JP6138004B2 - 真空冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、被冷却物を収容した処理槽内を真空化し、被冷却物から水分を蒸発させることによって発生する気化熱を利用して被冷却物から熱を奪い、冷却するようにしている真空冷却装置に関するものである。さらに詳しくは、処理槽内から吸引した気体を通す真空配管内を清潔に保つようにしている真空冷却装置に関するものである。

特開２０１２−１０２９５６号公報に記載があるように、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まで低下させると、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。この場合、被冷却物の中心部分からも熱を奪うことができ、気化熱による冷却効果は大きなものであるため、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を使用している。真空発生装置にて処理槽内の気体を吸引する場合、被冷却物からは水分が多く蒸発するため、処理槽内の気体ととも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る。

そのため、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ることを行っている。真空配管の途中で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。特に蒸気を冷却することで液体に戻すと体積は大幅に小さくなる。真空発生装置が吸引しなければならない気体の体積を小さくすることで、吸引の効率を高めることができる。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。真空冷却の運転中は、処理槽と通じている部分では負圧になっており、この場合にはドレンを排出する排水弁を開いても、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排出を行っている。

真空冷却装置では、被冷却物中に含まれている水分を蒸発させることで冷却するものであるため、被冷却物の状態によっては被冷却物内で水分が激しく沸騰し、そのことによって被冷却物のしずくやかけらが飛び散ることがある。そして、処理槽内の気体は真空配管を通して吸引しているため、処理槽内で飛び散った被冷却物のしずくやかけらなど、蒸発した水分以外の被冷却物からの分離物も、吸引している気体とともに真空配管に入り込むことがあった。この場合、被冷却物の分離物が真空配管内の表面に付着し、そのまま放置されることになると、真空配管内で雑菌の繁殖源ができることになり、不衛生となる。

そのため図４に記載のように処理槽２内には、被冷却物から飛び散った分離物が真空配管内へ入ることを防止するため、遮蔽板７を設けることを行っている。真空配管５は処理槽２の上部に接続しているため、処理槽内の上部に遮蔽板７を設けておき、被冷却物からの分離物が真空配管に入らないようにしている。図４の遮蔽板７は、処理槽内の上部に設けた切妻屋根形状の板であり、中央の最頂部を形成する棟と、棟から左右に延びる傾斜板からなっている。そのため、被冷却物から飛び散った分離物が上方に接続している真空配管５の方向に向かっても、分離物は遮蔽板７に遮られるために真空配管内には入らない。

処理槽内に図４のような遮蔽板を設けておくと、被冷却物の分離物が真空配管内に入ることを防止できるが、処理槽内に遮蔽板を設けたことによって、処理槽内に被冷却物を入れることができる有効容積が縮小することになる。処理槽内の有効容積が小さくなれば、一度に冷却処理することのできる量が少なくなってしまう。

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、処理槽内の有効容積を削減することなく、被冷却物の分離物が真空配管内に入り込むことを防止する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を持ち、処理槽内を真空化することで処理槽内に収容した被冷却物の冷却を行う真空冷却装置において、真空配管内の処理槽との接続部に近い箇所に、被冷却物から分離したしずくやかけらなどの分離物が真空配管の奥へ送られるのを防止する遮蔽板を設けており、真空配管は遮蔽板を設けている部分では径を大きくし、下流側で径を小さく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、前記遮蔽板は、一次側の面を開口し、二次側の面はふさいだ円筒形状であって、円筒周壁部に複数の穴を開け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、真空配管の途中に熱交換器を設けておき、処理槽から熱交換器を経由して真空発生装置へつないでいる真空配管の径は、処理槽との接続部に近い部分で最も大きくした真空配管大径部とし、その下流で１段階径を細くすることで真空配管中径部として熱交換器の入り口部分に接続し、熱交換器の出口側と真空発生装置をつなぐ部分の真空配管は、真空配管中径部から更に細くした真空配管小径部としていることを特徴とする。

本発明では、真空配管内であって処理槽との接続部に近接する位置に遮蔽板を設けているため、被冷却物内での水分の急激な蒸発によって飛び散った被冷却物の分離物も、真空配管の入り口までは来ることになるが、遮蔽板より奥に入ることは防止できる。そして遮蔽板は真空配管内に設けるものであるため、処理槽内の容積を犠牲にすることなく、処理槽内を大きく使用できるため、処理量を多くすることができる。

また、真空配管内に遮蔽板を設けると、真空配管内の流路面積が縮小することになり、流路面積が小さいと真空配管内を気体が流れる際に抵抗が大きくなることで減圧速度が低下するという問題が新たに出てくる。これに対しては、遮蔽板を設置している部分では真空配管の径を拡大することによって流路面積を確保しており、抵抗が増大しないようにすることで減圧速度の低下を防止することができる。真空配管の径を大きくすることは設備コストに影響するが、真空配管は下流側で径を小さくしているため、設備コストの上昇は少なく抑えることができる。

本発明を実施することで、被冷却物から分離した分離物が真空配管に入ることを防止でき、かつ処理槽内は広く使用することができる。

本発明を実施している真空冷却装置のフロー図 本発明の一実施例における処理槽と真空配管の接続部分でのフロー図 本発明の一実施例における遮蔽板部分の斜視図 処理槽内に遮蔽板を設けている場合の状態説明図

本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施している真空冷却装置のフロー図である。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５によって接続しておき、真空発生装置１を作動すると、処理槽２内の気体は真空配管５を通して排出することになる。このとき、処理槽２内の気体に加えて、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が排出しなければならない気体の体積が大きくなる。特に処理槽２内においては、減圧が進むと収容している被冷却物から水分が蒸発し、水分は蒸気になると体積が大幅に大きくなるため、この蒸気まで吸引していると、減圧の効率が悪くなってしまう。そのため真空配管５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気体中の蒸気を冷却するようにしている。熱交換器４で気体の冷却を行うと、真空発生装置１で排出しなければならない気体の体積が小さくなるため、真空発生装置１での減圧効率が向上する。

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の下方には、熱交換器４で発生した凝縮水（ドレン）をためておくドレンタンク６を設ける。熱交換器４で発生したドレンは、熱交換器４の下部に設けているドレン集合室で集合した後に、その下方に設けているドレンタンク６へ流れ落ちる。

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、排水管途中に排水弁を設けておき、排水弁を開くことでドレンを排出する。なお、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、排水弁を開いてもドレンタンク６からのドレン排出は行えない。そのため、ドレンタンク６からのドレン排出は、真空冷却運転が終了し、処理槽２内を大気圧まで戻した後に行う。

真空発生装置１が処理槽２内の気体を吸引する際に吸引気体を通す真空配管５は、上流の処理槽２側から下流の真空発生装置１に向けて、段階的に径を小さくしていく。真空配管５の径は、処理槽２との接続部で最も大きくした真空配管大径部８とする。真空配管大径部８は処理槽２との接続部近傍のみであり、真空配管５の処理槽２と熱交換器４の途中で径を１段階細くして下流側は真空配管中径部９とし、真空配管中径部９は熱交換器４の入り口部分までとしている。真空配管５内を流れてきた気体は、その後に熱交換器４に入り、熱交換器４内で冷却を行う。熱交換器４の出口側と真空発生装置１をつなぐ部分の真空配管５は、真空配管中径部９から更に細くして真空配管小径部１０としている。

真空冷却装置での運転は、被冷却物を処理槽２内に収容し、処理槽２を密閉した状態で開始する。真空発生装置１の作動を行うと、真空発生装置１が真空配管５を通して処理槽２内の気体を吸引する。処理槽２内の圧力が大気圧に近い状態の場合、真空発生装置１で気体の吸引を行うと、処理槽２内の圧力は急激に低下していく。処理槽２内の圧力が低下し、圧力が処理槽内に収納している被殺菌物の飽和圧力よりも低くなると、被冷却物内部の水分が蒸発する。水分が蒸発する際には気化熱を奪っていくため、被冷却物では温度が低下する。

また、冷水ユニット３では冷水を製造して熱交換器４へ供給しておき、真空配管５を通して吸引している気体は、熱交換器４で冷却する。真空配管５を通して吸引している気体は、熱交換器４で冷却される。気体は冷却すると体積が小さくなり、特に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。

被冷却物の温度から定まる飽和蒸気圧力に対して、処理槽内の圧力低下が急であると、被冷却物内では突沸現象が発生することがある。被冷却物内の水分が急激に蒸発すると、被冷却物の一部が分離して飛び散ることになる。この場合、被冷却物から分離した被冷却物の分離物が真空配管内に入り、壁面などに付着したままで放置されると、この分離物が雑菌の繁殖源になってしまう。

そのため、真空配管５の処理槽２との接続部分である真空配管大径部８には、内部に遮蔽板７を設けている。遮蔽板７によって、被冷却物の分離物が真空配管５内の奥へ入りこむことを防止し、真空配管５を清潔に保つことができるようにしている。実施例での遮蔽板７は、二次側となる天井側の面は閉じ、一次側となる底側の面は開口した円筒形状としており、円筒の胴を形成している周壁部分に多数の気体流用穴１１を開けている。この場合、円筒部材の一次側面は開口しているため、真空発生装置１によって処理槽２内の気体を吸引すると、吸引気体は遮蔽板７の下方から円筒形内に入る。そしてこの時、被冷却物から飛び散ったしずく等の分離物も、遮蔽板７の下方から円筒形内に入る。しかし円筒形部の天井側にあたる面はふさいでおり、円筒形部の周壁は気体流用穴１１を開けた構造であるため、吸引気体は円筒形部の天井面に衝突した後に横向きの流れとなり、周壁に設けている気体流用穴１１を通り抜ける。

この際、吸引気体に被冷却物のしずくやかけらなど被冷却物からの分離物が含まれていると、気体に比べて重量の大きな分離物は遮蔽板７に衝突して表面に付着する。そのため、被冷却物の分離物が真空配管５の奥に入り込むことを防止できる。なお、図示した遮蔽板７は、吸引気体進行方向に対して垂直な面を閉じたものとしているが、遮蔽板７は、被処理物から分離したしずくやかけらが真空配管の奥へ送られることを防止し、吸引する気体は通すものであればよいため、微細な穴が多数あいているフィルター状のものを遮蔽板７としてもよい。

また、遮蔽板７は容易に取り外すことができるようにしておけば、遮蔽板が汚れた場合には遮蔽板を取り外して洗浄することで、遮蔽板は清潔に保つことができる。例えば遮蔽板７は、一次側端部の周りに真空配管５の真空配管大径部８の径よりも大きな径を持ったつば１２を設け、つば１２の外縁部分に切り欠き１３を設けておき、処理槽２と真空配管５の接続部には前記切り欠き１３の位置にあわせたツメ１４を設けているものとしておく。切り欠き１３とツメ１４の位置をあわせて、つば１２をツメ１４の上側に差し込み、その後に遮蔽板７を回転させ、切り欠き１３とツメ１４の位置をずらすことで遮蔽板７を設置するものであれば、遮蔽板７の着脱は容易に行える。

ただし、真空配管内に遮蔽板７を設けるものであるため、遮蔽板が真空配管内の流路を一部ふさぐことになる。真空配管内での流路面積が縮小し、そのことで真空配管内を流れる吸引気体の抵抗を増加することになると、処理槽内の減圧速度が低下し、真空冷却に要する時間が長くなる。真空冷却装置は、雑菌の繁殖が抑えられる温度帯まで短時間で冷却することができるということが特徴であり、冷却時間が長くなることは真空冷却装置としての特徴が失われることになる。

本発明では、遮蔽板７を設けている部分では真空配管の径を大きくすることで流路面積を大きくしている。吸引気体の抵抗は流路面積を増すことで低減することができ、遮蔽板７を設けていても大きな抵抗を掛けることなく吸引気体を流すことができる。

また、真空配管５の流路面積は、必要以上に大きくしても減圧速度の向上に効果はなく、真空配管５の径を大きくすることは、装置の大型化とコストの増大を招く。そして、真空配管５内を流れる気体の体積は、熱交換器４で冷却を行うことによって小さくなる。そのため熱交換器４と真空発生装置１の間をつないでいる真空配管５内を流れる気体の流量は、処理槽２と熱交換器４をつないでいる真空配管５内を流れる気体の流量より少なくなる。真空配管５の熱交換器４より下流側では吸引気体の流量が少なくなるため、熱交換器４より下流の真空配管５は、熱交換器４より上流の真空配管５よりも細くする。つまり真空配管５は、処理槽２と接続している部分は最も径の大きな真空配管大径部８とし、その後に径を一段階小さくした真空配管中径部９、さらに熱交換器４より下流は径をもう一段階小さくした真空配管小径部１０としている。このようにすることで、真空配管５での吸引気体の流路面積が足りなくなることなく、また不必要に大きくすることによる無駄も発生しないことになり、真空配管５の径を適正化することができる。

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 真空配管
６ ドレンタンク
７ 遮蔽板
８ 真空配管大径部
９ 真空配管中径部
１０ 真空配管小径部
１１ 気体流用穴
１２ つば
１３ 切り欠き
１４ ツメ

Claims (3)

1. 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を持ち、処理槽内を真空化することで処理槽内に収容した被冷却物の冷却を行う真空冷却装置において、真空配管内の処理槽との接続部に近い箇所に、被冷却物から分離したしずくやかけらなどの分離物が真空配管の奥へ送られるのを防止する遮蔽板を設けており、真空配管は遮蔽板を設けている部分では径を大きくし、下流側で径を小さく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、前記遮蔽板は、一次側の面を開口し、二次側の面はふさいだ円筒形状であって、円筒周壁部に複数の穴を開け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又は２に記載の真空冷却装置において、真空配管の途中に熱交換器を設けておき、処理槽から熱交換器を経由して真空発生装置へつないでいる真空配管の径は、処理槽との接続部に近い部分で最も大きくした真空配管大径部とし、その下流で１段階径を細くすることで真空配管中径部として熱交換器の入り口部分に接続し、熱交換器の出口側と真空発生装置をつなぐ部分の真空配管は、真空配管中径部から更に細くした真空配管小径部としていることを特徴とする真空冷却装置。
   

Images