JP5995276B2 - 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、冷却槽内の減圧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３１６１３９６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、蒸発する際の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。

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ものであり、食品を冷却する真空冷却装置であれば、冷却槽や真空配管は清潔に保っておく必要がある。特許第３１６１３９６号の発明では、ボイラなどの蒸気発生手段と、この蒸気発生手段からの蒸気を前記冷却槽に供給する蒸気ラインと、蒸気の供給を制御する制御手段とを備えることが記載されている。蒸気供給ラインは、前記冷却槽に蒸気を供給するための専用のものとして設けることもできるが、蒸気使用機器と兼用の蒸気ラインとすることもできるとされており、蒸気エジェクタや蒸煮器、蒸し器などへ供給するための蒸気を冷却槽内へ導入し、蒸気によって冷却槽内を殺菌するとしている。ボイラでは大気圧よりも圧力の高い蒸気を作るため、給蒸弁を開くと大気圧状態にある真空冷却装置内に蒸気が入る。蒸気であれば真空冷却装置内の隅々まで送ることができ、各部を加熱殺菌することができる。

ただし、特許第３１６１３９６号の場合、外部にボイラを設けることが前提となっており、ボイラがなければ新設しなければならない。そしてボイラから真空冷却装置へ蒸気を送る蒸気配管を設置する必要もある。そのために真空冷却装置全体としてのコストが高くなっていた。

特許３１６１３９６号公報

本発明が解決しようとする課題は、ボイラからの蒸気を使用せずとも真空冷却装置内の隅々まで殺菌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冷却槽、冷却槽内の空気を排出する真空発生装置、冷却槽と真空発生装置をつなぐ真空配管、真空配管の途中に設けておき冷却槽から吸引された空気の冷却を行う熱交換器、熱交換器へ供給する冷却用水をためる水槽を持ち、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において、前記水槽にためた水を加熱する加熱装置、加熱装置で加熱した水槽内の水を真空配管へ送る温水供給配管、温水供給配管内での水槽から真空配管内への温水供給を制御する温水供給制御弁を設け、冷却用水をためる水槽は常温水槽と低温水槽を準備し、前記加熱装置は常温水槽に設けておき、真空配管内の殺菌を行う場合、水槽内の水を加熱して温水とし、さらに真空配管内を減圧した状態で温水供給制御弁を開き、真空配管内へ温水を導入することによって真空冷却装置で温水を蒸発させ、発生した蒸気によって真空配管内を加熱するようにし、冷却運転時に使用した低温の冷却水は冷却水槽に戻し、真空配管内の加熱には常温水槽にためた水を加熱することで温水を作成するようにしたことを特徴とする真空冷却装置。

請求項２に記載の発明は、前記の真空冷却装置において、真空配管内の減圧と、真空配管への温水導入を交互に複数回繰り返すことで、真空冷却装置をさらに加熱するようにしたことを特徴とする。

真空配管内の圧力を、加熱した水槽内温度の飽和蒸気圧力未満にまで減圧しておくと、真空配管内に入った温水は周囲の圧力が下がることで沸点が低下し、フラッシュ蒸気を発生することになる。発生した蒸気は、熱交換器や凝縮水タンクの隅々にまで流れるため、真空冷却装置の全体を加熱することができる。なお、蒸気が発生すると真空配管内の圧力が上昇するため、蒸気の発生は止まることになる。この場合でも、真空配管内の減圧を行えば再び蒸気を発生することができるようになる。真空発生装置による減圧と、配管内への温水導入を交互に繰り返すことで温度は上昇するため、真空冷却装置内の全体を加熱して殺菌を行うことができる。

この発明では、真空配管内の圧力を低くし、沸点を下げることで蒸気を発生するものであるため、ボイラによる高圧の蒸気は必要ない。水槽内での温水の加熱は、水槽内で蒸気を発生させるものではないため、水槽は大気解放型のものを使用することができ、温水の温度も８０℃〜９０℃程度で十分となる。

本発明を実施することで、ボイラからの蒸気を使用しなくても真空冷却装置の加熱殺菌を容易かつ確実に行うことができる。

本発明を実施する真空冷却装置のフロー図

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を持つ。真空冷却装置は、冷却槽内を減圧することで被冷却物内の水分を蒸発させるものであり、蒸発時の気化熱によって冷却槽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。真空配管９の途中には、冷却槽２から吸引してきた空気を冷却するための熱交換器１０を設けておく。冷却槽から吸引している空気は蒸気を含んでおり、水は蒸気になると体積が大幅に大きくなるため、そのままでは大容積の蒸気を真空発生装置１へ送ることになり、それでは真空発生装置１の運転効率が悪くなる。そのために真空配管９に熱交換器１０を設けており、熱交換器１０で空気の冷却を行うことで蒸気を凝縮し、空気中から水分を分離することで空気の体積を縮小する。熱交換器１で分離した凝縮水は、熱交換器１０の下方に設置している凝縮水タンク８にためておき、冷却運転終了後に凝縮水タンク８から排出する。

熱交換器１０の冷却水流路には、水槽にためておいた冷却用水をチラー６で冷却して供給する。水槽は常温水槽３と低温水槽４を設置しており、水槽とチラー６の間には水槽の水をチラー６へ送る熱交換用水循環ポンプ５を設けている。冷却運転時には、熱交換用水循環ポンプ５を作動することで、常温水槽３又は低温水槽４の冷却用水をチラー６へ送り、チラー６で冷却した後に熱交換器１０へ送ることで、熱交換器１０内を流れる吸引空気を冷却する。

冷却運転の初期には常温水槽３の水を熱交換器１０へ供給、冷却運転の後期には低温水槽４の水を熱交換器１０へ供給するようにし、使用する水を途中で切り替える。冷却運転初期の場合は、被冷却物７の温度が高いために熱交換器１０には温度の高い蒸気が送られることになる。そのため熱交換器１０へ供給する冷却用水は比較的温度の高いものであっても蒸気の冷却を行うことができ、また熱交換器１０で熱交換した後の冷却用水は高温蒸気の熱を取り込むことになるために温度が高くなる。逆に冷却運転後期の場合は、被冷却物７の温度が低くなっているために熱交換器１０に送られる蒸気の温度も低くなっている。そのため熱交換器１０へ供給する冷却用水は温度の低いものでなければ十分な冷却を行うことができず、また熱交換器１０で熱交換した後の冷却用水は低温の蒸気と熱交換するものであるために温度はあまり高くはならない。そのため、本実施例では冷却運転の初期と後期で使用する冷却用水を切り替えるようにしている。

また、常温水槽３には、水槽にためた水を加熱して温水とするための加熱装置１１を設け、温水を真空配管内へ供給する温水供給配管１３を設ける。加熱装置１１は電気ヒータ等を使用することができ、加熱装置１１としては常温水槽３内の水を８０〜９０℃程度まで加熱することができるものを設置しておく。そして温水供給配管１３の途中には、通常は閉じておき、真空配管の洗浄殺菌を行う際に開く温水供給制御弁１２を設けておく。

被冷却物７を冷却する手順を説明する。冷却運転は、冷却槽２内に被冷却物を収容し、冷却槽２を密閉した状態で真空発生装置１を作動することによって行う。冷却槽２を密閉しておいて真空発生装置１の作動を行うと、冷却槽内の空気は真空配管９を通して排出され、冷却槽内の圧力は低下していく。冷却槽２内の圧力を低下させることで冷却槽内の飽和温度を被冷却物７の温度より低くすると、被冷却物内で水分の蒸発が発生し、蒸気が発生する際には周囲から気化熱を奪うことになる。そのため、槽内圧力の低下につれて被冷却物７の温度は低下していく。

冷却槽２から吸引してきた空気には蒸気が含まれているため、真空配管部９の途中に設置している熱交換器５で空気を冷却することによって蒸気を凝縮させ、吸引空気から水分を分離させる。冷却運転初期の場合、冷却用水は常温水槽３の水を使用するようにしており、熱交換用水循環ポンプ５は常温水槽３にためている常温の冷却用水をチラー６へ送る。チラー６を通すことで冷却用水の温度は下がるが、常温水槽３から取り出された冷却用水の温度は常温であり、もともとの温度が高いためにチラー６を通した後の冷却用水温度は比較的高いものとなる。それでも冷却運転初期の場合は、真空配管９内を流れる空気温度が高いために熱交換器１０で蒸気を凝縮させることができる。冷却運転初期では、熱交換器１０で空気の冷却を行った冷却用水は、空気側の熱を吸収することで温度が大きく上昇する。熱交換器１０から戻ってくる冷却用水の温度は常温よりも高くなるため、そのまま排出するようにしており、常温水槽３には新しい水を供給する。

冷却運転の開始から所定時間の経過、又は被冷却物７の温度が所定温度まで低下すると、冷却運転を初期から後期へ移行させ、熱交換器１０の循環経路を切り替える。冷却運転後期の場合、低温の冷却用水をためておく低温水槽４の水をチラー６でさらに冷却して熱交換器１０へ供給するものであるため、低温の冷却水を使用して熱交換器１０で冷却を行うことができ、冷却に使用した後の水は低温水槽４へ戻す。冷却運転後期になると、被冷却物７の温度が低くなっているために、冷却槽２から吸引して熱交換器１０に送られる蒸気の温度も低くなっている。そのため、熱交換器１０へ供給する冷却用水は、温度の低いものでなければ十分な冷却を行うことができない。また熱交換器１０で熱交換した後の冷却用水は比較的低温の空気と熱交換するものであるため、冷却使用後の冷却用水温度はあまり高くはならず、蒸気との熱交換で温度が上昇したとしても常温より低いものとなる。

循環させてきた低温の冷却用水を低温水槽４にためるようにしているため、低温水槽４の冷却用水温度は低くなっており、チラー６で更に冷却して熱交換器１０へ送るため、熱交換器１０には低い温度の冷却用水を供給することになる。そのため、冷却運転後期となって熱交換器１０内を流れる空気の温度は低くなっていても、それよりさらに低い温度の冷却用水で冷却するので、蒸気を凝縮させることができる。

冷却運転が終了すると、冷却槽２内から冷却の終わった被冷却物７を取り出し、凝縮水タンク８にためておいた凝縮水を排出する。特に汚れが付着していなければ真空配管９内などの洗浄は行わなくてもよく、続けて冷却を行うことができる。食品を扱う物であるため、１日の作業が終了した場合には冷却槽２内や真空配管９内の洗浄殺菌を行うことで、真空冷却装置は清潔に保つ。

洗浄殺菌を行う場合、加熱装置１１によって常温水槽３内の水を加熱し、温水を作っておく。常温水槽３の温水は大気圧での沸騰温度まで加熱する必要はなく、８０〜９０℃程度でよい。そして真空発生装置１を作動することで真空配管９内を真空化する。この時の真空配管９内は、加熱した水槽内温水温度の飽和蒸気圧力未満まで減圧しておく。所定圧力未満まで減圧した状態で温水供給配管１３に設けている温水供給制御弁１２を開くと、常温水槽３よりも真空配管内の圧力が低いため、常温水槽３内の温水は温水供給配管１３を通して真空配管９内に入る。この時の温水供給制御弁１２では、弁を開いた場合でも開度は小さくなるように設定しておき、真空側に入る温水量を制限しておく。真空配管９内は温水温度の飽和蒸気圧力未満まで減圧しているため、温水供給制御弁１２の真空側に入った温水は、低圧下での沸点低下によって沸騰し、蒸発して蒸気となる。蒸気は温水供給配管１３の先にある熱交換器１０や凝縮水タンク８内へ流れ、真空冷却装置の各部に入り込むため、真空冷却装置の各部が加熱される。

真空配管内を減圧しておいても、温水供給制御弁１２を通過した温水は蒸気となり、蒸気になると体積が拡大するため、真空配管９側では圧力が上昇する。そして、真空配管９での圧力が温水の飽和蒸気圧力より高くなると、蒸気の発生が止まるために真空冷却装置をそれ以上に加熱することができなくなる。真空冷却装置の温度が低い状態からの加熱では、一度の加熱だけでは殺菌温度まで到達しないことが考えられる。その場合には、温水供給制御弁１２を閉じ、真空発生装置１を作動することで真空冷却装置内を再び減圧した状態で、温水供給制御弁１２を開くことを繰り返す。温水供給制御弁１２を閉じて真空発生装置１の作動を行うと、真空冷却装置内の蒸気は排出されて真空冷却装置内は真空化されるので、真空状態の真空冷却装置内へ常温水槽３から温水を供給すると、再び温水から蒸気が発生し、蒸気は真空冷却装置を加熱する。一度の蒸気供給では必要温度まで到達しなかったとしても、減圧と温水蒸発による加熱を繰り返すことで真空冷却装置内の温度は上昇していくため、真空冷却装置内を殺菌に必要な温度まで上昇させることができる。

なお、温水供給制御弁１２の開度を小さくしておくのは、真空配管９へは蒸気のみを送るためである。温水供給制御弁１２の真空側に入った温水は、真空配管９の圧力が低い間はすぐに蒸気となる。しかし真空配管９の圧力が高まることで蒸気が発生しなくなると、温水供給制御弁１２を通過した温水は真空配管９側でも温水のままとなる。温水供給制御弁１２の開度が大きいと、真空配管内に入る温水量が多くなり、液体の温水が真空配管内に多量に入ると、真空発生装置１を作動した際に多量の水が真空発生装置１内へ入るということになる。真空発生装置に水が入ることは性能低下や故障の原因となるが、温水供給制御弁１２の開度を小さくしておけば、真空配管９内に入る温水量を少なくすることができる。

以上記載したように、真空発生装置の内部で蒸気を発生させることで、蒸気発生装置を別に設置する必要はなく、蒸気発生装置と真空冷却装置をつなぐ蒸気配管を設置する必要もない。そして真空冷却装置内の加熱は、真空状態にある真空冷却装置内に蒸気を巡らせるものであり、内部を飽和蒸気で満たすことで、真空冷却装置内の隅々まで均一に所定の温度で加熱するというものであるため、隅々まで殺菌することができる。

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 真空発生装置
２ 冷却槽
３ 常温水槽
４ 低温水槽
５ 熱交換用水循環ポンプ
６ チラー
７ 被冷却物
８ 凝縮水タンク
９ 真空配管
１０ 熱交換器
１１ 加熱装置
１２ 温水供給制御弁
１３ 温水供給配管

Claims (2)

1. 被冷却物を収容する冷却槽、冷却槽内の空気を排出する真空発生装置、冷却槽と真空発生装置をつなぐ真空配管、真空配管の途中に設けておき冷却槽から吸引された空気の冷却を行う熱交換器、熱交換器へ供給する冷却用水をためる水槽を持ち、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において、前記水槽にためた水を加熱する加熱装置、加熱装置で加熱した水槽内の水を真空配管へ送る温水供給配管、温水供給配管内での水槽から真空配管内への温水供給を制御する温水供給制御弁を設け、冷却用水をためる水槽は常温水槽と低温水槽を準備し、前記加熱装置は常温水槽に設けておき、真空配管内の殺菌を行う場合、水槽内の水を加熱して温水とし、さらに真空配管内を減圧した状態で温水供給制御弁を開き、真空配管内へ温水を導入することによって真空冷却装置で温水を蒸発させ、発生した蒸気によって真空配管内を加熱するようにし、冷却運転時に使用した低温の冷却水は冷却水槽に戻し、真空配管内の加熱には常温水槽にためた水を加熱することで温水を作成するようにした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、真空配管内の減圧と、真空配管への温水導入を交互に複数回繰り返すことで、真空冷却装置をさらに加熱するようにしたことを特徴とする真空冷却装置。

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