(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却された低温ブラインを蓄える低温タンクと、低温タンクから熱負荷へ送られ高温になって戻ってきた高温ブラインを蓄える高温タンクと、高温タンクの高温ブラインを取込管を介して取り込み冷却する冷熱源と、冷熱源で冷却された低温ブラインを低温タンクへ戻す戻し管と、戻し管に設けられ低温ブラインの一部を高温タンク側へバイパスさせる三方弁と、戻し管を通る低温ブラインの温度を検出する温度センサと、前記検出した温度が所定温度以上の場合には前記三方弁を制御して前記バイパスを行わせる制御手段とを有することを特徴とする蓄熱式ブラインタンクを有する冷却設備。
【請求項２】
前記高温タンク側とは、取込管の途中であることを特徴とする請求項１記載の蓄熱式ブラインタンクを有する冷却設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍機で冷却したブライン（冷媒）を一時的に蓄えるタンクを備えた冷却設備の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、冷凍機などの冷熱源を用いて、熱負荷である冷却対象物を所定時間内に所定温度まで冷却するためには、この冷却に必要な全熱容量をその所定時間で除し、その結果の単位時間当たりの熱容量を発生し得る冷凍機の能力を定めていた。
【０００３】
しかし、そのような能力を備えた冷凍機は、しばしば能力が大き過ぎるということがあった。すなわち、例えば熱負荷が、バッチ式反応缶の冷却によるものである場合のように、高温の冷却対象物を所定数量まとめて反応缶へ送り込み、所定時間内に所定温度まで冷却し、冷却が終わったらその所定温度を保持するという場合には、その保持のためには冷凍機の能力は大き過ぎ、設備コスト上の不経済が生じることになってしまう。
【０００４】
そこで、従来は冷熱を蓄えるためのタンクを有する冷却設備が提案されている。この冷却設備は、例えば、冷凍機で冷却したブライン（冷媒）を低温ブラインとして低温タンクに蓄え、この低温タンクから必要な量の低温ブラインを熱負荷へ送る。熱負荷から高温になって戻ってきた高温ブラインは、高温タンクに蓄えられ、その後に冷凍機へ送られて冷却される。冷凍機で冷却された低温ブラインは再び低温タンクへ蓄えられる。
【０００５】
このようにすれば、バッチ式反応缶のような所定温度へ冷却した後に、その所定温度を維持する際には、ブラインを冷却して低温タンクへ予め蓄えておくことができるので、冷却対象物を所定温度まで急速に冷却する際には、この低温タンク内の低温ブラインを用いて冷却すればよいため、冷凍機の能力は小さなもので済むこととなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱負荷から戻ってくる高温ブラインの温度や冷凍機から戻される低温ブラインの温度は必ずしも一定ではなく、変動する可能性がある。すなわち、前記例をとれば、バッチ式反応缶へ送られる冷却対象物の数量が変動したり、冷凍機の能力が何らかの原因で一定しない場合があるためである。
【０００７】
このような場合には、冷凍機から戻された低温ブラインは十分に低い温度とはなっていないことがあり、このようなブラインが低温タンクへ戻されると、低温タンクに蓄えられている低温ブライン全体の温度が十分に低いものではなくなってしまう。その場合には、低温タンクにはそれまで十分に低い温度の低温ブラインが蓄えられていたにもかかわらず、熱負荷であるバッチ式反応缶へ送られる低温ブラインが十分に低い温度ではないことになり、冷却対象物を所定時間内に所定温度まで急速に冷却することが不可能となってしまう。
【０００８】
この発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、熱負荷から戻ってくる高温ブラインの温度や冷凍機から戻される低温ブラインの温度が必ずしも一定ではなく変動することがあっても、低温タンクから熱負荷へ送られる低温ブラインの温度を十分に低くでき、熱負荷において十分に急速な冷却が可能となる蓄熱式ブラインタンクを有する冷却設備を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、冷却された低温ブラインを蓄える低温タンクと、低温タンクから熱負荷へ送られ高温になって戻ってきた高温ブラインを蓄える高温タンクと、高温タンクの高温ブラインを取込管を介して取り込み冷却する冷熱源と、冷熱源で冷却された低温ブラインを低温タンクへ戻す戻し管と、戻し管に設けられ低温ブラインの一部を高温タンク側へバイパスさせる三方弁と、戻し管を通る低温ブラインの温度を検出する温度センサと、前記検出した温度が所定温度以上の場合には前記三方弁を制御して前記バイパスを行わせる制御手段とを有することを特徴とする蓄熱式ブラインタンクを有する冷却設備である。
【００１０】
請求項２の発明は、前記高温タンク側とは、取込管の途中であることを特徴とする請求項１記載の蓄熱式ブラインタンクを有する冷却設備である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図１乃至図３において説明する。
図１に示すように、この実施形態は、ブラインを蓄えるタンクは、低温タンク１と高温タンク３の二槽式である。
なお、この明細書においてブラインとは、一般的にその概念に含まれる塩化カルシウム、塩化ナトリウム、エチレングリコール、などの他に水などの冷熱の蓄熱に採用され得るすべての流体を含むものとする。
【００１２】
低温タンク１の底部には、低温ブライン５を熱負荷であるバッチ式反応缶７へ送るための往管９が接続されている。この往管９の途中には、低温ブライン５を送るためのポンプ１１、及び三方弁１３が設けられている。
この三方弁１３は、低温ブライン５の一部をバイパスさせて低温タンク１へ還流するための還流管１５へ接続している。そして、反応缶７には温度センサ１７が取り付けられ、この温度センサ１７で検出された温度をもとに制御手段（ＴＩＣ）１９を介して前記三方弁１３が制御される。
【００１３】
反応缶７の高温ブラインの出口には復管２１が接続され、この復管は高温タンク３へ接続されている。高温タンク３の底部には、高温ブライン２３を冷熱源である冷凍機２５へ取り込むための取り込み管２７が接続されており、この取込管２７にはポンプ２９が設けられている。
【００１４】
また、冷凍機２５の低温ブライン出口には戻し管３１が接続され、この戻し管は低温タンク１へ接続されており、戻し管３１の途中には、戻し管３１を通る低温ブラインの温度を検出する温度センサ３３が設けられている。この温度センサ３３に接続して制御手段（ＴＩＣ）３５が接続され、検出した温度が所定温度以上の場合には三方弁３７を制御して、低温ブラインの一部のバイパスを行わせる。
【００１５】
この三方弁３７は戻し管３１の途中に設けられ、戻し管３１を通る低温ブラインの一部をバイパス管３９を通して取り込み管２７の途中へバイパスさせる構成となっている。
なお、バッチ式反応缶７へ送られてくる１バッチ分の冷却対象物の冷やし込みが急速に行えるのに十分な低温ブライン量が確保できるように、低温タンク１及び高温タンク３の容量を設定する。
【００１６】
以下、この実施形態の動作について説明する。
冷凍機２５で冷却された低温ブラインは、戻し管３１を通って低温タンク１に蓄えられる。低温タンク１の低温ブライン５は、ポンプ１１により往管９を通ってバッチ式反応缶７である熱負荷へ送られる。バッチ式反応缶７の内部の温度は温度センサ１７で検出され、検出された温度が余り高くない場合、すなわち所定温度以下である場合には送られる低温ブライン５の量を少なくするため、制御手段１９が働いて三方弁１３が低温ブラインの一部を還流管１５を介して低温タンク１へ還流させる。
【００１７】
反応缶７には１バッチ分の冷却対象物が送られきているので、反応缶７の温度は高温になっており（図３▲１▼参照）、送られてきた低温ブラインによって冷却される。
反応缶７で冷却を行い高温となった高温ブラインは復管２１から高温タンク３へ戻される。
【００１８】
高温タンク３に溜まった高温ブライン２３はポンプ２９によって取込管２７から冷凍機２５へ取り込まれる。
冷凍機２５で冷却されたブラインは、低温ブラインとなって戻し管３１を通り、低温タンク１へ戻されるが、その低温ブラインの温度は温度センサ３３により検出され、所定温度以上の場合には十分な冷却が行われていないと判断され、制御装置３５により三方弁３７が制御されて、この低温ブラインの一部がバイパス管３９を通ってバイパスされ、取込管２７の途中へ送られる。
【００１９】
取込管２７においては、それまでは高温ブラインのみが冷凍機２５へ取り込まれていたが、このバイパスにより高温ブラインと低温ブラインとがミックスされた状態で取り込まれることになり、それまでより温度の低いブラインが取り込まれ、冷凍機２５で冷却される。したがって、冷凍機２５を出る低温ブラインの温度は直ちに低くなり、十分に低くなった低温ブラインが低温タンク１へ戻されることとなる。
【００２０】
このため、低温タンク１へ十分には温度の低くない低温ブラインが戻されてしまうということがなくなる。したがって、低温タンク１に蓄えられた低温ブライン５の温度を十分に低い状態に維持できる。
【００２１】
この十分に温度の低い低温ブライン５を用いることで、熱負荷であるバッチ式反応缶７での冷却対象物を冷やし込み、十分に急速な冷却を行うことが可能となる。
【００２２】
この急速な冷却は、それまで低温タンク１に蓄えられていた低温ブライン５（図１のタンク１、３を参照）を用いて行われ、バッチ式反応缶７における１バッチ分の冷却対象物の冷やし込みが終了した時点（図３▲２▼参照）で、低温タンク１の大部分の低温ブラインが消費され、高温ブラインとなって高温タンク３へ蓄えられる（図２（Ａ）参照）。
【００２３】
この冷やし込みによって得られた冷却対象物の低温状態を、その後に所定時間の間維持する（図３▲３▼参照）。
この低温を保持している間、冷凍機２５は働き続け、高温タンク３からの高温ブライン２３を冷却し低温ブラインとして低温タンク１へ戻す。
したがって低温を保持する時間が終了した状態で、再び低温タンク１の低温ブラインは一杯になる（図２（Ｂ））。
【００２４】
その後、１バッチ分の冷却対象物は反応缶７から送り出され、他の１バッチ分の冷却対象物が反応缶７へ送られてくるので、反応缶７の温度は急速に高温になり（図３▲１▼参照）、再び反応缶７へ低温ブラインが送られ冷やし込みが開始される。
【００２５】
（他の実施形態）
以上の実施形態においてバイパス管３９がバイパスする高温タンク３側とは、具体的には取込管２７の途中であるが、他の実施形態においては復管２１あるいは直接に高温タンク３とすることも可能であり、この場合には、高温ブラインにミックスされる低温ブラインの割合が小さくなるので、冷凍機２５から出る低温ブラインの温度を十分に低くするための時間が長くなってしまうものの、従来のように冷凍機２５からの低温ブラインをすべて低温タンク１へ戻してしまう場合に比べれば、バッチ式反応缶７における十分に急速な冷却を可能にする。
【００２６】
また、以上の実施形態においては熱負荷はバッチ式反応缶の冷却に関するものであったが、他の実施形態では他の熱負荷は例えば真空排気設備用コールドトラップにおける冷却に関するものであっても良く、変動する熱負荷であればこの発明が有効である。
【００２７】
換言すれば、以上の実施形態においては熱負荷がバッチ式反応缶７の冷却に関するものであるため、急速な冷却と、その後の低温保持の動作が必要であると説明したが、他の実施形態においては必ずしもバッチ式反応缶である必要はなく、熱負荷が通常の冷凍庫に関するものであっても、出入りする冷却対象物（たとえば食品等）によって急速な冷却と、その後の低温保持の動作は必要となってくるものであり、その場合にもこの発明は実施可能である。
【００２８】
また、以上の実施形態においては反応缶７の温度が所定温度以下になり急速な冷却が必要でない状態になった場合には、三方弁１３が働いて低温ブラインの量を調節するものであるが、他の実施形態においては三方弁１３を用いずにポンプ１１の吐出量を可変とすることで低温ブラインの量を調節してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または２の発明によれば、冷凍機からの低温ブラインの温度が十分には低くない場合には、この低温ブラインの温度を温度センサが検出し、この検出した温度が所定温度以上であることから制御手段が三方弁を制御して低温ブラインの一部を高温タンク側へバイパスさせ、したがって高温タンクからの高温ブラインと冷凍機からの低温ブラインをミックスしたものを再び冷凍機へ取り込む事になり、冷凍機からの低温ブラインの温度を十分に低くすることができる。
この十分に温度が低くくなった低温ブラインを低温タンクへ蓄えるので、低温タンクから熱負荷へ送られる低温ブラインは、十分に温度が低く、熱負荷において十分に急速な冷却が可能となる。
【００３０】
また、請求項２の発明によれば、三方弁でバイパスされた低温ブラインの一部は、取込管の途中で高温ブラインとミックスされるので、直接高温タンクへバイパスさせる場合に比べ、高温ブラインに対する低温ブラインの比率を高くでき、冷凍機からの低温ブラインは直ちに十分に低い温度となることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る蓄熱式ブラインタンクを有する冷却設備の全体概略回路図。
【図２】図１の低温タンク及び高温タンクによって冷却設備の動作を説明するものであり、（Ａ）は冷やし込みが完了した状態を示す図、（Ｂ）は低温保持の時間が終了し低温タンクが再び一杯になった状態を示す図。
【図３】実施形態において熱負荷たるバッチ式反応缶の温度の時間的変化を示す図。
【符号の説明】
１  低温タンク
３  高温タンク
７  バッチ式反応缶（熱負荷）
１１、２９  ポンプ
１３、３７  三方弁
１７、３３  温度センサ
１９、３５  制御手段
２５  冷凍機
２７  取込管
３１  戻し管
３９  バイパス管
【図１】
0003748674.tif 000002
【図２】
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【図３】
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