JP2020085425A - Cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、氷点下の温度に調整することが可能な冷却システムに関する。 The present invention relates to a cooling system capable of adjusting a temperature below freezing.
化学実験や物理実験などの研究において、氷点下の温度を必要とする場合がある。氷点下で生体試料を凍結したり解凍したりするプログラムフリーザが特許文献1に記載されている。このプログラムフリーザは、血小板や骨髄などの生体試料(サンプル)、あるいは食品などを、温度傾斜を一定に保ちながら凍結する。
Researches such as chemical experiments and physical experiments may require a temperature below freezing.
このプログラムフリーザは、チャンバーと、温度検出手段と、入力手段と、冷却手段と、加熱手段と、温度制御手段とを備えている。温度検出手段は、チャンバー内に納められたサンプルの温度を検出する。入力手段は、サンプルの凍結時及び解凍時の温度傾斜を入力する。冷却手段は、チャンバー内に液体窒素を供給し、チャンバー内の温度を低下させる。加熱手段は、チャンバー内の温度を上昇させるヒーターであり、ヒーターコントローラによって制御される。温度制御手段は、冷却手段と加熱手段とを制御する。 This program freezer comprises a chamber, a temperature detecting means, an input means, a cooling means, a heating means, and a temperature control means. The temperature detecting means detects the temperature of the sample contained in the chamber. The input means inputs a temperature gradient at the time of freezing and thawing the sample. The cooling means supplies liquid nitrogen into the chamber to lower the temperature inside the chamber. The heating means is a heater that raises the temperature in the chamber and is controlled by the heater controller. The temperature control means controls the cooling means and the heating means.
温度制御手段は、温度検出手段から得られたサンプルの温度から温度傾斜を算出し、この温度傾斜と入力手段から得られた温度傾斜とを比較して、これらが一致するように冷却手段と加熱手段とを制御する。温度制御手段は、液体窒素の供給量を増減し、ヒーターコントローラを制御する。温度制御手段は、例えば、−3℃/分の温度傾斜でサンプルを常温から5℃に一旦冷やし、この温度で10分間ホールドした後、今度は−1℃/分の温度傾斜で−80℃まで凍結する。 The temperature control means calculates a temperature gradient from the temperature of the sample obtained from the temperature detection means, compares the temperature gradient with the temperature gradient obtained from the input means, and heats the cooling means and the heating means so that they coincide with each other. Control means and. The temperature control means increases or decreases the supply amount of liquid nitrogen to control the heater controller. The temperature control means, for example, once cools the sample from room temperature to 5° C. at a temperature gradient of −3° C./min, holds it at this temperature for 10 minutes, and then, at a temperature gradient of −1° C./min up to −80° C. to freeze.
特許文献1に記載されたチャンバーは、液体窒素が供給され、温度制御されるため、気密性や断熱性などの性能を有していることが要求される。しかし、このようなチャンバーは、大掛かりであり、化学実験や物理実験などの研究において使用することは不向きといえる。
The chamber described in
さらに、特許文献1に記載されたプログラムフリーザは、チャンバー内の温度を制御するために、チャンバー内の温度を液体窒素によって低下させる一方で、ヒーターによって昇温させている。したがって、このプログラムフリーザは、エネルギーロスが生じているだけでなく、細かく迅速に温度を制御することが困難である。
Further, in the program freezer described in
本発明は、氷点下で所望の温度に細かく調整することを可能にした冷却システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a cooling system capable of finely adjusting a desired temperature below freezing.
本発明に係る冷却システムは、
溶質含有水溶液から氷点下に生成された氷と、前記溶質含有水溶液と同じ又は異なる水溶液とを含むシャーベット状の氷スラリーを製造する氷スラリー製造部と、
前記氷スラリーを貯留する氷浴と、
前記氷スラリー製造部で製造された前記氷スラリーを前記氷浴に供給する流路と、
を備え、
前記氷スラリー製造部は、前記溶質含有水溶液の溶質濃度を変更可能な溶質含有率変更部を備え、前記溶質含有水溶液の凝固点を変更することにより前記氷スラリーの温度を変更する。
The cooling system according to the present invention is
Ice generated below the freezing point from a solute-containing aqueous solution, and an ice-slurry production section for producing a sherbet-like ice slurry containing the same or a different aqueous solution as the solute-containing aqueous solution,
An ice bath for storing the ice slurry,
A channel for supplying the ice slurry produced by the ice slurry producing section to the ice bath;
Equipped with
The ice-slurry manufacturing unit includes a solute-content changing unit that can change the solute concentration of the solute-containing aqueous solution, and changes the temperature of the ice slurry by changing the freezing point of the solute-containing aqueous solution.
前記氷は、
(a)融解完了時の温度が0℃未満である
(b)融解過程で氷から発生する前記溶質含有水溶液の溶質濃度の変化率が30%以内である
の両条件を満たす。
The ice is
(A) The temperature at the time of completion of melting is less than 0° C. (b) The change rate of the solute concentration of the solute-containing aqueous solution generated from ice during the melting process is within 30%.
本発明に係る冷却システムは、前記氷浴に貯留された前記氷スラリーの上面上に配置される熱伝導性プレートをさらに備えていてもよい。
前記氷浴は、貯留された前記氷スラリーを排出する排出口を備える。
本発明に係る冷却システムは、前記氷浴に貯留された前記氷スラリーを前記氷スラリー製造部に戻す復路をさらに備えていてもよい。
The cooling system according to the present invention may further include a heat conductive plate disposed on an upper surface of the ice slurry stored in the ice bath.
The ice bath includes a discharge port for discharging the stored ice slurry.
The cooling system according to the present invention may further include a return path for returning the ice slurry stored in the ice bath to the ice slurry producing unit.
本発明によれば、氷点下で所望の温度に細かく調整することを可能にした冷却システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a cooling system capable of finely adjusting to a desired temperature below freezing.
本発明の冷却システムの第1の実施形態について図1を参照して説明する。図1は、本発明の冷却システムの第1の実施形態を示す概念図である。 A first embodiment of the cooling system of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a first embodiment of the cooling system of the present invention.
まず、第1の実施形態の冷却システムの概要について説明する。この冷却システムは、例えば、化学実験や物理実験などで試料Aを冷却するために使用する。図1に示すように、冷却システムは、氷スラリー製造部1と、氷浴2と、流路3とを備えている。
First, the outline of the cooling system of the first embodiment will be described. This cooling system is used to cool the sample A in, for example, a chemical experiment or a physical experiment. As shown in FIG. 1, the cooling system includes an ice
氷スラリー製造部1は、シャーベット状の氷スラリーSを製造する。氷スラリーSは、溶質含有水溶液から氷点下に生成された氷と、溶質含有水溶液と同じ又は異なる水溶液とを含む。氷スラリー製造部1は、溶質含有水溶液中の溶質の含有率を変更可能な溶質含有率変更部11を備える。溶質含有率変更部11は、溶質の含有率を変更することで、溶質含有水溶液の凝固点を変更することにより、氷スラリーSの温度を変更することができる。
The ice
氷浴2は、氷スラリーSを貯留する上面開口の容器である。氷浴2は、貯留された氷スラリーSが外気によって融解しないように断熱性を有する。氷浴2は、空気層を介在させる二重構造であってもよい。氷浴2は、試料Aの大きさに応じて、卓上に設置する小型から実験棟内に設置する大型まで種々の大きさのタイプが提供される。流路3は、氷スラリー製造部1で製造された氷スラリーSを氷浴2に流動させる通路である。流路3は、例えば断熱性を有しているパイプである。したがって、氷浴2には、パイプの貫通穴(採番せず)が形成されている。
The
以下、氷スラリー製造部1について詳しく説明する。図示しないが、氷スラリー製造部1は、フレークアイス製造装置と貯氷タンクとを備えている。フレークアイス製造装置は、溶質含有水溶液を含む液体(以下「ブライン」と呼ぶ)からハイブリッドアイスを生成し、ハイブリッドアイスからフレークアイスを製造する。貯氷タンクでは、フレークアイスとブラインとが所定の比率で混合され、氷スラリーSを製造する。
Hereinafter, the ice
ブラインとは、例えば、塩化ナトリウム水溶液(塩水)や塩化カルシウム水溶液、塩化マグネシウム水溶液、エチレングリコール水溶液などのように、溶質を水のような溶媒中に含有する水溶液であり、凝固点が低いという特長を有している。ハイブリッドアイスは、ブライン中の溶質と溶媒とに分離する時間を与えられる間もなく瞬時に凍結した氷である。本発明において、「氷」とは、フレークアイス製造装置により生成されたハイブリッドアイス又はフレークアイスである。 Brine is an aqueous solution containing a solute in a solvent such as water, for example, an aqueous solution of sodium chloride (salt water), an aqueous solution of calcium chloride, an aqueous solution of magnesium chloride, an aqueous solution of ethylene glycol, etc., and has a feature of having a low freezing point. Have Hybrid ice is instantly frozen ice that has not been given time to separate the solute and solvent in the brine. In the present invention, “ice” is hybrid ice or flake ice produced by a flake ice production device.
氷は、以下の(a)及び(b)の条件を満たす、溶質含有水溶液を含む液体の氷である。
(a)融解完了時の温度が0℃未満である
(b)融解過程で氷から発生する溶質含有水溶液の溶質濃度の変化率が30%以内である
Ice is liquid ice containing a solute-containing aqueous solution that satisfies the following conditions (a) and (b).
(A) The temperature at the time of completion of melting is less than 0° C. (b) The change rate of the solute concentration of the solute-containing aqueous solution generated from ice during the melting process is within 30%
条件(a)について説明する。氷は、溶質含有水溶液から生成されるため、凝固点が溶質を含まない真水よりも低下する。そのため、氷は、融解完了時の温度が0℃未満であるという特徴を有する。「融解完了時の温度」とは、フレークアイス製造装置により生成された氷を融点以上の環境下(例えば、室温、大気圧下)に置くことで氷の融解を開始させ、全ての氷が融解して水になった時点におけるその水の温度のことを指す。融解完了時の温度は、0℃未満であれば特に限定されず、溶質の種類、濃度を調整することで適宜変更することができる。 The condition (a) will be described. Since ice is produced from a solute-containing aqueous solution, its freezing point is lower than that of fresh water containing no solute. Therefore, ice has a characteristic that the temperature at the completion of melting is less than 0°C. "Temperature at the completion of melting" means that the ice generated by the flake ice making device is placed in an environment above the melting point (for example, room temperature and atmospheric pressure) to start melting the ice and all the ice melts. It refers to the temperature of the water when it becomes water. The temperature at the time of completion of melting is not particularly limited as long as it is less than 0°C, and can be appropriately changed by adjusting the type and concentration of the solute.
条件(b)について説明する。フレークアイス製造装置により生成された氷は、溶質含有水溶液を含む液体の氷からなるものであるため、融解過程における溶質の溶出速度の変化が少ないという特徴を有する。具体的には、融解過程で氷から発生する溶質含有水溶液の溶質濃度の変化率が30%である。「融解過程で氷から発生する溶質含有水溶液の溶質濃度の変化率」とは、融解過程の任意の時点での発生する溶質含有水溶液における溶質濃度に対する、融解完了時における溶質含有水溶液の濃度の割合を意味する。「溶質濃度」とは、溶質含有水溶液中の溶質の質量の濃度を意味する。 The condition (b) will be described. Since the ice produced by the flake ice production apparatus is made of liquid ice containing a solute-containing aqueous solution, it has a characteristic that the elution rate of the solute during the melting process is small. Specifically, the rate of change in the solute concentration of the solute-containing aqueous solution generated from ice during the melting process is 30%. "The rate of change of the solute concentration in the solute-containing aqueous solution generated from ice during the melting process" is the ratio of the concentration of the solute-containing aqueous solution at the completion of melting to the solute concentration in the solute-containing aqueous solution generated at any point during the melting process. Means "Solute concentration" means the concentration of the mass of solute in the solute-containing aqueous solution.
フレークアイス製造装置により生成された氷における溶質濃度の変化率は、30%以内であれば特に限定されない。ただし、その変化率が少ない方が、凝固点の低下した溶質含有水溶液の氷の純度が高いこと、つまり、冷却能が高いことを意味する観点から、溶質濃度の変化率は、25%以内であってもよい。 The change rate of the solute concentration in the ice produced by the flake ice manufacturing apparatus is not particularly limited as long as it is within 30%. However, from the viewpoint that the smaller the rate of change is, the higher the ice purity of the solute-containing aqueous solution having a lowered freezing point, that is, the higher the cooling capacity, the rate of change of the solute concentration is within 25%. May be.
フレークアイス製造装置により生成された氷に含まれる溶質の種類は、水を溶媒としたときの溶質であれば特に限定されず、所望の凝固点、使用する氷の用途等に応じて、適宜選択することができる。溶質としては、固体状の溶質、液状の溶質等が挙げられるが、代表的な固体状の溶質としては、塩類(無機塩、有機塩等)が挙げられる。特に、塩類のうち、食塩(NaCl)は、凝固点の温度を過度に下げすぎない。また、食塩は、調達が容易な海水に含まれる。また、液状の溶質としては、エチレングリコール等が挙げられる。溶質は1種単独で含まれてもよく、2種以上含まれてもよい。 The type of solute contained in the ice produced by the flake ice manufacturing apparatus is not particularly limited as long as it is a solute when water is used as a solvent, and is appropriately selected according to a desired freezing point, use of ice to be used, and the like. be able to. Examples of solutes include solid solutes and liquid solutes, and typical solid solutes include salts (inorganic salts, organic salts, etc.). Particularly, among salts, sodium chloride (NaCl) does not excessively lower the freezing point temperature. In addition, salt is contained in seawater, which is easy to procure. Examples of liquid solutes include ethylene glycol and the like. The solute may be contained alone or in combination of two or more.
フレークアイス製造装置により生成された氷を構成する液体は、上記の溶質含有水溶液に加え、さらに、油を含む液体であってもよい。そのような液体としては、生乳、水と油を含む産業廃棄物(廃棄乳等)が挙げられる。液体が生乳であった場合、その氷を食したときの官能性が向上する点で好ましい。このように、官能性が向上する理由は、生乳に含まれる油(脂肪)が氷の中に閉じ込められた状態であるからと推測される。なお、フレークアイス製造装置により生成された氷は、上記の溶質含有水溶液を凍結させたもののみから構成してもよい。 The liquid constituting the ice produced by the flake ice manufacturing apparatus may be a liquid containing oil in addition to the solute-containing aqueous solution. Examples of such a liquid include raw milk, industrial wastes containing water and oil (waste milk, etc.). When the liquid is raw milk, it is preferable in that the organoleptic properties of the milk when it is eaten are improved. As described above, it is speculated that the reason why the organoleptic property is improved is that the oil (fat) contained in the raw milk is trapped in ice. The ice produced by the flake ice manufacturing apparatus may be composed only of the frozen solute-containing aqueous solution.
また、フレークアイス製造装置により生成された氷は、凝固点降下度の異なる2種以上の溶質を含む水溶液の氷であってもよい。この場合、フレークアイス製造装置により生成された氷は、一方の溶質含有水溶液の氷と、他方の溶質含有水溶液の氷との混合物であってもよい。かかる場合、例えば、溶質としてエチレングリコールを含む水溶液の氷に、エチレングリコールと凝固点降下度の異なる溶質として食塩を含む水溶液の氷を加えることで、エチレングリコールを含む水溶液の氷の融解を遅らせることができる。 Further, the ice produced by the flake ice manufacturing apparatus may be ice of an aqueous solution containing two or more solutes having different freezing point depression degrees. In this case, the ice produced by the flake ice manufacturing apparatus may be a mixture of ice of one solute-containing aqueous solution and ice of the other solute-containing aqueous solution. In this case, for example, by adding ice of an aqueous solution containing sodium chloride as a solute having a different freezing point depression to ethylene glycol to ice of an aqueous solution containing ethylene glycol as a solute, it is possible to delay the melting of the ice in the aqueous solution containing ethylene glycol. it can.
あるいは、フレークアイス製造装置により生成された氷は、2種以上の溶質を同一の水溶液に溶解した水溶液の氷であってもよい。また、凝固点降下度の異なる2種以上の溶質を併用する場合、対象となる溶質を含む水溶液の氷の融点を下げる場合においても有用である。例えば、溶質として食塩を用いる場合に、食塩よりさらに融点を下げることができる溶質(エチレングリコール、塩化カルシウム等)を併用することで、食塩水の氷の融点を下げることができ、例えば、食塩水の氷のみではなしえない−30℃近辺での温度を実現できる。凝固点降下度の異なる2種以上の溶質の比率は、目的に応じて適宜変更することができる。 Alternatively, the ice generated by the flake ice manufacturing apparatus may be ice of an aqueous solution obtained by dissolving two or more solutes in the same aqueous solution. It is also useful when two or more solutes having different freezing point depression degrees are used in combination, and when the melting point of ice of an aqueous solution containing the target solute is lowered. For example, when salt is used as a solute, the melting point of ice in saline can be lowered by using a solute capable of further lowering the melting point than that of sodium chloride (ethylene glycol, calcium chloride, etc.). It is possible to achieve temperatures around -30°C, which cannot be achieved with ice alone. The ratio of two or more solutes having different freezing point depression degrees can be appropriately changed depending on the purpose.
また、フレークアイス製造装置により生成された氷は、真水の凝固点以下の温度で安定な状態が続くため、すなわち、分離しない状態を長く持続させることができる。そのため、フレークアイス製造装置により生成された氷を構成する液体が、上記の溶質含有水溶液に加え、さらに、油を含む液体であった場合、この油が均一な状態が長持ちし、つまり、分離しない状態を長く持続させることができる。 In addition, the ice produced by the flake ice manufacturing apparatus is kept stable at a temperature equal to or lower than the freezing point of fresh water, that is, the non-separated state can be maintained for a long time. Therefore, if the liquid that makes up the ice produced by the flake ice making device is a liquid that contains oil in addition to the solute-containing aqueous solution described above, the oil will last for a long time in a uniform state, that is, will not separate. The condition can be maintained for a long time.
フレークアイス製造装置により生成された氷に含まれる溶質の濃度は特に限定されず、溶質の種類、所望の凝固点、使用する氷の用途等に応じて、適宜選択することができる。例えば、溶質として食塩を用いた場合は、溶質含有水溶液の凝固点をより下げて、高い冷却能を得ることができる点で、食塩の濃度は0.5%(w/v)以上であることが好ましい。 The concentration of the solute contained in the ice produced by the flake ice manufacturing apparatus is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the type of the solute, the desired freezing point, the intended use of the ice used, and the like. For example, when salt is used as the solute, the concentration of the salt is 0.5% (w/v) or more in that the freezing point of the solute-containing aqueous solution can be further lowered and a high cooling capacity can be obtained. preferable.
フレークアイス製造装置により生成された氷を構成する液体がさらに油を含む場合、液体中の水と油との比率は、特に限定されず、例えば、1:99〜99:1の範囲で適宜選択してもよい。 When the liquid that composes the ice produced by the flake ice making device further contains oil, the ratio of water to oil in the liquid is not particularly limited, and is appropriately selected within the range of 1:99 to 99:1, for example. You may.
ここで、フレークアイス製造装置の概要について説明する。図示しないが、フレークアイス製造装置は、ブラインを急速冷凍することで薄氷状のハイブリッドアイスを生成する製氷部と、この製氷部にブラインを注出する噴射部と、薄氷状のハイブリッドアイスを製氷部から掻き落とすブレードとを備えている。 Here, the outline of the flake ice manufacturing apparatus will be described. Although not shown, the flake ice making device includes an ice making unit that rapidly freezes brine to produce thin ice-like hybrid ice, an injection unit that pours brine to the ice making unit, and a thin ice-like hybrid ice making unit. And a blade for scraping it off.
製氷部は、筒状の竪型ドラムであったり、鉛直姿勢のプレートであったり、形態を問わない。竪型ドラムの内周面やプレートの表面の温度は、−20℃〜−25℃に冷却される。竪型ドラムやプレートを構成する部材としては、熱伝導率が高い銅や銅合金が採用される。竪型ドラムや金属プレートの表面は、耐摩耗性の金属、例えばクロムによってメッキされている。 The ice making unit may be in the form of a cylindrical vertical drum or a plate in a vertical posture. The temperature of the inner peripheral surface of the vertical drum and the surface of the plate is cooled to -20°C to -25°C. Copper or a copper alloy having high thermal conductivity is adopted as a member forming the vertical drum or the plate. The surface of the vertical drum and the metal plate is plated with wear-resistant metal such as chrome.
噴射部は、ブラインを製氷部に間歇的に噴射する。ブラインは、製氷部で瞬間的にハイブリッドアイスに生成される。ブレードが氷を製氷部から掻き落とすことで、フレークアイスが製造される。フレークアイスは、製氷部の直下に配備された貯氷タンク内に落下する。なお、ハイブリッドアイスとフレークアイスとを合わせて以下、「氷」とも記載する。 The spraying unit intermittently sprays the brine to the ice making unit. Brine is instantaneously produced in hybrid ice in the ice making section. Flake ice is produced by the blade scraping the ice off the ice making section. The flake ice falls into the ice storage tank located just below the ice making section. The hybrid ice and the flake ice are collectively referred to as “ice” hereinafter.
貯氷タンクには、ブライン貯留タンクに貯留されたブラインも供給される。貯氷タンク内では、フレークアイス製造装置で製造されたフレークアイスと、ブライン貯留タンクから供給されたブラインとが所定の比率で混合される。このようにして、貯氷タンク内でシャーベット状の氷スラリーSが製造される。 The brine stored in the brine storage tank is also supplied to the ice storage tank. In the ice storage tank, the flake ice manufactured by the flake ice manufacturing device and the brine supplied from the brine storage tank are mixed at a predetermined ratio. In this way, the sherbet-shaped ice slurry S is manufactured in the ice storage tank.
フレークアイス製造装置により生成された氷を含有する氷スラリーSは、上記の氷の他の成分を含んでもよく、例えば、上記の氷以外に水を含むことで、氷と水との混合物により構成してもよい。例えば、氷に含まれる溶質と同一の溶質を含有する水をさらに含む場合、氷における溶質の濃度と、水における溶質の濃度は近い方が好ましい。その理由は、以下のとおりである。 The ice slurry S containing ice produced by the flake ice manufacturing apparatus may contain other components of the above-mentioned ice. For example, by containing water in addition to the above-mentioned ice, the ice-slurry S is made of a mixture of ice and water. You may. For example, when the water further contains the same solute as the solute contained in ice, the concentration of the solute in ice and the concentration of the solute in water are preferably close to each other. The reason is as follows.
氷の溶質濃度が水の溶質濃度より高い場合、氷の温度が水の飽和凍結点より低いため、溶質濃度が低い水を混合した直後に水分が凍結する。一方、氷の溶質濃度が水の溶質濃度より低い場合、氷の飽和凍結点よりも水の飽和凍結点のほうが低いため氷が融解し、氷と水との混合物からなる氷スラリーSの温度が低下する。つまり、氷と水との混合物の状態(氷スラリーSの状態)を変動させないようにするためには、上述のとおり、混合する氷と水の溶質濃度を同程度とすることが好ましい。また、氷と水との混合物の状態である場合、水は、上記氷が融解してなるものであってもよく、別途調製したものであってもよいが、上記氷が融解してなるものであることが好ましい。 When the solute concentration of ice is higher than the solute concentration of water, the temperature of the ice is lower than the saturation freezing point of water, so that the water freezes immediately after mixing water with a low solute concentration. On the other hand, when the solute concentration of ice is lower than the solute concentration of water, the saturation freezing point of water is lower than the saturation freezing point of ice, so that the ice is melted and the temperature of the ice slurry S made of a mixture of ice and water is increased. descend. That is, in order to prevent the state of the mixture of ice and water (the state of the ice slurry S) from fluctuating, it is preferable that the solute concentrations of ice and water to be mixed are approximately the same as described above. Further, in the case of a mixture of ice and water, the water may be one in which the ice is melted or may be prepared separately, but one in which the ice is melted Is preferred.
具体的には、フレークアイス製造装置により生成された氷を含有する氷スラリーSを氷と水との混合物により構成する場合、氷における溶質の濃度と、水における溶質の濃度との比が、75:25〜20:80であることがより好ましく、50:50であることが最も好ましい。特に、溶質として食塩を用いる場合、氷における溶質の濃度と、水における溶質の濃度との比が上記範囲内にあることが好ましい。氷スラリーSが塩水を凍結させた氷から製造される場合は、塩分濃度が13.6〜23.1%とされる。 Specifically, when the ice slurry S containing ice produced by the flake ice manufacturing apparatus is composed of a mixture of ice and water, the ratio of the concentration of solute in ice and the concentration of solute in water is 75. :25 to 20:80 is more preferable, and 50:50 is the most preferable. In particular, when using sodium chloride as the solute, it is preferable that the ratio of the concentration of the solute in ice to the concentration of the solute in water is within the above range. When the ice slurry S is produced from ice obtained by freezing salt water, the salt concentration is set to 13.6 to 23.1%.
フレークアイス製造装置により生成された氷を含有する氷スラリーSは、さらに、上記のフレークアイス製造装置により生成された氷より高い熱伝導率を有する固体を含有することが好ましい。しかしながら、フレークアイス製造装置により生成された氷は、上記のように冷却能が高いため、熱伝導率の高い固体による短時間の冷却能力を得つつ、長時間の冷却も可能としている点で有用である。 The ice slurry S containing ice produced by the flake ice production apparatus preferably further contains a solid having a higher thermal conductivity than the ice produced by the above flake ice production apparatus. However, since the ice produced by the flake ice manufacturing apparatus has a high cooling capacity as described above, it is useful in that it is possible to cool for a long time while obtaining a cooling capacity for a short time by a solid having high thermal conductivity. Is.
フレークアイス製造装置により生成された氷より高い熱伝導率を有する固体としては、例えば、金属(アルミニウム、銀、銅、金、ジュラルミン、アンチモン、カドミウム、亜鉛、すず、ビスマス、タングステン、チタン、鉄、鉛、ニッケル、白金、マグネシウム、モリブデン、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ニオブ、クロム、コバルト、イリジウム、パラジウム)、合金(鋼(炭素鋼、クロム鋼、ニッケル鋼、クロムニッケル鋼、ケイ素鋼、タングステン鋼、マンガン鋼等)、ニッケルクロム合金、アルミ青銅、砲金、黄銅、マンガニン、洋銀、コンスタンタン、はんだ、アルメル、クロメル、モネルメタル、白金イリジウム等)、ケイ素、炭素、セラミックス(アルミナセラミックス、フォルステライトセラミックス、ステアタイトセラミックス等)、大理石、レンガ(マグネシアレンガ、コルハルトレンガ等)等であって、フレークアイス製造装置により生成された氷より高い熱伝導率を有するものが挙げられる。 Examples of solids having a higher thermal conductivity than ice produced by the flake ice manufacturing apparatus include metals (aluminum, silver, copper, gold, duralumin, antimony, cadmium, zinc, tin, bismuth, tungsten, titanium, iron, Lead, nickel, platinum, magnesium, molybdenum, zirconium, beryllium, indium, niobium, chromium, cobalt, iridium, palladium), alloys (steel (carbon steel, chrome steel, nickel steel, chrome nickel steel, silicon steel, tungsten steel, Manganese steel, etc.), nickel chrome alloy, aluminum bronze, gunmetal, brass, manganin, nickel silver, constantan, solder, alumel, chromel, monel metal, platinum iridium, etc.), silicon, carbon, ceramics (alumina ceramics, forsterite ceramics, steatite) Ceramics, etc.), marble, bricks (magnesia bricks, Korhalt bricks, etc.), and the like, which have higher thermal conductivity than ice produced by the flake ice manufacturing apparatus.
また、フレークアイス製造装置により生成された氷より高い熱伝導率を有する固体は、熱伝導率が2.3W/m K以上の固体であることがより好ましく、熱伝導率が50W/m K以上)の固体であることがさらに好ましく、熱伝導率が100W/m K以上の固体であることがより一層好ましく、熱伝導率が200W/m K以上の固体であることがなお好ましく、熱伝導率が200W/m K以上の固体であることがなお好ましく、熱伝導率が400W/m K以上の固体であることが特に好ましい。 Further, the solid having a higher thermal conductivity than ice produced by the flake ice manufacturing apparatus is more preferably a solid having a thermal conductivity of 2.3 W/m K or more, and a thermal conductivity of 50 W/m K or more. ) Is more preferable, the solid having a thermal conductivity of 100 W/m K or higher is even more preferable, and the solid having a thermal conductivity of 200 W/m K or higher is still more preferable. Is more preferably 200 W/m K or more, and particularly preferably a solid having a thermal conductivity of 400 W/m K or more.
フレークアイス製造装置により生成された氷を含有する氷スラリーSが、上記氷より高い熱伝導率を有する固体を含有する場合、上記のとおり、多くの固体を含んでも長時間の冷却に適しており、例えば、フレークアイス製造装置により生成された氷より高い熱伝導率を有する固体の質量/氷スラリーSに含まれるフレークアイス製造装置により生成された氷の質量(又は氷スラリーSに含まれる本発明の氷と溶質含有水溶液を含む液体との合計質量)は、1/100000以上であってもよい。 When the ice slurry S containing ice produced by the flake ice manufacturing apparatus contains a solid having a higher thermal conductivity than the above-mentioned ice, as described above, it is suitable for cooling for a long time even if it contains many solids. , For example, the mass of the solid having a higher thermal conductivity than the ice produced by the flake ice making device/the ice mass contained in the ice slurry S (or the present invention contained in the ice slurry S. The total mass of the ice and the liquid containing the solute-containing aqueous solution) may be 1/100000 or more.
フレークアイス製造装置により生成された氷を含有する氷スラリーSに含有される上記固体は、どのような形状であってもよいが、粒子状であることが好ましい。また、上記固体は、フレークアイス製造装置により生成された氷の内部に含まれた形態で含まれていてもよく、氷の外部に含まれた形態で含まれていてもよいが、氷の外部に含まれた形態で含まれていた方が冷却対象物に直接接しやすくなるため、冷却能が高くなる。このことから、氷の外部に含まれた形態で含まれていた方が好ましい。 The solid contained in the ice slurry S containing ice produced by the flake ice manufacturing apparatus may have any shape, but is preferably in the form of particles. The solid may be contained in the ice produced by the flake ice manufacturing apparatus in a form contained in the ice, or may be contained in a form contained in the outside of the ice. Since it is easier to directly contact the object to be cooled when it is included in the form included in, the cooling capacity becomes higher. For this reason, it is preferable that it is contained in a form contained outside the ice.
また、フレークアイス製造装置により生成された氷を含有する氷スラリーSが上記固体を含有する場合、フレークアイス製造装置により氷を生成した後に上記固体と混合してもよく、あるいは、あらかじめ原料となる水に混合した状態で、フレークアイス製造装置によって氷を生成してもよい。 When the ice slurry S containing ice produced by the flake ice production apparatus contains the above solid, it may be mixed with the above solid after producing ice by the flake ice production apparatus, or it may be a raw material in advance. Ice may be produced by a flake ice making device in a state of being mixed with water.
ここで、第1の実施形態の冷却システムの使用方法について説明する。図1に示すように、氷スラリー製造部1で製造された氷スラリーSは、流路3によって氷浴2へ流動する。氷スラリー製造部1で製造された氷スラリーSは、溶質含有率変更部11が食塩などの溶質の濃度を変更したり、エチレングリコールなどの溶質を併用したりすることにより、任意の温度、換言すれば細かく調整された所定の温度に冷却されている。
Here, a method of using the cooling system of the first embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the ice slurry S manufactured by the ice
所定の温度の氷スラリーSは、氷浴2に貯留される。この氷スラリーS内に試料Aが浸漬されることで、試料Aが実験される。別の試料Aを実験するときは、溶質含有率変更部11によって、その実験に適した温度に製造された氷スラリーSが氷浴2に貯留される。したがって、この冷却システムは、細かく温度調整された氷スラリーSが氷浴2に貯留されることで、試料Aを的確に実験することができる。
The ice slurry S having a predetermined temperature is stored in the
次に、冷却システムの第2の実施形態について図2を参照して説明する。図2は、本発明の冷却システムの第2の実施形態を示す概念図である。第2の実施形態において第1の実施形態と同じ部位は、同じ符号を付して、重複した説明をしない。 Next, a second embodiment of the cooling system will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a conceptual diagram showing a second embodiment of the cooling system of the present invention. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and will not be described again.
第2の実施形態の冷却システムは、第1の実施形態の冷却システムに熱伝導性プレート(以下、主として「プレート」という。)4をさらに備えるものである。プレート4は、氷浴2の上側の開口部から氷浴2内に入れ込まれ、氷浴2に貯留された氷スラリーSの上面上に配置される。プレート4は、熱伝導性を有することから、氷スラリーSの温度がプレート4の表面に伝熱される。プレート4は、銅や銅合金、銀などの熱伝導率が大きな金属で成形される。プレート4は、氷浴2に貯留された氷スラリーSを外気から遮断するため、断熱材のように作用し、氷スラリーSが昇温しないようにすることができる。
The cooling system of the second embodiment further includes a heat conductive plate (hereinafter, mainly referred to as “plate”) 4 in the cooling system of the first embodiment. The
プレート4は、氷スラリーSの上面に接触する本体部41と、本体部41の外周縁で上向きに突出した縁部42とを備えている。プレート4が氷浴2の上側の開口部から氷浴2内に入れやすいように、プレート4の外径(プレート4が円盤の場合)が氷浴2の内径(氷浴2が有底筒状の場合)よりもわずかに小さくされる。プレート4の本体部41は、板状であっても、網状であってもよい。プレート4は、氷スラリーSの上面上に浮上してもよいし、氷浴2の底面から立設された複数本の支柱(図示せず)に支えられてもよいし、氷浴2の内周面に突設した鍔部(図示せず)上に支えられてもよい。さらに、プレート4の本体部41は、浮力を有するように中空部が設けられることで、氷スラリーSよりも比重が大きくても、氷スラリーSの上面上に浮上するようにすることができる。
The
第2の実施形態の冷却システムにおいても、氷スラリー製造部1によって前記溶質含有水溶液の凝固点を変更することにより、所定の温度に細かく調整されて製造された氷スラリーSが氷浴2に貯留される。この氷スラリーSの上面上にプレート4が載せられる。プレート4は、氷スラリーSの上面上に浮上し、氷スラリーSと同じ又はほぼ同じ温度に冷却される。このプレート4上に試料Aが置かれる。試料Aは、プレート4を介して氷スラリーSによって冷却される。試料Aが小さく、転がるような形状であっても、縁部42によって、氷スラリーS内に落下しない。
Also in the cooling system of the second embodiment, by changing the freezing point of the solute-containing aqueous solution by the ice
次に、冷却システムの第3の実施形態について図3を参照して説明する。図3は、本発明の冷却システムの第3の実施形態を示す概念図である。第3の実施形態において第1の実施形態と同じ部位は、同じ符号を付して、重複した説明をしない。 Next, a third embodiment of the cooling system will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a conceptual diagram showing a third embodiment of the cooling system of the present invention. In the third embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and will not be described again.
第3の実施形態の冷却システムは、第1の実施形態の冷却システムに排出口5及び復路6の少なくともいずれか一方を備えている。排出口5は、氷浴2の底側に取り付けられるパイプである。復路6の途中には、必要時のみ氷浴2内の氷スラリーSを排出するための開閉弁(図示せず)が取り付けられている。
The cooling system of the third embodiment is provided with at least one of the
復路6は、氷浴2に貯留された氷スラリーSを氷スラリー製造部1に戻すパイプである。復路6の途中には、必要時のみ氷浴2内の氷スラリーSを氷スラリー製造部1に戻すための開閉弁(図示せず)が取り付けられている。復路6は、図示したように、氷浴2の上側に接続されるだけでなく、底側に接続されてもよい。
The
第3の実施形態の冷却システムは、氷浴2に貯留された氷スラリーSが、例えば試料Aによって汚染されると、排出口5から氷スラリーSを排出する。あるいは、氷浴2に貯留された氷スラリーSを短時間に昇温又は降温したいときは、氷浴2に貯留された氷スラリーSを排出口5から排出し、前記溶質含有水溶液の凝固点を変更することにより、新たな所定の温度の氷スラリーSを氷スラリー製造部1から流入する。
In the cooling system according to the third embodiment, when the ice slurry S stored in the
氷浴2に貯留された氷スラリーSが汚染されず、時間をかけて昇温又は降温したいときは、氷浴2に貯留された氷スラリーSを復路6から氷スラリー製造部1へ戻す。氷スラリー製造部1では、所定の温度の氷スラリーSを製造し、流路3から氷浴2に流入する。したがって、氷スラリーSは、再利用可能に循環する。
When the ice slurry S stored in the
なお、第3の実施形態であっても、第2の実施形態のようにプレート4を備えていてもよい。
Note that the
次に、冷却システムの第4の実施形態について図4を参照して説明する。図4は、本発明の冷却システムの第4の実施形態を示す概念図である。第4の実施形態において第1の実施形態と同じ部位は、同じ符号を付して、重複した説明をしない。 Next, a fourth embodiment of the cooling system will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a conceptual diagram showing a fourth embodiment of the cooling system of the present invention. In the fourth embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and will not be described again.
第4の実施形態の冷却システムは、氷スラリー製造部1の本体部(採番せず)と別体に備えられた溶質含有率変更部11と、この溶質含有率変更部11と氷スラリー製造部1の本体部とを連通するパイプのような流路7とを備えている。
The cooling system according to the fourth embodiment includes a solute content
溶質含有率変更部11は、溶質含有水溶液(ブライン)の溶質を所定の濃度で貯留したカートリッジである。例えば、溶質含有率変更部11が塩化カルシウム水溶液(30%水溶液)を貯留すると、フレークアイス製造装置は、−55℃のフレークアイスを製造する。溶質含有率変更部11がエチレングリコール水溶液(70%水溶液)を貯留すると、フレークアイス製造装置は、−60°のフレークアイスを製造する。溶質含有水溶液の濃度が異なる溶質含有率変更部11が交換されることで、さらに、複数のカートリッジ状の溶質含有率変更部11が組み合わされることで、前記溶質含有水溶液の凝固点を変更することにより所望の温度に細かく設定された氷スラリーSを容易に氷浴2に貯留することができる。
The solute content
第4の実施形態の冷却システムにおいても、氷浴2に貯留された氷スラリーSによって試料Aを冷却する。第4の実施形態の冷却システムにおいても、第2の実施形態で説明したプレート4を備えてもよいし、第3の実施形態で説明した。排出口5及び復路6の少なくともいずれか一方を備えてもよい。
Also in the cooling system of the fourth embodiment, the sample A is cooled by the ice slurry S stored in the
以上、本発明の第1ないし第4の実施形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施形態や変形例も含むものである。また本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更や上記の実施形態の組み合わせを施してもよい。 Although the first to fourth embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configurations described in the above-described embodiments, and the matters described in the claims are not limited thereto. It also includes other embodiments and modifications that are conceivable within the scope. Further, various modifications and combinations of the above embodiments may be made without departing from the scope of the present invention.
第1ないし第4の実施形態の流路3は、氷浴2に接続されるパイプとした。しかし、流路3は、氷浴2の上面から注入されるチューブや樋形状としてもよい。この場合は、氷浴2は氷スラリー製造部1から容易に切り離し、異なる実験室などに設置することができる。
The
第1ないし第4の実施形態の氷浴2は、1台の場合について説明した。しかし、氷浴2は、複数台が備えられるようにしてもよい。この場合は、各氷浴2が氷スラリー製造部1から異なる温度の氷スラリーSが貯留されてもよいし、同じ温度の氷スラリーSが貯留されてもよい。
The case of one
以上まとめると、本発明が適用される冷却システムは、
溶質含有水溶液から氷点下に生成された氷と、前記溶質含有水溶液と同じ又は異なる水溶液とを含むシャーベット状の氷スラリーを製造する氷スラリー製造部1と、
前記氷スラリーSを貯留する氷浴2と、
前記氷スラリー製造部1で製造された前記氷スラリーSを前記氷浴2に供給する流路3と、
を備え、
前記氷スラリー製造部1は、前記溶質含有水溶液の溶質濃度を変更可能な溶質含有率変更部11を備え、前記溶質含有水溶液の凝固点を変更することにより氷スラリーSの温度を変更する。
In summary, the cooling system to which the present invention is applied is
An ice
An
A
Equipped with
The ice
この冷却システムは、氷スラリー製造部1が水溶液の溶質濃度を変更可能な溶質含有率変更部11を備え、氷スラリーSの温度を変更することにより、所定の温度に冷却された、換言すれば、細かく調整された氷スラリーSを氷浴2に貯留することができる。冷却システムは、氷スラリーSを使用して試料Aを実験することができる。
In this cooling system, the ice
前記氷は、
(a)融解完了時の温度が0℃未満である
(b)融解過程で氷から発生する前記溶質含有水溶液の溶質濃度の変化率が30%以内である
の両条件を満たす。
The ice is
(A) The temperature at the time of completion of melting is less than 0° C. (b) The change rate of the solute concentration of the solute-containing aqueous solution generated from ice during the melting process is within 30%.
この冷却システムは、氷が上記(a)(b)の両条件を満たすことにより、凝固点が低下した水溶液を含む氷を製造することができる。 This cooling system can produce ice containing an aqueous solution whose freezing point is lowered by satisfying both conditions (a) and (b) above.
前記氷浴2に貯留された前記氷スラリーSの上面上に配置される熱伝導性プレート4をさらに備える。
この冷却システムは、プレート4上に試料Aを載せて試験することができる。
The heat
This cooling system can be tested by placing sample A on
前記氷浴2は、貯留された前記氷スラリーSを排出する排出口5を備える。
この冷却システムは、氷浴2に備えられた排出口5から氷スラリーSを排出し、新たな氷スラリーSを氷浴2に貯留しやすくすることができる。
The
This cooling system can discharge the ice slurry S from the
前記氷浴2に貯留された前記氷スラリーSを前記氷スラリー製造部1に戻す復路6をさらに備える。
この冷却システムは、氷浴2に貯留された氷スラリーSが袋によって氷スラリー製造部1に戻されることで、氷スラリーSは、循環し、再利用することができる。
A
In this cooling system, the ice slurry S stored in the
1……氷スラリー製造部
2……氷浴
3……流路
4……プレート
5……排出口
6……復路
A……試料
S……氷スラリー
1……Ice
Claims (5)
前記氷スラリーを貯留する氷浴と、
前記氷スラリー製造部で製造された前記氷スラリーを前記氷浴に供給する流路と、
を備え、
前記氷スラリー製造部は、前記溶質含有水溶液の溶質濃度を変更可能な溶質含有率変更部を備え、前記溶質含有水溶液の凝固点を変更することにより前記氷スラリーの温度を変更する、
冷却システム。 Ice generated below the freezing point from a solute-containing aqueous solution, and an ice-slurry production section for producing a sherbet-like ice slurry containing the same or a different aqueous solution as the solute-containing aqueous solution,
An ice bath for storing the ice slurry,
A channel for supplying the ice slurry produced by the ice slurry producing section to the ice bath;
Equipped with
The ice slurry manufacturing unit includes a solute content changing unit that can change the solute concentration of the solute-containing aqueous solution, and changes the temperature of the ice slurry by changing the freezing point of the solute-containing aqueous solution,
Cooling system.
(a)融解完了時の温度が0℃未満である
(b)融解過程で氷から発生する前記溶質含有水溶液の溶質濃度の変化率が30%以内である
の両条件を満たす、
請求項1に記載の冷却システム。 The ice is
(A) the temperature at the time of completion of melting is less than 0° C. (b) the change rate of the solute concentration of the solute-containing aqueous solution generated from ice during the melting process is within 30%, both conditions are satisfied,
The cooling system according to claim 1.
請求項1又は2に記載の冷却システム。 Further comprising a heat conductive plate disposed on an upper surface of the ice slurry stored in the ice bath,
The cooling system according to claim 1 or 2.
請求項1ないし3のうちいずれか1項に記載の冷却システム。 The ice bath includes a discharge port for discharging the stored ice slurry,
The cooling system according to any one of claims 1 to 3.
請求項1ないし4のうちいずれか1項に記載の冷却システム。
Further comprising a return path for returning the ice slurry stored in the ice bath to the ice slurry producing section,
The cooling system according to any one of claims 1 to 4.
Priority Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023074763A1 (en) * | 2021-10-26 | 2023-05-04 | ブランテックインターナショナル株式会社 | Ice slurry, ice slurry production system, ice slurry production device, and ice slurry production method |
JP7509157B2 (en) | 2022-01-18 | 2024-07-02 | トヨタ自動車株式会社 | Driver monitoring device, driver monitoring computer program, and driver monitoring method |
-
2018
- 2018-11-30 JP JP2018225911A patent/JP2020085425A/en active Pending
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