JPH0615944B2 - 寒剤冷却器内のガス流を制御する方法及び装置 - Google Patents

寒剤冷却器内のガス流を制御する方法及び装置

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JPH0615944B2
JPH0615944B2 JP63234703A JP23470388A JPH0615944B2 JP H0615944 B2 JPH0615944 B2 JP H0615944B2 JP 63234703 A JP63234703 A JP 63234703A JP 23470388 A JP23470388 A JP 23470388A JP H0615944 B2 JPH0615944 B2 JP H0615944B2
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  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は例えば米国特許第3892104号に記載のよ
うなトンネル型寒剤式食品冷却器に関し、冷却、場合に
より冷凍される製品(例えば食品)は、製品の最終冷却
を生ずるのに使われる寒剤の蒸気に関して向流関係で細
長いトンネルを通して進む。
(従来の技術) 製品(例えば食品)の寒剤冷却を得るのに使われる冷却
器の最も普及している型の一つは、消費される冷媒とし
て液体窒素を使う連続した処理トンネルである。工業的
に使われるこの種装置の一つは、米国特許第38138
95号、第3892104号に示され、両特許の明細書
は文献として紹介している。従来技術の装置は、これが
向流熱交換器として設計されているので高い熱効率を達
成している。製品は連続するベルト上でトンネルを通り
入口端(入口又は開口)から排出端(出口又は開口)に
移動する。液体窒素は食品上に、冷却器の排出端(開
口)に近い所で噴射される。液体窒素噴射領域内に放出
された−196℃(−320゜F)の冷たい窒素ガス
は、これが冷却器の入口に向けて動く時に複数個のガス
再循環領域を通して動く。この点の所で最大の利用出来
る冷却が使われるから、暖められた窒素ガスはトンネル
の入口端の近くに置かれた排気ファンにより外側大気に
排出することが出来る。
241Kpa(35.0psia)で平衡する液体窒素は、こ
れが大気圧に蒸発する時に、187J/g(80.5BT
U/Ibの潜熱を持つている。製品が冷却器に24℃(7
5゜F)で入る時、窒素ガスは、前記特許に示され、且
つ「クリオ、クイツク冷却器」として本出願人が販売す
るよう提供されているような冷却器内で約−18℃(0
゜F)で冷却器の入口を出る。これらの条件で、冷却器
は最適の熱効率で作動し、窒素ガスは185J/g(7
9.5BTU/Ibの顕熱を持つている。それゆえ、液体
窒素は372J/g(160BTU/Ibの全利用可能冷却
力を持つている。窒素ガスの顕熱は利用出来る冷却力全
体のほぼ半分であるから、高い熱効率を達成するため冷
却器を通して正しい窒素ガス流を設けることが必要であ
る。
冷却器内に射出される液体窒素の量は冷凍される製品
(例えば食品)に必要な冷却の量の如何による。その
上、生産が中断される時は何時でも、液体窒素の流速は
冷却器をその作動温度に維持するため相当に減らさねば
ならない。幅711mm(28インチ)、長さ20m(6
6フイート)のコンベアベルトを持つ代表的「クリオ、
クイツク冷却器」では、液体窒素流速は1390から1
62Kg/hr(3065−358Ib/hrに変わる。その上、
液体窒素流が生産中断時に完全に遮断される時に、最も
効率のよい作動が得られる。もし生産が長時間止められ
れば、液体窒素は、冷却器の中の温度を基として冷却器
に再び入れられる。それゆえ冷却器を通る窒素ガス流
は、最大流からゼロまでの広い範囲で変えねばならな
い。
もしガス流制御装置が、液体窒素噴射領域内に放出され
る窒素ガスの量より大きいガス容積を動かすならば、暖
かい室内空気が冷却器の排出開口内に引入れられる。暖
かい室内空気の流入は重大な熱の入力であり、熱効率の
損失を生じる。その上、室内空気内に含まれる水分は、
冷却器内に霜及び氷の付着を生じ、その性能を悪くす
る。もしガス流制御装置が、必要より小さい量を動かす
ならば、冷たい窒素ガスは排出開口の外に流出して、熱
効率に重大な損失を生じる。又窒素ガスが処理室内に流
出することにより、酸素欠乏状態を生じ、きびしい安全
上の危険を生じる。
米国特許第3345828号に示す初期の冷却器では、
冷たいガスが製品流と逆に流れるのを確実にするため、
平行フアンがトンネル内に使われた。冷たいガスが暖か
いガスと接触する集合点に置かれたサーモカツプルは、
暖/冷接触の程度を検知するため、及び平行流フアン間
の循環量を釣合わすためのダンパの位置を変えるために
使われた。この方法は平行流フアンを使う冷却器に対し
満足であることを証明したけれども、米国特許第340
3527号の特許者はこの装置を、平行流フアンと共に
追加のダンパを使つて改善した。
初期の平行流フアン型冷却器のあとで、半径方向流フア
ンが製品にガスを逆流して強制することが出来ることが
発見された。米国特許第3813895号はすべてに半
径流フアンを使つた冷却器の型を示しており、ここでは
温度で作動する彎曲ダンパを冷却器内のガスの全流を制
御するのに使うことが出来た。しかし、この装置は小型
の冷却器〔例えばトンネル長が6.6m(22フイー
ト)又はそれ以下〕の冷却器で満足に作動することが見
出された。米国特許第3892104号の特許者は、冷
たい寒剤をトンネルの入口端に向けて動かすのに遠心フ
アンを使つた。フアンの制御及びそれゆえトンネルを通
るガスの運動の制御は、噴射ヘッダ圧力を感知すること
で行なわれ、ヘツダ圧力は順にフアンの速度を制御す
る。
米国特許第4528819号は食品冷却に適する没入型
寒剤冷却器を記しており、ここで蒸発した寒剤の運動は
冷却器を通る製品の運動と並流である。特許者は蒸発し
た窒素流の方向を制御するための排気フアンの制御器を
記し、これが順に空気が冷却器内に吹込むのを防ぐ。し
かし、排気フアンは、冷却器を通して、蒸発した寒剤を
動かすのにトンネル型冷却器では効果的に使うことは出
来ない。冷却器が9m(30フイート)より長ければ、
排気フアンは冷却器を通して十分な量の蒸発寒剤を動か
すことは出来ない。排気フアンは小型冷却器では使うこ
とが出来るけれども、排気フアンは又冷却器の入口開口
を通して室内空気を引入れる。湿つた室内空気が蒸発し
た寒剤と混合すると、水分は霜となり、排気ダクトは詰
まらせる。この状態は、蒸発した寒剤が−45℃(−5
0゜F)より冷たく、室内空気の相対湿度が50%より
大きい時最もきびしい。
米国特許第3613386号は寒剤冷却器内で液体窒素
中を制御する制御装置を記している。上記特許第361
3386号内に記す制御装置は、今日売られている半径
方向型冷却器内で使われ、且つ本発明の制御装置でも使
うことが出来る。
(発明が解決しようとする課題) 市販の「クリオ、クイツク冷却器」は、米国特許第38
92104号に示すようなガス流制御装置を使つてい
る。可変速ガス制御装置を持つこの型の冷却器は、液体
窒素噴射ヘツダ内の圧力を感知することにより蒸発窒素
の流れを導く。圧力シグナルはそれゆえ、この場合遠心
フアンであるガス゜Fブロアの速度を変えるのに使われ
る。この装置は、連続生産時に正しく作動するけれど
も、いくつかの欠点を持つている。食品が先ず冷却器に
入る時、コンベアベルトが冷却器の内側でその全長が完
全に被われるまで、冷却器を通しての圧力降下が変わ
る。その結果、冷却器作業者は生産が開始される度毎に
最大速度ポテンシヨメータを調節せねばならない。同様
に、冷却器全体の流動状態は生産が止まる毎に変化す
る。それゆえ、冷却器作業者は冷却器に製品が無くなる
時に再び最大速度ポテンシヨメータを調節せねばならな
い。この型の装置の使用経験者は、異なる食品製品に対
し、冷却器を通しての圧力降下が変わる事を見出してい
る。それゆえ異なる食品が冷却器内に置かれる時、冷却
器作業者は、冷却器を通して正しい窒素ガス流を達成す
るため最大速度ポレンシヨメータを再調節せねばならな
い。もし液体窒素保管タンク圧力で示されるような液体
窒素の釣合状態が著しく変わるならば、噴射ノズルを通
して流れる液体窒素の質も又変わる。液体窒素噴射ヘツ
ダ圧力が同じ液体窒素流速に対し異なるのはこの理由の
ためである。この同じ状態は、液体窒素噴射ノズルがご
みで詰まる時にも得られる。これら環境下で、冷却器作
動者は正しいガス流を得るため最大速度ポテンシヨメー
タを再調節せねばならない。本装置の最もきびしい欠点
は、これが正しい作動のため冷却器作動者が最大速度ポ
テンシヨメータを調節することを必要とすることであ
る。冷却器作動者がもし不正に装置を調節するならば、
冷却器は装置が再調節されるまで非能率で作動する。
本発明の目的は上記の問題点を解決した寒剤冷却器内の
ガス流を制御する方法及び装置を提供することである。
(課題を解決するための手段) 連続する寒剤食品冷却器を通る寒剤ガスの全流が冷却器
の排出端又はその近くにサーモカツプルを置くことでも
たらすことが出来ることが見出された。サーモカツプル
は順に、温度制御器に結合され、制御器は順にモータ制
御器に結合され、このモータ制御器はトンネル内のガス
流制御フアンを駆動するモータの速度を制御する。サー
モカツプルは、冷却器の排出開口の所での寒剤蒸気又は
周辺空気の存在を感知することが出来る。もし室内空気
が冷却器の排出端内に引入れられていれば、温度は処理
室のもの、例えば24℃(75゜F)に近付く。もし冷
たい窒素ガスが排出端から流出すれば、温度は−196
℃(−320゜F)に近付く。それゆえ正しいガス流状
態はこれら限界の間のある温度で達成することが出来
る。最適の設定点は特定の製品に対し最小の作業者の介
入で到達することが出来る。特定の製品に対し特定の設
定点が確認される時、その后の冷却運転は温度制御器内
に設定点をプログラムすることにより行なうことが出来
る。
(実施例) 第1図を参照すれば、符号10は米国特許第381389
5号又は第3892104号に示す型の寒剤冷却器、即
ちトンネルを示している。冷却器即ちトンネル10は、各
々が12で示す再循環フアンモータにより駆動される複数
個の再循環フアンを有する。再循環フアンモータ組立体
12の各々は矢印14によりトンネルの内側で蒸気寒剤を再
循環し、再循環の通路は、従来技術内で適切に述べられ
るように冷却器内に置かれた複数個のバツフル16、18、
20、22、24で形成される。液体寒剤(例えば液体窒素)
は冷却器内に、噴射ヘツダ26と、これに結合された液体
寒剤(液体窒素)管28とにより噴射される。液体窒素の
管28は順に、技術上知られているようなパイプにより、
液体寒剤タンク(図示なし)などの適当な供給源に結合
される。冷却器10の内側にコンベアベルト30が置かれ、
このベルトにより矢印32で示す方向にその上に置かれた
製品が動かされる。液体窒素噴射ヘツダ26は冷却器10の
排出端34の近くに置かれる。ヘツダ26から噴射された液
体窒素は蒸発して、噴射ヘツダ26に近い領域内でトンネ
ル冷却器10の内側に寒剤の蒸気を作り上げる。可変速モ
ータ38で駆動されるガス制御フアン、即ちブロア36は冷
却材の蒸気を矢印40で示す方向にトンネルを通して動か
す。この目的に適するバツフル装置とフアンの型とは又
従来技術に適切に伸べられている。冷却器又はトンネル
10は製品入口端42を有し、その近くに排気ダクト44が置
かれる。排気ダクト44は適当な排気フアンを有し、且つ
冷却器10のすぐ近くの領域の外側に通常排出し、冷却器
10が使われる周辺大気内の酸素の減少を防ぐ。
冷却器10の出口端34の近くにサーモカツプル46が置か
れ、このサーモカツプルは温度制御器48に結合され、制
御器は順にフアン速度制御器50に結合される。
第2図を参照すれば、サーモカツプル46は−196℃
(−320゜F)から周辺温度例えば24℃(75゜F)
までの温度範囲にわたつて使われるために銅/コンスタ
ンタンなどの適当な型である。サーモカツプル46は温度
制御器48の入力であり、この制御器は本発明の好適実施
例では、例えばニユージヤーシー、サドルプルツクのサ
ーモエレクトリツク社で製造販売されている系列900
などの自動復元と相対している温度制御器である。温度
制御器48の出力導線52、54はガス流フアン速度制御器50
の入力である。制御50は順にフアンモータ38の入力であ
る出力導線56、58、60を持つている。ブロア36が交流モ
ータで駆動される場合、ガス流フアン制御器50は、ペン
シルバニア、チヤンバースバーグのT.Bウツズサンで
提供される系列AF2000などの交流インバータでよ
い。ガス流フアン制御器(インバータ)50の出力は1−
60ヘルツでよく、且つ標準の交流モータに結合され、
このモータは本発明の好適実施例では定格1750回/
分の交流モータである。サーモカツプル、温度制御器、
ガス流フアン制御器(46、48、50)から成る全装置は、
通常の動力導線62、64、66を経て動力を受け、これら導
線は適当な短絡保護装置(例えばフユーズ68、70、72)
を収容している。周波数計74は、モータ38の回転速度を
示すためガス流フアン制御器50に結合することが出来
る。適当なタツプ78、80、82を持つポテンシヨメータ76
は、ガス制御フアンモータ38を手動で作動するための既
知のようにガス流フアン制御器50に結線される。起動回
路84は全制御装置を付勢するための適当な接触リレーを
組入れて有する。第2図に示す制御装置は導線90、92に
より米国特許第3613386号に示す全制御装置と結
合して、冷却器10を通る液体窒素送出制御と全ガス流制
御との両者をもたらすことが出来る。
技術上よく知られるように、第2図の制御装置は、これ
が自動又は手動で作動出来るように結線することが出来
る。この事は、ポテンシヨメータ76を持つ回路内に押ボ
タンと、86で示すリレーとを使つて行なわれ、それによ
りリレー86を付勢する事で装置を自動作動にする。反対
に、除勢によりリレーが開けば、装置はポテンシヨメー
タ76を変えることにより手動にすることが出来る。
第2図の回路はリレー86の代りに接触体を持つ押ボタン
を使つて構成することが出来る。本発明の装置は、サー
モカツプル46が第1図に示す所の冷却器の温度を感知す
るように機能する。もし室温又は周辺温度が冷却器10の
排出端34の中に引入れられると、温度は処理室温度、例
えば24℃(75゜F)に近付く。反対に過度の窒素ガ
スが冷却器10の内側に作り上げられ、排出端34から流出
すると、サーモカツプル46により感知される温度は−1
96℃(−320゜F)に近付く。それゆえ正しいガス
流状態はこれら限界の間の温度値で達成することが出来
る。
例えば、上に引用した相対型温度制御器は、実際の温度
が制御器の設定点に等しい時に約12ミリアンペアの一
定出力を提供する。この入力で上記交流インバータは約
30ヘルツの出力周波数を提供し、これが順にガス流ブ
ロアモータ38を駆動して約875回/分で回転する。も
し冷たい窒素ガスが排出端34から流出すると、温度は下
降して温度制御器48の出力を増大する。それゆえ交流イ
ンバータ制御器50は、その出力周波数を増大して、ガス
制御ブロアモータ38をより速く駆動し、冷却器入口端42
に向けてより多くの窒素を送る。反対にもし、室内空気
が排出端に引入れられると、サーモカツプルの所の温度
はより暖かくなり、温度制御器48の出力を減少する。こ
の事は順にフアン速度制御器(交流インバータ)50の出
力を減少させ、それゆえガス制御ブロアを減速させて、
窒素が室内大気に入るのを防ぐ。
実験室試験では、上記交流モータは、実際の温度が設定
点より38℃(69゜F)冷たかつた時に60ヘルツ
(1750回/分)で作動した。実際温度が設定点より
27℃(48゜F)暖かつた時に、交流モータは運転を
停止した。
本発明によるガス流制御器は商業的作動内に設置され
た。制御器は既存の「クリオ、クイツク冷却器」に追加
され、冷却器は1134Kg/hr(2500Ibs/hr)のチ
キンコロツケ及びソースを処理するのに使われた。この
処理運転時に次の資料が記録された。
排出端温度 −40.6℃(−41゜F) 温度制御器設定点 −40℃(−40゜F) 交流インバータ出力 26ヘルツ 液体窒素噴射ヘツダ圧力 44Kpa(6.4psi) 上記作動助変数は冷却器に正しいガス流を提供し、それ
ゆえトンネル内への周辺空気の流入、又はトンネルから
の冷たい窒素ガス蒸気の流出を最小にした。運転時に、
液体窒素出力が変わり、ガス流状態が変わる時、交流イ
ンバータ出力は0から26ヘルツの間で変わつた。しか
し冷却器を通るガス流は何時も正しく維持された。
上記のように、温度制御器設定点は冷凍される製品の如
何で変わる。しかしこの設定点は次の処理運転のために
冷却器を通る正しいガス流を維持するため容易に決める
ことが出来る。
(発明の効果) 本発明の改善されたガス流制御装置は、従来技術に示す
装置と比べていくつかの利点を持つている。本発明の装
置が排出端におけるガスの相対運動を感知する事を考え
て、本装置は、例えば製品を搭載又は除去するなど冷却
器内の流れの状態の変化に対し自動的に修正する。同様
に、異なる型の製品に対し自動的に補正する。液体窒素
噴射ヘツダに送出される液体窒素品質の変化は、ガス流
制御器が独立して作動するからその性能に影響しない。
新しい装置の最も驚くべき利点は、この装置が連続を基
として冷却器作業者が装置を再調節する必要が無い事で
ある。その上、温度制御器が不変に維持される特定の設
定点を持つから、作業者が正しいガス流状態を判定する
必要がない。
本発明の好適実施例は標準交流モータを駆動するのに交
流インバータの使用を記しているけれども、代りに、直
流モータ制御器も、直流モータを駆動するのに使うこと
が出来、直流モータは与えられた冷却器に対し望ましい
ならばフアンの回転速度を順に制御する。
その他の型のモータ及びモータ制御器も、一方では、正
味の効果が、冷たい窒素ガスがトンネルの排出端を出る
時に、装置がガス制御フアン又はブロアの回転速度を増
して、排出端の所でゼロの流れ状態を維持するように働
らくならば使うことが出来る。他方では、室内空気が排
出に入る時、装置はガス制御フアン又はブロアの回転速
度を減少するよう、及び最后には室内空気が通常の運転
時に冷却器から追放されることを示す状態ならばフアン
の回転を止めるよう働らかねばならない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明が適用される冷却器の図解図、第2図は
本発明の装置に対する簡素化した回路図である。 10……冷却器、12……モータ、14……矢印、16、18、2
0、22、24……バツフル、26……ヘツダ、28……管、30
……ベルト、32……矢印、34……排出端、36……ブロ
ア、38……モータ、40……矢印、42……入口端、44……
ダクト、46……サーモカツプル、48……温度制御器、50
……フアン速度制御器、52、54、56、58、60、62、64、
66……導線、68、70、72……フユーズ、74……周波数
計、76……ポテンシヨメータ、78、80、82……タツプ、
84……起動回路、86、88……リレー、90、92……導線。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入口及び出口を持つ冷却器を通過する製品
    と向流熱交換で通過する蒸発した寒剤を使って、その製
    品を迅速に冷却する方法において、 蒸発した前記寒剤が前記冷却器内に存在しているか、又
    は周辺大気が前記出口を経て前記冷却器内に入っている
    かを判定するため前記冷却器の前記出口の温度を検出す
    る工程と、 前記冷却器から前記蒸発した寒剤が過度に放出すること
    又は前記冷却器内に前記周辺大気が過度に流入すること
    を防ぐため、前記製品と向流熱交換する前記蒸発した寒
    剤の全流を予め設定されたセット温度に基づき、可変速
    ファンにより制御する工程とを有することを特徴とする
    寒剤冷却器内のガス流を制御する方法。
  2. 【請求項2】蒸発した寒剤の全流が、冷却器の出口に置
    かれたサーモカップルと、冷却器の出口で検出された温
    度に基づいてファンの回転速度を変える制御器とに結合
    された可変速ファンを使って自動的に制御されることを
    特徴とする請求項1記載の寒剤冷却器内のガス流を制御
    する方法。
  3. 【請求項3】サーモカップルの検出信号で温度制御器が
    作動し、この温度制御器によってファン制御器が駆動
    し、このファン制御器によって可変速ファンが回転制御
    されることを特徴とする請求項1に記載の寒剤冷却器内
    のガス流を制御する方法。
  4. 【請求項4】製品を冷却するための寒剤冷却器にして、
    前記冷却器が製品を入口端から排出端に運ぶためのコン
    ベアベルトを有する全体として細長い隔離されたトンネ
    ルと、前記トンネルの前記排出端の近くに置かれた液体
    寒剤噴射系と、前記製品との向流熱交換でのその製品と
    の接触により蒸発した前記寒剤を移動させるためのガス
    制御ファンとを有する寒剤冷却装置において、 前記トンネルの前記排出端に置かれたサーモカップル
    と、 前記サーモカップルの出力端子に接続された温度制御器
    と、この温度制御器の出力端子に接続され、前記ガス制
    御ファンの回転速度を制御するモータ制御器と、前記温
    度制御器に設けられた自動温度セット手段とを有し、前
    記サーモカップルが前記トンネル内への周辺空気の流
    入、又は前記トンネルからの蒸発寒剤の流出を検出した
    時、前記モータ制御器は前記周辺空気の流入又は前記蒸
    発した寒剤の流出の防ぐように前記ガス制御ファンの回
    転速度を変えるように構成されていることを特徴とする
    寒剤冷却器内のガス流を制御する装置。
  5. 【請求項5】モータ制御器が交流インバータで、ガス制
    御ファンが交流モータにより駆動される請求項4記載の
    寒剤冷却器内のガス流を制御する装置。
  6. 【請求項6】モータ制御器が直流制御器で、ガス制御フ
    ァンが直流モータにより駆動される請求項4記載の寒剤
    冷却器内のガス流を制御する装置。
  7. 【請求項7】前記サーモカップルが銅−コンスタンタン
    型である請求項4記載の寒剤冷却器内のガス流を制御す
    る装置。
  8. 【請求項8】サーモカップル、温度制御器及びモータ制
    御器が冷却器用の全制御装置内に統合されている請求項
    4記載の寒剤冷却器内のガス流を制御する装置。
  9. 【請求項9】自動温度セット手段のセットポイントが可
    変設定可能であることを特徴とする請求項4に記載の寒
    剤冷却器内のガス流を制御する装置。
JP63234703A 1987-09-18 1988-09-19 寒剤冷却器内のガス流を制御する方法及び装置 Expired - Lifetime JPH0615944B2 (ja)

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