JP7035541B2 - 真空解凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、低圧蒸気により被解凍物の解凍を図る真空解凍装置に関するものである。

従来、下記特許文献１に開示されるように、低圧蒸気により被解凍物の解凍を図る真空解凍装置が知られている。当該文献の図面に基づき説明すると、真空解凍装置は、被解凍物が収容される処理槽（解凍室２）と、処理槽内を吸引排気して減圧する減圧手段（４）と、ボイラ（リボイラ１１）からの蒸気を処理槽内へ供給する給蒸手段（３）と、減圧下の処理槽内に外気を導入して復圧する復圧手段（５）とを備える。そして、真空解凍装置は、処理槽内から空気を排除する空気排除工程の後、減圧下の処理槽内へ蒸気を供給して被解凍物を解凍する解凍処理工程を実行する。

特開２００５－２３７６３３号公報

従来技術では、給蒸手段は、ボイラから処理槽内への給蒸路に給蒸弁を備え、給蒸弁を開けることで、ボイラからの蒸気を処理槽内へ供給する。この場合、給蒸弁の前後（言い換えればボイラと処理槽）で圧力が異なることになる。そのため、次のような問題点があった。

すなわち、処理槽内を減圧後、給蒸弁を開けて処理槽内へ蒸気を吹き込む際、圧力配管としての給蒸路から減圧下の処理槽内に蒸気が放出される。そのため、吹き込み口付近では、吹き込まれた蒸気が過熱蒸気（過加熱蒸気）となり、解凍温度を大きく上回る温度領域が発生するおそれがある。このような事態は、一時的であるにしても、槽内温度の上昇や温度ムラ発生の要因となるおそれがあり、その解消が望まれる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、処理槽内で蒸気が過熱されるのを防止して、所望温度でムラなく被解凍物を加熱できる真空解凍装置を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、被解凍物が収容される処理槽と、前記処理槽内の気体を外部へ吸引排出して前記処理槽内を減圧する減圧手段と、前記処理槽内と連通して設けられ、前記処理槽を介して前記減圧手段に接続され、貯留水が加熱されることで前記処理槽内へ蒸気を供給可能な蒸気発生タンクとを備え、前記蒸気発生タンク内の圧力に基づき、前記減圧手段による減圧と、前記蒸気発生タンクでの蒸気発生とを制御することを特徴とする真空解凍装置である。

請求項１に記載の発明によれば、蒸気発生タンク内が処理槽内と連通して設けられる。この場合、減圧手段により処理槽内を減圧すると、蒸気発生タンク内も同等圧力に減圧される。蒸気発生タンクでは処理槽内の圧力に応じた飽和蒸気が発生するため、その蒸気を処理槽内へ供給しても、処理槽内で過熱が生じるおそれがなく、所望温度でムラなく被解凍物を加熱することができる。
請求項１に記載の発明によれば、処理槽および蒸気発生タンク内の圧力ひいては温度を所望に調整して、所望温度でムラなく被解凍物を加熱することができる。

請求項２に記載の発明は、前記蒸気発生タンクは、貯留水中に蒸気が吹き込まれることで蒸気を発生させることを特徴とする請求項１に記載の真空解凍装置である。

請求項２に記載の発明によれば、蒸気発生タンクの貯留水中に蒸気を吹き込んで加熱することができる。処理槽内の減圧に伴い蒸気発生タンク内も所定に減圧された状態で、蒸気発生タンク内の貯留水に蒸気を吹き込むと、吹き込まれた蒸気は貯留水に熱を伝えて飽和蒸気になると共に、貯留水は蒸気発生タンクの圧力（処理槽内の減圧）に応じた温度で減圧沸騰し飽和蒸気を発生する。これにより、蒸気の過熱を防止して、所望温度でムラなく被解凍物を加熱することができる。

請求項３に記載の発明は、前記蒸気発生タンクは、貯留水がヒータで加熱されることで蒸気を発生させることを特徴とする請求項１に記載の真空解凍装置である。

請求項３に記載の発明によれば、蒸気発生タンク内の貯留水をヒータで加熱することができる。処理槽内の減圧に伴い蒸気発生タンク内も所定に減圧された状態で、蒸気発生タンク内の貯留水を加熱すると、圧力に応じた目標温度で減圧沸騰した飽和蒸気を処理槽内へ供給することができる。これにより、蒸気の過熱を防止して、所望温度でムラなく被解凍物を加熱することができる。

本発明の真空解凍装置によれば、処理槽内で蒸気が過熱されるのを防止して、所望温度でムラなく被解凍物を加熱することができる。

本発明の一実施例の真空解凍装置の概略図である。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例の真空解凍装置１を示す概略図である。

本実施例の真空解凍装置１は、被解凍物が収容される処理槽２と、この処理槽２内の気体を外部へ吸引排出して処理槽２内を減圧する減圧手段３と、処理槽２内と連通して設けられる蒸気発生タンク４と、減圧された処理槽２内へ外気を導入して処理槽２内を復圧する復圧手段５と、制御手段（図示省略）とを備える。

処理槽２は、被解凍物が収容される中空容器であり、扉で開閉可能とされる。たとえば、処理槽２は、略矩形の中空ボックス状に形成され、正面が扉で開閉可能とされる。処理槽２には、逆止弁からなる加圧解除弁６が設けられており、万一、処理槽２内が加圧される場合には、加圧解除弁６が自力で開いて、処理槽２内の圧力が大気圧に開放される。なお、処理槽２の底部には、所望により蒸気トラップなどを設けてもよい。

減圧手段３は、処理槽２内の気体を外部へ吸引排出して、処理槽２内を減圧する。本実施例では、減圧手段３として、処理槽２内からの排気路７に、蒸気エゼクタ８、蒸気凝縮用の熱交換器９、逆止弁１０、および水封式の真空ポンプ１１を備える。

蒸気エゼクタ８は、吸引口８ａが処理槽２に接続されて設けられ、入口８ｂから出口８ｃへ向けて、エゼクタ給蒸路１２からの蒸気がノズルで噴出可能とされる。入口８ｂから出口８ｃへ向けて蒸気を噴出させることで、処理槽２内の気体も吸引口８ａを介して出口８ｃへ吸引排出される。エゼクタ給蒸路１２に設けたエゼクタ給蒸弁１３の開閉を操作することで、蒸気エゼクタ８の作動の有無を切り替えることができる。

熱交換器９は、排気路７内の流体と冷却水とを混ぜることなく熱交換する間接熱交換器である。熱交換器９は、熱交給水路１４を介して冷却水が供給され、熱交排水路１５を介して冷却水が排出される。熱交給水路１４には、熱交給水弁１６と逆止弁１７とが設けられている。熱交給水弁１６を開けることで、熱交換器９に冷却水を通すことができる。熱交換器９に通水することで、熱交換器９において、排気路７内の蒸気を冷却水により冷却して凝縮させることができる。なお、熱交給水弁１６は、熱交給水路１４に設けられたが、場合により、熱交排水路１５に設けられてもよい。

真空ポンプ１１は、水封式であり、周知のとおり、封水と呼ばれる水が供給されつつ運転される。真空ポンプ１１への封水給水路１８には、封水給水弁１９が設けられており、この封水給水弁１９を開けることで、真空ポンプ１１に封水を供給することができる。封水給水弁１９の開閉は、真空ポンプ１１の発停と連動する。封水給水弁１９を開けた状態で真空ポンプ１１を作動させると、真空ポンプ１１は、熱交換器９の側から流体を吸引して排出する。

蒸気発生タンク４は、水を貯留する中空容器である。蒸気発生タンク４は、その形状を特に問わないが、本実施例では略円筒状に形成されている。この際、略円筒状の蒸気発生タンク４は、軸線を上下方向へ沿って配置され、上下の開口部は閉塞されている。

蒸気発生タンク４は、連通路２０を介して、処理槽２と連通して設けられる。本実施例では、連通路２０には弁は設けられず、蒸気発生タンク４内は処理槽２内と常時連通する。連通路２０は、好ましくは、一端部が蒸気発生タンク４の上部に接続され、他端部が処理槽２の下方側部に接続される。

蒸気発生タンク４は、設定水位まで水が貯留され、その貯留水が加熱されることで、処理槽２内へ蒸気を供給可能とされる。そのために、蒸気発生タンク４には、タンク給水手段２１、タンク排水手段２２およびタンク給蒸手段２３が設けられる。

タンク給水手段２１は、タンク給水路２４を介して、蒸気発生タンク４に水を供給する。蒸気発生タンク４へのタンク給水路２４には、タンク給水弁２５が設けられる。タンク給水弁２５を開けることで、蒸気発生タンク４に給水することができる。

タンク排水手段２２は、タンク排水路２６を介して、蒸気発生タンク４から水を排出する。蒸気発生タンク４からのタンク排水路２６には、タンク排水弁２７と逆止弁２８とが順に設けられる。タンク排水弁２７を開けることで、蒸気発生タンク４から排水することができる。

本実施例では、タンク給水路２４とタンク排水路２６とは、蒸気発生タンク４の下部に接続される。タンク給水弁２５よりも下流側（蒸気発生タンク４側）のタンク給水路２４と、タンク排水弁２７よりも上流側（蒸気発生タンク４側）のタンク排水路２６とは、共通管路２９とされている。

タンク給蒸手段２３は、タンク給蒸路３０を介して、蒸気発生タンク４内の貯留水中に蒸気（ボイラやリボイラからの蒸気）を吹き込んで、貯留水を加熱する。蒸気発生タンク４へのタンク給蒸路３０には、給蒸遮断弁３１とタンク給蒸弁３２とが順に設けられている。給蒸遮断弁３１は、開閉をオンオフで切り替えられる弁（たとえば電磁弁）であり、タンク給蒸弁３２は、好ましくは、開度を調整可能な弁（たとえば比例制御弁）である。給蒸遮断弁３１は、タンク給蒸弁３２を開ける際、連動して開けられる。給蒸遮断弁３１およびタンク給蒸弁３２を開けることで、蒸気発生タンク４内の貯留水中に蒸気を供給することができる。その際、タンク給蒸弁３２の開度を調整することで、蒸気発生タンク４内への蒸気供給量を調整することができる。なお、図示例では、蒸気発生タンク４内の上部には、蒸気の乾き度を向上するためのバッフル板３３が設けられている。

復圧手段５は、減圧された処理槽２内へ外気を導入して、処理槽２内を復圧する。本実施例では、復圧手段５として、処理槽２内への給気路３４に、エアフィルタ３５と真空解除弁３６とを備える。処理槽２内が減圧された状態で、真空解除弁３６を開けると、外気がエアフィルタ３５を介して処理槽２内へ導入され、処理槽２内を復圧することができる。真空解除弁３６は、好ましくは、開度調整可能な弁（たとえば比例制御弁）から構成される。

蒸気発生タンク４には、圧力センサ３７が設けられる。本実施例では、圧力センサ３７は、蒸気発生タンク４の上部に設けられて、気相部の圧力を検出する。但し、処理槽２と蒸気発生タンク４とは、連通路２０で連通されているので、圧力センサ３７は、蒸気発生タンク４ではなく処理槽２に設けられてもよい。あるいは、処理槽２または蒸気発生タンク４内の圧力を検出可能であれば、その他の箇所（たとえば連通路２０）に設けられてもよい。

蒸気発生タンク４には、タンク内の水位を検出する水位センサ３８が設けられる。水位センサ３８としては、本実施例では電極式水位検出器が用いられるが、これに限らず、たとえば静電容量式水位検出器などを用いることもできる。

制御手段は、前記各センサ３７，３８の検出信号や経過時間などに基づき、前記各手段３，５，２１，２２，２３を制御する制御器（図示省略）である。具体的には、真空ポンプ１１、エゼクタ給蒸弁１３、熱交給水弁１６、封水給水弁１９、タンク給水弁２５、タンク排水弁２７、給蒸遮断弁３１、タンク給蒸弁３２、真空解除弁３６の他、圧力センサ３７および水位センサ３８などは、制御器に接続されている。そして、制御器は、所定の手順（プログラム）に従い、処理槽２内の被解凍物の解凍を図る。典型的には、空気排除工程の後、解凍処理工程を含んで運転することで、処理槽２内の被解凍物の解凍を図る。以下、具体的な運転例について説明する。

運転開始に先立ち、予め、処理槽２内には被解凍物が収容され、処理槽２の扉は気密に閉じられる。その際、真空解除弁３６が開けられているが、その他の弁は閉じられており、真空ポンプ１１は停止している。スタートボタンが押されるなど、運転開始が指示されると、制御器は、空気排除工程の後、解凍処理工程を実行する。

また、遅くとも解凍処理工程の開始までに、蒸気発生タンク４には、タンク給水手段２１により設定水位まで水が貯留される。以後、解凍処理工程の終了まで、水位センサ３８の検出信号に基づきタンク給水手段２１とタンク排水手段２２とを制御することで、蒸気発生タンク４内の貯留水は設定水位（設定範囲）に維持される。

なお、後述する第一設定圧力や第三設定圧力は、ある圧力範囲としてもよいし、ある所定圧力としてもよい。圧力範囲とする場合、その上限圧力と下限圧力との範囲に収めるように、処理槽２内の減圧や処理槽２内への給蒸が制御される。

空気排除工程では、真空解除弁３６を閉じた状態で、減圧手段３により処理槽２内を第一設定圧力（たとえば８ｈＰａ）まで減圧する。但し、第一設定圧力まで減圧することに代えて、第一設定時間だけ減圧してもよい。いずれにしても、空気排除工程では、封水給水弁１９を開けると共に真空ポンプ１１を作動させて、処理槽２内を減圧する。また、減圧中、設定タイミング（典型的には所定圧力以下）になると、エゼクタ給蒸弁１３を開けて蒸気エゼクタ８を作動させると共に、熱交給水弁１６を開けて熱交換器９に冷却水を通す。処理槽２内を所定まで減圧すると、減圧手段３を停止して、次工程へ移行する。

解凍処理工程では、タンク給蒸手段２３により蒸気発生タンク４内の貯留水を加熱し、これにより発生させた蒸気を処理槽２内へ供給して、処理槽２内の被解凍物の解凍を図る。本実施例では、蒸気発生タンク４から処理槽２内への蒸気供給は、第二設定圧力（たとえば飽和温度が１８～２０℃相当の圧力）まで行われ、第二設定圧力にて第二設定時間保持する。すなわち、空気排除工程にて第一設定圧力まで減圧後、解凍処理工程において第二設定圧力まで蒸気で復圧して、第二設定圧力にて第二設定時間保持する。

具体的には、第二設定圧力に維持するように、圧力センサ３７の検出圧力に基づきタンク給蒸弁３２の開度を調整する。この間、減圧手段３を停止させたままでよいが、場合により、減圧手段３を作動させつつタンク給蒸弁３２の開度を調整してもよい。あるいは、第二設定圧力の上限圧力までの蒸気供給と、蒸気供給を停止（タンク給蒸弁３２を閉鎖）した状態での下限圧力までの蒸気凝縮（待機）とを繰り返してもよい。その他、第二設定圧力での保持中、減圧手段３を作動させて、処理槽２内を一時的に減圧してもよい。

本処理として第二設定圧力で第二設定時間保持した後、所望により、シメ処理として、第二設定圧力よりも低い第三設定圧力（たとえば飽和温度が８℃相当の圧力）まで減圧して、第三設定時間保持してもよい。さらに、その後、低温保持処理として、処理槽２内の圧力および温度を、所定時間、所定の圧力および温度に保持してもよい。その際、その圧力および温度は、時間経過と共に徐々に高くなるように調整してもよい。シメ処理および低温保持処理は、制御目標温度が異なるが、前記本処理と同様の制御で実施することができる。

一連の解凍処理工程を終了すると、減圧手段３を停止すると共に、蒸気発生タンク４での蒸気発生を停止した状態で、復圧手段５により処理槽２内を大気圧まで復圧する。これにより、処理槽２の扉をあけて、処理槽２内から被解凍物を取り出すことができる。

本実施例の真空解凍装置１によれば、蒸気発生タンク４内が処理槽２内と常時連通して設けられるので、空気排除工程において処理槽２内を減圧すると、蒸気発生タンク４内も同等圧力に減圧される。これに伴い、解凍処理工程において、蒸気発生タンク４では処理槽２内の圧力に応じた飽和蒸気が発生するため、その蒸気を処理槽２内へ供給しても、処理槽２内で過熱が生じるおそれがなく、所望温度でムラなく被解凍物を加熱することができる。すなわち、処理槽２内および蒸気発生タンク４内が同じ圧力下にある状態（言い換えれば蒸気発生タンク４内を処理槽２と同じく目標温度相当の真空度にした状態）で、タンク給蒸手段２３により蒸気発生タンク４内の貯留水に蒸気を吹き込むと、吹き込まれた蒸気は貯留水に熱を伝えて飽和蒸気になると共に、貯留水は蒸気発生タンク４の圧力（処理槽２内の減圧）に応じた温度で減圧沸騰し飽和蒸気を発生する。これにより、蒸気の過熱を防止して、所望温度でムラなく被解凍物を加熱することができる。

ところで、仮に、蒸気発生タンク４を設けずに、処理槽２内の底部に水を溜めてその貯留水を加熱して、被解凍物の解凍を図るとすれば、次のような不都合がある。すなわち、まず、被解凍物が収容される処理槽２内に水を溜めてその貯留水を減圧沸騰させるとすれば、突沸が生じた場合、貯留水の飛沫が被解凍物に付着するおそれがある。また、解凍処理工程では、被解凍物から油分やドリップなどが溶出する場合があるが、これらの溶出物により貯留水が汚れ、ヒータおよび貯水部への汚れの堆積や細菌汚染のリスクがある。さらに、仮に処理槽２内の底部に貯水部やヒータを設けた場合、処理槽２内の洗浄が困難となり、処理槽２内を衛生的に保つことが難しくなる。

これに対し、前記実施例の真空解凍装置１によれば、処理槽２とは別に蒸気発生タンク４を設けると共に、好ましくは蒸気発生タンク４の上部にバッフル板３３を設けることで、貯留水の飛沫の流出を防止することができる。また、処理槽２とは別に蒸気発生タンク４を設けることで、被解凍物の油分やドリップ等によって、貯留水や蒸気発生部が汚れるおそれもない。しかも、運転中の流体の流れは、蒸気発生タンク４から処理槽２内への一方通行となるので、貯留水や蒸気発生部の汚染は確実に防止される。さらに、蒸気発生タンク４は水位制御され貯水量は大きくないため、１バッチ毎に貯留水を入れ替えて、衛生的な運転を容易に実施することもできる。

本発明の真空解凍装置１は、前記実施例の構成（制御を含む）に限らず、適宜変更可能である。特に、（ａ）被解凍物が収容される処理槽２と、（ｂ）処理槽２内の気体を外部へ吸引排出して処理槽２内を減圧する減圧手段３と、（ｃ）処理槽２内と連通して設けられ、貯留水が加熱されることで処理槽２内へ蒸気を供給可能な蒸気発生タンク４とを備えるのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。

たとえば、前記実施例では、蒸気発生タンク４内の貯留水は、タンク給蒸手段２３により蒸気が直接に吹き込まれることで加熱されたが、蒸気ヒータにより間接的に加熱されてもよい。蒸気ヒータを用いる場合、蒸気発生タンク４の貯留水中に蒸気管（たとえばコイル）を設置し、その蒸気管内へタンク給蒸手段２３により蒸気を供給することで、貯留水を加熱する。この場合も、解凍処理工程では、圧力センサ３７の検出圧力に基づき、タンク給蒸弁３２の開度（または開閉）を制御すればよい。蒸気ヒータへ供給された蒸気の凝縮水は、蒸気トラップを介して外部へ排出される。

あるいは、タンク給蒸手段２３の設置を省略する代わりに、電気ヒータを用いてもよい。電気ヒータを用いる場合、解凍処理工程では、圧力センサ３７の検出圧力に基づき、電気ヒータの容量（または発停）を制御すればよい。蒸気ヒータまたは電気ヒータを用いる場合、蒸気発生タンク４内に蒸気が直接に吹き込まれないので、水位変動を抑えると共に、蒸気発生タンク４内の水質（ひいては処理槽２内への蒸気の質）を所望に維持しやすい。

１ 真空解凍装置
２ 処理槽
３ 減圧手段
４ 蒸気発生タンク
５ 復圧手段
６ 加圧解除弁
７ 排気路
８ 蒸気エゼクタ（８ａ：吸引口、８ｂ：入口、８ｃ：出口）
９ 熱交換器
１０ 逆止弁
１１ 真空ポンプ
１２ エゼクタ給蒸路
１３ エゼクタ給蒸弁
１４ 熱交給水路
１５ 熱交排水路
１６ 熱交給水弁
１７ 逆止弁
１８ 封水給水路
１９ 封水給水弁
２０ 連通路
２１ タンク給水手段
２２ タンク排水手段
２３ タンク給蒸手段
２４ タンク給水路
２５ タンク給水弁
２６ タンク排水路
２７ タンク排水弁
２８ 逆止弁
２９ 共通管路
３０ タンク給蒸路
３１ 給蒸遮断弁
３２ タンク給蒸弁
３３ バッフル板
３４ 給気路
３５ エアフィルタ
３６ 真空解除弁
３７ 圧力センサ
３８ 水位センサ

Claims (3)

1. 被解凍物が収容される処理槽と、
   前記処理槽内の気体を外部へ吸引排出して前記処理槽内を減圧する減圧手段と、
   前記処理槽内と連通して設けられ、前記処理槽を介して前記減圧手段に接続され、貯留水が加熱されることで前記処理槽内へ蒸気を供給可能な蒸気発生タンクとを備え、
   前記蒸気発生タンク内の圧力に基づき、前記減圧手段による減圧と、前記蒸気発生タンクでの蒸気発生とを制御する
   ことを特徴とする真空解凍装置。
2. 前記蒸気発生タンクは、貯留水中に蒸気が吹き込まれることで蒸気を発生させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の真空解凍装置。
3. 前記蒸気発生タンクは、貯留水がヒータで加熱されることで蒸気を発生させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の真空解凍装置。

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