JP5950437B2 - 真空冷却装置 - Google Patents

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目標圧力と槽内圧力の差に対する徐冷弁開度変更量の比例帯幅を小さくし、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、目標圧力と槽内圧力の差に対する徐冷弁開度変更量の比例帯幅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。

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目標圧力と槽内圧力の差に対する徐冷弁開度変更量の比例帯幅を大きくし、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目標圧力と槽内圧力の差に対する徐冷弁開度変更量の比例帯幅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。

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、徐冷弁も同じように動作しても、徐冷弁の開度変更による冷却槽内温度の変化量は、低真空時に比べて高真空時には大きくなることによる。本発明では、徐冷運転を行う場合、冷却槽内の真空度が低い時期には目標圧力と槽内圧力の差に対する徐冷弁開度変更量の比例帯幅を小さくし、真空冷却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、目標圧力と槽内圧力の差に対する徐冷弁開度変更量の比例帯幅は大きくなっていくようにしている。すると、低真空時には槽内圧力が目標圧力から少し外れた場合でも徐冷弁の開度を比較的大きく変更することになるが、高真空時には槽内圧力が目標圧力から同じだけ外れた場合でも徐冷弁の開度変更量は比較的小さくなる。高真空時には、徐冷弁の開度を少し変更しただけでも冷却槽での飽和温度の変化量が大きくなるため、槽内圧力を目標圧力に収束させにくくなっていた。しかし、高真空時には開度変化を緩やかにすることで、圧力変動量が大きくなりすぎないようにし、逆に低真空時には開度変化を大きすることで圧力変動量が足りなくならないようにすることができる。そのため、被冷却物の突沸現象の抑制及び冷却時間の短縮が図られ、歩留まりの向上が期待できる。

復圧時も同様であり、空気取り入れ弁の開度変更量は同じであったとしても、高真空時には冷却槽内の飽和温度変化量は大きくなり、低真空時には冷却槽内の飽和温度変化量は小さくなる。この場合も、比例帯の幅を高真空時は大きくし低真空になるほど小さくなるようにしておく。すると、高真空時には目標圧力との差分に対する空気取り入れ弁の開度変更量が小さくなるために冷却槽内の圧力変化量は小さくなり、低真空時には空気取り入れ弁の開度変更量が大きくなることで、冷却槽の圧力変化量は大きくなる方向に変化する。このことにより、圧力に対する温度変化が大きくなりがちであった高真空時には変動量を縮小させることになり、圧力に対する温度変化が小さくなりがちであった低真空時には変動量を拡大することになる。

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、圧力変化速度の変更量が大きくなりがちな時期には変化量が大きくなりすぎないように制御することができ、圧力変化速度の変更量が小さくなりがちな時期には変化量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目標圧力と槽内圧力の差に対する徐冷弁開度変更量の比例帯幅を小さくしておき、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、目標圧力と槽内圧力の差に対する徐冷弁開度変更量の比例帯幅は大きくなっていくように設定しておく。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。

槽内圧力に基づいて徐冷弁の開度を定める比例帯の幅は、単純に同じにするといったことはせず、冷却運転の初期では比例帯の幅を小さく設定し、冷却運転が進むにつれて比例帯の幅を大きく設定する。時間Ａの時点では、槽内圧力−９．１ｋＰａで徐冷弁の開度０％から槽内圧力−１０．１ｋＰａで徐冷弁の開度１００％までの１．０ｋＰａ分で設定しており、槽内圧力が０．１ｋＰａ分異なった場合に徐冷弁の開度は１０％分変化することになる。ここでは比例帯の幅を狭く設定しているため、槽内圧力が少し異なった場合でも徐冷弁の開度変更量は大きくなる。

次の説明点である時間Ｂ時点の場合、槽内圧力−２７．９ｋＰａで徐冷弁の開度０％から槽内圧力−３０．９ｋＰａで徐冷弁の開度１００％までの３．０ｋＰａ分で設定しており、槽内圧力が０．３ｋＰａ分異なった場合に徐冷弁の開度は１０％分変化することになる。ここでは時間Ａほどではないが比例帯の幅は比較的狭いものであるため、槽内圧力が少し異なった場合でも徐冷弁の開度変更量は比較的大きなものとなる。

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−４７．５ｋＰａで徐冷弁の開度０％から槽内圧力−５２．５ｋＰａで徐冷弁の開度１００％までの５．０ｋＰａ分で設定しており、槽内圧力が０．５ｋＰａ分異なった場合に徐冷弁の開度は１０％分変化することになる。ここでは時間Ｂよりも更に槽内圧力が大きく変化していなければ徐冷弁の開度は変化しないが、後で説明する時間Ｄ及び時間Ｅの場合のほどではなく、説明の範囲内では中間的な設定となる。

時間Ｄの経過時点の場合は、槽内圧力−６７．９ｋＰａで徐冷弁の開度０％から槽内圧力−７４．９ｋＰａで徐冷弁の開度１００％までの７．０ｋＰａ分で設定しており、槽内圧力が０．７ｋＰａ分異なった場合に徐冷弁の開度は１０％分変化することになる。ここでは時間Ｃよりも更に槽内圧力が大きく変化していなければ徐冷弁の開度は変化しないことになり、徐冷弁の開度変化は比較的緩やかなものとなる。

時間Ｅの経過時点の場合は、槽内圧力−８９．１ｋＰａで徐冷弁の開度０％から槽内圧力−９８．１ｋＰａで徐冷弁の開度１００％までの９．０ｋＰａ分で設定しており、槽内圧力が０．９ｋＰａ分異なった場合に徐冷弁の開度は１０％分変化することになる。ここでは槽内圧力が大きく変化していなければ徐冷弁の開度は変化しないため、徐冷弁の開度変化は緩やかなものとなる。

目標圧力に対する徐冷弁３の開度を定めた比例帯の設定を、低真空時には狭くしておいて、高真空になるほど比例帯の幅が広くなるようにしておくことにより、低真空時には徐冷弁の開度がすぐに変化し、高真空になるほど徐冷弁の開度変化は緩やかになる。このようにするのは、低真空時には冷却槽内圧力に対する冷却槽内圧力に対する温度の変化量は比較的小さなものとなり、逆に高真空時には冷却槽内圧力に対する温度の変化量は比較的大きなものとなるためである。このことにより、低真空時には槽内圧力を目標圧力に近づけるために徐冷弁の開度を変更しても目標圧力にまで達しないことになり、逆に高真空時には槽内圧力を目標圧力に近づけるために徐冷弁の開度を変更すると目標圧力を通り過ぎてしまうということになりがちであった。

この場合、冷却運転初期の低真空時には比例帯の幅を狭くし、徐冷弁の開度変更量が大きくなるようにすることによって、徐冷弁の開度変更量不足による目標圧力からのずれの発生が防止されることになる。逆に冷却運転終期の真空度が高い時期の場合、比例帯の幅を広くし、徐冷弁の開度変更量が小さくなるようにすることによって、徐冷弁の開度変更量過多による目標圧力からのずれの発生が防止されることになる。このことにより、真空冷却の工程で槽内温度は目標温度に沿うように制御することができ、被冷却物の突沸現象の抑制や冷却時間短縮の効果を得ることができる。

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、高真空時には比例帯の幅を大きくし、工程が進んで真空度が下がるにつれて比例帯の幅が小さくなるように設定しておく。この場合も徐冷時と同様に、高真空時には空気取り入れ弁８の開度変更量を小さくすることで、槽内圧力を目標圧力に近づけるために空気取り入れ弁８の開度を変更すると目標圧力を通り過ぎてしまうということを防ぎ、低真空時には空気取り入れ弁８の開度変更量が大きくなるようにすることで、槽内圧力を目標圧力に近づけるために空気取り入れ弁８の開度を変更したが目標圧力まで達しないということを防ぐ。このことにより、復圧工程でも槽内温度は目標温度に沿うように制御することができ、復圧時でも被冷却物の変形防止や復圧時間短縮の効果を得ることができる。

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 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 (2)

1. 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目標圧力と槽内圧力の差に対する徐冷弁開度変更量の比例帯幅を小さくすることで、槽内圧力が目標圧力から少し外れた場合でも徐冷弁の開度を比較的大きく変更し、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、目標圧力と槽内圧力の差に対する徐冷弁開度変更量の比例帯幅は大きくなっていくようにすることで、槽内圧力が目標圧力から上記と同じだけ外れた場合でも徐冷弁の開度変更量は比較的小さくなる設定を行っ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、真空冷却終了後に冷却槽内を復圧させるための、空気取り入れ弁を持った復圧装置を設け、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目標圧力と槽内圧力の差に対する空気取り入れ弁開度変更量の比例帯幅を大きくし、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目標圧力と槽内圧力の差に対する空気取り入れ弁開度変更量の比例帯幅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。

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