食品真空包装ラインのポンプ選定、まずこの4つのパラメータを計算する

食品真空包装ラインの真空ポンプ選定は、機械の銘板にある「20 m³/h ポンプを装備」だけでは決められない。同じチャンバーでも、40 mbar まで引くのか 5 mbar まで引くのか、12 秒のタクトか 25 秒か、吸引するのが空気か汁気のある調理済み食品かで、選定されるモデルは2ランク変わることがある。工作真空度、排気速度とタクト、吸引媒体、運転方式の4項目を順に計算すると、モデルは三つか四つの選択肢に収束する。

一、工作真空度：まずアブソリュート圧で話し、「何気圧」といった口頭表現を使わない

調達と技術の間でよく起きる間違いは、ゲージ圧をアブソリュート圧として扱うことです。チャンバーを −960 mbar ゲージ圧まで引くと、実際のアブソリュート圧は 53 mbar です。同じことを「40 mbar まで引く」と言うと、対応するゲージ圧は −973 mbar です。13 mbar の差があり、ポンプへの要求はまったく異なります。

食品包装の常用範囲は 30～50 mbar アブソリュート圧で、調理済み食品、煮込み料理、プレ調理食品のような水分を含む材料は 50 mbar 以内で行うと、残存酸素率を 2% 以下に抑えやすくなります。このオーダーでは単段油封ロータリーベーン真空ポンプで足ります。V0040A から V0100 はガスバラスト閉時の到達真空度 0.1 mbar、V0155 は 0.3 mbar で、実際の工作点は到達真空度からまだ二桁離れており、排気速度はほぼ定格値です。

注意すべきは、到達真空度と材料温度を一緒に見ることです。40 ℃ のとき水の飽和蒸気圧は約 74 mbar で、チャンバーが 40 mbar 以下まで引かれると、材料表面の水分が沸騰し始め、ポンプが引くのは空気ではなく水蒸気になります。この点が第三項の選び方を決めます。

二、排気速度とタクト：チャンバー容積と時間から逆算する

排気時間は t = V / S × ln(P₁/P₂) で概算し、V はチャンバー容積に袋内空気の換算量を加えたもの、P₁ は 1013 mbar とします。算出した S に 1.3 の余裕を掛けて初めて、必要な有効排気速度になります。有効排気速度はさらに配管コンダクタンスと直列に考えます。S有効 = 1 / (1/Sポンプ + 1/C配管) で、C は配管にエルボ、バルブを加えた等価コンダクタンスです。

二室真空包装機を例にします。単室有効容積 60 L、目標 40 mbar、二室交互、10 次/分のタクトでは、各チャンバーの排気ウィンドウは約 12 秒です。

まず必要な有効排気速度を計算します。S = 0.06 / 12 × ln(1013/40) = 0.0162 m³/s ≈ 58 m³/h、1.3 を掛けて 76 m³/h です。

次に配管を見ます。DN32 短管の等価コンダクタンスを 80 m³/h と仮定します。

構成	ポンプ排気速度	配管コンダクタンス	有効排気速度	40 mbar まで引くのに必要な時間
V0063 + DN32	63 m³/h	80 m³/h	35.2 m³/h	19.8 s
V0100 + DN32	100 m³/h	80 m³/h	44.4 m³/h	15.7 s
V0063 + DN40	63 m³/h	150 m³/h	44.4 m³/h	15.7 s
V0100 + DN40	100 m³/h	150 m³/h	60.0 m³/h	11.6 s

表の最後の二行の比較がこのラインの要点です。ポンプを変えても配管を変えても同じ 44.4 m³/h が得られます。DN32 配管は V0100 の 100 m³/h の 56% を損ない、余分に使った電力はすべて配管で消費されます。まず配管通径を十分に計算し、それからポンプの大小を論じます。

三、吸引媒体：1 L の水は 40 mbar 下で 36 m³ の気体になる

常温常圧で 1 L の水が気化すると約 1.2 m³ になります。40 mbar、40 ℃ の条件では、同じ 1 kg の水蒸気の体積は 36 m³ です。一袋の煮込み料理が 5 mL の水を運び出すと、ポンプに 0.18 m³ の水蒸気を押し込むことになり、ライン全体の一時間の空気量は数百立方メートルにすぎません。汁気のある材料では、排気負荷の主なものは空気ではなく水です。

対応策は二つあります。

一つはガスバラストを開けることです。ガスバラストは乾燥空気を圧縮腔に混ぜ、水蒸気分圧が飽和点に達する前に排出されるようにし、ポンプ油が乳化しにくくなります。代償は排気速度が 15%～30% 低下し、到達真空度が悪化することです（V0155 は 0.3 mbar から 0.5 mbar に低下）。20% 低下として計算すると、V0100 は DN40 配管で有効排気速度が 80 m³/h しか残らず、40 mbar まで引くのに 13.4 秒かかり、12 秒のタクトでは間に合いません。V0155（150 m³/h）に変えて初めて余裕が生まれます。

二つはフィルターと集水を追加することです。吸気側にフィルターを付けて汁の残渣や粉体をせき止め、ユニットは上下タンク構造として、上タンクでバッファー、下タンクで集水・排出を行い、液体が直接ポンプ室に入るのを避けます。湿った材料の比率が高いラインでは、この項目のほうがポンプを一段大きくするより効きます。

四、運転方式と洗浄：連続ラインは一台使用・一台予備で構成する

一日二交代で途中停止しないラインでは、ポンプが一度止まるとライン全体が止まります。二台並列で一台使用・一台予備のユニット構成とし、圧力が設定値より低くなると自動切替するのが食品工場の一般的な方法です。三交代連続運転ではポンプの連続運転制限も見る必要があり、V0100 の仕様書には連続運転時の工作圧力は −300 mbar ゲージ圧より低いこと、周囲温度 0～35 ℃ と記載されているため、夏場はポンプ室の換気が必要です。

間欠生産で交代の少ないラインでは、単機にバッファータンクを加えるだけで足り、タンク容積はピーク使用量と許容圧力降下から計算します。

洗浄環境には別の分岐があります。真空吸盤、開袋、ガス置換前の粗引きなど 100 mbar 程度までしか引かないステーションでは、オイルフリーポンプを使えます。V16 は排気速度 16 m³/h、到達真空度 100 mbar、0.38 kW で、排気に油霧を含みません。オイルフリーかつ大流量が必要なら、ZS150 は排気速度 140 m³/h、到達真空度 60 mbar です。ただしチャンバーを 40 mbar 以下まで引く本包装ステーションでは、油封ロータリーベーン真空ポンプが依然として主力で、ドライクローポンプの 60 mbar 到達真空度ではこの点に届きません。

輸出と 60Hz

パラメータ一式を提示する前に、現場の電圧と周波数の二点を確認します。60Hz では V0040A から V0100 の排気速度は約 20% 高くなり、タクトは速くなりますが、一部の機種は 60Hz 地域に適さないため、注文前にメーカーへ構成を確認する必要があります。真空ポンプユニットは運転条件に応じてポンプ、バッファータンク、フィルター、制御をセットで供給でき、インターフェースとインターロックは現場配管に合わせて決めます。

よくある質問

食品真空包装機はどの真空度まで引くのが適切ですか？

調理済み食品、煮込み料理、プレ調理食品のような水分を含む材料は通常 30～50 mbar アブソリュート圧で、袋内残存酸素率 2% 以下に合わせます。この範囲は DPL-V0040A から V0100（到達真空度 0.1 mbar）で足り、1 mbar 以下を追う必要はありません。

真空ポンプの排気時間はどう計算しますか？

t = V / S × ln(1013/P₂) で概算し、V はチャンバー容積に袋内空気の換算量を加えたものとします。たとえば 60 L のチャンバーを 40 mbar まで 12 秒で引く場合、必要な有効排気速度は約 58 m³/h で、さらに 1.3 の余裕を掛けます。

包装ラインで汁気のある材料を引くと、ポンプ油がすぐ白濁する場合は？

ポンプ油の乳化は水蒸気が油室に凝結して入るためです。ガスバラストを開けて運転し、吸気側にフィルターを追加し、ユニットは上下タンクで水を集める、この三つを一緒に行います。ガスバラストを開けると排気速度は 20% 低下する前提でタクトを再計算し、ガスバラスト閉時の選定をそのまま使わないでください。

配管口径は排気速度にどの程度影響しますか？

大きく影響します。同じ DN32 配管では、DPL-V0100 の 100 m³/h は有効排気速度 44.4 m³/h まで下がります。DN40 配管に変えてようやく 60 m³/h になります。配管通径は、ワンサイズ大きいポンプに変えるよりもタクトへ影響することがよくあります。