(57)【要約】【課題】本発明は冷却材（４）を使用する冷却設備の室（２）を通る製品（Ｐ）の温度を予想する方法に関する。【解決手段】この方法は、前記室（２）を出る製品（Ｐ）の温度が予想される工程を有している。この予想は、前記室（２）の作動に関する量特性と、前記室（２）の熱力学的および物理的特性と、前記製品（Ｐ）の熱力学的および物理的特性とから算出される。本発明は食品用の急冷凍を制御するのに適せいている。【選択図】図１
2005504952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却流体（４）を使用する冷却設備の入口から室（２）を通って出口に移行する製品（P）の温度を予想する方法であって、前記室（２）からの出口における製品（P）の温度を予想する工程を含む方法において、上記予想は、前記室（２）の作動の量特性と、前記室（２）の熱力学的および物理的特性と、前記製品（P）の熱力学的および物理的特性とに基づいて算出されることを特徴とする製品（P）の温度を予想する方法。
【請求項２】
前記設備の作動の前記量特性のうちの少なくとも一部が手動で入力されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記設備の作動の前記量特性のうちの少なくとも一部が自動的にチャート化されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記冷却流体（４）の少なくとも熱力学的特性および前記室（２）の熱力学的および物理的特性を使用して、前記室（２）の容積の基本切片における熱バランスを解くことに基づいて前記室（２）の挙動の予想を行うことを特徴とする請求項１なきし３のうちのいずれか１に記載の方法。
【請求項５】
前記室（２）の挙動の前記予想は、更に前記設備の作動の前記量特性を使用することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記設備の作動の前記量特性は、
前記室（２）を通して前期製品（P）を搬送するためのコンベヤ（６）の速度と、
装填度と、
前記室（２）の雰囲気の換気と
よりなる群のうちの少なくとも１つを表していることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記室（２）の挙動の前記予想は、前記室（２）内に広がる温度分布の実験チャート化に基づいて補正されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記製品（P）の少なくとも前記熱力学的および物理的特性を使用して、前記製品（P）のメッシュを構成する空間的および時間的な点の配列に適用される打切り熱保存等式を解くことに基づいて前記製品（P）の挙動の予想を行うことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記製品（Ｐ）の挙動の前記予想は、更に前記設備の作動の前記量特性を使用することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記設備の作動の前記量特性は、前記室（２）への入口における前記製品（Ｐ）の温度よりなることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記製品（Ｐ）の挙動の前記予想は、数学的級数により前記製品（Ｐ）のメッシュを変更するための計算により最適化されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記製品（Ｐ）の挙動の前記予想は、エンタルピー変化が所定の閾値より低くなる、前記製品（Ｐ）の前記メッシュの空間的および時間的な点についての予想計算の削除により最適化されることを特徴とする請求項８ないし１１のうちのいずれか１に記載の方法。
【請求項１３】
前記室（２）からの出口における前記（Ｐ）の温度の前記予想は、前記室（２）の挙動の前記予想および前記製品（Ｐ）の挙動の前記予想に基づいていることを特徴とする請求項４もしくは８に記載の方法。
【請求項１４】
製品（Ｐ）の温度の前記予想は、この温度の実験的測定値を考慮することを特徴とする請求項１ないし１３のうちのいずれか１に記載の方法。
【請求項１５】
冷却流体（４）を使用する製品（Ｐ）を冷却するための設備の入口から室（２）を通して出口まで移行する製品（Ｐ）を冷却する方法において、請求項１ないし１３のうちのいずれか１に記載の前記製品（Ｐ）の温度を予想する工程を含むことを特徴とする製品（Ｐ）を冷却する方法。
【請求項１６】
前記予想は、前記室（２）の挙動の予想および前記製品（Ｐ）の挙動の予想を繰返すことによって行われ、前記方法は、
前記冷却流体（４）の流量と、
前記室（２）における前記製品（Ｐ）の滞留時間と、
前記室（２）から取出されるガスの流量と、
ガスの速度の上昇と、
ガスの再循環と、
設定値に近い、前記室（２）からの出口における前記製品（Ｐ）の温度の理論値が得られるまで、空気入口とガス出口とのバランス
よりなる群から選択されたパラメータにうちの少なくとも１つを変更する工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
製品（Ｐ）の温度の予想手段（２０）を備えており、冷却流体（４）を使用する冷却質（２）を備えた設備を通る製品（Ｐ）の温度を予想するための装置において、前記予想装置（２０）は、設備の作動の量特性、前記室（２）の熱力学的および物理的特性および前記製品（Ｐ）の熱力学的および物理的特性を使用する計算手段（２２、２４）を備えていることを特徴とする製品（Ｐ）の温度を予想するための装置。
【請求項１８】
前記設備の前記量特性の少なくとも一部の手動入力手段（１０）を備えていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記設備の作動の前記量特性の少なくとも一部の測定手段（８）を備えていることを特徴とする請求項１７または１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記予想手段（２０）は、前記室（２）の容積の基本切片における熱バランスを解くことに基づいて前記室（２）の挙動を予想するのに適している室予想装置（２２）を備えており、この室予想装置（２２）は、前記冷却流体（４）の熱力学的特性および前記室（２）の熱力学的および物理的特性を入力として受入れることを特徴とする請求項１７ないし１９のうちのいずれか１に記載の装置。
【請求項２１】
前記室予想装置（２２）は更に、前記設備の作動の前記量特性を入力として受入れることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記設備の作動の前記量特性は、
前記室（２）を通して前記製品（２）を搬送するためのコンベヤ（６）の速度と、
装填度と、
前記室（２）の雰囲気の換気と
よりなる群から選択された少なくとも１つを表していることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記室予想装置（２２）は、前記室（２）に広がる温度分布の実験的チャート化に基づいた補正手段（２６）と関連されていることを特徴とする請求項２０ないし２２のうちのいずれか１に記載の装置。
【請求項２４】
前記予想手段（２０）は、前記製品（Ｐ）のメッシュを構成する空間的および時間的な点の配列に適用される打切り熱保存等式を解くことに基づいて前記製品（Ｐ）の挙動を予想するのに適している製品予想装置（２４）を備えており、前記製品予想装置（２４）は、前記製品（Ｐ）の少なくとも前記熱力学的および物理的特性を入力として受入れることを特徴とする請求項１８ないし２３のうちのいずれか１に記載の装置。
【請求項２５】
前記製品予想装置（２４）は、更に前記設備の作動の前記量特性を入力として受入れることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記設備の作動の前記量特性は、前記室（２）への入口における前記製品（Ｐ）の温度を含むことを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記製品予想装置（２４）は、数学的級数により前記製品（Ｐ）の前記メッシュを変更することによって計算を最適化する手段と関連されていることを特徴とする請求項２４ないし２６のうちのいずれか１に記載の装置。
【請求項２８】
前記製品予想装置（２４）は、エンタルピー変化が所定の閾値より低くなる、前記製品（Ｐ）の前記メッシュの空間的および時間的な点についての予想計算の削除により計算を最適化する手段と関連されていることを特徴とする請求項２４ないし２７のうちのいずれか１に記載の装置。
【請求項２９】
前記予想手段（２０）は、前記室予想装置（２２）と前記製品予想装置（２４）とを連結する手段（３０）を備えていることを特徴とする請求項２０もしくは２４に記載の装置。
【請求項３０】
冷却流体（４）を使用する、前記製品（Ｐ）用の冷却室（２）を備えている製品（Ｐ）を冷却する設備において、請求項１７ないし２９のうちのいずれか１に記載の前記製品（Ｐ）の温度を予想する装置を備えていることを製品（Ｐ）を冷却する設備。
【請求項３１】
前記室予想装置（２２）の実施（４０）および前記製品予想装置（２４）の実施（５０）の繰り返しを行う冷却手段（３０）と、前記室（２）からの出口における前記製品用の温度設定値の入力手段（１８）および前記予想手段（２０）に入力部が接続されており、且つ
前記冷却流体（４）の流量と、
前記室（２）における前記製品（Ｐ）の滞留時間と、
前記室（２）から取出されるガスの流量と、
ガスの速度の上昇と、
ガスの再循環と、
温度設定値の前記入力手段（１８）により入力される設定値に近い、前記室（２）からの出口における前記製品（Ｐ）の温度の理論値が得られるまで、空気入口とガス出口とのバランスよりなる群から選択されたパラメータにうちの少なくとも１つを変更するのに適している調整手段（１４）を備えた制御手段（１２）に出力部が接続されている比較手段（１６）とを備えていることを特徴とする請求項３０に記載の設備。
【請求項３２】
前記冷却流体（４）は、前記室（２）に注入されて直接接触により前記製品（Ｐ）と熱交換することを特徴とする請求項３０もしくは３１に記載の設備。
【請求項３３】
前記冷却流体（４）は、前記室内に包囲された熱交換装置において循環して前記熱交換装置を横切る前記製品（Ｐ）と間接的に熱交換することを特徴とする請求項３０もしくは３１に記載の設備。
【請求項３４】
前記室(２)からの出口における前記製品（Ｐ）の温度を測定する手段を備えており、この手段は予想手段（２０）により考慮された情報キューを送出すことを特徴とする請求項３０ないし３３のうちのいずれ１に記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱冷却を受ける製品の温度を予想する方法に関する。
【０００２】
本発明は、例えば、食品の急冷凍用の設備に適用される。
【背景技術】
【０００３】
急冷凍用の公知な設備は、例えば、冷凍すべき製品が置かれるベルトコンベヤが一端から他端まで横切っている急冷凍室またはトンネルを備えており、コンベヤは急冷凍トンネルを連続的に通る。
【０００４】
極低温トンネルは、急冷凍すべき製品との接触により直接的に熱交換する低温不活性流体を使用している。
【０００５】
従来、極低温トンネルは冷媒としてドライアイス(−８０℃)または液体空気または液体窒素（−１９６℃）を使用している。ドライアイスによれば、新鮮な或いは急冷凍された製品がコールドチェインを破断する恐れなしに搬送される。液体窒素および液体空気によれば、食品の冷凍が個別化されるか、或いは脆い、変形可能またはねばねばする製品（乳質アイスクリームなどのような）が固化してしまう。
【０００６】
トンネルおよび製品装填物よりなる装置を調べると、幾つかのパラメータが、出口における製品の温度と、所定の装填度の場合、室における滞留時間の変化を伴う生産率と、温度分布に作用する流体の流量と、製品の流入温度、室の対流分布と、装填度とに影響することがある。
【０００７】
従って、この系は多可変装置であり、冷却方法がこれらの要素を簡単なフィードバックループにおいて考慮することができない。
【０００８】
設定値からの偏差を補正する際の主な難点は、現在のところ、接触しないで製品の内部温度を連続的に測定することが可能なセンサが無いと言うことに関連がある。
【０００９】
現在時点の予想方法では、単可変装置を処理するために、対流分布および装填度を定数と見做さなければならなかったし、また生産率と、急冷凍室への入口における製品の温度と、設備の他の作動パラメータを固定しなければならなかった。
【００１０】
それで、例えば、トンネルにおける流体の平均温度分布を定め、かくして出口における製品の温度を調整するために、極低温流体の流体を変える。
【００１１】
作動条件および調整設定値は実験的に作成されたレシピで定められる。或るレシピが所定の生産のためのトンネル調整パラメータを記憶する。
【００１２】
万一生産条件が変化すれば、オペレータはパラメータを変更するゆとりがほとんど無く、新しいレシピしかロードすることができない。
【００１３】
フランス特許第Ａ−２７６０２７２号に記載の既存装置は室からの出口における製品の温度の予想を行える方法を実施している。
【００１４】
しかしながら、この予想は処理される製品の量を表す値と、製品が置かれる極低温流体の量とに基づいている。従って、このような予想は非常に近似的である。
【００１５】
既存の方法が、或る作動不安定性と、著しい調整し難さと、作動条件に対する弱い適合能力とを示すことは明らかである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明はこれらの問題を取除くことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この目的で、その主題は、冷却流体を使用する冷却設備の入口から室を通して出口まで移行する製品の温度を予想する方法であって、前記室からの出口における製品の温度を予想する工程を含む方法において、前記予想が、前記室の作動の量特性と、前記室の熱力学的および物理的特性と、前記製品の熱力学的および物理的特性とに基づいて算出されることを特徴とする方法である。
【００１８】
他の特徴によれば、以下の如くである。
【００１９】
―  前記設備の作動の前記量特性のうちの少なくとも一部が手動で入力される。
―  前記設備の作動の前記量特性のうちの少なくとも一部が自動的に入力される。
―  少なくとも前記冷却流体の熱力学的特性および前記室の熱力学的および物理的特性を使用して、前記室の容積の基本切片における熱バランスを解くことに基づいた前記室の挙動の予想を行う。
―  前記室の挙動の予想は更に前記設備の作動の前記量特性を使用する。
前記設備の作動の前記量特性は、
―  前記室を通して前記室を搬送するコンベヤの速度、
―  装填度、および前記室の雰囲気の換気
よりなる群から選択される要素のうちの少なくとも１つを表している。
【００２０】
―  前記室の挙動の前記予想は前記室に広がる温度分布の実験的チャート化に基づいて補正される。
―  少なくとも前記製品の熱力学的および物理的特性を使用して、前記製品のメッシュを構成する空間的および時間的な点の配列に適用される打切り熱保存等式を解くことに基づいた前記製品の挙動の予想を行う。
―  前記製品の挙動の前記予想は更に、前記設備の作動の前記量特性を使用する。
―  前記設備の作動の前記量特性は前記室への入口における前記製品の温度を含む。
―  前記製品の挙動の前記予想は、数学級数により前記製品の前記メッシュを変更するための計算により最適化される。
―  前記製品の挙動の前記予想は、エンタルピー変化が所定の閾値より低くなる、前記製品の前記メッシュの空間的および時間的な点についての予想計算の削除により最適化される。
―  前記室からの出口における前記製品の温度の前記予想は、前記室の挙動の前記予想並びに前記製品の挙動の前記予想に基づいている。
【００２１】
―  製品の温度の前記予想はこの温度の実験的測定を考慮している。
また、本発明の主題は、冷却流体を使用する、前記製品を冷却する設備の入口から室を通って出口まで移行する製品を冷却する方法であって、本発明による前記製品の温度を予想する工程を含むことを特徴とする製品を冷却する方法である。
【００２２】
本発明の他の特徴によれば、前記予想は、前記室の挙動の予想および前記製品の挙動の予想を繰返すことによって行われ、前記方法は、
―  前記冷却流体の流量、
―  前記室における前記製品の滞留時間、
―  前記室から取出されるガスの流量、
―  ガスの速度の上昇、
―  ガスの再循環、および
―  設定値に近い、前記室からの出口における前記製品の温度の理論値が得られるまで、空気入口とガス出口とのバランス
よりなる群から選択されるパラメータのうちの少なくとも１つを変更する工程を含む。
【００２３】
また、本発明の主題は、冷却流体を使用する冷却室を備えた設備を通る製品の温度を予想する装置であって、この温度を予想する手段を備えている装置において、前記予想手段が、設備の作動の量特性と、前記室の熱力学的および物理的特性と、前記製品の熱力学的および物理的特性とを使用する計算手段を備えている製品の温度を予想する装置である。
【００２４】
また、本発明の主題は、冷却流体を使用する、製品用の冷却室を備えている製品を冷却する設備において、本発明による製品の温度を予想する装置を備えていることを特徴とする製品を冷却する設備である。
【００２５】
本発明の他の特徴によれば、以下の如くである。
【００２６】
―  前記冷却流体は前記室に注入されて直接接触により前記製品と熱交換する。
―  前記冷却流体は前記室に包囲された熱交換装置内で循環して前記熱交換装置を横切る前記製品と間接的に熱交換する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１には、本発明による方法を実施するために設けられている、食品を処理するための設備が示されている。
【００２８】
この設備は、任意の源から供給管路５を経て供給された極低温流体４の存在下に食品Ｐを置くことによって食品Ｐを冷凍する従来型の極低温トンネルまたは室２を備えている。
【００２９】
例えば、トンネル２は直角平行６面体形状を有している。
【００３０】
先に述べたように、使用する極低温流体４は例えばドライアイスでもよく、或いは液体窒素でもよい。
【００３１】
このトンネル２は、食品Ｐを室２に導入したり、取出したりし、且つ順次または連続的に作動する従来型のコンベヤ６と関連されている。
【００３２】
この設備はこれに関係した特性を測定するための手段８を備えている。これらの手段は、例えば、室２における温度分布およびコンベヤ６の移動速度を与える。この速度情報キューが室２の長さと相互関係付けられることより、室２における食品Ｐの滞留時間を得ることができる。
【００３３】
更に、この設備は、例えば、オペレータが室２への製品Ｐの流入温度のような作動パラメータを入力するための手段１０を備えている。
【００３４】
設備の他の形態では、引用する作動パラメータ、つまり、温度分布、滞留時間または移動速度および製品Ｐの流入温度は測定時と手動入力時との間で異なって配分される。
作動パラメータすべてが測定される場合および作動パラメータすべてが手動で入力される場合も可能である。
最後に、この設備は室２に注入される極低温流体４の量を制御するための手段１２を備えている。
これらの手段１２は極低温流体４の流量を調整する手段１４を備えている。例えば、この調整手段１４は極低温流体４供給管路に配置された従来型の電気弁または比例弁の系統よりなる。
流体４は室２の１つまたはそれ以上の位置で注入される。
調整手段１４は比較手段１６の出力により制御され、これらの比較手段１６は、入力時に、室２からの出口における製品の温度に関係する設定値の入力手段１８と、この温度の予想手段２０とに接続される。
食品の流出温度の設定値と予想値との比較に基づいた前記のような設備に注入される極低温流体４の流量の調整は公知であるとみなされるので、詳細には説明しない。
【００３５】
有利には、この設備はまたガスの流れおよび室２の雰囲気の換気を制御するガス換気装置を備えている。
例えば、この装置は、ガスの速度を上げる特定のベンチレータと、ガスの再循環を制御するベンチレータと、空気入口およびガス出口との間のバランスを制御するベンチレータおよび移動ゲートの組合せとより構成されている。
本発明の構成内において、室２からの出口における製品Ｐの温度の予想手段２０は、室２の挙動の予想手段または予想装置２２と、製品Ｐの挙動の予想手段または予想装置２４とを備えている。
室２の挙動の予想手段２２は、図３を参照して後で説明するような計算により、室２の内側の極低温流体４の温度の理論分布を予想することができる。
予想手段２２により送出された結果は、極低温流体４の熱力学的特性と、室２の対流特性と。室２への極低温流体４の注入手段の特性と、換気装置の特性と、室２の物理的特性とにより決まる。
【００３６】
これらの補正手段２６によれば、予想装置２２の計算において、例えば、コンベヤ６の速度、室２の内側の温度チャート、製品Ｐの処理後に回収される極低温流体４の温度または室２の熱損失のような設備の作動の要素特性を考慮することが可能である。
補正手段２６により予想装置２２に導入されたデータは入力手段１０を通して手動で入力されてもよいし、或いは測定手段８により測定されてもよい。
例えば、室２内の極低温流体４の温度の実験分布を確立することが可能である一連のプローブが室２の内側で利用可能である。
次いで、これらの結果は理論結果と比較され、ゲージ曲線の図が定められ、室２の挙動の予想装置２２により送出された理論値に合わせることが可能である。
製品Ｐの挙動の予想手段２４によれば、図２を参照して後で説明するような計算により、製品Ｐの外側環境および製品Ｐの初期温度の関数としての製品Ｐのエンタルピーの変化を定めることが可能である。
予想装置２４により送出された結果は製品Ｐの物理的および熱力学的特性により決まる。
【００３７】
本発明の前記態様では、予想手段２０はまた、製品Ｐの挙動の予想装置２４の計算を最適化する手段２８を備えており、この手段の作動方法は図２を参照して後で説明する。
【００３８】
図４を参照してより詳細に説明する連結手段３０により、室２の挙動の予想装置２２により送出された結果と、製品Ｐの挙動の予想装置２４により送出された結果とを関係付け、室２からの出口における製品Ｐの理論温度を送出すことが可能である。
【００３９】
かくして、室２からの出口における製品Ｐの温度の予想手段２０により実施される予想は、室２および製品Ｐの熱力学的および物理的特性ならびに設備の作動の量特性を考慮する。
従って、室２からの出口における製品Ｐの温度の決定は、動力学的であり、容易にカストマイズすることができ、且つ設備の作動条件に容易に適合することができる。
【００４０】
図２には、食品Ｐの模範的なメッシュが示されている。
打切り熱保存等式が適用される製品Ｐのモデル化に基づいて、製品Ｐの挙動の予想装置２４を冷却する方法において、製品Ｐの熱力学的および物理的特性が考慮される。
詳細には、熱を保存するための等式は空間のどの点でも、また簡単な積分関数を介してどの時点でも解くことができるとは限らない。採用した手順は、ノードと呼ばれ、一般参照符号３２で示す空間的および時間的な点でのみ解かれるように、この等式を打切ることにある。
製品Ｐのメッシュを定めた後、熱保存等式をノード３２の各々に適用する。
かくして、製品Ｐの熱状態を時間的および空間的に確かめるために解かなければならない等式系が得られる。
【数１】
2005504952.tif 000003
【００４１】
ここで、ｘ、ｙ、ｚは製品Ｐのまわりの正規直交の空間的基準フレームを定める軸線である。Ｔはケルビン（Ｋ）で表される製品Ｐの温度であり、Ｃはキログラムあたりおよびケルビンあたりのワットで表される製品Ｐの比熱である。
【００４２】
急冷凍される食品Ｐは一般に異なる物質よりなる。
【００４３】
これは、温度変化により相変化が達成されこと、および熱保存等式を常に適用することができることを意味している。
他方、純粋物質に対処させる場合、この等式はもはや連続的ではない。この場合、大きさの変化が僅かな温度変化を生じるように純粋物質のエンタルピー表を変更することによって、この問題が簡単化される。
打切りは可変体制における有限の差の数学的手順により達成される。
打切りは、公知な方法では、２つの方法で行える。
第１の陰打切りは、空間的および時間的形状が何であろうと安定していると言う利点がある。所定の時点で、ノード３２の温度を同じ時点における隣接ノードの温度の関数として定めることが可能である。しかしながら、この方法はノード３２の各々によって形成される等式系も一定の境界条件およびマトリックス解答を必要とする。
第２の陽打切りは、時点Ｔにける条件の応じた時点でＴ＋ΔＴでノード３２の温度を直接に定めることが可能である。結果は即座であるが、他方では、モデルの不安定を回避するのに適した時間幅を選択しなければならない。
第１手順は主に製品の表面温度を得ようとする場合に勧められ、これは「パン」冷凍操作と一般に称される操作に相当する。第２手順は製品を急冷凍し、製品の芯温度を確かめたい場合に勧められる。
製品Ｐのメッシュ化は重大な問題である。これは順次処理の簡単さおよび結果の精度を直接定める。
ノードのかなりの数が結果の高い精度をもたらすが、著しい計算時間を課する。精度と計算時間との間に妥協を見出さなければならない。
【００４４】
例えば、ミリメートルごとに一定のメッシュで外側寸法１００ｘ６０ｘ１０ｍｍの食品の場合、食品Ｐの挙動を定めるために１７０００より多い数のノードおよび同数の等式が必要とされる。
本発明の前記態様では、計算の最適化手段２８が利用可能であり、これらの手段により製品Ｐの挙動の予想装置２４で行われるメッシュ化を最適にすることが可能である。
例えば、パン冷凍の場合、製品の外皮の僅かな厚さの固化は特に相の変化により監視される。従って、周囲で緻密であり且つ芯部で幅広いメッシュが必要である。
ノード各々の座標を手動で入力しなくてもよいように、且つノード間の簡単な関係を保って処理を容易にするように、解決策は、図２に示すように、例えば、幾何学的進行によりノードを空間で各方向に分布することにある。
例えば、Ｘ軸線上には、ノードが下記のようにして分布される。すなわち、Δｘを第１ノードの横座標に対応する第１項の値とし、ｒを、実施される等比級数の、１と異なる共通比とする。ｎ番目の項の値はΔｘ＊ｒｎ−１であり、これはｎ番目のノードのＸ軸線上の位置に対応する。はじめのｎ項の和は下記の如くである。
【数２】
2005504952.tif 000004
【００４５】
図２は、解答手順を簡単化するようにノードの数に奇遇性条件が課せられる場合の平行６面体製品Ｐにおけるこのメッシュに応じたノードの位置決めを示している。
かくして、Ｘ軸線に沿った製品Ｐの寸法に対応する値が得られる。
【数３】
2005504952.tif 000005
【００４６】
上記式中、１はこの長さにわたる中央ノードの横座標に対応する。
【数４】
2005504952.tif 000006
【００４７】
次いで、Ｘ軸線に関しての不正確さは下記のように表される。
【数５】
2005504952.tif 000007
【００４８】
計算が簡単であるために、３つの軸線における不正確さは１つの同じ値に固定される。これにより、パン冷凍操作においてそうであるように、僅かな外皮厚さにわたる温度および芯部温度においてのみ興味がある場合に許容し得る製品Ｐの寸法に関する誤差を減少させる。
【００４９】
製品の芯部温度を定めようとする急冷凍操作の場合、補正項を式に挿入することができる。Ｘ軸線の場合、下記の補正項を挿入する。
【数６】
2005504952.tif 000008
【００５０】
他の可能な最適化手順は或る計算を省くことによって処理時間を短縮することにある。
【００５１】
詳細には、各ノードにおいて、基本体積の６つの面における熱束を相互に加算する。しかしながら、熱作用が一次元問題に近い帯域が存在する。
この特徴を活用するために、熱束を全体的にではなく各方向における各面にわたって合計することによって処理を分解する。各方向において、エンタルピー変化が所定の閾値未満である理由で無視できると考えられるまで、境界から芯部まで進むことによって、ノードでの等式を時間幅ΔＴについて解く。
この操作を各方向において行うことによって、エンタルピー変化が無視できるような、従って計算が行われないようなノードすべてを取り囲む製品Ｐの体積が定められる。
かくして、特に交換のはじめの２、３の時点において計算時間を節約することができる。
製品Ｐが複雑な形状のものである場合、この製品を、その形状に適した上記メッシュまたは任意の他のメッシュを適用することができる１組の基本形状に分解することができる。
【００５２】
製品Ｐの挙動の予想手段２４および計算の最適化手段２８は例えばソフトウエア手段により実施される。
【００５３】
図３には、食品を処理するための室が示されている。
室２の熱力学的および物理的特性は、冷却方法において、基本切片の形態での室２のモデル化に基づいて、室２の挙動の予想装置２２により考慮される。
【００５４】
図１を参照して先に述べたように、冷却室２はコンベヤ１と関連されている。この室２には、極低温流体４が供給管路５を経て供給される。室２は直角平行６面体に類似している。
流体４の温度の理論分布を定めるために、室２の挙動の予想装置２２により実施される手順は一連の局部熱バランスを達成することにある。
この目的で、トンネル２の熱力学的装置のモデル化が定常状態で室２の長さに直交する基本切片３４１〜３４ｎの形態であると考えられる。これらの基本切片３４１〜３４ｎの和は室２の内部容積を表している。
各基本切片３４１〜３４ｎについて、流体４のエンタルピー、従ってその温度を定めるように熱伝達のバランスを算出する。
このバランスは以下の点を考慮しなければならない。
―トンネル２の内部での熱の逃げ、
―噴霧帯域へ注入される極低温液体４、
―製品Ｐと流体４との交換。
【００５５】
寸法Ｌ＊１＊ｈのトンネルの切片３４１の場合、熱のバランスは下記式により表される。
【数７】
2005504952.tif 000009
【００５６】
この等式において、
Ｈfs（ｉ）は、ジュール／キログラム(Ｊ／Ｋｇ)で表される、基本切片３４iからの出口における極低温流体のエンタルピーに相当する。
Ｈfe（i）は、ジュール／キログラム(Ｊ／Ｋｇ)で表される、基本切片３４iからの流入時の極低温流体のエンタルピーに相当する。
ＨfLiqは、ジュール／キログラム(Ｊ／Ｋｇ)で表される、注入された極低温流体の液体エンタルピーに相当する。
Ｈpe(i)は、ジュール／キログラム(Ｊ／Ｋｇ)で表される、切片３４iへの流入時の製品Ｐのエンタルピーに相当する。
Ｈps(i)は、ジュール／キログラム(Ｊ／Ｋｇ)で表される、切片３４iからの出口における製品Ｐのエンタルピーに相当する。
Ｋｐは平方メートルあたりおよびケルビンあたりのワット(Ｗ／ｍ２Ｋ)で表される、トンネル２と外部との熱交換係数に相当する。
ｍfSpray(i)は、秒あたりのキログラム(Ｋｇ/ｓ)で表される、切片３４iにおいて蒸発する極低温流体４の質量流量に相当する。
ｍfe(i)は、秒あたりのキログラム(Ｋｇ/ｓ)で表される、切片３４iに入る極低温流体４の質量流量に相当する。
ｍｐは、秒あたりのキログラム(Ｋｇ/ｓ)で表される、処理すべき製品の質量流量に相当する。
ＴＡｍｂは、ケルビンで表される周囲温度に相当する。
Ｔfe(i)は、ケルビンで表される切片３４iへの流入時の極低温流体４の温度に相当する。
【００５７】
また、図３には、熱束が示されている。
【００５８】
ｍfSpray(i)ＨfLiqを記号Ａで表す  。
【００５９】
ｍfe(i)Ｈfe(i)を記号Ｂで表す  。
【００６０】
ｍfｓ(i)Ｈfs(i)を記号Ｃで表す  。
【００６１】
ｍｐＨpe(i)を記号Ｄで表す  。
【００６２】
ｍｐＨps(i)を記号Ｅで表す  。
【００６３】
ただし、ｍfｓ(i)＝ｍfe(i)＋ΔｍfSpray(i)である。
実験により、或る操作条件（小さすぎる生産率または低すぎる極低温流体４の温度）下では、注入される極低温液体４は部分的にのみ蒸発され、液体の一部が室２の入口に向かって流れる。
この現象を考慮したいなら、トンネルの出口に位置決めされた基本切片で始まる局部バランスを解明することが好ましい。この場合、計算は図３に示すようにＸ軸線に沿った製品Ｐと逆方向に行われる。
実際、この方向では、注入流量がゼロであり、未蒸発の液体の部分を次の留分と称することができ、液体残余分が蒸発される換気帯域に達するまで、以下同様である。
【００６４】
基本切片における未蒸発の極低温液体４の部分を定めるために、限界流体エンタルピー(これより低いエンタルピーで液体の傾斜分が現れる)を示す。
これはトンネルにおける最低のガス状流体の温度の固定に同等である。
基本切片３４iを出る未蒸発液体の傾斜分はＸＬ(i)に相当し、下記式で表される。
【数８】
2005504952.tif 000010
【００６５】
注入される極低温流体４のエンタルピーにほぼ等しい、この液体竜分のエンタルピーを考慮することにより計算が簡単化されるならば、液体の傾斜分のための下記式が得られる。
【数９】
2005504952.tif 000011
【００６６】
この式において、ＨfLimはトンネル２の基本切片における液体傾斜分の形成の限界エンタルピーに相当する。
【００６７】
図４には、室２からの出口における製品Ｐの温度の予想手段２０を作動する方法が示されている。
室２からの出口における製品Ｐの温度の予想を行うことができるために、冷却方法は、室２の挙動の予想装置２２により実施されるような室２の挙動の予想と、製品Ｐの挙動の予想装置２４により実施されるような製品Ｐの挙動の予想とを伴う。
【００６８】
図１を参照して説明した設備では、この工程は連結手段により実施される。
【００６９】
工程４０中、室２の挙動の予想装置２２を実施することにより始める  。
【００７０】
これにより、予想装置２２に再導入される基本切片あたりの熱損失４２を送出す  。
【００７１】
この操作を或る回数、繰返した後、室２における流体４の温度分布４６のように、合計熱損失４４が得られる。
各切片の熱バランスを計算するために、予想装置２２は製品Ｐのエンタルピー変化を必要とする。実際、初めの反復中、室２における流体４の温度分布を計算することができないので、この温度分布を任意に固定する。
次いで、工程５０中、製品Ｐの挙動の予想装置２４を実施する。これにより、室２からの出口における製品Ｐのエンタルピー、すなわち、製品Ｐの温度を送出す。
必要に応じて、製品Ｐの挙動の予想装置２４はまた、室２の基本切片ごとの製品Ｐのエンタルピー変化５４を送出す。この場合、この情報は室２の挙動の予想装置２２に戻され、予想装置２２はこれを基本切片ごとの熱バランスに挿入する。
室２からの出口における製品Ｐのエンタルピー５２、ならびに室２における流体の温度分布４６および合計熱損失が、工程６０において流体の合計流量を定めるように相互に関係付けられる。
必要に応じて、各基本切片に注入される流量６２も得られる。この場合、この情報は室２の挙動の予想装置２２に戻され、予想装置２２はこれを基本切片ごとの熱バランスに挿入する。
次いで、工程８０において室２における流体４の温度分布が安定かどうかを調べる。
例えば、流体の温度分布は、下記の基準を連続して２回満足するなら、安定である見做される。
【数１０】
2005504952.tif 000012
【００７２】
この式において、dif_profileはオペレータにより固定される定数である。
【００７３】
初めの試みでは、分布は不安定であると見做される。
分布が不安定であると見做されるかぎり、工程４０に戻り、一連の操作を繰り返し、それにより分布を定めることができる。
安定な分布が得られたら、工程８０において、室２からの出口における製品Ｐの温度に関連する設定値の入力手段１０を経て入力された設定値に達したかどうかを調べる。
設定値に達したなら、工程９０において、室２の内側の流体４の前回の温度分布を流体４の流量の調整手段１４の制御によって従来方法で実施する。
設定値に達していなかったら、工程１００において、アリゴリズムを繰返す前に流体４の流量に補正を加える。必要に応じて、流体４の温度分布にも補正１０４を加え、この補正は室２の挙動の予想装置２２に導入される。
この例では、室からの出口における製品の温度の予想は注入される流体４の流量に影響することにより極低温室２の自動化運転を行うのに使用される。
同じように、室２における製品Ｐの滞留時間は、コンベヤ６の速度、または連続コンベヤの場合、停止時間を変更することにより影響されてしまう。また、ガスの取出し率または充填度またはこれらのパラメータに組合せを変えることも可能である。
同様に、空気入口とガス出口との間のバランス、ガスの取出し率、ガスの速度の上昇、またはガスの再循環に、これらのパラメータを制御するための要素に影響することによって影響することが可能である。
操作条件の連続監視を確保し、且つ流体の温度分布を合わせるようにアリゴリズムを絶えず繰返すことが考えられる。
また、操作パラメータの変更の検出に引き続いてアリゴリズムを実施することも考えられる。
しかも、本発明の方法は、出口における製品の温度の無接触センサ、たとえば、フランス特許第Ａ−２７７１５５２号に記載のセンサのような、熱放射または赤外線像に基づいた或いはマイクロウエーブ熱測定による測定に基づいたセンサを有する設備において実施される。
次いで、本発明による室からの出口における製品の温度の予想手段により送出される結果をこれらのセンサにより送出される測定値に対して照合確認する。
この場合、情報キューのうちの１つまたは他方を使用してそれに対する他方を実証するか、或いは、２つの値の平均を使用して設備を運転する。
他の状況では、センサにより送出された情報キューを使用して予想を補正する。有利には、測定の頻度は予想の送出しの頻度より少ない。
【００７４】
特定の実施例を説明したが、この実施例は本発明の範囲を限定するものと見做すものではない。
他の形態では、この設備は処理される製品の品質および／または量を表す値を定める手段を備えており、この手段は本発明による出口における製品の温度の予想手段に接続されている。
しかも、本発明の冷却方法は間接熱交換装置を有する機械的低温設備に適用することもできる。
【００７５】
本発明は、食品を冷却する場合において説明したが、他の種類の製品、詳細には、金属製品のも適用することができる。
しかも、語「冷却」は製品の初期温度未満の温度を支持したり、制御したりすることを目的とした装置にも及ぶ。
【００７６】
更に、本発明は冷却設備の構成内で説明している。しかしながら、温度予想方法は、例えば温度の制御の構成内で室の調整手段とは関係なく実施することができる。
【００７７】
本発明によれば、特に、品質の保証を与えることの目的で、取得および保存操作中、製品のトレース性を保証することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明による方法を実施する設備を示す概略図である。
【図２】処理すべき製品の数的モデル化を示す図である。
【図３】冷却室の数的モデル化を示す図である。
【図４】室のモデルおよび製品のモデルを連結するフローチャートを示す図である。
【図１】
2005504952.tif 000013
【図２】
2005504952.tif 000014
【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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