JP2018069245A - 等方圧加圧装置、および等方圧加圧装置を用いた等方圧加圧方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力容器の内部を液体の圧力媒体で満たす際に、圧力容器内の被処理物が液流により圧力容器内で流れて排気口に吸い込まれることを防止することができる構成を備えた等方圧加圧装置を提供すること。【解決手段】横置き配置された圧力容器１の軸方向両端側のうちの少なくとも一方の最上部に排気口１５ａが設けられており、横置き配置された圧力容器１の軸方向端側の、排気口１５ａよりも低い位置に給液口１４ａが設けられている。給排水ユニット３（圧媒供給装置）により給液口１４ａから圧力容器１の中へ液体の圧力媒体が供給されることで、排気口１５ａから空気が排出されつつ圧力容器１の中が前記圧力媒体で満たされる。【選択図】図３

Description

本発明は、横置き配置の圧力容器の中に入れられた被処理物を液体の圧力媒体で加圧処理する等方圧加圧装置に関するものである。

この種の装置として、例えば下記の特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の高圧処理装置は、食品産業で使用されるものであって、生産品の殺菌処理に用いられる。この高圧処理装置は、水平配置される筒状のチャンバー（圧力容器）と、チャンバーの軸方向両端部の開口を閉止するプラグとを備える。プラグには、高圧水が流される流路が内部に形成されている。この流路からチャンバーの内部に加圧用の高圧水が供給される。加圧用の高圧水が供給されると、チャンバーの内部に入れられた被処理物には、例えば４００ＭＰａという高圧が作用する。これにより、被処理物は殺菌される。

ここで、特許文献１中に明記はないが、上記したような高圧処理装置では、被処理物を加圧処理する準備工程として、従来、水平配置された圧力容器の一方の軸方向端側の最上部から圧力容器内へ給水され、他方の軸方向端側の最上部から圧力容器の中の空気が排出されることで、圧力容器の内部が水で満たされていた。

米国特許出願公開第２００４／００４５４５０号明細書

圧力容器の内部を水で満たすための上記した従来の方法では、圧力容器内が満水近くになると圧力容器内の上部の水流が速くなり、圧力容器内の被処理物（例えば、ラミネートフィルムで包装された食品）が、水流でバスケット（被処理物を収容しておく容器）から飛び出し、排気口に吸い込まれることがあった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧力容器の内部を液体の圧力媒体で満たす際に、圧力容器内の被処理物が液流により圧力容器内で流れて排気口に吸い込まれることを防止することができる構成を備えた等方圧加圧装置を提供することである。

本発明に係る等方圧加圧装置は、軸方向両端部に開口が設けられた横置き配置される筒状の圧力容器と、前記開口を閉止する蓋体と、前記圧力容器の中を液体の圧力媒体で満たすための圧媒供給装置と、前記圧力媒体で満たされた前記圧力容器の中を加圧するための加圧手段と、を備える、前記圧力容器の中に入れられた被処理物を前記圧力媒体で加圧処理する等方圧加圧装置である。この等方圧加圧装置は、横置き配置された前記圧力容器の軸方向両端側のうちの少なくとも一方の最上部に排気口が設けられており、横置き配置された前記圧力容器の軸方向端側の、前記排気口よりも低い位置に給液口が設けられており、前記圧媒供給装置により前記給液口から前記圧力容器の中へ前記圧力媒体が供給されることで、前記排気口から空気が排出されつつ前記圧力容器の中が前記圧力媒体で満たされることを特徴とする。

本発明によれば、横置き配置された圧力容器の軸方向端側の、空気が排出される高さレベルよりも低い位置から圧力容器の中へ圧力媒体としての液体が供給される。これによると、圧力容器内が満液近くになったとき、圧力容器内の上部の液流は、圧力容器内に液体を最上部から供給していた従来に比べて、穏やかな流れとなる。
すなわち、本発明によると、圧力容器の内部を液体の圧力媒体で満たす際に、圧力容器内の被処理物が液流により圧力容器内で流れて排気口に吸い込まれることを防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る等方圧加圧装置を示す概略の斜視図である。 図１に示す等方圧加圧装置において、圧力容器の開口を閉止する蓋体が開の位置にあるときの圧力容器、蓋体、およびその周辺部品の概略の側断面図である。 図１に示す等方圧加圧装置において、圧力容器の開口を閉止する蓋体が給液位置にあるときの圧力容器、蓋体、およびその周辺部品の概略の側断面図である。 図１に示す等方圧加圧装置において、圧力容器の開口を閉止する蓋体が加圧位置にあるときの圧力容器、蓋体、およびその周辺部品の概略の側断面図である。 本発明の第２実施形態に係る等方圧加圧装置において、圧力容器の開口を閉止する蓋体が給液位置にあるときの圧力容器、蓋体、およびその周辺部品の概略の側断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する実施形態では、液体の圧力媒体として水を使用することとしているが、液体の圧力媒体は、水に限定されることはない。また、以下に説明する実施形態では、食品を加圧処理する例を記載しているが、被処理物として、食品以外に、金属粉末、セラミック粉末などがある。

（等方圧加圧装置の構成）
図１に基づき、本発明の第１実施形態に係る等方圧加圧装置１００の全体構成について説明する。等方圧加圧装置１００は、横置き配置される円筒形状の圧力容器１、プレスフレーム２、油圧シリンダ（不図示）を介してプレスフレーム２に取り付けられた蓋体６，７、タンク３ａを有する給排水ユニット３（圧媒供給装置）、高圧ポンプユニット４、これらを制御する制御盤５、および被処理物が入れられるバスケット１０などから構成される。バスケット１０は、例えば、供給コンベア１１にて圧力容器１の中に入れられ、排出コンベア１２にて圧力容器１の外へ出される。また、バスケット１０を収容する圧力容器１は、スライド装置１３にてプレスフレーム２内と、コンベア１１，１２側との間を移動させられる。

給排水ユニット３は、圧力容器１の中を圧力媒体である水で満たすための装置の一例である。高圧ポンプユニット４は、水で満たされた圧力容器１の中に加圧用の高圧の水を供給するための装置の一例である。給排水ユニット３からは低圧の水が吐出され、高圧ポンプユニット４からは高圧の水が吐出される。

圧力容器１の軸方向の端面には、環状フランジ８，９が取り付けられている。図２〜４に示すように、環状フランジ８，９のうちの第１環状フランジ８（給液フランジ）の内部には圧媒流路１４および排気流路１５が形成されている。圧媒流路１４は配管（不図示）にて給排水ユニット３と接続される。第１環状フランジ８の内面には給液口１４ａが設けられている。圧媒流路１４は給液口１４ａと連通している。給排水ユニット３からの水は、圧媒流路１４を経て給液口１４ａから圧力容器１の中へ供給される。

また、第１環状フランジ８の内面には、排気流路１５と連通する排気口１５ａが設けられている。給液口１４ａと排気口１５ａとは１８０度異なる位置に設けられている。圧力容器１が横置き配置された状態において、給液口１４ａが最下部に、排気口１５ａが最上部に位置するように、圧力容器１に第１環状フランジ８が取り付けられる。排気流路１５の排気口１５ａと連通する側とは反対側は、例えば配管（不図示）が接続され大気開放されている。

第１環状フランジ８とは反対側の第２環状フランジ９（排気フランジ）の内部には排気流路１５が形成されている。なお、この第２環状フランジ９には、第１環状フランジ８に形成されている圧媒流路１４は形成されていない。第２環状フランジ９の内面には、排気流路１５と連通する排気口１５ａが設けられている。圧力容器１が横置き配置された状態において、排気口１５ａが最上部に位置するように、圧力容器１に第２環状フランジ９が取り付けられる。第１環状フランジ８の場合と同じく、第２環状フランジ９に形成された排気流路１５の排気口１５ａと連通する側とは反対側は、例えば配管（不図示）が接続され大気開放されている。

本実施形態では、上記した構成で、横置き配置された圧力容器１の軸方向両端側のうちの両方の最上部（排気口１５ａ）から、圧力容器１の中の空気が排出されるようにされ、且つ、横置き配置された圧力容器１の軸方向端側の、空気が排出される前記最上部よりも低い位置（給液口１４ａ）から圧力容器１の中へ給排水ユニット３により水（圧力媒体）が供給されるようにされている。

圧力容器１の軸方向両端部に設けられた開口１ａ、ｂ（図１参照）は、油圧シリンダを介してプレスフレーム２に取り付けられた第１蓋体６、第２蓋体７で閉止されるようになっている。

図２〜４に示すように、第１蓋体６は、蓋本体部６ａと、蓋本体部６ａよりも大径の鍔部６ｂとを有する。第１蓋体６（蓋本体部６ａおよび鍔部６ｂ）の内部には、加圧用の水を圧力容器１の中に供給するための圧媒流路１８が形成されている。圧媒流路１８は、第１蓋体６の中心に形成されている。この圧媒流路１８は、配管（不図示）にて高圧ポンプユニット４と接続される。高圧ポンプユニット４、および圧媒流路１８は、水で満たされた圧力容器１の中を加圧するための加圧手段を構成する。

第１蓋体６の蓋本体部６ａは、第１環状フランジ８および圧力容器１の軸方向端部に、この順で挿入される。蓋本体部６ａの周囲には、圧力容器１への挿入側から順に環状のシール部材１６、および環状のガイド部材１７が所定の間隔をあけて配置されている。シール部材１６は、給排水ユニット３から圧力容器１の中に供給された低圧の水が、圧力容器１の中から漏れないようにするための部材であるとともに、高圧ポンプユニット４から圧力容器１の中に供給された高圧の水が、圧力容器１の中から水が漏れないようにする（圧力容器１の中を高圧に保持する）ための部材でもある。

なお、蓋本体部７ａと、蓋本体部７ａよりも大径の鍔部７ｂとを有する第２蓋体７の構成は、第１蓋体６と同じである。

被処理物は、例えば、ラミネートフィルムで包装された食品５０である。図１〜４に示すように、バスケット１０は、上部が開口する円筒形状のバスケット本体１０ａと、バスケット本体１０ａの軸方向両端に取り付けられた蓋１０ｂとで構成される。このバスケット１０の中に、複数の食品５０が積み重ねられて収容される。

（等方圧加圧装置を用いた被処理物の加圧処理方法）
図１〜４を参照しつつ、等方圧加圧装置１００を用いた被処理物の加圧処理方法の一例について説明する。

作業者は、複数の食品５０を、例えば手作業にて、バスケット１０の中に入れる。次に、複数の食品５０が入れられたバスケット１０を、圧力容器１の開口１ｂから圧力容器１の中に入れる。そして、プレスフレーム２が位置する方向へ圧力容器１をスライド移動させる。第１蓋体６および第２蓋体７の軸方向と圧力容器１の軸方向とが一致する位置で圧力容器１を止める。

次に、油圧シリンダ（不図示）を動作させて、第１蓋体６（蓋本体部６ａ）の先端部および第２蓋体７（蓋本体部７ａ）の先端部を、図３に示す給液位置までそれぞれ環状フランジ８，９の中に挿入する。給液位置は、第１環状フランジ８の内面にシール部材１６を当てることで、圧力容器１をシール部材１６で密閉しつつ、圧力容器１の中へ水を第１環状フランジ８の給液口１４ａから供給する位置である。その後、給排水ユニット３を動作させ、給液口１４ａから圧力容器１の中へ水を注入する（給液工程）。

圧力容器１の中に水が注入されていくと、圧力容器１の中の空気は、圧力容器１の軸方向両端側の最上部にそれぞれ位置する排気口１５ａから抜けていく。

圧力容器１の中が水で満たされたら、給排水ユニット３を停止させ、油圧シリンダ（不図示）を動作させて、第１蓋体６（蓋本体部６ａ）の先端部および第２蓋体７（蓋本体部７ａ）の先端部を、図４に示す加圧位置までそれぞれ圧力容器１の軸方向端部の中に挿入する。加圧位置は、環状フランジ８，９よりも内方（圧力容器１の軸方向中心側）で、圧力容器１の内面にシール部材１６を当てることで、圧力容器１をシール部材１６で密閉しつつ、圧力容器１の中を加圧手段により高圧の水で加圧する位置である。その後、高圧ポンプユニット４を動作させ、圧力容器１の中へ圧媒流路１８から高圧水を供給して、食品５０を等方圧にて所定の時間、加圧する（加圧工程）。これにより、食品５０は殺菌される。圧力容器１の中は、例えば６００ＭＰａに昇圧される。

このように、第１蓋体６（蓋本体部６ａ）の先端部および第２蓋体７（蓋本体部７ａ）の先端部は、圧力容器１のそれぞれの軸方向端部の中へ二段階で挿入される。

加圧処理が完了すると、第１蓋体６および第２蓋体７を圧力容器１に対して後退させることで圧力容器１から蓋体６，７を外し圧力容器１の中の水を排水する。その後、圧力容器１をコンベア側へスライド移動させる。そして、加圧処理された食品５０が入れられたバスケット１０を圧力容器１の中から取り出す。その後、例えば手作業にて、バスケット１０の中から食品５０を取り出す。

前記した等方圧加圧装置１００によれば、横置き配置された圧力容器１の内部を水で満たす際、圧力容器１の軸方向端側の、空気が排出される高さレベルよりも低い位置から圧力容器１の中へ圧力媒体としての水が供給される。これによると、圧力容器１内が満水近くになったとき、圧力容器１内の上部の水流は、圧力容器１内にその最上部から給水していた従来に比べて、穏やかな流れとなる。その結果、圧力容器１内の食品５０が水流により流れて排気口１５ａに吸い込まれることが防止される。

また、等方圧加圧装置１００では、横置き配置された圧力容器１の軸方向両端側のうちの両方の最上部に排気口１５ａが設けられている。

この構成によると、圧力容器１の軸方向両端側から空気が抜けるので、排気口１箇所当りの空気抜きの速度は遅くなる。その結果、圧力容器１内の上部の水流が緩やかになって食品５０が排気口１５ａに吸い込まれることが防止される。

また、等方圧加圧装置１００を構成する第１環状フランジ８に設けられた給液口１４ａ、および排気口１５ａに着目すると、これらの給液口１４ａ、および排気口１５ａは、圧力容器１の同じ軸方向端側に設けられている。

この構成によると、圧力容器１への給水時、圧力容器１の下部に位置する給液口１４ａから給水され、給液口１４ａと同じ側の上部に位置する排気口１５ａから空気が抜ける。これによると、圧力容器１への給水により生じる水流の影響を食品５０は受けにくくなる。その結果、圧力容器１内の食品５０が水流により流れて排気口１５ａに吸い込まれることがより防止される。

また、等方圧加圧装置１００では、圧力容器１の軸方向端部に、内面に給液口１４ａが設けられた環状フランジ８（給液フランジ）が取り付けられている。

この構成によると、圧力容器１の中を水で満たすための給液口および流路を、圧力容器１や蓋体６，７に形成しなくてすむ。そのため、圧力容器１、および蓋体６，７の強度を確保し易い。

また、等方圧加圧装置１００を用いた等方圧加圧方法として、前記したように、まず、環状フランジ８の内面にシール部材１６を当てることで、当該シール部材１６で圧力容器１を密閉しつつ、圧力容器１の中へ圧力媒体としての水を給液口１４ａから供給する（給液工程）。その後、水で内部が満たされた圧力容器１の軸方向端部の中へ蓋本体部６ａ，７ａを挿入して、環状フランジ８，９よりも内方の圧力容器１の内面にシール部材１６を当てることで、当該シール部材１６で圧力容器１を密閉しつつ、圧力容器１の中を加圧手段（４，１８）により圧力媒体としての水で加圧する（加圧工程）。

前記したように、加圧処理時、圧力容器１の中は、例えば６００ＭＰａという高圧状態となる。上記構成によると、加圧処理時、環状フランジ８，９、およびその内面に設けられた給液口１４ａ、排気口１５ａには高圧の圧力がかからない（図４参照）。よって、上記構成によると、圧媒流路１４と給排水ユニット３とを接続する配管、その配管に取り付けられる各種弁（不図示）として、耐強度が例えば６００ＭＰａという高圧仕様のものを使用しなくて済む（低圧仕様のものとすることができる）。排気流路１５に接続される配管、およびその配管に取り付けられる各種弁（不図示）についても同様であり、これら配管、各種弁として、耐強度が例えば６００ＭＰａという高圧仕様のものを使用しなくて済む。

（第２実施形態）
図５を参照しつつ、第２実施形態について説明する。第２実施形態における第２環状フランジ９は、その反対側の第１環状フランジ８と同じく、圧力容器１が横置き配置された状態において、その内面の最上部に排気口１５ａが位置するとともに、その内面の最下部に給液口１４ａが位置するように、排気口１５ａおよび給液口１４ａがその内面に設けられている。すなわち、第２実施形態では、横置き配置された圧力容器１の軸方向両端側のうちの両方の、排気口１５ａよりも低い位置に給液口１４ａが設けられている。なお、この場合、第２環状フランジ９は、排気機能だけでなく給水機能も有するので、排気フランジであるとともに給液フランジでもある。

この構成によると、圧力容器１の軸方向両端側のうちの両方から圧力容器１内に給水されるため、水流が相互に打ち消し合うようになり、圧力容器１内が満水近くになっても、圧力容器１内の上部の水流は速くならない。その結果、圧力容器１内の食品５０が水流により流れて排気口１５ａに吸い込まれることがより防止される。また、圧力容器１内の食品５０を収容するバスケット１０が、圧力容器１内で流されて蓋体６，７に衝突することが防止される。すなわち、バスケット１０の損傷が防止される。

（第３実施形態）
第３実施形態として、第１実施形態に係る等方圧加圧装置１００において、図２〜４に示す第１実施形態における第２環状フランジ９に関し、排気口１５ａおよび排気流路１５を有さない第２環状フランジ９とされていてもよい。すなわち、給液口１４ａが排気口１５ａよりも低い位置に設けられることを前提とし、給液口１４ａと排気口１５ａとが、圧力容器１の同じ軸方向端側のみに設けられているものであってもよい。
この構成によると、圧力容器１の軸方向両端側のいずれにも排気口１５ａが設けられている第１実施形態に比べて、圧力容器１への給水により生じる水流の影響を食品５０はより受けにくくなる。

（第４実施形態）
第４実施形態として、第１実施形態に係る等方圧加圧装置１００において、図２〜４に示す第１実施形態における第１環状フランジ８に関し、排気口１５ａおよび排気流路１５を有さない第１環状フランジ８とされていてもよい。すなわち、給液口１４ａが排気口１５ａよりも低い位置に設けられることを前提とし、圧力容器１の一方の軸方向端側のみに給液口１４ａが設けられ、圧力容器１の他方の軸方向端側のみに排気口１５ａが設けられてもよい。

（変形例）
等方圧加圧装置１００は、圧力容器の中に外部から液体の圧力媒体を押し込んで被処理物を等方圧にて加圧処理する外部昇圧式等方圧加圧装置の一つである。本発明の等方圧加圧装置は、外部昇圧式等方圧加圧装置ではなく、ピストン直圧式等方圧加圧装置であってもよい。この場合、例えば、蓋体６，７に圧媒流路１８は形成されない。そして、例えば、第２蓋体７がピストンとなる。第２蓋体７の蓋本体部７ａの長さは設計により決定される。圧力容器１の中が液体の圧力媒体で満液とされた状態で、圧力容器１の開口１ｂからその内部へ油圧シリンダ（不図示）などでピストン（第２蓋体７の蓋本体部７ａ）が押し込まれることで圧力容器１の中の被処理物は圧力媒体で等方圧にて加圧処理される。ピストン直圧式等方圧加圧装置の場合は、上記油圧シリンダが、圧力媒体で満たされた圧力容器１の中を加圧するための加圧手段を構成する。

前記した実施形態では、給液口１４ａは、横置き配置された圧力容器１の軸方向端側の最下部に設けられているが、給液口１４ａは、排気口１５ａよりも低い位置に設けられればよい。すなわち、給液口１４ａの位置は、最下部に限定されることはない。なお、本実施形態のように、給液口１４ａが最下部に設けられていた方が、圧力容器１内が満水近くになったときの水流は、より穏やかなものとなる。

圧力容器１の軸方向端部に環状フランジ８，９が取り付けられていなくてもよい。この場合、給液口１４ａが排気口１５ａよりも低い位置に設けられることを前提とし、例えば、圧力容器１の軸方向端部の内面や、蓋体６，７先端の外縁部に、排気口１５ａ、給液口１４ａが設けられる。

以上、本発明の実施形態およびその変形について説明した。なお、その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行うことは可能である。

１：圧力容器
１ａ、１ｂ：開口
６、７：蓋体
６ａ、７ａ：蓋本体部
３：給排水ユニット（圧媒供給装置）
４：高圧ポンプユニット（加圧手段）
８：第１環状フランジ（給液フランジ）
１４ａ：給液口
１５ａ：排気口
１６：シール部材
１８：圧媒流路（加圧手段）
５０：食品（被処理物）
１００：等方圧加圧装置

Claims (7)

1. 軸方向両端部に開口が設けられた横置き配置される筒状の圧力容器と、
   前記開口を閉止する蓋体と、
   前記圧力容器の中を液体の圧力媒体で満たすための圧媒供給装置と、
   前記圧力媒体で満たされた前記圧力容器の中を加圧するための加圧手段と、
   を備える、前記圧力容器の中に入れられた被処理物を前記圧力媒体で加圧処理する等方圧加圧装置であって、
   横置き配置された前記圧力容器の軸方向両端側のうちの少なくとも一方の最上部に排気口が設けられており、
   横置き配置された前記圧力容器の軸方向端側の、前記排気口よりも低い位置に給液口が設けられており、
   前記圧媒供給装置により前記給液口から前記圧力容器の中へ前記圧力媒体が供給されることで、前記排気口から空気が排出されつつ前記圧力容器の中が前記圧力媒体で満たされることを特徴とする、等方圧加圧装置。
2. 請求項１に記載の等方圧加圧装置において、
   前記給液口と前記排気口とが、前記圧力容器の同じ軸方向端側に設けられていることを特徴とする、等方圧加圧装置。
3. 請求項１または２に記載の等方圧加圧装置において、
   横置き配置された前記圧力容器の軸方向両端側のうちの両方の最上部に前記排気口が設けられていることを特徴とする、等方圧加圧装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の等方圧加圧装置において、
   横置き配置された前記圧力容器の軸方向両端側のうちの両方の、前記排気口よりも低い位置に前記給液口が設けられていることを特徴とする、等方圧加圧装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の等方圧加圧装置において、
   前記圧力容器の軸方向端部に取り付けられた環状の給液フランジをさらに備え、
   前記給液フランジの内面に前記給液口が設けられていることを特徴とする、等方圧加圧装置。
6. 請求項５に記載の等方圧加圧装置を用いた等方圧加圧方法であって、
   前記蓋体の蓋本体部の周囲に配置されたシール部材を、前記給液フランジの内面に当てることで、当該シール部材で前記圧力容器を密閉しつつ、前記圧力容器の中へ前記圧力媒体を前記給液口から供給する給液工程と、
   前記給液工程により前記圧力媒体で内部が満たされた前記圧力容器の軸方向端部の中へ前記蓋本体部を挿入して、前記給液フランジよりも内方の前記圧力容器の内面に前記シール部材を当てることで、当該シール部材で前記圧力容器を密閉しつつ、前記圧力容器の中を前記加圧手段により前記圧力媒体で加圧する加圧工程と、
   を備えることを特徴とする、等方圧加圧方法。
7. 請求項６に記載の等方圧加圧方法において、
   前記蓋本体部の内部には、前記加圧手段を構成する圧媒流路が形成されており、
   前記加圧工程において、前記圧力容器の中へ前記圧媒流路から前記圧力媒体を供給して前記圧力容器の中を前記圧力媒体で加圧することを特徴とする、等方圧加圧方法。

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