JP6662118B2

JP6662118B2 - 真空冷却装置

Info

Publication number: JP6662118B2
Application number: JP2016047403A
Authority: JP
Inventors: 雅夫蔵野
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2020-03-11
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: JP2017161184A

Description

本発明は、食材や食品などを冷却するための真空冷却装置に関する。

特許文献１、特許文献２等に開示されるように、被冷却物が収容された処理槽内を減圧して、被冷却物中の水分を気化し、その気化熱で被冷却物を冷却する真空冷却装置が知られている。このような真空冷却装置では、被冷却物に品温センサを付けて、この品温センサによる被冷却物の温度に基づいて、目標温度帯まで真空冷却することが行われている。

特許文献１には、処理槽内の圧力を検出して減圧制御を行い、圧力センサの故障時に時間制御により、減圧制御を行うことが記載されている。

特許文献２には、２つの品温センサによる同じ被冷却物の品温を検出し、検出温度に基づいて冷却運転の制御を行うことが記載されている。そして、どちらかの品温センサに異常が発生したときには、異常の発生していない品温センサの検出温度に基づいて冷却運転の制御を行うことが記載されている。

特許文献３には、品温センサの挿し忘れによって過剰な冷却等による被冷却物の品質低下を防ぐために、被冷却物の冷却開始前又は冷却開始後に品温センサの挿し忘れを判定し、挿し忘れが判定されたとき、被冷却物の冷却を開始させないか、冷却を停止させることが記載されている。

特許文献１に記載の時間による代替制御では、被冷却物の実際の温度と必要な減圧度との差異が生じ、なおかつ被冷却物によっては、その温度差による品質不良や飛散による歩留りの減少が起こるという問題がある。
特許文献２に記載の方法は、複数の品温センサを備えることが前提となっており、１個の品温センサの検出温度に基づいて冷却運転の制御を行う冷却装置に適用することは、できない。
特許文献３に記載の方法は、品温センサの挿し忘れが判定されたとき、被冷却物の冷却を開始させないか、冷却を停止させるものであって、冷却制御の代替方法を開示するものではない。

特開平１１−１３７２２７号公報特開２００１−２０８６１７号公報特開２０１０−１４４９８１号公報

品温センサの検出温度に基づいて冷却運転の制御を行う場合に、仮に品温センサの故障時や差し込み不良等の異常が発生したときには、真空冷却装置の運転を停止する以外に方法はなかった。

本発明は、品温センサの故障時や差し込み不良等の異常が発生したときにおいても、冷却制御を停止することなく冷却動作を継続することのできる真空冷却装置を提供することを目的とする。

本発明は、被冷却物を収容する冷却槽と、前記被冷却物の温度を検出する品温センサと、前記冷却槽の内部の圧力を検出する圧力センサと、前記冷却槽を減圧する真空吸入ラインと、前記真空吸入ラインに接続された真空吸引部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記品温センサの検出温度に基づいて、前記真空吸引部の作動を制御する第１減圧制御部と、前記圧力センサの検出圧力に基づいて、前記真空吸引部の作動を制御する第２減圧制御部と、前記品温センサに異常が発生しているか否かを判定する品温センサ異常判定部と、前記品温センサ異常判定部により前記品温センサに異常が発生していると判定した場合、前記第１減圧制御部による前記真空吸引部の作動制御を停止させ、前記第２減圧制御部による前記真空吸引部の作動制御を起動する減圧制御切替部と、を備える真空冷却装置に関する。

前記品温センサ異常判定部は、前記品温センサの検出温度の変化率に基づいて前記品温センサに異常が発生しているか否かを判定することが好ましい。

前記品温センサ異常判定部は、前記品温センサが検出温度を出力しない場合に前記品温センサに異常が発生していると判定することが好ましい。

前記品温センサ異常判定部は、前記品温センサの検出温度が所定範囲外の値を示す場合に前記品温センサに異常が発生していると判定することが好ましい。

本発明によれば、品温センサが万が一故障しても、バックアップとして、圧力センサの検出圧力に基づく減圧制御に切り替え、真空冷却装置を停止することなく継続して運転することができる。

本発明の真空冷却装置１の一実施形態の概略構成を示す模式図である。本実施形態に係る動作判定部及び制御切替部としての制御部５の構成を示す機能ブロック図である。本実施形態に係る真空冷却装置１の動作を示すフローチャートである。本実施形態に係る真空冷却装置１の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の真空冷却装置の好ましい一実施形態につき、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の真空冷却装置１の一実施形態の概略構成を示す模式図である。

図１に示すように、真空冷却装置１は、冷却槽２と、減圧手段３と、復圧手段４と、制御装置５と、を備える。

冷却槽２は、被冷却物２３を収容する。冷却槽２は、被冷却物２３を出し入れするための開閉扉（図示せず）を備えており、この開閉扉を閉じることで冷却槽２は完全に密閉可能となる。本実施例では、被冷却物２３として食材が同時に冷却槽２内に収容される。

冷却槽２には、冷却槽２内に収容される被冷却物２３である食材の温度を検出する品温センサ２１が備えられている。この品温センサ２１は、冷却槽２内に収容される食材に差し込まれる等して、その箇所の温度を計測する。

冷却槽２には、冷却槽２内の圧力を検出するための圧力センサ２２が備えられている。

減圧手段３は、真空吸引部３１を備え、この真空吸引部３１は真空吸入ライン３３を介して冷却槽２と接続される。
真空吸引部３１は、例えば、水封式真空ポンプを備えて構成される。
真空吸入ライン３３には、熱交換器３２を設けることが好ましい。また、減圧ライン３３の熱交換器３２の上流側に蒸気エゼクタ（図示せず）を設けてもよい。

熱交換器３２は、真空吸入ライン３３内の食材蒸気及び（蒸気エゼクタを設ける場合）蒸気エゼクタの蒸気を冷却し凝縮させるものである。真空吸入ライン３３内の食材蒸気及び蒸気エゼクタの蒸気を予め冷却し凝縮させておくことで、真空吸入ライン３３の流体の温度を低下させるとともに、排出される流体の体積を減少させる。そうすることで、真空吸引部３１の負荷を軽減して、冷却槽２内の減圧を有効に図ることができる。

蒸気エゼクタは、蒸気を噴出させることにより冷却槽２内の流体を吸引排出させる。蒸気エゼクタによって真空吸引部３１の吸引側の圧力を高めることができ、冷却槽２内の減圧を有効に図ることができる。

復圧手段４は、減圧された冷却槽２へ外気を導入して、真空状態を解除し復圧する手段である。具体的には、外気は、フィルター４１を介して取り込まれ、復圧ライン４２を介して冷却槽２内へ供給可能とされている。
復圧ライン４２の中途には、外気と冷却槽２内との連通の有無を切り替える復圧操作弁４３が設けられる。従って、復圧操作弁４３を閉じた状態で、減圧手段３により冷却槽２内を減圧した後、減圧手段３による減圧を停止して、復圧操作弁４３を開放することで、冷却槽２内の真空状態を解除して大気圧下に戻すことができる。

復圧操作弁４３は、比例制御弁のように、その開度が任意に調整可能に構成されている。従って、減圧手段３による冷却槽２内の減圧時に、復圧操作弁４３の開度を調整することで、冷却槽２内の圧力を任意に調整可能となる。
より具体的には、復圧操作弁４３の開度を調整しつつ、減圧手段３による減圧操作を行うことで、冷却槽２内の圧力調整を容易に行うことができる。

制御部５は、減圧手段３や復圧手段４等を制御する。本実施例では、品温センサ２１、圧力センサ２２、真空吸引部３１、及び復圧操作弁４３は、制御部５に接続され、制御部５により各種制御が可能とされる。

図２は、制御部５の機能的構成を示す機能ブロック図である。
品温センサ２１の故障時や差し込み不良等の異常が発生したときにおいても、冷却制御を停止することなく冷却動作を継続することのできるように、制御部５は、図２に示すように、第１減圧制御部５１と、第２減圧制御部５２と、品温センサ異常判定部５３と、減圧制御切替部５４と、を備える。

第１減圧制御部５１は、品温センサ２１の検出温度に基づいて、検出温度が予め設定された目標温度に到達するまで真空吸引部３１の作動を制御する。ここで、目標温度とは、被冷却物２３の目標とする冷却温度である。
第１減圧制御部５１は、被冷却物２３を冷却槽２内に収納して、標準的な速度として予め設定された減圧速度で冷却する段階において、被冷却物２３の測定開始から所定の経過時間での温度低下の度合い、すなわち温度変化量（温度勾配）を測定し、被冷却物２３の温度変化量（温度勾配）に基づいて、復圧操作弁４３の開度を調整しつつ、減圧手段３による減圧操作を行うことで、冷却槽２内の減圧速度を調節するように構成される。すなわち、第１減圧制御部５１は、当該温度変化量が大きいときは、冷却槽２内の減圧速度を標準的減圧速度より遅くして、温度変化量が小さいときは、冷却槽２内の減圧速度を突沸しない程度に標準的減圧速度より早くするように、被冷却物２３の温度変化量（温度勾配）に基づいて、復圧操作弁４３の開度を調整しつつ、減圧手段３による減圧操作を行うことで、冷却槽２内の減圧速度を調節するように構成される。
なお、第１減圧制御部５１は、被冷却物２３の測定開始から所定の経過時間での温度変化量（温度勾配）を測定し、測定された温度変化量（温度勾配）に基づいて冷却負荷量を判定し、当該冷却負荷量に基づいて、冷却槽２内の減圧速度を調節するように構成してもよい。
第１減圧制御部５１は、被冷却物２３を冷却し、品温センサ２１の検出温度が目標温度に到達することで、減圧手段３による減圧を停止して、復圧操作弁４３を開放することで、冷却槽２内の真空状態を解除して大気圧下に戻す。
なお、被冷却物２３の特性（例えば、冷却され難いといった冷却特性）に応じて、第１減圧制御部５１は、品温センサ２１の検出温度が目標温度に到達した後、例えば復圧操作弁４３の開度を調整しつつ、減圧手段３による減圧操作を行うことで、品温センサ２１の検出温度が所定時間（維持時間）、目標温度を維持した後に、減圧手段３による減圧を停止して、復圧操作弁４３を開放することで、冷却槽２内の真空状態を解除して大気圧下に戻すように構成してもよい。そうすることで、冷却ムラを無くすようにすることができる。

このように、第１減圧制御部５１は、品温センサ２１により測定された温度変化量又は当該温度変化量から判定された冷却負荷量に基づいて、復圧操作弁４３の開度を調整しつつ、減圧手段３による減圧操作を行うことで、冷却槽２内の減圧速度調節を行い、品温センサ２１の検出温度が目標温度に到達することで、減圧手段３による減圧を停止する。

第２減圧制御部５２は、圧力センサ２２の検出圧力に基づいて、真空吸引部３１の作動を制御する。具体的には、第２減圧制御部５２は、冷却槽２の内部圧力が、予め設定された目標温度に基づいて算出される目標圧力値に到達するまで減圧する。
ここで、目標圧力値は目標温度に対応する飽和圧力として算出してもよい。また、被冷却物２３によっては、必ずしもすぐに冷却されるとは限らないため、目標温度から予め設定された所定温度ΔＴ（例えば２度）を減算した第１目標温度に対応する飽和圧力値として算出してもよい。
第２減圧制御部５２は、例えば、被冷却物２３を冷却槽２内に収納して、標準的な速度として予め設定された減圧速度で冷却する段階において、冷却槽２内の検出圧力の所定の経過時間での圧力変化量を測定し、被冷却物２３の圧力変化量に基づいて、復圧操作弁４３の開度を調整しつつ、減圧手段３による減圧操作を行うことで、冷却槽２内の減圧速度を調節するように構成される。すなわち、第２減圧制御部５２は、当該圧力変化量が大きいときは、冷却槽２内の減圧速度を標準的減圧速度より遅くして、圧力変化量が小さいときは、冷却槽２内の減圧速度を突沸しない程度に標準的減圧速度より早くするように、冷却槽２内の圧力変化量に基づいて、復圧操作弁４３の開度を調整しつつ、減圧手段３による減圧操作を行うことで、冷却槽２内の減圧速度を調節するように構成される。
なお、第２減圧制御部５２は、冷却槽２内の圧力の測定開始から所定の経過時間での圧力変化量を測定し、測定された圧力変化量に基づいて冷却負荷量を判定し、当該冷却負荷量に基づいて、冷却槽２内の減圧速度を調節するように構成してもよい。
第２減圧制御部５２は、被冷却物２３を冷却し、圧力センサ２２の検出圧力が目標圧力に到達することで、減圧手段３による減圧を停止させ、復圧操作弁４３を開放させる。
なお、被冷却物２３の特性（例えば、冷却され難いといった冷却特性）に応じて、第２減圧制御部５２は、冷却槽２内の圧力が目標圧力値に到達した後、復圧操作弁４３の開度を調整しつつ、減圧手段３による減圧操作を行うことで、冷却槽２内の圧力を所定時間（維持時間）、目標圧力値に維持した後に、減圧手段３による減圧を停止して、復圧操作弁４３を開放することで、冷却槽２内の真空状態を解除して大気圧下に戻すように構成してもよい。そうすることで、冷却ムラを無くすようにすることができる。

このように、第２減圧制御部５２は、圧力センサ２２により測定された圧力変化量又は当該圧力変化量から判定された冷却負荷量に基づいて、復圧操作弁４３の開度を調整しつつ、減圧手段３による減圧操作を行うことで、冷却槽２内の減圧速度調節を行うことができる。

品温センサ異常判定部５３は、品温センサ２１に異常が発生しているか否かを判定する。典型的には、品温センサ異常判定部５３は、品温センサ２１の異常信号を検出した場合、品温センサ２１に異常が発生していると判定する。

また、品温センサ異常判定部５３は、品温センサ２１の検出温度の変化率に基づいて品温センサ２１に異常が発生しているか否かを判定するように構成することができる。
例えば、品温センサ異常判定部５３は、所定の検出時間(例えば５秒間)に検出される検出温度の変化率が予め設定した第１判定温度変化率よりも小さいと判定した場合、被冷却物２３に品温センサ２１が正しく挿入されていないか又は被冷却物２３から品温センサ２１が外れたと推定し、品温センサ２１に異常が発生していると判定してもよい。
同様に品温センサ異常判定部５３は、所定の検出時間に検出される検出温度の変化率が予め設定した第２判定温度変化率よりも大きいと判定した場合、被冷却物２３に品温センサ２１が正しく挿入されていないか又は被冷却物２３から品温センサ２１が外れたと推定し、品温センサ２１に異常が発生していると判定してもよい。

また、品温センサ異常判定部５３は、品温センサ２１が検出温度を出力しない場合に、前記品温センサに異常が発生していると判定してもよい。

また、品温センサ異常判定部５３は、品温センサ２１の検出温度が測定範囲外となり、品温センサ２１が正常に判定しえる温度を超えた場合、品温センサ２１に異常が発生していると判定してもよい。

減圧制御切替部５４は、品温センサ異常判定部５３により品温センサ２１に異常が発生していると判定した場合、第１減圧制御部５１による真空吸引部３１の作動制御を停止させる。その後、減圧制御切替部５４は、冷却槽２の内部圧力が、予め設定された目標温度に基づいて算出される目標圧力値に到達するまで減圧するように、第２減圧制御部５２による真空吸引部３１の作動制御を起動する。
ここで、予め設定された目標温度に基づいて算出される目標圧力値は、目標温度を設定した際に制御部５により予め算出されていてもよい。また、減圧制御切替部５４が目標温度に基づいて目標圧力値を算出するようにしてもよい。又は、第２減圧制御部５２が目標温度に基づいて目標圧力値を算出するようにしてもよい。
そうすることで、第２減圧制御部５２は、冷却槽２の内部圧力が目標圧力値に到達するまで減圧する。、

次に、図３及び図４を参照して、本実施形態に係る真空冷却装置１の動作について説明する。図３及び図４は、本実施形態に係る真空冷却装置１の動作の一例を示すフローチャートである。
ここでは、被冷却物２３の目標とする冷却温度である目標温度Ｔ０から予め設定された所定温度ΔＴを減算した第１目標温度（Ｔ０−ΔＴ）に対応する飽和圧力値Ｐ０を予め算出しておくものとする。

ステップＳＴ１において、被冷却物を冷却槽２に収容し、扉を閉めた後、予め入力された目標温度Ｔ_０に基づいて、第１目標温度（Ｔ_０−ΔＴ）に対応する飽和圧力値である目標圧力値Ｐ_０を算出する。

ステップＳＴ２において、運転スイッチがＯＮにされることにより、第１減圧制御部５１は、真空冷却装置１を起動し、減圧（冷却）を開始する。

ステップＳＴ３において、第１減圧制御部５１は、品温センサ２１の検出温度に基づいて、検出温度が目標温度Ｔ_０に到達するように、減圧手段３による減圧制御を行う。

ステップＳＴ４において、品温センサ異常判定部５３は、品温センサ２１に異常が発生しているか否かを判定する。品温センサ２１に異常が発生していると判定する場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳＴ１０に移る。品温センサ２１に異常が発生していないと判定する場合（Ｎｏの場合）、ステップＳＴ５に移る。

ステップＳＴ５において、第１減圧制御部５１は、品温センサ２１による検出温度が目標温度Ｔ_０に到達したか否かを判定する。目標温度Ｔ_０に到達した場合（Ｙｅｓの場合）ステップＳＴ６に移る。目標温度Ｔ_０に到達していない場合（Ｎｏの場合）、ステップＳＴ３に戻る。

ステップＳＴ６において、第１減圧制御部５１は、品温センサ２１の検出温度が所定時間（維持時間）、目標温度を維持するように、復圧操作弁４３の開度を調整しつつ、減圧手段３による減圧操作を行う。

ステップＳＴ７において、第１減圧制御部５１は、減圧手段３による減圧を停止する。

ステップＳＴ８において、第１減圧制御部５１は、復圧操作弁４３を開放し、冷却槽２内の真空状態を解除して大気圧下に戻す。

（品温センサ２１に異常が発生した場合の処理）
ステップＳＴ１０において、減圧制御切替部５４は、第１減圧制御部５１による減圧手段３による減圧制御を停止させる。

ステップＳＴ１１において、減圧制御切替部５４は、第２減圧制御部５２を起動させる。

ステップＳＴ１２において、第２減圧制御部５２は、圧力センサ２２の検出圧力に基づいて、検出圧力が目標圧力Ｐ_０に到達するように、減圧手段３による減圧制御を行う。

ステップＳＴ１３において、第２減圧制御部５２は、圧力センサ２２による検出圧力が目標圧力値Ｐ_０に到達したか否かを判定する。目標圧力Ｐ_０に到達した場合（Ｙｅｓの場合）ステップＳＴ１４に移る。目標圧力Ｐ_０に到達していない場合（Ｎｏの場合）、ステップＳＴ１２に戻る。

ステップＳＴ１４において、第２減圧制御部５２は、所定時間、冷却槽２内の圧力を目標圧力値Ｐ_０に維持するように、復圧操作弁４３の開度を調整しつつ、減圧手段３による減圧操作を行う。

ステップＳＴ１５において、第２減圧制御部５２は、減圧手段３による減圧を停止する。

ステップＳＴ１６において、第２減圧制御部５２は、復圧操作弁４３を開放し、冷却槽２内の真空状態を解除して大気圧下に戻す。

なお、ステップＳＴ６又はステップＳＴ１４については、被冷却物２３の特性（例えば、冷却され易いといった冷却特性）に応じて、省略してもよい。すなわち、ステップＳＴ５において、目標温度Ｔ_０に到達した場合（Ｙｅｓの場合）ステップＳＴ７に移るように構成してもよい。また、ステップＳＴ１３において、目標圧力Ｐ_０に到達した場合（Ｙｅｓの場合）ステップＳＴ１５に移るように構成してもよい。

以上のように、本実施形態の真空冷却装置１は、品温センサ２１の検出温度に基づいて、真空吸引部３１の作動を制御する第１減圧制御部５１と、圧力センサ２２の検出圧力に基づいて、真空吸引部３１の作動を制御する第２減圧制御部５２と、品温センサ２１に異常が発生しているか否かを判定する品温センサ異常判定部５３と、品温センサ異常判定部５３により品温センサ２１に異常が発生していると判定した場合、第１減圧制御部５１による真空吸引部３１の作動制御を停止させ、第２減圧制御部５２による真空吸引部３１の作動制御を起動する減圧制御切替部５４と、を備える。
これにより、品温センサ２１が万が一故障しても、バックアップとして、圧力センサ２２の検出圧力に基づく減圧制御に切り替え、真空冷却装置１を停止することなく継続して運転することができる。

また、本実施形態の真空冷却装置１の品温センサ異常判定部５３は、品温センサ２１の検出温度の変化率に基づいて品温センサ２１に異常が発生しているか否かを判定する。

また、本実施形態の真空冷却装置１の品温センサ異常判定部５３は、品温センサ２１が検出温度を出力しない場合に品温センサ２１に異常が発生していると判定する。

また、本実施形態の真空冷却装置１の品温センサ異常判定部５３は、品温センサ２１の検出温度が所定範囲外の値を示す場合に品温センサ２１に異常が発生していると判定する。
これにより、品温センサ２１の異常を早期に発見することができ、圧力センサ２２の検出圧力に基づく減圧制御に切り替えることができる。

以上、この発明を実施形態により説明したが、この発明は、その主旨を変更しない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

［変形例］
本実施形態において、真空吸引部３１は、真空ポンプとして水封式真空ポンプを適用してもよい。水封式真空ポンプは、封水を供給することで内部に液体リングを形成し、この液体リングの回転により空気の吸引、排出を行う。
また、これに代えて又はこれに加えて、蒸気エゼクタを備えてもよい。

１真空冷却装置
２冷却槽
２１品温センサ
２２圧力センサ
３減圧手段
３１真空吸引部
３２熱交換器
３３真空吸入ライン
４復圧手段
４１フィルター
４２復圧ライン
４３復圧操作弁
５制御部
５１第１減圧制御部
５２第２減圧制御部
５３品温センサ異常判定部
５４減圧制御切替部

Claims

被冷却物を収容する冷却槽と、
前記被冷却物の温度を検出する品温センサと、
前記冷却槽の内部の圧力を検出する圧力センサと、
前記冷却槽を減圧する真空吸入ラインと、
前記真空吸入ラインに接続された真空吸引部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記品温センサの検出温度に基づいて、前記検出温度が予め設定される目標温度に到達するまで、前記真空吸引部の作動を制御する第１減圧制御部と、
前記圧力センサの検出圧力に基づいて、前記検出圧力が前記目標温度から予め設定された所定温度を減算した第１目標温度に対応する飽和圧力値に到達するまで、前記真空吸引部の作動を制御する第２減圧制御部と、
前記品温センサに異常が発生しているか否かを判定する品温センサ異常判定部と、
前記品温センサ異常判定部により前記品温センサに異常が発生していると判定した場合、前記第１減圧制御部による前記真空吸引部の作動制御を停止させ、前記第２減圧制御部による前記真空吸引部の作動制御を起動する減圧制御切替部と、
を備える真空冷却装置。
前記品温センサ異常判定部は、
前記品温センサの検出温度の変化率に基づいて前記品温センサに異常が発生しているか否かを判定する、請求項１に記載の真空冷却装置。
前記品温センサ異常判定部は、
前記品温センサが検出温度を出力しない場合に前記品温センサに異常が発生していると判定する、請求項１又は請求項２に記載の真空冷却装置。
前記品温センサ異常判定部は、
前記品温センサの検出温度が所定範囲外の値を示す場合に前記品温センサに異常が発生していると判定する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の真空冷却装置。