JP6331078B2 - 水封式真空ポンプを用いた減圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種装置の減圧系統に用いられる減圧装置に関し、特に水封式真空ポンプを用いた減圧装置に関するものである。

従来、下記特許文献１の図１に開示されるように、水封式真空ポンプ（４）の騒音低減のために、真空ポンプ（４）の吸気側（被減圧部２から真空ポンプ４への排気路）にリークバルブ（７）を設けて、微量の空気を流入させることが行われている。

特開平５−９６１０４号公報

しかしながら、従来、リークバルブの開度は、固定されている。そのため、封水温度の変化に対応することができない。

より具体的には、水封式真空ポンプの騒音はキャビテーションの発生に伴うものと考えられ、そのキャビテーションの発生は封水温度と圧力に左右されるところ、従来、封水温度の変化に関わらずリークバルブの開度を固定していた。そのため、封水温度によってはキャビテーションの発生を防止できず、それに伴う騒音を発生させたり、逆に、キャビテーションの発生のおそれがないのに、無駄にリークバルブを開いて外気を流入させたりするおそれがあった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、水封式真空ポンプを用いた減圧装置において、封水温度の変化に関わらず、キャビテーションとそれに伴う騒音の発生を防止することにある。また、キャビテーションの発生のおそれがない場合には、リークバルブを無駄に開くことを防止して、真空ポンプの運転効率を向上することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、被減圧部の気体を外部へ吸引排出する水封式真空ポンプと、この水封式真空ポンプ内の封水または前記水封式真空ポンプへの給水の温度を検出する封水温度センサと、開度調整可能な弁から構成され、前記被減圧部から前記水封式真空ポンプへの排気路に外気を流入可能なリークバルブと、前記排気路の圧力を検出する圧力センサと、前記封水温度センサの検出温度における飽和蒸気圧力よりも設定圧力だけ高い圧力に、前記圧力センサの検出圧力がなるように、前記リークバルブの開度を調整する制御器とを備え、前記排気路には、前記被減圧部の側から、蒸気凝縮用熱交換器と前記水封式真空ポンプとが順に設けられ、前記圧力センサは、前記被減圧部から前記水封式真空ポンプへの前記排気路の内、前記蒸気凝縮用熱交換器よりも下流に設けられることを特徴とする水封式真空ポンプを用いた減圧装置である。

請求項１に記載の発明によれば、封水温度センサの検出温度における飽和蒸気圧力よりも設定圧力だけ高い圧力に、圧力センサの検出圧力がなるように、リークバルブの開度を調整することで、封水温度の変化に関わらず、キャビテーションとそれに伴う騒音の発生を防止することができる。また、キャビテーションの発生のおそれがない場合には、リークバルブを無駄に開くことを防止して、真空ポンプの運転効率を向上することができる。
請求項１に記載の発明によれば、被減圧部からの排気路に、蒸気凝縮用熱交換器と水封式真空ポンプとを順に備える場合、真空ポンプ内の封水温度（または真空ポンプへの給水温度）と、蒸気凝縮用熱交換器よりも下流の圧力とに基づき、リークバルブの開度を調整することで、キャビテーションの発生を確実に防止することができる。

請求項２に記載の発明は、前記封水温度センサは、前記真空ポンプに設けられることを特徴とする請求項１に記載の水封式真空ポンプを用いた減圧装置である。

さらに、請求項３に記載の発明は、真空冷却機、真空解凍機または真空含浸装置の減圧系統に用いられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水封式真空ポンプを用いた減圧装置である。

請求項３に記載の発明によれば、水封式真空ポンプにおけるキャビテーションとそれに伴う騒音の発生を防止すると共に、水封式真空ポンプの運転効率を向上した真空冷却機、真空解凍機または真空含浸装置を実現することができる。

本発明によれば、水封式真空ポンプを用いた減圧装置において、封水温度の変化に関わらず、キャビテーションとそれに伴う騒音の発生を防止することができる。また、キャビテーションの発生のおそれがない場合には、リークバルブを無駄に開くことを防止して、真空ポンプの運転効率を向上することができる。

本発明の一実施例の減圧装置が適用された真空冷却機を示す概略図である。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、本発明の減圧装置を、真空冷却機の減圧系統（減圧手段）に適用した例について説明するが、後述するように、本発明の減圧装置の適用範囲は、真空冷却機に限られるものではない。

図１は、本発明の一実施例の減圧装置が適用された真空冷却機１を示す概略図である。真空冷却機１は、食品が収容される処理槽２と、この処理槽２内の気体を外部へ吸引排出して処理槽２内を減圧する減圧手段３と、減圧された処理槽２内へ外気を導入して処理槽２内を復圧する復圧手段４と、処理槽２内の圧力を検出する圧力センサ（図示省略）と、処理槽２内に収容された食品の温度（品温）を検出する品温センサ（図示省略）と、これらセンサの検出信号などに基づき前記各手段３，４を制御する制御手段（図示省略）とを備える。

処理槽２は、扉（図示省略）で開閉可能とされている。扉を開けることで、処理槽２に食品を出し入れすることができ、扉を閉じることで、処理槽２内を密閉することができる。処理槽２には、前述したとおり、圧力センサと品温センサとが設けられる。

減圧手段３は、処理槽２内の気体を外部へ吸引排出して、処理槽２内を減圧する。本実施例では、減圧手段３は、処理槽２内からの排気路５に、蒸気凝縮用熱交換器６、逆止弁７および水封式真空ポンプ８を順に備える。逆止弁７は、蒸気凝縮用熱交換器６の側から水封式真空ポンプ８の側へは流体を通すが、水封式真空ポンプ８の側から蒸気凝縮用熱交換器６の側へは流体を通さない弁である。

蒸気凝縮用熱交換器６は、処理槽２内からの気体とその冷却水とを混ぜることなく熱交換する間接熱交換器である。蒸気凝縮用熱交換器６は、熱交給水路９を介して水が供給され、熱交排水路１０を介して水が排出される。熱交給水路９には熱交給水弁１１が設けられており、熱交給水弁１１を開くことで、蒸気凝縮用熱交換器６に通水して、排気路５を通る蒸気の凝縮を図ることができる。なお、蒸気凝縮用熱交換器６への給水は、常温水でもよいし、冷水でもよいし、あるいはこれらを切り替えて供給可能としてもよい。

水封式真空ポンプ８は、周知のとおり、封水と呼ばれる水が供給されつつ運転される。そのために、水封式真空ポンプ８の給水口８ａには、封水給水路１２を介して水が供給される。封水給水路１２には封水給水弁１３が設けられており、封水給水弁１３を開くことで、水封式真空ポンプ８に封水を供給することができる。封水給水弁１３を開いた状態で水封式真空ポンプ８を作動させると、水封式真空ポンプ８は、吸気口８ｂから気体を吸入し、排気口８ｃへ排気および排水する。なお、図示例の場合、封水給水路１２は、上流側において熱交給水路９と共通管路１４とされており、その共通管路１４に熱交給水弁１１が設けられている。この場合、熱交給水弁１１を開くと、蒸気凝縮用熱交換器６に通水され、さらに封水給水弁１３を開くと、水封式真空ポンプ８に給水される。詳細は後述するが、水封式真空ポンプ８におけるキャビテーションを防止して騒音を抑えるために、減圧手段３に本発明が適用される。

復圧手段４は、減圧された処理槽２内へ外気を導入して、処理槽２内を復圧する。本実施例では、復圧手段４は、処理槽２内への給気路１５に、エアフィルタ１６および真空解除弁１７を順に備える。処理槽２内が減圧された状態で、真空解除弁１７を開くと、エアフィルタ１６を介して外気を処理槽２内へ導入し、処理槽２内を復圧することができる。

制御手段は、処理槽２に設けた前記各センサの検出信号などに基づき前記各手段３，４を制御して、処理槽２内の食品の真空冷却を図る。具体的には、処理槽２内に食品を収容して、処理槽２の扉を気密に閉じた状態で、真空冷却工程と復圧工程とを順次に実行する。真空冷却工程では、真空解除弁１７を閉じた状態で、熱交給水弁１１と封水給水弁１３とを開いた状態で、水封式真空ポンプ８を作動させる。これにより、処理槽２内を減圧して、処理槽２内の飽和蒸気温度を低下させて、食品からの水分蒸発を促し、その気化潜熱で食品の冷却を図ることができる。そして、品温センサの検出温度が冷却目標温度になると、熱交給水弁１１および封水給水弁１３を閉じると共に、水封式真空ポンプ８を停止させて、真空冷却工程を終了する。その後の復圧工程では、真空解除弁１７を開くことで、処理槽２内を大気圧まで復圧し、これにより処理槽２内から食品を取り出すことができる。

つぎに、本発明の一実施例の減圧装置１８について説明する。この減圧装置１８は、前記減圧手段３に適用され、前記水封式真空ポンプ８の他、電動のリークバルブ１９、封水温度センサ２０、圧力センサ２１および制御器（図示省略）を備える。なお、この制御器は、上述した真空冷却機１の制御手段に組み込んで構成されてもよい。

リークバルブ１９は、処理槽（被減圧部）２から水封式真空ポンプ８への排気路５に、外気を流入させる弁である。排気路５に蒸気凝縮用熱交換器６が設けられる場合、蒸気凝縮用熱交換器６よりも下流側、より詳細には逆止弁７よりも下流側に、リークバルブ１９を設けるのが好ましい。リークバルブ１９は、容量係数Ｃｖ値が比較的小さな弁が好適に用いられ、典型的には、開度調整可能なニードル式弁である。

封水温度センサ２０は、水封式真空ポンプ８に設けられて、水封式真空ポンプ８内の封水の温度を検出する。封水温度センサ２０は、本実施例のように水封式真空ポンプ８に設けられるのが好ましいが、場合により、水封式真空ポンプ８からの排出路（排気排水路）２２に設けられて、水封式真空ポンプ８からの排水の温度を検出してもよいし、あるいは、水封式真空ポンプ８への封水給水路１２に設けられて、水封式真空ポンプ８への給水の温度を検出してもよい。

圧力センサ２１は、処理槽２から水封式真空ポンプ８への排気路５に設けられて、排気路５内の圧力を検出する。排気路５に蒸気凝縮用熱交換器６が設けられる場合、蒸気凝縮用熱交換器６よりも下流側、より詳細には逆止弁７よりも下流側に、圧力センサ２１を設けるのが好ましい。これにより、蒸気凝縮用熱交換器６における蒸気凝縮による圧力への影響を防止することができる。但し、場合により、逆止弁７や蒸気凝縮用熱交換器６よりも上流側に圧力センサ２１を設けるか、あるいは、処理槽２に備えられた圧力センサを用いてもよい。

制御器は、リークバルブ１９の他、封水温度センサ２０および圧力センサ２１に接続され、これらセンサ２０，２１の検出信号に基づきリークバルブ１９の開度を調整する。具体的には、制御器は、封水温度センサ２０の検出温度Ｘ［℃］における飽和蒸気圧力Ｐ［ｈＰａ］（たとえば、１０℃の場合は１２．３ｈＰａ、８℃の場合は１０．７ｈＰａ）よりも設定圧力α［ｈＰａ］だけ高い圧力に、圧力センサ２１の検出圧力がなるように、リークバルブ１９の開度を調整する。なお、圧力Ｐ＋αは、封水温度Ｘよりも設定温度（たとえば７℃）高い温度における飽和蒸気圧力である。

本実施例の減圧装置１８によれば、真空ポンプ８内の圧力が封水温度相当の飽和蒸気圧力Ｐよりも設定圧力αだけ高い所定圧力Ｐ＋αに維持されるようリークバルブ１９の開度が調整される。この制御中、前記圧力Ｐ＋αを最大減圧圧力値（理論上キャビテーションが発生しない圧力値）として、この最大減圧圧力値を目標値として制御するが、最大減圧圧力値を下回らないように、リークバルブ１９の開度を調整する。あるいは、前記圧力Ｐ＋αを目標値として制御するが、この目標値を一時的に下回っても、キャビテーションが生じないように、前記設定圧力αが設定される。いずれにしても、制御中、圧力センサ２１の検出圧力が、封水温度相当の飽和蒸気圧力Ｐを下回ることがないように、前記設定圧力αが設定される。

このように、封水温度における飽和蒸気圧力よりも設定圧力だけ高い圧力になるように、リークバルブ１９の開度を調整することで、封水温度の変化に対応して、キャビテーションの発生を防止することができる。たとえば、封水温度が変化して夏場のように比較的高くなっても、リークバルブ１９の開度が自動で変更される。また、キャビテーションのおそれがないのに、無駄にリークバルブ１９から外気を流入させる不都合も防止することができる。具体的には、封水温度が比較的低い場合には、リークバルブ１９は開度を狭めるか全閉状態になるので、迅速な減圧を図ることができる。つまり、騒音防止のためにリークが必要なときのみリークさせるので、減圧手段３の運転効率が下がるのを抑制できる。

本発明の水封式真空ポンプ８を用いた減圧装置１８は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、封水温度センサ２０の検出温度における飽和蒸気圧力よりも設定圧力だけ高い圧力に、圧力センサ２１の検出圧力がなるように、リークバルブ１９の開度を調整するのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。

たとえば、前記実施例では、減圧手段３は蒸気凝縮用熱交換器６を備えたが、場合により蒸気凝縮用熱交換器６の設置を省略してもよい。また、前記実施例において、処理槽２内からの排気路５には、蒸気凝縮用熱交換器６よりも上流に、蒸気エゼクタを設置してもよい。さらに、前記実施例において、逆止弁７を電磁弁または電動弁に変更したり、場合により逆止弁７の設置を省略したりしてもよい。

また、前記実施例では、熱交給水弁１１は、熱交給水路９と封水給水路１２との上流側共通管路１４に設けられたが、場合により、熱交給水路９の内、封水給水路１２との分岐部よりも下流に設けられてもよい。

さらに、前記実施例では、真空冷却機１に適用した例について説明したが、本発明の減圧装置１８は、水封式真空ポンプ８を備えたその他の装置にも同様に適用可能である。たとえば、真空解凍機または真空含浸装置にも適用することができ、いずれも前記真空冷却機１と同様の減圧手段３を備えるので、その減圧手段３に本発明の減圧装置１８を適用すればよい。ここで、真空解凍機とは、減圧手段３および復圧手段４の他、さらに処理槽２内への給蒸手段を備える。そして、減圧手段３を用いて処理槽２内を減圧後、給蒸手段を用いて処理槽２内へ蒸気（真空蒸気）を供給することで、処理槽２内の冷凍品の解凍を図る装置である。また、真空含浸装置は、減圧手段３と復圧手段４とを備え、減圧手段３を用いて処理槽２内を減圧することで、処理槽２内に収容した食材へのタレや薬液などの含浸を図る装置である。なお、真空含浸装置では、処理槽２内において、食材はタレや薬液などに浸けられている。

１ 真空冷却機
２ 処理槽（被減圧部）
３ 減圧手段
４ 復圧手段
５ 排気路
６ 蒸気凝縮用熱交換器
７ 逆止弁
８ 水封式真空ポンプ（８ａ：給水口、８ｂ：吸気口、８ｃ：排気口）
９ 熱交給水路
１０ 熱交排水路
１１ 熱交給水弁
１２ 封水給水路
１３ 封水給水弁
１４ 共通管路
１５ 給気路
１６ エアフィルタ
１７ 真空解除弁
１８ 減圧装置
１９ リークバルブ
２０ 封水温度センサ
２１ 圧力センサ
２２ 排出路

Claims (3)

1. 被減圧部の気体を外部へ吸引排出する水封式真空ポンプと、
   この水封式真空ポンプ内の封水または前記水封式真空ポンプへの給水の温度を検出する封水温度センサと、
   開度調整可能な弁から構成され、前記被減圧部から前記水封式真空ポンプへの排気路に外気を流入可能なリークバルブと、
   前記排気路の圧力を検出する圧力センサと、
   前記封水温度センサの検出温度における飽和蒸気圧力よりも設定圧力だけ高い圧力に、前記圧力センサの検出圧力がなるように、前記リークバルブの開度を調整する制御器とを備え、
   前記排気路には、前記被減圧部の側から、蒸気凝縮用熱交換器と前記水封式真空ポンプとが順に設けられ、
   前記圧力センサは、前記被減圧部から前記水封式真空ポンプへの前記排気路の内、前記蒸気凝縮用熱交換器よりも下流に設けられる
   ことを特徴とする水封式真空ポンプを用いた減圧装置。
2. 前記封水温度センサは、前記真空ポンプに設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の水封式真空ポンプを用いた減圧装置。
3. 真空冷却機、真空解凍機または真空含浸装置の減圧系統に用いられる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水封式真空ポンプを用いた減圧装置。

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