製造物の温度調整システム、及び温度調整方法
【課題】タンク温度の変動を抑え、温度調整に要するエネルギーの省エネ化を図ることが可能な温度調整システムを提供する。
【解決手段】製造物の温度を設定温度に調整するジャケット部１８を備え、当該ジャケット部１８に加熱あるいは冷却された熱媒体を提供して製造物の温度調整を行うシステムにおいて、設定温度よりも高温に保持された熱媒体を貯留する加熱タンク１２と、設定温度よりも低温に保持された熱媒体を貯留する冷却タンク１４と、加熱タンク１２に貯留される熱媒体と冷却タンク１４に貯留される熱媒体との間の温度に分布する温度調整されていない熱媒体を貯留する中間タンク１６とを備え、いずれかのタンクに貯留された熱媒体をジャケット部１８に選択的に供給して製造物の温度を設定温度に調整することを特徴とする。
【解決手段】製造物の温度を設定温度に調整するジャケット部１８を備え、当該ジャケット部１８に加熱あるいは冷却された熱媒体を提供して製造物の温度調整を行うシステムにおいて、設定温度よりも高温に保持された熱媒体を貯留する加熱タンク１２と、設定温度よりも低温に保持された熱媒体を貯留する冷却タンク１４と、加熱タンク１２に貯留される熱媒体と冷却タンク１４に貯留される熱媒体との間の温度に分布する温度調整されていない熱媒体を貯留する中間タンク１６とを備え、いずれかのタンクに貯留された熱媒体をジャケット部１８に選択的に供給して製造物の温度を設定温度に調整することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造物の温度調整システム、及び温度調整方法に係り、特に熱媒体を用いて間接的に製造物を加熱、又は冷却する場合に好適な温度調整システム、及び温度調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば健康食品などの分野では、製造物は醗酵や酵素反応などを行うタンクや反応釜などに入れられており、その周囲に設けられた温度調整用ジャケットタンクに供給される熱媒体により製造物の温度調整が行われている。なお、温度調整用ジャケットタンクに供給される熱媒体は、予め所定の温度に加熱、あるいは冷却されてタンクに貯留されており、これらの熱媒体が製造物の設定温度に応じて供給されることとなる。
【０００３】
このような製造形態を採る背景には、製造物の熱負荷や温度調整の精度等が関わっている。一般に、製造物の熱負荷は時間の経過と共に変動し、熱負荷が最大になったときの状態で加熱及び冷却能力の設定が成される。しかし、熱負荷が小さい場合には加熱及び冷却能力の無駄が生じる。また、少ない熱量を補正するための温度調整はその精度が低下しがちとなるという実情があった。
【０００４】
そこで上記のように、加熱及び冷却した熱媒体を蓄えるタンクを設けることで、これが製造物を加熱及び冷却する際の熱負荷を補うバッファとなり、加熱及び冷却能力の無駄を省くことができるようになるのである。さらに、各々のタンク温度が一定に維持されることで、製造物の温度調整を高い精度で実現することが可能となるのである。
【０００５】
このように、熱媒体に温度変化を与えることにより製造物の温度調整を行うシステムとしては、特許文献１に開示されているようなものを挙げることができる。特許文献１に開示されているシステムは、熱媒体として温水を用いるものであり、この温水の温度を変化させることにより、製造物の温度を調整するというものである。そして、特許文献１では、製造物を加熱する際には温水にスチームを吹き込むことで熱媒体の温度を上昇させ、製造物を冷却する際には温水に冷水を混合することで熱媒体の温度を低下させるということを特徴としている。
【特許文献１】特公平７−１６３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記のように加熱、あるいは冷却された熱媒体を貯留するタンクからジャケット部に供給された熱媒体は、熱交換された後に再び貯留タンクに返還されることとなるのが一般的である。ここで、加熱時、あるいは冷却時の熱負荷が大きなものである場合、タンクに貯留されている熱媒体とタンクに返還される熱媒体との熱量の差が大きくなり、タンク内に貯留された熱媒体の温度が不安定となることがある。また、このような温度変動が生じた場合には、タンク内に貯留した熱媒体を再び所定の温度まで加熱、あるいは冷却するために大きなエネルギーが必要となる。
【０００７】
そこで本発明では、上記従来技術の欠点を解消し、タンク温度の変動を抑え、温度調整に要するエネルギーの省エネ化を図ることが可能な、製造物の温度調整システム、及び温度調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
加熱タンク、あるいは冷却タンクに貯留された熱媒体の温度の変動を抑制するためには、温度変動を抑えるためのバッファとなる手段を備えれば良いと考えられる。また、必要とするエネルギーを少なくするためには、時間と共に温度変化が生じる熱媒体を有効利用すれば良いと考えられる。
【０００９】
そこで、上記目的を達成するための、本発明に係る温度調整システムは、製造物の温度を設定温度に調整するジャケット部を備え、当該ジャケット部に加熱あるいは冷却された熱媒体を提供して前記製造物の温度調整を行うシステムにおいて、前記設定温度よりも高温に保持された熱媒体を貯留する加熱タンクと、前記設定温度よりも低温に保持された熱媒体を貯留する冷却タンクと、前記加熱タンクに貯留される熱媒体と前記冷却タンクに貯留される熱媒体との間の温度に分布する温度調整されていない熱媒体を貯留する中間タンクと、前記それぞれのタンクに設けられた温度検出手段によって検出された温度に基づき、いずれかのタンクを選択し、選択されたタンクに貯留された熱媒体を前記ジャケット部に供給して、前記製造物の温度を設定温度に調整する調整手段とを備えることを特徴とすることとした。
【００１０】
また、上記のような構成を有する温度調整システムでは、前記調整手段は、前記加熱タンク、前記冷却タンク、及び前記中間タンクの中から、貯留する熱媒体の温度が前記設定温度の高温側と低温側とに位置する２つのタンクに貯留された熱媒体をジャケット部に供給すると良い。
【００１１】
また、上記のような構成の温度調整システムでは、前記中間タンクに、貯留する熱媒体の温度調整を行う吸熱手段又は／及び放熱手段を備えるようにすることが望ましい。
さらに、上記構成の温度調整システムでは、前記調整手段は、前記加熱タンクあるいは前記冷却タンクに貯留された熱媒体よりも、前記中間タンクに貯留された熱媒体を優先して前記ジャケット部に供給すると良い。
【００１２】
また、上記目的を達成するための本発明に係る温度調整方法は、設定温度よりも高温に設定された熱媒体、又は前記設定温度よりも低温に設定された熱媒体をジャケット部に供給し、製造物の温度を設定温度となるように調整する温度調整方法において、前記製造物を昇温させる際には、前記高温に設定された熱媒体と前記低温に設定された熱媒体との間の温度を有する中間温度熱媒体と前記高温に設定された熱媒体とを用い、前記製造物を冷却する際には、前記中間温度熱媒体と前記低温に設定された熱媒体とを用いることにより、温度調整時における製造物の温度勾配を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記のような特徴を有する温度調整システム、及び方法によれば、熱媒体の加熱時、あるいは冷却時に消費されるエネルギーのロスを抑えることができる。また、上記システムによれば、バッファとして中間タンクを設けたことにより、加熱タンク、あるいは冷却タンク内に貯留された熱媒体の温度の変動を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の温度調整システム及び温度調整方法に係る実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明に係る一部の形態を示すものであり、本発明はその主要部を変えない限度において種々の形態を採るものとする。
【００１５】
まず、図１を参照して本発明の温度調整システムに係る第１の実施形態について説明する。本実施形態における製造物の温度調整システム１０は、製造物を入れる温度調整用ジャケットタンク２０、この温度調整用ジャケットタンク２０の周囲に配置されたジャケット部１８、加熱タンク１２、冷却タンク１４、中間タンク１６、及びこれらのタンクを循環する熱媒体とを備えることを基本構成とする。
【００１６】
前記ジャケット部１８は上述したように、温度調整用ジャケットタンク２０の周囲に配置された空間であり、空間内に供給された熱媒体と温度調整用ジャケットタンク２０との間で熱交換を行わせる役割を担う。ジャケット部１８には、空間内に熱媒体を供給する熱媒体供給配管１８ａと、熱交換が成された熱媒体を排出する熱媒体排出配管１８ｂとが設けられている。
【００１７】
前記加熱タンク１２は、温度調整用ジャケットタンク２０の設定温度よりも高い温度に加熱された熱媒体を貯留するタンクである。加熱タンク１２には貯留する熱媒体を所定の温度に加熱するための加熱設備２２が接続されており、加熱設備２２と加熱タンク１２とを接続する循環路を成す配管２１には、搬送ポンプ２２ａが設けられている。この搬送ポンプ２２ａによって送り出された熱媒体が、配管２１を通って加熱設備２２を通過し、加熱タンク１２に戻るという工程を経ることで、加熱タンク１２内に貯留された熱媒体は所定温度に保持されることとなる。また、温度が下がり易いタンク下層から熱媒体を抜き取り、加熱してタンク上層へ戻すという構成を採ることにより、タンク内に貯留された熱媒体を循環させることができ、タンク内に貯留される熱媒体の均熱化を図ることができる。
【００１８】
このように、温度調整用ジャケットタンク２０の設定温度よりも常に高温に保たれた熱媒体を貯留する加熱タンク１２を備えることにより、タンク内に貯留した熱媒体を前記ジャケット部１８に供給することで温度調整用ジャケットタンク２０を急速に昇温させるということができる。よって、加熱タンク１２には、前記ジャケット部１８に熱媒体を供給する熱媒体供給配管１８ａに接続された熱媒体搬出配管１２ａと、ジャケット部１８に供給した熱媒体が帰還できるように前記熱媒体排出配管１８ｂに接続された熱媒体搬入配管１２ｂとが設けられている。そして、熱媒体搬出配管１２ａには、熱媒体を搬送するための搬送ポンプ２６が設けられている。
【００１９】
前記冷却タンク１４は、温度調整用ジャケットタンク２０の設定温度よりも低い温度に冷却された熱媒体を貯留するタンクである。冷却タンク１４には貯留する熱媒体を所定の温度に冷却するための冷却設備２４が接続されており、冷却設備２４と冷却タンク１４とを接続する循環路を成す配管２３には、搬送ポンプ２４ａが設けられている。この搬送ポンプ２４ａによって吸い出された熱媒体が配管２３を通って冷却設備２４を通過し、冷却タンク１４に戻るという工程を経ることで、冷却タンク１４内に貯留された熱媒体は所定温度に保持されることとなる。また、温度が上がり易いタンク上層から熱媒体を抜き取り、冷却してタンク下層へ戻すという構成を採ることにより、タンク内に貯留された熱媒体を循環させることができ、タンク内に貯留される熱媒体の均熱化を図ることができる。
【００２０】
このように、温度調整用ジャケットタンク２０の設定温度よりも常に低温に保たれた熱媒体を貯留する冷却タンク１４を備えることにより、タンク内に貯留した熱媒体を前記ジャケット部１８に供給することで温度調整用ジャケットタンク２０を急速に冷却するということができる。よって、冷却タンク１４には、前記ジャケット部１８に熱媒体を供給する熱媒体供給配管１８ａに接続された熱媒体搬出配管１４ａと、ジャケット部１８に供給した熱媒体が帰還できるように前記熱媒体排出配管１８ｂに接続された熱媒体搬入配管１４ｂとが設けられている。そして、熱媒体搬出配管１４ａには、熱媒体を搬送するための搬送ポンプ２８が設けられている。
【００２１】
前記中間タンク１６は、前記加熱タンク１２に貯留された熱媒体と前記冷却タンク１４に貯留された熱媒体との間に分布する温度の熱媒体を貯留するタンクである。本実施形態の中間タンク１６には、上述した加熱タンク１２や冷却タンク１４のような加熱設備２２、あるいは冷却設備２４が備えられていない。したがって、中間タンク１６内に貯留される熱媒体の温度は、中間タンク１６に供給される熱媒体の温度や、タンク周囲の環境温度に依存して変化するものとなる。
【００２２】
このように、温度調整用ジャケットタンク２０の設定温度に対し、時間の経過に伴って高温あるいは低温に変化する熱媒体を貯留する中間タンク１６については、温度調整用ジャケットタンク２０の温度、温度調整用ジャケットタンク２０の設定温度、及び貯留している熱媒体の温度等を相対的に比較して、熱媒体の使用用途を変化させることができる。例えば、温度調整用ジャケットタンク２０の温度が、中間タンク１６に貯留された熱媒体の温度より低く、温度調整用ジャケットタンク２０を昇温させたい場合には、前記高温タンク１２に貯留された熱媒体よりも優先的に中間タンク１６内に貯留された熱媒体を使用することにより、熱エネルギーの有効利用を図ることができる。また、温度調整用ジャケットタンク２０の温度が、中間タンク１６に貯留された熱媒体の温度よりも高い場合に、温度調整用ジャケットタンク２０をさらに昇温させたい場合には、前記高温タンク１２に貯留された熱媒体により温度調整用ジャケットタンク２０を急速昇温させ、ある時点でジャケット部１８に供給する熱媒体を中間タンク１６に貯留された熱媒体に切り替えることにより、冷却作用が働き、温度勾配を調整することができ、設定温度に対するオーバーシュートを防止することが可能となる。なお、温度調整用ジャケットタンク２０を冷却する場合も同様である。
【００２３】
このため、中間タンク１６には、上記加熱タンク１２や上記冷却タンク１４と同様に、前記ジャケット部１８に熱媒体を供給する熱媒体供給配管１８ａに接続された熱媒体搬出配管１６ａと、ジャケット部１８に供給した熱媒体が帰還できるように前記熱媒体排出配管１８ｂに接続された熱媒体搬入配管１６ｂとが設けられている。そして、熱媒体搬出配管１６ａには、熱媒体を搬送するための搬送ポンプ３０が設けられている。
【００２４】
上記のような構成の温度調整システム１０において、上記熱媒体搬出配管１２ａ，１４ａ，１６ａにはそれぞれ、制御弁３２，３４，３６が設けられており、ジャケット部１８に熱媒体を供給するタンクを選択的に指定することができる構成とされている。また、上記熱媒体排出配管１２ｂ，１４ｂ，１６ｂにはそれぞれ、前記制御弁３２，３４，３６に対応して開閉する制御弁３２ａ，３４ａ，３６ａが設けられており、いずれかのタンクから搬出された熱媒体に対応する量の熱媒体が、同一のタンクに搬入される構成とされている。
なお、本実施形態でいう熱媒体とは、加熱、冷却に使用可能な種々の流体とする。
【００２５】
また、上記それぞれのタンクには図示しない温度検出手段が設けられており、使用する熱媒体を貯留するタンクの選択は、前記温度検出手段によって検出された熱媒体の温度、及び温度調整用ジャケットタンクの温度等を比較して判断を行う図示しない調整手段によってなされる。
【００２６】
ここで、加熱タンク１２、あるいは冷却タンク１４の設定温度と環境温度との温度差を大きくするほど、熱媒体の加熱、冷却、あるいは保温に必要とされるエネルギー量は大きくなる。上記のような構成の温度調整システム１０によれば、加熱、冷却に大きなエネルギーを必要とする加熱タンク１２、あるいは冷却タンク１４内に貯留された熱媒体に優先して、熱媒体の貯留にエネルギーを必要としない中間タンク１６内の熱媒体を使用し、温度調整用ジャケットタンク２０の温度調整を行うことを可能としている。このため、加熱タンク１２からジャケット部１８に供給された熱媒体の代わりにジャケット部１８から加熱タンク１２に排出された熱媒体を所定の温度まで加熱する行為、あるいは冷却タンク１４から供給され、熱交換された容量の熱媒体を所定の温度まで冷却するという行為が減少されることとなる。よって、加熱、冷却に消費されるエネルギーを減少させることができる。
【００２７】
以下に、上記構成の温度調整システム１０を用いて温度調整用ジャケットタンク２０の温度調整を行う場合について、温度調整用ジャケットタンク２０内の製造物が変質（温度変化）しやすい物質である場合と、製造物が変質しにくい物質である場合について、いくつかの例を挙げ、それぞれのケースについて温度調整の方法を説明する。
【００２８】
まず、製造物が変質しやすい物質である場合の例について、図２を参照して説明する。ここで、図２（Ａ）は加熱タンク１２、冷却タンク１４、中間タンク１６に貯留された熱媒体の温度、製造物の温度、及び製造物の設定温度の関係を示す図であり、図２（Ｂ）は中間タンク１６及び製造物の温度変化の様子と、熱媒体が使用されるタンクとの関係を示すグラフである。また、図２は、製造物を加熱する場合の例を示す図である。
【００２９】
図２（Ａ）から読み取れるように、本実施例の場合、中間タンク１６に貯留された熱媒体の温度Ｔｂよりも、製造物の温度Ｔ０の方が高温であり、温度Ｔ０よりもさらに製造物の設定温度Ｔｓの方が高温である。このような場合、製造物の温度Ｔ０を設定温度Ｔｓまで昇温させるためには、貯留する熱媒体の温度が、製造物の設定温度の高温側と低温側とに位置する２つのタンクを利用し、製造物の温度Ｔ０の温度勾配を調整しつつ昇温を図るようにすると良い。
【００３０】
まず、製造物が設定温度Ｔｓよりもある温度Ｔ１だけ低い温度（Ｔｓ−Ｔ１）に至るまで、加熱タンク１２内に貯留された高温Ｔｈの熱媒体をジャケット部１８に供給して製造物の温度Ｔ０を急速昇温させる。製造物の温度Ｔ０がある温度（Ｔｓ−Ｔ１）に到達した後、ジャケット部１８に供給する熱媒体を、中間タンク１６に貯留された熱媒体に切り替える。これによりジャケット部１８に残留する熱媒体の平均温度は低下することとなり、温度勾配が調整され、製造物が設定温度に対してオーバーシュートに至ることを防止することができる。
【００３１】
次に、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照して、中間タンク１６に貯留した熱媒体の温度Ｔｂよりも低い温度の製造物を加熱する場合の例について説明する。なお、本実施例も、製造物が変質し易い物質である場合に関するものである。
【００３２】
本実施例のようなケースでは、製造物の温度Ｔ０が中間タンク１６に貯留された熱媒体の温度Ｔｂに至るまで、ジャケット部１８に、中間タンク１６内の熱媒体を供給して製造物を加熱する。その後、ジャケット部１８に供給する熱媒体を加熱タンク１２に貯留された熱媒体に切り替えて、製造物がある温度（Ｔｓ−Ｔ１）に至るまで継続して加熱を行う。製造物の温度Ｔ０が、ある温度（Ｔｓ−Ｔ１）に至った後、ジャケット部１８に供給する熱媒体を再び、中間タンク１６に貯留した熱媒体に切り替える。これによりジャケット部１８内に残留する熱媒体の平均温度は低下することとなり、製造物の温度Ｔ０の温度勾配が調整され、製造物が設定温度に対してオーバーシュートに至ることを防止することができる。
【００３３】
次に、製造物が変質しにくい物質である場合の例について、図４（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。なお、図面の構成については、図２と同様である。
【００３４】
本実施例の場合、製造物の温度調整は、製造物が変質しやすい場合と同様である。すなわち、製造物の温度Ｔ０が、ある温度（Ｔｓ−Ｔ１）に至るまでは加熱タンク１２に貯留された熱媒体をジャケット部１８に供給し、温度Ｔ０が温度（Ｔｓ−Ｔ１）に到達した後にはジャケット部１８に供給する熱媒体を、中間タンク１６に貯留されたものとするという方法である。よって、このようなケースでは、製造物の変質特性に関わらず同様な加熱を行うことが可能であることが判る。
【００３５】
次に、製造物が変質しにくい物質である場合において、中間タンク１６に貯留した熱媒体の温度Ｔｂよりも低い温度の製造物を加熱する場合の例について図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照して説明する。
【００３６】
本実施例のような場合、製造物が変質しにくいため、ジャケット部には最初から加熱タンク内に貯留された高温Ｔｈの熱媒体を供給する。中間タンク１６の熱媒体を用いて製造物を加熱することも可能であるが、加熱に要する時間、及び熱媒体の量が多大となる。このため、加熱タンク１２に貯留された熱媒体を使用して製造物を加熱する方が効率的に有利となるのである。加熱タンク１２からジャケット部１８に対する熱媒体の供給は、製造物の温度Ｔ０が、ある温度（Ｔｓ−Ｔ１）に到達した時点で停止されて中間タンク１６に貯留された熱媒体に切り替えられる。これにより、上記と同様、製造物の温度Ｔ０の温度勾配が調整され、設定温度に対してオーバーシュートすることを防止することができる。
【００３７】
上述した実施例は全て、製造物を加熱する場合についての説明である。これに対し、製造物を冷却する場合には、上述した加熱タンク１２に貯留された熱媒体をジャケット部１８に供給するという行為に替えて、冷却タンク１４に貯留された熱媒体を供給するという行為にすれば良い。例として図６を参照し、製造物が変質しやすい物質である場合において、中間タンク１６内に貯留された熱媒体の温度Ｔｂよりも製造物の温度Ｔ０が高く、Ｔ０をＴｂよりも低い設定温度Ｔｓへ冷却するケースについて説明する。
【００３８】
本実施例では製造物の温度Ｔ０が中間タンク１６に貯留された熱媒体の温度Ｔｂに至るまで、ジャケット部１８に中間タンク１６内の熱媒体を供給して製造物を冷却する。その後、ジャケット部１８に供給する熱媒体を冷却タンクに貯留された熱媒体に切り替えて、製造物が、ある温度（Ｔｓ＋Ｔ１）に至るまで継続して製造物の冷却を行う。製造物の温度Ｔ０が、ある温度（Ｔｓ＋Ｔ１）に至った後、ジャケット部１８に供給する熱媒体を再び切り替えて、中間タンク１６に貯留した熱媒体とする。これによりジャケット部１８内に残留する熱媒体は加熱されることとなり、製造物が設定温度に対してオーバーシュートに至ることを防止することができる。
【００３９】
従来では、製造物の加熱、冷却を行う際には全て、加熱タンク１２あるいは冷却タンク１４に貯留された熱媒体が使用されていた。これに対し、本実施形態のように温度調整がなされていない中間タンク１６内に熱媒体を貯留し、この中間タンク１６に貯留された熱媒体を利用することで、大きなエネルギーを必要とする高温の熱媒体、あるいは低温の熱媒体を製造する量を減らしつつ従来と同様な熱量を得ることが可能となり、結果として省エネ効果を奏することができるようになる。
【００４０】
次に、図７を参照して、本発明の温度調整システムに係る第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る温度調整システムの殆どの構成は、図１に示した第２の実施形態に係る温度調整システム１０と同様である。したがって、その構成を同様とする箇所には、図１に付した符号に対して１００を足した符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
本実施形態の温度調整システム１１０は、中間タンク１１６に対して吸熱手段、又は放熱手段、あるいはその両方の手段（以下、これらをまとめて、吸熱／放熱手段１１５ａと称す）を接続し、中間タンク１１６に貯留された熱媒体の温度を調整可能な構成としたことを特徴とする。中間タンク１１６と吸熱／放熱手段１１５ａとを接続する循環路１１５を成す配管には、搬送ポンプ１１５ｂが設けられている。ここで、吸熱／放熱手段１１５ａとは、具体的には、ヒーティングタワーや冷却塔のように、省エネルギーでの加熱、冷却を可能とする手段のことを指すものとする。このように、中間タンク１１６内に貯留される熱媒体の温度を少ないエネルギーによって多少なりとも温度調整可能な構成とすることにより、製造物の温度調整を、より効率的に行うことが可能となる。なお、他の構成、作用効果等は、上述した第１の実施形態に係る温度調整システム１０と同様である。
【００４２】
上記実施形態に係る温度調整システム１０，１１０は、いずれも従来の温度調整システムに対して省エネ効果を奏することができる旨記載した。以下に具体的数値を用いた例を示し、省エネ効果を説明する。
【００４３】
以下の例は、５ｍ３の容積を有するタンクに満たされた１００℃の製造物を０℃まで冷却する場合に関するものである。ここで、製造物の比熱を２[ＫＪ／ｋｇ℃]、単位質量を５００ｋｇ／ｍ３とした場合、製造物を冷却する際に必要とされる熱量は、
【数１】
ということになる。
【００４４】
そして、中間タンクに貯留された熱媒体の、ある時点での温度を８０℃とし、中間タンクの熱媒体により、製造物と熱媒体との温度差の半分を冷却することができると仮定する。そうすると、実質的な冷却温度は９０℃となり、製造物を冷却する際に必要とされる熱量は、
【数２】
ということになる。
【００４５】
ここで、５００ＭＪの熱量分を消費するために冷却器が必要とする電力量を１４５ｋＷｈとすると、４５０ＭＪでは、約１３１ｋＷｈ必要なことになる。この実施例の場合、中間タンクを設けることにより、冷却機が消費する電力量を約１０％低減することができることとなる。この消費エネルギーの低減効果は当然に、中間タンクの初期温度に依存して増減することとなるが、いずれの場合においても低減効果を得ることはできる。
【００４６】
また、上記第２の実施形態のように中間タンクに冷却塔を備えた場合、同じ条件においても、さらに大きな省エネ効果を期待することができる。例えば、冷却塔における冷却作用により、中間タンク内の熱媒体の温度が８０℃から５０℃にまで冷却された場合、中間タンクに貯留された熱媒体によって製造物の温度は７５℃にまで冷却することができる。７５℃の製造物を０℃まで冷却するために必要とされる熱量は、
【数３】
であるため、冷却器が消費する電力量は約１０９ｋＷｈということになる。そして、冷却塔による中間タンク内の熱媒体の冷却に消費される電力量を約５ｋＷｈと仮定すると、電力消費量の合計は約１１４ｋＷｈとなり、第１の実施形態に係る温度調整システムよりもさらに高い省エネ効果を得ることができることがわかる。なお、この場合でも、中間タンク周囲の環境温度や熱媒体の初期温度によってその効果に差は生じるが、省エネ効果を奏することに変わりは無い。
【００４７】
表１に、上記実施例に係る温度調整とエネルギーについての関係をまとめる。
【表１】
上記のように、本発明の温度調整システム及び方法によれば、エネルギーロスとタンク温度の変動を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
上記実施形態において熱媒体は、液体であるように説明したが、本発明を実施する上では、必ずしも液体とする必要は無く、熱媒体を気体とすることもできる。この場合、配管に備えられる搬送ポンプは、搬送ファン等に置き換えるようにすると良い。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１の実施形態に係る温度調整システムの構成を示す図である。
【図２】変質し易い物質を加熱する際の第１のケースにおける温度関係を示す図である。
【図３】変質し易い物質を加熱する際の第２のケースにおける温度関係を示す図である。
【図４】変質し難い物質を加熱する際の第１のケースにおける温度関係を示す図である。
【図５】変質し難い物質を加熱する際の第２のケースにおける温度関係を示す図である。
【図６】変質し易い物質を冷却する際のケースにおける温度関係を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る温度調整システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０………温度調整システム、１２………加熱タンク、１４………冷却タンク、１６………中間タンク、１８………ジャケット部、２０………温度調整用ジャケットタンク。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造物の温度調整システム、及び温度調整方法に係り、特に熱媒体を用いて間接的に製造物を加熱、又は冷却する場合に好適な温度調整システム、及び温度調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば健康食品などの分野では、製造物は醗酵や酵素反応などを行うタンクや反応釜などに入れられており、その周囲に設けられた温度調整用ジャケットタンクに供給される熱媒体により製造物の温度調整が行われている。なお、温度調整用ジャケットタンクに供給される熱媒体は、予め所定の温度に加熱、あるいは冷却されてタンクに貯留されており、これらの熱媒体が製造物の設定温度に応じて供給されることとなる。
【０００３】
このような製造形態を採る背景には、製造物の熱負荷や温度調整の精度等が関わっている。一般に、製造物の熱負荷は時間の経過と共に変動し、熱負荷が最大になったときの状態で加熱及び冷却能力の設定が成される。しかし、熱負荷が小さい場合には加熱及び冷却能力の無駄が生じる。また、少ない熱量を補正するための温度調整はその精度が低下しがちとなるという実情があった。
【０００４】
そこで上記のように、加熱及び冷却した熱媒体を蓄えるタンクを設けることで、これが製造物を加熱及び冷却する際の熱負荷を補うバッファとなり、加熱及び冷却能力の無駄を省くことができるようになるのである。さらに、各々のタンク温度が一定に維持されることで、製造物の温度調整を高い精度で実現することが可能となるのである。
【０００５】
このように、熱媒体に温度変化を与えることにより製造物の温度調整を行うシステムとしては、特許文献１に開示されているようなものを挙げることができる。特許文献１に開示されているシステムは、熱媒体として温水を用いるものであり、この温水の温度を変化させることにより、製造物の温度を調整するというものである。そして、特許文献１では、製造物を加熱する際には温水にスチームを吹き込むことで熱媒体の温度を上昇させ、製造物を冷却する際には温水に冷水を混合することで熱媒体の温度を低下させるということを特徴としている。
【特許文献１】特公平７−１６３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記のように加熱、あるいは冷却された熱媒体を貯留するタンクからジャケット部に供給された熱媒体は、熱交換された後に再び貯留タンクに返還されることとなるのが一般的である。ここで、加熱時、あるいは冷却時の熱負荷が大きなものである場合、タンクに貯留されている熱媒体とタンクに返還される熱媒体との熱量の差が大きくなり、タンク内に貯留された熱媒体の温度が不安定となることがある。また、このような温度変動が生じた場合には、タンク内に貯留した熱媒体を再び所定の温度まで加熱、あるいは冷却するために大きなエネルギーが必要となる。
【０００７】
そこで本発明では、上記従来技術の欠点を解消し、タンク温度の変動を抑え、温度調整に要するエネルギーの省エネ化を図ることが可能な、製造物の温度調整システム、及び温度調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
加熱タンク、あるいは冷却タンクに貯留された熱媒体の温度の変動を抑制するためには、温度変動を抑えるためのバッファとなる手段を備えれば良いと考えられる。また、必要とするエネルギーを少なくするためには、時間と共に温度変化が生じる熱媒体を有効利用すれば良いと考えられる。
【０００９】
そこで、上記目的を達成するための、本発明に係る温度調整システムは、製造物の温度を設定温度に調整するジャケット部を備え、当該ジャケット部に加熱あるいは冷却された熱媒体を提供して前記製造物の温度調整を行うシステムにおいて、前記設定温度よりも高温に保持された熱媒体を貯留する加熱タンクと、前記設定温度よりも低温に保持された熱媒体を貯留する冷却タンクと、前記加熱タンクに貯留される熱媒体と前記冷却タンクに貯留される熱媒体との間の温度に分布する温度調整されていない熱媒体を貯留する中間タンクと、前記それぞれのタンクに設けられた温度検出手段によって検出された温度に基づき、いずれかのタンクを選択し、選択されたタンクに貯留された熱媒体を前記ジャケット部に供給して、前記製造物の温度を設定温度に調整する調整手段とを備えることを特徴とすることとした。
【００１０】
また、上記のような構成を有する温度調整システムでは、前記調整手段は、前記加熱タンク、前記冷却タンク、及び前記中間タンクの中から、貯留する熱媒体の温度が前記設定温度の高温側と低温側とに位置する２つのタンクに貯留された熱媒体をジャケット部に供給すると良い。
【００１１】
また、上記のような構成の温度調整システムでは、前記中間タンクに、貯留する熱媒体の温度調整を行う吸熱手段又は／及び放熱手段を備えるようにすることが望ましい。
さらに、上記構成の温度調整システムでは、前記調整手段は、前記加熱タンクあるいは前記冷却タンクに貯留された熱媒体よりも、前記中間タンクに貯留された熱媒体を優先して前記ジャケット部に供給すると良い。
【００１２】
また、上記目的を達成するための本発明に係る温度調整方法は、設定温度よりも高温に設定された熱媒体、又は前記設定温度よりも低温に設定された熱媒体をジャケット部に供給し、製造物の温度を設定温度となるように調整する温度調整方法において、前記製造物を昇温させる際には、前記高温に設定された熱媒体と前記低温に設定された熱媒体との間の温度を有する中間温度熱媒体と前記高温に設定された熱媒体とを用い、前記製造物を冷却する際には、前記中間温度熱媒体と前記低温に設定された熱媒体とを用いることにより、温度調整時における製造物の温度勾配を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記のような特徴を有する温度調整システム、及び方法によれば、熱媒体の加熱時、あるいは冷却時に消費されるエネルギーのロスを抑えることができる。また、上記システムによれば、バッファとして中間タンクを設けたことにより、加熱タンク、あるいは冷却タンク内に貯留された熱媒体の温度の変動を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の温度調整システム及び温度調整方法に係る実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明に係る一部の形態を示すものであり、本発明はその主要部を変えない限度において種々の形態を採るものとする。
【００１５】
まず、図１を参照して本発明の温度調整システムに係る第１の実施形態について説明する。本実施形態における製造物の温度調整システム１０は、製造物を入れる温度調整用ジャケットタンク２０、この温度調整用ジャケットタンク２０の周囲に配置されたジャケット部１８、加熱タンク１２、冷却タンク１４、中間タンク１６、及びこれらのタンクを循環する熱媒体とを備えることを基本構成とする。
【００１６】
前記ジャケット部１８は上述したように、温度調整用ジャケットタンク２０の周囲に配置された空間であり、空間内に供給された熱媒体と温度調整用ジャケットタンク２０との間で熱交換を行わせる役割を担う。ジャケット部１８には、空間内に熱媒体を供給する熱媒体供給配管１８ａと、熱交換が成された熱媒体を排出する熱媒体排出配管１８ｂとが設けられている。
【００１７】
前記加熱タンク１２は、温度調整用ジャケットタンク２０の設定温度よりも高い温度に加熱された熱媒体を貯留するタンクである。加熱タンク１２には貯留する熱媒体を所定の温度に加熱するための加熱設備２２が接続されており、加熱設備２２と加熱タンク１２とを接続する循環路を成す配管２１には、搬送ポンプ２２ａが設けられている。この搬送ポンプ２２ａによって送り出された熱媒体が、配管２１を通って加熱設備２２を通過し、加熱タンク１２に戻るという工程を経ることで、加熱タンク１２内に貯留された熱媒体は所定温度に保持されることとなる。また、温度が下がり易いタンク下層から熱媒体を抜き取り、加熱してタンク上層へ戻すという構成を採ることにより、タンク内に貯留された熱媒体を循環させることができ、タンク内に貯留される熱媒体の均熱化を図ることができる。
【００１８】
このように、温度調整用ジャケットタンク２０の設定温度よりも常に高温に保たれた熱媒体を貯留する加熱タンク１２を備えることにより、タンク内に貯留した熱媒体を前記ジャケット部１８に供給することで温度調整用ジャケットタンク２０を急速に昇温させるということができる。よって、加熱タンク１２には、前記ジャケット部１８に熱媒体を供給する熱媒体供給配管１８ａに接続された熱媒体搬出配管１２ａと、ジャケット部１８に供給した熱媒体が帰還できるように前記熱媒体排出配管１８ｂに接続された熱媒体搬入配管１２ｂとが設けられている。そして、熱媒体搬出配管１２ａには、熱媒体を搬送するための搬送ポンプ２６が設けられている。
【００１９】
前記冷却タンク１４は、温度調整用ジャケットタンク２０の設定温度よりも低い温度に冷却された熱媒体を貯留するタンクである。冷却タンク１４には貯留する熱媒体を所定の温度に冷却するための冷却設備２４が接続されており、冷却設備２４と冷却タンク１４とを接続する循環路を成す配管２３には、搬送ポンプ２４ａが設けられている。この搬送ポンプ２４ａによって吸い出された熱媒体が配管２３を通って冷却設備２４を通過し、冷却タンク１４に戻るという工程を経ることで、冷却タンク１４内に貯留された熱媒体は所定温度に保持されることとなる。また、温度が上がり易いタンク上層から熱媒体を抜き取り、冷却してタンク下層へ戻すという構成を採ることにより、タンク内に貯留された熱媒体を循環させることができ、タンク内に貯留される熱媒体の均熱化を図ることができる。
【００２０】
このように、温度調整用ジャケットタンク２０の設定温度よりも常に低温に保たれた熱媒体を貯留する冷却タンク１４を備えることにより、タンク内に貯留した熱媒体を前記ジャケット部１８に供給することで温度調整用ジャケットタンク２０を急速に冷却するということができる。よって、冷却タンク１４には、前記ジャケット部１８に熱媒体を供給する熱媒体供給配管１８ａに接続された熱媒体搬出配管１４ａと、ジャケット部１８に供給した熱媒体が帰還できるように前記熱媒体排出配管１８ｂに接続された熱媒体搬入配管１４ｂとが設けられている。そして、熱媒体搬出配管１４ａには、熱媒体を搬送するための搬送ポンプ２８が設けられている。
【００２１】
前記中間タンク１６は、前記加熱タンク１２に貯留された熱媒体と前記冷却タンク１４に貯留された熱媒体との間に分布する温度の熱媒体を貯留するタンクである。本実施形態の中間タンク１６には、上述した加熱タンク１２や冷却タンク１４のような加熱設備２２、あるいは冷却設備２４が備えられていない。したがって、中間タンク１６内に貯留される熱媒体の温度は、中間タンク１６に供給される熱媒体の温度や、タンク周囲の環境温度に依存して変化するものとなる。
【００２２】
このように、温度調整用ジャケットタンク２０の設定温度に対し、時間の経過に伴って高温あるいは低温に変化する熱媒体を貯留する中間タンク１６については、温度調整用ジャケットタンク２０の温度、温度調整用ジャケットタンク２０の設定温度、及び貯留している熱媒体の温度等を相対的に比較して、熱媒体の使用用途を変化させることができる。例えば、温度調整用ジャケットタンク２０の温度が、中間タンク１６に貯留された熱媒体の温度より低く、温度調整用ジャケットタンク２０を昇温させたい場合には、前記高温タンク１２に貯留された熱媒体よりも優先的に中間タンク１６内に貯留された熱媒体を使用することにより、熱エネルギーの有効利用を図ることができる。また、温度調整用ジャケットタンク２０の温度が、中間タンク１６に貯留された熱媒体の温度よりも高い場合に、温度調整用ジャケットタンク２０をさらに昇温させたい場合には、前記高温タンク１２に貯留された熱媒体により温度調整用ジャケットタンク２０を急速昇温させ、ある時点でジャケット部１８に供給する熱媒体を中間タンク１６に貯留された熱媒体に切り替えることにより、冷却作用が働き、温度勾配を調整することができ、設定温度に対するオーバーシュートを防止することが可能となる。なお、温度調整用ジャケットタンク２０を冷却する場合も同様である。
【００２３】
このため、中間タンク１６には、上記加熱タンク１２や上記冷却タンク１４と同様に、前記ジャケット部１８に熱媒体を供給する熱媒体供給配管１８ａに接続された熱媒体搬出配管１６ａと、ジャケット部１８に供給した熱媒体が帰還できるように前記熱媒体排出配管１８ｂに接続された熱媒体搬入配管１６ｂとが設けられている。そして、熱媒体搬出配管１６ａには、熱媒体を搬送するための搬送ポンプ３０が設けられている。
【００２４】
上記のような構成の温度調整システム１０において、上記熱媒体搬出配管１２ａ，１４ａ，１６ａにはそれぞれ、制御弁３２，３４，３６が設けられており、ジャケット部１８に熱媒体を供給するタンクを選択的に指定することができる構成とされている。また、上記熱媒体排出配管１２ｂ，１４ｂ，１６ｂにはそれぞれ、前記制御弁３２，３４，３６に対応して開閉する制御弁３２ａ，３４ａ，３６ａが設けられており、いずれかのタンクから搬出された熱媒体に対応する量の熱媒体が、同一のタンクに搬入される構成とされている。
なお、本実施形態でいう熱媒体とは、加熱、冷却に使用可能な種々の流体とする。
【００２５】
また、上記それぞれのタンクには図示しない温度検出手段が設けられており、使用する熱媒体を貯留するタンクの選択は、前記温度検出手段によって検出された熱媒体の温度、及び温度調整用ジャケットタンクの温度等を比較して判断を行う図示しない調整手段によってなされる。
【００２６】
ここで、加熱タンク１２、あるいは冷却タンク１４の設定温度と環境温度との温度差を大きくするほど、熱媒体の加熱、冷却、あるいは保温に必要とされるエネルギー量は大きくなる。上記のような構成の温度調整システム１０によれば、加熱、冷却に大きなエネルギーを必要とする加熱タンク１２、あるいは冷却タンク１４内に貯留された熱媒体に優先して、熱媒体の貯留にエネルギーを必要としない中間タンク１６内の熱媒体を使用し、温度調整用ジャケットタンク２０の温度調整を行うことを可能としている。このため、加熱タンク１２からジャケット部１８に供給された熱媒体の代わりにジャケット部１８から加熱タンク１２に排出された熱媒体を所定の温度まで加熱する行為、あるいは冷却タンク１４から供給され、熱交換された容量の熱媒体を所定の温度まで冷却するという行為が減少されることとなる。よって、加熱、冷却に消費されるエネルギーを減少させることができる。
【００２７】
以下に、上記構成の温度調整システム１０を用いて温度調整用ジャケットタンク２０の温度調整を行う場合について、温度調整用ジャケットタンク２０内の製造物が変質（温度変化）しやすい物質である場合と、製造物が変質しにくい物質である場合について、いくつかの例を挙げ、それぞれのケースについて温度調整の方法を説明する。
【００２８】
まず、製造物が変質しやすい物質である場合の例について、図２を参照して説明する。ここで、図２（Ａ）は加熱タンク１２、冷却タンク１４、中間タンク１６に貯留された熱媒体の温度、製造物の温度、及び製造物の設定温度の関係を示す図であり、図２（Ｂ）は中間タンク１６及び製造物の温度変化の様子と、熱媒体が使用されるタンクとの関係を示すグラフである。また、図２は、製造物を加熱する場合の例を示す図である。
【００２９】
図２（Ａ）から読み取れるように、本実施例の場合、中間タンク１６に貯留された熱媒体の温度Ｔｂよりも、製造物の温度Ｔ０の方が高温であり、温度Ｔ０よりもさらに製造物の設定温度Ｔｓの方が高温である。このような場合、製造物の温度Ｔ０を設定温度Ｔｓまで昇温させるためには、貯留する熱媒体の温度が、製造物の設定温度の高温側と低温側とに位置する２つのタンクを利用し、製造物の温度Ｔ０の温度勾配を調整しつつ昇温を図るようにすると良い。
【００３０】
まず、製造物が設定温度Ｔｓよりもある温度Ｔ１だけ低い温度（Ｔｓ−Ｔ１）に至るまで、加熱タンク１２内に貯留された高温Ｔｈの熱媒体をジャケット部１８に供給して製造物の温度Ｔ０を急速昇温させる。製造物の温度Ｔ０がある温度（Ｔｓ−Ｔ１）に到達した後、ジャケット部１８に供給する熱媒体を、中間タンク１６に貯留された熱媒体に切り替える。これによりジャケット部１８に残留する熱媒体の平均温度は低下することとなり、温度勾配が調整され、製造物が設定温度に対してオーバーシュートに至ることを防止することができる。
【００３１】
次に、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照して、中間タンク１６に貯留した熱媒体の温度Ｔｂよりも低い温度の製造物を加熱する場合の例について説明する。なお、本実施例も、製造物が変質し易い物質である場合に関するものである。
【００３２】
本実施例のようなケースでは、製造物の温度Ｔ０が中間タンク１６に貯留された熱媒体の温度Ｔｂに至るまで、ジャケット部１８に、中間タンク１６内の熱媒体を供給して製造物を加熱する。その後、ジャケット部１８に供給する熱媒体を加熱タンク１２に貯留された熱媒体に切り替えて、製造物がある温度（Ｔｓ−Ｔ１）に至るまで継続して加熱を行う。製造物の温度Ｔ０が、ある温度（Ｔｓ−Ｔ１）に至った後、ジャケット部１８に供給する熱媒体を再び、中間タンク１６に貯留した熱媒体に切り替える。これによりジャケット部１８内に残留する熱媒体の平均温度は低下することとなり、製造物の温度Ｔ０の温度勾配が調整され、製造物が設定温度に対してオーバーシュートに至ることを防止することができる。
【００３３】
次に、製造物が変質しにくい物質である場合の例について、図４（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。なお、図面の構成については、図２と同様である。
【００３４】
本実施例の場合、製造物の温度調整は、製造物が変質しやすい場合と同様である。すなわち、製造物の温度Ｔ０が、ある温度（Ｔｓ−Ｔ１）に至るまでは加熱タンク１２に貯留された熱媒体をジャケット部１８に供給し、温度Ｔ０が温度（Ｔｓ−Ｔ１）に到達した後にはジャケット部１８に供給する熱媒体を、中間タンク１６に貯留されたものとするという方法である。よって、このようなケースでは、製造物の変質特性に関わらず同様な加熱を行うことが可能であることが判る。
【００３５】
次に、製造物が変質しにくい物質である場合において、中間タンク１６に貯留した熱媒体の温度Ｔｂよりも低い温度の製造物を加熱する場合の例について図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照して説明する。
【００３６】
本実施例のような場合、製造物が変質しにくいため、ジャケット部には最初から加熱タンク内に貯留された高温Ｔｈの熱媒体を供給する。中間タンク１６の熱媒体を用いて製造物を加熱することも可能であるが、加熱に要する時間、及び熱媒体の量が多大となる。このため、加熱タンク１２に貯留された熱媒体を使用して製造物を加熱する方が効率的に有利となるのである。加熱タンク１２からジャケット部１８に対する熱媒体の供給は、製造物の温度Ｔ０が、ある温度（Ｔｓ−Ｔ１）に到達した時点で停止されて中間タンク１６に貯留された熱媒体に切り替えられる。これにより、上記と同様、製造物の温度Ｔ０の温度勾配が調整され、設定温度に対してオーバーシュートすることを防止することができる。
【００３７】
上述した実施例は全て、製造物を加熱する場合についての説明である。これに対し、製造物を冷却する場合には、上述した加熱タンク１２に貯留された熱媒体をジャケット部１８に供給するという行為に替えて、冷却タンク１４に貯留された熱媒体を供給するという行為にすれば良い。例として図６を参照し、製造物が変質しやすい物質である場合において、中間タンク１６内に貯留された熱媒体の温度Ｔｂよりも製造物の温度Ｔ０が高く、Ｔ０をＴｂよりも低い設定温度Ｔｓへ冷却するケースについて説明する。
【００３８】
本実施例では製造物の温度Ｔ０が中間タンク１６に貯留された熱媒体の温度Ｔｂに至るまで、ジャケット部１８に中間タンク１６内の熱媒体を供給して製造物を冷却する。その後、ジャケット部１８に供給する熱媒体を冷却タンクに貯留された熱媒体に切り替えて、製造物が、ある温度（Ｔｓ＋Ｔ１）に至るまで継続して製造物の冷却を行う。製造物の温度Ｔ０が、ある温度（Ｔｓ＋Ｔ１）に至った後、ジャケット部１８に供給する熱媒体を再び切り替えて、中間タンク１６に貯留した熱媒体とする。これによりジャケット部１８内に残留する熱媒体は加熱されることとなり、製造物が設定温度に対してオーバーシュートに至ることを防止することができる。
【００３９】
従来では、製造物の加熱、冷却を行う際には全て、加熱タンク１２あるいは冷却タンク１４に貯留された熱媒体が使用されていた。これに対し、本実施形態のように温度調整がなされていない中間タンク１６内に熱媒体を貯留し、この中間タンク１６に貯留された熱媒体を利用することで、大きなエネルギーを必要とする高温の熱媒体、あるいは低温の熱媒体を製造する量を減らしつつ従来と同様な熱量を得ることが可能となり、結果として省エネ効果を奏することができるようになる。
【００４０】
次に、図７を参照して、本発明の温度調整システムに係る第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る温度調整システムの殆どの構成は、図１に示した第２の実施形態に係る温度調整システム１０と同様である。したがって、その構成を同様とする箇所には、図１に付した符号に対して１００を足した符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
本実施形態の温度調整システム１１０は、中間タンク１１６に対して吸熱手段、又は放熱手段、あるいはその両方の手段（以下、これらをまとめて、吸熱／放熱手段１１５ａと称す）を接続し、中間タンク１１６に貯留された熱媒体の温度を調整可能な構成としたことを特徴とする。中間タンク１１６と吸熱／放熱手段１１５ａとを接続する循環路１１５を成す配管には、搬送ポンプ１１５ｂが設けられている。ここで、吸熱／放熱手段１１５ａとは、具体的には、ヒーティングタワーや冷却塔のように、省エネルギーでの加熱、冷却を可能とする手段のことを指すものとする。このように、中間タンク１１６内に貯留される熱媒体の温度を少ないエネルギーによって多少なりとも温度調整可能な構成とすることにより、製造物の温度調整を、より効率的に行うことが可能となる。なお、他の構成、作用効果等は、上述した第１の実施形態に係る温度調整システム１０と同様である。
【００４２】
上記実施形態に係る温度調整システム１０，１１０は、いずれも従来の温度調整システムに対して省エネ効果を奏することができる旨記載した。以下に具体的数値を用いた例を示し、省エネ効果を説明する。
【００４３】
以下の例は、５ｍ３の容積を有するタンクに満たされた１００℃の製造物を０℃まで冷却する場合に関するものである。ここで、製造物の比熱を２[ＫＪ／ｋｇ℃]、単位質量を５００ｋｇ／ｍ３とした場合、製造物を冷却する際に必要とされる熱量は、
【数１】
ということになる。
【００４４】
そして、中間タンクに貯留された熱媒体の、ある時点での温度を８０℃とし、中間タンクの熱媒体により、製造物と熱媒体との温度差の半分を冷却することができると仮定する。そうすると、実質的な冷却温度は９０℃となり、製造物を冷却する際に必要とされる熱量は、
【数２】
ということになる。
【００４５】
ここで、５００ＭＪの熱量分を消費するために冷却器が必要とする電力量を１４５ｋＷｈとすると、４５０ＭＪでは、約１３１ｋＷｈ必要なことになる。この実施例の場合、中間タンクを設けることにより、冷却機が消費する電力量を約１０％低減することができることとなる。この消費エネルギーの低減効果は当然に、中間タンクの初期温度に依存して増減することとなるが、いずれの場合においても低減効果を得ることはできる。
【００４６】
また、上記第２の実施形態のように中間タンクに冷却塔を備えた場合、同じ条件においても、さらに大きな省エネ効果を期待することができる。例えば、冷却塔における冷却作用により、中間タンク内の熱媒体の温度が８０℃から５０℃にまで冷却された場合、中間タンクに貯留された熱媒体によって製造物の温度は７５℃にまで冷却することができる。７５℃の製造物を０℃まで冷却するために必要とされる熱量は、
【数３】
であるため、冷却器が消費する電力量は約１０９ｋＷｈということになる。そして、冷却塔による中間タンク内の熱媒体の冷却に消費される電力量を約５ｋＷｈと仮定すると、電力消費量の合計は約１１４ｋＷｈとなり、第１の実施形態に係る温度調整システムよりもさらに高い省エネ効果を得ることができることがわかる。なお、この場合でも、中間タンク周囲の環境温度や熱媒体の初期温度によってその効果に差は生じるが、省エネ効果を奏することに変わりは無い。
【００４７】
表１に、上記実施例に係る温度調整とエネルギーについての関係をまとめる。
【表１】
上記のように、本発明の温度調整システム及び方法によれば、エネルギーロスとタンク温度の変動を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
上記実施形態において熱媒体は、液体であるように説明したが、本発明を実施する上では、必ずしも液体とする必要は無く、熱媒体を気体とすることもできる。この場合、配管に備えられる搬送ポンプは、搬送ファン等に置き換えるようにすると良い。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１の実施形態に係る温度調整システムの構成を示す図である。
【図２】変質し易い物質を加熱する際の第１のケースにおける温度関係を示す図である。
【図３】変質し易い物質を加熱する際の第２のケースにおける温度関係を示す図である。
【図４】変質し難い物質を加熱する際の第１のケースにおける温度関係を示す図である。
【図５】変質し難い物質を加熱する際の第２のケースにおける温度関係を示す図である。
【図６】変質し易い物質を冷却する際のケースにおける温度関係を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る温度調整システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０………温度調整システム、１２………加熱タンク、１４………冷却タンク、１６………中間タンク、１８………ジャケット部、２０………温度調整用ジャケットタンク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造物の温度を設定温度に調整する温度調整用ジャケットタンクを備え、温度調整用ジャケットタンクのジャケット部に加熱あるいは冷却された熱媒体を提供して前記製造物の温度調整を行うシステムにおいて、
前記設定温度よりも高温に保持された熱媒体を貯留する加熱タンクと、
前記設定温度よりも低温に保持された熱媒体を貯留する冷却タンクと、
前記加熱タンクに貯留される熱媒体と前記冷却タンクに貯留される熱媒体との間の温度に分布する温度調整されていない熱媒体を貯留する中間タンクと、
前記それぞれのタンクに設けられた温度検出手段によって検出された温度に基づき、いずれかのタンクを選択し、選択されたタンクに貯留された熱媒体を前記ジャケット部に供給して、前記製造物の温度を設定温度に調整する調整手段とを備えることを特徴とする温度調整システム。
【請求項２】
前記調整手段は、前記加熱タンク、前記冷却タンク、及び前記中間タンクの中から、貯留する熱媒体の温度が前記設定温度の高温側と低温側とに位置する２つのタンクに貯留された熱媒体を前記ジャケット部に供給することを特徴とする請求項１に記載の温度調整システム。
【請求項３】
前記中間タンクに、貯留する熱媒体の温度調整を行う吸熱手段又は／及び放熱手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の温度調整システム。
【請求項４】
前記調整手段は、前記加熱タンクあるいは前記冷却タンクに貯留された熱媒体よりも、前記中間タンクに貯留された熱媒体を優先して前記ジャケット部に供給することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載の温度調整システム。
【請求項５】
設定温度よりも高温に設定された熱媒体、又は前記設定温度よりも低温に設定された熱媒体をジャケット部に供給し、製造物の温度を設定温度となるように調整する温度調整方法において、
前記製造物を昇温させる際には、前記高温に設定された熱媒体と前記低温に設定された熱媒体との間の温度を有する中間温度熱媒体と前記高温に設定された熱媒体とを用い、
前記製造物を冷却する際には、前記中間温度熱媒体と前記低温に設定された熱媒体とを用いることにより、
温度調整時における製造物の温度勾配を調整することを特徴とする温度調整方法。
【請求項１】
製造物の温度を設定温度に調整する温度調整用ジャケットタンクを備え、温度調整用ジャケットタンクのジャケット部に加熱あるいは冷却された熱媒体を提供して前記製造物の温度調整を行うシステムにおいて、
前記設定温度よりも高温に保持された熱媒体を貯留する加熱タンクと、
前記設定温度よりも低温に保持された熱媒体を貯留する冷却タンクと、
前記加熱タンクに貯留される熱媒体と前記冷却タンクに貯留される熱媒体との間の温度に分布する温度調整されていない熱媒体を貯留する中間タンクと、
前記それぞれのタンクに設けられた温度検出手段によって検出された温度に基づき、いずれかのタンクを選択し、選択されたタンクに貯留された熱媒体を前記ジャケット部に供給して、前記製造物の温度を設定温度に調整する調整手段とを備えることを特徴とする温度調整システム。
【請求項２】
前記調整手段は、前記加熱タンク、前記冷却タンク、及び前記中間タンクの中から、貯留する熱媒体の温度が前記設定温度の高温側と低温側とに位置する２つのタンクに貯留された熱媒体を前記ジャケット部に供給することを特徴とする請求項１に記載の温度調整システム。
【請求項３】
前記中間タンクに、貯留する熱媒体の温度調整を行う吸熱手段又は／及び放熱手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の温度調整システム。
【請求項４】
前記調整手段は、前記加熱タンクあるいは前記冷却タンクに貯留された熱媒体よりも、前記中間タンクに貯留された熱媒体を優先して前記ジャケット部に供給することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載の温度調整システム。
【請求項５】
設定温度よりも高温に設定された熱媒体、又は前記設定温度よりも低温に設定された熱媒体をジャケット部に供給し、製造物の温度を設定温度となるように調整する温度調整方法において、
前記製造物を昇温させる際には、前記高温に設定された熱媒体と前記低温に設定された熱媒体との間の温度を有する中間温度熱媒体と前記高温に設定された熱媒体とを用い、
前記製造物を冷却する際には、前記中間温度熱媒体と前記低温に設定された熱媒体とを用いることにより、
温度調整時における製造物の温度勾配を調整することを特徴とする温度調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２２４０９７（Ｐ２００８−２２４０９７Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６０６３０（Ｐ２００７−６０６３０）
【出願日】平成１９年３月９日（２００７．３．９）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月９日（２００７．３．９）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
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