JP2011021807A - Heat accumulator and cooling method using the heat accumulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、食品等の被冷却物の急速冷却または調温空間の温度の維持等を行うために使用される蓄熱装置及び該蓄熱装置を用いた冷却方法に関する。 The present invention relates to a heat storage device used for rapid cooling of an object to be cooled such as food or maintaining the temperature of a temperature control space, and a cooling method using the heat storage device.
被冷却物の急速冷却を行うための冷却方法としては、本発明者の提案による特許文献1に記載されたものが知られている。 As a cooling method for rapidly cooling an object to be cooled, a method described in Patent Document 1 proposed by the present inventor is known.
この特許文献1では、従来の真空冷却方式、ブラストチラー方式、電磁誘導方式といった乾燥・脱気の問題を避けることができない方式に対して、被冷却物の乾燥や変質を防ぐことができ、冷却時間を短縮することができる冷却方法及び冷却装置を提案している。 In this patent document 1, drying and degeneration of an object to be cooled can be prevented while cooling and degassing problems such as a conventional vacuum cooling system, a blast chiller system, and an electromagnetic induction system cannot be avoided. The cooling method and cooling device which can shorten time are proposed.
即ち、この特許文献1では、冷却工程を、被冷却物が冷却開始温度から被冷却物の凝固点近傍又は被冷却物の物性上最も劣化し易い温度領域に達する手前の所定温度に達するまでの予冷工程と、前記所定温度から目標冷凍温度までの急速凍結工程に分けて、予冷工程では、保冷室と冷却室との境界を仕切り部材で遮蔽し、急速凍結工程では、仕切り部材が境界の少なくとも一部を開放するようにしている。 That is, in Patent Document 1, the cooling process is performed by precooling until the object to be cooled reaches a predetermined temperature just before reaching the temperature range where the object to be cooled is most likely to deteriorate in the vicinity of the solidification point of the object to be cooled or the physical property of the object to be cooled. In the pre-cooling step, the boundary between the cold insulation chamber and the cooling chamber is shielded by a partition member, and in the rapid freezing step, the partition member is at least one of the boundaries. The part is opened.
より具体的には、図15に示すように、冷却装置100が、断熱壁体112で囲まれた空間116内を、冷却器118が設置される保冷室122と、被冷却物の設置される冷却室124とに分けて、保冷室122と冷却室124との境界に仕切り部材130を設けている。前記予冷工程では、仕切り部材130で境界を遮蔽することによって、保冷室122と冷却室124との間の空気の流れを抑制して被冷却物の乾燥を防ぐ一方で、前記急速凍結工程では、仕切り部材130を開放することによって、保冷室122と冷却室124との間の空気の流れを促進して、目標冷凍温度までに達するまでに要する時間を全体として短時間とすることができる。
More specifically, as shown in FIG. 15, the
さらに、予冷工程では保冷室122において冷却器118で発生する冷気を畜熱材120で蓄熱し、急速凍結工程では仕切り部材130を開放することによって蓄熱材120に蓄熱された冷気を冷却室124に解放している。
Further, in the pre-cooling process, the cool air generated in the
被冷却物の凝固点近傍では、熱容量は激増し、凝固点以上と比べて80倍ほどの熱量が必要とされる。この凝固点近傍の温度帯である氷結晶帯は、被冷却物が物性上最も劣化し易い温度領域であり、この温度帯を通過する時間が長くなると、氷結晶が成長し、被冷却物の組織が破壊する。この温度帯を短時間で通過することができれば、氷結晶の成長を防ぎ、氷結晶を小さくすることができ、被冷却物の組織の破壊を防ぐことができる。そして、この熱容量が大きい氷結晶帯を短時間で通過することができれば、全体の冷却に要する時間も短縮化することができる。 In the vicinity of the freezing point of the object to be cooled, the heat capacity increases drastically, and an amount of heat about 80 times that of the freezing point or higher is required. The ice crystal zone, which is the temperature zone near the freezing point, is the temperature range in which the object to be cooled is most likely to deteriorate in terms of physical properties, and when the time passing through this temperature zone increases, ice crystals grow and the structure of the object to be cooled Destroys. If the temperature zone can be passed in a short time, the growth of ice crystals can be prevented, the ice crystals can be made smaller, and the structure of the object to be cooled can be prevented from being destroyed. And if this ice crystal zone with a large heat capacity can be passed in a short time, the time required for the whole cooling can also be shortened.
本発明者は、かかる冷却時において、熱の蓄熱及び放出をより一層効果的に行うことで、冷却時間の短縮化、被冷却物の乾燥・変質の防止、エネルギー効率化を図ることができることに着目して、この目的を達成するために好適な蓄熱装置に想到し、本発明を完成させたものである。また本発明者は、調温時にも熱の蓄熱及び放出を行うことで、エネルギー効率化を図ることができる蓄熱装置に想到し、本発明を完成させたものである。 The present inventor can reduce the cooling time, prevent drying / deterioration of the object to be cooled, and increase the energy efficiency by further effectively storing and releasing the heat during the cooling. In view of this, the present invention has been completed by conceiving a heat storage device suitable for achieving this object. The inventor of the present invention has also conceived a heat storage device capable of achieving energy efficiency by storing and releasing heat even during temperature adjustment, and has completed the present invention.
即ち、請求項1記載の発明は、被冷却物の冷却を行うために冷却空気を生成する冷却装置内に設置される蓄熱装置であって、
内部に空間を形成すると共に、流入口と流出口とを有する断熱ケースと、
前記空間内に配設されて、空気よりも高い熱伝導率及び熱容量を有する高熱伝導率体を含む蓄熱可能な蓄熱材と、
前記流入口または流出口の近傍に配置されて、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を促進する流通促進手段と、
を備え、
前記蓄熱材は、前記冷却空気が流通可能となっており、
前記流通促進手段は、冷却開始から被冷却物の凝固点近傍までは、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を抑制し、被冷却物の凝固点近傍に達すると、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を促進することを特徴とする。
That is, the invention of claim 1 is a heat storage device installed in a cooling device that generates cooling air to cool an object to be cooled,
A heat insulating case that forms a space inside and has an inlet and an outlet;
A heat storage material capable of storing heat, including a high thermal conductivity body disposed in the space and having a higher thermal conductivity and heat capacity than air; and
A flow facilitating means disposed near the inflow port or the outflow port to promote the flow of cooling air from the inflow port toward the outflow port;
With
The heat storage material is capable of circulating the cooling air,
The flow promoting means suppresses the flow of cooling air from the inlet to the outlet from the start of cooling to the vicinity of the freezing point of the object to be cooled, and when it reaches the vicinity of the freezing point of the object to be cooled, it directs from the inlet to the outlet. It is characterized by promoting the circulation of cooling air.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の前記高熱伝導率体が、多数の金属粒を有し、該金属粒の間に空気が流通可能な隙間が形成されることを特徴とする。
The invention according to
請求項3記載の発明は、請求項2記載の前記蓄熱材が、金属粒を収容する金属ケースを有し、該金属ケースには金属粒の通過は阻止するものの前記冷却空気の流通を許容する通気部が設けられることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the heat storage material according to the second aspect of the present invention has a metal case that contains metal particles, and the metal case allows passage of the cooling air while preventing the passage of metal particles. A vent is provided.
請求項4記載の発明は、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の前記蓄熱材が、断熱ケースから脱着可能であることを特徴とする。 The invention according to claim 4 is characterized in that the heat storage material according to any one of claims 1 to 3 is detachable from the heat insulating case.
請求項5記載の発明は、被冷却物の冷却を行うために冷却空気を生成する冷却装置内に設置される蓄熱装置であって、内部に空間を形成すると共に、流入口と流出口とを有する断熱ケースと、前記空間内に配設されて、空気よりも高い熱伝導率及び熱容量を有する高熱伝導率体を含む蓄熱可能な蓄熱材と、前記流入口または流出口の近傍に配置されて、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を促進する流通促進手段と、を備えた蓄熱装置を用いて、冷却装置内の被冷却物の冷却を行う冷却方法であって、
被冷却物の冷却開始から凝固点近傍までは、前記流通促進手段による流入口から蓄熱材を通過して流出口に向ける冷却空気の流通を抑制する第1冷却工程と、
被冷却物の凝固点近傍に達すると、前記流通促進手段によって流入口から蓄熱材を通過して流出口に向ける冷却空気の流通を促進する第2冷却工程と、
を備えることを特徴とする。
The invention according to
From the start of cooling of the object to be cooled to the vicinity of the freezing point, a first cooling step for suppressing the flow of cooling air from the inflow port through the heat storage material toward the outflow port by the flow promoting means,
A second cooling step for accelerating the flow of cooling air from the inlet through the heat storage material toward the outlet when the vicinity of the freezing point of the object to be cooled is reached;
It is characterized by providing.
請求項6記載の発明は、請求項5記載の冷却方法において、前記第1冷却工程の前に、前記流通促進手段による流入口から蓄熱材を通過して流出口に向ける冷却空気の流通を促進して、前記蓄熱材の温度を、被冷却物の凝固点以下に冷却する予冷工程を備えることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the cooling method according to the fifth aspect, before the first cooling step, the circulation of the cooling air that passes through the heat storage material from the inflow port to the outflow port by the flow promoting means is promoted. And the pre-cooling process which cools the temperature of the said thermal storage material below to the freezing point of a to-be-cooled object is characterized.
請求項7記載の発明は、請求項5または6記載の冷却方法において、被冷却物を冷却装置に投入する工程であって、前記流出口を被冷却物に指向させる投入工程、をさらに備えることを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the cooling method according to
請求項8記載の発明は、請求項5ないし7のいずれか1項に記載の冷却方法において、第2冷却工程の後、前記蓄熱装置内部の温度が蓄熱装置外部の温度と同じになったときに、前記流通促進手段による流入口から蓄熱材を通過して流出口に向ける冷却空気の流通を抑制する第3冷却工程、をさらに備えることを特徴とする。
Invention of Claim 8 is the cooling method of any one of
請求項9記載の発明は、請求項5ないし8のいずれか1項に記載の冷却方法において、前記蓄熱装置外部の温度が被冷却物の凝固点よりも所定温度低い温度になったときに、前記流通促進手段による流入口から蓄熱材を通過して流出口に向ける冷却空気の流通を促進する工程、をさらに備えることを特徴とする。
The invention according to
請求項10記載の発明は、アクチュエータの間欠作動により設定温度に調節される調温空間に配置される蓄熱装置であって、
内部に空間を形成すると共に、流入口と流出口とを有する断熱ケースと、
前記空間内に配設されて、空気よりも高い熱伝導率及び熱容量を有する高熱伝導率体を含む蓄熱可能な蓄熱材と、
前記流入口または流出口の近傍に配置されて、流入口から流出口に向ける調温空気の流通を促進する流通促進手段と、
を備え、
前記蓄熱材は、前記調温空気が流通可能となっており、
前記流通促進手段は、調温空間の温度が第1許容限度温度となってアクチュエータが作動を開始したときに、流入口から流出口に向ける調温空気の流通を抑制しており、調温空間の温度が第1許容限度温度に達する前の第2許容限度温度に達したときに、流入口から流出口に向ける調温空気の流通を促進する、ことを特徴とする。
The invention according to
A heat insulating case that forms a space inside and has an inlet and an outlet;
A heat storage material capable of storing heat, including a high thermal conductivity body disposed in the space and having a higher thermal conductivity and heat capacity than air; and
A flow facilitating means disposed near the inflow port or the outflow port to promote the flow of temperature-controlled air from the inflow port toward the outflow port;
With
The heat storage material is capable of circulating the temperature-controlled air,
The flow promoting means suppresses the flow of temperature-controlled air from the inlet to the outlet when the temperature of the temperature-controlled space becomes the first allowable limit temperature and the actuator starts to operate. When the temperature reaches the second allowable limit temperature before reaching the first allowable limit temperature, the circulation of the temperature-controlled air from the inlet to the outlet is promoted.
請求項11記載の発明は、被冷却物の冷却を行うために冷却空気を生成する冷却装置内に設置される蓄熱装置であって、
内部に空間を形成すると共に、流入口と流出口とを有する断熱ケースと、
前記空間内に配設されて、空気よりも高い熱伝導率及び熱容量を有する高熱伝導率体を含む蓄熱可能な蓄熱材と、
前記流入口または流出口の近傍に配置されて、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を促進する流通促進手段と、
を備え、前記蓄熱材は、前記冷却空気が流通可能となっている。
The invention according to claim 11 is a heat storage device installed in a cooling device that generates cooling air to cool an object to be cooled,
A heat insulating case that forms a space inside and has an inlet and an outlet;
A heat storage material capable of storing heat, including a high thermal conductivity body disposed in the space and having a higher thermal conductivity and heat capacity than air; and
A flow facilitating means disposed near the inflow port or the outflow port to promote the flow of cooling air from the inflow port toward the outflow port;
The heat storage material is capable of circulating the cooling air.
本発明による蓄熱装置及び蓄熱装置を用いた冷却方法によれば、被冷却物が凝固点近傍に達するまでの被冷却物の冷却に大きな熱量を要しないときには、流通促進手段が、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を抑制することで、断熱ケース内にある蓄熱材によって蓄熱が維持され、被冷却物が凝固点近傍に達すると、流通促進手段が、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を促進することで、蓄熱材に蓄熱された熱量を放出することができる。これによって、熱容量が激増する凝固点を短時間で通過させることができて、急速冷却を可能にし、被冷却物の変質劣化を防ぎ、高い復元性を持たせることができる。 According to the heat storage device and the cooling method using the heat storage device according to the present invention, when a large amount of heat is not required for cooling the object to be cooled until the object to be cooled reaches the vicinity of the freezing point, the flow promoting means is connected from the inlet to the outlet. By suppressing the flow of cooling air toward the heat storage, heat storage is maintained by the heat storage material in the heat insulation case, and when the object to be cooled reaches the vicinity of the freezing point, the flow promoting means moves the cooling air from the inlet to the outlet. By promoting the circulation, the amount of heat stored in the heat storage material can be released. As a result, the freezing point where the heat capacity increases drastically can be passed in a short time, enabling rapid cooling, preventing deterioration of the object to be cooled, and providing high resilience.
断熱ケース内にある蓄熱材に熱量を閉じ込めておくことができるため、効果的に蓄熱を行うことができる。 Since the amount of heat can be confined in the heat storage material in the heat insulation case, heat can be stored effectively.
蓄熱材として多数の金属粒を有することで、冷却空気が多数の金属粒の間に形成される隙間を通過することができ、冷却空気と金属粒との熱交換を効率よく行うことができる。 By having a large number of metal particles as the heat storage material, the cooling air can pass through gaps formed between the large number of metal particles, and heat exchange between the cooling air and the metal particles can be performed efficiently.
また、蓄熱材は、金属粒を収容する金属ケースを有し、該金属ケースには金属粒の通過は阻止するものの冷却空気の流通を許容する通気部が設けられることで、金属粒の脱落・紛失を防止することができる。 In addition, the heat storage material has a metal case that contains metal particles, and the metal case is provided with a ventilation portion that prevents the passage of the metal particles but allows the cooling air to flow. Loss can be prevented.
蓄熱材は断熱ケースから脱着可能とすることで、蓄熱材を洗浄に供することができ、蓄熱装置を衛生的に保つことができる。 By making the heat storage material detachable from the heat insulating case, the heat storage material can be used for cleaning, and the heat storage device can be kept hygienic.
また、本発明による冷却方法において、蓄熱材を予冷する予冷工程を備えることにより、予め蓄熱材に蓄熱を行うことができ、より効率的に被冷却物の冷却を行うことができる。さらには、蓄熱装置の流出口を被冷却物に指向させて被冷却物を投入する投入工程を備えることで、蓄熱材に蓄熱された熱量放出時に効果的に被冷却物へと熱量を供給することができる。さらには、第2冷却工程の後、前記蓄熱装置内部の温度が蓄熱装置外部の温度と同じになったときに、流通促進手段による流入口から蓄熱材を通過して流出口に向ける冷却空気の流通を抑制する第3冷却工程を備えることで、蓄熱装置で蓄熱された熱量が放出された後は、専ら冷却空気を被冷却物の冷却に当てて、冷却時間を短縮することができる。さらには、蓄熱装置外部の温度が被冷却物の凝固点よりも所定温度低い温度になったときに、流通促進手段による流入口から蓄熱材を通過して流出口に向ける冷却空気の流通を促進する工程、をさらに備えることで、被冷却物が十分に冷却されたところで、再び蓄熱材に蓄熱を行い、次の冷却サイクルに備えることができる。 Moreover, in the cooling method by this invention, by providing the pre-cooling process which pre-cools a heat storage material, heat storage can be performed to a heat storage material previously, and a to-be-cooled object can be cooled more efficiently. Furthermore, by providing a charging process in which the outlet of the heat storage device is directed to the object to be cooled and the object to be cooled is input, the amount of heat is effectively supplied to the object to be cooled when the amount of heat stored in the heat storage material is released. be able to. Furthermore, after the second cooling step, when the temperature inside the heat storage device becomes the same as the temperature outside the heat storage device, the cooling air that passes through the heat storage material from the inflow port by the flow promoting means toward the outflow port By providing the 3rd cooling process which suppresses distribution | circulation, after the calorie | heat amount stored by the heat storage apparatus was discharge | released, cooling air can be exclusively applied to cooling of a to-be-cooled object, and cooling time can be shortened. Furthermore, when the temperature outside the heat storage device becomes a predetermined temperature lower than the freezing point of the object to be cooled, the circulation of the cooling air that passes through the heat storage material from the inflow port to the outflow port by the flow promoting means is promoted. By further providing the step, when the object to be cooled is sufficiently cooled, the heat storage material can be stored again to prepare for the next cooling cycle.
または、蓄熱装置を、アクチュエータの間欠作動により設定温度に調節される調温空間に配置することで、アクチュエータの動作時における余分な熱量を蓄熱装置が蓄熱し、アクチュエータの非動作時において足りなくなった熱量を蓄熱装置から放出するようにして、アクチュエータの間欠作動における休止時間を長くすることができ、エネルギーの効率化を図ることができる。断熱ケース内にある蓄熱材に熱量を閉じ込めておくことができるため、効果的に蓄熱を行うことができる。 Or, by arranging the heat storage device in the temperature control space that is adjusted to the set temperature by the intermittent operation of the actuator, the heat storage device stores the excess heat during operation of the actuator, and it becomes insufficient when the actuator is not operating By releasing the amount of heat from the heat storage device, the pause time in the intermittent operation of the actuator can be lengthened, and energy efficiency can be improved. Since the amount of heat can be confined in the heat storage material in the heat insulation case, heat can be stored effectively.
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。尚、以下の実施形態は本発明を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments do not limit the present invention.
(第1実施形態)
図1及び図2に示すように、本発明による蓄熱装置10は、発泡材料等から構成されて略直方体形状をなす断熱ケース12を有している。断熱ケース12は、その対向する2面にそれぞれ開口12a、12aが形成されると共に、その一面の一部に扉12bが設けられており、扉12bを閉じた状態で、対向する開口12a、12aのみを通して外部と連通可能となった閉じた空間16を形成している。尚、開口12aは、1つまたは複数個設けることが可能である。
(First embodiment)
As shown in FIG.1 and FIG.2, the
開口12a、12aのいずれか一方、または両方の近傍には、流通促進手段としてのファン18が取り付けられており、該ファン18は、空間16内に外部からの冷却空気を取り込む吸気ファン、または空間16内から外部へと冷却空気を送り出す排気ファンとして作用する。このファン18によって、一方の流入口となる開口12aを介して外部から空間16を通り他方の流出口となる開口12aを介して外部へと流れ出す一方向の空気の流れが生成される。
A
ファン18は、制御器70(図3、図4参照)に接続されており、制御器70からの制御信号によってその回転数が制御される。
The
断熱ケース12内には、蓄熱材20が配設される。蓄熱材20は断熱ケース12内に対して脱着可能なるように、断熱ケース12の扉12bを介して空間16内に出し入れ可能となっている。蓄熱材20が配設された状態で、蓄熱材20の各開口12aと対向する面と開口12aとの間にはそれぞれ隙間が形成されるとよく、これによって、開口12aから取り込まれた空気が整流されて蓄熱材20に入り、整流状態で蓄熱材20を出ていくことができる。例えば、蓄熱材20と開口12aとの間の距離は、蓄熱材20の厚みと同じ程度の寸法となっているとよい。その一方で、蓄熱材20のその他の面は、空間16内において、断熱ケース12の壁面との間で隙間のないように密着されるとよい。
A
蓄熱材20は、金属ケース22と、金属ケース22内に封入された多数の高熱伝導率体24とを有する。金属ケース22の断熱ケース12の開口12aと対向する面の少なくともその一部は通気部としての多孔性壁面22aとなっている。多孔性壁面22aとしては、パンチングメタル、金網、メッシュなどの金属製のものから構成することができる。
The
金属ケース22内に封入された多数の高熱伝導率体としては、例えば、金属粒24とすることができる。金属粒24は金属ケース22内で複数層に重なるものの、その形状から、隣接する金属粒24同士との間に、空気が流通可能な間隙が形成される。
As a large number of high thermal conductivity bodies enclosed in the
金属粒24の形状は、必ずしも真球である必要はなく、楕円体や多少の歪みがあってもよく、さらには、円柱、直方体、多面体等とすることも可能である。好ましくは、突起が少なく、表面積を大きく確保することができる形状であるとよい。金属粒24は、多孔性壁面22a、22aを通過することができない直径(または差し渡し最小寸法)を持っており、蓄熱装置10から脱落・紛失することは不可能となっている。金属粒24の直径(または差し渡し最大寸法)は、小さすぎると空気が流通可能な間隙が形成されにくくなり、大きすぎると隣接物との間の接触面積が小さくなるために、好適な範囲としては、2mm〜10mm程度、好ましくは3〜8mm程度とするとよい。また、金属粒24の寸法または形状は全ての金属粒24で同じである必要はなく、異なる寸法または異なる形状の金属粒24が混在していても構わない。または、金属粒24として、金属中空体の内部に不凍液(0℃で凍結しないものとする、以下同じ)を充填したものとすることもできる。
The shape of the
金属粒24は、空間16内を流れる空気(流速:数m/s〜15m/s、好ましくは0〜6m/sの程度)によって、流動することはない非流動状の固体である。また、多数の金属粒24は金属ケース22内に拘束されているものの、好ましくは、その金属ケース22内では拘束されずにある程度の自由度を持たせているとよく、各金属粒24が金属ケース22内で、自由な配置をとることができるとよい。
The
金属ケース22及び金属粒24はいずれも、熱伝導率が高く、熱容量の大きい高熱伝導率材料から構成される。具体的には、高熱伝導率材料としては、アルミニウム、銅、真鍮、金、銀またはこれらの合金等から選択することができる。
Both the
以上の蓄熱装置10は、公知の冷凍庫といった冷却空気を生成する冷却装置40内に設置される。冷却装置40は、図3及び図4に示したように、断熱壁体42と、断熱壁体42の一側面に形成された扉44と、を備えており、断熱壁体42と扉44によって外部と断熱的に隔離された庫内46が画成される。
The above
庫内46の一部には、冷却空気を生成するエバポレータ等で構成される冷却器48と、冷却器48の前面に配置されたファン49が設置され、庫内46には、被冷却物Pを載せた被冷却物支持ユニット50が設置される。被冷却物支持ユニット50は、図示したような移動可能なワゴンであっても、または庫内46に固定されたガイドレールに着脱可能に載置されるトレーであってもよい。
A cooler 48 composed of an evaporator or the like that generates cooling air and a
さらに、庫内46の他の部分には、蓄熱装置10が配置される。好ましくは、蓄熱装置10の流出口となる開口12aが被冷却物Pの方へと向くように配置されるとよい。蓄熱装置10は、1つまたは複数個を離散的に、または図示したように積層または並べて配設することができる。また、蓄熱装置10は適宜脚14によって支持することができる。脚14には、適宜キャスタを設けて蓄熱装置10自体を簡単に庫内46に出し入れ可能とすることもできる。
Further, the
冷却器48を通過する冷媒の循環回路60は、庫外に配置される凝縮器62、冷媒タンク64、圧縮機66及び膨張弁68を有する。圧縮機66の回転は、制御器67及びインバータ69によって制御可能とすることができ、被冷却物の種類に応じて、圧縮機66の運転を制御して冷媒の温度を変化させることができるようになっているとよい。
The
次に、この実施形態において、被冷却物を冷却するときの冷却方法について説明する。この冷却方法においては、蓄熱装置10のファン18の回転数を制御しながら、被冷却物の冷却を行う。このファン18の回転数は、被冷却物の状態に依存して制御され、より詳細には、冷却開始温度から被冷却物が凝固点に達する手前または凝固点に達するまでの被冷却物に含有される水分が液相状態にある液相域(第1冷却工程)、被冷却物に含有される水分が液相から固相へと変化する凝固点近傍域(第2冷却工程)、主として被冷却物に含有される水分が固相(氷)になった固相域(第3冷却工程)に応じて、ファン18の回転数を制御する。以下、その制御と共に冷却方法を図5を参照しながら説明する。
Next, in this embodiment, a cooling method for cooling an object to be cooled will be described. In this cooling method, the object to be cooled is cooled while controlling the rotational speed of the
(予冷工程)
冷却装置40の庫内46は予め冷却しておく。そして庫内46に予め設置されている蓄熱装置10において、ファン18を高速度で駆動して、冷却器48で生成された冷却空気を一方の開口12aから蓄熱装置10内に流入させ、蓄熱材20を整流状態で通過させ、蓄熱材20内の多数の金属粒24の間に形成された僅かな間隙を通過させて、金属粒24との熱交換を行わせる。金属粒24は、熱伝導性の良い金属から成っているために、金属粒24と冷却空気との間での熱交換が行われて、金属粒24からなる畜熱材20は冷却される。ある程度の時間、ファン18を回転させた後は、ファン18の回転数を低速度(0を含む)とすることで、蓄熱材20の蓄熱がなされ、断熱ケース12の中で低温熱が保持される。
このとき、蓄熱装置10の蓄熱材20または空間16の温度は、被冷却物Pの凝固点より低い温度(例えば、10℃以上低い温度)となっている。
(Pre-cooling process)
The inside 46 of the
At this time, the temperature of the
(被冷却物投入工程)
被冷却物は、被冷却物支持ユニット50に載せられて、扉44を開けて庫内46に投入される。被冷却物は、無包装のまま、または硬質合成樹脂製容器、軟質合成樹脂製フィルムまたは軟質合成樹脂製袋等により包装された状態で、投入されることができる。投入時の冷却開始温度は任意であり、0〜100℃の温度とすることができる。被冷却物を投入後、扉44は閉じられる。被冷却物が風によって飛び散る性質のもの(例えば、粉状、粒状のもの)ではない場合には、投入された被冷却物は、蓄熱装置10の流出口12aの向いた位置にあるとよい。
(Subject to be cooled)
The object to be cooled is placed on the object to be cooled
(液相域工程)
投入工程直後、庫内温度は上昇するが、蓄熱装置10のファン18の回転数は低速度(0を含む)に維持されて冷却空気が蓄熱装置10を通過する流量は少なく、その通過は抑制されているので、蓄熱装置10は、予冷工程で蓄熱された低温熱を保持しており、蓄熱材20または空間16の温度は被冷却物Pの凝固点よりも低い温度を保っている。
(Liquid phase process)
Immediately after the charging process, the internal temperature rises, but the rotation speed of the
この工程では、図5に示すように、被冷却物の中心温度と、庫内46の温度、被冷却物の表面温度及び冷却器48を通過する冷媒の温度の中から選択されるいずれかの温度との差が、なるべく小さくなるようにして、冷却するとよい。好ましくは、被冷却物の中心温度と被冷却物の表面温度が限りなく0になる過程を持つように冷媒の温度または流量を制御器67によって制御しながら冷却する。また、好ましくは、初期段階を除き、被冷却物の中心温度及び/又は表面温度と庫内46の温度との差が一定(例えば温度差10℃〜40℃)、又は、被冷却物の中心温度及び/又は表面温度と冷媒温度との差が一定(例えば温度差30℃〜60℃)となる過程を持つように冷却するとよい。
In this step, as shown in FIG. 5, any one selected from the center temperature of the object to be cooled, the temperature of the interior 46, the surface temperature of the object to be cooled, and the temperature of the refrigerant passing through the cooler 48 is selected. Cooling should be performed so that the difference from the temperature is as small as possible. Preferably, cooling is performed while controlling the temperature or flow rate of the refrigerant by the
即ち、前述のように、冷却開始温度にある被冷却物の投入直後は、中心温度と表面温度との温度差は0であり、その後、表面温度の方が低くなるが、液相域終了点では、温度差がほぼ0となるように、冷媒の温度または流量を制御するとよい。例えば、液相域工程において、所定温度(例えば+5℃付近)までは、被冷却物の中心温度と表面温度との温度差を小さくしていく過程と、所定温度以下(例えば+5℃以下)では、被冷却物の中心温度と表面温度との温度差をほぼ0にする過程とを持つようにして、2つの過程に分けて制御するとよい。 That is, as described above, the temperature difference between the center temperature and the surface temperature is 0 immediately after the introduction of the object to be cooled at the cooling start temperature, and thereafter the surface temperature becomes lower. Then, it is preferable to control the temperature or flow rate of the refrigerant so that the temperature difference becomes substantially zero. For example, in the liquid phase process, up to a predetermined temperature (for example, around + 5 ° C.), the process of reducing the temperature difference between the center temperature of the object to be cooled and the surface temperature, and below the predetermined temperature (for example, + 5 ° C. or lower) The process may be divided into two processes so that the temperature difference between the center temperature of the object to be cooled and the surface temperature is substantially zero.
以上の液相域工程では、被冷却物への冷気の供給は、冷却器48に面した部分からの放熱及び庫内46への自然対流を利用している。熱の伝熱速度は温度差に比例し、液相域工程ではこの温度差が小さいので、冷却は比較的時間をかけて低速に行われる。 In the above liquid phase region process, the supply of cold air to the object to be cooled utilizes heat radiation from the portion facing the cooler 48 and natural convection to the interior 46. The heat transfer rate is proportional to the temperature difference, and since this temperature difference is small in the liquid phase process, cooling takes place over a relatively long time.
被冷却物の中心温度と表面温度との温度差Δtが小さくなるように低速で冷却を行っているために、被冷却物からの水分蒸発が防止される。これは、被冷却物の中心部温度と表面温度との間で、水分の移動が発生しないからである。さらには、庫内46は高湿度が維持されているために、被冷却物の乾燥が一層防止されることとなる。 Since cooling is performed at a low speed so as to reduce the temperature difference Δt between the center temperature and the surface temperature of the object to be cooled, moisture evaporation from the object to be cooled is prevented. This is because moisture does not move between the center temperature of the object to be cooled and the surface temperature. Furthermore, since the inside 46 is maintained at high humidity, the object to be cooled is further prevented from drying.
凝固点に達するまでは、被冷却物の温度を下げるために必要な熱量は小さい。この液相域工程において要する熱量Qを考えたときに、熱量Qは、Q∝Δtであり、Δtは小さいから、Qは小さい。
こうして、液相域工程により被冷却物は、凝固点近傍即ち物性上最も劣化し易い温度領域に達する近傍の温度まで冷却される。
Until the freezing point is reached, the amount of heat required to lower the temperature of the object to be cooled is small. When considering the heat quantity Q required in this liquid phase region process, the heat quantity Q is Q∝Δt, and since Δt is small, Q is small.
Thus, the object to be cooled is cooled to a temperature in the vicinity of the freezing point, that is, in the vicinity of the temperature range where the physical properties are most likely to deteriorate due to the liquid phase process.
(凝固点近傍域工程)
被冷却物の凝固点近傍に達すると、ファン18の回転数を高速度に設定する。よって、蓄熱装置10を通過する空気の流量は多くなり、通過が促進される。冷却空気は、蓄熱材20を通過するときに、蓄熱材20内に充填された多数の金属粒24に蓄熱された低温熱を一気に放出させて、被冷却物が凍結するために必要な熱量を補う。これによって、短時間で被冷却物が氷結晶帯を通過することができる。
(Process near freezing point)
When the vicinity of the freezing point of the object to be cooled is reached, the rotational speed of the
被冷却物の凝固点近傍では、熱容量は激増し、凝固点以上と比べて80倍ほどの熱量が必要とされる。よく知られているように、この凝固点近傍の温度帯である氷結晶帯は、被冷却物が物性上最も劣化し易い温度領域である。この温度帯を通過する時間が長くなると、氷結晶が成長し、被冷却物の組織が破壊する。この温度帯を短時間で通過することができれば、氷結晶の成長を防ぎ、氷結晶を小さくすることができ、被冷却物の組織の破壊を防ぐことができる。 In the vicinity of the freezing point of the object to be cooled, the heat capacity increases drastically, and an amount of heat about 80 times that of the freezing point or higher is required. As is well known, an ice crystal zone, which is a temperature zone near the freezing point, is a temperature region in which the object to be cooled is most likely to deteriorate in terms of physical properties. When the time for passing through this temperature zone becomes longer, ice crystals grow and the structure of the object to be cooled is destroyed. If the temperature zone can be passed in a short time, the growth of ice crystals can be prevented, the ice crystals can be made smaller, and the structure of the object to be cooled can be prevented from being destroyed.
必要な熱量を蓄熱装置10によって補填することで、氷結晶帯を短時間で通過することができ、全体の冷却に要する時間を短縮化することができる。
By supplementing the necessary amount of heat with the
蓄熱装置10の流出口となる開口12aが被冷却物Pの方へと向くように配置されている場合には、蓄熱装置10で蓄熱された低温熱が被冷却物に直接向けられて、効果的に被冷却物Pへと低温熱が供給される。
When the
理想的には、3分/℃以下で凝固点近傍域を通過するとよい。このため、蓄熱材20の熱容量及び予冷温度は、被冷却物の総質量と比熱から決まる熱容量に見合うように決定されている。蓄熱材温度が上昇し、蓄熱装置10の蓄熱材20または空間16の温度が庫内温度と等しくなると、ファン18の回転数は低速度(0を含む)に設定されて、蓄熱装置10からの低温熱の放出は停止される。
Ideally, it should pass through the vicinity of the freezing point at 3 minutes / ° C. or less. For this reason, the heat capacity and precooling temperature of the
(固相域工程)
氷結晶帯を通過して被冷却物が凍結した後は、被冷却物を冷却させるための熱容量は液相域のときよりもさらに少なくなり、その1/2程度となる。ファン18の回転数は低速度に設定される。これによって、専ら冷却空気を被冷却物の冷却に当てて、冷却時間を短縮することができる。
(Solid phase process)
After the object to be cooled freezes after passing through the ice crystal zone, the heat capacity for cooling the object to be cooled is further smaller than that in the liquid phase region, and is about ½ of that. The rotation speed of the
別の被冷却物に対する冷却サイクルを連続して繰り返す場合には、被冷却物Pの温度が凝固点よりも十分に低くなった時点(例えば凝固点よりも−10℃)で再びファン18を所定時間高速度で駆動して、蓄熱装置10に冷却空気を導入して、蓄熱を行うとよく、これによって、次の冷却工程は予冷工程無しに被冷却物投入工程から開始することができる。
When the cooling cycle for another object to be cooled is continuously repeated, when the temperature of the object to be cooled P becomes sufficiently lower than the freezing point (for example, −10 ° C. from the freezing point), the
(事前計測)
以上説明した蓄熱装置10を通過させる冷却空気の流量は、被冷却物が凝固点直前またはその近傍に達した時点及び蓄熱装置10内の温度が庫内温度と等しくなった時点で制御器70によって切り替えられる。制御器70でこの切り替えを行うための条件は、冷却開始からの経過時間が所定時間を経過したこと、または任意の地点の温度が所定温度まで冷却されたこと、とすることができ、この所定時間または所定温度は、事前の計測により特定することができる。
(Preliminary measurement)
The flow rate of the cooling air passing through the
具体的には、図6に示したように、蓄熱装置10の任意の基準地点(蓄熱材20よりも流入口側の空間16の温度、蓄熱材20よりも流出口側の空間16の温度または蓄熱材20の温度)または庫内46の任意の基準地点及び被冷却物の内部または外表面部に温度センサ72−1〜72−5を取り付けて、これらの計測データを解析器74で収集し、ファン18を低速度に設定した状態で、冷却開始温度から被冷却物を冷却し、被冷却物の内部温度または外部温度と、基準地点の温度の時間経過を計測する。
Specifically, as shown in FIG. 6, any reference point of the heat storage device 10 (the temperature of the
被冷却物の凝固点は既知であるから、被冷却物の内部温度または外部温度の温度から、凝固点近傍に達したか、または凝固点を通過したかを判定することができ、その時点における経過時間、または基準地点の温度を求めることで、制御器70が切り替える条件を求めることができる。
Since the freezing point of the object to be cooled is known, it is possible to determine whether the temperature near the freezing point has passed or passed through the freezing point from the internal or external temperature of the object to be cooled. Or the conditions which the
実際の冷却工程においては、基準地点の温度を切り替え条件とする場合には、基準地点の温度センサ72−1、72−2、または72−3を残して、温度センサからの温度信号を制御器70に供給し、経過時間を切り替え条件とする場合には、タイマーを制御器70に設ける。切り替え条件が満足された場合には、制御器70は必要に応じてインバータを用いてファン18のモータを制御することができる。尚、温度センサからの温度信号は制御器67へも供給されて、冷媒の温度及び/または流量の制御が行われる。
In the actual cooling process, when the temperature at the reference point is used as the switching condition, the temperature signal from the temperature sensor is sent to the controller, leaving the temperature sensor 72-1, 72-2, or 72-3 at the reference point. When the elapsed time is used as a switching condition, a timer is provided in the
または、蓄熱装置10内に設けた基準地点と庫内46に設けた基準地点にそれぞれ温度センサを残して、これらの温度センサからの温度信号を制御器70に供給し、これらの温度信号の差異から、制御器70はファン18のモータを制御することもできる。
Alternatively, the temperature sensors are left at the reference point provided in the
以上のように本発明によれば、金属粒24のような高熱伝導率体を含む蓄熱材20を用いており、金属粒24は熱伝導率が高いために、冷却空気との熱交換を効率良く行い、効果的に蓄熱を行うことができる。
As described above, according to the present invention, the
金属の熱伝導率を、空気、不凍液、水と比較すると以下のようになる。 The metal thermal conductivity is compared to air, antifreeze, and water as follows.
このように、アルミニウム、銅といった金属は、空気の104倍、水、エタノールといった液体の300倍以上の高い熱伝導率を持つ。よって、空気よりも高い熱伝導率を持ちかつ空気よりも高い熱容量を持った金属粒24に蓄熱を行って、この蓄熱した熱量を最もエネルギーを要する凝固点近傍で一気に放出させることで、急速冷却が行われる。
Thus, aluminum, metals such as copper, having 10 4 times the air, water, a high thermal conductivity 300 times or more liquid like ethanol. Therefore, rapid cooling can be achieved by storing heat in the
また、金属粒を多数用いることで、適度な間隙を形成することができるために、蓄熱装置10を通過する空気と金属粒との熱交換を効率よく行うことができる。
Moreover, since an appropriate gap can be formed by using a large number of metal particles, heat exchange between the air passing through the
こうして、氷結晶帯を短時間で通過させることができて、被冷却物の劣化・変質を防ぎ、高い復元性を持たせることができる。 In this way, the ice crystal band can be passed in a short time, so that deterioration or alteration of the object to be cooled can be prevented and high restoration property can be provided.
さらに、本発明は、以上の蓄熱材20を断熱ケース12内に収容しているために、蓄熱材20によって蓄熱される熱量を断熱ケース12内に確実に封じ込めておくことができ、必要なときに、ファン18によって封じ込めておいた熱量を放出することができる。
Furthermore, since this invention has accommodated the above
さらに、蓄熱材20自体が断熱ケース12に対して脱着可能になっているため、蓄熱材20を取り出して洗浄などを行うことができ、蓄熱装置10を衛生的に保つことができる。
Furthermore, since the
さらに、開口12aによって熱量の放出個所を集中させることができるために、開口12aを被冷却物に指向させることで、効果的に放出熱量を被冷却物に供給することができる。
Furthermore, since the location where the amount of heat is released can be concentrated by the
(第2実施形態)
図7は、本発明の蓄熱装置10の第2実施形態を表す図である。図において、第1実施形態と同様・同一の部材は同一の符号を用いてその詳細説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a diagram illustrating a second embodiment of the
この例では、被冷却物の冷却方法ではなく、保冷庫、保温庫といった温度保持装置80における庫内の温度維持に蓄熱装置10を使用したものである。
In this example, the
温度保持装置80は、保冷庫の場合、冷却装置40とほぼ同じ構成を有し、断熱壁体82と、断熱壁体82の一側面に形成された扉84と、を備えており、断熱壁体82と扉84によって外部と断熱的に隔離され温度が一定に調節されるべき調温空間である庫内86が画成される。
In the case of a cold storage, the
庫内86の一部には、温調空気を発生するエバポレータ等で構成される冷却器88が設置され、庫内86の他の部分には、蓄熱装置10が配置される。庫内86には、適宜、冷却済みの被冷却物を保管することができる。
冷却器88を通過する冷媒の循環回路60は、図3の循環回路60と同じである。
A cooler 88 composed of an evaporator or the like that generates temperature-controlled air is installed in a part of the interior 86, and the
The
また、蓄熱装置10の任意の基準地点(蓄熱材20よりも流入口側の空間16の温度、蓄熱材20よりも流出口側の空間16の温度または蓄熱材20の温度)または庫内86の任意の基準地点には温度センサ92が設置されて、基準地点の温度を常時監視しており、その信号が制御器67、70へと送出される。
Further, any reference point of the heat storage device 10 (the temperature of the
以上のこの実施形態において、温度保持装置80の温度保持をするときの作用について説明する。
In the above embodiment, the operation when the
庫内86の基準地点の温度センサ92からの信号は、制御器67へと供給されて設定温度信号との比較が行われており、その温度差が第1許容値範囲であるかどうかが判定されている。そして、第1許容値上限を超えて庫内86温度が高くなると、制御器67の制御により圧縮機66の作動を開始して冷却を行い第1許容値下限に達すると、圧縮機66を停止する。圧縮機66は、このような間欠作動を繰り返している。
The signal from the
一方、温度センサ92からの信号は制御器70へも供給されて、設定温度信号との比較が行われており、その温度差が第2許容値範囲であるかどうかが判定されている。第2許容値範囲は、前記第1許容値範囲よりも小さい。
On the other hand, the signal from the
庫内86温度が上昇して第2許容値上限(<第1許容値上限)を超えたときに、制御器70は、ファン18の回転数を高速度に設定する。このとき圧縮機66はまだ作動を開始していない。ファン18の駆動により、蓄熱装置10内の蓄熱材20に蓄熱された熱量を蓄熱装置10外に放出して、温度変化を補填するようにする。このときのファン18の回転数は、適宜調整することができる。
When the
蓄熱装置10からの放熱効果が弱まり、庫内86温度が再び第1許容値上限を超えると、制御器67の制御により、圧縮機66の作動を開始し冷却器88により庫内86を冷却すると共に、ファン18の回転数を低速度(0を含む)に設定する。
When the heat radiation effect from the
次いで、庫内86温度が下降して第2許容値下限(>第1許容値下限)を超えたときに、制御器70は、再びファン18の回転数を高速度に設定して、蓄熱装置10の蓄熱を開始する。冷却器88からの冷却空気は、空気よりも熱伝導率の高い蓄熱材20と熱交換し、蓄熱材20に迅速に蓄熱が行われる。
Next, when the internal 86 temperature decreases and exceeds a second allowable value lower limit (> first allowable value lower limit), the
そして、庫内86温度が下降して第1許容値下限に達すると、制御器67が圧縮機66を停止する。このとき、制御器70もファン18の回転数を低速度(0を含む)に設定してもよく、または、庫内86温度がさらに下がった後上がり、再び第1許容値下限に達したときに、ファン18の回転数を低速度(0を含む)に設定するとよい。
Then, when the inside 86 temperature decreases and reaches the first allowable value lower limit, the
循環回路60における圧縮機66の間欠動作だけで設定温度に制御しようとしても、必ずオーバーシュート(アンダーシュート)が起こり冷却し過ぎが起こるが、このように冷却し過ぎた分を蓄熱装置10で蓄熱しておき、圧縮機66が休止期間中に庫内温度が上昇してきたときに、蓄熱装置10で蓄熱された低温熱を放出することで、圧縮機66の間欠動作の休止時間を長くすることができ、コストを下げることができる。
Even if an attempt is made to control to the set temperature only by the intermittent operation of the
または、電力が低コストとなる深夜に圧縮機66を作動させて、蓄熱装置10に専ら蓄熱を行わせ、電力が高コストとなる日中は、蓄熱装置10のファン18を弱く駆動して、少しずつ放熱を行うことで、コストを下げることもできる。
Alternatively, the
尚、以上の例は、温度保持装置80で温調するべき設定温度が大気温度よりも高い場合で、温度保持装置80内に温調空気を発生するアクチュエータとしての加熱器を有する場合についても蓄熱装置10を温度保持装置80内に設置することで、同様に適用することができる。
In addition, the above example is a case where the set temperature to be temperature-controlled by the
(蓄熱装置の変形例1)
図8〜図10は、蓄熱装置10の変形例を表す。この例の蓄熱装置10の蓄熱材20は、ケース26と、ケース内に充填された不凍液といった液体28とを含む。
(Modification 1 of heat storage device)
8-10 represents the modification of the
ケース26には、複数の貫通孔26aが穿設されている。ケース26は、好ましくは、熱伝導率の高い金属製であるが、これに限るものではなく、合成樹脂製とすることもできる。また、ケース26には、図示しない入口、ドレイン口が形成されるとよい。
The
入口を通して不凍液をケース26内に注入することができ、また、ドレイン口を通して不凍液をケース26から排出することができる。不凍液としては、メタノール、エタノール、塩水などの液体を使用することができる。表1に示したように、不凍液も空気と比較すると高い伝導率を有しており、また、空気よりも高い熱容量を示すために、蓄熱効果を持たせることができる。
The antifreeze liquid can be injected into the
この例では、一方の開口12aから貫通孔26aを通過して他方の開口12aへと空気が流れることが可能となっており、貫通孔26aを通して不凍液と空気との熱交換が行われるようになっている。
In this example, air can flow from one opening 12a through the through
通常時、不凍液及びケース26によって蓄熱し、凝固点付近工程または庫内温度が変動したときに、その蓄熱した熱量を外部へと放出することで、大量熱量必要時に効果的に熱量を提供することができる。
During normal times, heat is stored by the antifreeze and the
また、不凍液として、被冷却物の凝固点で解凍されるものとすると、不凍液が解凍するために放出する潜熱(マイナスの熱量)を、被冷却物を凝固点を通過するのに必要な熱量に用いることができる。 Also, if the antifreeze liquid is to be thawed at the freezing point of the object to be cooled, the latent heat (minus heat) released for the antifreeze liquid to thaw is used as the amount of heat necessary to pass the object to be cooled through the freezing point. Can do.
(蓄熱装置の変形例2)
図11は、蓄熱装置10のその他の変形例を表す。この例の蓄熱装置10の蓄熱材20は、空間16内に配置された高熱伝導率体の複数のプレート30を含む。複数のプレート30の間は適宜離間されて、その部分を通り一方の開口12aから他方の開口12aへと空気の流れを生成することが可能となっており、空気とプレート30との間で熱交換が可能となっている。
(
FIG. 11 shows another modification of the
(蓄熱装置の変形例3)
図12は、蓄熱装置10のさらに別の変形例を表す。この例の蓄熱装置10の蓄熱材20は、空間16内に一方の開口12aから直線的に他方の開口12aへ向かう方向に対して平行な向きに整列された高熱伝導率体の複数のフィン32を含む。隣り合うフィン32の間の部分を通り一方の開口12aから他方の開口12aへと空気の流れを生成することが可能となっており、空気とフィン32との間で熱交換が可能となっている。
(Modification 3 of heat storage device)
FIG. 12 shows still another modified example of the
(蓄熱装置の変形例4)
前述の例では、蓄熱装置10内を横方向(右から左、左から右、前から後、後から前を含む)に空気が通過していたが、これに限るものではない。図13に示したように、蓄熱材20の形状に応じて、上下方向(上から下、下から上を含む)に空気を通過させることができる。好ましくは、蓄熱材20の中で最も短手方向に空気を通過させるようにするとよい。
(Modification 4 of heat storage device)
In the above-described example, air passes through the
以上説明した各種の蓄熱装置10は、既存の冷凍庫といった冷却装置40や温度保持装置80内に設置することで使用できるため、既存の設備を利用することができる。冷却装置40としては、被冷却物Pの冷却中に冷媒の流量、温度の制御を一切行わず、液相域工程、凝固点近傍域工程、固相液工程において、常時、冷媒が一定量または一定温度で冷媒循環回路60を流れるものであっても構わない。蓄熱装置10によって、最も熱量が必要な凝固点近傍域工程で、熱量を供給することができるため、短時間で凝固点を通過することができ、冷却時間の短縮化、被冷却物の品質の維持を行うことができる。
Since the various
尚、以上の実施形態において、複数の部品で構成したものを一部品で構成したり、または一部品で構成したものを複数の部品で構成することも可能である。 In the above-described embodiment, it is possible to configure a single component from a plurality of components, or to configure a single component from a plurality of components.
第1実施形態による蓄熱装置が設置された冷却装置及び冷却方法に従って被冷却物の冷却を行った場合(実施例)と、特許文献1による冷却装置及び冷却方法に従って被冷却物の冷却を行った場合(比較例、図15)との比較実験を行った。 When the object to be cooled is cooled according to the cooling device and the cooling method in which the heat storage device according to the first embodiment is installed (Example), the object to be cooled is cooled according to the cooling device and the cooling method according to Patent Document 1. A comparative experiment with the case (comparative example, FIG. 15) was conducted.
条件(実施例、比較例共に同一)
[被冷却物]
・ サクランボ(佐藤錦)
・ 平均質量:12±1g/個
・ 糖度:25.6°Bx
[冷却装置]
・ 1.5kW/−45℃
・ 庫内体積:約400L
・ 蓄熱材:アルミ系合金(実施例では金属粒、比較例では金属板)
・ 蓄熱材質量:5kg
Conditions (same for both example and comparative example)
[Subject to be cooled]
・ Cherry (Sato Nishiki)
Average mass: 12 ± 1 g / piece Sugar content: 25.6 ° Bx
[Cooling system]
・ 1.5kW / -45 ℃
・ Internal volume: about 400L
・ Heat storage material: Aluminum alloy (metal grains in the examples, metal plates in the comparative examples)
・ Mass of heat storage material: 5kg
事前計測により、サクランボの凝固点近傍は中心温度が−3.2℃〜−2.8℃になる領域であることが分かった。そこで、実施例で液相域工程から凝固点近傍工程へ切り替える点(即ち、ファン18の運転を切り替える点)、及び比較例で予冷工程から急速凍結工程へ切り替える点(即ち、仕切り部材を開放する点)を、いずれもサクランボの中心温度が−3℃になる点に合わせた。 From the preliminary measurement, it was found that the vicinity of the freezing point of the cherries was a region where the central temperature was -3.2 ° C to -2.8 ° C. Therefore, a point for switching from the liquid phase region process to the process near the freezing point in the embodiment (that is, a point for switching the operation of the fan 18), and a point for switching from the precooling process to the quick freezing process in the comparative example (that is, a point for opening the partition member). ) Was adjusted to the point where the center temperature of the cherry was -3 ° C.
[結果]
図14に実施例と比較例の凝固点近傍における被冷却物の表面温度の時間経過を示す。−3.2℃〜−3.8℃の凝固点近傍の氷結晶帯通過時間を比較すると次のようになった。
[result]
FIG. 14 shows the time course of the surface temperature of the object to be cooled in the vicinity of the freezing point of the example and the comparative example. The ice crystal zone transit time in the vicinity of the freezing point of −3.2 ° C. to −3.8 ° C. was compared as follows.
実施例は、比較例と比較して凡そ3倍の速度で凝固点を通過することができた。この大きな短縮化の理由としては、1つには、実施例においては、畜熱材20を通過する風が均一に蓄熱材を通過することができ、また、蓄熱材20に蓄熱された熱を断熱ケースで確実に閉じ込めておくことができ、蓄熱効果が高いことが考えられる。また、別の理由としては、保冷室で蓄熱を行う比較例と比べて、蓄熱装置10から被冷却物に向かって直接低温熱を放出することができることが考えられる。
The example was able to pass through the freezing point at a rate approximately three times that of the comparative example. One reason for this large shortening is that, in the embodiment, the wind passing through the
10 蓄熱装置
12 断熱ケース
12a 開口(流入口、流出口)
16 空間
18 ファン(流通促進手段)
20 蓄熱材
22 金属ケース
22a 多孔性壁面(通気部)
24 金属粒
40 冷却装置
66 圧縮機
86 庫内(調温空間)
P 被冷却物
10
16
20
24
P Object to be cooled
Claims (11)
内部に空間を形成すると共に、流入口と流出口とを有する断熱ケースと、
前記空間内に配設されて、空気よりも高い熱伝導率及び熱容量を有する高熱伝導率体を含む蓄熱可能な蓄熱材と、
前記流入口または流出口の近傍に配置されて、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を促進する流通促進手段と、
を備え、
前記蓄熱材は、前記冷却空気が流通可能となっており、
前記流通促進手段は、冷却開始から被冷却物の凝固点近傍までは、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を抑制し、被冷却物の凝固点近傍に達すると、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を促進することを特徴とする蓄熱装置。 A heat storage device installed in a cooling device that generates cooling air to cool an object to be cooled,
A heat insulating case that forms a space inside and has an inlet and an outlet;
A heat storage material capable of storing heat, including a high thermal conductivity body disposed in the space and having a higher thermal conductivity and heat capacity than air; and
A flow facilitating means disposed near the inflow port or the outflow port to promote the flow of cooling air from the inflow port toward the outflow port;
With
The heat storage material is capable of circulating the cooling air,
The flow promoting means suppresses the flow of cooling air from the inlet to the outlet from the start of cooling to the vicinity of the freezing point of the object to be cooled, and when it reaches the vicinity of the freezing point of the object to be cooled, it directs from the inlet to the outlet. A heat storage device that promotes circulation of cooling air.
被冷却物の冷却開始から凝固点近傍までは、前記流通促進手段による流入口から蓄熱材を通過して流出口に向ける冷却空気の流通を抑制する第1冷却工程と、
被冷却物の凝固点近傍に達すると、前記流通促進手段によって流入口から蓄熱材を通過して流出口に向ける冷却空気の流通を促進する第2冷却工程と、
を備えることを特徴とする冷却方法。 A heat storage device installed in a cooling device that generates cooling air to cool an object to be cooled, wherein the heat storage device forms a space inside and has an inflow port and an outflow port; And a heat storage material capable of storing heat, including a high thermal conductivity body having a higher thermal conductivity and heat capacity than air, and disposed in the vicinity of the inflow port or the outflow port, and directed from the inflow port to the outflow port. A cooling method for cooling an object to be cooled in the cooling device using a heat storage device including a flow promoting means for promoting the flow of cooling air,
From the start of cooling of the object to be cooled to the vicinity of the freezing point, a first cooling step for suppressing the flow of cooling air from the inflow port through the heat storage material toward the outflow port by the flow promoting means,
A second cooling step for accelerating the flow of cooling air from the inlet through the heat storage material toward the outlet when the vicinity of the freezing point of the object to be cooled is reached;
A cooling method comprising:
内部に空間を形成すると共に、流入口と流出口とを有する断熱ケースと、
前記空間内に配設されて、空気よりも高い熱伝導率及び熱容量を有する高熱伝導率体を含む蓄熱可能な蓄熱材と、
前記流入口または流出口の近傍に配置されて、流入口から流出口に向ける調温空気の流通を促進する流通促進手段と、
を備え、
前記蓄熱材は、前記調温空気が流通可能となっており、
前記流通促進手段は、調温空間の温度が第1許容限度温度となってアクチュエータが作動を開始したときに、流入口から流出口に向ける調温空気の流通を抑制しており、調温空間の温度が第1許容限度温度に達する前の第2許容限度温度に達したときに、流入口から流出口に向ける調温空気の流通を促進する、ことを特徴とする蓄熱装置。 A heat storage device arranged in a temperature control space that is adjusted to a set temperature by intermittent operation of an actuator,
A heat insulating case that forms a space inside and has an inlet and an outlet;
A heat storage material capable of storing heat, including a high thermal conductivity body disposed in the space and having a higher thermal conductivity and heat capacity than air; and
A flow facilitating means disposed near the inflow port or the outflow port to promote the flow of temperature-controlled air from the inflow port toward the outflow port;
With
The heat storage material is capable of circulating the temperature-controlled air,
The flow promoting means suppresses the flow of temperature-controlled air from the inlet to the outlet when the temperature of the temperature-controlled space becomes the first allowable limit temperature and the actuator starts to operate. When the temperature of the first temperature reaches the second allowable limit temperature before reaching the first allowable limit temperature, the circulation of the temperature-controlled air from the inlet to the outlet is promoted.
内部に空間を形成すると共に、流入口と流出口とを有する断熱ケースと、
前記空間内に配設されて、空気よりも高い熱伝導率及び熱容量を有する高熱伝導率体を含む蓄熱可能な蓄熱材と、
前記流入口または流出口の近傍に配置されて、流入口から流出口に向ける冷却空気の流通を促進する流通促進手段と、
を備え、前記蓄熱材は、前記冷却空気が流通可能となっている蓄熱装置。 A heat storage device installed in a cooling device that generates cooling air to cool an object to be cooled,
A heat insulating case that forms a space inside and has an inlet and an outlet;
A heat storage material capable of storing heat, including a high thermal conductivity body disposed in the space and having a higher thermal conductivity and heat capacity than air; and
A flow facilitating means disposed near the inflow port or the outflow port to promote the flow of cooling air from the inflow port toward the outflow port;
The heat storage material is a heat storage device in which the cooling air can flow.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009167089A JP2011021807A (en) | 2009-07-15 | 2009-07-15 | Heat accumulator and cooling method using the heat accumulator |
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2009
- 2009-07-15 JP JP2009167089A patent/JP2011021807A/en not_active Withdrawn
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