JPS6011432Y2 - 真空容器内部の均熱装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は主として食品の急速真空凍結乾燥装置として供
される、真空容器内部の均熱装置に関するものである。

真空容器内部における加熱または冷却を行う場合の熱の
伝達手段は、一般に輻射によらなければならず、従って
真空容器内の均熱化が困難とされていた。

本考案は真空容器内部の加熱・冷却にヒートパイプの原
理である作動液体の蒸発・凝縮の潜熱を用いたヒートパ
イプによる均熱装置に関し、特にヒートパイプの熱伝達
特性と、加熱源及び冷熱源を一体構成としたことにより
、極めて急速な温度上昇・下降を可能に腰同時に温度調
整を容易にすることができ、かつ温度むらを少なく抑え
ることができるようにした真空容器内部の均熱装置を堤
供するものである。

本考案による均熱装置は、特に食品の乾燥・冷凍加工に
おける急速真空凍結乾燥装置に組込まれてその真価を発
揮する。

従来の食品の真空凍結乾燥装置は、真空容器内に、電熱
ヒータを内蔵する板を棚組みし、また一方では真空容器
の内壁に冷媒を貫流させる冷却管を配設た構成のものが
一般的である。

上述の真空凍結乾燥装置において、まず加工すべき食品
はトレーに入れたうえ、電熱ヒータを内蔵する棚板上に
載せ、次いで容器を密封し真空ポンプにより容器内部を
減圧し、棚板の電熱ヒータに通電して加熱する。

食品から発生する水蒸気は真空ポンプによって吸引され
外部に排出される。

真空ポンプによる減圧によって食品中の水分は一層蒸発
しやすくなり、食品の乾燥が迅速に行われる。

次いで棚板の加熱を停止腰真空容器の内壁に設けた冷却
管に冷媒を導入し、容器内部の温度を降下させて、食品
を凍結させる。

このような従来の真空凍結乾燥装置は、食品の乾燥過程
において、各棚板をそれぞれ独立した電熱ヒータにより
加熱するため、温度むらが生じゃずいという問題がある
。

このような温度むらを解消するために、各棚板に温度セ
ンサをつけて各棚板の加熱能力を個別に制御するように
したものが提案されているが、それには多数の温度セン
サを必要とし、装置全体の価格が高くなるばかりでなく
、各温度センサ相互に特性の差異があると、各棚板に均
一な加熱能力を付与することが困難である。

また、従来の真空凍結乾燥装置においては、真空容器の
排気孔の取付位置と棚板の関係によって、真空容器内の
減圧に局部的に不均一が生じ易く、食品の水分が蒸発し
やすい棚板部分と、逆に蒸発しにくい棚板部分とが生ず
る。

このような蒸発能力の不均一をなくすためｊこ、各棚板
毎に加熱能力を微調節することができるようになってい
ないと、減圧と加熱との相乗作用によって局部的な水分
の蒸発の差がさらに拡大され、一部の棚板上の食品がこ
げつくというような事故を誘起する原因となる。

従来の装置におけるもう一つの問題は、冷却管が棚板か
ら離れた真空容器の内部壁に設けられているために、そ
の冷熱は輻射によって食品に伝達されることとなり、従
って食品の冷凍処理に長時間を要するということである
。

本考案はこのような問題を解決するために、真空容器内
の棚板に作動液体の蒸発・凝縮の潜熱を利用したヒート
パイプ自体を配置し、このヒートパイプを加熱源または
冷熱源に接続し、そのヒートパイプを通じて棚板を冷却
または加熱するように構威した真空容器の均熱装置を提
供するものである。

以下、本考案の構成を図示の一実施例に基づいて説明す
ると、均熱装置は例えば円筒状の密閉容器１の内部に、
内壁面にウィックを内張すした金属管状のヒートパイプ
を組合せて棚板２０を構成配置したものであり、これら
の金属管状ヒートパイプは互に連通されて一連の網状通
路を構威し、その一端が集合管９によって真空容器１の
外部に導出され、蒸留槽６の内部に接続される。

この蒸留槽６の内部には、内周壁に沿って螺旋状の冷却
管８が配置され、その両端は蒸留槽６から外部に導出さ
れて冷凍サイクルに接続される。

また蒸留槽６の底部近傍に加熱管７が設置され、電熱ま
たは高温蒸気によって、蒸留槽６の内部に充填されてい
る作動液体を加熱するようになっている。

一方、前記の網状通路の他端は集合管１１により、容器
１の外部においてガス溜めタンク１２に接続され、さら
にガス溜めタンク１２には圧力計１３及び排気弁１４が
設けられる。

さて、棚枠２０は第２図に示すように互に水平かつ平行
に配置される主管２，２ａと、これらと直交する副管３
をもって管内部が互に連通ずるよう梯子状に結合したう
え、この梯子状をなす棚枠２０を多数上下方向に適宜間
隔をもって配設し、さらに互に隣接する棚枠２０の主管
２，２ａの端部をそれぞれ湾曲管５，５ａをもって連結
し、各主管２，２ａがそれぞれ蛇行状となって一連の通
路を構成する棚組みされたヒートパイプ集成体とする。

このように主管２，２ａ及び副管３ならびに湾曲管５，
５ａにはヒートパイプを用いるものであるが、湾曲管５
，５ａには普通の可撓管を用いてもさしつかえない。

そして第２図に示すように隣接する主管２，２の前端を
互に接続する各湾曲管５に減圧弁１５を、また隣接する
主管２ａ、２ａの後端を互に接続する各湾曲管５ａにそ
れぞれ減圧弁１５ａを設けるものとする。

最下段の主管２．２ａの前端は、第１図に示すように連
結管４をもって集合管９に接続される。

同様に最上段の主管２，２ａの後端は連結管１０によっ
て集合管１１に接続される。

そして、望ましくは第４図に示すように各棚枠２０の副
管３にアルミニウムなどの板１７，１８をかけ渡して、
この上にトレー１６を載置するように構成する。

第５図は各主管２．２ａ、副管３、連結管４などに用い
るヒートパイプを例示するものである。

ヒートパイプ２４は金属管２１の内周壁に、線径１０〜
３０μ程度のステンレス鋼繊維の多数本を金属管２１の
長手方向に引き揃えて層状に敷き並べてウィック２３を
構威し、その内側にはさらに帯板２２を螺旋状に巻き込
んで前記ウィック２３を保持したものであり、多数本の
ステンレス鋼繊維からなるウィック２３が、金属管２１
と帯板２２によって形成される螺旋内管との間にあって
毛細管流路を形成する。

このようなヒートパイプ２４を用いれば、これを蛇行状
に湾曲させて、主管２と湾曲管５とを、同様に主管２ａ
と湾曲管５ａとをそれぞれ一体的に１本のヒートパイプ
から構威することもできる。

以上の構成となっている本装置の棚組みされたものをヒ
ートパイプ化するには、まず蒸留槽６に適宜の作動液体
（例えば水、アルコールなど）を封入し、加熱管７によ
り加熱する。

作動液体はやがて沸点に達し、多量の蒸気を発生する。

この蒸気は集合管９、連結管４を通って棚組みされた各
段の主管２，２ａに入り、さらに接続管１０、集合管１
１．タンク１２を通り、排気弁１４から外部に噴出され
る。

この場合各段の棚枠２０について、主管２と主管２ａと
に交互に減圧弁１５，１５ａを設けであるので、第２図
！と矢印で示すように蒸気は一方の主管から副管３を通
って他方の主管へ流れ、結果として全管内を蒸気が万遍
なく通過する。

このようにして大気を排出した後、排気弁１４を閉じれ
ば、本装置内部は効率よく減圧し、はぼ真空状態となっ
て、ヒートパイプ作動の機能を満足させる状態となる。

従ってこのヒートパイプ内の減圧度が劣化した場合には
、以上の操作を行うことで、再び真空化することができ
る。

また、減圧度が多少劣化した場合は、ガス溜めタンク１
２に非凝縮性のガスを収容できるので、伝熱部の温度均
熱は保たれる。

こうして、優れたヒートパイプ化した本装置の各棚枠２
０上に、第４図に示すように被加工食品１９を収容した
トレー１６を載せ、真空容器１の内部を図示してない真
空ポンプで減圧しつつ、蒸留槽６内の作動液体を加熱す
れば、作動液体は蒸発し、棚組みされた管２ｔ ２ａ
、 ３の内壁のウィックに凝縮し、潜熱を放出する。

すなわち、各管内に入った蒸気は管壁を通じて熱を放出
し液化する。

液化した作動液体はウィックの毛細管作用ならびに重力
により、再び蒸留槽６へ戻り、以後この作用を繰り返す
のである。

食品の乾燥が終了した後、蒸留槽６内の加熱源を冷熱源
に切換える。

すなわち、加熱管７の作動を停止し、冷却管８に冷媒を
貫流させれば、棚組みされた管２．２ａ、３内のウィッ
クに凝縮していた作動液体は蒸発して管内部を通って蒸
留槽６へ戻る。

この時、蒸発潜熱で蒸発する作動液体の質量に見合うだ
けの熱を外部からうばうので、棚組みされた管は急速に
冷却され、棚枠上の被加工食品は接触熱伝達により冷却
され、やがて凍結する。

このように本考案による均熱装置は、ヒートパイプによ
り熱伝達を行うものであるから、加熱源と冷却源とを一
体化することが可能となり、その熱は共通の伝熱部分を
介して被加工食品に伝達されるから、極めて急速に加熱
及び冷却が行われ、しかも温度むらがなく、各被加工食
品に均一な熱処理を施すことができる。

さらに通常のヒートパイプが完全密閉となっているのに
対して、本考案の均熱装置の場合は開閉式となっており
、ヒートパイプの一端にガス溜めタンクを設けて、これ
に使用の経過に伴って管内に発生する非凝縮性ガスを収
容するようにしたから、適時これを外部に放出してヒー
トパイプ内の減圧度を維持するという、いわゆる自己再
生が可能である。

以上、本考案装置の一実施例として管状の棚組みのもの
について説明してきたが、必ずしも棚組みの必要はなく
一つの梯子形状のもの、または螺旋形状に捲き回された
もの、あるいは管状の棚組みに限らず平板状（中空板の
ヒートパイプ）の棚組みに構成してもよい。

さらにヒートパイプ容器の金属材質ならびに作動液体の
品種を適宜選択することにより幅広い温度範囲での用途
に使用可能であることは本考案の範晴に属するところで
ある。

また本考案の均熱装置が使用される環境は必ずしも真空
もしくは減圧下においての熱伝達に限らず、大気中、ガ
ス雰囲気中などでの使用も可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る真空容器の均熱装置についての概
要を示す一実施例の斜透視図、第２図は真空容器の内部
に配置される棚組みされたヒートパイプ集成体を示す斜
視図、第３図はその部分的横断面図、第４図は棚枠の使
用の状態を示す横断面図、第５図はヒートパイプを例示
する縦断面図である。 １：容器、２，２ａ：主管、３：副管、５，５ａ：湾曲
管、６：蒸留槽、７：加熱管、８：螺旋冷却管、９：集
合管、１２：ガス溜めタンク、１４：排気弁、１５，１
５ａ：減圧弁、１６：トレー、２０：棚枠、２３：ウィ
ック、２４：ヒートパイプ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内部にウィックを内張すした管体を互いに内部が連通ず
   る状態に枠組みして多数の棚枠を形威し、該棚枠を多段
   に配列して各段の棚枠の管体の両端部を交互に湾曲管に
   て連結するとともに、前記湾曲管には適宜個所に減圧弁
   を設けて一連の蛇行状の通路を有するヒートパイプ集成
   体を構威し、該ヒートパイプ集成体を真空容器の内部に
   装填し、最上段及び最下段の棚枠からの集合管をそれぞ
   れ真空容器の外部に導出し、前記最上段の集合管にはガ
   ス溜めタンクを介して排気弁を設け、最下段の集合管に
   は加熱源と冷熱源とを兼ね備えた蒸留槽を接続したこと
   を特徴とする真空容器内部の均熱装置。