、一例として建屋１１内の側壁面に沿って下垂（鉛直）状態に形成されたダクト３２内に設けて成るものである。ダクト３２は上側に取込口３３が開口されるとともに、下側に吐出口３４が開口される。また、熱交換器３１の近傍には送風ファン３５が設けられ、これによって建屋１１内における作用冷気Ｃの循環を図っている。具体的には、冷却作用を終えて建屋１１内（ラック空間）を上昇して来る冷気（以下、作用済冷気Ｃ１とする）を、上方から取り込んで回収し、ダクト３２内の熱交換器３１で再冷却した後、建屋１１内の下方（床面近く）から作用冷気Ｃとして吐き出すものである。また、このような構成に因み、吐出口３４には、作用冷気Ｃの風向や風量を調整するためのルーバ３４Ａを設けることが好ましい。
【００１６】
なお、本実施例では、熱交換器３１や送風ファン３５をダクト３２内の床面近くに設け、例えば送風ファン３５を交換する際の利便性（メンテナンス性）を向上させるものであるが、熱交換器３１を設ける位置は必ずしも床面近くに限定されるものではない。特に、送風ファン３５については、吐出口３４近くに設けることも可能であるし、あるいは建屋１１内の冷気（空気）の効果的な循環を考慮して、例えばダクト３２の全域にわたって、適宜複数カ所に設けても、もとより差し支えない。
なお、吐出口３４は、建屋１１を平面から視て、側壁面の内側に一カ所設けることも可能であるし、放出された作用冷気Ｃが建屋１１内に満遍なく拡がるように複数の側壁面の内側に設けることも可能である。更には、吐出位置を周壁面に沿うような床面近くに延長配置するようにしても差し支えない。
【００１７】
また熱交換器３１により作用済冷気Ｃ１を冷却するにあたっては、冷凍システムを作動させて行うものであり、以下、このシステムの一例について説明する。この冷凍システムは、例えば図２に示すように、高元側にアンモニアサイクル４Ａ、低元側に炭酸ガスサイクル４Ｂを組み合わせた二元冷凍サイクル４が適用でき、上記熱交換器３１は、炭酸ガスサイクル４Ｂ内において目的の冷却を行う蒸発器４６（これについては後述する）として構成される。
アンモニアサイクル４Ａは、一例として圧縮機４１と、コンデンサ４２と、膨張弁４３と、カスケードコンデンサ４４とを具えて成り、実質的に、このカスケードコンデンサ４４によって、炭酸ガスサイクル４Ｂ内の二酸化炭素媒体を冷却する。一方、炭酸ガスサイクル４Ｂは、一例として上述したカスケードコンデンサ４４の他、流量調整弁４５、蒸発器４６（熱交換器３１）とを具えて成る。
なおカスケードコンデンサ４４は、蒸発器４６（熱交換器３１）よりも高い位置、例えば建屋１１の屋上等に設置し、これらの間に二酸化炭素媒体の液ヘッド差を形成することが好ましい。これは、炭酸ガスサイクル４Ｂにあっては、圧縮機を組み込まなくても、この液ヘッド差を利用して二酸化炭素媒体を言わば自然に循環させ、極めて効率の良い運転を行うためである。なお図中符号４７は、熱交換器３１に二酸化炭素媒体を流す冷媒配管である。
【００１８】
ここで、上記二元冷凍サイクル４の作動状況について説明する。まずアンモニアサイクル４Ａでは、圧縮機４１によって圧縮された気体状のアンモニア媒体が、コンデンサ４２を通るとき冷却水または空気によって冷やされ液体となる。そして液体となったアンモニア媒体は、膨張弁４３によって必要な低温度に相当する飽和圧力まで膨張した後、カスケードコンデンサ４４で蒸発して気体となる。このとき、アンモニア媒体は、炭酸ガスサイクル４Ｂ内の二酸化炭素媒体から熱を奪い、これを液化する。
一方、炭酸ガスサイクル４Ｂ内では、カスケードコンデンサ４４によって冷やされて液化した液化炭酸ガスが、両部材間に形成された液ヘッド差によって自然に下降し、流量調整弁４５を通って、目的の冷却を行う蒸発器４６（熱交換器３１）に入る。ここで液化炭酸ガスは、温められて蒸発し、この際、周囲から熱を奪い、作用済冷気Ｃ１を冷却する。また、作用済冷気Ｃ１を冷却した二酸化炭素媒体は、ガスとなって再びカスケードコンデンサ４４に戻って行く。
なお図中符号４８は、建屋１１内に設けられた負荷センサであり、具体的には天井近くに設置された温度センサ等が適用され、その温度状況によって二元冷凍サイクル４の運転状況等を適宜補正して、最適な冷却環境が得られるようにするものである。
【００１９】
本発明施設（冷却施設１）は、上述した基本構造を有するものであり、以下この冷却施設１による冷却態様について説明しながら、本発明方法（冷却方法）について説明する。
まず二元冷凍サイクル４を稼働させると、カスケードコンデンサ４４によって冷却された冷媒配管４７中の、例えば二酸化炭素媒体が、液化状態となって熱交換器３１（蒸発器４６）に至る。一方、冷却施設１内では、送風ファン３５を駆動させることにより建屋１１内の冷気を循環させる。
具体的には、例えば図３（ａ）に示すように、建屋１１内に新規に搬入され、部分的に温かい被保管物Ａ（コンテナ２４）が存在した場合、その付近の作用冷気Ｃは被保管物Ａを冷却しながら、自らは幾らか昇温し作用済冷気Ｃ１となり、ラック空間を上昇する。このようにして建屋１１内の上方に至った作用済冷気Ｃ１は、ダクト３２内で起動している送風ファン３５の作用により、取込口３３から回収され、ダクト３２内を降下する。
【００２０】
その際、作用済冷気Ｃ１は、熱交換器３１（例えばクーリングフィン等）を通過する間に冷却を受け、建屋１１の床面近くの吐出口３４から建屋１１内（ラック空間）に供給される。なおダクト３２内に回収される作用済冷気Ｃ１は、上述したように幾分温度が上がった状態であるため、これを熱交換器３１により再冷却することは、熱交換器３１における冷却効率の点からも好適と言える。また、回収した作用済冷気Ｃ１の再冷却に伴い、霜取り等が有効な場合には、そのような霜取装置等を適宜、ダクト３２内に付設することは言うまでもない。
【００２１】
一方、吐出口３４からラック空間に供給された作用冷気Ｃは、図３（ａ）に併せて示すように、前記作用済冷気Ｃ１の上昇に合わせて、その移動空間を埋め込むように、下方から入り込む。この冷気の作動（循環）は、作用済冷気Ｃ１の上昇によって、あたかも新たな作用冷気Ｃが引っ張り込まれるかのように、同時的に進行する。このため、建屋１１内では、部分的に熱負荷の高い新規搬入の被保管物Ａが存在しても、図３（ｂ）に示すように、その周り、ひいては建屋１１内全体が、常に作用冷気Ｃによって埋め尽くされるものである。従って、単に冷気を上方から下降させる従来の冷却手法に比べると、作用冷気Ｃが熱負荷の高い所を避けることがなく、被保管物Ａに対する冷却が万遍なく確実に行えるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の冷却施設の一例を骨格的に示す正面断面図である。
【図２】冷気供給装置の熱交換器を蒸発器（冷却器）として作用させる二元冷凍サイクルの一例を示す説明図である。
【図３】建屋内における冷気の循環の様子を段階的に示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１        冷却施設
２        格納設備
３        冷気供給装置
４        二元冷凍サイクル
４Ａ      アンモニアサイクル
４Ｂ      炭酸ガスサイクル
１１      建屋
２１      ラック
２２      柱
２３      載置板
２４      コンテナ
２５      クレーン
３１      熱交換器
３２      ダクト
３３      取込口
３４      吐出口
３４Ａ    ルーバ
３５      送風ファン
４１      圧縮機
４２      コンデンサ
４３      膨張弁
４４      カスケードコンデンサ
４５      流量調整弁
４６      蒸発器
４７      冷媒配管
４８      負荷センサ
Ａ        被保管物
Ｃ        作用冷気
Ｃ１      作用済冷気
【図１】
2007024442.tif 000003
【図２】
2007024442.tif 000004
【図３】
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