JP6116282B2

JP6116282B2 - 真空冷却装置

Info

Publication number: JP6116282B2
Application number: JP2013031461A
Authority: JP
Inventors: 聖司多田; 伸基明尾
Original assignee: 株式会社サムソン
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2033-02-20
Also published as: JP2014159931A

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、処理槽内を真空化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し、処理槽内での沸点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し、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によるものがある。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２０１２−１０２９５６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配管の途中に、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、真空配管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、気体の体積が縮小し、特に蒸気を冷却することで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２０１２−１０２９５６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るようにしている。なお、真空冷却の運転中はドレンタンク内も負圧になっており、負圧状態のドレンタンクからドレンを排出することはできない。そのため、ドレンは真空冷却運転終了までためておき、真空冷却運転を終了して処理槽内を大気圧に戻した後にドレンの排出を行っている。

真空冷却でのドレン発生量は、被冷却物の量に応じて増加する。そのため、真空冷却を行う被冷却物の量が多くなった場合には、１回の真空冷却運転で発生するドレン量がドレンタンクの容量より多くなることもある。真空冷却運転の途中でドレン量がドレンタンク容量以上となり、ドレンの排出が必要になった場合、ドレンタンク内を大気圧まで戻すことが必要であるため、真空冷却運転を中断して処理槽内へ空気を取り込み、ドレンタンク内の圧力を戻してからドレンの排出を行う。しかし真空冷却運転の途中で処理槽内の圧力を大気圧まで戻した場合、真空冷却再開時には大気圧状態に戻った処理槽内を再び高真空状態まで減圧しなければならず、減圧に要する時間が必要となるために真空冷却時間は大幅に長くなる。

特開２０１２−１０２９５６号公報

本発明が解決しようとする課題は、真空冷却装置において、真空冷却運転の途中でドレンタンクからドレンを排出することが必要になった場合にも、真空冷却に要する時間が大幅に大きくなることを防止しつつドレンの排出を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、処理槽と真空配管によって接続しており処理槽内の気体を吸引する真空発生装置、真空発生装置が処理槽から吸引している気体を途中で冷却する熱交換器、熱交換器で発生したドレンをためておくドレンタンクを持ち、処理槽内を真空化することで被冷却物の冷却を行う真空冷却装置において、前記の熱交換器とドレンタンクの間を遮蔽するドレンタンク遮蔽弁、処理槽と熱交換器の間を遮蔽する真空配管遮蔽弁を設けておき、真空冷却運転中にドレンタンク内のドレンを排出することが必要になった場合、ドレンタンク遮蔽弁を閉じることによってドレンタンクを真空経路から切り離してドレンタンクからのドレン排出を行い、ドレン排出後に真空配管遮蔽弁を閉じることで処理槽を真空経路から切り離し、ドレンタンク遮蔽弁を開くことでドレンタンク内の減圧を行い、ドレンタンク減圧後に真空配管遮蔽弁を開く動作を行う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、ドレンタンクには負圧状態にあるドレンタンク内へ空気を導入する給気弁を接続しておき、真空冷却運転の途中でドレンタンクからドレンの排出を行う場合、ドレンタンク遮蔽弁を閉じた状態で給気弁を開くことでドレンタンク内の圧力を高めるようにしてい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、真空配管遮蔽弁より上流側での圧力を検出する槽内圧力検出装置と、真空配管遮蔽弁より下流側での圧力を検出する真空配管圧力検出装置を設けておき、ドレン排出後に閉じた真空配管遮蔽弁は、真空配管圧力検出装置で検出している真空配管内圧力値が槽内圧力検出装置で検出している処理槽内圧力値以下になったことを検出した以降に開くものであることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記の真空冷却装置において、熱交換器とドレンタンクの間に熱交換器で発生したドレンを集合させるための空間であるドレン集合室を設けていることを特徴とする。

本発明の場合、真空冷却運転の途中でドレンの排出が必要になっても、冷却運転に要する時間を大幅に長くすることなくドレンの排出を行える。また、真空冷却運転の途中でドレンの排出を行えるため、ドレンタンク容量を通常運転時に必要な容量以上に大きくする必要もないものとなる。

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

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明の第一の実施例における真空冷却装置のフロー図、図２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、真空発生装置１、熱交換器４、冷水ユニット３、ドレンタンク６などからなっている。真空冷却装置は、処理槽２の内部を真空化することによって、処理槽２に収容した被冷却物（高温の食品）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と真空発生装置１の間は、真空配管９によって接続しておき、真空発生装置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発生装置１で吸引するようにしていると、真空発生装置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。そのため真空配管９には熱交換器４を設けておき、真空発生装置１が吸引している気体や蒸気を冷却することで、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内部の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（ドレン）を集合させるためのドレン集合室１４を設けており、ドレンはドレン集合室１４に集合させた後に熱交換器４の下方に設けているドレンタンク６に流れ落ちる。

熱交換器４とドレンタンク６をつなぐ配管には、熱交換器４とドレンタンク６の間を遮蔽するドレンタンク遮蔽弁５を設ける。真空配管９のドレンタンク６より上流側にも真空配管遮蔽弁１２を設け、真空配管遮蔽弁１２より上流側の圧力を検出するため処理槽２に槽内圧力検出装置７、真空配管遮蔽弁１２よりも下流側の圧力を検出するため真空配管９に真空配管圧力検出装置８を設けておく。

ドレンタンク６は真空冷却運転中に発生するドレンをためておくものである。ドレンタンク６の底部には、ドレンを排出するための排水管と、排水管途中に設置している排水弁１１を設けておき、排水弁１１を開くことでドレンを排出する。ただし、真空冷却装置の運転によってドレンタンク６内が負圧になっている場合には、排水弁１１を開いてもドレンタンク６からのドレン排出は行えず、ドレンタンク６からのドレン排出時には、ドレンタンク６内が大気圧に等しくなっている必要がある。真空冷却運転が終了すると、処理槽内を大気圧まで戻して被冷却物の出し入れを行うため、その時であればドレンタンク６内の圧力は大気圧となる。ドレンタンク６内の圧力が大気圧となっていれば、ドレンタンク６よりも下方に設けている排水管の排水弁１１を開くことで、ドレンタンク６内のドレンを外部へ排出することができる。しかし、ドレンが発生するのは真空冷却運転を行っている時であるため、真空冷却運転の途中でドレンの排出が必要となる場合もある。ドレンタンク６には高位側のＨ水位と低位側のＬ水位を検出する水位検出装置１３を設けており、真空冷却運転中にドレンタンク６内のドレンがＨ水位よりも高くなった場合には、真空冷却運転の途中であってもドレンの排出を行うようにしている。

実施例での真空冷却運転動作を説明する。まず準備として、処理槽２内に被冷却物を収容し、処理槽２を密閉しておく。工程Ａで真空発生装置１の作動を開始して、真空冷却運転を開始している。工程Ａの時点では、ドレンタンク遮蔽弁５と真空配管遮蔽弁１２は開いており、給気弁１０と排水弁１１は閉じている。そして真空冷却運転の開始前にドレンタンク６のドレンは排出しておくため、この時のドレンタンク６内水位はＬ水位より低くなっている。また、槽内圧力検出装置７で検出している処理槽内圧力と真空配管圧力検出装置８で検出している真空配管内圧力は、工程Ａの開始時点では同じ値となっており、その後の真空発生装置１の作動と熱交換器４による冷却効果によって処理槽内圧力＞真空配管内圧力となる。真空冷却運転を行うと、真空発生装置１は真空配管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。処理槽内の圧力が低下すると、処理槽２内に収容している被冷却物から水分が蒸発し、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。

真空配管９を通して吸引している気体は、熱交換器４で冷却する。吸引気体が流れる熱交換器４の伝熱管は、冷水をためたタンクを貫通して設置しているため、伝熱管内を流れる気体は伝熱管外側の冷水によって冷却され、蒸気が凝縮する。伝熱管部分で発生した凝縮水は熱交換器４の下方に設けているドレン集合室１４に集合し、ドレン集合室１４のさらに下方に設けているドレンタンク６へ流れ落ちる。蒸気を冷却することによって凝縮水にすると、体積は大幅に縮小する。気体の体積が小さくなると、真空発生装置１で排出しなければならない気体量が少なくなるため、より早く処理槽２内の圧力を低下することができ、冷却に要する時間を短縮することができる。

真空冷却運転を行うと、熱交換器４で発生した凝縮水がドレンタンク６にたまるため、ドレンタンク６内の水位は上昇していく。そしてドレンタンク６の水位がＨ水位に達している工程Ｂでドレン排水のための操作を開始する。ドレンタンク６からのドレンの排出は、処理槽２での真空冷却運転は継続した状態で行う。まず工程Ｃでドレンタンク遮蔽弁５を閉じることで、ドレンタンク６を真空配管９から切り離す。ドレンタンク遮蔽弁５が閉じたことを検出後、工程Ｄで給気弁１０を開き、ドレンタンク６への大気導入を行う。真空冷却の運転を行っていた時に真空配管９につながっていたドレンタンク６では、内部は負圧になっていたため、給気弁１０を開くと外部の空気がドレンタンク６内へ入る。ドレンタンク６への大気導入後である工程Ｅで排水弁１１を開くと、ドレンタンク６からのドレン排出が行われる。ドレンの排出によってドレンタンク６内の水位は低下し、ドレンタンク内水位がＬ水位まで低下してからさらにα秒後の工程Ｆで排水弁１１を閉じ、工程Ｇで給気弁１０も閉じる。

この状態ではドレンタンク６での圧力は処理槽２での圧力より大幅に高くなっているため、ドレンタンク６と真空配管９をつなげると、ドレンタンク６から処理槽２へ空気やドレンの逆流が生じてしまう。それを避けるため、工程Ｈで真空配管遮蔽弁１２を閉じ、処理槽２を真空配管９から切り離しておき、工程Ｉでドレンタンク遮蔽弁５を開く。すると、真空配管９の真空配管遮蔽弁１２よりも上流側では圧力が高真空の状態で維持されるが、真空配管遮蔽弁１２よりも下流側は、大気圧状態にあったドレンタンク６とつながるため、圧力は上昇する。そのため、槽内圧力検出装置７で検出している処理槽内圧力の値よりも、真空配管圧力検出装置８で検出している真空配管内圧力の値が高くなる。その後、真空配管９の下流側では真空発生装置１を作動しているために圧力が低下し、処理槽内圧力≧真空配管内圧力となった工程Ｊで真空配管遮蔽弁１２を開く。処理槽内圧力≧真空配管内圧力となるまでドレンタンク６部分の圧力を下げておくと、真空配管遮蔽弁１２を開いても気体流が処理槽２へ逆流することは発生せず、処理槽２ではさらなる真空化によって冷却がさらに進む。真空冷却の運転は、工程Ｋで真空発生装置１の作動を停止することで運転を終了する。このようにすることで、真空冷却運転の途中でドレンの排出を行うことができる。その後は、処理槽２を大気圧に戻し、処理槽２から被冷却物を取り出す。真空冷却運転を終了し、処理槽２を大気圧に戻した以降は、ドレンタンク６内でも大気圧状態となるため、ドレンタンク６内のドレンはこの時に排出しておく。

本実施例では、真空冷却運転の途中でドレンの排出を行うため、熱交換器４とドレンタンク６の間を遮蔽することで真空配管からドレンタンク６を切り離し、ドレンタンク６のみを大気圧に戻すことができるようにしている。ドレンタンク６を真空配管９から切り離すことで、真空冷却運転を継続したままでドレンの排出を行える。また、ドレンタンク６には大気取り込み口を持った給気配管を接続し、給気配管途中に給気弁１０を設けている。ドレンタンク６内が負圧になっているとドレンの排出は行えないが、給気弁１０を通じてドレンタンク６に直接外気を導入することでドレンタンク６内の圧力を高めることができ、ドレンの排出を行うことができるようになる。

ドレン排出時にはドレンタンク内の圧力を高めているため、ドレン排出直後は処理槽２内の圧力よりもドレンタンク６内の圧力が高くなっている。処理槽２を真空配管９から切り離した状態でドレンタンク６を真空配管９に接続するようにすることで、真空配管９から処理槽２へ気体流が逆流することを防止しながらドレンタンク６内の圧力を低下させることができる。ドレンタンク６とつながっている真空配管９部分での圧力が処理槽２部分での圧力以下になるのを待って、真空配管遮蔽弁１２を開くことで、ドレンタンク６から処理槽２への逆流は防止することができる。ドレンタンク遮蔽弁５を閉じると、熱交換器４で発生したドレンがドレンタンク６へ送られなくなるが、一時的に滞留するドレンは熱交換器４に設けているドレン集合室１４にためることができる。ドレン集合室１４のドレンはドレンタンク遮蔽弁５を開いた後にドレンタンク６へ送ることになる。

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真空発生装置
２処理槽
３冷水ユニット
４熱交換器
５ドレンタンク遮蔽弁
６ドレンタンク
７槽内圧力検出装置
８真空配管圧力検出装置
９真空配管
１０給気弁
１１排水弁
１２真空配管遮蔽弁
１３水位検出装置
１４ドレン集合室

Claims

被冷却物を収容する処理槽、処理槽と真空配管によって接続しており処理槽内の気体を吸引する真空発生装置、真空発生装置が処理槽から吸引している気体を途中で冷却する熱交換器、熱交換器で発生したドレンをためておくドレンタンクを持ち、処理槽内を真空化することで被冷却物の冷却を行う真空冷却装置において、前記の熱交換器とドレンタンクの間を遮蔽するドレンタンク遮蔽弁、処理槽と熱交換器の間を遮蔽する真空配管遮蔽弁を設けておき、真空冷却運転中にドレンタンク内のドレンを排出することが必要になった場合、真空発生装置の作動は継続した状態で、ドレンタンク遮蔽弁を閉じることによってドレンタンクを真空経路から切り離してドレンタンクからのドレン排出を行い、ドレン排出後に真空配管遮蔽弁を閉じることで処理槽を真空経路から切り離し、真空配管遮断弁を閉じる動作を行った時より間隔を開けた後にドレンタンク遮蔽弁を開くことでドレンタンク内の減圧を行い、ドレンタンク減圧後に真空配管遮蔽弁を開く動作を行うものであることを特徴とする真空冷却装置。
請求項１に記載の真空冷却装置において、ドレンタンクには負圧状態にあるドレンタンク内へ空気を導入する給気弁を接続しておき、真空冷却運転の途中でドレンタンクからドレンの排出を行う場合、ドレンタンク遮蔽弁を閉じた状態で給気弁を開くことでドレンタンク内の圧力を高めるようにしていることを特徴とする真空冷却装置。
請求項１又は２に記載の真空冷却装置において、真空配管遮蔽弁より上流側での圧力を検出する槽内圧力検出装置と、真空配管遮蔽弁より下流側での圧力を検出する真空配管圧力検出装置を設けておき、ドレン排出後に閉じた真空配管遮蔽弁は、真空配管圧力検出装置で検出している真空配管内圧力値が槽内圧力検出装置で検出している処理槽内圧力値以下になったことを検出した以降に開くものであることを特徴とする真空冷却装置。
請求項１から３のいずれかに記載の真空冷却装置において、熱交換器とドレンタンクの間に熱交換器で発生したドレンを集合させるための空間であるドレン集合室を設けていることを特徴とする真空冷却装置。