JP2018084367A - 真空冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】真空冷却装置において、被冷却物温度に基づく真空冷却終了時期の誤判定によって誤った制御が行われることを防止する。【解決手段】被冷却物を収容する処理槽２と、処理槽内の気体を吸引する真空発生装置１を持ち、処理槽内を真空化することで処理槽内に収容している被冷却物７の冷却を行う真空冷却装置であって、処理槽内の被冷却物温度を計測する温度計測装置４を設けておき、前記温度計測装置４での計測温度が目標温度となるまで処理槽内部を減圧し、目標温度に到達すると真空冷却を終了するようにしている真空冷却装置において、処理槽内の圧力を検出する圧力計測装置５を設置しておき、前記温度計測装置４で検出した被冷却物温度と、前記圧力計測装置５で検出した処理槽内圧力の両方の値に基づいて、真空冷却終了の判定を行う。【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処理槽内に収容し、処理槽内を減圧することによって被冷却物内の水分を蒸発させ、蒸発による気化熱によって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。

特開２０１４−１５２９８２号公報に記載があるように、被冷却物を収容している処理槽内の気体を外部へ排気し、処理槽内を減圧することで、処理槽内の圧力を処理槽内に収容している被冷却物の飽和蒸気圧力よりも低下させ、被冷却物内から水分を蒸発させることにより、その気化熱を利用して被冷却物の冷却を図る真空冷却装置が知られている。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。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細菌が繁殖しやすい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。

真空冷却装置には、目標とする被冷却物の冷却温度を設定しておき、処理槽内に収容した被冷却物の温度が目標温度になるまで処理槽内を減圧しての真空冷却を行う。処理槽には被冷却物の温度を検出する温度計測装置を設置する。被冷却物の温度検出は、温度計測装置の検温部を被冷却物内に差し込み、被冷却物の温度を直接検出する。処理槽内を減圧し、被冷却物内から水分を蒸発させると、気化熱によって被冷却物の温度は低下し、被冷却物の温度が所望の目標温度以下になると、冷却を終了する。真空冷却終了後は処理槽内へ外気を導入し、処理槽内を大気圧まで復圧してから被冷却物を取り出す。

また、被冷却物の温度検出には、被冷却物に直接差し込む他に、雰囲気温度で検出する場合もある。温度計測装置は処理槽内の雰囲気温度を検出するようにしておき、雰囲気温度に基づいて真空冷却の終了を判定する。真空冷却を行うと、被冷却物からは蒸気が発生し、蒸気の温度は被冷却物の温度低下に伴って低下していく。そのため処理槽内の蒸気温度を検出することでも、被冷却物の温度変化を検出できるため、雰囲気温度に基づいても真空冷却の終了を判定することができる。

以上のように真空冷却の終了は温度を検出することによって行っているが、冷却が十分に行われていない段階で冷却終了との誤判定が行われることがあった。例えば、被冷却物は真空冷却の開始前から放熱による自然冷却は行われており、被冷却物の表面近くの部分では温度が低くなることで、被冷却物には温度のムラが発生していることがある。温度計測装置の検温部を被冷却物内に差し込む場合、検温部は被冷却物内部の高温な部分に差し込むようにするが、冷却開始後に振動などの影響で被冷却物表面側の低温部が温度計測装置の検温部に移動し、温度計測装置で検出している品温が一時的に低下することがある。この場合、被冷却物全体の温度はまだ冷却が必要な温度であるが、検出温度は目標温度まで低下しているということになると、その時点で冷却を終了することになる。また、処理槽内の雰囲気温度を検出している場合でも、冷却開始直後であって被冷却物からの蒸気が発生していない場合などには、蒸気温度ではなく気温を検出してしまうことがあった。この場合も、気温が冷却終了温度以下になっていると、冷却が終了したと誤った判定を行うことになる。温度の誤検知によって冷却運転が終了した場合、被冷却物の冷却は行えていないのに冷却済みとされるため、冷却が行われないまま放置されることになり、冷却終了までの時間が長くなることになっていた。

特開２０１４−１５２９８２号公報

本発明が解決しようとする課題は、処理槽内を減圧することで処理槽内の被冷却物を冷却する真空冷却装置であって、被冷却物の温度を検出し、被冷却物温度が目標温度に低下するまで処理槽内を減圧して真空冷却を行うようにしている真空冷却装置において、被冷却物温度に基づく真空冷却終了時期の誤判定によって誤った制御が行われることを防止す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処理槽と、処理槽内の気体を吸引する真空発生装置を持ち、処理槽内を真空化することで処理槽内に収容している被冷却物の冷却を行う真空冷却装置であって、処理槽内の被冷却物温度を計測する温度計測装置を設けておき、前記温度計測装置での計測温度が目標温度となるまで処理槽内部を減圧し、目標温度に到達すると真空冷却を終了するようにしている真空冷却装置において、処理槽内の圧力を検出する圧力計測装置を設置しておき、前記温度計測装置で検出した被冷却物温度と、前記圧力計測装置で検出した処理槽内圧力の両方の値に基づいて、真空冷却終了の判定を行うようにしている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、圧力計測装置によって検出している処理槽内の圧力が所定圧力以下となり、かつ温度計測装置で検出した被冷却物温度が目標温度に到達した場合に、真空冷却終了の判定を行うようにしているものであることを特徴とする。

本発明を実施することにより、真空冷却が不十分な状態で真空冷却終了の誤判定によって正しく冷却されていない段階で真空冷却工程を終了してしまうということを防止することができる。

本発明を実施している真空冷却装置のフロー図 本発明を実施している他の実施例での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は本発明を実施している真空冷却装置のフロー図、図２は本発明を実施している他の実施例での真空冷却装置のフロー図である。図１と図２の違いは、温度計測装置４の検温部を被冷却物７内に差し込んでいるか、被冷却物７の周囲に設置しているかの違いであって、基本的な構造は共通である。真空冷却装置は、被冷却物７を収容する処理槽２と、処理槽２内の気体を排出する真空発生装置１を持つ。真空冷却装置は、処理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処理槽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で処理槽２と接続しており、処理槽２内の気体は真空発生装置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、処理槽２から吸引してきた気体を冷却するための熱交換器８を設けておく。処理槽から吸引している気体は被冷却物内から蒸発させた蒸気を含んでおり、水分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の効率が悪くなる。そのために真空配管９の途中に熱交換器８を設けており、熱交換器８で吸引気体の冷却を行うことで蒸気を凝縮させ、真空発生装置１で排出しなければならない気体の体積を縮小する。熱交換器８には冷却用の冷水を供給する冷水ユニット３を接続しており、冷水ユニット３と熱交換器８の間で冷水の循環を行わせるようにしている。熱交換器８で分離した凝縮水は、熱交換器８の下方に設置している凝縮水タンクにためておき、冷却運転終了後に凝縮水タンクから排出する。

処理槽２には処理槽内の圧力を計測する圧力計測装置５と、被冷却物７の温度を計測する温度計測装置４を設けておく。圧力計測装置５で計測した処理槽内の圧力と温度計測装置４で計測した被冷却物の温度は、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、真空発生装置１や外気取込弁１０など、真空冷却装置の各機器を制御することで真空冷却装置の運転を行うものである。運転制御装置６では、経過時間や温度計測装置５で計測している被冷却物７の温度、圧力計測装置５で計測している処理槽内圧力などに基づいて各装置を制御する。

真空冷却を行う場合、先に冷水ユニット３を作動し、熱交換器８のタンクに冷水を準備しておく。そして処理槽２内に被冷却物７を収容し、処理槽２の扉を閉じて処理槽２内を密閉した状態で真空発生装置１の作動を行う。真空発生装置１を作動すると、処理槽２内の空気が真空配管９を通して真空発生装置１へ送られ、真空発生装置１から系外へ空気を排出する。真空配管９を通して送られる空気は、熱交換器８を通る際に冷却されて体積を縮小する。特に空気中に蒸気が含まれていた場合、気体を冷却することで凝縮させると体積は大幅に縮小させることができる。

真空冷却運転では、温度計測装置４で検出している被冷却物７の温度が目標温度に到達するまで真空発生装置１の運転を継続し、処理槽２内の圧力を低下させる。温度計測装置４で検出している被冷却物７温度が目標温度に到達すると、真空発生装置１の運転を停止し、次いで外気取込弁１０を開いて処理槽２内へ外気を取り込み、処理槽内を大気圧まで復圧して被冷却物７を取り出す。

ただし、真空冷却運転終了の決定は、温度計測装置４によって検出している被冷却物の温度のみで決定するのではなく、圧力計測装置５で検出している処理槽内の圧力値を加味して行う。圧力計測装置５で検出している処理槽内の圧力値が所定値以下であって、かつ温度計測装置４で検出している被冷却物の温度が目標温度まで低下したことを検出した場合に、真空冷却が終了したと判断する。

高温となっている被冷却物を冷却する場合、被冷却物の表面に近い部分では真空冷却を行う前から放熱によって自然に冷却が進むため、被冷却物内では表面近くであって温度の低下した部分と中心部の温度が高い部分ができ、温度のムラが発生している状態で真空冷却を行うことになる。真空冷却は、被冷却物内での水分の蒸発によって冷却するものであるため、被冷却物の表面近くは低温であって被冷却物の中心に高温部があった場合でも、中心高温部を急速に冷却することができ、温度ムラは冷却に障害となるものではない。温度計測装置４による検温は、検温部を被冷却物７内に差し込み、被冷却物中心近くの温度を検出するが、被冷却物が液体状であって内部の流動性が高いと、被冷却物の内部では温度ムラの部分が移動することがある。振動などの影響で被冷却物内の低温部が移動して温度計測装置４の検温部に来てしまった場合、温度計測装置４では被冷却物の高温部を検出しているつもりであっても、実際に検出しているのは特異点である低温部の温度を検出しているということになる。

そしてその場合、温度計測装置４で検出している温度のみに基づいて冷却の終了を判定していると、被冷却物全体としては冷却が不十分な状態でも、検出温度で判定すると冷却終了の要件を満たしているとの誤判定を行うことになる。この場合、冷却終了の判定に圧力計測装置５で検出している処理槽２内圧力も加味するようにしておき、処理槽２内の圧力が所定圧力以下となることを要件としておくと、真空冷却の工程が進むまでは終了と判定しないことになる。この所定圧力は、被冷却物の飽和蒸気圧力より低い値としておく。処理槽内の圧力が被冷却物の飽和蒸気圧力より低くなると、被冷却物内では沸騰が発生して内部が撹拌される。すると、被冷却物内での温度ムラがなくなり、特異点の低温部を検出することはなくなるため、温度計測装置４で検出している温度が目標温度まで低下した場合には、被冷却物の全体が目標温度まで低下していることが分かる。温度計測装置４で検出している温度だけでなく、圧力計測装置５で検出している圧力も所定値以下まで低下している場合に真空冷却を終了することで、冷却が不十分な状態で冷却運転を終了する不具合の発生を防止することができる。

また、温度計測装置４は処理槽２内の雰囲気温度を検出する場合も同様である。被冷却物に温度計測装置４の検温部を差し込むことができない場合などでは、温度計測装置４で処理槽内の雰囲気温度を検出し、その温度に基づいて冷却の終了を判定することも行われている。処理槽内を減圧すると被冷却物内から蒸気が発生し、被冷却物の温度低下に連れて被冷却物から発生する蒸気の温度は低下していく。そのため、被冷却物から蒸発してきた蒸気の温度を検出することで被冷却物７の温度を間接的に計測し、雰囲気温度に基づいて真空冷却の終了時期を判定することができる。この場合にも、温度計測装置４の検温部位置によっては、被冷却物７から発生している蒸気ではなく、被冷却物７内での気温を検出してしまうことがある。その場合の気温は蒸気温度より低く、気温が真空冷却の終了を判定する温度より低いと真空冷却の終了時期を誤判定することがあった。

雰囲気温度に基づいて真空冷却終了時期を判定する場合も、処理槽内の圧力が被冷却物の冷却開始時の飽和蒸気圧力よりも低い値とした所定圧力以下に低下した以降とする。処理槽内の圧力が被冷却物の飽和蒸気圧力以下になると、処理槽内は被冷却物から発生した蒸気で満たされているため、温度計測装置４で検出している温度は気温ではなく蒸気温度となる。そのため、気温を被冷却物からの蒸気温度と取り違えることによる真空冷却終了時期の誤判定を防止することができる。

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 処理槽
３ 冷水ユニット
４ 温度計測装置
５ 圧力計測装置
６ 運転制御装置
７ 被冷却物
８ 熱交換器
９ 真空配管
１０ 外気取込弁

Claims (2)

1. 被冷却物を収容する処理槽と、処理槽内の気体を吸引する真空発生装置を持ち、処理槽内を真空化することで処理槽内に収容している被冷却物の冷却を行う真空冷却装置であって、処理槽内の被冷却物温度を計測する温度計測装置を設けておき、前記温度計測装置での計測温度が目標温度となるまで処理槽内部を減圧し、目標温度に到達すると真空冷却を終了するようにしている真空冷却装置において、処理槽内の圧力を検出する圧力計測装置を設置しておき、前記温度計測装置で検出した被冷却物温度と、前記圧力計測装置で検出した処理槽内圧力の両方の値に基づいて、真空冷却終了の判定を行うようにしている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、圧力計測装置によって検出している処理槽内の圧力が所定圧力以下となり、かつ温度計測装置で検出した被冷却物温度が目標温度に到達した場合に、真空冷却終了の判定を行うようにしているものであることを特徴とする真空冷却装置。
   

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