JPS6040800A - 真空装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔＠明の利用分野〕 本発明は真空装置に係り、特に食品の真空凍結乾燥など
に用いられる。比較的高真空度の真空を発生することが
できる真空装置に関するものである。

〔発明の背景〕

従来、１〜１０−’　ｍｍＨｇ　前後の高真空度の真空
が要求される食品の真空凍結乾燥用の真空装置としては
、一般に油回転式真空ポンプが使用されていた。

第１図は、油回転式真空ポンプを使用した。

従来の凍結乾燥装置の一例を示す略示図である。

この第１図において、１は乾燥室であり、この乾燥室１
内に冷却凍結された食品２を収めて乾燥を行なう空間で
ある。３は、乾燥室１内の残留空気圧をＩ　Ｑ１ｍｙｎ
％　前後の真空に保つ油回転式真空ポンプで、この油回
転式真空ポンプ３と前記乾燥室１との間には１食品２か
ら発生した水蒸気を低温の凝結コイル４で捕集するトラ
ップ５が配設されている。

このように構成した従来の凍結乾燥装置による食品２の
真空凍結乾燥は１次のようにして行なわれる。

真空ポンプ５を作動させて、乾燥室１内の残留空気を所
定圧まで低下させると１食品２から水分が昇華脱水する
。このようにして発生した水蒸気は、トラップ５内で凝
結コイ／Ｉ−４により凝結捕集される。上記運転を継続
すれば１食品２内の残存水分が５％程度にまで除去され
、所望の凍結乾燥食品が得られる。

以上説明した従来の凍結乾燥装置に使用される。真空装
置としての油回転式真空ポンプ５ＦＣは以下に記すよう
な欠点があった。

（１）油回転式真空ポンプ３は、水蒸気、水分を吸込む
と潤滑油が劣化し、Ｊ占・動部の摩耗等圧よって動作不
能に陥ることから、水蒸気を捕集するトラップ５は必要
不可欠なものであるが、このトラップ５の平衡蒸気圧に
対応する水蒸気は油回転式真空ポンプ６へ流入するため
、潤滑油の補充、再生等の保守が必要であった。

（２）　油回転式真空ポンプ６は潤滑油を使用してｂる
関係上、乾燥室１内へ潤滑油の蒸気が拡散して食品２に
悪影響を及はして込た。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した従来技術の欠点を除去して、水蒸気
、水分が入っても動作ｏＪ能で、乾燥ない真空装置の提
供を、その目的とするものである。

〔発明の概裂〕

本発明に係る真空装置の構成は、蒸気発生器で発生した
蒸気を噴射するノズルと、このノズルから噴射した蒸気
の減圧作用によって、乾燥室内の気体を吸引することが
できる混合室と、この混合室とスｏ　−）を介して接続
され、前記蒸気と気体との混合蒸気の圧力回復を行なう
ディフュザとからなるエゼクタの前記ディフュザの後端
部に、水噴射ポンプを接続するようにしたものである。

。 さらに詳しくは次の通りである。

本発明に係る真空装置は、水を動作流体としたものであ
る。一般に、真空装置に水を用いる場合、たとえば水噴
射ポンプ、あるいは水シール容積形真空ポングでは、到
達できる真空度はおよそｌＱｍｍＲ１１８度である。そ
の理由は、動作状態にオｄける水温に対する飽和圧力に
なると水が沸騰し、水蒸気を発生するため、それ以下の
圧力にはできないためである。

そこで、本発明では、１０ｍｎＬＨｙ程度までは水で作
動する水噴射ポンプを使用し、それ以、下の圧力にする
ため眞は、エゼクタを２段目として直列に接続すること
により、さらに真空度を高め。

７９丁望の１〜１０−’ｍｒｎＨ１前後の高具壁度の真
空が得られるようにした。

すなわち、１段目に水噴射ポンプを使用し。

２段目忙エゼクタを使用することにより、前述したよう
な、水を使用した場合の沸騰による問題点を解決し、し
かも前記エゼクタの仕事量を軽減するようにしたもので
ある。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例忙よって説明する。

第２図（・主、本発明の一実施例に係る真空装置を示す
系統図、第５図は、第２図における水噴射ポンプ内の圧
力分布図、第４図は、第２図におけるエセクタ内の圧力
分布図である。各図妊おい″′Ｃ向一番号を刊したもの
は同一部分である。

まず、１段目の構成を説明する。

９は、水を溜めた水タンク、８は、この水タンク９内の
水を吸込んで加圧する加圧ポンプ。

２８は、この加圧ポンプ８で加圧した水の一部を、途中
減圧器２９を通して、後述する蒸気発生器２１へ補給す
るための分岐管、１０は、前記加圧ポンプ８から送られ
てきた水を冷却する冷却器である。６は、この冷却器１
０からの水を噴射するノズル、４１１、この噴射した水
の減圧作用によって、後述するエゼクタ７からの混合蒸
気を管路１５を通して吸引することができる混合室、４
１２、この混合室Ａ１２とスロートＡ１６で接続され、
前記噴射された水と吸引された混合蒸気との混合液体の
圧力回復を行なうディフュザ、４１７からなる水噴射ポ
ンプであり、前記ディフュザ、４１７の後端部、４１８
には、圧力回復した混合液体を気体と水とに分離し、こ
のうちの気体と排気する排気管１９と、水を前記水タン
ク９へ戻す復路２０が、それぞれ接続されている。

次忙、２段目の構成を説明する。

２１は、前記加圧ポンプ８から補給された水を溜め、こ
の水をヒータ２２で加熱して蒸気を発生させることがで
きる蒸気発生器である。７は。

この蒸気発生器２１で発生した蒸気を噴射するノズルＢ
２３．このノズルＢ２５から噴射した蒸気の減圧作用に
よって、乾燥室２５（この乾燥室２５内に冷却凍結され
た食品（図示せず）が収められている）内の気体を吸引
することができる混合室Ｂ２４．この混合室Ｂ２４とス
ロートＢ２６で接続され、前記噴射された蒸気と吸引さ
れた気体との混合蒸気の圧力回復を行なうテイフユザＢ
１５からなるエゼクタであり、前ム己ディフュザＢ１５
の後端部Ｂ１４には、圧力回復した混合蒸気を前記水噴
射ポンプ６の混合室Δ１２へ吸引させるための管路１５
が接続されている。

このように構成した真空装置の動作を説明する。

真空装置をＯＮにして、加圧ポンプ８を駆動し、ヒータ
２２へ通′屯する。水タンク９内から吸込んだ水は加圧
ポンプ８で加圧され、その一部は分岐管２８を通り、減
圧器２９で減圧されたのち蒸気発生器２１へ補給される
。残部の水は加圧ポンプ８から吐出されたのち冷却器１
ｏで冷却されて、圧力几、温度Ｔｏの水になる（第３図
参照）。

この水はノズルＡ１１で加速、減圧され、その出口部で
噴射さハ、たときの圧力は１ノ、に低下する４゜そして
、この減圧作用によって、混合蒸気（詳細後述）を管路
１５から混合室、（１２へ吸引し、前記妃射された水と
前記混合蒸気とが混合した混合液体は、スロートＡ１６
ｆｆ通りディフュザＡ１７で圧力回復し、その後端部Ａ
１Ｂでは圧力ｐ２になる。ここで、混合７牧体中の気体
は排気管１９がら排出され、残りの水（ま伊路２ｏを経
て水タンク９へ戻って循堀する。

なお、前記ノズルＡ１１の出口部での圧力ｐ、は。

ノズルＡ１１での流速を太きくすれば小さく　ｒ（るが
、そのときの水の飽和圧力（たとえは、水温４℃のとき
６．３ｍｍ、ＩＩ　ｙ　）以下にすることはできな−も
のである。

一方、エゼクタ７の後端部１３１４は、前記水噴射ホン
グ乙の混合室、（１２と接続されているので。

該後端部Ｂ１４内の圧力は、記４図に示すように。

前記ノズル、４１１の出力部での圧力ｐ１マで減圧され
ている。したがって、ボイラ２１内の水は、ボイラ２１
内の圧力ｐ４の低下と、セータ２２による加熱とによっ
て蒸狛が促進される。）＃生じた蒸気はノズルＢ２５で
音速以上に加速され、ノズル出口２７での圧力はＩ’Ｍ
　（この圧力ｐ３の具体的数値については後述する）に
まで低下し、この圧力ｐ。

で乾燥室２５内の２体を吸引する１、このため、乾燥室
２５内の圧力もｐ、になり、所望の高真空度の真空が得
られ、乾燥室２５内のｉｉ、Ｉ　Ｈｄ食品を真空凍結乾
燥することができる。

混合室Ｂ２４内で、乾燥室２５からの気体と前記蒸気と
が混合した混合蒸気は、スロートＢ２６で衝＊的に圧力
回復し、さらにテイフユザＢ１５で圧力Ｐ＋まで回復す
る。圧力回復した混合蒸気は。

前述したように、水噴射ポンプ６の混合室Ａ１２へ吸引
されて循堀する。

前記ノズル出口２７で得られる圧力ノノ、の具体的数値
について説ψ］する。

蒸気発生１．：ｔ　２１内の圧力へ、温度７′４と、ノ
ズル出口２７での圧力Ｐ３．ノ１との１１１には次の関
係かあただし、に：ノズルＢ２６を通る蒸気の断熱指委
文　＝ｉ、？） Ｍ＝ノズル出口２７のマツハ数（Ｍ＝ ３．１のノズルＥ２５を使用するも のとする） ７Ｋ　イ５２１　ｐｑ　ａ）圧力Ｐ４＝　２５ｍｍＨｑ
　、温度Ｔ、＝２４℃＋２７６℃＝２９７°、Ｋにすれ
は、ノズル出口２７での圧力バ＝　ａ、５ｍｍ　ＩＩ、
ｑ　が得られろ。こＪ１工、六晶の真空凍結乾燥用の真
空装置とし″′Ｃルｒ望の高真空度の真空（１〜Ｉ　Ｆ
’　ｍｒｎ　ｉｇが車重しい真空）である。このときの
エゼクタ７の後端部Ｂ１４の圧力バー６．５ｍｍＭ１と
なり、この真空は、４℃の水を使用した水噴射ホンプロ
によ一つて得られるものである。

以上説明した実施例によれば、水を動作流体とし−Ｃ用
い、水の飽和圧力以上の尚真窒度の真空が得られるよう
処したので、水蒸気、水分が入っても動作可能であり、
潤滑油が不要であるから乾燥室２５内へ油の蒸気が拡散
することもないという効果がある。

なお、本実施例の真空装置は、水噴射ポンプ乙のノズル
、４１１へ加圧した水を供給するために加圧ボンダ８を
使用するようにしたが、加圧水源が得られる場合には、
前記加圧ポンプ８を使用する代りに、その水温から得ら
れる水をノズル、（１１へ供給し、テイフユザの後端部
で放出するというオープンサイクルにしてもよい。

〔発明の効果〕

寸だ、・エゼクタ７の駆動蒸気を発生する蒸気発生器２
１への水の補給は、第２図に示すような加圧ボンダ８の
吐出側から配管して補給する方法以外に、蒸気発生器２
１内の圧力が運転中は大気圧以下に低下することを利用
して、第５図に示す実施例のように大気圧が水面にかか
る水タンク９から直接減圧器２９ヲ通して補給するよう
にしてもよい。

次に、第２図における冷却器１０は、水温を低下させて
水の飽和圧力の上昇を抑える目的のためには、例えば第
６図に示すように水タンク９内に設けた熱父換器１０ａ
で冷却するようにしてもよい。

これまでの実〃ｍ例では真空装置単体を考えてきたため
、この真空装置に必要な蒸気発生器２１での加熱源には
ヒータ２２を、冷却器１０での冷却には冷却水等を必−
要としたが、この加熱あるいは冷却に４斌ＪｊＫ　’）
　作偲サイクルを利用することも可能である。これを第
７図に示す実施例によって詳細に説明する。第７図にお
いて第２図と同一番号を付したものは同一部分である。

図において、３０は冷蔵庫の冷凍サイクル栴成要素の圧
縮機、５１α、　３１Ａは当該サイクルの放熱を行なう
主凝縮器及び補助凝縮器、３２は減圧器−３３ａ。

５６ｂは当該サイクルで外部から熱を吸収する主蒸発器
及び補助蒸発器、３４および３５は開閉弁である。これ
より、補助凝縮器３１ｂは主凝縮器３１ｚと直列に接続
され、蒸気発生器２１内に配設し、補助蒸発器５５ｂは
主蒸発器３５αと連列に接続され冷却器１０内に配設さ
れている１、各蒸発器は開閉弁３４　、５５により流れ
を制御される３このように構成することによって、真空
装置４の蒸気発生器２１での熱源は冷蔵庫の凝縮器の放
熱を利用して行ない、また、冷却器１０の冷却は補助蒸
発器５５ｂの吸熱によって行うことができる。このよう
に冷凍サイクルの熱源を有効にオｌ用して真空装置の加
熱・冷却が行なわれるので。

食品凍結乾燥のエネルギコストを減少できる。

第８図は、蒸気発生器２１と圧粗機３０のケース３０＋
ｚを接合し、ケース表面からの放熱を利用して蒸気発生
を容易にしたものである。また、冷凍サイクルも低温（
例えば−１８℃）の蒸発が可能なように第２の減圧器３
２αを設りたものである。このような構成眞おいても、
第７図に示した機能と効果がほとんど同じように得られ
る。

以上詳細に説明したように本発明によれば。

水蒸気、水分が八つ一〇も動作可能で、乾燥室内へ叫滑
油などの油の蒸気が拡散することのない真空装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１南は、油回転式真空ポンプを使用した。 従来の凍結乾燥装置の一例を示す略示図、第２図は、不
発明の一実施例に係る真空装置、を示す系統図、第３図
は、第２図における水、噴射ポンプ内の圧力分曲図、第
４図は、第２図におけるエゼクタ内の圧力分布図、第５
図は、本発明の他の実施例の１つで、蒸気発生器への水
の補給方法を示す図、第６図は１本発明の他の実施例の
１つで、水タンク内に冷却器を設けたことを示す図、第
７図は１本発明の他の実施例の１つで、加熱冷却に冷凍
サイクルを設けたことを示す図、第８図は、第７図にお
ける加熱に土縮機のケースを利用したことを示す図であ
る。 ６・・・水噴射ポンプ　７・・・エゼクタ１ろ・・・テ
ィ７ユーザＢ　１４・・・後端部Ｂ２１・・・蒸気発生
器　２６・・・ノズルＢ２４・・・混合室Ｂ　２５・・
・乾燥室２６・・スロートＢ ４１図 絹２図 罰コ図 絹４８図 消５図 罰６図 う］７７ 図８図 第１頁の続き ■発明者　計重　泰孝 横浜市戸塚区吉田町２９旙地　株式会社日立製作所家電
研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　蒸気発生器で発生した蒸気を噴射するノズルと、こ
   のノズルから噴射した蒸気の減圧作用によって、乾燥室
   内の気体を吸引することができる混合室と、この混合室
   とスロートを介して接続され、前記蒸気と気体との混合
   蒸気の圧力回復を行なうディフュザとからなるエゼクタ
   の前記ディフュザの後端部に、水噴射ポンプを接続した
   ことを特徴とする真空装置。