JP6769614B2 - 真空冷却装置 - Google Patents

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り、より詳しくは真空引きを行う真空配管の途中に熱交換器を設置して吸引気体を冷却することで真空冷却の効率を向上しており、真空冷却の後に熱交換器内に洗浄水を通すことで熱交換器の洗浄を行えるようにしてい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、処理槽内での飽和蒸気温度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ポンプとしては、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知られており、処理槽と真空ポンプの間は真空配管で接続している。真空ポンプにて処理槽内の空気を吸引する場合、処理槽内に閉じこめられている空気を吸引すると同時に、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ポンプに吸引させたのでは、真空ポンプで排出しなければならない気体量が多くなる。吸引の必要な気体量が多くなると、処理槽内を減圧するのに要する時間が長くなり、冷却工程時間が長くなってしまう。

そのため、特開２００４−２０２２２３号公報に記載があるように、処理槽内の気体を真空ポンプへ送る真空配管の途中に、真空ポンプ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が行われている。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、特に蒸気を冷却して液体に戻すと体積は大幅に小さくなるため、真空ポンプが吸引する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。

食品を冷却する真空冷却装置の場合、処理槽内だけでなく真空配管内や熱交換器内も清潔に保つことが必要である。特開２００４−２０２２２３号公報に記載の発明では、熱交換器を清潔に保つため、熱交換器へ蒸気または温水を供給することで熱交換器を消毒するようにしている。また、熱交換器の洗浄は、洗剤や殺菌剤を添加した洗浄水を真空配管に流すようにしてもよい。真空配管に蒸気や洗浄水などを流すことで、配管内部の洗浄や殺菌を行うことができる。ただし、食品の冷却を行う真空冷却装置では、配管内部の洗浄・殺菌を行った洗浄水が処理槽内へ入ることは好ましいものではなく、洗浄後には洗浄水が真空配管内に残らないようにすることが望まれている。

特開２００４−２０２２２３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、熱交換器内の洗浄を行った際の洗浄水が処理槽へ入ることや、熱交換器内に洗浄水が残ることがないように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ポンプ、真空ポンプ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を持ち、処理槽内を真空化することで処理槽内に収容している被冷却物の冷却を行う真空冷却装置であって、真空配管には、熱交換器より上流側に上流側真空弁、熱交換器より下流側に下流側真空弁を設置し、真空配管の上流側真空弁と熱交換器の間に洗浄水配管、熱交換器の底部にドレン配管を接続しておき、洗浄水配管に設置した洗浄用給水弁を開くことで熱交換器に洗浄水の供給を行い、ドレン配管に設置したドレン排水弁を開くことで熱交換器からのドレンを排出するようにしている真空冷却装置において、熱交換器内を洗浄し、ドレン配管を通して洗浄水の排出を行った後、上流側真空弁、ドレン排水弁、洗浄用給水弁は閉じ、下流側真空弁は開いた状態で真空ポンプの作動を行って熱交換器内を減圧する真空引き工程を行い、その後に下流側真空弁を閉じて上流側真空弁を開くことにより、上流側真空弁前後の圧力差によって急激な空気の流れを発生させる押し流し工程を行うようにしてい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、真空ポンプの一次側に空気を供給する乾燥用空気取り入れ配管を設置しておき、押し流し工程の実施中に並行して真空ポンプ一次側へ空気を導入する真空ポンプ乾燥工程を行う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、押し流し工程では、先に下流側真空弁を閉じ、上流側真空弁は後から開くようにしていることを特徴とする。

本発明を実施することで、熱交換器内の洗浄を行った際の洗浄水が処理槽へ入ることや、熱交換器内に洗浄水が残ることのないようにすることができる。

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洗浄工程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洗浄工程時のタイムチャートである。真空冷却装置は、被冷却物を収容する処理槽２、処理槽内の空気を吸引して排出する真空ポンプ１、真空ポンプが吸引する気体を冷却する熱交換器４、熱交換器へ供給する冷水を製造する冷水ユニット３、製造した冷水を貯める冷水タンク１０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と真空ポンプ１の間は、真空配管９によって接続しておき、真空ポンプ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ポンプ１で吸引するようにしていると、真空ポンプ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の途中には熱交換器４を設けておき、真空ポンプ１が吸引している気体や気体中に含まれている蒸気を熱交換器４で冷却することによって、吸引しなければならない気体の体積を縮小する。

熱交換器４は、上流側の第一熱交換器と下流側の第二熱交換器の２段階とし、冷水タンク１０内に設けている。熱交換器４の伝熱管は、冷水タンク１０の水部を貫通させるようにして設置している。第一熱交換器の上部には処理槽２から吸引してきた気体を第一熱交換器の複数の伝熱管に分散させるための上部分散室、第二熱交換器の上部には第二熱交換器の複数の伝熱管を流れてきた気体を集合させる上部集合室を設ける。

冷水タンク１０は直方体形状であって、冷水ユニット３との間を冷却用水配管７によって接続している。冷却用水配管７の途中には循環ポンプ８を設けており、冷水ユニット３と冷水タンク１０の間で冷水を循環させることができるようにしている。冷水タンク１０では冷水ユニット３で発生させた冷水をためておくとともに、冷水タンク１０内の冷水温度が上昇した場合には冷水を供給することで水温を低下させる。

冷水タンク１０の下部には、第一熱交換器の複数の伝熱管に分かれて流れてきた気体を集合させる下部集合室を設ける。下部集合室は、第一熱交換器内を流れてきた気体を冷水タンク１０の下部でターンさせて第二熱交換器へ流すものであり、下部集合室の天井面は冷水タンクの底板とし、第一熱交換器及び第二熱交換器の伝熱管下端は下部集合室まで達する構成としている。下部集合室の底部にはドレン配管５を接続しておき、熱交換器で発生した凝縮水（ドレン）はドレン配管５を通して排出する。ドレン配管５の途中にはドレン排水弁１５を設置しておき、ドレン排水弁１５を開閉することで排水の操作を行う。

処理槽２からの真空配管９は第一熱交換器の上部分散室に接続し、さらに第二熱交換器の上部集合室と真空ポンプ１の間を接続しておき、処理槽２から吸引してきた気体は、第一熱交換器および第二熱交換器からなる熱交換器４を通った後に真空ポンプ１へ達するようにしておく。処理槽２から取り出された気体は、上部分散室から第一熱交換器の伝熱管に分かれて進み、冷水タンク１０の下方に設けている下部集合室に入ることで集合する。その後、下部集合室でターンした後に再び第二熱交換器の伝熱管に分かれて進み、上部集合室１３で集合した後に真空ポンプ１に向かうことになる。第一熱交換器および第二熱交換器からなる熱交換器４の伝熱管は、冷水タンク１０の水部を貫通させて設置しているため、伝熱管の外側で冷水タンク１０の冷水に接している。

真空配管９の処理槽２と熱交換器４の間に上流側真空弁１１、真空配管９の熱交換器４と真空ポンプ１の間に下流側真空弁１２を設置しておき、真空配管９は上流側真空弁１１と下流側真空弁１２で閉鎖できるようにしている。

また真空配管９には、熱交換器４の洗浄を行うための洗浄水配管１６を接続しておく。洗浄水配管１６は、真空配管９の上流側真空弁１１から熱交換器４までの間に接続している。そして洗浄水配管１６の途中には洗浄用給水弁１３を設置しておき、洗浄水を流す時のみ洗浄用給水弁１３を開くようにしておく。洗浄水配管１６を通して供給する洗浄水は、中性洗剤等の洗浄成分を添加した洗浄水や、殺菌作用を持たせるための殺菌剤を添加した洗浄水とすることも有効である。洗浄水に殺菌作用をもたせるために添加するものとしては、次亜塩素酸ナトリウムが広く用いられている。もちろん殺菌作用のあるものであればよいため、この殺菌剤は次亜塩素酸ナトリウムに限られるものではない。

真空配管９の下流側真空弁１２と真空ポンプ１の間には、真空ポンプ１へ外気を供給するための乾燥用空気取り入れ配管６を設置し、乾燥用空気取り入れ配管６の途中には真空ポンプ乾燥弁１４を設置しておく。真空配管９には、内部の圧力を検出する圧力検出装置１７を設けておき、圧力検出装置１７で検出した圧力値の情報は運転制御装置１８へ送る運転制御装置１８は、真空ポンプ１や冷水ユニット３の運転や、上流側真空弁１１など各弁類の作動を制御することで真空冷却装置の運転制御を行うものであり、運転制御装置１８には運転工程ごとに各装置類の状態を設定しておく。

実施例での運転動作を説明する。真空冷却をする場合は、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。洗浄用給水弁１３は洗浄時、ドレン排水弁はドレンの排出時、真空ポンプ乾燥弁１４は真空ポンプの乾燥時に開くものであり、真空冷却時には閉じておく。上流側真空弁１１と下流側真空弁１２は開き、真空ポンプ１、冷水ユニット３、循環ポンプ８の各機器類を作動することで真空冷却運転を行うと、処理槽２内の気体が真空配管９を通して真空ポンプ１から取り出され、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を通して送られてきた気体は、第一熱交換器の上部分散室から複数の伝熱管に分岐して下向きに流れ、下部集合室へ向かう。伝熱管は低温の冷水をためた冷水タンク１０に設置しているものであり、伝熱管の外側表面は冷水に接しているために伝熱管では周囲から冷却されている。そのため伝熱管内を流れる気体は、伝熱管の周囲から冷却されながら進むことになる。第一熱交換器内を下向きに流れた気体は、下部集合室でターンして第二熱交換器内を上向きに流れる。第二熱交換器の伝熱管も周囲で冷水と接しているために第二熱交換器内を流れる気体は更に冷却される。

第一熱交換器及び第二熱交換器からなる熱交換器４で気体の冷却を行うと、気体の体積は縮小する。特に気体中に含まれていた蒸気が凝縮して凝縮水になると、体積は大幅に縮小することになる。熱交換器４で発生した凝縮水は、伝熱管内側表面を伝わり落ちて伝熱管の下方にある下部集合室へ流れ落ちる。冷却が終了すると、真空ポンプ１などは停止し、処理槽２内に大気を導入することで処理槽内を大気圧に戻す。処理槽内が大気圧に戻ると、処理槽の扉を開くことができるようになり、処理槽２内から被冷却物を取り出すことができる。真空配管９内の圧力が大気圧に戻っている間にドレン排水弁１５を開き、下部集合室の底部に接続しているドレン配管５を通してドレンを排出する。

また、１日の冷却工程が終了した後などで、真空冷却装置の洗浄を行う。処理槽２は人の手で直接洗浄することができるが、熱交換器４の内部の洗浄は手で直接することはできないため、つけ置き洗浄を行う。つけ置き洗浄の工程は、すすぎ→給水→つけ置き→排水→真空引き→押し流し／ポンプ乾燥の順に行う。また、汚れが多い場合には、すすぎ→給水→つけ置きの工程を複数回繰り返すようにしてもよい。

洗浄の最初の工程であるすすぎ工程を行う場合、真空ポンプ１は停止、上流側真空弁１１と真空ポンプ乾燥弁１４は閉じ、下流側真空弁１２とドレン排水弁１５は開いておき、洗浄用給水弁１３を開くことで洗浄水を供給する。洗浄の工程では、洗浄水配管１６から熱交換器４へ向けて洗浄水を流すようにしており、洗浄水が処理槽２へと流れていくことはないようにする。洗浄工程は処理槽２内に食品が収容されていない状態で行うため、洗浄水が処理槽２内に流入しても直ちに問題となることはないが、処理槽２内はできる限り清潔な状態に保つことが好ましいため、上流側真空弁１１を閉じて洗浄水が処理槽２内へ流入しないようにしておく。

洗浄水配管１６を通して真空配管９へ送り込んだ洗浄水は熱交換器４内を流れ、熱交換器底部に接続しているドレン配管のドレン排水弁１５が開いているため、洗浄水はドレン配管５を通して系外へ流れ出る。真空配管９及び熱交換器４の内部に洗浄水を流すことで、真空配管９や熱交換器４の内部の汚れを洗い流す。

所定時間のすすぎ工程を行うと、次の給水工程に移り、ドレン排水弁１５を閉じる。洗浄用給水弁１３は開いており、真空配管９内への洗浄水の供給は続いている状態で、ドレン排水弁１５を閉じると、洗浄水が排出されなくなるため洗浄水は熱交換器４及び真空配管９内に留まることになり、水位は上昇していく。給水の工程は、熱交換器４内が洗浄水で満たされるまで行う。

次のつけ置き工程では、洗浄用給水弁１３を閉じる。洗浄用給水弁１３を閉じて給水を停止しても、ドレン排水弁１５は閉じたままであるため、熱交換器４内は洗浄水で満たされたままとなり、洗浄水で満たした状態で所定時間維持する。つけ置きすることにより、真空配管９内のすみずみまで洗浄・殺菌を行うことができる。

所定時間のつけ置き工程が終了すると、洗浄水の排出を行う排水の工程を行う。ドレン排水弁１５を開くと、熱交換器４内に貯められていた洗浄水はドレン排水弁１５を通して排出される。ドレン配管５とドレン排水弁１５は熱交換器４より下方に設けておくと、重力の作用によって熱交換器４内の洗浄水は排出されるのであるが、それだけで全ての洗浄水を排出することは難しく、一部の洗浄水が熱交換器４や真空配管９内に残る。

熱交換器４の洗浄時には上流側真空弁１１を閉じておくため、洗浄中に洗浄水が処理槽２へ流れることはない。しかし食品を冷却する際には、処理槽内に食品を収容して上流側真空弁１１を開くため、洗浄水が真空配管９に残った状態であると、真空配管９内の洗浄水が処理槽２内へ流れ込むおそれがある。そのため、真空配管９内の洗浄水は完全に排出しておくことが望ましい。

そこで排水工程後にさらに真空配管９から洗浄水を排出する。次の真空引き工程では、上流側真空弁１１・真空ポンプ乾燥弁１４・ドレン排水弁１５・洗浄水配管１６は閉じ、下流側真空弁１２は開いた状態で真空ポンプ１の作動を行う。真空ポンプ１を作動すると、真空配管９内及び熱交換器４内の空気が真空ポンプ１を通して排出され、真空配管９内への空気の流入はないために真空配管９内の圧力は低下していく。真空配管９と熱交換器４部分の圧力を低下させて内部の飽和蒸気温度を低下させると、真空配管９及び熱交換器４内に残っていた洗浄水は蒸発する。蒸発して気体になった洗浄水は、真空ポンプ１に吸引され、真空ポンプ１から系外へ排出されるため、熱交換器４内の洗浄水は減少していく。

真空引きの工程は、圧力検出装置１７で検出している真空配管９内の圧力が設定圧力になるまで行う。例えば設定圧力が-0.09ＭＰａであれば、-0.09ＭＰａ未満になるまで減圧を行い、真空配管９内が設定圧力になると、次の押し流しの工程を行う。押し流し工程では、まず下流側真空弁１２を閉じ、その後に上流側真空弁１１を開く。上流側真空弁１１を開くと、上流側真空弁１１よりも上流側である処理槽２では大気圧、上流側真空弁１１よりも下流側である熱交換器４は真空状態であり、上流側真空弁１１の前後で圧力差があるため処理槽２側から熱交換器４側へ空気が急激に流入する。その際、空気流は真空配管９内及び熱交換器４内に残留していた洗浄水を押し流し、残留洗浄水はドレン配管５へ流れていく。

なお、下流側真空弁１２を閉じきる前に上流側真空弁１１を開くと、押し流された洗浄水がそのまま下流側真空弁１２より下流の真空ポンプ１まで流れていく可能性があるため、下流側真空弁１２を閉じてから上流側真空弁１１を開くようにする。

また、この押し流し工程を行っている時に、並行して真空ポンプ１の乾燥運転を行う。真空ポンプの乾燥運転は、真空ポンプ１の作動を行っている状態で真空ポンプ１内に空気を送ることによって行う。真空ポンプ乾燥の工程では、真空ポンプ乾燥弁１４の開閉を行って外気を真空ポンプの一次側へ供給する。真空ポンプ乾燥弁１４を開くと、大気圧の外気が乾燥用空気取り入れ配管６を通り、真空ポンプ１内を急激に流れる。その際、真空ポンプ内に液体があると、空気流が液体を吹き飛ばすため、真空ポンプ１内を乾燥させることができる。この時、真空ポンプ乾燥弁１４を短時間で開閉し、空気流に強弱を付けることで、真空ポンプ１を乾燥する効果がより高くなるため、例えば真空ポンプ乾燥弁１４は、２秒開と１秒閉を繰り返すようにする。真空ポンプ１の乾燥が終了すると、真空ポンプ１の作動を停止し、真空ポンプ乾燥弁１４は閉じて洗浄運転を終了する。

以上のように、熱交換器４の洗浄を行った後に、排水工程→真空引き工程→押し流し工程を行うことで、真空配管９内や熱交換器４内の洗浄水を排出することができ、真空配管内に残った洗浄水が処理槽２内へ入り込むことを防止することができる。

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 真空ポンプ
２ 処理槽
３ 冷水ユニット
４ 熱交換器
５ ドレン配管
６ 乾燥用空気取り入れ配管
７ 冷却用水配管
８ 循環ポンプ
９ 真空配管
１０ 冷水タンク
１１ 上流側真空弁
１２ 下流側真空弁
１３ 洗浄用給水弁
１４ 真空ポンプ乾燥弁
１５ ドレン排水弁
１６ 洗浄水配管
１７ 圧力検出装置
１８ 運転制御装置

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ポンプ、真空ポンプ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を持ち、処理槽内を真空化することで処理槽内に収容している被冷却物の冷却を行う真空冷却装置であって、真空配管には、熱交換器より上流側に上流側真空弁、熱交換器より下流側に下流側真空弁を設置し、真空配管の上流側真空弁と熱交換器の間に洗浄水配管、熱交換器の底部にドレン配管を接続しておき、洗浄水配管に設置した洗浄用給水弁を開くことで熱交換器に洗浄水の供給を行い、ドレン配管に設置したドレン排水弁を開くことで熱交換器からのドレンを排出するようにしている真空冷却装置において、熱交換器内を洗浄し、ドレン配管を通して洗浄水の排出を行った後、上流側真空弁、ドレン排水弁、洗浄用給水弁は閉じ、下流側真空弁は開いた状態で真空ポンプの作動を行って熱交換器内を減圧する真空引き工程を行い、その後に下流側真空弁を閉じて上流側真空弁を開くことにより、上流側真空弁前後の圧力差によって急激な空気の流れを発生させる押し流し工程を行うようにしてい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、真空ポンプの一次側に空気を供給する乾燥用空気取り入れ配管を設置しておき、押し流し工程の実施中に並行して真空ポンプ一次側へ空気を導入する真空ポンプ乾燥工程を行うようにしてい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、押し流し工程では、先に下流側真空弁を閉じ、上流側真空弁は後から開くようにしていることを特徴とする真空冷却装置。
   

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