JP2015010790A - 真空冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】被冷却物を収容する処理槽２、処理槽とは真空配管９によって接続している真空発生装置１、真空配管９の途中で気体を冷却する熱交換器４、熱交換器で発生したドレンをためておくドレンタンク６を持った真空冷却装置において、処理槽２と熱交換器４の間を遮断する真空配管遮断弁１２、真空配管遮蔽弁１２と熱交換器４の間へ気体を導入する給気弁１０を設けておき、真空配管遮蔽弁１２を閉じた状態で前記給気弁１０を開くことで空気を導入してドレンの排出を行い、ドレン排出後に熱交換器４及びドレンタンク６内の減圧を行って真空配管遮蔽弁１２を開く。
【選択図】図１

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、この場合にドレンを排出する排水弁を開いても、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になってしまうと、真空冷却の途中でもドレンの排出が必要となる。この場合、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、処理槽とは真空配管によって接続している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、処理槽と熱交換器の間で真空配管を遮断する真空配管遮断弁、真空配管の前記真空配管遮蔽弁より下流側であって熱交換器の熱交換部よりは上流側へ気体を導入する給気弁を設けておき、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、前記の真空配管遮蔽弁を閉じることによって熱交換器とドレンタンクを処理槽から切り離し、真空配管遮蔽弁を閉じた状態で前記給気弁を開くことで、前記熱交換器を通してドレンタンク内へ空気を導入してドレン排出を行い、ドレン排出後に熱交換器及び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、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、ドレン排出の際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ようにした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、熱交換器と真空発生装置の間に真空ポンプ遮断弁、真空ポンプ遮断弁と真空発生装置の間に乾燥用給気弁を設けておき、ドレン排出中に真空ポンプ遮断弁を閉じ、乾燥用給気弁を開いた状態で真空発生装置を作動することによって、真空発生装置の乾燥運転を行うものであることを特徴とする。

本発明の場合、処理槽内の圧力を戻すことなくドレンの排出を行えるため、真空冷却運転の途中でドレンの排出が必要になった場合でも、冷却運転に要する時間が大幅に長くなることを防止することができる。また、真空冷却運転の途中でドレンを排出することができるため、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。

本発明の実施例における真空冷却装置のフロー図 本発明の実施例における真空冷却運転時のタイムチャート 本発明の実施例において、乾燥運転を行う場合のタイムチャート

本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明の一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気体中の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。

真空配管９の熱交換器４より上流側には、処理槽２と熱交換器４の間を遮断する真空配管遮蔽弁１２を設る。そして、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。また、真空配管９の熱交換器４と真空発生装置１の間に真空ポンプ遮断弁１５を設け、真空ポンプ遮断弁１５と真空発生装置１の間に空気導入を行うための乾燥用給気弁５を設けている。

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ない。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内が大気圧以上に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、その時にはドレンタンク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、真空冷却運転を中断してドレンの排出を行うようにしている。

この実施例での真空冷却運転動作を図２に基づいて説明する。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、真空配管遮蔽弁１２と真空ポンプ遮断弁１５は開いており、給気弁１０、排水弁１１、乾燥用給気弁５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、気体中の蒸気が凝縮する。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の容積が小さくなるため、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。ドレンの排出は、処理槽２での真空冷却運転は中断させた状態で行う。その際、処理槽２は密閉した状態としておくことで、処理槽２内の圧力は低い状態に保たれることになる。

まず工程ｃで、真空配管遮蔽弁１２と真空ポンプ遮断弁１５を閉じ、真空発生装置１は作動を停止しておく。このことにより、処理槽２、熱交換器４及びドレンタンク６、真空発生装置１を切り離す。真空配管遮蔽弁１２が閉じたことを検出後、工程ｄで給気弁１０を開き、熱交換器４への大気導入を行う。真空冷却の運転を行っていた時のドレンタンク６や熱交換器４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熱交換器４内に入り、さらにドレンタンク６内へ流れ込む。このとき、熱交換器４からドレンタンク６へ強い空気の流れが発生する。熱交換器４は、処理槽２から吸引してきた気体を冷却するものであるため、熱交換器部分には結露水が発生して付着している。熱交換器４からドレンタンク６へ空気を流すことで、熱交換器に付着している結露水を押し流すことができる。

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と処理槽２をつなげると、ドレンタンク６から処理槽２へ気体の逆流が生じてしまう。それを避けるため、工程ｈで真空ポンプ遮断弁１５の開と、真空発生装置１の作動を行い、ドレンタンク６部分の減圧を行う。

ドレンタンク６部分の減圧を開始した時点では、それまでは真空配管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遮蔽していたため、槽内圧力検出装置７で検出している処理槽内圧力の方が、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より低くなっている。しかし、真空発生装置１を作動することで真空配管遮蔽弁１２よりも真空発生装置１側の減圧を行うと、この部分の容積は比較的小さなものであるために圧力は急激に低下する。

処理槽内圧力≧真空配管内圧力となった工程i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j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。そして、ドレン排出時に熱交換器内の結露水を空気流によって押し流し、排出することができるという効果も得られる。

また、ドレン排出中に真空発生装置１の乾燥運転を行うこともできる。真空発生装置１がドライ式の真空ポンプであった場合、真空ポンプ内に多量の水が入ると、能力の低下を招き、さらには故障が発生するおそれがある。先に説明した実施例では、工程cから工程hの間は真空発生装置１は真空発生装置１の作動を停止させている。この時間帯に真空発生装置１の乾燥運転を行うようにしてもよい。

図３は、ドレン排出時に真空発生装置１の乾燥運転を行う場合のものである。図２では工程cで真空発生装置１の作動を停止したが、真空発生装置１の乾燥運転を行うため、図３の工程ｃ’では真空発生装置１の作動を継続している。そして工程ｃ'で乾燥用給気弁５を開いている。真空発生装置１を処理槽２などから切り離しておき、乾燥用給気弁５を通じて空気を導入しながら真空発生装置１を作動させると、真空発生装置内を多量の空気が流れる。そのため、真空発生装置内に水分が付着していても空気流によって吹き飛ばすことができ、真空発生装置内を乾燥させることができる。その後、ドレンタンク６部分の再減圧を行う工程ｈでは、乾燥用給気弁５を閉じておき、真空発生装置１では熱交換器４やドレンタンク６の部分から空気を吸引することで減圧を行う。

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 乾燥用給気弁
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
１５ 真空ポンプ遮断弁

Claims (3)

1. 被冷却物を収容する処理槽、処理槽とは真空配管によって接続している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、
   処理槽と熱交換器の間で真空配管を遮断する真空配管遮断弁、
   真空配管遮蔽弁より下流側であって熱交換器の熱交換部よりは上流側へ気体を導入する給気弁を設けておき、
   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、前記の真空配管遮蔽弁を閉じることによって熱交換器とドレンタンクを処理槽から切り離し、
   真空配管遮蔽弁を閉じた状態で前記給気弁を開くことで、前記熱交換器を通してドレンタンク内へ空気を導入してドレン排出を行い、ドレン排出後に熱交換器及び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。
2. 請求項１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、
   ドレン排出の際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ようにした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、
   熱交換器と真空発生装置の間に真空ポンプ遮断弁、真空ポンプ遮断弁と真空発生装置の間に乾燥用給気弁を設けておき、ドレン排出中に真空ポンプ遮断弁を閉じ、乾燥用給気弁を開いた状態で真空発生装置を作動することによって、真空発生装置の乾燥運転を行うものであることを特徴とする真空冷却装置。
   

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