WO2018030078A1 - 蓄熱容器 - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to a heat storage container.
- a material that changes phase between a solid and a liquid is used as the heat storage material.
- paraffin or saccharide is used as the heat storage material.
- a container for storing the heat storage material is required.
- an inner fin for transferring heat to the inside of paraffin or the like may be required. Containers and inner fins do not contribute to heat storage because of their small heat capacity, and may not be able to store much heat.
- This indication aims at providing the thermal storage container which can increase the amount of thermal storage in view of the above-mentioned point.
- the heat storage container includes a main body that circulates or houses the heat medium. At least a part of the main body is composed of a solid heat storage member that stores the heat of the heat medium.
- the heat storage member is formed of a material including a strongly correlated electron material that performs heat storage or heat dissipation by phase change between a metal and an insulator.
- the main body Since at least a part of the main body is composed of a heat storage member, the amount of heat stored in the main body itself can be increased. Moreover, heat storage can be performed by the heat storage member by exchanging heat between the heat storage member and the heat medium without using another member having a small heat capacity. Therefore, it becomes possible to increase the heat storage amount as the whole heat storage container.
- the heat storage container may include a main body portion and a heat storage member.
- the main body contains a heat medium.
- the heat storage member is a solid, is disposed inside the main body, and stores heat of the heat medium.
- the heat storage member is formed of a material including a strongly correlated electron material that performs heat storage or heat dissipation by phase change between a metal and an insulator.
- the heat storage member is disposed inside the main body that accommodates the heat medium, the amount of heat stored in the main body itself can be increased. Moreover, heat storage can be performed by the heat storage member by exchanging heat between the heat storage member and the heat medium without using another member having a small heat capacity. Therefore, it becomes possible to increase the heat storage amount as the whole heat storage container.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
- FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. 4. It is sectional drawing which shows the inside of the case in 3rd Embodiment. It is sectional drawing which shows the inside of the case in 4th Embodiment.
- the heat storage container according to the present disclosure is applied to a medical transport container.
- the medical transport container of the present embodiment is used for transporting an organ at the time of organ transplantation, for example.
- the medical transport container includes a case 11.
- the case 11 is formed in a rectangular parallelepiped box shape, and an opening is formed on the upper surface.
- the case 11 accommodates liquid nitrogen as a heat medium and contents 30 (see FIG. 2) such as an organ.
- a lid 12 that opens and closes the opening of the case 11 is rotatably mounted on the upper portion of the case 11 by a hinge 13.
- the lid 12 is formed in a plate shape that covers the opening of the case 11.
- each of the case 11 and the lid 12 is made of a heat insulating material having such a rigidity that the shape can be maintained.
- the heat insulating material constituting the case 11 and the lid 12 for example, resin foam made of urethane or the like, foamed resin such as foamed polystyrene, or the like can be adopted.
- the hinge 13 is made of a resin such as polypropylene, polyethylene, vinyl chloride, or olefin resin.
- the case 11 has two first side surfaces 111 extending in the left-right direction, a second side surface 112 extending in the front-rear direction, and a bottom surface 113 extending in a direction orthogonal to the up-down direction. Configured.
- the first side surface portion 111, the second side surface portion 112, and the bottom surface portion 113 are integrally formed.
- the front-rear direction refers to a direction orthogonal to both the up-down direction and the left-right direction.
- the two first side surface portions 111 are opposed to each other in the front-rear direction and are arranged at a certain interval.
- the two second side surface portions 112 are opposed to each other in the left-right direction, and are arranged at a predetermined interval.
- the outer peripheral portion of the bottom surface portion 113 is connected to the lower ends of the two first side surface portions 111 and the two second side surface portions.
- Each of the two first side surface portions 111 is provided with a first groove portion 114 that opens in the upper surface side (the lid 12 side) and extends in the left-right direction.
- the first groove portion 114 is disposed over substantially the entire left and right direction of the first side surface portion 111.
- Each of the two second side surface portions 112 is provided with a second groove portion 115 that opens to the upper surface side and extends in the front-rear direction.
- the second groove 115 is disposed over substantially the entire area of the second side surface 112 in the front-rear direction.
- Heat storage members 14 are provided in the first groove 114 and the second groove 115, respectively.
- the material forming the heat storage member 14 includes a strongly correlated electron material.
- a strongly correlated electron material is a substance having a strong effective Coulomb interaction between electrons among substances.
- the strongly correlated electron system material undergoes a phase change between the metal and the insulator.
- the strongly correlated electron material is, for example, a transition metal oxide or an organic ⁇ electron complex.
- vanadium dioxide (VO 2 ) which is a transition metal oxide, is employed as the strongly correlated electron material.
- the transition metal oxide changes from an insulator to a metal when heat energy is applied from the outside.
- transition metal oxides have strong effective Coulomb interaction between outermost electrons of transition metal atoms. Therefore, when the temperature of the transition metal oxide is lower than the phase change temperature (metal-insulator phase change temperature), the outermost shell electrons cannot move freely. That is, when the temperature of the transition metal oxide is lower than the phase change temperature, the transition metal oxide becomes an insulator. When the transition metal oxide serving as an insulator is given thermal energy from the outside and the temperature of the transition metal oxide becomes equal to or higher than the phase change temperature, the outermost electrons can move freely. That is, when the temperature of the transition metal oxide is equal to or higher than the phase change temperature, the transition metal oxide becomes a metal.
- the phase change temperature metal-insulator phase change temperature
- transition metal oxide When the transition metal oxide undergoes a phase change from an insulator to a metal, thermal energy is stored in the transition metal oxide. That is, the transition metal oxide stores heat. The heat stored at this time is stored when, for example, ice (solid) in which water molecules cannot move freely changes to water (liquid) in which water molecules can move freely. Corresponds to latent heat of fusion.
- the transition metal oxide when the transition metal oxide undergoes a phase change from a metal to an insulator, the transition metal oxide dissipates the stored heat. Therefore, the transition metal oxide performs heat storage or heat dissipation by changing the phase between the metal and the insulator.
- the transition metal oxide remains in a solid state and undergoes a phase change between the metal and the insulator. Therefore, in this embodiment, the heat storage member 14 is formed by forming a transition metal oxide in a flat plate shape. The heat storage member 14 is disposed inside the first groove 114 and the second groove 115, respectively.
- the heat storage member 14 disposed in the first groove portion 114 is formed to have the same size as the space formed between the first groove portion 114 and the lid 12.
- the heat storage member 14 disposed in the second groove 115 is formed to have the same size as the space formed between the second groove 115 and the lid 12.
- the heat storage member 14 is disposed inside the first groove 114 and the second groove 115 by being inserted downward from the openings of the first groove 114 and the second groove 115.
- the medical transport container of the present embodiment is used in a state where the heat storage member 14 is arranged inside the case 11 itself as described above. That is, a part of the case 11 is composed of the heat storage member 14.
- the contents 30 are accommodated in the internal space of the case 11 in which liquid nitrogen is accommodated, and the lid 12 is closed.
- the medical transport container is transported with the lid 12 closed.
- the cold heat stored in the heat storage member 14 is radiated to the contents 30 as a heat dissipation target through the liquid nitrogen.
- the heat storage member 14 is disposed inside the case 11. That is, the heat storage member 14 constitutes a part of the case 11. According to this, the heat storage amount of the case 11 itself can be increased. Moreover, the heat storage member 14 and liquid nitrogen can be heat-exchanged and the heat storage member 14 can store heat without passing through another member having a small heat capacity. Therefore, it becomes possible to increase the heat storage amount as the whole medical transport container.
- the refrigeration container includes a metal main body 21.
- the main body 21 is formed in a rectangular parallelepiped box shape.
- the main body 21 includes a freezer compartment 22 in which air as a second heat medium and contents 30 such as food are stored.
- the freezer compartment 22 of this embodiment is corresponded to the heat carrier accommodating part of this indication.
- a front door 23 is formed in front of the main body 21.
- a user of the refrigeration container can put the contents 30 in and out of the freezer compartment 22 through the door 23.
- a groove portion 24 for accommodating the heat storage member 14 is formed inside the main body portion 21 and the door 23.
- the groove portion 24 is disposed along the wall surface of the main body portion 21 and the door 23 so as to surround the freezer compartment 22.
- the heat storage member 14 is accommodated in the groove 24.
- the heat storage member 14 is formed in a substantially rectangular parallelepiped box shape.
- the heat storage member 14 is formed integrally with the main body 21 and the door 23.
- the groove 24 is configured such that a refrigerant of a refrigeration cycle apparatus (not shown) flows through the groove 24. That is, the groove part 24 constitutes a refrigerant passage through which the refrigerant flows.
- the refrigerant of the present embodiment corresponds to the first heat medium of the present disclosure.
- the groove part 24 of this embodiment is corresponded to the heat-medium channel
- the heat storage member 14 is formed so that the refrigerant also flows inside the heat storage member 14.
- the heat storage member 14 is formed in a porous shape or a honeycomb shape having a plurality of pores.
- a refrigerant inlet 25 and a refrigerant outlet 26 are formed on the side wall surface of the main body 21.
- the refrigerant inlet 25 guides the low-pressure refrigerant flowing into the refrigerant inlet 25 from the refrigeration cycle apparatus to the groove 24.
- the refrigerant outlet 26 guides the low-pressure refrigerant flowing into the refrigerant outlet 26 from the groove 24 to the refrigeration cycle.
- the refrigerant inlet 25 and the refrigerant outlet 26 are provided on the same side wall surface of the main body 21.
- the refrigerant inlet 25 is provided with an inlet-side on-off valve 27 that opens and closes the refrigerant inlet 25.
- the refrigerant outlet 26 is provided with an outlet-side on-off valve 28 that opens and closes the refrigerant outlet 26.
- the refrigeration container of the present embodiment is used in a state where the heat storage member 14 is accommodated inside the main body portion 21 as described above. That is, a part of the main body 21 is configured by the heat storage member 14.
- the refrigeration cycle apparatus When performing cold storage on the heat storage member 14, the refrigeration cycle apparatus is connected to the refrigerant inlet 25 and the refrigerant outlet 26, and both the inlet side on-off valve 27 and the outlet side on-off valve 28 are opened. As a result, the low-pressure refrigerant is introduced from the refrigerant inlet 25 into the groove 24. The low-pressure refrigerant introduced from the refrigerant inlet 25 circulates in the heat storage member 14 accommodated in the groove 24 and is led out from the refrigerant outlet 26. As a result, the cold energy of the low-pressure refrigerant is stored in the heat storage member 14.
- both the inlet-side on-off valve 27 and the outlet-side on-off valve 28 are closed, and the refrigeration cycle apparatus is disconnected from the refrigerant inlet 25 and the refrigerant outlet 26.
- the refrigeration container is transported.
- the cold energy stored in the heat storage member 14 is radiated to the contents 30 through the air. Thereby, the contents 30 can be kept at a low temperature.
- the heat storage member 14 is disposed inside the main body 21, that is, the heat storage member 14 constitutes a part of the main body 21. According to this, the heat storage amount of the main body 21 itself can be increased. Moreover, the heat storage member 14 and air can be heat-exchanged and the heat storage member 14 can store heat without passing through another member with a small heat capacity. Therefore, it becomes possible to increase the heat storage amount as the entire refrigerated container.
- 3rd Embodiment differs in the fixing method of the thermal storage member 14 compared with 1st Embodiment.
- the heat storage member 14 of this embodiment is formed in a rectangular parallelepiped shape.
- the heat storage member 14 is disposed on the bottom surface portion 113 of the case 11.
- the case 11 corresponds to a main body part of the present disclosure.
- a protrusion 15 protruding toward the inner side of the case 11 is provided on the inner surface of the second side surface portion 112 of the case 11.
- the protrusion 15 is made of an elastically deformable resin.
- the heat storage member 14 is fixed to the bottom surface 113 by the protrusion 15.
- a receiving portion (not shown) that can accommodate the protruding portion 15 is formed below the protruding portion 15 in the case 11.
- the heat storage member 14 is inserted from the upper side of the case 11 toward the bottom portion 113. At this time, when the heat storage member 14 comes into contact with the protrusion 15 from above, the protrusion 15 is bent by elastic deformation and is accommodated in the receiving portion. As a result, the heat storage member 14 can move to the lower side of the protrusion 15, and the heat storage member 14 is arranged in contact with the bottom surface portion 113. When the heat storage member 14 moves to the lower side of the protrusion 15, the protrusion 15 returns to its original shape (original position). Thereby, the heat storage member 14 is fixed to the bottom surface portion 113 of the case 11 in a state where the upward movement is restricted by the protrusion 15.
- the heat storage member 14 is fixed to the bottom portion 113 of the case 11 by a fastening member such as a bolt 16.
- the bolt 16 is made of a metal, a resin, or a solid heat storage material similar to the heat storage member 14.
- the heat storage member 14 is formed in a convex cross-section having a portion having a long length in the vertical direction and a short portion.
- the heat storage member 14 is fixed to the bottom surface portion 113 of the case 11 with a bolt 16 at the short portion.
- Other configurations of the medical transport container are the same as those in the first embodiment.
- the same effects as those of the first embodiment can be obtained in the medical transport container of the present embodiment. Furthermore, since the heat storage member 14 of this embodiment is accommodated in the internal space of the case 11 and is fixed by the bolts 16, the heat storage member 14 can be fixed to the case 11 with a simple configuration.
- the heat storage amount of the medical transport container as a whole can be further increased.
- the surface area of the heat storage member 14 can be increased by forming the heat storage member 14 to have a convex cross section. For this reason, the heat transfer property of the heat storage member 14 can be improved.
- a fan 40 that circulates liquid nitrogen as a heat medium in the internal space of the case 11 is provided inside the case 11.
- the fan 40 can be rotated by a motor (not shown).
- the motor is controlled by a control device (not shown).
- a flow of liquid nitrogen is formed inside the case 11.
- a heat storage member holding portion 17 is provided downstream of the fan 40 in the flow direction of the liquid nitrogen generated by the fan 40.
- the heat storage member holding portion 17 is a metal net-like member, and is formed so as to cover the heat storage member 14.
- the metal mesh member for example, a woven wire mesh, a metal mesh, a punching metal, or the like can be employed.
- the heat storage member 14 is configured in a block shape.
- the heat storage member 14 has a plurality of through holes 140 formed along the flow direction of liquid nitrogen. That is, the heat storage member 14 has a flow-through honeycomb structure.
- the plurality of through-holes 140 are, for example, squarely arranged at the end face of the heat storage member 14.
- the opening shape of the through-hole 140 is not limited to a square shape, and may be a polygon, a circle, or an ellipse.
- the medical transport container are the same as those in the first embodiment. Therefore, also in the medical transport container of this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Furthermore, when the liquid nitrogen passes through the outer wall surface or the plurality of through holes 140, the heat storage member 14 of the present embodiment stores the cold heat of the liquid nitrogen or dissipates the heat to the liquid nitrogen. The surface area of the heat storage member 140 can be increased by providing the plurality of through holes 140. For this reason, the heat transfer property of the heat storage member 14 can be improved. Moreover, since liquid nitrogen can be rectified, a heat storage amount as designed can be obtained.
- the fan 40 is provided inside the case 11 to form a flow of liquid nitrogen inside the case 11. Thereby, the heat exchange amount of the heat storage member 14 and liquid nitrogen can be increased.
- a positioning member 18 for positioning the heat storage member 14 is provided inside the case 11.
- the positioning member 18 is formed in a square cylinder shape that covers the heat storage member 14.
- An opening 181 is formed on the upper surface of the positioning member 18.
- a protrusion 182 protruding toward the upper surface is provided on the lower surface of the positioning member 18.
- the protrusion 182 extends in the axial direction of the positioning member 18.
- the axial direction of the positioning member 18 is simply referred to as the axial direction.
- the axial direction is a direction orthogonal to both the vertical direction and the horizontal direction.
- a plurality of protrusions 182 are provided. Specifically, in the present embodiment, the number of protrusions 182 is two. The plurality of protrusions 182 are arranged at a constant interval so as to be parallel to each other.
- the heat storage member 14 is formed in a substantially rectangular parallelepiped block shape.
- a groove portion 141 extending in the longitudinal direction of the heat storage member 14 is formed on the bottom surface of the heat storage member 14.
- a plurality of groove portions 141 are provided. Specifically, in this embodiment, the number of the groove portions 141 is two.
- the plurality of groove portions 141 are arranged at a constant interval so as to be parallel to each other.
- the groove 141 is formed in a shape corresponding to the protrusion 182 of the positioning member 18. That is, the inner wall surface of the groove 141 is in contact with the outer wall surface of the protrusion 182 over the entire surface. Further, the number of grooves 141 is the same as the number of protrusions 182. The interval between the groove portions 141 is equal to the interval between the projecting portions 182.
- Liquid nitrogen as a heat medium flows into the positioning member 18 through the opening 181 of the positioning member 18 and both ends of the positioning member 18 in the axial direction, and passes through the outer wall surface of the heat storage member 14. At this time, the heat storage member 14 stores the cold heat of liquid nitrogen or dissipates heat to the liquid nitrogen.
- the heat storage member 14 is slid in the axial direction and inserted into the positioning member 18 from the opening in the axial direction of the positioning member 18. At this time, the protrusion 182 of the positioning member 18 is inserted into the groove 141 of the heat storage member 14. Thereby, the heat storage member 14 is fixed inside the positioning member 18.
- the heat storage member 14 can be fixed to the case 11 simply by sliding it into the positioning member 18. Thereby, the heat storage member 14 can be fixed to the case 11 with a simple configuration.
- a seventh embodiment will be described with reference to FIG.
- the seventh embodiment is different in the configuration of the case 11 from the first embodiment.
- the case 11 is made of a strongly correlated electron material that forms the heat storage member 14 of the first embodiment. That is, the entire case 11 is constituted by the heat storage member 14 that stores the cold heat of liquid nitrogen as a heat medium.
- the inner wall surface of the case 11 is provided with fins 19 that increase the contact area with liquid nitrogen and promote heat exchange.
- the fin 19 is composed of a strongly correlated electron material similar to the case 11, that is, the heat storage member 14.
- the fin 19 is formed integrally with the case 11.
- the fins 19 are provided on the inner wall surfaces of the two first side surface portions 111 and the two second side surface portions 112 in the case 11. Note that the fins 19 may be provided on the bottom surface portion 113. Further, as the fins 19, a plurality of pin-shaped protrusions (pin fins) are projected from the inner wall surface of the case 11.
- the entire case 11 is constituted by the heat storage member 14. According to this, the heat storage amount of case 11 itself can be increased more reliably. Moreover, the heat storage member 14 and liquid nitrogen can be heat-exchanged without passing through another member with a small heat capacity. Therefore, it becomes possible to increase the heat storage amount as the whole medical transport container.
- fins 19 are provided on the inner wall surface of the case 11. According to this, since the contact area of case 11 and liquid nitrogen can be increased, the heat exchange performance of case 11 and liquid nitrogen can be improved. Further, the fin 19 is configured by the heat storage member 14 so that heat can be stored also in the fin 19. Therefore, it is possible to further increase the heat storage amount as the entire medical transport container.
- the heat storage container of the present disclosure is applied to a medical transport container or a freezing container.
- the heat storage container may be applied to a cooler box or a container that stores warm heat such as exhaust heat.
- pin fins are employed as the fins 19.
- a corrugated fin, a flat plate fin, an offset fin, a louver fin, or the like may be employed.
- the material which forms the thermal storage member 14 contains the transition metal oxide as a strongly correlated electron type material.
- the material forming the heat storage member 14 may include two or more different materials.
- the material forming the heat storage member 14 includes a transition metal oxide as a strongly correlated electron material and an additive. By adding an additive to the transition metal oxide, the phase change temperature of the transition metal oxide can be adjusted.
- An additive is an inorganic material, for example. More specifically, the inorganic material is, for example, a metal such as tungsten (W), ceramics, or the like.
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Abstract
蓄熱容器は、熱媒体を流通させる又は収容する本体部(11、21)を備える。本体部の少なくとも一部は、熱媒体の有する熱を蓄える固体の蓄熱部材(14)で構成されている。蓄熱部材は、金属と絶縁体との間で相変化することによって蓄熱あるいは放熱を行う強相関電子系材料を含む材料により形成されている。これによれば、本体部自体の蓄熱量を増加させることができる。また、熱容量の小さい他の部材を介さずに、蓄熱部材と熱媒体との間で熱交換を行うことができる。したがって、蓄熱容器全体としての蓄熱量を増加させることが可能となる。
Description
本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、2016年8月10日に出願された日本特許出願2016-157693号を基にしている。
本開示は、蓄熱容器に関するものである。
従来、蓄熱容器の内部に蓄熱材を収容するとともに当該蓄熱容器に熱媒体を流通させることで、蓄熱材に蓄熱または放熱させる蓄熱装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の蓄熱装置や一般的な蓄熱装置では、蓄熱材として、固体と液体との間で相変化する材料が用いられる。具体的には、蓄熱材として、例えばパラフィンや糖類が用いられる。このような蓄熱材を用いる場合、相変化により蓄熱材が液体になるため、蓄熱材を収容する容器が必要となる。同時に、パラフィン等の内部に熱を伝達させるためのインナーフィンが必要となる場合もある。容器やインナーフィンは、熱容量が小さいため蓄熱には寄与しておらず、多くの熱を貯めることができない場合がある。
本開示は上記点に鑑みて、蓄熱量を増加させることができる蓄熱容器を提供することを目的とする。
本開示の第1態様によれば、蓄熱容器は、熱媒体を流通させる又は収容する本体部を備える。本体部の少なくとも一部は、熱媒体の有する熱を蓄える固体の蓄熱部材で構成されている。蓄熱部材は、金属と絶縁体との間で相変化することによって蓄熱あるいは放熱を行う強相関電子系材料を含む材料により形成されている。
本体部の少なくとも一部が蓄熱部材で構成されているので、本体部自体の蓄熱量を増加させることができる。また、熱容量の小さい他の部材を介さずに、蓄熱部材と熱媒体とを熱交換させて、蓄熱部材にて蓄熱を行うことができる。したがって、蓄熱容器全体としての蓄熱量を増加させることが可能となる。
本開示の第2態様によれば、蓄熱容器は、本体部と蓄熱部材を備えても良い。本体部は、熱媒体を収容する。蓄熱部材は、固体であり、本体部の内部に配置されるとともに、熱媒体の有する熱を蓄える。蓄熱部材は、金属と絶縁体との間で相変化することによって蓄熱あるいは放熱を行う強相関電子系材料を含む材料により形成されている。
これによれば、熱媒体を収容する本体部の内部に蓄熱部材が配置されているので、本体部自体の蓄熱量を増加させることができる。また、熱容量の小さい他の部材を介さずに、蓄熱部材と熱媒体とを熱交換させて、蓄熱部材にて蓄熱を行うことができる。したがって、蓄熱容器全体としての蓄熱量を増加させることが可能となる。
本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
第1実施形態に係る医療用輸送容器を示す斜視図である。
図1のII-II線における断面図である。
図1のIII-III線における断面図である。
第2実施形態に係る冷凍コンテナを示す斜視図である。
図4のV-V線における断面図である。
第3実施形態におけるケースの内部を示す断面図である。
第4実施形態におけるケースの内部を示す断面図である。
第5実施形態におけるケースの内部を示す断面図である。
第5実施形態における蓄熱部材を示す斜視図である。
第6実施形態における蓄熱部材の固定方法を説明するための説明図である。
第7実施形態に係る医療用輸送容器を示す断面図である。
以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の実施形態を説明する。各実施形態において先行する実施形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した実施形態と同様とする。
(第1実施形態)
第1実施形態について図1、図2、および図3に基づいて説明する。本実施形態は、本開示に係る蓄熱容器を、医療用輸送容器に適用したものである。本実施形態の医療用輸送容器は、例えば臓器移植時の臓器を輸送するために用いられる。
第1実施形態について図1、図2、および図3に基づいて説明する。本実施形態は、本開示に係る蓄熱容器を、医療用輸送容器に適用したものである。本実施形態の医療用輸送容器は、例えば臓器移植時の臓器を輸送するために用いられる。
図1に示すように、医療用輸送容器は、ケース11を備えている。ケース11は、直方体の箱状に形成されており、かつ上面に開口部が形成されている。ケース11の内部には、熱媒体としての液体窒素、および臓器等の内容物30(図2参照)が収容される。
ケース11の上部には、ケース11の開口部を開閉する蓋12がヒンジ13によって回動自在に装着されている。蓋12は、ケース11の開口部を覆う板状に形成されている。
ここで、ケース11および蓋12は、それぞれ、その形状を保持できる程度の剛性を有する断熱材により構成されている。ケース11および蓋12を構成する断熱材としては、例えばウレタン等からなる樹脂フォームや、発泡スチロール等の発泡樹脂等を採用することができる。また、ヒンジ13は、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、塩化ビニル、オレフィン系樹脂等の樹脂により構成されている。
図2および図3に示すように、ケース11は、左右方向に延びる2つの第1側面部111、前後方向に延びる第2側面部112、および上下方向に直交する方向に延びる底面部113を有して構成されている。第1側面部111、第2側面部112および底面部113は、一体に形成されている。なお、前後方向とは、上下方向および左右方向の双方に直交する方向のことをいう。
2つの第1側面部111は、前後方向において、互いに対向し、一定の間隔をあけて配置されている。2つの第2側面部112は、左右方向において、互いに対向し、一定の間隔をあけて配置されている。底面部113の外周部は、2つの第1側面部111および2つの第2側面部の下端部に接続されている。
2つの第1側面部111のそれぞれには、その上面側(蓋12側)に開口するとともに、左右方向に延びる第1溝部114が設けられている。第1溝部114は、第1側面部111の左右方向のほぼ全域に亘って配置されている。
2つの第2側面部112のそれぞれには、その上面側に開口するとともに、前後方向に延びる第2溝部115が設けられている。第2溝部115は、第2側面部112の前後方向のほぼ全域に亘って配置されている。
第1溝部114内および第2溝部115内には、蓄熱部材14がそれぞれ設けられている。
本実施形態では、蓄熱部材14を形成する材料は、強相関電子系材料を含んでいる。強相関電子系材料とは、物質の中でも電子間に働く有効クーロン相互作用が強い物質である。また、強相関電子系材料は、金属と絶縁体との間で相変化する。
強相関電子系材料は、例えば、遷移金属酸化物または有機π電子系錯体である。本実施形態では、強相関電子系材料として、遷移金属酸化物である二酸化バナジウム(VO2)を採用している。遷移金属酸化物は、外部から熱エネルギを与えられると絶縁体から金属へと変化する。
より詳細には、遷移金属酸化物は、遷移金属原子の最外殻電子間の有効クーロン相互作用が強い。そのため、遷移金属酸化物の温度が相変化温度(金属-絶縁体相変化温度)より低い温度になっていると、最外殻電子が自由に動けない。つまり、遷移金属酸化物の温度が相変化温度より低いと、遷移金属酸化物は絶縁体となる。そして、絶縁体となっている遷移金属酸化物が外部から熱エネルギを与えられて、遷移金属酸化物の温度が相変化温度以上となると、最外殻電子が自由に動ける。つまり、遷移金属酸化物の温度が相変化温度以上のとき、遷移金属酸化物は金属となる。
遷移金属酸化物が絶縁体から金属へと相変化する際に、熱エネルギが遷移金属酸化物に蓄えられる。すなわち、遷移金属酸化物が蓄熱する。この際に蓄熱される熱は、例えば、水分子が互いに自由に動けない状態になっている氷(固体)が、水分子が互いに自由に動ける水(液体)に相変化する際に、蓄えられる融解潜熱に相当する。一方、遷移金属酸化物が金属から絶縁体へ相変化する際には、遷移金属酸化物は蓄えていた熱を放熱する。従って、遷移金属酸化物は、金属と絶縁体との間で相変化することによって、蓄熱あるいは放熱を行う。
さらに、遷移金属酸化物は、固体の状態のままで、金属と絶縁体との間で相変化する。そこで、本実施形態では、遷移金属酸化物を平板状に形成したものを蓄熱部材14としている。蓄熱部材14は、第1溝部114および第2溝部115の内部にそれぞれ配置されている。
より詳細には、第1溝部114に配置される蓄熱部材14は、第1溝部114と蓋12との間に形成される空間と同程度の大きさに形成されている。同様に、第2溝部115に配置される蓄熱部材14は、第2溝部115と蓋12との間に形成される空間と同程度の大きさに形成されている。蓄熱部材14は、第1溝部114および第2溝部115の開口部から下方に向かって挿入されることにより、第1溝部114および第2溝部115それぞれの内部に配置される。
本実施形態の医療用輸送容器は、上述したように、ケース11自身の内部に蓄熱部材14が配置された状態で使用される。つまり、ケース11の一部が、蓄熱部材14で構成されている。
続いて、本実施形態の医療用輸送容器の使用方法について説明する。まず、ケース11の内部空間に、熱媒体としての液体窒素を導入する。これにより、液体窒素の有する冷熱が、ケース11の一部を構成する蓄熱部材14に蓄えられる。
次に、液体窒素が収容されているケース11の内部空間に、内容物30を収容し、蓋12を閉じる。医療用輸送容器は、蓋12を閉じた状態で運搬される。このとき、蓄熱部材14に蓄えられている冷熱が、液体窒素を介して、放熱対象である内容物30に対して放熱される。
以上説明したように、本実施形態では、ケース11の内部に蓄熱部材14を配置している。すなわち、蓄熱部材14がケース11の一部を構成している。これによれば、ケース11自体の蓄熱量を増加させることができる。また、熱容量の小さい他の部材を介さずに、蓄熱部材14と液体窒素とを熱交換させて、蓄熱部材14に蓄熱させることができる。したがって、医療用輸送容器全体としての蓄熱量を増加させることが可能となる。
(第2実施形態)
図4および図5を参照して第2実施形態について説明する。第2実施形態は、本開示に係る蓄熱容器を、冷凍コンテナに適用している。
図4および図5を参照して第2実施形態について説明する。第2実施形態は、本開示に係る蓄熱容器を、冷凍コンテナに適用している。
図4に示すように、冷凍コンテナは、金属製の本体部21を備えている。本体部21は、直方体の箱状に形成されている。本体部21は、第2熱媒体としての空気、および、食品等の内容物30が収納される冷凍室22を内部に備えている。本実施形態の冷凍室22が、本開示の熱媒体収容部に相当している。
本体部21の正面には、観音開きの扉23が形成されている。冷凍コンテナの使用者は、この扉23を介して、冷凍室22から内容物30を出し入れすることができる。
図5に示すように、本体部21および扉23の内部には、蓄熱部材14を収容するための溝部24が形成されている。溝部24は、本体部21および扉23の壁面に沿って、冷凍室22を囲むように配置されている。溝部24内に、蓄熱部材14が収容されている。このため、蓄熱部材14は、略直方体の箱状に形成されている。蓄熱部材14は、本体部21および扉23と一体に形成されている。
また、溝部24は、図示しない冷凍サイクル装置の冷媒が溝部24の内部を流通するように構成されている。すなわち、溝部24は、冷媒が流通する冷媒通路を構成している。ここで、本実施形態の冷媒が、本開示の第1熱媒体に相当している。そして、本実施形態の溝部24が、本開示の熱媒体通路に相当している。
蓄熱部材14は、冷媒が蓄熱部材14の内部にも流通するように形成されている。具体的には、蓄熱部材14は、複数の細孔を有する多孔質状またはハニカム状に形成されている。
本体部21の側壁面には、冷媒入口25と冷媒出口26とが形成されている。冷媒入口25は、冷凍サイクル装置からの冷媒入口25に流入した低圧冷媒を溝部24に導く。冷媒出口26は、溝部24から冷媒出口26に流入した低圧冷媒を冷凍サイクルに導く。冷媒入口25および冷媒出口26は、本体部21における同一の側壁面に設けられている。冷媒入口25には、冷媒入口25を開閉する入口側開閉弁27が設けられている。冷媒出口26には、冷媒出口26を開閉する出口側開閉弁28が設けられている。
本実施形態の冷凍コンテナは、上述したように、本体部21の内部に蓄熱部材14が収容された状態で使用される。つまり、本体部21の一部が、蓄熱部材14で構成されている。
続いて、本実施形態の冷凍コンテナの使用方法について説明する。蓄熱部材14への蓄冷を行う際には、冷凍サイクル装置を冷媒入口25および冷媒出口26に接続するとともに、入口側開閉弁27および出口側開閉弁28を共に開弁する。これにより、冷媒入口25から溝部24へ低圧冷媒が導入される。冷媒入口25から導入された低圧冷媒は、溝部24に収容された蓄熱部材14内を循環して冷媒出口26から導出される。これにより、低圧冷媒の有する冷熱が蓄熱部材14に蓄えられる。
そして、蓄熱部材14の蓄冷が完了した際には、入口側開閉弁27および出口側開閉弁28を共に閉弁し、冷凍サイクル装置を冷媒入口25および冷媒出口26から切り離す。この状態で、冷凍コンテナは輸送される。このとき、蓄熱部材14に蓄冷された冷熱が、空気を介して、内容物30に対して放熱される。これにより、内容物30を低温に保つことができる。
以上説明したように、本実施形態では、本体部21の内部に蓄熱部材14を配置している、すなわち蓄熱部材14が本体部21の一部を構成している。これによれば、本体部21自体の蓄熱量を増加させることができる。また、熱容量の小さい他の部材を介さずに、蓄熱部材14と空気とを熱交換させて、蓄熱部材14に蓄熱させることができる。したがって、冷凍コンテナ全体としての蓄熱量を増加させることが可能となる。
(第3実施形態)
図6を参照して第3実施形態について説明する。本実施形態では、第3実施形態は、第1実施形態と比較して、蓄熱部材14の固定方法が異なる。
図6を参照して第3実施形態について説明する。本実施形態では、第3実施形態は、第1実施形態と比較して、蓄熱部材14の固定方法が異なる。
図6に示すように、本実施形態の蓄熱部材14は、直方体状に形成されている。蓄熱部材14は、ケース11の底面部113に配置されている。ケース11は、本開示の本体部に相当する。
ケース11の第2側面部112の内面には、ケース11の内方側に向かって突出する突起部15がそれぞれ設けられている。突起部15は、弾性変形可能な樹脂により構成されている。突起部15により、蓄熱部材14が底面部113に固定されている。なお、ケース11における突起部15の下方側には、突起部15を収容可能な図示しない受け部が形成されている。
次に、蓄熱部材14のケース11への固定方法を説明する。
まず、蓄熱部材14をケース11の上方側から底面部113に向かって挿入する。このとき、蓄熱部材14が上方側から突起部15に接触することで、突起部15が弾性変形により撓んで受け部に収容される。これにより、蓄熱部材14が突起部15の下方側まで移動することが可能となり、蓄熱部材14は底面部113と接触した状態で配置される。蓄熱部材14が突起部15の下方側まで移動すると、突起部15は元の形状(元の位置)に戻る。これにより、蓄熱部材14は、突起部15により上方向への移動が規制された状態で、ケース11の底面部113に固定される。
その他の医療用輸送容器の構成は第1実施形態と同様である。したがって、本実施形態の医療用輸送容器においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の蓄熱部材14は、ケース11の内部空間に収容されるとともに、弾性変形可能な突起部15により固定されているので、簡易な構成で、蓄熱部材14をケース11に固定することができる。
(第4実施形態)
図7を参照して第4実施形態について説明する。第4実施形態は、第1実施形態と比較して、蓄熱部材14の固定方法が異なる。
図7を参照して第4実施形態について説明する。第4実施形態は、第1実施形態と比較して、蓄熱部材14の固定方法が異なる。
図7に示すように、本実施形態では、蓄熱部材14は、ボルト16等の締結部材によって、ケース11の底面部113に固定されている。ボルト16は、金属、樹脂または蓄熱部材14と同様の固体蓄熱材料により構成されている。
具体的には、蓄熱部材14は、上下方向の長さが長い部位と短い部位を有する断面凸状に形成されている。蓄熱部材14は、当該短い部位において、ボルト16によりケース11の底面部113に固定されている。その他の医療用輸送容器の構成は第1実施形態と同様である。
したがって、本実施形態の医療用輸送容器においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の蓄熱部材14は、ケース11の内部空間に収容されるとともに、ボルト16により固定されているので、簡易な構成で、蓄熱部材14をケース11に固定することができる。
このとき、ボルト16を、蓄熱部材14と同様の固体蓄熱材料により構成することで、医療用輸送容器全体としての蓄熱量をさらに増加させることができる。また、蓄熱部材14を断面凸状に形成することで、蓄熱部材14の表面積を大きくすることができる。このため、蓄熱部材14の伝熱性を向上させることができる。
(第5実施形態)
図8および図9を参照して、第5実施形態について説明する。第5実施形態は、第1実施形態と比較して、蓄熱部材14の固定方法が異なる。
図8および図9を参照して、第5実施形態について説明する。第5実施形態は、第1実施形態と比較して、蓄熱部材14の固定方法が異なる。
図8に示すように、ケース11の内部には、ケース11の内部空間に熱媒体としての液体窒素を循環させるファン40が設けられている。ファン40は、図示しないモータによって回転可能となっている。モータは、図示しない制御装置によって制御される。ファン40が回転することにより、ケース11の内部に液体窒素の流れが形成される。
ファン40によって生じる液体窒素の流れ方向におけるファン40の下流には、蓄熱部材保持部17が設けられている。蓄熱部材保持部17は、金属製の網状部材であって、蓄熱部材14を覆うように形成されている。金属製の網状部材としては、例えば、織金網、金属メッシュ、パンチングメタル等を採用することができる。
図9に示すように、蓄熱部材14は、ブロック状に構成されている。また、蓄熱部材14は、液体窒素の流れ方向に沿って形成された複数の貫通孔140を有している。すなわち、蓄熱部材14は、フロースルーハニカム構造を有して構成されている。複数の貫通孔140は、開口部が蓄熱部材14の端面に例えば正方配列されている。なお、貫通孔140の開口形状は四角形状に限られず、多角形、円形、楕円形でも構わない。
その他の医療用輸送容器の構成は第1実施形態と同様である。したがって、本実施形態の医療用輸送容器においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の蓄熱部材14は、液体窒素が外壁面や複数の貫通孔140を通過する際に、液体窒素の冷熱を蓄熱したり液体窒素に放熱したりする。複数の貫通孔140が設けられていることで蓄熱部材140の表面積を大きくすることができる。このため、蓄熱部材14の伝熱性を向上させることができる。また、液体窒素を整流することができるので、設計値通りの蓄熱量を得ることができる。
また、本実施形態では、ケース11の内部にファン40を設けて、ケース11の内部に液体窒素の流れを形成している。これにより、蓄熱部材14と液体窒素との熱交換量を増大させることができる。
(第6実施形態)
図10を参照して、第6実施形態について説明する。第6実施形態は、第1実施形態と比較して、蓄熱部材14の固定方法が異なる。
図10を参照して、第6実施形態について説明する。第6実施形態は、第1実施形態と比較して、蓄熱部材14の固定方法が異なる。
図10に示すように、ケース11の内部には、蓄熱部材14の位置決めをするための位置決め部材18が設けられている。位置決め部材18は、蓄熱部材14を覆うような四角筒状に形成されている。位置決め部材18の上面には、開口部181が形成されている。
位置決め部材18の下面には、上面に向かって突出する突起部182が設けられている。突起部182は、位置決め部材18の軸方向に延びている。以下、位置決め部材18の軸方向を、単に軸方向という。なお、軸方向とは、上下方向および左右方向の双方に直交する方向である。
突起部182は、複数設けられている。具体的には、本実施形態では突起部182の数は2つである。複数の突起部182は、互いに平行となるように、一定の間隔をもって配置されている。
蓄熱部材14は、略直方体のブロック状に形成されている。蓄熱部材14の底面には、蓄熱部材14の長手方向に延びる溝部141が形成されている。溝部141は、複数設けられている。具体的には、本実施形態では溝部141の数は2つである。複数の溝部141は、互いに平行となるように、一定の間隔をもって配置されている。
溝部141は、位置決め部材18の突起部182と対応する形状に形成されている。すなわち、溝部141の内壁面は、突起部182の外壁面と全面にわたって接触する。また、溝部141の個数は、突起部182の個数と同じである。溝部141同士の間隔は、突起部182同士の間隔と同等となっている。
熱媒体としての液体窒素は、位置決め部材18の開口部181および軸方向における位置決め部材18の両端部を介して、位置決め部材18の内側に流入し、蓄熱部材14の外壁面を通過する。この際に、蓄熱部材14は、液体窒素の冷熱を蓄熱したり液体窒素に放熱したりする。
続いて、蓄熱部材14のケース11への固定方法を説明する。図10の矢印に示すように、蓄熱部材14を、軸方向にスライドさせて、位置決め部材18の軸方向の開口部から位置決め部材18内に挿入する。このとき、蓄熱部材14の溝部141に、位置決め部材18の突起部182が挿入される。これにより、蓄熱部材14は、位置決め部材18の内側に固定される。
その他の医療用輸送容器の構成は第1実施形態と同様である。したがって、本実施形態の医療用輸送容器においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、蓄熱部材14を、位置決め部材18内にスライドさせるだけでケース11に固定することができる。これにより、簡易な構成で、蓄熱部材14をケース11に固定することができる。
(第7実施形態)
図11を参照して、第7実施形態について説明する。第7実施形態は、第1実施形態と比較して、ケース11の構成が異なる。
図11を参照して、第7実施形態について説明する。第7実施形態は、第1実施形態と比較して、ケース11の構成が異なる。
図11に示すように、ケース11は、第1実施形態の蓄熱部材14を形成する強相関電子系材料により構成されている。すなわち、ケース11全体が、熱媒体としての液体窒素の有する冷熱を蓄える蓄熱部材14により構成されている。
ケース11の内壁面には、液体窒素との接触面積を増大させて熱交換を促進するフィン19が設けられている。フィン19は、ケース11と同様の強相関電子系材料、すなわち蓄熱部材14により構成されている。また、フィン19は、ケース11と一体に形成されている。
本実施形態では、フィン19は、ケース11における2つの第1側面部111および2つの第2側面部112それぞれの内壁面に設けられている。なお、フィン19を、底面部113に設けても構わない。また、フィン19として、複数のピン状の突起(ピンフィン)をケース11の内壁面から突出させている。
以上説明したように、本実施形態では、ケース11の全部を蓄熱部材14で構成している。これによれば、ケース11自体の蓄熱量をより確実に増加させることができる。また、熱容量の小さい他の部材を介さずに、蓄熱部材14と液体窒素とを熱交換させることができる。したがって、医療用輸送容器全体としての蓄熱量を増加させることが可能となる。
また、本実施形態では、ケース11の内壁面にフィン19が設けられている。これによれば、ケース11と液体窒素との接触面積を増大させることができるので、ケース11と液体窒素との熱交換性能を向上させることができる。また、フィン19を、蓄熱部材14により構成することで、フィン19においても蓄熱を行うことができる。したがって、医療用輸送容器全体としての蓄熱量をさらに増加させることが可能となる。
(他の実施形態)
本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、例えば以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、例えば以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
(1)上述した実施形態では、本開示の蓄熱容器を、医療用輸送容器や冷凍コンテナに適用している。しかしながら、蓄熱容器を、クーラボックスや、排熱等の温熱を蓄熱する容器に適用してもよい。
(2)第7実施形態では、フィン19としてピンフィンを採用している。しかしながら、フィン19として、コルゲートフィン、平板フィン、オフセットフィン、ルーバフィン等を採用してもよい。
(3)上述した実施形態では、蓄熱部材14を形成する材料は強相関電子系材料として遷移金属酸化物を含んでいる。しかしながら、蓄熱部材14を形成する材料は、二種以上の異なる材料を含んでいても良い。例えば、蓄熱部材14を形成する材料は、強相関電子系材料としての遷移金属酸化物と、添加物と、を含む。遷移金属酸化物に添加物を加えることによって、遷移金属酸化物の相変化温度を調整することができる。添加物とは、例えば、無機材料である。より具体的には、無機材料は、例えばタングステン(W)等の金属やセラミックス等である。
Claims (8)
- 熱媒体を流通させる又は収容する本体部(11、21)を備え、
前記本体部の少なくとも一部は、前記熱媒体の有する熱を蓄える固体の蓄熱部材(14)で構成されており、
前記蓄熱部材は、金属と絶縁体との間で相変化することによって蓄熱あるいは放熱を行う強相関電子系材料を含む材料により形成されている蓄熱容器。 - 熱媒体を収容する本体部(11、21)と、
前記本体部の内部に配置されるとともに、前記熱媒体の有する熱を蓄える固体の蓄熱部材(14)とを備え、
前記蓄熱部材は、金属と絶縁体との間で相変化することによって蓄熱あるいは放熱を行う強相関電子系材料を含む材料により形成されている蓄熱容器。 - 前記本体部の内部には、前記蓄熱部材に蓄えられた熱が前記熱媒体を介して放出される放熱対象(30)が設けられている請求項1または2に記載の蓄熱容器。
- 前記熱媒体は、第1熱媒体であり、
前記本体部は、
前記第1熱媒体が流通する熱媒体通路(24)と、
第2熱媒体が収容される収容部(22)と、を有しており、
前記収容部の内部には、前記蓄熱部材に蓄えられた熱が前記第2熱媒体を介して放出される放熱対象(30)が設けられている請求項1に記載の蓄熱容器。 - 前記蓄熱部材を形成する前記材料は、前記強相関電子系材料および無機材料を含んでいる請求項1ないし4のいずれか1つに記載の蓄熱容器。
- 前記無機材料は金属である請求項5に記載の蓄熱容器。
- 前記無機材料はセラミックスである請求項5に記載の蓄熱容器。
- 前記強相関電子系材料は、遷移金属酸化物である請求項1ないし7のいずれか1つに記載の蓄熱容器。
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