(57)【要約】【課題】熱の蓄熱及び放出を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蓄熱装置を提供する。【解決手段】蓄熱装置１０は、内部に空間１６を形成すると共に、流入口１２ａと流出口１２ａとを有する断熱ケース１２と、空間１６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２０と、流入口または流出口１２ａ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ファン１８と、を備える。蓄熱材２０は、冷却空気が流通可能となっており、ファン１８は、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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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蓄熱装置。
【請求項２】
前記高熱伝導率体は、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請求項１記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記蓄熱材は、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を特徴とする請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記蓄熱材は、断熱ケースから脱着可能であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
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冷却方法。
【請求項６】
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請求項５記載の冷却方法。
【請求項７】
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請求項５または６記載の冷却方法。
【請求項８】
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請求項５ないし７のいずれか１項に記載の冷却方法。
【請求項９】
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請求項５ないし８のいずれか１項に記載の冷却方法。
【請求項１０】
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、ことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項１１】
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蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４２６０８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による蓄熱装置の斜視図である。
【図２】本発明による蓄熱装置の断面図である。
【図３】本発明による蓄熱装置の第１実施形態を表し、冷却装置内に設置されて使用された状態の内部構造を示す上方から見た断面図である。
【図４】本発明による蓄熱装置が冷却装置内に設置されて使用された状態の内部構造を示す側方から見た断面図である。
【図５】冷却工程における諸温度の時間変化を表すグラフである。
【図６】図３の冷却装置において事前計測の状態を表す断面図である。
【図７】本発明による蓄熱装置の第２実施形態を表し、温度保持装置内に設置された使用された状態の内部構造を示す（ａ）は上方から見た断面図、（ｂ）は側方から見た断面図である。
【図８】本発明による蓄熱装置の変形例１を表す横断面図である。
【図９】本発明による蓄熱装置の変形例１を表す縦断面図である。
【図１０】図９の１０−１０線に沿って見た断面図である。
【図１１】本発明による蓄熱装置の変形例２を表す断面図である。
【図１２】本発明による蓄熱装置の変形例３を表す断面図である。
【図１３】本発明による蓄熱装置の変形例４を表す断面図である。
【図１４】（ａ）は実施例、（ｂ）は比較例の凝固点近傍付近における被冷却物の中心温度と時間との関係を表すグラフである。
【図１５】従来の冷却装置の内部構造を示す（ａ）は上方から見た断面図、（ｂ）は側方から見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
（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。
【００４５】
（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。
【００４６】
（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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
（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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
（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。
【００５８】
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。
【００５９】
（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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
【表１】
2011021807.tif 000003
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
（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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
（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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
（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。
【００９５】
（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。
【００９６】
（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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【実施例】
【００９９】
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。
【０１００】
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
【０１０１】
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。
【０１０２】
[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。
【０１０３】
【表２】
2011021807.tif 000004
【０１０４】
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。
【符号の説明】
【０１０５】
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
【図１】
2011021807.tif 000005
【図２】
2011021807.tif 000006
【図３】
2011021807.tif 000007
【図４】
2011021807.tif 000008
【図５】
2011021807.tif 000009
【図６】
2011021807.tif 000010
【図７】
2011021807.tif 000011
【図８】
2011021807.tif 000012
【図９】
2011021807.tif 000013
【図１０】
2011021807.tif 000014
【図１１】
2011021807.tif 000015
【図１２】
2011021807.tif 000016
【図１３】
2011021807.tif 000017
【図１４】
2011021807.tif 000018
【図１５】
2011021807.tif 000019