JP4446827B2

JP4446827B2 - 冷却システム

Info

Publication number: JP4446827B2
Application number: JP2004216348A
Authority: JP
Inventors: 義記西脇; 恒男仲摩; 茂坂下
Original assignee: Mayekawa Manufacturing Co; Suntory Holdings Ltd
Current assignee: Mayekawa Manufacturing Co; Suntory Holdings Ltd
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2024-07-23
Also published as: CN100529585C; EP1782007A1; JP2006038301A; WO2006009231A1; US20070251258A1; CN1989381A; US7836721B2

Description

本発明は、冷却システム、特に飲料製品の製造時に使用される冷却システムに関する。

アルコール飲料の一種であるビールの醸造においては、仕込工程、発酵工程、貯酒工程および濾過工程の四つの工程が存在している。仕込工程においては、麦芽を含んだ温水を煮沸することにより形成された麦汁に含まれるモロミを濾過して該麦汁が形成される。この麦汁は、続く発酵工程において、冷却された後に酵母が加えられて発酵される。次いで、発酵直後の若ビール等醗酵麦芽飲料は貯酒工程において熟成され、熟成したビール等醗酵麦芽飲料は濾過工程において濾過される。最終的には、濾過されたビール等醗酵麦芽飲料はフィラー（図示しない）によって缶などに充填された後、シーマー機によって密封封止され、製品として出荷される。

ところで、前述した四つの工程においては、各工程に応じて定まる所定の温度での冷却処理が行われている。そして、四つの工程のうちの仕込工程においては、約２０℃に至るまでは、いくぶん低温の水、例えば井戸水によって冷却処理が行われているが、いずれの工程における冷却処理についても、仕込工程での井戸水による冷却処理の冷却温度よりも低い温度が要求されるので、このような低い温度を形成することのできる冷却システムが使用されている。なお、これら三つの工程における冷却温度は仕込工程、発酵工程、貯酒工程および濾過工程の順で低くなっている。

図５は従来技術に基づく冷却システムの概略図である。図５に示されるように、従来技術に基づく冷却システム１００は、冷媒、例えばグリコール系不凍液であるブラインが充填された蓄熱槽２００を備えている。この蓄熱槽２００は冷凍機群２１０によって通路２２０を通じて冷却される。また、図示されるように、従来技術の冷却システム１００においては、互いに略並列に配置された三つの循環通路１１０、１２０、１３０が蓄熱槽２００に接続されている。これら循環通路１１０、１２０、１３０は三つの冷却負荷、即ち低温負荷１１３、中温負荷１２３、高温負荷１３３にそれぞれ接続され、熱交換されている。又、冷却負荷温度は、低温負荷１１３、中温負荷１２３、高温負荷１３３の順番で高くなっており、例えば低温負荷１１３はビール醸造時における貯酒工程および濾過工程、中温負荷１２３は同発酵工程、そして高温負荷１３３は仕込工程にそれぞれ該当する。

図５に示される冷却システム１００においては、蓄熱槽２００内のブラインが冷凍機群２１０によって低温負荷１１３において必要とされる冷却温度以下まで冷却される。次いで、冷却されたブラインが図示しないポンプによって循環通路１１０、１２０、１３０をそれぞれ循環する。従って、ブラインが各循環通路１１０、１２０、１３０を通過することにより、低温負荷１１３、中温負荷１２３、高温負荷１３３のそれぞれを適切に冷却することができる。

しかしながら、図５に示される冷却システム１００は単一の冷凍機群２１０のみによって低温負荷１１３、中温負荷１２３、高温負荷１３３の全てに対応できるようにしているので、蓄熱槽２００内のブラインを低温負荷１１３で必要とされる冷却温度以下まで冷却する必要がある。そして、中温負荷１２３、高温負荷１３３に関しては、必要以上に低い温度にされたブラインにて、冷却することとなっていた。つまり、従来技術の冷却システム１００においては、低温負荷１１３で必要とされる冷却温度を形成する冷凍機群２１０を中温負荷１２３、高温負荷１３３についても使用しているので、冷却に伴うエネルギ損失が大きい。また、従来技術の冷却システム１００においては、単一の冷凍機群２１０のみによって、低温負荷１１３、中温負荷１２３、高温負荷１３３の全てに対応しているので、ブラインを所定の温度にまで冷却するのに多大な時間およびエネルギを要し、冷凍機群２１０のランニングコストを大きく悪化させていた。さらに、比較的高粘度のブラインをポンプによって循環通路１１０、１２０、１３０の全てに供給することも、多大なエネルギ損失につながっていた。

ところで、アルコール飲料以外の飲料、例えばウーロン茶、緑茶、炭酸飲料、コーヒー飲料などの清涼飲料を製造する際にも、いくつかの工程においては、冷却処理が行われている。これら冷却処理の中には、いくぶん低温の水、例えば井戸水を用いて冷却される場合もあるが、これら冷却処理の大部分はビール醸造時の場合の中温負荷１２３、高温負荷１３３での冷却温度に相当する温度が必要とされるので、アルコール飲料以外の飲料を製造する際にも同様な冷却システムが必要とされる。なお、前述した低温負荷１１３の必要冷却温度は０℃以下であるが、アルコール飲料以外の飲料は凍結のために０℃以下の温度で冷却することはできず、従って、低温負荷１１３は必要とされない。

図６は、アルコール飲料以外の飲料の製造時に使用される冷却システムの略図である。図６に示される冷却システム３００は、水が充填された蓄熱槽４００を備えている。この蓄熱槽４００は冷凍機群４１０によって通路４２０を通じて冷却される。また、図示されるように、従来技術の冷却システム３００においては、互いに略並列に配置された二つの循環通路３２０、３３０が蓄熱槽４００に接続されている。循環通路３２０には中温負荷３２３が接続され、また循環通路３３０には高温負荷３３３が接続されている。これら中温負荷３２３、高温負荷３３３において要求される冷却温度はこの順番で高くなっているものとする。

図６に示される冷却システム３００においては、蓄熱槽４００内の水が冷凍機群４１０によって中温負荷３２３において必要とされる冷却温度以下まで冷却される。次いで、冷却された水が図示しないポンプによって循環通路３２０、３３０をそれぞれ循環する。従って、水が各循環通路３２０を通過することにより中温負荷３２３が適切に冷却され、また水が各循環通路３３０を循環することにより高温負荷３３３を適切に冷却することができる。なお、図６に示される冷却システム３００の中温負荷３２３および高温負荷３３３は製造される飲料の種類に応じてその必要冷却温度は異なっているものとする。また、図６の冷却システム３００においては二種類の温度負荷、つまり中温負荷３２３および高温負荷３３３のみしか示されていないが、製造される飲料の種類によっては、これら温度負荷の種類がさらに増える場合、または中温負荷３２３および高温負荷３３３のいずれか一方のみしか必要としない場合もありうる。

周知であるように、アルコール飲料、例えばビールはビール専用のビール製造工場において製造されており、またアルコールを含まない一般的な飲料、例えばウーロン茶、緑茶、炭酸飲料、コーヒー飲料などの清涼飲料は、ビール製造工場とは別個の飲料製造工場において製造されている。ところが、近年では、このようなビール製造工場と飲料製造工場とを同一の敷地内に集約することが考えられている。このような場合には、ビールと他の飲料とを同一の保管倉庫で保管できる上に、一部の工程、例えば検査工程においては同一の装置を共用できるなどの利点が得られると想像される。

しかしながら、前述した冷却システム１００または冷却システム３００をビール製造時における冷却処理とアルコール以外の飲料の製造時における冷却処理との両方に採用する場合を想定すると、以下のような不具合が生じうる。

例えばビール醸造時に使用される冷却システム１００を同時にアルコール以外の飲料製造時に使用することを想定すると、アルコール以外の飲料製造時には低温負荷は存在しないので、冷却システム１００の中温負荷１２３および高温負荷１３３の容量だけがビール醸造時にのみの場合よりも増す状態となる。しかしながら、冷却システム１００においては単一の冷凍機群２１０のみによって低温負荷１１３、中温負荷１２３、高温負荷１３３の全てに対応するようにしているので、低温負荷の容量が増えない場合であっても、中温負荷１２３および高温負荷１３３の容量を増やすためには低温負荷１１３の容量も同時に増やす必要があり、このために冷凍機群２１０を大型化させる必要がある。そもそも、低温負荷１１３における必要冷却温度は０℃以下であり、このような温度を形成するためにブラインを使用しているのである。従って、低温負荷１１３が存在しないアルコール以外の飲料製造のために低温負荷１１３の容量を増やすことは多大なエネルギ損失につながる。

また、アルコール以外の他の飲料製造時に使用される冷却システム３００を同時にビール醸造時に使用することを想定すると、冷却システム３００には低温負荷１１３が存在していないために、冷却システム３００をビール醸造時に使用することはできない。これらのことから、ビールの醸造時とアルコール以外の他の飲料の製造時に使用される新規な冷却システムを開発することが求められている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、エネルギ損失を低減すると共に、特にビール醸造時の冷却処理と他の飲料製造時の冷却処理とを行う際に有利な冷却システムを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目に記載の発明によれば、水を貯蔵する第一蓄熱槽と、該第一蓄熱槽に接続されていて該第一蓄熱槽の水に蓄熱する第一冷凍機と、前記第一蓄熱槽の下方部分から該第一蓄熱槽の上方部分までを循環していて第一熱負荷が配置される第一循環通路と、前記第一蓄熱槽の下方部分から該第一蓄熱槽の上方部分までを循環していて第二熱負荷が配置される第二循環通路とを具備し、前記第二熱負荷は前記第一熱負荷よりも熱的に高くなっており、さらに、前記第二循環通路の前記第二熱負荷と前記第一蓄熱槽との間に配置されていて水を貯蔵する第二蓄熱槽とを具備し、前記第二循環通路は前記第二蓄熱槽の上方部分に水を供給すると共に前記第二蓄熱槽の上方部分からの水を前記第一蓄熱槽の上方部分に供給するようになっており、さらに、前記第二循環通路において前記第二蓄熱槽と前記第一蓄熱槽との間に設けられていて前記第二蓄熱槽の上方部分からの水に蓄熱する第二冷凍機とを具備し、該第二冷凍機の冷却出力温度は前記第一冷凍機よりも高く設定されている冷却システムが提供される。

すなわち１番目の発明においては、通常時にはランニングコストを低減することができる。

２番目の発明によれば、水を貯蔵する第一蓄熱槽と、該第一蓄熱槽に接続されていて該第一蓄熱槽の水に蓄熱する第一冷凍機と、前記第一蓄熱槽の下方部分から該第一蓄熱槽の上方部分までを循環していて第一熱負荷が配置される第一循環通路と、前記第一蓄熱槽の下方部分から該第一蓄熱槽の上方部分までを循環していて第二熱負荷が配置される第二循環通路とを具備し、前記第二熱負荷は前記第一熱負荷よりも熱的に高くなっており、さらに、前記第二循環通路の前記第二熱負荷と前記第一蓄熱槽との間に配置されていて水を貯蔵する第二蓄熱槽とを具備し、前記第二循環通路は前記第二蓄熱槽の上方部分に水を供給すると共に前記第二蓄熱槽の上方部分からの水を前記第一蓄熱槽の上方部分に供給するようになっており、さらに、前記第二循環通路において前記第二蓄熱槽と前記第一蓄熱槽との間に設けられていて前記第二蓄熱槽の上方部分からの水に蓄熱する第二冷凍機群とを具備し、該第二冷凍機群を構成する冷凍機の一部ないし全部の冷却出力温度は前記第一冷凍機よりも高く設定されている冷却システムが提供される。

すなわち２番目の発明においては、通常時にはランニングコストを低減することができる。また、第一熱負荷、つまり中温負荷に対する要求が高い場合には、第二冷凍機群を構成する冷凍機の一部の冷却出力温度を、第一冷凍機の冷却出力温度と同等とすることで、これに対応できる。さらに、第二熱負荷、つまり高温負荷に対する要求が高い場合には、第二冷凍機群において、第一冷凍機の冷却出力温度よりも高い冷凍機の割合を増やすことで、これに対応できる。特に、季節に基づく需給の変動によって中温負荷および高温負荷に対する要求が変動するようなビールと他の飲料とを同一の施設で製造する工場においては、２番目の発明は特に有利である。

３番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記第一蓄熱槽の上方部分からの水を前記第二蓄熱槽の下方部分まで供給する供給通路を具備する。
すなわち３番目の発明においては、通常時にはランニングコストを低減することができる。また、第一蓄熱槽、つまり中温用蓄熱槽の上方部分からの水を第二蓄熱槽、つまり高温用蓄熱槽の下方部分まで供給する供給通路によって第二蓄熱槽と第一蓄熱槽とが物理的に接続される。そして、第二蓄熱槽の下方部分の温度と第一蓄熱槽の上方部分の温度とが概ね等しいために、第二蓄熱槽と第一蓄熱槽との両方を一体的な単一の蓄熱槽として使用することができる。従って、３番目の発明においては、第一熱負荷、つまり中温負荷に対する要求が高い場合には、前述した供給通路を用いると共に、第二冷凍機の冷却出力温度を第一冷凍機と同等にすることにより、かかる要求に対応できる。

４番目の発明によれば、２番目の発明において、さらに、前記第一蓄熱槽の上方部分からの水を前記第二蓄熱槽の下方部分まで供給する供給通路を具備する。
すなわち４番目の発明においては、通常時にはランニングコストを低減することができる。また、第一蓄熱槽、つまり中温用蓄熱槽の上方部分からの水を第二蓄熱槽、つまり高温用蓄熱槽の下方部分まで供給する供給通路によって第二蓄熱槽と第一蓄熱槽とが物理的に接続される。そして、第二蓄熱槽の下方部分の温度と第一蓄熱槽の上方部分の温度とが概ね等しいために、第二蓄熱槽と第一蓄熱槽との両方を一体的な単一の蓄熱槽として使用することができる。従って、４番目の発明においては、第一熱負荷、つまり中温負荷に対する要求が高い場合、または第二熱負荷、つまり高温負荷に対する要求が高い場合には、前述した供給通路を用いると共に、第二冷凍機群の一部ないし全部の冷凍機の冷却出力温度を第一冷凍機と同等にすることにより、かかる要求に対応できる。

５番目の発明によれば、２番目または４番目のいずれかの発明において、さらに、前記第一蓄熱槽の上方部分から該第一蓄熱槽の下方部分までを循環するサブ循環通路を具備し、前記第二冷凍機群が前記サブ循環通路に設けられている。
すなわち５番目の発明においては、サブ循環通路によって、第二冷凍機群、つまり高温用冷凍機群を第一蓄熱槽、つまり中温用蓄熱槽のために用いることができる。従って、５番目の発明においては、第一熱負荷、つまり中温負荷に対する要求が高い場合には、第二冷凍機群のうちの一部ないし全部の冷凍機の冷却出力温度を第一冷凍機と同等にすることにより、かかる要求に対応できる。また、第一冷凍機が不作動となった場合であっても第二冷凍機群を同様に設定することにより、第二冷凍機群を第一冷凍機のバックアップとして使用することができる。

６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明において、さらに、ブラインを貯蔵するブライン蓄熱槽と、該ブライン蓄熱槽に接続されていて該ブライン蓄熱槽のブラインに蓄熱するブライン用冷凍機と、前記ブライン蓄熱槽の下方部分から該ブライン蓄熱槽の上方部分までを循環していて第三熱負荷が配置される第三循環通路とを具備し、前記第三熱負荷は前記第一熱負荷よりも熱的に低くなっている。
７番目の発明によれば、６番目の発明において、さらに、前記ブライン蓄熱槽と前記第一蓄熱槽との間で熱交換する熱交換器を具備する。
すなわち６番目および７番目の発明においては、熱交換器によって、ブライン蓄熱槽の冷熱を第一蓄熱槽、つまり中温用蓄熱槽に伝えることができ、従って、中温負荷に対する要求が高い場合および第一冷凍機群が不作動となった場合であっても、ブライン蓄熱槽をバックアップとして使用することによって、これに対応することができる。

８番目の発明によれば、水を貯蔵する第一蓄熱槽と、該第一蓄熱槽に接続されていて該第一蓄熱槽の水に蓄熱する第一冷凍機と、前記第一蓄熱槽の下方部分から該第一蓄熱槽の上方部分までを循環していて第一熱負荷が配置される第一循環通路と、さらに、ブラインを貯蔵するブライン蓄熱槽と、該ブライン蓄熱槽に接続されていて該ブライン蓄熱槽のブラインに蓄熱するブライン用冷凍機と、前記ブライン蓄熱槽の下方部分から該ブライン蓄熱槽の上方部分までを循環していて第三熱負荷が配置される第三循環通路とを具備し、前記第三熱負荷は前記第一熱負荷よりも熱的に低くなっている。
９番目の発明によれば、８番目の発明において、さらに、前記ブライン蓄熱槽と前記第一蓄熱槽との間で熱交換する熱交換器を具備する冷却システムが提供される。

すなわち８番目および９番目の発明においては、熱交換器によって、ブライン蓄熱槽の冷熱を第一蓄熱槽、つまり中温用蓄熱槽に伝えることができ、従って、中温負荷に対する要求が高い場合および第一冷凍機が不作動となった場合であっても、ブライン蓄熱槽をバックアップとして使用することによって、これに対応することができる。

各発明によれば、通常時にはランニングコストを低減することができるという効果を奏しうる。
さらに、２番目の発明によれば、第一熱負荷または第二熱負荷に対する要求が高い場合には、これに対応できるという効果を奏しうる。
さらに、３番目の発明によれば、第一熱負荷に対する要求が高い場合には、前述した供給通路を用いると共に、第二冷凍機の冷却出力温度を第一冷凍機と同等にすることにより、かかる要求に対応できるという効果を奏しうる。
さらに、４番目の発明によれば、第一熱負荷に対する要求が高い場合、または第二熱負に対する要求が高い場合には、前述した供給通路を用いると共に、第二冷凍機群の一部ないし全部の冷凍機の冷却出力温度を第一冷凍機と同等にすることにより、かかる要求に対応できるという効果を奏しうる。
さらに、５番目の発明によれば、第二冷凍機群を第一冷凍機のバックアップとして使用することができるという効果を奏しうる。
さらに、６番目および７番目の発明によれば、中温負荷に対する要求が高い場合および第一冷凍機群が不作動となった場合であっても、ブライン蓄熱槽をバックアップとして使用することによって、これに対応することができるという効果を奏しうる。

さらに、８番目および９番目の発明によれば、中温負荷に対する要求が高い場合および第一冷凍機群が不作動となった場合であっても、ブライン蓄熱槽をバックアップとして使用することによって、これに対応することができるという効果を奏しうる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明の実施形態に基づく冷却システムの概略図である。この冷却システム１０は、図１の右方に示される低温負荷９１と、図１の左方に示される中温負荷９２および高温負荷９３とを適切に冷却するのに使用される。

これら負荷において冷却負荷温度は高温負荷９３、中温負荷９２および低温負荷９１の順で低くなっている。前述したようにビール醸造時においては、冷却システムを用いて冷却処理を必要とする工程、つまり仕込工程、発酵工程、貯酒工程および濾過工程が存在している。仕込工程において麦汁を冷却するのに必要な温度は約１２℃〜約８℃であるので、仕込工程における前述した井戸水による冷却処理後の麦汁は冷却システム１０における高温負荷９３とされる。また、発酵工程において若ビールを熟成するのに必要な温度は約１０℃から約６℃であるので、発酵工程において熟成される若ビールは冷却システム１０における中温負荷９２とされる。さらに、貯酒工程、濾過工程におけるビールを冷却するのに必要な温度は約０℃からビール凍結温度までであるので、貯酒工程、濾過工程におけるビールは冷却システム１０における低温負荷９１とされるものとする。

また、詳細には説明しないものの、ビール以外の飲料、例えばコーヒーまたはウーロン茶などの清涼飲料を製造する際にも冷却システム１０による冷却処理を必要とする工程が存在し、このときの温度は約１０℃から約８℃程度である。従って、清涼飲料の製造時に、冷却されるべき飲料は主として冷却システム１０における中温負荷９２及び高温負荷９３とされる。

図１に示されるように、本発明に基づく冷却システム１０は、低温負荷９１を冷却するのに用いられる低温用蓄熱槽２０を含んでいる。低温用蓄熱槽２０には、冷媒、例えばグリコール系不凍液であるブラインが充填されている。図示されるように、低温用蓄熱槽２０は通路２２を介して低温用冷凍機群２１に接続されている。低温用蓄熱槽２０は、さらに、循環通路２３を介して低温負荷９１に接続されている。また、低温用蓄熱槽２０内のブラインは低温用冷凍機群２１によって冷却される。このブラインの冷熱は循環通路２３を循環するときに低温負荷９１に伝えられる。低温用冷凍機群２１によって冷却される低温用蓄熱槽２０内のブラインの温度は、所定の温度、例えば約−６℃から約−３℃であり、この温度は、低温負荷９１を約０℃からビール凍結温度までの温度に冷却するのに適している。

さらに、図１における冷却システム１０は、中温負荷９２を冷却するのに用いられる中温用蓄熱槽４０を含んでいる。中温用蓄熱槽４０には水が充填されている。低温用蓄熱槽２０の場合と同様に、中温用蓄熱槽４０も通路４２を介して中温用冷凍機群４１に接続されている。図１に示されるように、循環通路４３が中温用蓄熱槽４０の下方部分から延びていて中温用蓄熱槽４０の上方部分に接続しており、循環通路４３には中温負荷９２が設けられている。中温用蓄熱槽４０内の水は中温用冷凍機群４１によって冷却され、この水の冷熱は循環通路４３を循環するときに中温負荷９２に伝えられる。また、中温用冷凍機群４１によって冷却される中温用蓄熱槽４０内の水の温度は、所定の温度、例えば５℃であり、この温度は中温負荷９２を約１０℃から約６℃に冷却するのに適している。

さらに、中温用蓄熱槽４０には別の循環通路４４も接続されている。図１に示されるように、循環通路４４は通路４４ａ、通路４４ｂおよび通路４４ｃから構成されている。図１においては、中温用蓄熱槽４０の下方部分から延びる通路４４ａは分岐点４９までは循環通路４３と同じであって、分岐点４９以降は別の通路として示されている。図示されるように、分岐点４９の下流における通路４４ａには高温負荷９３が設けられている。中温用冷凍機群４１により冷却された水の冷熱は通路４４ａに設けられた高温負荷９３に伝えられる。さらに、通路４４ａは、冷却システム１０に備えられた高温用蓄熱槽５０の上方部分に接続している。循環通路４４の一部分である通路４４ａには中温用蓄熱槽４０からの水が流れているので、高温用蓄熱槽５０にも水が充填されることとなる。さらに、図１から分かるように、高温用蓄熱槽５０の上方部分から延びる循環通路４４の一部の通路４４ｂは高温用冷凍機群５１に接続している。さらに、図１に示されるように、高温用冷凍機群５１から延びる循環通路４４の一部の通路４４ｃは中温用蓄熱槽４０の上方部分に接続している。

図２は、中温用冷凍機群を拡大して示す拡大概略図である。図２に示される中温用冷凍機群４１は複数の冷凍機Ａから冷凍機Ｋより構成されている。これら冷凍機ＡからＫは、冷却システム１０の動作時に全て使用されるとは限らず、要求される熱負荷に応じて冷凍機ＡからＫの一部またはこれら全てが使用されるものとする。中温用冷凍機群４１に関連する熱負荷、例えば中温負荷９２の要求冷却度合が比較的小さい場合、つまり中温負荷９２の容量が比較的小さい場合には一部の冷凍機群、例えば冷凍機ＡからＣのみを使用し、中温負荷９２の要求冷却度合いが比較的大きい場合、つまり中温負荷９２の容量が比較的大きい場合には例えば全ての冷凍機ＡからＫを使用できるように設定できる。また、予め、中温用冷凍機群４１を一の冷凍機のみから構成していてもよい。

高温用冷凍機群５１、中温用冷凍機群４１、ならびに低温用冷凍機群２１をそれぞれ構成する個々の冷凍機は、いずれも同等の冷却出力を得ることのできる仕様とされている。ここに、冷却出力温度とは、これら冷凍機を通った後における、ブラインや水等の冷媒の温度を意味する。即ち、高温冷凍機群５１を構成する個々の冷凍機、中温冷凍機群４１を構成する個々の冷凍機は、いずれも、冷凍機の冷媒の膨張等の条件を適宜設定することで、低温冷凍機群２１を構成する個々の冷凍機と同等の冷却出力温度を得ることも出来る。そして、本発明においては、中温用冷凍機群４１は、中温用冷凍機群４１を構成する一又は複数の冷凍機の冷却出力温度が低温用冷凍機群２１を構成する個々の冷凍機よりも高くなるよう設定されている。この為、低温用冷凍機群２１のみを用いるのに比べ、ランニングコストを安価にできる。また、高温用冷凍機群５１は、高温用冷凍機群５１の、一又は複数の冷凍機の冷却出力温度が、中温用冷凍機群４１を構成する個々の冷凍機よりも高くなるよう設定されている。この為、低温用冷凍機群２１および中温用冷凍機群４１のみを用いるのに比べ、更にランニングコストを安価にできる。尚、図面には示さないものの、高温用冷凍機群５１も低温用冷凍機群２１も、中温用冷凍機群４１と同様に複数の冷凍機ＡからＫより構成されており、一の冷凍機のみから構成してもよい。

再び図１を参照すると、中温用蓄熱槽４０の上方部分から延びるサブ循環通路６１が高温用冷凍機群５１を通って中温用蓄熱槽４０の下方部分に接続している。

さらに、図１に示されるように、別の循環通路３１が低温用蓄熱槽２０に設けられており、さらに別の循環通路３２が中温用蓄熱槽４０に設けられている。そして、図１から分かるように、これら循環通路３１、３２は熱交換器３０によって互いに熱的に接続されている。

さらに、図１においては、中温用蓄熱槽４０の上方部分から高温用蓄熱槽５０の下方部分までを接続する供給通路６５が示されている。なお、低温用蓄熱槽２０内のブライン、ならびに中温用蓄熱槽４０および高温用蓄熱槽５０内の水はそれぞれ図示しないポンプによって図１に示される矢印の方向に適宜圧送されているものとする。この場合、高粘度のブラインは循環通路２３においてのみ循環されるので、低温用蓄熱槽２０に使用されるポンプは従来技術の場合よりも小容量のポンプで足りる。

図示される冷却システム１０の動作時には、前述したビール醸造時の麦汁、若ビール等が低温負荷９１、中温負荷９２または高温負荷９３として、および他の飲料製造時の飲料が中温負荷９２又は高温負荷９３として冷却システム１０に接続される。次いで、低温用冷凍機群２１、中温用冷凍機群４１および高温用冷凍機群５１のそれぞれを駆動する。これにより、低温用蓄熱槽２０内のブラインは約−５℃にまで冷却され、中温用蓄熱槽４０内の水は約５℃にまで冷却されると共に高温用蓄熱槽５０内の水は約１０℃から１３℃にまで冷却される。

低温用蓄熱槽２０における温度が約−５℃のブラインは低温用蓄熱槽２０の下方部分から循環通路２３に流入する。循環通路２３を循環するときには、ブラインは低温負荷９１を例えば約０℃からビール凍結温度までの温度に冷却する。低温負荷９１通過後のブラインは約−２℃にまで温度上昇して、循環通路２３を通じて低温用蓄熱槽２０の上方部分に流入する。ブラインは低温用蓄熱槽２０において低温用冷凍機群２１により再び冷却される。

同様に、中温用蓄熱槽４０における温度が約５℃の水は中温用蓄熱槽４０の下方部分から循環通路４３に流入する。この水は循環通路４３における中温負荷９２を約１０℃から約６℃の温度にまで冷却し、水自体は約１０℃から約１３℃にまで温度上昇して、循環通路４３を通じて中温用蓄熱槽４０の上方部分に流入する。同様に中温用蓄熱槽４０内の水は中温用冷凍機群４１によって冷却される。

さらに、中温用蓄熱槽４０において温度が約５℃の水は分岐点４９において分岐して循環通路４４の一部の通路４４ａに流入する。次いで、水は通路４４ａの高温負荷９３を約１０℃にまで冷却し、水自体は約２０℃程度にまで温度上昇して高温用蓄熱槽５０の上方部分に流入する。次いで、水は高温用蓄熱槽５０の上方部分から通路４４ｂを通じて高温用冷凍機群５１に流入し、高温用冷凍機群５１において約１０℃から約１３℃に冷却される。次いで、水は高温用冷凍機群５１から通路４４ｃを通じて中温用蓄熱槽４０の上方部分に流入する。

ここで、図３（ａ）は中温用蓄熱槽を拡大して示す拡大略図である。前述したように、中温用蓄熱槽４０の下方部分から流出する水の温度は約５℃であるが、この水は中温負荷９２を冷却するときに温度上昇するので、循環通路４３を通じて中温用蓄熱槽４０の上方部分に再び流入するときの水の温度は約１０℃から約１３℃になる。また、高温用蓄熱槽５０からの水も高温用冷凍機群５１によって約１０℃から約１３℃にまで冷却されて、通路４４ｃを通じて中温用蓄熱槽４０の上方部分に流入する。一方、中温用蓄熱槽４０の上方部分に在る温度約１０℃から約１３℃の水は、中温用冷凍機群４１によって温度約５℃にまで冷却されて中温用蓄熱槽４０の下方部分に戻る。周知であるように、流体は温度の高いものが上方に集まると共に温度の低いものが下方に集まる傾向がある。従って、中温用蓄熱槽４０内における水は成層している。つまり、図３（ａ）に示されるように、中温用蓄熱槽４０においては、温度約１０℃から約１３℃程度の上方層４５と温度約５℃程度の下方層４６とが形成されるようになる。実際には、上方層４５と下方層４６との間には複数の温度分布層が形成されるが、理解を容易にするために、これら温度分布層については図示および説明を省略する。

図３（ｂ）は、高温用蓄熱槽を拡大して示す拡大略図である。前述したように通路４４ａ内の水の温度は約５℃であるが、この水は高温負荷９３を冷却するときに温度上昇するので、高温用蓄熱槽５０の上方部分に流入するときの温度は約２０℃である。この水は通路４４ｂを通じて高温用冷凍機群５１に供給され、高温用冷凍機群５１において約１０℃から約１３℃に冷却された後で通路４４ｃを通じて中温用蓄熱槽４０の上方部分に流入する（図３（ａ）を参照されたい）。そして、図１に示される供給通路６５によって、中温用蓄熱槽４０の上方部分に在る水（温度約１０℃から約１３℃）が高温用蓄熱槽５０の下方部分に供給される。従って、中温用蓄熱槽４０の場合と同様に、水は高温用蓄熱槽５０内において成層し、図３（ｂ）に示されるように、温度約２０℃程度の上方層５５と温度約１０℃から約１３℃程度の下方層５６とが形成されるようになる。この場合にも上方層５５と下方層５６との間には複数の温度分布層が形成されるが、理解を容易にするために、これら温度分布層については図示および説明を省略する。

このように、本発明においては、供給通路６５によって高温用蓄熱槽５０の下方部分と中温用蓄熱槽４０の上方部分とを接続している。そして、前述したように高温用蓄熱槽５０の下方層５６の温度と、中温用蓄熱槽４０の上方層４５の温度とは概ね等しい。つまり、このような場合には、高温用蓄熱槽５０が中温用蓄熱槽４０の上方に配置されて、これら蓄熱槽５０、４０が擬似的に一体化していると解釈することができる。すなわち、本発明の冷却システムの一部を拡大して示す拡大概念図である図４に示されるように、高温用蓄熱槽５０と中温用蓄熱槽４０とは、供給通路６５（図４には示さない）によって一体化された単一蓄熱層７０として解釈することが可能である。

また、このような場合には、高温用冷凍機群５１は通路４４ｂによって高温用蓄熱槽５０の上方層５５に接続されており、さらに高温用冷凍機群５１は通路４４ｃによって中温用蓄熱槽４０の上方層４５に接続されているといえる。さらに、中温用冷凍機群４１は通路４２によって中温用蓄熱槽４０の上方層４５と下方層４６とに接続されているといえる。

ここで、単一蓄熱層７０内部に着目すると、高温用蓄熱槽５０の下方層５６と中温用蓄熱槽４０の上方層４５との温度が概ね等しいので、これら下方層５６と上方層４５とは事実上一体的な層であると解釈できる。従って、単一蓄熱層７０内においては、温度約２０℃程度の上方層５５、温度約１０℃から約１３℃の下方層５６と上方層４５とからなる層、および温度約５℃程度の下方層４６の三つの層が存在していると解釈することができる。

ところで、ビールの必要冷却量は、夏季において高くなっているとともに、冬季においては、低くなっている。一方、例えば、コーヒー飲料等の清涼飲料の必要冷却量も、夏季において高くなっているとともに、冬季においては、低くなっている。

しかしながら、清涼飲料を製造する際には、低温負荷９１に対する冷却要求はなく、また、清涼飲料の生産品目（コーヒー飲料、炭酸飲料、ウーロン茶、緑茶等）毎に、中温負荷９２または高温負荷９３に対する冷却要求の程度が異なり、この為、生産品目の数量割合が変動すれば、当然に、中温負荷９２または高温負荷９３に対する冷却要求の割合も大きく変動することになる。従って、ビールと清涼飲料とを製造する工場においては、ビールないし清涼飲料を専用で製造する工場に比べて、季節や生産品目に応じて、大きく変動する低温負荷９１、中温負荷９２および高温負荷９３に対する冷却要求に対応できるように冷却システムを調節することが望まれている。

この点に関し、本発明においては前述した供給通路６５を採用することにより、単一蓄熱槽７０を擬似的に形成している。前述したように、通常は、冷却システム１０の高温用冷凍機群５１は、中温用冷凍機群４１よりも、冷却出力温度の高い冷凍機を多くした構成とされている。ところが、高温用冷凍機群５１、中温用冷凍機群４１、ならびに低温用冷凍機群２１をそれぞれ構成する個々の冷凍機は、いずれも同等の冷却出力温度を得ることのできる仕様とされているので、高温用冷凍機群５１の冷凍機の一部の冷却出力温度を、中温用冷凍機群４１の個々の冷凍機の冷却出力温度と同等の冷却出力温度に設定することも可能である。
例えば、高温負荷９３に対する冷却要求が高い場合には、下方層４６および上方層５５とから成る層が大きくなるように、高温用冷凍機群５１のうちの、個々の冷凍機の冷却出力温度を、中温用冷凍機群４１の個々の冷凍機の冷却出力温度より高くなる設定としておくことで、このような冷却要求に対応することができる。同様に、中温負荷９２に対する要求が高い場合には、上方層４５および下方層５６とが大きくなるように、高温用冷凍機群５１の中温蓄熱槽４０に近接する側にある幾つかの冷凍機の冷却出力温度を、中温用冷凍機群４１の個々の冷凍機の冷却出力温度と同等とすることで、対応することができる。このため、季節に基づく需給の変動によって、中温負荷９２および高温負荷９３に対する冷却要求が変動するようなビールと清涼飲料とを製造する工場においては、供給通路６５を供えた構成の冷却システム１０はこのような要求に容易に対応することができる。

また、中温負荷９２に対する要求が高い場合には、高温用冷凍機群５１の中温蓄熱槽４０に近接する側にある幾つかの冷凍機の冷却出力温度を、中温用冷凍機群４１の個々の冷凍機の冷却出力温度と同等とするとともに、中温用蓄熱槽４０の上方層４５の水（約１０℃から約１３℃）をサブ循環通路６１によって、この中温用冷凍機群４１の個々の冷凍機の冷却出力温度と同等とされた高温用冷凍機群５１の冷凍機に供給し、水を約５℃程度にまで冷却し、サブ循環通路６１を通じて、中温用蓄熱槽４０の下方層４６に戻すようにする。これにより、本発明の冷却システム１０においては、中温負荷９２に対する冷却要求が高い場合であっても、これに容易に対応することができる。同様に、例えば中温用冷凍機群４１が不作動となった場合にも、サブ循環通路６１を用いることによって、高温用冷凍機群５１を中温用冷凍機群４１のバックアップとして使用できる。

さらに、本発明においては、低温用蓄熱槽２０の冷熱を循環通路３１、熱交換器３０および循環通路３２を介して中温用蓄熱槽４０に伝えられるようになっている。前述したように低温用蓄熱槽２０のブラインの温度は中温用蓄熱槽４０内の水の温度よりも低いので、低温用蓄熱槽２０の冷熱を中温用蓄熱槽４０に伝えることにより、中温用冷凍機群４１による中温用蓄熱槽４０の冷却作用を補完することが可能となる。従って、本発明の冷却システム１０においては、例えば中温負荷９２に対する冷却要求が高い場合、および中温用冷凍機群４１が不作動となった場合であっても、低温用蓄熱槽２０内ブラインの冷熱を中温用冷凍機群４１のバックアップとして使用し、このような事態に対応することが可能となる。なお、当然のことながら、前述した部材のいくつかを適宜組み合わせることが本発明の範囲に含まれるのは明らかである。

本発明の実施形態に基づく冷却システムの概略図である。中温用冷凍機群を拡大して示す拡大概略図である。（ａ）中温用蓄熱槽を拡大して示す拡大略図である。（ｂ）高温用蓄熱槽を拡大して示す拡大略図である。本発明の冷却システムの一部を拡大して示す拡大概念図である。従来技術に基づく冷却システムの概略図である。アルコール飲料以外の飲料の製造時に使用される冷却システムの略図である。

符号の説明

１０冷却システム
２０低温用蓄熱槽（ブライン蓄熱層）
２１低温用冷凍機群（ブライン用冷凍機群）
２３循環通路（第三循環通路）
２４熱交換器
３０熱交換器
３１、３２循環通路
４０中温用蓄熱槽（第一蓄熱層）
４１中温用冷凍機群（第一冷凍機群）
４３循環通路（第一循環通路）
４４循環通路（第二循環通路）
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ通路
４５上方層
４６下方層
５０高温用蓄熱槽（第二蓄熱層）
５１高温用冷凍機群（第二冷凍機群）
５５上方層
５６下方層
６１サブ循環通路
６５供給通路
９１低温負荷（第三熱負荷）
９２中温負荷（第一熱負荷）
９３高温負荷（第二熱負荷）
１００冷却システム

Claims

水を貯蔵する第一蓄熱槽と、
該第一蓄熱槽に接続されていて該第一蓄熱槽の水に蓄熱する第一冷凍機と、
前記第一蓄熱槽の下方部分から該第一蓄熱槽の上方部分までを循環していて第一熱負荷が配置される第一循環通路と、
前記第一蓄熱槽の下方部分から該第一蓄熱槽の上方部分までを循環していて第二熱負荷が配置される第二循環通路とを具備し、前記第二熱負荷は前記第一熱負荷よりも熱的に高くなっており、
さらに、
前記第二循環通路の前記第二熱負荷と前記第一蓄熱槽との間に配置されていて水を貯蔵する第二蓄熱槽とを具備し、前記第二循環通路は前記第二蓄熱槽の上方部分に水を供給すると共に前記第二蓄熱槽の上方部分からの水を前記第一蓄熱槽の上方部分に供給するようになっており、
さらに、
前記第二循環通路において前記第二蓄熱槽と前記第一蓄熱槽との間に設けられていて前記第二蓄熱槽の上方部分からの水に蓄熱する第二冷凍機とを具備し、該第二冷凍機の冷却出力温度は前記第一冷凍機よりも高く設定されている冷却システム。
水を貯蔵する第一蓄熱槽と、
該第一蓄熱槽に接続されていて該第一蓄熱槽の水に蓄熱する第一冷凍機と、
前記第一蓄熱槽の下方部分から該第一蓄熱槽の上方部分までを循環していて第一熱負荷が配置される第一循環通路と、
前記第一蓄熱槽の下方部分から該第一蓄熱槽の上方部分までを循環していて第二熱負荷が配置される第二循環通路とを具備し、前記第二熱負荷は前記第一熱負荷よりも熱的に高くなっており、
さらに、
前記第二循環通路の前記第二熱負荷と前記第一蓄熱槽との間に配置されていて水を貯蔵する第二蓄熱槽とを具備し、前記第二循環通路は前記第二蓄熱槽の上方部分に水を供給すると共に前記第二蓄熱槽の上方部分からの水を前記第一蓄熱槽の上方部分に供給するようになっており、
さらに、
前記第二循環通路において前記第二蓄熱槽と前記第一蓄熱槽との間に設けられていて前記第二蓄熱槽の上方部分からの水に蓄熱する第二冷凍機群とを具備し、該第二冷凍機群を構成する冷凍機の一部ないし全部の冷却出力温度は前記第一冷凍機よりも高く設定されている冷却システム。
さらに、前記第一蓄熱槽の上方部分からの水を前記第二蓄熱槽の下方部分まで供給する供給通路を具備する請求項１に記載の冷却システム。
さらに、前記第一蓄熱槽の上方部分からの水を前記第二蓄熱槽の下方部分まで供給する供給通路を具備する請求項２に記載の冷却システム。
さらに、前記第一蓄熱槽の上方部分から該第一蓄熱槽の下方部分までを循環するサブ循環通路を具備し、前記第二冷凍機群が前記サブ循環通路に設けられている請求項２又は４に記載の冷却システム。
さらに、ブラインを貯蔵するブライン蓄熱槽と、
該ブライン蓄熱槽に接続されていて該ブライン蓄熱槽のブラインに蓄熱するブライン用冷凍機と、
前記ブライン蓄熱槽の下方部分から該ブライン蓄熱槽の上方部分までを循環していて第三熱負荷が配置される第三循環通路とを具備し、前記第三熱負荷は前記第一熱負荷よりも熱的に低くなっている請求項１から５のいずれか一項に記載の冷却システム。
さらに、前記ブライン蓄熱槽と前記第一蓄熱槽との間で熱交換する熱交換器を具備する請求項６に記載の冷却システム。
水を貯蔵する第一蓄熱槽と、
該第一蓄熱槽に接続されていて該第一蓄熱槽の水に蓄熱する第一冷凍機と、
前記第一蓄熱槽の下方部分から該第一蓄熱槽の上方部分までを循環していて第一熱負荷が配置される第一循環通路と、
さらに、
ブラインを貯蔵するブライン蓄熱槽と、
該ブライン蓄熱槽に接続されていて該ブライン蓄熱槽のブラインに蓄熱するブライン用冷凍機と、
前記ブライン蓄熱槽の下方部分から該ブライン蓄熱槽の上方部分までを循環していて第三熱負荷が配置される第三循環通路とを具備し、前記第三熱負荷は前記第一熱負荷よりも熱的に低くなっている冷却システム。
さらに、前記ブライン蓄熱槽と前記第一蓄熱槽との間で熱交換する熱交換器を具備する請求項８に記載の冷却システム。