JP2019052828A - 冷却装置の性能評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却装置の定量的な性能評価を可能にする。【解決手段】一実施形態に係る冷却装置の性能評価方法は、テストピースを冷却装置を用いて冷却し、該テストピースの冷却履歴を実測する冷却ステップと、前記冷却ステップで求めた前記冷却履歴の実測値から熱伝導方程式を用いて前記テストピースの熱伝達率を求める熱伝達率算出ステップと、前記熱伝達率に基づいて前記冷却装置の性能を評価する評価ステップと、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、冷却装置の性能評価方法に関する。

従来、食品などの被冷却物を冷却し又は凍結する冷却装置の性能評価は、例えば、要素試験などから得られたテストピースの冷却履歴（冷却曲線）を評価基準としている。しかし、冷却履歴は、被冷却物の物性、形状及び冷却装置の運転条件等によって異なり、また、テストピースの冷却温度はテストピースの計測場所によって異なるので、一部の冷却履歴から冷却装置の定量的な性能評価を行うのは困難である。

特許文献１には、挿入部の先端から根元付近までの複数個所に検出部を有する棒状の芯温度センサを冷凍庫内で冷却される食品に挿入し、該複数の検出部の検出値に基づいて食品全体の凍結完了時間を予測するようにした温度測定装置が開示されている。この装置は、冷却中の食品の凍結完了時間を予測するものであり、冷凍庫の定量的な性能評価を可能にするものではない。

特開２００１−０９９５４４号公報

前述のように、被冷却物の冷却履歴（冷却曲線）は、被冷却物の物性や形状及び冷却装置の運転条件などで異なるので、一部の冷却履歴から冷却装置の定量的な性能評価を行うことは困難である。従って、冷却装置のメンテナンス時に冷却装置の故障や経年的な性能低下を見逃すおそれがある。

一実施形態は、上記に鑑み、冷却装置の定量的な性能評価を可能にすることを目的とする。

（１）一実施形態に係る冷却装置の性能評価方法は、
テストピースを冷却装置を用いて冷却し、該テストピースの冷却履歴を実測する冷却ステップと、
前記冷却ステップで求めた前記冷却履歴の実測値から熱伝導方程式を用いて前記テストピースの熱伝達率を求める熱伝達率算出ステップと、
前記熱伝達率に基づいて前記冷却装置の性能を評価する評価ステップと、
を備える。

上記（１）の方法によれば、テストピースの冷却履歴の実測値から熱伝導方程式を用いて熱伝達率を求め、該熱伝達率に基づいて性能評価をすることで定量的な性能評価が可能になる。従って、冷却装置の必要性能に応じた最適な設計が可能になり、過剰設計を回避できるため、製造コスト及び所要動力を低減できる。

（２）一実施形態では、前記（１）の方法において、
前記熱伝達率算出ステップで求めた前記熱伝達率が予め設定された閾値から外れたとき、前記冷却装置に異常が発生したと判定する判定ステップをさらに含む。
上記（２）の方法によれば、上記判定ステップにより、冷却装置の故障部位や消耗部位等を見つけることができる。

（３）一実施形態では、前記（２）の方法において、
前記冷却装置の冷却領域を複数の冷却領域に区分し、
前記複数の冷却領域の各々で前記テストピースの熱伝達率を求め、
前記判定ステップにおいて、前記複数の冷却領域のうち前記熱伝達率が前記閾値から外れた領域において異常が発生したと判定する。
上記（３）の方法によれば、複数に区分けした冷却領域のどの領域が異常かを見つけることができる。従って、異常が発生した領域で故障部位や消耗部位等を見つけることができる。

（４）一実施形態では、前記（２）又は（３）の構成において、
前記判定ステップは、前記冷却装置のメンテナンス時に行われる。
上記（４）の方法によれば、上記熱伝達率算出ステップで求めた熱伝達率とメンテナンス時に求めた熱伝達率との相違から、故障部位や消耗箇所を見つけ、部品交換や修理が可能になる。これによって、冷却装置の性能低下を防止できる。

（５）一実施形態では、前記（１）〜（４）の何れかの方法において、
前記熱伝達率算出ステップにおいて、
前記熱伝達率をフィッティングパラメータとし、前記冷却履歴の前記実測値と前記熱伝導方程式を用いて得られた前記冷却履歴の計算値とが一致するときの前記熱伝達率を求める。
上記（５）の方法によれば、冷却履歴の実測値と熱伝導方程式を用いて得られた冷却履歴の計算値とが一致するときの熱伝達率を求めることで、冷却装置の定量的な性能評価の指標となる熱伝達率を容易に求めることができる。

（６）一実施形態では、前記（１）〜（５）の何れかの方法において、
前記冷却ステップにおいて、前記テストピースとして顕熱冷却履歴のみの冷却履歴を有する第１テストピースを用いる。
上記（６）の方法によれば、冷却ステップにおいて、テストピースとして顕熱冷却履歴のみのシンプルな冷却履歴を有する第１テストピースを用いることで、熱伝達率をフィッティングパラメータとしたときの冷却履歴の実測値と計算値とのフィッティングが容易になり、冷却装置の性能指標となる熱伝達率を容易に求めることができる。

（７）一実施形態では、前記（１）〜（５）の何れかの方法において、
前記冷却ステップにおいて、前記テストピースとして前記冷却履歴中に潜熱凍結履歴を含む第２テストピースを用いる。
上記（７）の方法によれば、潜熱冷却履歴を有する食品に近い冷却履歴を有する第２テストピースを用いて冷却履歴を実測し、この実測値に基づいて熱伝達率を求めることで、食品を冷却するときの性能評価に適した熱伝達率を求めることができる。

（８）一実施形態では、前記（１）〜（５）の何れかの方法において、
前記テストピースとして、互いに同一の形状及び大きさを有し、顕熱冷却履歴のみの冷却履歴を有する第１テストピースと前記冷却履歴中に潜熱凍結履歴を含む第２テストピースとを用意し、
前記冷却ステップにおいて、前記冷却装置の同一運転条件下で前記第１テストピース及び前記第２テストピースの各々の前記冷却履歴の前記実測値を求め、
前記熱伝達率算出ステップにおいて、前記実測値から前記第１テストピース及び前記第２テストピースの各々の前記熱伝達率を求め、前記各々の熱伝達率に基づいて前記テストピースの前記熱伝達率を決定する。

上記（８）の方法によれば、第１テストピース及び第２テストピースを用い、これらのテストピースから得られた熱伝達率を比較評価することで、冷却装置の性能評価に適した熱伝達率を選択できる。

（９）一実施形態では、前記（１）〜（８）の何れかの方法において、
前記熱伝達率算出ステップで求めた前記熱伝達率から前記熱伝導方程式を用いて前記テストピースの凍結時間を予測する凍結時間予測ステップを備える。
上記（９）の方法によれば、熱伝達率と凍結時間の２つの基準で冷却装置の性能評価を行うので、冷却装置の定量的な性能評価が可能になる。また、実運転時の必要冷却時間を予測できるので、この予測結果を冷却装置の設計に反映でき、従って、冷却装置の過剰設計及び過剰動力を排することができる。

（１０）一実施形態では、前記（７）〜（９）の何れかの方法において、
前記熱伝達率算出ステップにおいて、前記第２テストピースの前記熱伝達率を求める場合に、
前記熱伝導方程式に用いられる密度を固定値とし、前記熱伝導方程式に用いられる比熱及び熱伝導率のうち少なくとも前記比熱を温度依存値とする。
上記（１０）の方法によれば、第２テストピースの熱伝達率を求める場合に、実測値と計算値との近似が容易になり、性能評価の指標としての熱伝達率を容易に求めることができる。

（１１）一実施形態では、前記（７）〜（１０）の何れかの構成において、
前記第２テストピースの熱伝達率をフィッティングパラメータとし、前記第２テストピースの前記冷却履歴の実測値と前記熱伝導方程式から得られた計算値とが一致するように前記第２テストピースの凍結温度を選択する。
上記（１１）の方法によれば、第２テストピースの凍結温度を選択することで、第２テストピースの冷却履歴の実測値と計算値とを一致させることができるので、第２テストピースの熱伝達率を容易に求めることができる。

（１２）一実施形態では、前記（１）〜（１１）の何れかの方法において、
前記冷却装置は、
内部に冷却空間を形成可能なハウジングと、
前記冷却空間を冷却可能な冷凍機と
前記ハウジングの内外に被冷却物を搬送可能なコンベアと、
を備え、
前記コンベアで複数の前記被冷却物を搬送しながら冷却可能に構成される。
上記（１２）の方法によれば、上記構成を有する連続搬送式冷却装置に適用される場合、被冷却物の物性及び冷却装置の運転条件が変わっても、その都度定量的な性能評価が可能になるので、冷却装置の最適運転と最適な設計が可能になり、過剰設計を回避できるため、冷却装置の製造コスト及び所要動力を低減できる。

幾つかの実施形態によれば、冷却装置の定量的な性能評価が可能になるため、冷却装置の運転条件に応じた最適な設計が可能になり、過剰設計を回避できるため、製造コスト及び所要動力を低減できる。

一実施形態に係る性能評価方法のフロー図である。 一実施形態に係る冷却曲線から熱伝達率を求める方法を説明するためのグラフである。 一実施形態に係る第１テストピースの冷却曲線を示すグラフである。 一実施形態に係る第２テストピースの冷却曲線を示すグラフである。 一実施形態に係る性能評価方法のフロー図である。 一実施形態に係る第２テストピースの熱伝達率を求める方法を説明するためのグラフである。 一実施形態に係る冷却装置の正面視断面図である。 一実施形態に係る冷却装置の模式的平面図である。 一実施形態に係るメンテナンス時の性能評価に用いられるグラフである。 一実施形態に係るメンテナンス時の性能評価に用いられるグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係る冷却装置の性能評価方法を示す工程図である。
図１に示すように、一実施形態に係る冷却装置の性能評価方法は、まず、テストピースを冷却装置で冷却することで、該テストピースの冷却履歴（冷却曲線）を実測する（冷却ステップＳ１０）。次に、冷却ステップＳ１０で求めた冷却履歴の実測値から熱伝導方程式（１ａ）及び（１ｂ）を用いてテストピースの熱伝達率を求める（熱伝達率算出ステップＳ１２）。

熱伝導方程式（１ａ）において、ρはテストピースの密度（ｋｇ／ｍ^３）、ｃ_ｐはテストピースの比熱（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）、λは熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）、∂Ｔ／∂ｔは時間に対する温度勾配、∂Ｔ／∂ｘｊは、三次元座標における各座標軸の温度勾配、Ωはテストピース内部要素を示す。熱伝導方程式（１ｂ）において、Γは境界要素、αは熱伝達率（Ｗ／ｍ^２・Ｋ）、Tsurfはテストピースの表面温度、Tairは外気温度を示す。
そして、熱伝達率算出ステップＳ１２で求めた熱伝達率に基づいて、冷却装置の性能を評価する（評価ステップＳ１４）。

上記方法によれば、テストピースの冷却履歴の実測値から熱伝導方程式（１ａ）及び（１ｂ）を用いて熱伝達率αを求め、熱伝達率αに基づいて性能評価をすることで、定量的な性能評価が可能になる。従って、冷却装置の必要性能に応じた最適な設計が可能になり、過剰設計を回避できるため、製造コスト及び所要動力を低減できる。

図２は、一実験データとして、ステンレス鋼製のテストピースを用い、冷却装置の冷却空間に置かれたテストピースの中心温度の推移をプロットした実測値と、熱伝達率αの値を種々変更しながら熱伝導方程式（１ａ）及び（１ｂ）で求めた温度勾配（計算値）とを示す。α＝１７０のときの計算値が実測値と一致しており、この熱伝達率αを冷却装置の定量的な性能評価とする。

本明細書において、「冷却装置」は、ハウジング内に冷却空間を形成し、該冷却空間で被冷却物を冷却又は凍結可能な装置全般を含む。例えば、図７及び図８に示すように、冷却空間に面してコンベアが設けられ、複数の被冷却物（例えば食品）をコンベアで搬送しながら冷却又は凍結する、いわゆるフリーザと称される装置を含む。

一実施形態では、図１に示すように、熱伝達率算出ステップＳ１２で求めた熱伝達率αが予め設定された閾値から外れたとき、冷却装置に異常が発生したと判定する（判定ステップＳ１６）。
この実施形態によれば、判定ステップＳ１６により、冷却装置の故障部位や消耗部位等を見つけることができる。

一実施形態では、冷却装置の冷却領域を複数の冷却領域に区分し、各冷却領域でテストピースの熱伝達率を求める。そして、判定ステップＳ１６において、複数の冷却領域のうち熱伝達率αが閾値から外れた領域において異常が発生したと判定する。
この実施形態によれば、複数に区分けした冷却領域のどの領域が異常であるかを見つけることができる。従って、異常が発生した領域で故障部位や消耗部位等を見つけることができる。

一実施形態では、判定ステップＳ１６は、冷却装置のメンテナンス時に行われる。
この実施形態によれば、熱伝達率算出ステップＳ１２で求めた熱伝達率とメンテナンス時に求めた熱伝達率との相違から、故障部位や消耗箇所を見つけ、部品交換や修理が可能になる。これによって、冷却装置の性能低下を防止できる。

一実施形態では、熱伝達率算出ステップＳ１２において、熱伝達率αをフィッティングパラメータとし、冷却履歴の実測値と熱伝導方程式（１ａ）及び（１ｂ）を用いて得られた冷却履歴の計算値とが一致するときの熱伝達率αを求める。
この実施形態によれば、冷却履歴の実測値と熱伝導方程式（１ａ）及び（１ｂ）を用いて得られた冷却履歴の計算値とが一致するときの熱伝達率αを求めることで、冷却装置の定量的な性能評価の指標となる熱伝達率を容易に求めることができる。

一実施形態では、冷却ステップＳ１０において、テストピースとして顕熱冷却履歴のみの冷却履歴を有する第１テストピースを用いる。第１テストピースは、例えば金属製のテストピースが該当し、第１テストピースとして、ステンレス製のテストピースを用いたときの冷却履歴（冷却曲線）を図３に示す。
この実施形態によれば、テストピースとして顕熱冷却履歴のみのシンプルな冷却履歴を有する第１テストピースを用いることで、熱伝達率をフィッティングパラメータとしたときの冷却履歴の実測値と計算値とのフィッティングが容易になり、冷却装置の性能指標となる熱伝達率αを容易に求めることができる。

一実施形態では、冷却ステップＳ１０において、テストピースとして冷却履歴中に潜熱凍結履歴を含む第２テストピースを用いる。第２テストピースは、例えばタイロース（増粘剤）製のテストピースである。タイロース製のテストピースを用いたときの冷却曲線を図４に示す。
この実施形態によれば、潜熱冷却履歴を有する食品に近い冷却履歴を有する第２テストピースを用いて冷却履歴を実測し、この実測値に基づいて熱伝達率を求めることで、被冷却物が食品のとき、食品を冷却するときの性能評価に適した熱伝達率を求めることができる。

図３及び図４に示すように、第１テストピース及び第２テストピースにおいて、共に熱伝導率αがα＝１４０Ｗ／ｍ^２・Ｋのとき実測値と計算値とが一致する。従って、図３及び図４に示す実験で用いられた冷却装置は、上記熱伝達率に基づいて定量的に性能評価できる。

一実施形態では、テストピースとして、互いに同一の形状及び大きさを有し、顕熱冷却履歴のみの冷却履歴を有する第１テストピースと、冷却履歴中に潜熱凍結履歴を含む第２テストピースを用意する。そして、図５に示す手順に沿って定量的な性能評価となり得る熱伝達率を算出する。
即ち、冷却ステップＳ１０において、冷却装置の同一運転条件下で第１テストピース及び第２テストピースの各々の冷却履歴の実測値を求める（ステップＳ１０ａ及びＳ１０ｂ）。次に、熱伝達率算出ステップＳ１２において、求めた実測値から第１テストピース及び第２テストピースの各々の熱伝達率α_１及びα_２を求める（ステップＳ１２ａ及びＳ１２ｂ）。そして、評価ステップＳ１４において、熱伝達率α_１及びα_２に基づいて定量的な性能評価となり得る熱伝達率を決定する。

このように、第１テストピース及び第２テストピースを用い、これらのテストピースから得られた熱伝達率α_１及びα_２を比較評価して定量的な性能評価となり得る熱伝達率を決定することで、実運転時の熱伝達率に近い熱伝達率を求めることができる。特に、食品の冷却履歴に近い潜熱冷却履歴を有する第２テストピースから得られる熱伝達率α_２を考慮することで、被冷却物が食品のときの熱伝達率に近似した熱伝達率を求めることができる。

一実施形態では、図５に示すように、評価ステップＳ１４において、熱伝達率α_１及びα_２を比較し（ステップＳ１４ａ）、α_１及びα_２の差が±１以内のとき（ステップＳ１４ｂ）、第２テストピースの熱伝達率α_２を正とする（ステップＳ１４ｄ）。
この実施形態によれば、α_１及びα_２の差が±１以内のとき、第２テストピースによる熱伝達率α_２を正とすることで、食品に近い冷却履歴を有する第２テストピースの熱伝達率α_２を正とすることで、被冷却物が食品のときの熱伝達率に近い熱伝達率を求めることができる。

一実施形態では、図５に示すように、熱伝達率α_１及びα_２の差が±１より大きいとき、第２テストピースの凍結点を変更してα_２を再度計算し直す（ステップＳ１４ｃ）。そして、再度熱伝達率α_１及びα_２を比較し（ステップＳ１４ａ）、α_１及びα_２の差が±１以内となったとき（ステップＳ１４ｂ）、第２テストピースの熱伝達率α_２を正とする（ステップＳ１４ｄ）。
この実施形態によれば、第２テストピースの凍結温度を変更することで、第２テストピースの冷却履歴の実測値と計算値とを容易に一致させることができ、従って、第２テストピースの熱伝達率α_２を容易に求めることができる。

図６は、一実験データとして、タイロース製のテストピースを用い、冷却装置の冷却空間に置かれたテストピースの中心温度の推移をプロットした実測値と、凍結点を−０．６℃とし、熱伝導方程式（１ａ）及び（１ｂ）で求めた中心温度履歴（計算値）とを示す。凍結点を−０．６℃から−０．９℃に近づけることで、計算値を実測値に近づけることができる。
こうして、第２テストピースの熱伝達率α_２を容易に求めることができる。

一実施形態では、図１に示すように、熱伝達率算出ステップＳ１２で求めた熱伝達率αから熱伝導方程式（１ａ）を用いて、テストピースの凍結時間を予測する（凍結時間予測ステップＳ１８）。
この実施形態によれば、熱伝達率と凍結時間の２つの基準で冷却装置の性能評価を行うので、冷却装置のさらに定量的な性能評価が可能になる。また、凍結時間を予測することで、実運転時の必要冷却時間を予測できるので、この予測結果を冷却装置の設計に反映でき、従って、冷却装置の過剰設計及び過剰動力を排することができる。

一実施形態では、図５のステップＳ１２ｂにおいて、第２テストピースの熱伝達率α_２を求める場合に、熱伝導方程式（１ａ）に用いられる密度ρを固定値とし、比熱ｃ_ｐ及び熱伝導率λのうち少なくとも比熱ｃ_ｐを温度依存値とする。
この実施形態によれば、第２テストピースの熱伝達率として実運転に近い熱伝達率を求めることができる。

一実施形態では、第２テストピースの密度ρを凍結前の重量及び寸法から算出した値の固定値とする。比熱ｃ_ｐに関しては、次に示すエンタルピＨの近似式（Ｐｈａｍの近似式）（２ａ）及び（２ｂ）の微分から換算して得た式（３ａ）及び（３ｂ）に基づく温度依存値とする。
［Ｐｈａｍの近似式］
Ｈ（Ｔ≧Ｔ_ｆ）＝Ｈ_０＋ｃ_ｕＴ （２ａ）
Ｈ（Ｔ＜Ｔ_ｆ）＝Ａ＋ｃ_ｆＴ＋Ｂ／Ｔ （２ｂ）
ｃ_ｐ（Ｔ≧Ｔ_ｆ）＝ｃ_u （３ａ）
ｃ_ｐ（Ｔ＜Ｔ_ｆ）＝ｃｆ−Ｂ／Ｔ^２ （３ｂ）
式（２ａ）、（２ｂ）、（３ａ）及び（３ｂ）において、Ｈ_０は−４０℃を基準温度とした時のエンタルピ（ｋＪ／ｋｇ）、Ｔ_ｆは凍結点、ｃ_ｕは未凍結層の比熱、ｃ_ｆは凍結層の比熱、AおよびＢは定数である。

一実施形態では、第２テストピースの熱伝導率λ_２は、Ｐｈａｍの近似式をそのまま利用して得た次の式（４ａ）及び（４ｂ）に基づく温度依存値とする。
λ_２（Ｔ≧Ｔ_ｆ）＝０．４６７＋０．００１５４（Ｔ−Ｔ_ｆ） （４ａ）
λ_２（Ｔ＜Ｔ_ｆ）＝０．４６７−０．００４８９（Ｔ−Ｔ_ｆ）＋０．５８２（１／Ｔ−１／Ｔ_ｆ） （４ｂ）

一実施形態では、第２テストピースの熱伝達率α_２をフィッティングパラメータとし、前述のように、第２テストピースの冷却履歴の実測値と熱伝導方程式（１ａ）及び（１ｂ）から得られた計算値とが一致するように第２テストピースの凍結温度を選択する。
このように、第２テストピースの凍結温度を選択して第２テストピースの冷却履歴の実測値と計算値とを一致させるので、第２テストピースの熱伝達率を容易に求めることができる。

一実施形態では、図７に示すように、冷却装置１０は、内部に冷却空間Ｓｃを形成可能なハウジング１２を備えている。冷却空間Ｓｃは冷凍機１４によって冷却される。被冷却物Ｆを搬送するためのコンベア１６が設けられ、コンベア１６はハウジング１２を貫通するように配置され、ハウジング１２の外部でコンベア１６に載せられた被冷却物Ｆはハウジング内に搬送され、冷却空間Ｓｃで冷却可能に構成されている。
この冷却装置１０は、いわゆるフリーザと称され、複数の被冷却物Ｆをコンベア１６で搬送しながら連続的に冷却及び凍結可能である。

冷却装置１０に一実施形態に係る性能評価方法を適用した場合、被冷却物Ｆの種類、被冷却物Ｆの出入口温度、搬送速度及びハウジング内の冷却温度等の運転条件が変わっても、その都度定量的な性能評価が可能になる。従って、冷却装置１０の最適な設計が可能になり、過剰設計を回避できるため、冷却装置１０の製造コスト及び所要動力を低減できる。

一実施形態では、図７に示すように、ハウジング１２の内部上方に冷却器１８が設けられ、冷却器１８には冷凍機１４から冷媒又はブラインが循環される。冷却器１８とコンベア１６との間にはファン２０が設けられ、冷却器１８で冷却された冷風を庫内で循環し、被冷却物Ｆを冷却かつ凍結する。コンベア１６上の被冷却物Ｆは搬送方向ａに搬送される。

一実施形態では、図８に示すように、冷却装置１０においてコンベア幅方向に複数のファン２０が別々に配置されている。冷却装置１０のメンテナンス方法として、コンベア１６の幅方向に複数のタイロース製テストピースＴＰ_１〜ＴＰ_３を置き、各領域Ａ〜Ｃで上記性能評価方法によって夫々のテストピースの熱伝達率を求める。各テストピースの熱伝導率が同一であるとき、コンベア１６の幅方向で冷却性能にムラがないことがわかる。

他方、図９に示すように、一つの領域Ａで他の領域Ｂ及びＣの冷却履歴（ラインＸ_１）と異なる冷却履歴（ラインＹ_１）が得られ、領域Ａの熱伝達率が他の領域の熱伝導率より減少していることが判明したとき、領域Ａで何等かの異常（例えば、ファン２０の故障など）が起こっていることがわかる。このように、求めた熱伝達率によってある領域で起こっている異常を見つけることができる。

図１０は、冷却装置１０のメンテナンス時において、冷却装置１０の１つのコンベア領域で、運転開始時と運転後半領域とで冷却履歴が異なる例を示す。図中、ラインＸ_２は、運転開始時の冷却履歴を示し、ラインＹ_２は運転後半領域の冷却履歴を示す。求めた熱伝導率は、運転後半領域において運転開始時より減少している。
上記性能評価結果から、冷却装置１０の運転後半領域、即ち、コンベア１６の下流側領域で冷却性能が何らかの原因で低下していることがわかる。原因として、ファン２０の故障かあるいは冷却器１８に多量の霜が付着していることが予想される。従って、冷却性能低下に関しての考察が行われ、問題解決への足掛かりとなる。

また、被冷却物Ｆの異なる位置で温度を計測した場合、得られる冷却履歴は異なるが、上記手法で求めた熱伝達率は、計測点が異なっても同一となることがわかった。このことから、被冷却物Ｆ内の任意の点での温度測定による、冷却装置１０の熱伝達率αの計測が可能であるということがわかった。

幾つかの実施形態によれば、冷却装置の定量的な性能評価が可能になり、これによって、メンテナンス時に故障などの原因究明の手掛かりとすることができる。

１０ 冷却装置
１２ ハウジング
１４ 冷凍機
１６ コンベア
１８ 冷却器
２０ ファン
Ｆ 被冷却物
Ｓｃ 冷却空間
ＴＰ_１、ＴＰ_２、ＴＰ_３ テストピース
ａ 搬送方向

Claims (12)

1. テストピースを冷却装置を用いて冷却し、該テストピースの冷却履歴を実測する冷却ステップと、
   前記冷却ステップで求めた前記冷却履歴の実測値から熱伝導方程式を用いて前記テストピースの熱伝達率を求める熱伝達率算出ステップと、
   前記熱伝達率に基づいて前記冷却装置の性能を評価する評価ステップと、
   を備えることを特徴とする冷却装置の性能評価方法。
2. 前記熱伝達率算出ステップで求めた前記熱伝達率が予め設定された閾値から外れたときとき、前記冷却装置に異常が発生したと判定する判定ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置の性能評価方法。
3. 前記冷却装置の冷却領域を複数の冷却領域に区分し、
   前記複数の冷却領域の各々で前記テストピースの熱伝達率を求め、
   前記判定ステップにおいて、前記複数の冷却領域のうち前記熱伝達率が前記閾値から外れた領域において異常が発生したと判定することを特徴とする請求項２に記載の冷却装置の性能評価方法。
4. 前記判定ステップは、前記冷却装置のメンテナンス時に行われることを特徴とする請求項２又は３に記載の冷却装置の性能評価方法。
5. 前記熱伝達率算出ステップにおいて、
   前記熱伝達率をフィッティングパラメータとし、前記冷却履歴の前記実測値と前記熱伝導方程式を用いて得られた前記冷却履歴の計算値とが一致するときの前記熱伝達率を求めることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の冷却装置の性能評価方法。
6. 前記冷却ステップにおいて、前記テストピースとして顕熱冷却履歴のみの冷却履歴を有する第１テストピースを用いることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の冷却装置の性能評価方法。
7. 前記冷却ステップにおいて、前記テストピースとして前記冷却履歴中に潜熱凍結履歴を含む第２テストピースを用いることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の冷却装置の性能評価方法。
8. 前記テストピースとして、互いに同一の形状及び大きさを有し、顕熱冷却履歴のみの冷却履歴を有する第１テストピースと前記冷却履歴中に潜熱凍結履歴を含む第２テストピースとを用意し、
   前記冷却ステップにおいて、前記冷却装置の同一運転条件下で前記第１テストピース及び前記第２テストピースの各々の前記冷却履歴の前記実測値を求め、
   前記熱伝達率算出ステップにおいて、前記実測値から前記第１テストピース及び前記第２テストピースの各々の前記熱伝達率を求め、前記各々の熱伝達率に基づいて前記テストピースの前記熱伝達率を決定することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の冷却装置の性能評価方法。
9. 前記熱伝達率算出ステップで求めた前記熱伝達率から前記熱伝導方程式を用いて前記テストピースの凍結時間を予測する凍結時間予測ステップを備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の冷却装置の性能評価方法。
10. 前記熱伝達率算出ステップにおいて、前記第２テストピースの前記熱伝達率を求める場合に、
    前記熱伝導方程式に用いられる密度を固定値とし、前記熱伝導方程式に用いられる比熱及び熱伝導率のうち少なくとも前記比熱を温度依存値とすることを特徴とする請求項７乃至９の何れか一項に記載の冷却装置の性能評価方法。
11. 前記第２テストピースの熱伝達率をフィッティングパラメータとし、前記第２テストピースの前記冷却履歴の実測値と前記熱伝導方程式から得られた計算値とが一致するように前記第２テストピースの凍結温度を選択することを特徴とする請求項７乃至１０の何れか一項に記載の冷却装置の性能評価方法。
12. 前記冷却装置は、
    内部に冷却空間を形成可能なハウジングと、
    前記冷却空間を冷却可能な冷凍機と
    前記ハウジングの内外に被冷却物を搬送可能なコンベアと、
    を備え、
    前記コンベアで複数の前記被冷却物を搬送しながら冷却可能に構成されたことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の冷却装置の性能評価方法。

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