JP2013146197A

JP2013146197A - 真空冷却装置

Info

Publication number: JP2013146197A
Application number: JP2012007343A
Authority: JP
Inventors: Masato Nishiyama; 将人西山; Nobumoto Akio; 伸基明尾
Original assignee: SAMSON CO Ltd
Current assignee: SAMSON CO Ltd
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2032-01-17
Also published as: JP5898967B2

Abstract

【課題】真空冷却装置で徐冷運転や徐戻し運転を行う場合に、槽内圧力の目標圧力とのずれを少なくし、圧力制御の精度を高める。
【解決手段】冷却槽２内を真空化することで冷却を行う真空冷却装置であって、途中に徐冷弁３を持った徐冷用配管４を設け、真空冷却時に徐冷弁３を通じて徐冷用の空気を導入することによって減圧速度を低下させる徐冷運転を行えるようにしており、真空冷却運転時には、検出した冷却槽内圧力と、経過時間に対応させて設定しておいた目標圧力を比較し、槽内圧力が目標圧力に近づくように徐冷弁の開度を調節するようにしている真空冷却装置において、徐冷運転を行う場合、冷却槽内の真空度が低い時期には徐冷弁の開度が大きくなるようにしておき、真空冷却運転が進むことで冷却槽内の真空度が高くなるにつれて、徐冷弁の開度は小さくなっていくように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱調理された食品などの被冷却物を冷却槽内に収容し、冷却槽内を減圧することによって被冷却物内の水分を気化させることで、被冷却物を急速に冷却する真空冷却装置に関するものである。

特許第３１７３５３５号に記載があるように、冷却槽内を減圧することで被冷却物から水分を蒸発させ、蒸発によって発生する気化熱によって被冷却物の冷却を行う真空冷却装置が知られている。給食センターなどにおいては、加熱調理食品を冷却する際に雑菌が繁殖する温度帯をできるだけ早く通過させることが要望されており、真空冷却装置であれば短時間で被冷却物の中心部までの冷却が可能であるために広く用いられている。しかし、減圧速度が速すぎる場合、被冷却物の品温から定まる飽和蒸気圧力よりも冷却槽内の圧力の方が低くなることによって突沸現象が発生することがある。その場合には、被冷却物の破損や飛散が発生することがあった。また、冷却後に冷却槽内へ空気を導入して冷却槽を復圧する場合にも、復圧速度が速すぎる場合には被冷却物に変形などが発生することがあった。そのため、被冷却物の性状に合わせて減圧速度を遅くする徐冷や減圧後の復圧速度を遅くする徐戻しを行うことができるようにしている。

真空冷却装置では、冷却槽に真空配管を介して真空発生装置を接続しておき、真空発生装置を作動することで冷却槽内の空気を排出する。真空配管には途中に徐冷弁を設けた徐冷用配管を接続し、徐冷用配管を介して空気の取り込みを行えるようにしておく。真空発生装置による空気吸引時に徐冷弁を開くと、徐冷用配管を通して真空配管へ空気が送られ、真空発生装置では冷却槽内の空気に加えて徐冷用配管からの空気も吸引することになるために冷却槽内から排出される空気量が減少し、冷却槽内の減圧速度は低下する。徐冷弁から導入する空気量を増減することで、冷却槽での減圧速度の調節を行うこともでき、徐冷弁の開度を大きくして空気導入量を多くすれば減圧速度はより大きく低下し、徐冷弁の開度を小さくして空気導入量を少なくすれば減圧速度の低下は小さくなる。復圧時の徐戻しも同様であり、冷却槽内へ復圧用の空気を導入する部分に開度調節の可能な空気取り入れ弁を設けておき、空気取り入れ弁の開度を大きくすれば復圧速度は速くなり、空気取り入れ弁の開度を小さくすれば復圧速度は遅くなる。

徐冷運転や徐戻し運転を行う場合には、経過時間とその時点における冷却槽内圧力を目標圧力として設定しておき、目標圧力になるように徐冷弁や空気取り入れ弁の開度を調節しながら運転を行う。徐冷用に設定しておいた目標圧力に対し、実際に計測した槽内圧力が高いという場合は、徐冷弁による空気取り込み量が多いために減圧速度が足りないということであり、その場合には減圧弁の開度を小さくすることで空気取り込み量を減らし、減圧速度を速める。逆に徐冷用に設定しておいた目標圧力に対し、実際に計測した槽内圧力が低いという場合には、徐冷弁による空気取り込み量が少ないために減圧速度が速すぎるということであり、その場合には徐冷弁の開度を大きくすることで空気取り込み量を増やし、減圧速度を遅くする。

徐冷弁の開度変更量は目標圧力と槽内圧力の差に基づいて決定するようにしており、目標圧力と槽内圧力の差が大きくなるほど、徐冷弁の開度変更量が大きくなるように設定しておく。ＰＩＤ制御を行い、目標圧力との差分に応じて徐冷弁の開度変更量を決定し、差分をなくすように徐冷弁の開度を調節することで、槽内圧力は目標圧力に沿って減圧させることができるはずであるが、実際には槽内圧力と目標圧力の間にずれが生じることがあった。槽内圧力が目標圧力通りにならないと、突沸の発生によって被冷却物の破損や飛散が発生したり、運転終了までの時間が長く掛かることになっていた。

特許３１７３５３５号公報

本発明が解決しようとする課題は、真空冷却装置で徐冷運転や徐戻し運転を行う場合に、槽内圧力の目標圧力とのずれを少なくし、圧力制御の精度を高め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冷却槽と、冷却槽内の空気を排出する真空発生装置を持ち、冷却槽の内部を真空化することで、冷却槽に収容した被冷却物の冷却を行う真空冷却装置であって、途中に徐冷弁を持った徐冷用配管を設け、真空冷却時に徐冷弁を通じて徐冷用の空気を導入することによって減圧速度を低下させる徐冷運転を行えるようにしており、真空冷却運転時には、冷却槽内の圧力を検出する圧力検出装置によって検出した槽内圧力と、経過時間に対応させて設定しておいた目標圧力を比較し、槽内圧力が目標圧力に近づくように徐冷弁の開度を調節するようにしている真空冷却装置において、徐冷運転を行う場合、冷却槽内の真空度が低い時期には徐冷弁の開度が大きくなるようにしておき、真空冷却運転が進むことで冷却槽内の真空度が高くなるにつれて、徐冷弁の開度は小さくなっていくような設定を行っ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、真空冷却終了後の復圧時も、経過時間に対応させて設定した目標圧力となるように空気取り入れ弁の開度を調節するようにしており、その際には冷却槽内の真空度が高い時期には空気取り入れ弁の開度が小さくなるようにし、復圧運転が進むことで冷却槽内の真空度が低くなるにつれて空気取り入れ弁の開度は大きくなっていくような設定を行っていることを特徴とする。

徐冷時に問題となるのは、真空発生装置は同じように作動し、徐冷弁の開度が同じであったとしても、低真空時には冷却槽からより多くの空気が排出されるために冷却槽内の減圧速度が速くなり、高真空時には冷却槽から排出される空気量は少なくなるために冷却槽内の減圧速度は低下することによる。目標圧力に対する徐冷弁開度の中央値を、低真空時は全開側として高真空になるほど全閉方向となるようにシフトさせると、低真空時には徐冷弁開度が大きくなるために減圧速度を低下させる作用が大きくなり、高真空時には徐冷弁開度が小さくなるために減圧速度を低下させる作用は小さくなる。このことにより、減圧速度が速くなりがちであった低真空時には減圧速度が速くなりすぎることを防止することができ、逆に減圧速度が遅くなりがちであった高真空時でも減圧速度が落ちすぎないようにすることができるため、目標圧力に沿った減圧ができるようになる。

復圧時も同様であり、空気取り入れ弁の開度は同じであったとしても、高真空時には冷却槽内の復圧速度は大きくなり、低真空時には冷却槽内の復圧速度は小さくなるという性質があった。この場合も、目標圧力に対する空気取り入れ弁開度の中央値を、高真空時は全閉に近い側として低真空になるほど全開方向となるようにシフトさせると、高真空時には空気取り入れ弁開度が小さくなるために復圧速度は遅くなり、低真空時には空気取り入れ弁開度が大きくなるために復圧速度を低下させる作用は小さくなる。このことにより、復圧速度が速くなりがちであった高真空時には復圧速度を低下させることになり、復圧速度が遅くなりがちであった低真空時には復圧速度が低くなりすぎないようになるため、目標圧力に沿った復圧ができるようになる。

本発明を実施することで、徐冷運転や徐戻し運転を行う場合に、圧力変化速度が速くなりがちな時期には圧力変化速度が速くなりすぎないように制御することができ、圧力変化速度が遅くなりがちな時期には圧力変化速度が小さくなりすぎないように制御することができる。そのため、目標圧力に沿った徐冷運転や徐戻し運転が行えるようになり、突沸の抑制と運転時間の短縮を両立させることができる。

本発明を実施する真空冷却装置のフロー図徐冷／徐戻し運転時の目標圧力とのずれに対する徐冷弁／空気取り入れ弁開度変更量を説明する説明図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施する真空冷却装置のフロー図、図２は徐冷／徐戻し運転時の目標圧力とのずれに対する徐冷弁／空気取り入れ弁開度変更量を説明する説明図である。真空冷却装置は、被冷却物７を収容する冷却槽２と、冷却槽２内の空気を排出する真空発生装置１を持ち、冷却槽２の内部を真空化することで、冷却槽２に収容した被冷却物７の冷却を行う。

真空発生装置１は真空配管９で冷却槽２と接続しており、冷却槽２内の空気は真空発生装置１を作動することで真空配管９を通して排出する。被冷却物７の冷却時に冷却速度を緩やかにする徐冷を行うため、真空配管９には途中に徐冷弁３を設けた徐冷用配管４を接続しており、徐冷弁３を開くと徐冷用配管４を通じて外気が真空配管９内に入るようにしている。徐冷弁３には電動比例弁を用いており、徐冷弁３では開度を０％から１００％の間で自由に調節することができるようにしている。

また、真空冷却装置で冷却が終了した時点では、冷却槽２の内部は負圧の状態にあるため、冷却槽２の圧力を戻す必要がある。冷却槽２内を復圧させるため、冷却槽２には空気取り入れ弁８を持った復圧装置を設ける。復圧する際にも緩やかに復圧する徐戻しを行う必要がある場合には、空気取り入れ弁８も電動比例弁とし、空気取り入れ弁８でも開度を０％から１００％の間で自由に調節することができるようにしておく。

冷却槽２には、冷却槽内の圧力を検出する圧力検出装置５を設けており、圧力検出装置５で検出した冷却槽内圧力の値は真空冷却装置の運転を制御する運転制御装置６へ出力する。運転制御装置６は、経過時間と圧力検出装置５で検出している槽内圧力に基づいて各装置の作動を制御する。運転制御装置６には、経過時間とその時点における冷却槽内の目標圧力を設定しておき、圧力検出装置５で検出している槽内圧力が目標圧力になるように減圧速度や復圧速度を調節する。本実施例では、減圧開始から時間Ａ経過後の目標圧力は−１０ｋＰａ、時間Ｂ経過後の目標圧力は−３０ｋＰａ、時間Ｃ経過後の目標圧力は−５０ｋＰａ、時間Ｄ経過後の目標圧力は−７０ｋＰａ、時間Ｅ経過後の目標圧力は−９０ｋＰａとしておく。

運転制御装置６で徐冷運転を行う場合、運転制御装置６では時間から定まる目標圧力とその時点での槽内圧力を比較し、槽内圧力が目標圧力より高い場合には徐冷弁３の開度を小さくし、槽内圧力が目標圧力より低い場合には徐冷弁３の開度を大きくする。

この時、槽内圧力が高い冷却運転の初期ほど徐冷弁３の開度は大きくなるようにしておき、冷却工程が進むことで槽内圧力が低くなる冷却運転の終期ほど、徐冷弁３の開度は小さくなるように開度を設定しておく。このことを図２に基づいて説明する。図２では、経過時間に基づいて設定している目標圧力値と、槽内圧力に基づいて定まる徐冷弁３の開度を記載している。冷却運転の開始から時間Ａが経過した時点での目標圧力は−１０ｋＰａであり、圧力検出装置５によって検出している槽内圧力が目標圧力である−１０ｋＰａより高い場合には徐冷弁３の開度を小さくし、目標定値である−１０ｋＰａより低い場合には徐冷弁３の開度を大きくする。

槽内圧力が目標圧力と同じであった場合の徐冷弁開度は、単純に５０％の固定値にするといったことはせず、冷却運転の初期では中央値の開度を大きく設定し、冷却運転が進むにつれて中央値の開度を小さく設定する。時間Ａの時点での槽内圧力が目標圧力と同じであった場合、徐冷弁３の開度は９０％とする。槽内圧力が目標圧力より高い場合は、槽内圧力が−９．９ｋＰａなら８０％、槽内圧力が−９．８ｋＰａなら７０％、槽内圧力が−９．７ｋＰａなら６０％というように、槽内圧力が−９．１ｋＰａ以下で０％まで順次定め、槽内圧力が目標圧力より低い場合は、槽内圧力が−１０．１ｋＰａ以上なら１００％とする。冷却槽内の圧力は−１０ｋＰａを目指して調節しているものであるため、この時点での徐冷弁３の開度は９０％前後になる可能性が高くなる。そして、槽内圧力が目標圧力より０．１ｋＰａ大きくても徐冷弁３の開度は８０％であり、槽内圧力が目標圧力より０．１ｋＰａ小さな場合には徐冷弁３の開度は１００％とするため、徐冷弁３の開度は大きなものになる。

次の説明点である時間Ｂ時点の場合、槽内圧力が目標圧力の−３０．０ｋＰａと同じであった場合の徐冷弁開度は７０％とする。槽内圧力が目標圧力より高い場合は、槽内圧力が−２９．７ｋＰａなら６０％、槽内圧力が−２９．４ｋＰａなら５０％、槽内圧力が−２９．１ｋＰａなら４０％というように、槽内圧力が−２７．９ｋＰａ以下で０％まで順次定め、槽内圧力が目標圧力より低い場合は、槽内圧力が−３０．３ｋＰａなら８０％、槽内圧力が−３０．６ｋＰａなら９０％、槽内圧力が−３０．９ｋＰａ以上なら１００％とする。このように設定しておくと、この時点での徐冷弁３の開度は７０％前後になる可能性が高くなり、時間Ａの場合ほどではないが徐冷弁３の開度は大きなものになる。

その次の説明点である時間Ｃが経過した時点の場合、槽内圧力が目標圧力の−５０．０ｋＰａと同じであった場合の徐冷弁開度は５０％とする。槽内圧力が目標圧力より高い場合は、槽内圧力が−４９．５ｋＰａなら４０％、槽内圧力が−４９．０ｋＰａなら３０％、槽内圧力が−４８．５ｋＰａなら２０％というように、槽内圧力が−４７．５ｋＰａ以下で０％まで順次定め、槽内圧力が目標圧力より低い場合は、槽内圧力が−５０．５ｋＰａなら６０％、槽内圧力が−５１．０ｋＰａなら７０％、槽内圧力が−５１．５ｋＰａなら８０％というように、槽内圧力が−５２．５ｋＰａ以上で０％まで順次定める。この場合、徐冷弁３の開度調節は５０％が中心となるため、５０％前後の開度になる可能性が高くなり、大きな開度と小さな開度のどちらかに偏ることはなくなる。

時間Ｄ時点の場合は、槽内圧力が目標圧力の７０．０ｋＰａと同じであった場合の徐冷弁開度は３０％とする。槽内圧力が目標圧力より高い場合は、槽内圧力が−６９．３ｋＰａなら２０％、槽内圧力が−６８．６ｋＰａなら１０％、槽内圧力が−６７．９ｋＰａ以下なら０％とし、槽内圧力が目標圧力より低い場合は、槽内圧力が−７０．７ｋＰａなら４０％、槽内圧力が−７１．４ｋＰａなら５０％、槽内圧力が−７２．１ｋＰａなら６０％というように、槽内圧力が−７４．９ｋＰａ以上で１００％まで順次定める。このように設定しておくと、この時点では徐冷弁３の開度は３０％前後になる可能性が高くなり、徐冷弁３の開度は小さくなる。

時間Ｅ時点の場合は、槽内圧力が目標圧力の９０．０ｋＰａと同じであった場合の徐冷弁開度は１０％とする。槽内圧力が目標圧力より高い場合は、槽内圧力が−８９．１ｋＰａ以下なら０％とし、槽内圧力が目標圧力より低い場合は、槽内圧力が−９０．９ｋＰａなら２０％、槽内圧力が−９１．８ｋＰａなら３０％、槽内圧力が−９２．７ｋＰａなら４０％というように、槽内圧力が−９８．１ｋＰａ以上で１００％まで順次定める。このように設定しておくと、この時点では徐冷弁３の開度は１０％前後になる可能性が高くなり、時間Ｄの場合よりもさらに徐冷弁３の開度が小さくなる。

目標圧力に対する徐冷弁３の開度の設定を、低真空時には全開に近くなるようにしておいて、高真空になるほど全閉方向へシフトさせることにより、冷却開始時には徐冷弁３は全開付近で動作し、その後は徐々に開度が小さくなっていく。減圧が進むことで高真空になると、徐冷弁３の開度は小さくなるために徐冷弁３から入る空気量は少なくなる。冷却運転の初期は徐冷弁３の開度が大きくなるようにし、冷却運転が進むにつれて３の開度が小さくなるようにするのは、冷却運転の初期には目標圧力よりも低くなることによって被冷却物７に突沸が発生しがちであり、逆に冷却運転の終期には目標圧力まで下がるのに時間が掛かるということがあったためである。

冷却運転初期の真空度が低い時期の場合、真空発生装置１によって空気の排出を行うと冷却槽２内の空気は急激に排出されていくために冷却槽内の圧力低下速度は大きくなり、急激な圧力低下によって被冷却物に突沸が発生することがあった。この場合には徐冷弁３の開度が大きくなるようにすることで、徐冷弁３を通して真空配管９内に入る空気量を多くする。真空発生装置１の吸引量に占める徐冷弁３からの空気量が多くなれば、冷却槽２から吸引する空気量が少なくなるため、冷却槽２内の圧力低下速度は抑えられることになる。逆に冷却運転終期の真空度が高い時期の場合、真空発生装置１では同じように作動していても冷却槽２から排出される空気量は少なくなるため、冷却槽内の圧力低下速度は小さくなり、減圧が緩やかになることによって冷却時間が長くなることがあった。この場合には徐冷弁３の開度が小さくなるようにすることで、徐冷弁３を通して真空配管９内に入る空気量を少なくする。徐冷弁３からの空気量が少なくなれば、真空発生装置１では冷却槽２から吸引する空気量が多くなるため、冷却槽２内の圧力低下速度は高まることになる。冷却運転の進行に合わせ、徐冷用空気導入量が徐々に少なくなっていくように徐冷弁３の開度を調節することで、突沸の発生を防止しながら運転時間の短縮を行うことができる。

また、冷却運転が終了した時点では冷却槽２内は高真空となっており、冷却槽２内から被冷却物７を取り出すことができないため、真空解除の工程を行う必要がある。真空解除の場合は、空気取り入れ弁８を開くことで冷却槽２内へ空気の導入を行う。この場合も、圧力が急激に変化すると問題が発生するような場合には、徐々に真空解除を行う徐戻しが行われる。徐戻しを行う場合も、空気取り入れ弁８の開度は高真空時には小さくし、工程が進んで真空度が下がるにつれて開度が大きくなるように設定しておく。この場合、高真空時には空気取り入れ弁８の開度を小さくすることで冷却槽内での圧力変動が大きくなることを防ぐことができ、低真空時には空気取り入れ弁８の開度を大きくすることで冷却槽内の復圧が遅れることを防止できる。

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冷却槽
３徐冷弁
４徐冷用配管
５圧力検出装置
６運転制御装置
７被冷却物
８空気取り入れ弁
９真空配管

Claims

被冷却物を収容する冷却槽と、冷却槽内の空気を排出する真空発生装置を持ち、冷却槽の内部を真空化することで、冷却槽に収容した被冷却物の冷却を行う真空冷却装置であって、途中に徐冷弁を持った徐冷用配管を設け、真空冷却時に徐冷弁を通じて徐冷用の空気を導入することによって減圧速度を低下させる徐冷運転を行えるようにしており、真空冷却運転時には、冷却槽内の圧力を検出する圧力検出装置によって検出した槽内圧力と、経過時間に対応させて設定しておいた目標圧力を比較し、槽内圧力が目標圧力に近づくように徐冷弁の開度を調節するようにしている真空冷却装置において、徐冷運転を行う場合、冷却槽内の真空度が低い時期には徐冷弁の開度が大きくなるようにしておき、真空冷却運転が進むことで冷却槽内の真空度が高くなるにつれて、徐冷弁の開度は小さくなっていくような設定を行ってい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、真空冷却終了後の復圧時も、経過時間に対応させて設定した目標圧力となるように空気取り入れ弁の開度を調節するようにしており、その際には冷却槽内の真空度が高い時期には空気取り入れ弁の開度が小さくなるようにし、復圧運転が進むことで冷却槽内の真空度が低くなるにつれて空気取り入れ弁の開度は大きくなっていくような設定を行っていることを特徴とする真空冷却装置。