JP2902448B2 - 蓄冷槽付真空冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は真空冷却装置に関し、特に微細な流動性の
ある氷混りのブラインを生成する特殊ブライン冷却器及
び熱負荷変動への追随性の優れた氷混りブラインの蓄冷
槽を具備することにより効率よく冷却できる蓄冷型真空
冷却装置に関するものである。

〔従来の技術〕

野菜は収穫後も生きて生活作用を営んでいるが、その
鮮度を長く保つためには、収穫後できるだけ早く呼吸作
用を抑制することが大切である。呼吸作用を抑制する最
もよい方法は野菜の保温を凍結点近くまで冷却すること
である。この冷却に真空冷却装置が用いられる。

さて、水は圧力が760mmHgでは100℃、真空状態の20mm
Hgでは22℃、6mmHgでは４℃で蒸発し約600kcal/kgの蒸
発潜熱を奪う。真空冷却装置は野菜中に含まれる自由水
の蒸発潜熱をたくみに利用して真空により野菜を冷却す
る装置である。

現在使用されている非蓄熱式真空冷却装置は第２図に
示すものが代表的である。即ち真空槽１の中に野菜を格
納密閉して、真空ポンプ８にて排気する。真空槽内が20
mmHgになると品温22℃の野菜の自由水分は蒸発を開始
し、真空度が増すと共に蒸発が促進され、蒸発潜熱によ
り野菜は冷却される。そして真空槽内が6mmHgに達する
と野菜品温は４℃となる。

野菜より蒸発した水分は気体になると大気圧下で１
の水は6mmHgのときは約200万倍の容積となるので真空ポ
ンプで排気するのに技術的困難が伴う。そのためコール
ドフラップ２を設けブライン冷却器４にて該コールドフ
ラップ２を−５℃前後に冷却して真空槽１から排気され
て通過する空気中の水蒸気を水に変え排水し、空気のみ
真空ポンプ８にて排気する。この目的にブライン冷却器
４が使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

真空冷却の冷却サイクルは約25分であるが、このうち
野菜水分の蒸発時間は約17分である。この短時間に熱負
荷がかかるので容量の大きなブライン冷却器を必要とす
る。

使用電気機器の容量が大きくなれば電気料金、特に基
本料金が高価になる。野菜の冷却装置は１年の中、６〜
10月の５ヵ月間しか使用しないが、休止期間中も基本料
金の1/2は支払わなければならない。従って年間電気料
金は高価なものとなり、非常に不経済である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は省エネルギー等の観点より冷凍機の運転時
間の経済性を考慮し、蓄冷槽を真空冷却装置に設置する
ことにより前記の問題点が解決できることを見出し、先
に蓄冷槽を設けた真空冷却装置を提案した（特願昭59−
207123号、特開昭61−86553号公報）。該装置は第３図
に示すとおりのものであり、野菜を真空冷却する真空槽
１を真空にする真空ポンプ８、野菜から蒸発する水蒸気
を凝縮するコールドトラップ２、コールドトラップを循
環するブラインを冷却するブライン冷却器４、ブライン
冷却器を循環する冷媒の圧縮機３及び凝縮器５を主要構
成とする野菜真空冷却装置において、該コールドトラッ
プ２を循環するブラインは−５℃程度で含有水分の約60
％が氷結するものであり、また前記ブライン冷却器４と
コールドトラップ２の間に蓄冷槽６が設けられており、
野菜真空冷却時には凝縮器５からの冷媒が冷媒三方弁14
bを経てブライン冷却器４に流れると共に、ブラインが
ブライン冷却器４からコールドトラップ２、蓄冷槽６、
ブライン冷却器４と流れて、コールドトラプ２において
野菜から蒸発する水蒸気を凝縮するように配管され、ま
た野菜真空冷却装置停止時には、ブラインを蓄冷槽６に
滞留させると共に、三方弁14bが切換わって凝縮器５か
らの冷媒が蓄冷槽６の中に設置された冷却コイル17へ流
れて、ブラインの含有水分の約60％が氷結するように配
管されていることを特徴とする野菜真空冷却装置であ
る。

本発明はさらにこの種の真空冷却装置について研究を
進めた結果、ブライン冷却器を特定の構成のものとし、
さらに蓄冷槽を融氷の容易な構造のものにすることによ
り、前記の問題点がより容易に解決することができるこ
とを見出し、本発明に到達したものである。

前記したとおり、真空冷却の１作業工程は約30分であ
るが、コールドトラップの冷却を必要とするのはわずか
17分程度であり、１日の作業時間は約５時間である。そ
こで野菜冷却作業停止時、即ち真空冷却運転をしない時
には、電気料金の安い夜間電力を使用してブライン冷却
器を運転し、専ら氷混りブラインを生成し、これを蓄冷
槽に専ら送り細氷は浮上させて順次貯水し、真空冷却運
転時には通常の電力を使用して蓄冷槽から導入される０
℃のブラインをブライン冷却器にて約−５℃に冷却の上
コールドトラップに送り、コールドトラップの冷却に充
当するものである。これにより電力を効率よく使用し、
効率よく野菜の冷却を行なうことができるものである。

即ち、本発明は、野菜を真空冷却する真空槽１を真空
にする真空ポンプ８、野菜から蒸発する水蒸気を凝縮す
るコールドトラップ２、コールドトラップを循環するブ
ラインを冷却するブライン冷却器４、ブライン冷却器を
循環する冷媒の圧縮機３及び凝縮器５を主要構成とし、
前記ブライン冷却器４とコールドトラップ２間に蓄冷槽
６が設けられている野菜真空冷却装置において、該ブラ
イン冷却器４は冷却コイル17及び該冷却コイルの間にブ
ラインの流れ仕切板16を設けられているのものからな
り、該蓄冷槽６は、冷却コイルは設けることなく、該コ
ールドトラップ２からの温められたブラインおよびブラ
イン三方弁14の切り換えによりブライン冷却器４からの
冷却ブラインとが導入さるようにされており、野菜真空
冷却時には凝縮器５からの冷媒が膨張弁15を経てブライ
ン冷却器４に流れると共に、蓄冷槽６の０℃のブライン
がブライン循環ポンプ11によりブライン冷却器４に導入
され、−５℃程度に冷却され、ついでコールドトラップ
２に入り野菜水蒸気と熱交換して水蒸気を凝縮し、ほぼ
３℃になって蓄冷槽６へ流れ、該蓄冷槽で蓄積氷の融解
潜熱により約０℃になり、また野菜真空冷却停止時に
は、ブライン三方弁14aを切り換えて、その含有水分の
約60％が氷結した氷粒子の混在するブラインを冷却器４
より蓄冷槽６に導入し、細氷を順次上部より蓄積し蓄冷
するように配管されていることを特徴とする蓄冷槽付真
空冷却装置、に関する。

従来コールドトラップの冷却には塩化カルシウム、エ
チレングリコール、ナイブライン等を−10℃前後に冷却
して使用していた。清水は氷結して蓄熱し、潜熱を利用
しているが、ブラインは氷結してその潜熱を利用するこ
とはなく、専ら顕熱を利用していた。しかるに、濃度の
薄いブラインを徐々に冷却すると、先ずブライン中の水
分が氷結して微細な氷となり、水分を失って濃度を増し
たブラインと混合して流動性のある氷混りのブラインと
なることが見出された。例えばエチレングリコール20％
の水溶液を−５℃に冷却するとブラインの約60％が氷結
し、ザラメ状のブラインとなる。本発明ではこの現象を
たくみに利用し、その潜熱を利用するものである。

本発明の真空冷却装置の一例を第１図に示す。

第１図において、１が真空槽、２がコールドトラッ
プ、３が圧縮機、４がブライン冷却器、５が凝縮器、６
が蓄冷槽、７が冷却塔、８が真空ポンプ、９がブライン
配管、10が冷媒配管、11がブライン循環ポンプ、12が冷
却水ポンプ、13が冷却配管、14aがブライン三方弁、15
が膨張弁、16がブライン仕切板、17がブライン冷却コイ
ル、Ｗがドレーン排水である。

本発明の装置が運転される時、ブライン例えばプロピ
レングリコール水溶液は蓄冷槽６より約０℃にてブライ
ン循環ポンプ11に吸引され、ブライン冷却器４に押し込
まれる。０℃のブラインは−５℃に冷却され、コールド
トラップ２に至り、野菜より蒸発した８〜20℃の水蒸気
を冷却して水に換え除湿する。約−５℃にて流入したブ
ラインは野菜蒸気と熱交換して３〜15℃に温度上昇し、
蓄冷槽６に流入散布される。ブラインは貯氷された氷を
融かし、その潜熱にて約０℃に冷却される。

真空ポンプ停止時、即ち野菜の冷却を停止するとき
は、ブライン三方弁14aを切り換えブライン冷却器４か
ら冷却ブラインを蓄冷槽６に流し、循環して専ら氷とブ
ラインの混合液を生成し、氷を浮上させ順次積み重ねて
貯氷し、蓄冷する。

又第４図は本発明のブライン冷却器４の構成を示す模
式図である。該ブライン冷却器４はシェル型であって、
その内部にブライン冷却コイル17（腐食しない材質、例
えばアルブラックチューブ、チタンパイプ等）を通し、
ブライン導入口から排出口の間に仕切板16を設け、流速
を増し、乱流を起こさせ、該冷却管内部に導入されるブ
ラインとの熱交換の効率化を計ると共に着氷を防止する
ものである。即ち、ブラインの導入の流速を上げ、例え
ばフラインの流速を３〜5m/secが適当であるが、これに
よりブライン冷却器中のブライン冷却コイル17への氷結
付着を除去することができると同時にブライン中の水分
を氷粒子に変えることができる。例えば、ブラインとし
てエチレングリコール20％水溶液を循環冷却し、冷媒蒸
発温度−10℃に調整したところ、上記の流速で氷混りの
−５℃のブラインを得ることができた。氷は微細に流動
性があり、そのままポンプにてコールドトラップや蓄冷
槽に送ってそれらを冷却しあるいは貯氷することができ
る。このブライン冷却器の構成によりブライン中の水分
は溶液中で過冷却されながら氷の粒子を析出するので冷
却コイルに付着して冷却能力を落す心配もない。

又、第５図は本発明の蓄冷槽６の構造を示すものであ
る。この蓄冷槽６は冷却コイルは設けられておらず、ブ
ラインがためられ細氷が貯水されている。野菜の真空冷
却の際は、ブライン冷却器４から約−５℃に冷却された
ブラインがコールドトラップ内に導入され、野菜蒸発水
分と熱交換して約３℃となったものが蓄冷槽６に流入す
る。一方、野菜の真空冷却を行わないときには、ブライ
ン三方弁14の切換えにより、ブライン冷却器４で約−５
℃に冷却された氷粒子の混ったブラインが蓄冷槽６に導
入される。この繰返しにより蓄冷槽中のブラインはその
上部に比重の軽い細氷が順次浮上し氷は融着するとな
く、氷の粒子の集まりとなっている。この蓄冷槽上部に
蓄積した氷の粒子は表面積がおおきく融解が早い。コー
ルドトラップから流入する３℃のブラインは該氷を融解
して80kcal/kgの潜熱を奪われ０℃となる。この０℃の
ブラインはブライン循環ポンプにてブライン冷却器４に
送られ該冷却器４にて再び−５℃に冷却され、真空冷却
運転時はコールドトラップ２に、停止時は蓄冷槽６へ直
接送られる。

このように本発明の蓄冷槽６では前記先願発明のよう
な冷却コイルによる製氷冷媒配管は設けられておらず、
蓄冷槽への冷媒の循環はなく、専らコールドトラップを
経由した、昇温ブライン及びブライン冷却器からの冷却
ブラインが導入されるシステムとなっている。即ち、野
菜を冷却しない夜間はブライン冷却器にて氷混りブライ
ンを生成し、蓄冷槽に送って貯氷し、野菜の冷却を行う
真空冷却運転中はこの蓄冷槽中の細氷の融解潜熱を利用
するので、効率よくブライン冷却器でのブラインの冷却
ができ、先に提案した真空冷却装置における蓄冷槽６中
のブライン冷却コイル19（第３図参照）への設備費及び
冷却コイルに着氷させないために設けられた撹拌ポンプ
のための電力消費の節減が可能となり、さらに野菜の冷
却を安価に効率よく行なうことができるものである。

本発明で使用し得るブラインは、コールドトラップの
表面を約０℃に冷却するには−３〜−５℃のブラインが
必要となるので、氷点−５〜−７℃の液体をブラインと
して用いることが好ましい。例えば濃度５〜30％のプロ
ピレングリコール水溶液を使用することにより効率よく
冷却できる。プロピレングリコール10％水溶液の凝固点
は−６℃、比熱は0.95kcal/kg・℃、比重は1.008kg/lで
あり、本発明の装置のブラインとして用いて最適であ
る。またエチレングリコール20％以上の水溶液も同様の
ことが言える。又、上記と同様の作用を有するものは総
て用いることができる。

この蓄冷方式により冷凍機の容量は従来の場合の1/2
以下となり、それに伴って冷却塔、循環ポンプ等の付属
設備も縮少され、又、蓄冷槽に設けられた冷却コイルへ
の着氷を避けるためのブライン撹拌ポンプも必要がなく
なり、設備費も減少し、特に契約電力料金が約30％の節
約となり、深夜電力の利用により使用電力料金も約25％
節約された。

第６図は蓄熱運転に係る説明図である。野菜冷却運転
負荷をP₁Kcal/HとするとP₁の1/2のP₂Kcal/Hを夜間運転
し、氷として蓄冷槽に貯えて置けば、1/2容量のブライ
ン冷却器にて真空冷却運転時にP₁Kcal/Hを処理すること
ができ、省エネルギーにて冷却ができることがわかる。

〔作用〕

真空冷却装置にコールドトラップ冷却用蓄冷槽を設置
することにより冷凍機を連続運転でき、野菜冷却のため
の真空装置運転時にはコールドトラプ冷却に利用し、野
菜冷却作業停止時には専ら氷の生成に用いるに当り、ブ
ライン冷却器の内部にブラインの流れの仕切板を設け、
ブラインを高流速で導入し、冷媒配管への氷結付着を防
止すると共に、氷の微細粒子を生成することができ、こ
れにより氷混りのブラインを循環できる。又、本発明の
蓄冷槽はコールドトラップからの温められたブラインと
ブライン冷却器からの氷混りのブラインとを導入するだ
けで、蓄冷槽には冷却コイルを設けない簡単な構造とし
たことにより、−５〜−７℃の氷混りのブラインを省エ
ネルギーで貯蔵でき、即ち、浮上する細氷を順次貯氷で
き、これにより、顕熱のみならず、その融解潜熱約80kc
al/kgを利用することができるという作用を有する。

〔実施例〕

以下実施例にて、この発明を具体的に説明するが、本
発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。

本発明の蓄冷槽付真空冷却装置を用いて野菜の予冷を
する場合の具体例を示す。

本発明の装置において、 （１）冷媒（フレオン）は野菜の冷却作業時及び冷却停
止時ともに、圧縮機３→凝縮器５→膨張弁15→ブライン
冷却器４→圧縮機３と流れ、ブラインを冷却し、ブライ
ンをブライン冷却器で氷の微細粒子の混在する冷却ブラ
インを製造する。

（３）真空冷却装置の仕様 本発明の蓄冷槽を具備する真空冷却装置を用いて野菜
を予冷する場合の装置の仕様の一例（予冷処理量、冷却
能力、利用可能潜熱等）を第１表に示す。

非蓄熱方式は160HP（120KW）定格、蓄熱方式は60HP
（45KW）定格のブライン冷却器を使用する。

（４）本発明装置と特開昭61−86553号装置の特徴を第
２表に示す。

第２表に記載のとおり、冷凍装置全体の容量は特開昭
61−86553号装置では従来の装置に対して、58％である
が、本発明では蓄冷槽の装置の簡略化により、56％まで
下げることができると共に、ブライン冷却器の装置の改
良により、冷却コイル等への着氷防止ができ、更に氷粒
子を細かくすることができるため、蓄冷槽での融氷が容
易であるという特徴及び効果を有するものである。

（５）設備費と電気料金 設備費は蓄熱方式の方が多少高いが、電気料金は安く
なる。即ち、蓄冷槽の設備費を追加しなければならない
が、ブライン冷却機及び付属機器の容量が1/2となるの
で、設備費の増加はあまり高額にはならない。

一方、電気料金は基本料金は約60％となり、使用電気
料も産業用蓄熱調整契約（高圧電力用、6KV）とし夜間
電力を使用すれば格安となり、年々22％格安の電気料支
払いでよい事になる。

またブラインを冷却媒体とする差圧予冷装置、リンゴ
等野菜果実の冷蔵庫等にもそのまま流用できる。

〔発明の効果〕

本発明は次のような効果、特徴を有する。

1.真空冷却用コールドトラップの冷却に特殊ブラインを
使用し、真空冷却装置に蓄冷槽を付属させ、ブライン冷
却機を昼夜間共運転し、夜間は蓄冷槽の貯氷専用サイク
ルとし、昼間はこの蓄冷槽の氷の融解潜熱とブライン冷
却器の冷却能力の和によりコールドトラップを冷却する
ものであって、ブラインの顕熱のみならず、氷の潜熱を
利用するものであって、効率的にエネルギーを活用する
ものである。そして貯氷には深夜電力等を利用すること
が可能であり、省エネルギー化を計ることができる。

2.ブライン冷却器内部に仕切板を設け、高流速でブライ
ンを通し、冷却コイルへの氷結防止ができると共に、氷
の微細な粒子を生成することができ、この氷粒子混りの
冷ブラインを野菜の冷却時にはコールドトラップへ、又
夜間の野菜冷却停止時には蓄冷槽へ導入し貯氷するもの
であって、蓄冷槽には冷却コイル及び撹拌ポンプの省略
ができ、設備の簡素化を計ることかできる。

3.ブライン冷却器及び付属機器の容量が従来型の1/2と
なったので、設備全体が小規模となり建築も小さくな
る。

4.仮りにブライン冷却器が故障しても蓄冷槽の氷混りブ
ラインにて取り敢えず運転することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蓄冷槽付真空冷却装置の概略図、第２
図は従来の真空冷却装置の概略図、第３図は特開昭61−
86553号公報記載の真空冷却装置の概略図、第４図は本
発明のブライン冷却器の概略構造図、第５図は本発明の
蓄冷槽の構造を示す概略図、第６図は蓄熱運転に係る運
転負荷に関する説明図である。 図中、１は真空槽、２はコールドトラップ、３は圧縮
機、４がブライン冷却器、５が凝縮器、６が蓄冷槽、10
が冷媒配管、14aがブライン切換三方弁、15が膨脹弁、1
6が仕切板、17がブライン冷却コイルである。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A23B 7/04 A23L 3/36 F25D 7/00 F25D 17/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】野菜を真空冷却する真空槽１を真空にする
   真空ポンプ８、野菜から蒸発する水蒸気を凝縮するコー
   ルドトラップ２、コールドトラップを循環するブライン
   を冷却するブライン冷却器４、ブライン冷却器を循環す
   る冷媒の圧縮機３及び凝縮器５を主要構成とし、前記ブ
   ライン冷却器４とコールドトラップ２間に蓄冷槽６が設
   けられている野菜真空冷却装置において、該ブライン冷
   却器４は冷却コイル17及び該コイルの間にブラインの流
   れ仕切板16が設けられているものからなり、該蓄冷槽６
   は、冷却コイルは設けることなく、ブライン三方弁14a
   の切り換えにより該コールドトラップ２からの温められ
   たブラインおよびブライン三方弁14の切り換えによりブ
   ライン冷却器４からの冷却ブラインとが導入されるよう
   に構成されており、野菜真空冷却時には凝縮器５からの
   冷媒が膨張弁15を経てブライン冷却器４に流れると共
   に、蓄冷槽６の０℃のブラインがブライン循環ポンプ11
   によりブライン冷却機４に導入され−５℃〜−７℃程度
   に冷却され、ついでコールドトラプ２に入り、野菜水蒸
   気と熱交換して水蒸気を凝縮し、ほぼ３℃になって蓄冷
   槽６へ流れ、該蓄冷槽で蓄積氷の融解潜熱により約０℃
   になり、また野菜真空冷却停止時には、ブライン三方弁
   14aを切り換えて、その含有水分の約60％が氷結した氷
   粒子の混在するブラインを冷却器４より蓄冷槽６に導入
   し、細氷を順次上記により蓄積し蓄冷するように配管さ
   れていることを特徴とする蓄冷槽付真空冷却装置。