(57)【要約】【課題】高湿な流体の流入によって真空ポンプに加わる負荷を軽減する。【解決手段】真空冷却庫２には、被冷却物が収容される。熱交換器３は、冷媒循環系５を循環する冷媒との熱交換によって、真空冷却庫２より流入した流体を冷却する。配管６ｃは、熱交換器３内において凝縮した液体を外部に排出する。配管６ｂは、熱交換器３によって冷却された流体を外部に排出する。真空ポンプ４は、配管６ｂに設けられている。配管６ｄは、外気を導入する外気導入口を備え、配管６ｂにおける真空ポンプ４の上流側に接続されている。開放弁１１は、配管６ｄに設けられ、真空ポンプ４の稼働を伴う冷却運転の初期段階で開くことによって、配管６ｄが備える外気導入口から配管６ｂに外気を導入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空冷却機において、
被冷却物が収容される真空冷却庫と、
冷媒循環系を循環する冷媒との熱交換によって、前記真空冷却庫より流入した流体を冷却する熱交換器と、
流体の冷却によって前記熱交換器の内部に生じた凝縮水を外部に排出する第１の配管と、
前記熱交換器によって冷却された流体を外部に排出する第２の配管と、
前記第２の配管に設けられた真空ポンプと、
外気を導入する外気導入口を備え、前記第２の配管における前記真空ポンプの上流側に接続された第３の配管と、
前記第３の配管に設けられた開放弁と
を有することを特徴とする真空冷却機。
【請求項２】
前記開放弁は、前記真空ポンプの稼働を伴う冷却運転の初期段階で開くことによって、前記外気導入口から前記第２の配管に外気を導入することを特徴とする請求項１に記載された真空冷却機。
【請求項３】
前記真空冷却庫内の温度、湿度および圧力の少なくとも一つを検知するセンサをさらに有し、
前記開放弁は、前記センサによって検知された値が所定の目標値に到達するまで、開いた状態に維持されることを特徴とする請求項１または２に記載された真空冷却機。
【請求項４】
前記開放弁は、被冷却物の量が増大するほど、開いた状態に維持される期間が長くなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載された真空冷却機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空冷却機に係り、特に、冷却運転の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、食材などの被冷却物を冷却するための装置として、真空冷却機が知られている。例えば、特許文献１には、熱交換器（コールドトラップ）を用いた真空冷却方式が開示されている。具体的には、野菜が収納された真空冷却庫内を真空ポンプで減圧状態（真空）として、水が蒸発する沸騰圧力０．８ｋｐａ（飽和蒸気温度＋４℃)まで低下させる。これによって、野菜自身がもつ水分が内部から蒸発して、野菜から熱が奪われるため、野菜が急速に冷却される。この冷却過程において、真空ポンプを効率良く運転するために、真空冷却庫と真空ポンプとの間に熱交換器を設け、水蒸気を結露させて凝縮水として除去する。熱交換器に供給する冷媒としては、フロン、または、ＮＨ3やＣＯ2などの自然冷媒が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１７６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１のような真空冷却機では、真空ポンプの稼働を伴う冷却運転の初期段階において、減圧により沸騰した高温高湿な空気を熱交換器が凝縮しきれず、熱交換器の下流に配置された真空ポンプにまで高湿な流体が流れる可能性がある。その結果、真空ポンプに過大な負荷が加わるおそれがある。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高湿な流体の流入によって真空ポンプに加わる負荷を軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決すべく、本発明は、真空冷却庫と、熱交換器と、第１から第３の配管と、真空ポンプと、開放弁とを有する真空冷却機を提供する。真空冷却庫には、被冷却物が収容される。熱交換器は、冷媒循環系を循環する冷媒との熱交換によって、真空冷却庫より流入した流体を冷却する。第１の配管は、流体の冷却によって熱交換器の内部に生じた凝縮水を外部に排出する。第２の配管は、熱交換器によって冷却された流体を外部に排出する。真空ポンプは、第２の配管に設けられている。第３の配管は、外気を導入する外気導入口を備え、第２の配管における真空ポンプの上流側に接続されている。開放弁は、第３の配管に設けられている。
【０００７】
ここで、本発明において、上記開放弁は、真空ポンプの稼働を伴う冷却運転の初期段階で開くことによって、外気導入口から第２の配管に外気を導入することが好ましい。また、真空冷却庫内の温度、湿度および圧力の少なくとも一つを検知するセンサをさらに設けてもよい。この場合、センサによって検知された値が所定の目標値に到達するまで、上記開放弁が開いた状態に維持される。さらに、上記開放弁は、被冷却物の量が増大するほど、開いた状態に維持される期間が長くなることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、開放弁を開くことで、熱交換器によって冷却された流体が流れる第２の配管に外気が取り込まれる。これにより、熱交換器では凝縮しきれずに第２の配管に高湿な流体が流入しても、外気の取り込みによって水分の含有率が低下するため、真空ポンプに加わる負荷を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】真空冷却機の概略的な全体構成図
【図２】真空冷却機の動作タイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本実施形態にかかる真空冷却機の概略的な全体構成図である。この真空冷却機１は、直膨型ドライ真空冷却機とも呼ばれ、真空冷却庫２と、熱交換器３と、真空ポンプ４と、冷媒循環系５とを主体に構成されている。真空冷却機１の動作を概略的に述べると、食材などの被冷却物を真空冷却庫２内に収容した上で、真空ポンプ４を動作させて、庫内を減圧していく。そして、所定の減圧状態（真空）になると、食材に含まれている水分が沸騰し、それによる蒸発潜熱で食材が冷却される。この冷却過程では、熱交換器３における冷媒との熱交換（冷却）によって、真空冷却庫２から排出された流体に含まれる水分（水蒸気）が結露し、流体より分離した凝縮水として熱交換器３内を落下して外部に排出される。
【００１１】
真空冷却庫２は、開閉式の扉を備え、その内部に食材が収容される。この真空冷却庫２には、熱交換器３に流体を導入する配管６ａと、真空制御装置７とが取り付けられている。真空制御装置７は、真空冷却庫２の内部における真空の度合いを調節すると共に、食材の冷却が完了した後、真空環境下の庫内に空気を入れて外気圧になるまで復圧する。庫内からの食材の取り出しは、外気圧への復圧後に行われる。
【００１２】
熱交換器３は、冷媒循環系５を循環する冷媒との熱交換によって、真空冷却庫２より流入した流体を冷却し、この流体に含まれる水分を凝縮水として分離・除去する。この熱交換器３には、真空冷却庫２からの流体を導入する配管６ａの他に、熱交換器３によって冷却された流体を外部に排出するための配管６ｂが接続されている。この配管６ｂには、真空ポンプ４と、真空ポンプ４から熱交換器３に向けた流体の逆流を防止するための逆止弁８とが設けられている。真空ポンプ４が稼働した場合、配管６ａを介して真空冷却庫２内の流体が吸引されると共に、熱交換器３によって冷却された流体が配管６ｂを介して外部に排出される。また、熱交換器３には、流体の冷却によって熱交換器３の内部に生じた凝縮水を外部に排出するための配管６ｃ（凝縮水排出系）が接続されている。この配管６ｃには、電磁弁や電動弁などの自動弁９が設けられている。
【００１３】
さらに、熱交換器３には冷媒循環系５が接続されており、この冷媒循環系５は、圧縮機および凝縮器によって構成された冷凍機５ａと、膨張弁５ｂとを備えている。冷凍機５ａの運転中、冷媒は冷凍サイクルを繰り返しながら冷媒循環系５を循環する。すなわち、冷凍機５ａに供給された冷媒は、圧縮機によって圧縮されて高温高湿ガスとなり、凝縮器によって凝縮（液化）された上で、高圧液となって冷凍機５ａより放出される。高圧液化された冷媒は、膨張弁５ｂによって減圧され、低圧液となって熱交換器３に供給される。低圧液化された冷媒は、熱交換器３における流体との熱交換によって蒸発（気化）し、低圧ガスとなって冷凍機５ａに戻される。このような冷媒の冷凍サイクルにおいて、熱交換器３内を流れる流体は、低圧液化された冷媒が気体に相変化する際の気化熱によって冷却される。冷媒としては、フロン、自然冷媒（二酸化炭素、アンモニア、プロパン系化合物など）、水、ブラインなどの周知の冷媒を広く用いることができる。
【００１４】
本実施形態では、配管６ｂの途中に、この配管６ｂから分岐した配管６ｄが接続されている。この配管６ｄは、外気を導入する外気導入口を備え、配管６ｂにおける真空ポンプ４の上流側に接続されている。また、配管６ｄには、流量制御弁１０と、開放弁１１とが設けられている。流量制御弁１０は、外気導入口より取り込まれる外気の流量を調整する。開放弁１１は、真空ポンプ４の稼働を伴う冷却運転の初期段階で開くことによって、配管６ｄの外気導入口から、真空ポンプ４の吸引によって負圧状態になっている配管６ｂに外気を導入する。真空ポンプ４が稼働しており、かつ、開放弁１１を開いている状態において、流量制御弁１０の開度が大きくなるほど、外気の取込み量が増え、真空ポンプ４に流入する流体における水分の含有率が低下する。逆に、流量制御弁１０の開度が小さくなるほど、外気の取込み量が減り、真空ポンプ４に流入する流体における水分の含有率が増大する。なお、このような流量制御弁１０の代わりに、開放弁１１自体の開度を調整することによって、外気の取込み量を調整してもよい。また、外気の取込み量の調整は、配管６ｄが備える外気導入口の開口径を調整することによって行うことも可能である。
【００１５】
図２は、真空冷却機１の動作タイミングチャートである。まず、真空冷却機１の待機状態では、真空ポンプ４および冷凍機５ａは停止していると共に、真空制御装置７によって真空冷却庫２の内部は大気圧に復圧された状態になっている。また、開放弁１１および自動弁９は、共に開状態に設定されている。使用者は、真空冷却庫２内に食材などの被冷却物を収容し、扉を閉めた上で運転スイッチを押す。これによって、冷却運転が開始される。
【００１６】
タイミングｔ1における冷却運転の開始に伴い、真空ポンプ４および冷凍機５ａが稼働する。また、開いていた自動弁９が閉じると共に、真空制御装置７による真空冷却庫２内の復圧状態が解除される。これによって、被冷却物が収容された真空冷却庫２の内部は真空ポンプ４で減圧状態（真空）となり、被冷却物に含まれる水分が蒸発しながら冷却される。真空冷却庫２より流出した高温高湿な流体は、熱交換器３における冷媒との熱交換によって冷却される。これにより、流体に含まれる水分（水蒸気）が結露し、流体より分離した凝縮水となって熱交換器３内を落下し、自動弁９が閉じた状態の配管６ｃ内に徐々に溜まっていく。また、熱交換器３によって冷却された流体（凝縮水が除かれたもの）は、真空ポンプ４によって配管６ｂに吸引され、この配管６ｂを介して外部に排出される。
【００１７】
また、冷却運転の初期段階、すなわち、タイミングｔ1からタイミングｔ2までの所定の期間Ｔ（例えば２分間）では、開放弁１１が開いた状態に維持され、配管６ｄが備える外気導入口から配管６ｂに外気が導入される。一般に、真空冷却機１は、その原理上、急速に冷却する場合は瞬間的な熱負荷の上昇が発生する。顕熱で冷却する水に対して、潜熱で冷却するフロン等はその点で不利である。特に、冷却運転の初期段階では、減圧で沸騰した高温高湿の流体（空気）を熱交換器３にて凝縮しきれず、熱交換器３の下流に配置された真空ポンプ４にまで高湿な流体（水分）が流れてしまう。その結果、真空ポンプに過大な負荷が加わり、真空ポンプ４の性能の低下を招く可能性がある。また、流体との熱交換を行う冷媒の温度も急激に上昇して、過熱状態で圧縮機に戻るため、冷凍機５ａの負荷も増大する。このような高温高湿の流体を熱交換器３だけで処理することは物理的な大きさからして容易ではない。
【００１８】
そこで、本実施形態では、冷却運転の初期段階、すなわち、流体が高温高湿になり易い最初期の減圧時には、熱交換器３によって処理された流体そのものを真空ポンプ４に供給するのではなく、これに外気を混入することで、流体の高湿な状態を緩和し、真空ポンプ４の負担の軽減を図る。外気を取り入れるため、最初期は減圧速度が低下するものの、これにより真空冷却庫３内の食材などから水分が沸騰する速度も低下するため、流体に含まれる水分量が低下して、真空ポンプ４や冷凍機５ａの負担が軽減される。長時間これを行うと真空冷却にかかる時間も延びるため、最初期の食材が高温である期間だけ開放弁１１を開くようにする。そして、タイミングｔ1から所定の期間Ｔが経過したタイミングｔ2において、開いていた開放弁１１を閉じて、外気の取込みを停止し、通常の冷却に移行する。
【００１９】
開放弁１１を開く期間Ｔは、予め設定された時間を固定的に割り当ててもよい。この場合、実験やシミュレーションを通じて、真空冷却機１の特性に適した期間Ｔを個別に設定する。また、冷却する食材（被冷却物）を汁物、揚げ物、茹で物、焼き物などのように種類を選択可能とし、選択された種類に応じて期間Ｔを変えてもよい。さらに、食材の量の増大に伴い期間Ｔを長くするといった如く、センサによって検知された食材の量に応じて期間Ｔを変えてもよい。
【００２０】
一方、この期間Ｔは、上記食材の種類や量に代えて、あるいは、これらと併用して、真空冷却庫１の状態に応じて可変に設定してもよい。例えば、温度センサによって真空冷却庫２内の温度を検知し、この検知温度が所定の目標温度に低下するまで、開放弁１１の開状態を維持する。また、湿度センサによって真空冷却庫２内の湿度を検知し、この検知湿度が所定の目標湿度に低下するまで、開放弁１１の開状態を維持する。また、圧力センサによって真空冷却庫２内の圧力を検知し、この検知圧力が所定の目標圧力に低下するまで、開放弁１１の開状態を維持する。さらに、これらの温度、湿度、圧力を複数組み合わせて、開放弁１１の開閉を制御してもよい。
【００２１】
冷却運転が終了するタイミングｔ3に到達すると、真空ポンプ４および冷凍機５ａが停止すると共に、真空制御装置７によって、真空冷却庫２内の大気圧への復圧が開始される。また、閉じていた開放弁１１が開状態に設定される。冷却運転の終了タイミングｔ3は、温度制御モードと時間制御モードとで異なる基準に基づき決定される。温度制御モードでは、真空冷却庫２内の温度をセンサで検知し、この検知温度が目標温度まで低下したタイミングｔ3で冷却運転を停止する。一方、時間制御モードでは、タイマーによる開始タイミングｔ1からの経過時間が所定の時間（例えば２０分）に到達したタイミングｔ3で、真空冷却庫２内の温度に関わりなく、冷却運転を停止する。
【００２２】
その後、真空冷却庫２内が大気圧に復圧されたタイミングｔ4において、自動弁９が開いて、配管６ｃに貯留している凝縮水が外部に排出される。自動弁９を開くタイミングｔ4を冷却運転の終了タイミングｔ3よりも遅らせる理由は、凝縮水の逆流を防止するためである。
【００２３】
このように、本実施形態によれば、冷却運転の初期段階のように、真空ポンプ４に高湿な流体が流入し得る状態において、開放弁１１を開くことで、熱交換器３によって冷却された流体が流れる負圧状態の配管６ｂに外気が取り込まれる。これにより、熱交換器３では凝縮しきれずに配管６ｂに高湿な流体が流入しても、外気の取り込みによって水分の含有率が低下するため、真空ポンプ４に加わる負荷を軽減できる。
【符号の説明】
【００２４】
１  真空冷却機
２  真空冷却庫
３  熱交換器
４  真空ポンプ
５  冷媒循環系
５ａ  冷凍機
５ｂ  膨張弁
６ａ〜６ｄ  配管
７  真空制御装置
８  逆止弁
９  自動弁
１０  流量制御弁
１１  開放弁
【図１】
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【図２】
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