JP2005124418A - 真空排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費エネルギーが比較的少なく、環境汚染のおそれもない、真空排気装置を提供する。
【解決手段】真空排気装置１は、野菜などの被処理物を収容するための気密性を有する真空槽２と、この真空槽２内の気体を排気するため当該真空槽２に主弁３および排気管１２を介して接続された高速ブースタ４と、この高速ブースタ４に直列に接続された補助ブースタ５と、補助ブースタ５の排気口５ｂに接続された水エジェクタポンプ６と、水エジェクタポンプ６からの排水を回収する貯水槽７と、貯水槽７内の貯留水Ｗを循環しながら冷却するクーリングタワー８と、真空槽２内を荒引き排気するための荒引き真空ポンプ９とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、野菜類の真空冷却装置、真空乾燥装置あるいは真空濃縮装置などとして使用することのできる真空排気装置、詳しくは、真空槽内で蒸発する水蒸気などを直接吸引する機能を備えた真空排気装置に関する。

野菜の鮮度保持を目的として使用されている従来の真空排気装置は、例えば、図１１に示すようなものがある。この真空排気装置９０は、冷却系統を構成するコールドトラップ９１、ブラインポンプ９２、ブラインクーラ９３およびブラインタンク９４と、コールドトラップ９１内の排気を行うための冷却用真空ポンプ９５と、コールドトラップ９１内に凝縮した水分を回収するためのドレインタンク９６と、ドレインタンク９６内に貯留された水を排出するためのドレインポンプ９７と、野菜類を収容するための２つのバキュームチャンバ９９と、バキュームチャンバ９９内の荒引き排気を行うための荒引き真空ポンプ９８とを備えている。

この真空排気装置９０を使用する場合、まず、ブラインポンプ９２を稼働させ、冷却媒体であるブラインをブラインクーラ９３、コールドトラップ９１およびブライン９４の間で循環させることによってコールドトラップ９１内の冷却管９１ａを−１０℃以下まで冷却しておく。次に、バキュームチャンバ９９の開閉扉（図示せず）を開いて野菜類などの被処理物を装入して開閉扉を閉じた後、荒引き真空ポンプ９８を作動させ、荒引き弁８０を開いてバキュームチャンバ９９内の荒引き排気を行う。

バキュームチャンバ９９内の荒引き排気が終了したら、冷却用真空ポンプ９５を作動させてコールドトラップ９１内を真空化するための排気を開始する。そして、荒引き弁８０を閉止して荒引き真空ポンプ９８を停止するとともに主弁８１を開くと、バキュームチャンバ９９内の被処理物などから蒸発して生じた水蒸気はコールドトラップ９１内へ流入する。コールドトラップ９１内へ流入した水蒸気は、−１０℃程度の冷却管９１ａに接触して冷却されることによって凝縮する。

コールドトラップ９１内で液化した水は、その下方に配置されたドレインタンク９６内へ回収され、ドレインタンク９６内に貯留された水量が一定量を超えると、ドレインポンプ９７が自動的に作動して、ドレインタンク９６内の水を所定の排水路へ排出する。

一方、本発明の技術分野とは異なる他の技術分野で使用されるものではあるが、溶鋼などの溶融金属の精錬工程で用いられる真空排気装置として、従来、ブースタ、エジェクタを用いたものがある（例えば、特許文献１〜３参照。）。

特開平７−３３１３２４号公報（第２−４頁） 特開平８−３１１５３３号公報（第４−８頁） 特開２００２−２５４０４２号公報（第３−５頁）

図１１に示す従来の真空排気装置９０を用いてバキュームチャンバ９９内に収容された野菜などの被処理物を冷却する場合、被処理物から発生する水蒸気の蒸発潜熱は、全てコールドトラップ９１の冷却作用によって処理される。ところで、被処理物が含有する水１ｋｇの蒸発潜熱は約５９０ｋｃａｌ／ｋｇ（真空度６０００Ｐａ〜８００Ｐａにおける平均値）であり、この熱を奪って蒸発した水蒸気のエンタルピは６００ｋｃａｌ／ｋｇを超えることとなる。

この真空排気装置９０を用いて、例えば、１バッチ１５００ｋｇの被処理物（野菜）を２５℃から５℃まで冷却する場合を考えると、その温度差Δｔ＝２５℃−５℃＝２０℃となる。被処理物である野菜の比熱を０．９６として、１時間に２．５バッチの冷却運転が行われる場合に必要となる冷凍機の冷却能力を算出すると、
１５００×２．５×０．９６×２０＝７２０００ｋｃａｌ／ｈｒ
となる。また、ブラインポンプ９２の発熱、冷却媒体が受ける放熱および熱ロスを１０％程度とすると、
７２０００×１．１＝７９２００ｋｃａｌ／ｈｒ
の冷却能力を有する冷凍機（コールドトラップ９１）が必要となる。このため、従来の真空排気装置９０においては冷凍機（コールドトラップ９１）の大型化、消費エネルギーの増大を回避することが困難であるのが実状である。

一方、特許文献１〜３に記載された真空排気装置は溶鋼などの溶融金属の精錬工程で使用する場合には好適であるが、本発明の真空排気装置に係る技術分野において使用するには不向きである。

すなわち、特許文献１〜３に記載された真空排気装置においてもブースタおよびエジェクタが使用されているが、このブースタはスチームを駆動源として真空排気を行う多段式スチームエジェクタを使用したものである。したがって、スチームを発生するボイラだけでなく、ボイラを稼働させるための加熱源として重油、灯油、ＬＰガスなどの燃料が必要である。このため、ブースタを稼働させるために消費される燃料は莫大なものとなっている。また、重油、灯油などの化石燃料を燃やすことにより、環境汚染や温暖化などの悪影響を及ぼす可能性もある。

本発明が解決しようとする課題は、消費エネルギーが比較的少なく、環境汚染のおそれもない、真空排気装置を提供することにある。

本発明の真空排気装置は、被処理物を収容する気密性の真空槽と、この真空槽内の気体を排気するため当該真空槽に接続されたブースタと、ブースタの排気口に接続された水エジェクタポンプとを備えた真空排気装置であって、ブースタが、筒状ケーシングと、筒状ケーシング内にその軸心方向に沿って交互に配置された複数の回転羽根および複数の固定羽根と、複数の回転羽根を軸心を中心に回転させる駆動手段とを有するものであることを特徴とする。

ここで、ブースタとは増圧機能を有する送風圧縮機をいい、水エジェクタポンプとは水のジェット噴射（高速の噴射水）の巻き込み作用により水蒸気を直接復水させて水蒸気の体積を急速に縮減させる機能を有する真空ポンプをいう。

このような構成において、筒状ケーシング内にその軸心方向に沿って交互に配置された複数の回転羽根および複数の固定羽根を有するブースタは、その回転羽根を軸心を中心に回転させることによって、効率良く筒状ケーシング内へ気体を吸い込むと共に、吸い込んだ気体を高圧縮比で圧縮することができる。このため、真空槽内に収容された被処理物から蒸発する水蒸気はブースタ内に吸い込まれた後、そこで高圧縮された後、水エジェクタポンプ内に流入し、その内部を流通する高速噴射水に吸引されて速やかに復水することとなる。

したがって、駆動手段でブースタの回転羽根を回転させることにより、真空槽内の水蒸気を効率的に排気して真空化することができる。このため、コールドトラップなどの冷凍機を使用する必要がなく、消費エネルギーを大幅に低減することができる。また、フレオンガスなどの冷媒流体を使用しないので環境汚染のおそれもない。なお、前記駆動手段としてモータ（電動機）を用いることによって消費エネルギーを大幅に低減することができる。

ここで、前記ブースタとして、必要とする真空度によって異なるが、互いに直列に連結された高速ブースタと補助ブースタとを設けることもできる。このように、高速ブースタと補助ブースタとを設けることにより、真空槽内の水蒸気の排気および圧縮をさらに効率化することができる。また、高速ブースタと補助ブースタとを設ければ、その圧縮比により、高速ブースタ内での復水を防止し、回転羽根の高速回転を可能とするとともに、補助ブースタ内で復水しても水エジェクタで吸水することができるようになる。

一方、水エジェクタポンプにおいて液化した水を回収する貯水槽と、貯水槽内の水を水エジェクタポンプに供給する循環水路とを設けることが望ましい。このような循環水路を設ければ、水エジェクタポンプを作動させるための水として、貯水槽内に回収した水を利用することができるので、水消費量を低減するとともに排水を低減することができる。

また、水エジェクタポンプからの回収水が貯留された貯水槽内の水を冷却するための冷却手段を設けることが望ましい。このような冷却手段を設ければ、貯水槽内の回収水の水温上昇が防止され、比較的低温の水を水エジェクタポンプへ供給することが可能となるため、水エジェクタポンプにおいて効率的な復水を行うことができるようになる。なお、このような冷却手段としては、例えば、貯水槽内の水を循環させながら水冷するクーリングタワーなどが好適である。このようなクーリングタワーを用いれば、蒸発水蒸気の熱エネルギーを水の蒸発潜熱で蒸発・気体化した水蒸気へ変換させることができる。

さらに、前記真空槽内の非凝縮性気体を排気するための荒引き真空ポンプを設けることが望ましい。このような荒引き真空ポンプを設ければ、ブースタによる排気に先だって、この荒引き真空ポンプにより真空槽内の非凝縮性気体を荒引き排気することが可能となるため、排気時間の短縮化を図ることができる。

本発明により、以下の効果を奏することができる。

（１）被処理物を収容する気密性の真空槽と、この真空槽内の気体を排気するため当該真空槽に接続されたブースタと、ブースタの排気口に接続された水エジェクタポンプとを備えた真空排気装置において、ブースタが、筒状ケーシングと、筒状ケーシング内にその軸心方向に沿って交互に配置された複数の回転羽根および複数の固定羽根と、複数の回転羽根を軸心を中心に回転させる駆動手段とを有するものであることにより、真空槽内の水蒸気の吸い込みおよび圧縮が迅速に行われ、真空槽内を効率的に排気することが可能となるため、消費エネルギーを大幅に低減することができる。また、フレオンガスなどの冷媒流体を使用しないので環境汚染のおそれもない。

（２）前記ブースタとして、互いに直列に連結された高速ブースタと補助ブースタとを設けることにより、真空槽内の水蒸気の排気および圧縮をさらに効率化することができる。

（３）水エジェクタポンプにおいて液化した水を回収する貯水槽と、貯水槽内の水を水エジェクタポンプに供給する循環水路とを設けることにより、水エジェクタポンプを作動させるための水として、貯水槽内に回収した水を利用することができるので、水消費量および排水量を低減することができる。

以下、図面に基づいて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は本発明の真空排気装置の一例を示すものであり、本発明の真空排気装置はこの実施の形態に限定するものではない。

図１は本発明の実施の形態である真空排気装置を示す構成図、図２は図１に示す真空排気装置を構成する高速ブースタの垂直断面図である。図３は図２に示す高速ブースタを構成する回転羽根の平面図、図４は図３に示す回転羽根の側面図、図５は図３におけるＡ−Ａ線断面図、図６は図３におけるＢ−Ｂ線断面図、図７は図２に示す高速ブースタを構成する固定羽根の平面図、図８は図７に示す固定羽根の側面図である。

図１に示すように、本実施形態の真空排気装置１は、野菜などの被処理物を収容するための気密性を有する真空槽２と、この真空槽２内の気体を排気するため当該真空槽２に主弁３および排気管１２を介して接続された高速ブースタ４と、この高速ブースタ４に直列に接続された補助ブースタ５と、補助ブースタ５の排気口５ｂに接続された水エジェクタポンプ６と、水エジェクタポンプ６からの排水を回収する貯水槽７と、貯水槽７内の貯留水Ｗを循環しながら冷却するクーリングタワー８と、真空槽２内を荒引き排気するための荒引き真空ポンプ９とを備えている。

荒引き真空ポンプ９と真空槽２とは荒引き排気管１０を介して接続され、排気管１０の真空槽２寄りの部分には、排気管１０を開閉するための荒引き弁１１が配置されている。排気管１２は高速ブースタ４の吸気口４ａに接続され、高速ブースタ４の排気口４ｂと補助ブースタ５の吸気口５ａとは通気管１３によって連通されている。補助ブースタ５の下端部分には、補助ブースタ５内に溜まった水を貯水槽７へ排出するための排水弁５ｃが設けられている。

貯水槽７の近傍には、貯水槽７内の貯留水Ｗを水エジェクタポンプ６へ供給するための送水ポンプ１４と、貯水槽７内の貯留水Ｗを貯水槽７とクーリングタワー８との間で循環させるための送水ポンプ１５および循環水路１６が設けられている。また、クーリングタワー８の近傍には、クーリングタワー８内において冷却水を循環させるための送水ポンプ１７が配置されている。

図２に示すように、高速ブースタ４は、円筒状ケーシング１８と、この円筒状ケーシング１８の軸心に配置された回転軸１９と、この回転軸１９を回転駆動するモータ２０と、回転軸１９の軸心方向（長手方向）に沿って交互に配置された複数の回転羽根２１および固定羽根２２とを備えている。回転羽根２１はいずれも回転軸１９に固定されており、モータ２０によって回転駆動される回転軸１９とともに軸心を中心にして一定方向へ回転する。固定羽根２２はいずれも回転軸１９の外周に設けられた固定部材２３に回転不能に固定されている。

回転羽根２１は、図３〜図６に示すように、ドーナツ状の回転部材２１ａと、その外周部分に沿って軸心方向へ起立状態に設けられた円形の内周壁体２１ｂと、この内周壁体２１ｂの外周部分に放射状に配置された複数の羽根材２１ｃと、これらの羽根材２１ｃの先端部分を連結、包囲して軸心方向へ起立状態に設けられた円形の外周壁体２１ｄとを備えている。

それぞれの羽根材２１ｃは、図５，図６に示すように、金属板２１ｍの一部を折り曲げ部２１ｘで折り曲げて傾斜部２１ｙを設けることによって形成されている。なお、金属板２１ｍはレーザ加工で形成することができ、傾斜部２１ｙはプレス加工で形成することができるため、羽根材２１ｃの製作は極めて容易である。

固定羽根２２は、図７，図８に示すように、ドーナツ状の金属円板材２２ａに複数のスリット２２ｂを一定間隔で放射状に設けることによって形成されている。スリット２２ａは金属円板材２２ａの上面、下面および外周面に開口するように開設され、上面から下面に向かって約４５度程度に傾斜した状態に形成されている。

高速ブースタ４の円筒状ケーシング１８には、このような形状をした回転羽根２１と固定羽根２２とが軸心方向に沿って交互に配置され、回転羽根２１のみが回転軸１９とともに高速回転するようになっている。このため、排気口４ａから吸い込んだ気体を円筒ケーシング１８内で高圧縮比に圧縮した後、排気口５ｂから効率良く排出することができる。

そのほか、このような形状をした、複数の回転羽根２１および複数の固定羽根２２を交互配置して多段積層構造としたことにより、気体分子数が減少して希薄化した真空雰囲気下における気体分子の圧縮に的確に対応することができるものとなる。

次に、図９，図１０を参照して、図１に示す真空排気装置１を構成する補助ブースタ５について説明する。図９は図１に示す真空排気装置を構成する補助ブースタを示す垂直断面図、図１０は図９のＣ−Ｃ線における一部省略断面図である。

図９に示すように、補助ブースタ５は、円筒状ケーシング２８と、この円筒状ケーシング２８の軸心よりも側方へ偏心した位置に配置された回転軸３９と、この回転軸３９を回転駆動するモータ３０と、回転軸３９の軸心方向（長手方向）に沿って交互に配置された複数の回転羽根３１および複数の固定羽根３２とを備えている。

回転羽根３１および固定羽根３２はそれぞれ回転軸３９と平行な複数の平板材３１ａ，３２ａを放射状に配置することによって構成されている。回転羽根３１はいずれも回転部材３１ａを介して回転軸３９に固定されており、モータ３０で回転駆動される回転軸３９とともに一定方向へ回転する。固定羽根３２はいずれもドーナツ形状の固定部材３２ａを介して円筒状ケーシング２８に回転不能に固定されている。

即ち、回転羽根３１は、回転軸３９に固定されたドーナツ状の回転部材３１ａと、この回転部材３１ａの上面に放射状に固定された複数の羽根材３１ｃとでシロッコファン形状をなすように形成されている。また、固定羽根３２は、円筒状ケーシング２８に固定されたドーナツ状の固定部材３２ａと、この固定部材３２ａの上面に放射状に固定された複数の羽根材３２ｃとで形成されている。

一方、円筒状ケーシング２８の側壁における回転羽根３１と固定羽根３２との境界部分には、その外周方向に突出した空洞状のリターンエルボ３６が上下２カ所に設けられている。また、円筒状ケーシング２８の軸心方向の中央より下方寄りの部分には円筒状ケーシング２８を上下に区画する隔壁３４が配置されている。図１０に示すように、隔壁３４には、回転軸３９の回りに複数の円形貫通孔３４ａが等間隔に設けられている。なお、図１０においてＳは回転羽根３１の外周の回転軌跡を示している。

補助ブースタ５の円筒状ケーシング２８には、前述したような形状をした回転羽根３１と固定羽根３２とが回転軸３９の軸心方向に沿って交互に配置され、シロッコファン状をした回転羽根３１のみが回転軸３９とともに高速回転するようになっている。このため、高速ブースタ４で圧縮された気体を吸気口５ａから吸い込んで円筒ケーシング２８内でさらに圧縮することにより、水エジェクタポンプ６で復水可能な状態にして、排気口５ｂから効率良く排出することができる。

補助ブースタ５においては、回転軸３９を円筒状ケーシング２８の軸心より偏心した位置に配置しているため、円筒状ケーシング２８内面の一部と回転羽根３１および固定羽根３２との間には隙間３５が形成されている。このため、円筒状ケーシング２８内で復水した水蒸気を回転羽根３１や固定羽根３２などから隙間３５へ移動させ、排気口５ｂへ導くことができる。また、円筒状ケーシング２８には、その外周方向へ突出した空洞をなすリターンエルボ３６を２カ所に形成しているため、円筒状ケーシング２８内の気体を効率良く下方へ移動させることができる。

次に、図１を参照して、真空排気装置１の使い方について説明する。運転開始に当たっては、送水ポンプ１５，１７を作動させることによってクーリングタワー８を稼働させ、送水ポンプ１４を作動させることによって水エジェクタポンプ６を稼働させる。水エジェクタポンプ６が稼働することにより補助ブースタ５内の真空度が６０００Ｐａ程度となったら、補助ブースタ５を起動した後、高速ブースタ４を起動させ、回転数２５００ｒｐｍ程度でアイドリング運転を行う。

この間に、真空槽２の開閉扉（図示せず）を開いて、被処理物（野菜）を装入した後、開閉扉を閉止して、真空槽２内を密閉状態とする。そして、荒引き真空ポンプ９を起動させ、荒引き弁１１を開いて真空槽２の内部が６０００Ｐａ程度となるまで荒引き排気を行う。荒引き排気が完了したら、高速ブースタ４の回転数を５０００〜６０００ｒｐｍ程度に達するまで漸次加速していき、真空槽２の内部の真空排気を進行させる。この後、高速ブースタ４の回転数が最高値に達したら、荒引き弁１１を閉じて、荒引き真空ポンプ９を停止する。

このような操作を行うことにより、真空槽２内の真空度が高まっていき、それに伴って被処理物（野菜）から蒸発した水蒸気が、高速ブースタ４および補助ブースタ５に吸い込まれ、それぞれの内部おいて圧縮された後、水エジェクタポンプ６内に流入し、その内部のジェット噴射水に吸引されることによって速やかに復水する。水エジェクタポンプ６において復水した水は貯水槽７に回収され、貯水槽７とクーリングタワー８との間で循環されることによって、その蒸発潜熱が冷却される。

この後も前述した運転状態を継続すると、真空槽２内の真空度は次第に高まっていき、これによって真空冷却が進行する。そして、真空槽２内の真空度が８００Ｐａ程度になり、被処理物（野菜）の温度が５℃程度となった時点で、真空冷却が完了する。

このように、本実施形態の真空排気装置１は、コールドトラップや冷凍機を使用することなく、真空槽２内の水蒸気を効率的に排気して真空冷却することができため、消費エネルギーを大幅に低減することができる。また、互いに直列に連結された高速ブースタ４と補助ブースタ５とを設けているため、真空槽２内の水蒸気の排気および圧縮を効率化することができるだけでなく、フレオンガスなどの冷媒流体を使用しないので環境汚染のおそれもない。

また、水エジェクタポンプ６において液化した水を回収する貯水槽７と、貯水槽７内の水を水エジェクタポンプ６に供給する循環水路２４とを設けているため、水エジェクタポンプ６を作動させるための水として、貯水槽７内に回収した貯留水Ｗを循環利用することができ、水消費量および排水量を低減することができる。

さらに、貯水槽７内の貯留水Ｗを冷却するための冷却手段としてクーリングタワー８を設けているため、貯水槽７内の貯留水Ｗの水温上昇が防止され、比較的低温の水を水エジェクタポンプ６へ供給することが可能となる。このため、水エジェクタポンプ６において効率的な復水を行うことができる。

さらに、真空槽２内の気体を排気するための荒引き真空ポンプ９を設けているため、高速ブースタ４および補助ブースタ５による真空排気に先だって、この荒引き真空ポンプ９により真空槽２内を荒引き排気することが可能となるため、冷却時間の短縮化を図ることができる。

本発明に係る真空排気装置は、野菜類の真空冷却、真空乾燥あるいは真空濃縮などを行う産業分野において広く利用することができる。

本発明の実施の形態である真空排気装置を示す構成図である。 図１に示す真空排気装置を構成する高速ブースタを示す垂直断面図である。 図２に示す高速ブースタを構成する回転羽根を示す平面図である。 図３に示す回転羽根を示す側面図である。 図３におけるＡ−Ａ線断面図である。 図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図２に示す高速ブースタを構成する固定羽根を示す平面図である。 図７に示す固定羽根を示す側面図である。 図１に示す真空排気装置を構成する補助ブースタを示す垂直断面図である。 図９のＣ−Ｃ線における一部省略断面図である。 従来の真空排気装置を示す構成図である。

符号の説明

１ 真空排気装置
２ 真空槽
３ 主弁
４ 高速ブースタ
５ 補助ブースタ
４ａ，５ａ 吸気口
４ｂ，５ｂ 排気口
５ｃ 排水弁
６ 水エジェクタポンプ
７ 貯水槽
８ クーリングタワー
９ 荒引き真空ポンプ
１０ 荒引き排気管
１１ 荒引き弁
１２ 排気管
１３ 通気管
１４，１５，１７ 送水ポンプ
１６，２４ 循環水路
１８，２８ 円筒状ケーシング
１９，３９ 回転軸
２０，３０ モータ
２１，３１ 回転羽根
２１ａ，３１ａ 回転部材
２１ｂ 内周壁体
２１ｃ，３１ｃ，３２ｃ 羽根材
２１ｄ 外周壁体
２１ｍ 金属板
２１ｘ 折り曲げ部
２１ｙ 傾斜部
２２，３２ 固定羽根
２２ａ 金属円板材
２２ｂ スリット
２３，３２ａ 固定部材
３４ 隔壁
３４ａ 円形貫通孔
３５ 隙間
３６ リターンエルボ
Ｓ 回転軌跡
Ｗ 貯留水

Claims (3)

1. 被処理物を収容する気密性の真空槽と、前記真空槽内の気体を排気するため当該真空槽に接続されたブースタと、前記ブースタの排気口に接続された水エジェクタポンプとを備えた真空排気装置であって、前記ブースタが、筒状ケーシングと、前記筒状ケーシング内にその軸心方向に沿って交互に配置された複数の回転羽根および複数の固定羽根と、複数の前記回転羽根を軸心を中心に回転させる駆動手段とを有するものであることを特徴とする真空排気装置。
2. 前記ブースタとして、互いに直列に連結された高速ブースタと補助ブースタとを設けた請求項１記載の真空排気装置。
3. 前記水エジェクタポンプにおいて液化した水を回収する貯水槽と、前記貯水槽内の水を前記水エジェクタポンプに供給する循環水路とを設けた請求項１または２記載の真空排気装置。

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