JP2017187258A - 真空冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】真空ポンプの乾燥運転をより効率よく行うことのできる真空冷却装置を提供する。【解決手段】被冷却物を収容する処理槽２、処理槽内の気体を吸引する真空ポンプ１、前記処理槽２と真空ポンプ１を繋ぐ真空経路９、真空経路９を遮断する真空弁１１、前記真空経路９の真空弁１１と真空ポンプ１の間へ外気を導入するための真空ポンプ空気導入弁１４、前記の真空ポンプ１や真空弁１１、真空ポンプ空気導入弁１４の作動を制御する運転制御装置５を持ち、処理槽内を真空化することで処理槽内に収容している被冷却物の冷却を行う真空冷却装置において、前記運転制御装置５では、真空冷却終了後に、真空弁１１を閉じた状態で真空ポンプ１の作動を行う真空ポンプ乾燥運転を行うようにしており、真空ポンプ乾燥運転では、真空ポンプ空気導入弁１４を間欠的に開閉した後で真空ポンプ空気導入弁１４を開いた状態を維持する。【選択図】図１

Description

本発明は処理槽内を真空化し、処理槽内の被冷却物から水分を蒸発させた際に発生する気化熱を利用して被冷却物を冷却する真空冷却装置に関するものである。

処理槽内に加熱調理した食品などの被冷却物を収容しておき、処理槽内を減圧することで被冷却物を冷却する真空冷却装置がある。被冷却物を収容している処理槽内を減圧すると、処理槽内での飽和蒸気温度が低下し、飽和蒸気温度を被冷却物の温度よりも低下させると、被冷却物中の水分が蒸発する。その際に被冷却物から気化熱を奪うため、被冷却物を短時間で冷却することができる。真空冷却装置に使用する真空発生装置としては、水又は蒸気によるエジェクタや水封式又はドライ式の真空ポンプが使用されている。ドライ式の真空ポンプを使用した場合、蒸気の供給や水の循環が必要ないために装置の構成としては単純なものとすることができる。

真空発生装置にて処理槽内の気体を吸引する場合、気体と同時に被冷却物から発生した蒸気も吸引することになる。しかし、水は液体から気体に変わると体積が大幅に増大するため、蒸気をそのまま真空発生装置に吸引させたのでは、真空発生装置で排出しなければならない気体量が多くなる。そしてその場合には、処理槽内の減圧に要する時間が長くなるため、冷却工程時間が長くなってしまう。そのため、特開２０１４−１５９９３１号公報に記載があるように、処理槽内の気体を真空発生装置へ送る真空経路の途中に、真空発生装置が吸引している気体を冷却する熱交換器を設け、真空経路の途中で気体を冷却することを行っている。熱交換器によって気体の冷却を行うと、気体の体積が縮小する。特に蒸気を冷却し液体に戻すと体積は大幅に小さくなるため、真空発生装置が吸引しなければならない気体の体積が小さくなり、真空冷却の効率を高めることができる。

特開２０１４−１５９９３１号公報に記載の発明では、蒸気の冷却によって発生した凝縮水は熱交換器の下方に設置しているドレンタンクにためておき、ドレンとして排出するようにしている。真空発生装置がドライ式の真空ポンプの場合、真空ポンプが水滴を吸い込んでしまうと、排気能力が低下することになる。そのため、真空経路内で発生した水滴はドレンとしてドレンタンクにためておき、真空ポンプにはできるだけ送られないようにしている。しかし、一部の水蒸気は真空ポンプまで送られ、真空ポンプ内で発生したドレンが真空ポンプ内に残留するということがあるため、特開２０１４−６６３８４号公報に記載の発明では、冷却運転を行った後に真空ポンプの乾燥運転を行うようにしている。

真空ポンプは、内部の羽根車を回転させることでポンプ内部の空気を搬送し、ポンプ外へ押し出すことで内部の圧力を低下させ、圧力の低下によって処理槽内の空気が真空ポンプ内へ流れ込むということで処理槽内を減圧化するものである。真空ポンプ内に水分が入っても、排気とともに排出されるのであれば問題はないが、真空ポンプ内にドレンがたまると、真空ポンプの能力を低下させることになる。真空ポンプにドレンがたまることで真空経路部から空気の吸引量が少なくなると、被冷却物の冷却時間が長くなることになる。そのため、特開２０１４−６６３８４号公報に記載の発明では、真空ポンプの乾燥運転を行うようにしている。ここにも記載しているように、真空ポンプの乾燥運転を行っている間は真空冷却運転を行うことができない。そのため、真空冷却のバッチ運転を連続して行っており、バッチ運転の間に乾燥運転を行うようにしている真空冷却装置では、乾燥運転の時間が長くなると真空冷却運転の開始が遅れることになった。そのために真空ポンプの乾燥をより効率良く効果的に行う必要がある。

特開２０１４−６６３８４号公報

本発明が解決しようとする課題は、真空ポンプの乾燥運転をより効率よく、効果的に行うことのできる真空冷却装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、被冷却物を収容する処理槽、処理槽と真空経路によって接続しており処理槽内の気体を吸引する真空ポンプ、前記処理槽と真空ポンプを繋ぐ真空経路の途中で真空経路を遮断する真空弁、前記の真空経路の真空弁と真空ポンプの間へ外気を導入するための真空ポンプ空気導入弁、前記の真空ポンプや真空弁、真空ポンプ空気導入弁の作動を制御する運転制御装置を持ち、処理槽内を真空化することで処理槽内に収容している被冷却物の冷却を行うようにしている真空冷却装置において、前記運転制御装置では、真空冷却終了後に、真空弁を閉じた状態で真空ポンプの作動を行う真空ポンプ乾燥運転を行うようにしており、真空ポンプ乾燥運転では、真空ポンプ空気導入弁を間欠的に開閉する間欠通気乾燥を行った後で真空ポンプ空気導入弁を開いた状態を維持する連続通気乾燥を行うようにしているものであることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の真空冷却装置において、真空ポンプ内をより確実に乾燥する場合には、間欠通気乾燥と連続通気乾燥を行った後に、真空ポンプへの空気導入を停止して真空ポンプ内を減圧する減圧乾燥を行うようにしているものであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記の真空冷却装置において、次バッチの真空冷却運転をすぐに行う場合用の最短乾燥運転時間と、次バッチの真空冷却運転までに間隔がある場合用の最長乾燥時間を設定しておき、次バッチの真空冷却をすぐに行う場合には最短乾燥運転時間の乾燥運転を行うと乾燥運転を終了とし、次バッチの真空冷却運転までに間隔がある場合には最長乾燥時間の乾燥運転を行うと乾燥運転を終了するようにしているものであることを特徴とする。

本発明を実施した場合、真空ポンプの乾燥運転をより効率よく、効果的に行うことができるようになる。

本発明の一実施例における真空冷却装置のフロー図 本発明の一実施例における真空冷却運転時のタイムチャート 本発明の他の実施例における真空冷却運転時のタイムチャート

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例における真空冷却装置のフロー図、図２と図３は本発明の一実施例における真空冷却運転時のタイムチャートである。真空冷却装置は、処理槽２、真空ポンプ１、熱交換器４、冷水ユニット３、ドレンタンク６、運転制御装置５などからなっている。真空冷却装置は、処理槽２の内部を減圧することによって、処理槽２に収容した被冷却物から水分を蒸発させ、その際に発生する気化熱の作用によって冷却を行う。

処理槽２と真空ポンプ１の間は、真空経路９によって接続しておき、真空ポンプ１を作動することによって処理槽２内の気体を排出する。このとき、処理槽２内の気体とともに被冷却物から発生した蒸気も真空ポンプ１で吸引するようにしていると、真空ポンプ１が吸引しなければならない気体の体積が大きくなり、処理槽２内の減圧に時間が掛かることになるため、冷却時間が長くなる。そのため真空経路９には途中に熱交換器４を設けておき、真空ポンプ１が吸引している気体や蒸気を熱交換器４によって冷却することで、吸引しなければならない気体の体積を縮小している。

熱交換器４は冷水ユニット３と接続しておき、冷水ユニット３で発生させた冷水を熱交換器４が持つタンクにためるようにしている。熱交換器４では、冷水をためているタンクを貫通するようにした複数の伝熱管を設置し、伝熱管内に処理槽２から吸引してきた気体を分散して流すことによって、吸引気体の冷却を行う。熱交換器４の下部には、吸引気体を冷却することで発生した凝縮水をドレンとして集合させるためのドレン集合室１２を設ける。ドレンはドレン集合室１２に集合させた後に熱交換器４の下方に接続しているドレンタンク６にドレン排出経路を通して送るようにしており、ドレン排出経路にあるドレンタンク６内にためられる。

処理槽２は、内部に被冷却物を収容して密閉することができるようにしており、処理槽２には内部の圧力を検出する槽内圧力検出装置７と、処理槽２内に収容した被冷却物の温度を検出する品温検出装置８を設けている。そして処理槽２内にも真空冷却の終了後に処理槽２内へ大気導入するための処理槽真空解除弁１０を設置している。処理槽真空解除弁１０での大気導入は、真空冷却で処理槽内を減圧した状態では、処理槽の扉を開くことはできず、処理槽内から被冷却物を取り出すことができないため、真空冷却の処理が終了すると処理槽真空解除弁１０を通して処理槽内に大気を導入し、その後に冷却の終わった被冷却物を取り出すようにしている。

真空経路９の熱交換器４と真空ポンプ１の間には真空弁１１を設置し、真空弁１１より真空経路９の下流側に真空ポンプ吸気温度センサ１５と真空配管圧力センサ１３を設置する。また、真空経路９の真空弁１１と真空配管圧力センサ１３及び真空ポンプ吸気温度センサ１５の間に大気を導入するために真空ポンプ用空気導入手段を設け、真空ポンプ用空気導入手段に設けた真空ポンプ空気導入弁１４を開くことで真空ポンプ１の吸引側へ外気が供給されるようにしておく。それぞれの検出装置や操作弁などは、各部の作動を制御する運転制御装置５と接続しておく。運転制御装置５は運転制御のプログラムと、センサ類で検出している各計測値に基づいて真空冷却装置の各機器の作動を制御する。

実施例での真空冷却運転動作を図２及び図３に基づいて説明する。図２及び図３に記載しているように、運転制御装置５で行う真空冷却の工程は、冷却の準備を行う冷却準備工程、処理槽２内を減圧する真空冷却工程、冷却終了後に処理槽２内を復圧させる真空解除工程からなる。そして真空冷却のバッチ運転を連続して行う場合には、真空解除工程後に次バッチ分の冷却準備工程を開始する。

運転制御装置５では、連続的に冷却運転を行う場合用の最短乾燥運転時間と、１日の運転終了後等の次バッチ冷却運転までの間隔がある場合用の最長乾燥運転時間を設定しておき、連続して冷却運転を行う場合には、最短乾燥運転時間分の乾燥運転を行っていることを条件に次バッチの冷却運転を可能とし、次バッチ冷却運転までの間隔がある場合は、最長乾燥運転時間を経過するまで乾燥運転を行ってから乾燥運転を終了するようにしておく。図２は真空冷却運転の終了後にすぐ次バッチの真空冷却運転を行う場合、図３は真空冷却運転の終了後は運転を停止するもので、真空ポンプを完全に乾燥させるための乾燥運転を行う場合のものである。

まず真空冷却のバッチ運転を連続的に行っている図２に基づいて説明する。冷却準備の工程では、処理槽２内に被冷却物の収容を行い、処理槽２の扉を閉じることで処理槽２を密閉する。また冷水ユニット３を作動して熱交換器４の冷却用水タンクに冷却用水をためておく。

冷却工程では、真空弁１１は開いており、処理槽真空解除弁１０と真空ポンプ空気導入弁１４は閉じている。真空ポンプ１の作動を行うと、真空ポンプ１は真空経路９を通して処理槽２内の気体を吸引して排出するため、処理槽２内の圧力が低下していく。処理槽２内の圧力が低下し、処理槽２内の飽和蒸気温度が被冷却物温度よりも低くなると、処理槽２内に収容している被冷却物から水分が蒸発する。水分が蒸発する際には周囲から気化熱を奪うため、被冷却物の温度は急激に低下していく。処理槽２内の被冷却物が持っていた熱は、真空ポンプ１が吸引している空気とともに真空経路９内を送られ、真空ポンプ１を通した後に系外へ排出される。

運転制御装置５では、品温検出装置８で検出している処理槽２内の被冷却物温度が目標温度になることを目指して冷却運転を行う。このときに冷却速度を調節する徐冷を行う場合には、処理槽真空解除弁１０の開度を調節し、空気を導入しながら減圧を行うことで、処理槽２内の圧力低下速度を調節する。被冷却物を目標温度まで冷却して冷却工程を終了すると、処理槽２内に外気を導入して処理槽内の圧力を大気圧まで復圧する真空解除の工程を行う。運転制御装置５は真空弁１１を閉じ、処理槽真空解除弁１０を開くことで処理槽内の圧力を上昇させる。この場合も復圧速度を調節する徐戻しを行う場合には、処理槽真空解除弁１０の開度を調節して処理槽２内の圧力上昇速度を調節する。

槽内圧力検出装置７にて検出している処理槽２内の圧力が大気圧まで戻ると、真空解除の工程を終了する。真空解除が終了すると、処理槽２の扉を開くことができ、処理槽２内からの被冷却物の取り出しを行う。また真空解除と並行して同時に真空ポンプの乾燥運転を行う。続けて次バッチの真空冷却を行うのであれば、真空ポンプの乾燥運転は真空解除工程の間に行う必要がある。真空ポンプの乾燥は、真空弁１１を閉じて真空ポンプを作動することで行う。真空弁１１を閉じたことで真空ポンプ１の部分は処理槽２とは切り離されるため、処理槽での真空解除と真空ポンプでの乾燥運転は並行して行うことができる。

真空ポンプの乾燥運転時には、真空ポンプ空気導入弁１４の開閉を制御することで真空ポンプ１内への空気導入量を調節する。真空ポンプ空気導入弁１４の開閉制御は真空ポンプ１内の水分量に基づいて決定しておく。真空冷却装置の冷却運転時、真空ポンプ１は水蒸気を含んだ空気を吸引するために真空ポンプ１内に水分が入り、真空ポンプの表面に水滴が付着する。そのため、乾燥運転を行うことで真空ポンプ内の水滴を除去する。運転制御装置５では、乾燥運転時の工程として、真空ポンプ空気導入弁１４を間欠的の開閉する間欠通気乾燥、真空ポンプ空気導入弁１４を開いた状態で維持する連続通気乾燥、真空ポンプ空気導入弁１４を閉じた状態で維持する減圧乾燥を設定しておき、これらの工程を組み合わせることで乾燥運転を行う。

図２での乾燥運転は、真空冷却のバッチ運転を連続して行っている場合のものであるため、真空解除の時間のみの短時間で行うものであり、間欠通気乾燥と連続通気乾燥によって真空ポンプ内の乾燥を行っている。真空ポンプを作動している状態で真空ポンプ空気導入弁１４を開くと、真空ポンプ内に空気の流れができ、空気流によって真空ポンプ内表面に付着している水滴を押し流すことができる。しかし真空ポンプ内表面の水滴が小さい場合には、多くの空気が流れている間は、真空ポンプ１内の水滴は空気流によって真空ポンプの壁面に押さえつけられることになり、水滴は真空ポンプ内の壁面に薄く広がるようになる。このようになると空気流が水滴を押す作用が少なくなり、水滴は押し出されにくくなる。このような状態となっている場合には、真空ポンプ１の運転は継続したままで真空ポンプ空気導入弁１４を開閉することが有効となる。真空ポンプ空気導入弁１４を閉じると、空気の供給がなくなるため、真空弁１１より下流側の真空配管内は圧力が低下する。すると、真空ポンプ内を流れる空気流によって水滴を壁面へ押さえつけていた力は弱くなり、水滴は表面張力によって集まってかたまりとなるため、厚みを増すことになる。その状態で真空ポンプ空気導入弁１４を開き、空気流量を増加させると、水滴が空気流を受ける面積が大きくなっているため、空気流が水滴を押す作用が大きくなり、水滴を出口の方へと大きく押し出すことができる。

真空ポンプ空気導入弁１４を開閉する間欠通気乾燥は、真空ポンプ内表面に押し流すことのできる大きさの水滴が付いている場合には効果的であるが、押し流すことのできる水滴がなくなった以降の真空ポンプ内面に薄い膜状となっている水滴に対しては、空気を間欠的に流しても空気流によって水滴を押し出すことはできなくなる。その場合には連続的に空気を流し、風の力によって水滴の蒸発を促進させる連続通気乾燥を行う。運転制御装置は、真空ポンプ空気導入弁１４の間欠開閉を所定時間行うと、真空ポンプ空気導入弁１４を開放で固定する。真空ポンプ空気導入弁１４を開放していると真空ポンプ内では空気が常に流れることになり、真空ポンプ内表面の水分を風の力によって蒸発させることができる。

真空冷却のバッチ運転を連続で行っており、冷却終了後に次バッチをすぐに行う場合は、真空ポンプ乾燥運転によって次バッチの開始が遅れることを防止するため、３０秒など所定の時間もしくは真空解除工程が終了するまでで乾燥運転を終了する。運転制御装置５では、最短乾燥運転時間の乾燥運転が終了した後で、次バッチの真空冷却を行う。真空ポンプ１の乾燥運転を行っておくことで、次回の真空冷却時に真空ポンプは必要な能力を発揮することができる。

図３は、１日の最終の真空冷却運転を行ってその後は停止としている場合のタイムチャートである。冷却の工程を終了して真空解除の工程を行い、真空解除と並行して真空ポンプの乾燥運転を行うところまでは、図２の場合と同じある。しかし図３での真空冷却工程後に行う乾燥運転は、長い時間をかけて真空ポンプ内を完全に乾燥させるようにしている。

先に記載したように真空ポンプ空気導入弁１４を間欠的に開閉する間欠通気乾燥を行うと、真空ポンプ内の水滴を空気流によって真空ポンプ内から排出することができる。さらに設定時間分の間欠通風乾燥を行った後で、真空ポンプ空気導入弁１４を開放したままとする連続通気乾燥を行う。この連続通気乾燥は、真空ポンプ内の表面に薄く付着している水滴を風の力で蒸発させる効果を狙って、真空ポンプ１内に空気の流れを作るものである。

最長乾燥運転では、この連続通気乾燥の後に真空ポンプ空気導入弁１４を閉止しての減圧乾燥にて真空ポンプ内の乾燥を行う。真空ポンプ空気導入弁１４を閉じると外気の流入がなくなるために真空ポンプ内の圧力は低下する。真空ポンプの乾燥運転時には真空弁１１を閉じているため、真空ポンプが減圧する範囲は狭く、真空ポンプ内ではすぐに圧力が低下する。真空ポンプ内の圧力が真空ポンプ内水滴の飽和蒸気圧力より低くなると、真空ポンプ内の水滴は蒸発するため減圧することでも真空ポンプ内を乾燥することができる。例えば水滴が溝の中に入っていた場合、その水滴は風の作用だけでは蒸発させ難いが、真空ポンプ内の圧力を飽和蒸気圧力よりも低くすると、真空ポンプ内の水滴は沸騰によって蒸発するため、風の力では蒸発させにくい溝に入った水滴も蒸発させることができる。乾燥運転の時間を長くとれる場合には最長乾燥運転時間の乾燥を行い、真空ポンプ内は完全に乾燥させる。

なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１ 真空ポンプ
２ 処理槽
３ 冷水ユニット
４ 熱交換器
５ 運転制御装置
６ ドレンタンク
７ 槽内圧力検出装置
８ 品温検出装置
９ 真空経路
１０ 処理槽真空解除弁
１１ 真空弁
１２ ドレン集合室
１３ 真空配管圧力センサ
１４ 真空ポンプ空気導入弁
１５ 真空ポンプ吸気温度センサ

Claims (3)

1. 被冷却物を収容する処理槽、処理槽と真空経路によって接続しており処理槽内の気体を吸引する真空ポンプ、前記処理槽と真空ポンプを繋ぐ真空経路の途中で真空経路を遮断する真空弁、前記の真空経路の真空弁と真空ポンプの間へ外気を導入するための真空ポンプ空気導入弁、前記の真空ポンプや真空弁、真空ポンプ空気導入弁の作動を制御する運転制御装置を持ち、処理槽内を真空化することで処理槽内に収容している被冷却物の冷却を行うようにしている真空冷却装置において、前記運転制御装置では、真空冷却終了後に、真空弁を閉じた状態で真空ポンプの作動を行う真空ポンプ乾燥運転を行うようにしており、真空ポンプ乾燥運転では、真空ポンプ空気導入弁を間欠的に開閉する間欠通気乾燥を行った後で真空ポンプ空気導入弁を開いた状態を維持する連続通気乾燥を行うようにしているものであることを特徴とする真空冷却装置。
2. 請求項１に記載の真空冷却装置において、真空ポンプ内をより確実に乾燥する場合には、間欠通気乾燥と連続通気乾燥を行った後に、真空ポンプへの空気導入を停止して真空ポンプ内を減圧する減圧乾燥を行うようにしているものであることを特徴とする真空冷却装置。
3. 請求項１に記載の真空冷却装置において、次バッチの真空冷却運転をすぐに行う場合用の最短乾燥運転時間と、次バッチの真空冷却運転までに間隔がある場合用の最長乾燥時間を設定しておき、次バッチの真空冷却をすぐに行う場合には最短乾燥運転時間の乾燥運転を行うと乾燥運転を終了とし、次バッチの真空冷却運転までに間隔がある場合には最長乾燥時間の乾燥運転を行うと乾燥運転を終了するようにしているものであることを特徴とする真空冷却装置。
   

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