16新しい研究

農流技研会報 323:1
6
19、 202

最適貯蔵温度の異なる青果物の混載輸送を可能とする
二温度帯コンテナの開発
田中良奈 1 ・ 田 中 史 彦 2

国立大学法人九州大学大学院農学研究院環境農学部門農産食料流通工学研究室助教・教授2

1. はじめに行って いない空コ ンテナ (以下、 モデ、
ル1)と 、荷積みを行ったコンテナ(以下、モデル 2) の二つの ジオメト

農林水産省は農林水産物・食品の輸出額を 2030
年までに 5兆円規模へ拡大することを目標としており 1)、米や青果物、茶、畜産物、水産物などについて品目別の輸出力強化に向け た対応方向を策定し、 アジアを中心 とした市場の拡大が見込まれる地域へ輸出することでその達成を 目指してい る。これまでの青果物の輸出は、鮮度保持の関係で航空輸送が中心であり、輸出可能な品目は高級品に限られていた。しかし輸出拡大にあたり、船舶による多品目の低価格大量輸送が注目されている。ここで、船舶による青果物の輸送を行うにあたり、多品目の混載および長期間の鮮度保持が必要となるが、青果物の最適貯蔵温度は品目ごとに異なる 2)ため、 コンテナ庫内に複数の温度帯を設ける必要がある。 よって、本研究では、最適貯蔵温度の異なる青果物の混載輸送を可能とする こ温度帯コンテナの開発を 目的として数値流体力学 (CFD) を用いた熱流体解析を行い、コ ン
テ ナ 内 部 の 温 湿度・風速 の 時 空 間 分 布 を 予 測 ・ 可視化し、最適な空調設計指針について検討した。また、その結果を用いて実際に コンテナを作製し、海外への輸送試験を行 ったので、それら の結果についても最後に一部紹介したい。

リを作成した。
図 1に空コンテナの解析モデ、/レ(モデル1)を示す。

ocおよ び
断熱性 のある 間仕切りを用 い て そ れ ぞ れ O
10Cを目標温度とするこつの部屋を設け、冷凍機傾]1の0C室、 もう一方の部屋を 10oC室とした。 Ooc
部屋を oo室 の天井には冷蔵ファンならびに ダクトを 設置し 、10C室内には温度むら改善のための循環ファンと低外0気温時に稼働する加温ヒ ータ ーを追加した。
庫内の空気流れは、冷却 された空気が冷凍機吹出口から OO
C室庫内に流入した後、同室に措え付けた冷蔵ファンおよびダクトを経由して 10C室へ流れ、二室を繋0oC室へ戻ることとなる 。また、ぐリターン口を通して OOO
C室冷凍機側上方には冷凍機の吸込口 が配された構造となっ ている。

)
次に、積荷を行ったコンテナの解析モデル(モデル 2を図 2に示す。図 1と同様のジオメトリ に積載物を模したジオメトリを追加した。積荷問に 0.
05mの隙聞を設け、 oo
C室、 10oc室にそれぞれ 4個積載した。
モデ、ル 1、2共に 、リタ ー ン口の開 口部を上側あるいは下側に設計したモテ、ルをそれぞれ作成し、開口部の位置の違いが庫内の空調および積荷に与える影響について検討した。図 3に関口部の設計案を示す。

2. 材料および方法

21解析モデル

22解析条件

本研究では、 20仕のリーファーコンテナを基に二 温作成した解析モデルについて、ソフ トウェ アA
NSYS度帯コンテナの開発を試みた。 コンテナ内に荷積みをF
luen
t1
7.
1(ANSYS、米)を用いて数値解析を行った。
C表 1に解析条件を示す。 冷凍機吹出口空気温度は oO

農流技研会報 No.3
23

17とし、 10.
2m '81でコンテナ庫内のoOC室側に流入させ切りの物性値とコンテナ外壁の熱貫流率データ(株式た。冷蔵ファ ンおよび循環ファンの吹出風速は 、ダク ト会社デンソー提供)を組み込み、外気温度は夏期およびを通過 す る過程で圧力上昇が起こるとする仮想のファ8 Cあるいは冬期における海上輸送を再現して 3ン境界条件を設け、実演]値に一致させた。加えて、問仕1に設定した。以降 、前者を夏期条件、後者を冬期条件と循環ファン

0oocする。初期条件は t=O8においてコ ンテナ内の空気の温度を 10 C、oOCとし、非定常乱流条件で解析を実行し0加温用ヒーターミ主主;た。なお、積載物は多孔質媒体とし 、各物性値はTanaka
ら(2012)3) の研究を参考に設定した。

表 1 解析条件

子"、

解析タイ プ

非定常乱流モデル

標準 kt:

冷凍機

温度

273K

吹出口

速度

10.
2m'8'1

圧力上昇値

110Pa/0Pa25Pa

冷凍機
口欠出口

冷蔵ファン

図 1 空コンテナの解析モデル(モデル1)

循環ファ ン

力回旦ヒーター
外壁間仕切 り空気oW /300W
熱貫流卒

0.
39W'm'2・Kl

外気温度

311K/273K

密度索W
云導率30kg'm3
1500J'kg1・Kl
J，KO.
028W'm'l

初期温度

283K/273K

比熱3，結果および考察
31 空コンテナ(モデル1)
二温度帯コンテナの熱流体解析により 、夏期条件で

図2

は冷凍機吹出口から流入した空気は床に沿って流れ、(OOC~ )

[OOC~ ]:
l
官l
E
E

4 ノI~一間仕切 内

間仕切り壁に沿って上昇した後、oOC室に設置された冷蔵ファ ンとダクトを通じて 10o
c室に流入し、冷気が室内に広がる様子が確認された(図 4(a)、(b))。また、冬期条件にて冷蔵ファンの稼働を停止した条件を組み込んだところ、加温ヒーターによって暖められた空気が 10oc室天井に取り付けた循環ファンから吹き出し、同室内の天井面、 間仕切り 、床面 を暖めながら循環する様子が見られた(図 4(c)、(d))。 なお、図 4はリター
ン口が上向きの場合の結果であるが、下向きの場合も

図3

リターン口開口部の設計案

A:上側開口

前述と同様の結果が得られた。

開口
B:下憤1
1

農流技研会報 No.
323

18(a)yen
icalcros口 氏 tion(.
i=O.550m)

5，2ユ

5.
2
2

2.
6
12.
6
10.
00
[m's"
J

0.
00[m's勺Velocity43
10.

(b)horizo口talcrossちは tiOll(1'= 2.248m).
...-， .

ー.
‘・二-~-，.:.

図 5 冷蔵ファン稼働時のリターン口付近速度分布7.
82

自然対流による冷気の移動が生じなかったと考える。

事

522
ユ61

一方、リターン口の開口部を下部に設計した場合、間仕切り壁に沿って上昇した冷凍機吹出口からの冷気がリ0.
00[m's"Joc室へ流入することが明らかと0
ターン口を通じて 1、Velocity10.
43(ε) eJ
1lcalcros
ssectio日 (x= 1.13プm)
バ

匂竪壬三木串ぞア4
竺-さ誌でミ司なった。

H咽 旬 開7.
82 -; ι ~夜デ ヲ _:: :::"'0 と7. .~以上の結果から、リターン口の向きについては上向

九"''''' .
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F221

2610.
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T 白 llp~ratl.U' e

ユ88.
0
ユ86S
ユ85.
0
ユ835
282.
02
80.
5279.
027ウ 5きが望ましいと言える。ただ、し、積荷への影響も確認する必要があることから、開口位置の設計については次

ι '::.- -ー :':'':'::':-~:.~;~
ュZご
A ・0":;.
.
二一ー節の荷積みを行ったコンテナの結果も踏まえて再検討することとした。

(d)vel1icalcrosssectioIl(.
i=1137m)，32 荷積みコンテナ(モデル 2)
図 6に解析時間 10分後のダクト付近の温度分布図を

C室の空気がダクトを経由して 10 C室へ流入示す。 oO02i6.
0
ユ74.
5
ユ73.
00o
C室内の積載物上部に約する様子が確認され、 1IKJ

図43~6 o
Cの冷気が接触することが明らかとなった。 10oC

コンテナ内の速度分布および温度分布((a) および (b) ダクト付近および天井付近段面におc) および (d)ける速度分布、 (コンテナ中央断面の室内に搬入される青果物の中には低温障害を引き起こす品目も含まれ得るため、その防止策として冷気が10 C室内に分散しやすいよう、ダクトを延長し、ダク0速度分布および温度分布)

ト出口を循環ファンに近づける等の改善が求められる。
図 5に夏期条件における解析時間 10分後のリターン口付近の速度分布図を示すc リターン口の開口部を上部に設計した場合、 10oc室から oOC室へ流入した空気は天井に沿って流れるが、下部に設定した場合、冷凍機からの風と衝突する様子が確認された c
リターン口が上向きの場合、空気の温度差が駆動力となって

oO
C室から 10oc室へ冷気が流入すると予想

Temperarure
ユ88.
0286.
5285.
0283.
5282.
0280.
5279.
02i
7.5
2づ6.
0274.
5
ち73.
0[KJ-

図 6 ダクト付近の温度分布されたが、速度分布図を可視化したところリターン口ocを通じた冷気の流入はほとんど見られなかった。 10室からoOC室へ流れる上向き風速が大きかったため、

農流技研会報 N
o.3230分後のリターン
図 7に夏期条件における解析時間 1口付近の温度分布図を示す。 リターン口開口部を下侭l

19oOC 室の積荷に約 4.5~6 ocの空気が接の混載輸送に加え、冷凍食品と青果物の混載が可能と触することが明らかとな った。積荷との接触部分で生なることで、二温度帯コンテナの利用可能性が拡がる

じた水滴により積荷が濡れる可能性が高く、庫内に段ことを期待する。に設けた場合、ボーノレ箱を積載すると濡れによる強度の低下 4) のため荷崩れを引き起こす原因 になり得る。一方、リターン口

oc室の空気が oO
C室の関口部を 上側に設けた場合、 10の積荷に接触せず間仕切りに沿って天井に向かう様子が確認され、oOC室の天井を濡らす可能性が示された。

荷崩れの可能性を考慮、し、本研究ではリターン口の開口部は上向きの設計が適当 であると結論づけた。
Temperanu'e

図 8 開発したコンテナ

上側開口

288.
0186.~

最後に、本研究が革新的技術開発・緊急展開事業う28~0ち地域戦略フ。ロジェクト「 グローパノレコ ーノレドチェー

283.
5ン ・混載輸出コンソーシアム農産物輸出拡大にむけ

282.
0

た産地広域連携モデルの構築と混載輸送用コンテナの
2S0.~

下側関 口

開発(課題番号: 16803319) Jの助成を受けたもの

279.
0であることを記 し、 謝意を表す。 また、本成果の一部

27i.
5は日本冷凍空調学会論文集 9にて公表済みである。

276.
02i4~

引用文献
[K)

図71) 農林水産省，農林水産業の輸出力強化戦略について.

リターン口付近の温度分布

htt
p://www.
kant
ei.
go.
jp/jp/
singilnousuilpdflnousui1.
pdf (2020年 3月 6日確認)

4. おわりに
本研究により設計指針を検討 した結果、 10oc室における低温障害を防止する観点からダク ト出口を
02) 都田 卓夫，青果物の低温流通と低温障害， コール ドチェ ーン研究， 6(2)，4251， 1980.

3)Tanaka，F.
，
Konishi，Y.
， Kuroki，Y.
， Hamanaka，
D.，

10 C室内部に設置すること、積み荷への結露防止のUchino，T.

観点からリター ン口の開口部を上向きに設置すること

performanceo
fapartiallyloadedstore.，Journalofが望ましいことが示された。

FoodProcessEngineering，35(6)，874-880，20
12.

The use of CFD to improve theこの結果を基に実証用コンテナを作製(図 8) し、4) 内野敏岡 I
J，農産物食品 の安全と品質の確保技術(第青果物を積載 して香港への輸送試験を行った。輸送中13回)，農業食料工学会誌， 77(6)，426430.2
015.の温湿度は安定 して おり、目標とする 10oC:l:2oCの5) 関屋まどか，田中良奈，田中史彦，内野敏剛，藤田

温度範囲内に保たれたことが確認された。

明，加藤信治，谷口雅巳，数値流体力学 (CFD) を用

多温度帯の普及を目指し、現在、設定可能温度帯のいた二温度帯コ ンテナ設計指針の検討，拡張に挑戦している。具体的には、冷凍・冷蔵コ ンテ

調学会論文集， 35(3)，211-218，2018.

日本冷凍空ナとしての使用を目指し、各種送風機の風;量や間仕切りの構造等最適な設計について検討してい る。青果物

農流技研会報 No.323