超音波振動機能を備えた熱交換器
【課題】 可及的に少ない台数の超音波振動子を用いるだけで、加熱又は冷却によって変性した液体中の各種成分等が、金属パイプの内壁に付着することを防止できると共に、運転時の音が小さく、また、豆乳のような半液状物でも金属パイプ内に詰まらせることなく、円滑に熱交換できるように工夫した超音波振動機能を備えた熱交換器を提供する。
【解決手段】 熱媒又は冷媒に満たされた外套タンク１０の内部に、内壁面にテフロンを薄くコーティングした多数の金属パイプ１２…配管し、これ等金属パイプ１２…内を流れる液体又は半液状体と冷媒又は熱媒との間で熱交換を行う。外套タンク１０両端部に蓋体１３，１６を取付け、且つ、その内側に金属パイプ１２…を支える支持板１３’，１６’を設けることにより溜り室１４Ａ，１５Ａと１６Ｋを造り、一方の蓋体１６に超音波振動子１０Ｈを取付ける。
【解決手段】 熱媒又は冷媒に満たされた外套タンク１０の内部に、内壁面にテフロンを薄くコーティングした多数の金属パイプ１２…配管し、これ等金属パイプ１２…内を流れる液体又は半液状体と冷媒又は熱媒との間で熱交換を行う。外套タンク１０両端部に蓋体１３，１６を取付け、且つ、その内側に金属パイプ１２…を支える支持板１３’，１６’を設けることにより溜り室１４Ａ，１５Ａと１６Ｋを造り、一方の蓋体１６に超音波振動子１０Ｈを取付ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体調味料食品や、豆乳のような半液状の食品（以下半液状体という）などを短時間で効率的に加熱処理・冷却処理する場合に用いて好適な超音波振動機能を備えた熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば液体調味料などの食品を短時間で且つ効率的に加熱処理・冷却処理を行おうとするとき、金属パイプを温水や飽和水又は飽和蒸気のような熱媒、もしくは、冷水のような冷媒を満たした雰囲気中に配管して、この金属パイプ中を流れる液体と熱媒もしくは冷媒との間で熱交換を行う熱交換器が広く利用されていた。
【０００３】
しかしながら、従来の熱交換器を使用して例えば液体調味料を加熱調理したり加熱殺菌したりすると、液体調味料に含まれるタンパク質等の熱変性成分が固形化して金属パイプの内壁に付着してしまうため、処理量が著しく低下したり、金属パイプ内の付着物の洗浄に多大な時間がかかる。金属パイプ内の付着物の洗浄が不完全な場合には、これらの付着物がこげ様の異物となって徐々に脱落することで処理液中に混入する。液温の上昇により液体調味料中から追い出された溶存空気が一時金属パイプ内に付着し、これが波状的に下流側に押し出されることにより、金属パイプ出口での流量にばらつきが生ずる。等の問題があった。
【０００４】
そこで本出願人は、特許文献１に見られるように、例えば液体調味料等の各種の液体を加熱処理したり冷却処理したりする場合に、加熱又は冷却によって変性した液体中の各種成分等が、金属パイプの内壁に付着することを防止することができるように工夫した熱交換器と熱交換方法を開発した。
【特許文献１】特開２００２−１８１４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の発明によれば、超音波振動子による振動によって生じる超音波が、熱媒又は冷媒を介して金属パイプに及んでこれを振動するため、例えば液体調味料をこの金属パイプに通して加熱処理した場合に、加熱によって変性した液体調味料中のタンパク質成分等が、金属パイプの内壁面に付着することを防止できるものであって、変性した成分の付着による処理量の低下や、こげ様の異物が処理液中に混入すると言った不都合を解消すると共に、金属パイプ内の洗浄も容易に行うことができる利点を発揮することができる。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の熱交換器は、その図８乃至図１０に示されているように、外套タンクの外側面に設けた金属製ケース体の内部に、多数の超音波振動子を取付けることにより、各超音波振動子から金属パイプに向けて超音波を放射するように構成されているため、これ等多数の超音波振動子を用いる分、製造価格が高くなり、また、熱交換器の全体が大型化する問題があり、加えて、運転時の騒音が大きい、熱交換が液体調味料等の液体のみに限られ、例えば、豆乳のような半液状体のものは金属パイプが詰まってしまうため、熱交換できない、といった問題があった。
【０００７】
従って本発明の技術的課題は、可及的に少ない台数の超音波振動子を用いるだけで、加熱又は冷却によって変性した液体中の各種成分等が、金属パイプの内壁に付着することを防止できると共に、運転時の音が小さく、また、豆乳のような半液状物でも金属パイプ内に詰まらせることなく、円滑に熱交換できるように工夫した超音波振動機能を備えた熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１） 上記の技術的課題を解決するために、この出願の請求項１に係る発明は、調味料のような液体や、豆乳のような半液状体が流れる複数本の金属パイプを、熱媒又は冷媒が満たされた外套タンクの内部に配管することにより、金属パイプ中を流れる液体又は半液状体と熱媒又は冷媒との間で熱交換を行うように構成した熱交換器であって、上記外套タンクの両端口の内側に、両端口に対して間隔をあけて各金属パイプの両端部を支持する支持板を設け、且つ、外套タンクの両端口の夫々に蓋体を装着することにより、外套タンクの両端口の内側に上記各金属パイプの両先端口が夫々連通開口される液体又は半液状体の溜り室を区画形成すると共に、上記外套タンクの少なくとも一方の蓋体に、上記溜り室を通して上記各金属パイプの先端口に向けて超音波を放射する超音波振動子を取付けたことを特徴としている。
【０００９】
（２） また、この出願の請求項２に係る発明は、前記左右の蓋体が外套タンクの両端口に対して着脱自在に構成され、且つ、前記一方の蓋体には、複数本の超音波振動子が取付けられていると共に、他方の蓋体には、液体又は半液状体の流入口と熱交換を済ませた液体又は半液状体の流出口が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
（３） 更にこの出願の請求項３に係る発明は、外套タンク内に配管される金属パイプの内壁面に、テフロン（登録商標）やセラミックス等の薄膜がコーティングされていることを特徴としている。
【００１１】
上記（１）、（２）、（３）で述べた各手段によれば、超音波振動子の振動によって生じる超音波が、外套タンクの溜り室内を流れる液体を脈動し、更に、この超音波による振動が溜り室に先端口が開口されている各金属パイプの内部に伝播して、これを効果的に振動することができるため、各金属パイプの内壁面にテフロンやセラミックス等の薄膜をコーティングした点と相俟って、比較的少ない数（本数）の超音波振動子によって、金属パイプの内壁面に対するタンパク質成分等の付着を確実に防止できると共に、付着した場合でもこれを確実に剥離して、液体の流れに乗せて除去（排出）することができる。
【００１２】
更に上記の手段によれば、超音波振動子の取付け体数を少なくすることができることから、運転時の騒音を小さくすることができると共に、強力な振動作用によって例えば豆乳のような半液状体であっても、容易に熱交換することを可能にする。
【発明の効果】
【００１３】
以上述べた次第で、本発明に係る超音波振動機能を備えた熱交換器によれば、超音波振動子から放射される超音波によって液体が脈動され、且つ、この超音波による振動が金属パイプの内部に伝播するため、熱交換器によって例えば液体調味料を加熱処理した場合でも、加熱により変性した液体調味料中のタンパク質成分などが金属パイプ内の内壁に付着することを、その強力な振動作用と、金属パイプの内壁面にコーティングしたテフロンやセラミックス等の薄膜による剥離作用とによって、確実に防止することができるのであるが、本発明では特に、少ない数の超音波振動子によって上記タンパク質成分などの付着を確実に防止できるため、前記特許文献１に記載した熱交換器に比較して、構造の小型化と簡略化を可能にして、製造コストを安くすることができる経済的効果を発揮することができる。
【００１４】
更に本発明によれば、超音波振動子の取付け体数を少なくすることができることから、運転時の騒音を小さくして、静かに熱交換作業を進めることができる利点を発揮できると共に、超音波振動子による強力な振動作用と、テフロンやセラミックス等の優れた剥離作用により、液体調味料等の液体は元より、豆乳のような液状物（半液状体）の熱交換も可能にして、熱交換器の利用範囲を広げることができる利点を発揮できるものであって、熱交換器のクリーニングの間隔を長くできる省力的及び経済的効果を発揮できる点と相俟って、特に図１に例示されているような自動包装システムに組み込まれる熱交換器として、まことに有益なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る超音波振動機能を備えた熱交換器の実施の形態を図面と共に説明すると、図１は本発明が実施された連続自動包装システムの構成図であって、図中、ＡとＢは例えば液体調味料の原料を煮る蒸煮釜、Ｃはこれ等各蒸煮釜Ａ，ＢよりポンプＰを経て送られて来る蒸煮済みの液体調味料をストレージタンクＤに送り込む供給管、Ｚは、ストレージタンクＤよりポンプＤＰによって輸送管Ｅを通して送り込まれて来る蒸煮済みの液体調味料や、或いは、例えば豆乳のような半液状体を、飽和蒸気水や温水等の熱媒、又は、冷水等の冷媒を用いて所定の温度に加熱処理或は冷却処理することができる本発明に係る超音波振動機能を備えた熱交換器を示す。
【００１６】
更に図中、Ｇは上記本発明に係る熱交換器Ｚによって熱交換されて取出管Ｗを通して送り出されて来る液体調味料又は半液状体を、自動包装機Ｊに送り込む供給管、Ｉは供給管Ｇの途中に三方自動切換弁Ｈを介して接続した返送管で、液体調味料半液状体が所定の温度に加熱又は冷却されていない場合や、自動包装機Ｊで処理しきれない液体調味料又は半液状体は、この返送管Ｉを通って再び上記のストレージタンクＤに送り戻される仕組に成っている。
【００１７】
また、ＪＴは上記の自動包装機Ｊによって連続的に包装された液体調味料又は豆乳等の包装袋、Ｋはこの帯状に連続する包装袋ＪＴを梱包に適した所定の温度に冷却するストレート用冷却装置、Ｌは冷却された帯状に連続する包装袋ＪＴをカッテイングするカッテイング装置であって、本発明に係る超音波振動機能を備えた熱交換器Ｚは、この様に構成された包装ラインの中に組み込まれて用いられるが、図示したラインの構成は実施の一例であって、本発明は図示以外の包装ラインや、その他のラインに組み込んで使用可能であることは勿論である。
【００１８】
次に、上述した本発明に係る超音波振動機能を備えた熱交換器Ｚの構造を図面と共に説明すると、図２は多管式（多段式）に構成した熱交換器Ｚの全体を説明した構成図、図３は熱交換器Ｚを構成する外套タンク１０を拡大して示した一部断面正面図であって、図１並びに図２に示した熱交換器Ｚは、図３に示した構造の外套タンク１０を直列に複数本接続することによって構成される仕組みに成っている。
【００１９】
即ち、全体を太径の円管状に造った上述した外套タンク１０は、図３に示すように、上側面に加熱蒸気等の熱媒又は冷水のような冷媒の流入口１１Ａを設けた外套管１１の内部１１Ｈに、内壁面にテフロンやセラミックス等のように表面が滑性面と成っている薄膜をコーティングした多数本の金属パイプ１２…を並設すると共に、外套管１１の両端部の内側に、これ等各金属パイプ１２…の両端を支持するための支持板１３’，１６’を設け、且つ、外套管１１の両端口に左右の蓋体１３，１６を装着することによって、外套タンク１０の両端部に処理液体又は半液状体の溜り室１４Ａ，１５Ａと１６Ｋを区画形成するように構成されている。
【００２０】
また図３において、１４は左側の蓋体１３に設けた熱交換を受ける液体又は半液状体の流入口、１５は熱交換を終えた液体又は半液状体の流出口、１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅは外套管１１の上面に設けた温度検知と、通気口と熱媒又は冷媒を外套管１１から排出する場合に用いる空気の取入口を示し、１１Ｂは外套管１１の底面に設けた熱交換を終えたドレンの排出口を示す。
【００２１】
更に図３において、１３Ｔは各外套管１１内で熱交換される液体又は半液状体の流路を設定するために、上記左側の蓋体１３の内側面に上記左側の溜り室を中央線の部分で左右又は上下の２つの溜り室１４Ａ，１５Ａに２分割できるように突出形成した中央仕切壁を示す。また、１３Ｂは上記中央仕切壁１３Ｔの先端に設けたパッキン、１３Ａ，１６Ａは左右の蓋体１３，１６を外套管１１の両端口に取付けるクランプで、１３Ｃと１６Ｃはガスケットを示す。
【００２２】
更に、１０Ｈ，１０Ｈは上記右側の蓋体１６の板面１６Ｒに取付けた超音波振動子で、これ等の超音波振動子１０Ｈ，１０Ｈは、超音波を上記右側の溜り室１６Ｋと、この溜り室１６Ｋに向けて先端口を開口している多数本の金属パイプ１２…の内部に放射して、溜り室１６Ｋの内部を図３の矢印に示すように流れる液体又は半液状体を脈動し、且つ、金属パイプ１２…を振動する仕組みに成っている。
【００２３】
上記図３に示した構成によれば、流入口１４より左側の蓋体１３の下半分の溜り室１４Ａに流入した液体又は半液状体は、この下半分の溜り室１４Ａにその各先端口を臨ませている下側半分の各金属パイプ１２…内を通って右側の溜り室１６Ｋに流通し、次いで、矢印の如く上方に反転して上側半分の金属パイプ１２…の内部を通って左側の上半分の溜り室１５Ａに流通し、流出口１５より外套タンク１０の外に流出されることになるが、この間、各金属パイプ１２…を往復流通する液体又は半液状体は、タンク内部１１Ｈ内に満たされている熱媒又は冷媒との間で熱交換されると共に、右側の溜り室１６Ｋに流入した時に、超音波振動子１０Ｈから放射される超音波を受けて脈動し、且つ、この脈動する液体又は半液状体を通して各金属パイプ１２…の内部にも超音波が伝播されて、各金属パイプ１２…をその内部から振動させることができるため、各金属パイプ１２…内へのタンパク質成分等の付着を防止し、また、付着したタンパク質成分等の剥離を効果的に行うことができる。
【００２４】
本発明の実施例では、外套管１１の内部に、夫々内壁面にテフロンやセラミックス等を薄くコーティングした計４０本の金属パイプ１２…が配管されていて、前記左側の蓋体１３の内部に設けた中央仕切壁１３Ｔが、これ等計４０本の金属パイプ１２…を１ブロック＝２０本単位に区分することができるが、上記中央仕切壁１３Ｔを例えばＴ字形状に形成した場合は、４０本の金属パイプ１２…を１ブロック＝１０本単位に区分することが可能であって、これ等中央仕切壁１３Ｔの形状と金属パイプ１２…の本数はいずれも実施の一例である。また、図面には右側の蓋体１６に２本の超音波振動子１０Ｈ，１０Ｈが取付けられた構成が示されているが、これも実施の一例であって、実際には２本〜５本程度の複数本が取付けられている。
【００２５】
この様に構成した超音波振動子１０Ｈを備えた外套タンク１０を用いて熱交換器Ｚを造るには、先ず、複数本の外套タンク１０…を、図２に示す如く移動用のキャスターを備えた機枠フレーム１に多段式に架設すると共に、熱媒又は冷媒の媒体供給源２１（図面の場合はスチーム供給源）に設けた媒体供給パイプ２２を、夫々ボールバルブ２７，２８を介して各外套タンク１０…の媒体取入口１１Ａに接続し、また、各ドレン排出口１１Ｂに取付けたドレン排出パイプ４４を、上記機枠フレーム１の基台ＩＴ上に搭載したドレン回収タンク３０に接続する。
【００２６】
更に、前記ストレージタンクＤよりポンプＤＰによって送られて来る液体調味料又は半液状体の液体用輸送管Ｅの先端を、最下段の外套タンク１０に取付けた左側蓋体１３の流入口１４に接続し、また、該蓋体１３に設けた流出口１５と、次段の外套タンク１０に取付けた左側蓋体１３に設けられている流入口１５の間を混合パイプＶで連通接続すれば、上記ストレージタンクＤより送り込まれて来る液体又は半液状体を、各外套タンク１０…の金属パイプ１２…内で順々に熱交換して所定の温度に加熱又は冷却した後、最終段の外套タンク１０の流出口１５に接続した送出パイプＷＴを通して、前記図１に示した取出管Ｗに送り出される仕組みに成っている。
【００２７】
前記媒体供給パイプ２２には、ボールバルブ２７が取付けられ、更に、制御装置４０によって制御されて媒体の供給量を上記ストレージタンクＤから送り込まれる液体又は半液状体を任意の温度に調節することができるプロセス制御弁５３が設けられている。加えて、この媒体供給パイプ２２には、媒体を第１電磁弁２９Ａを介して前述したドレン回収タンク３０に送り込むことができる第１の分岐パイプ２９が接続されている。また、第２の分岐パイプ２２Ｘに設けたスチームトラップ２２Ｋは、ドレン回収タンク３０に設けたドレン排出パイプ３１に接続されている。
【００２８】
更に図２において、４０は各外套タンク１０の通気口１１Ｄと前述したドレン回収タンク３０の間を結ぶ通気パイプで、４１はこの通気パイプ４０に設けた第２の電磁弁を示す。また、１段目と２段目の外套タンク１０，１０に設けたエアー取入口１１Ｅ，１１Ｅには、夫々逆止弁４２，４２を介してエアーベント４３，４３が取付けられている。
【００２９】
また、前記ドレン回収タンク３０に接続したドレン排出パイプ３１には、トラップ３２（スチームトラップ）が取付けられていて、その先端はドレン回収槽３３に接続している。５１は前記送出パイプＷＴから送出される熱交換を終えた液体又は半液状体の温度を検出する温度センサー、５２，５２は前記各外套管１０の温度検出口１１Ｃに取付けた媒体の温度検出用温度センサーで、これ等各温度センサー５１，５２，５２で検出された温度データは前述した制御装置５０に送られて、媒体の温度が適温に調節される仕組みに成っている。
【００３０】
以上の如く構成した熱交換器Ｚは、制御装置５０に設定された２次側（加熱液）の任意設定温度に対して、媒体供給源２１からの媒体供給（スチーム供給）を、制御装置５０がプロセス制御弁５３を制御しながら行う。この場合、通気パイプ４０の第２の電磁弁４１は開のため、ドレン回収タンク３０と各外套タンク１０の内部は同圧状態となり、従って、各外套タンク１０内で発生したドレンは、ドレン排出パイプ４４を通ってドレン回収タンク３０に集合される。
【００３１】
以上の如くドレン回収タンク３０に集合されたドレンは、その量をレベルセンサー（図示省略）が感知して任意の量をサイクルとしてドレン排出を行うが、ドレン排出に際しては、上記第２電磁弁４１は閉となり、媒体供給用の第１の分岐パイプ２９の第１電磁弁２９Ａが開となって、媒体（スチーム）をドレン回収タンク３０内に送り込むため、その媒体圧力を利用してドレンをドレン排出パイプ３１を通して大気圧内に排出する。排出が完了すると同時に、上記第１電磁弁２９が閉、第２電磁弁４１が開となって、この動作が反復される。
【００３２】
また、上記の制御装置５０は、定期的に又は必要に応じて各外套タンク１０の右側（一方）の蓋体１６に取付けた超音波振動子１０Ｈ…を作動するか、或いは、連続して超音波振動子１０Ｈ…を作動することにより、各金属パイプ１２…の内壁面にテフロンを薄くコーティングして剥離性を高めた点と相俟って、各金属パイプ１２…へのタンパク質成分等の付着を防止したり、付着しているタンパク質成分等を容易に剥離する一方、洗浄剤を使用して金属パイプ１２…をクリーニングする際に、超音波振動によって洗浄効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る超音波振動機能を備えた熱交換器が実施された自動包装システムの一例を示した構成図。
【図２】本発明に係る超音波振動機能を備えた熱交換器の全体を説明した構成図。
【図３】本発明を構成する外套タンクの構造を設恵美下一部断面側面図である。
【符号の説明】
【００３４】
Ｚ 本発明に係る熱交換器
１０ 外套タンク
１０Ｈ 超音波振動子
１１ 外套管
１２ 金属パイプ
１３，１６ 蓋体
１３’，１６’ 支持板
１４ 流入口
１５ 流出口
１４Ａ，１５Ａ，１６Ｋ 溜り室
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体調味料食品や、豆乳のような半液状の食品（以下半液状体という）などを短時間で効率的に加熱処理・冷却処理する場合に用いて好適な超音波振動機能を備えた熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば液体調味料などの食品を短時間で且つ効率的に加熱処理・冷却処理を行おうとするとき、金属パイプを温水や飽和水又は飽和蒸気のような熱媒、もしくは、冷水のような冷媒を満たした雰囲気中に配管して、この金属パイプ中を流れる液体と熱媒もしくは冷媒との間で熱交換を行う熱交換器が広く利用されていた。
【０００３】
しかしながら、従来の熱交換器を使用して例えば液体調味料を加熱調理したり加熱殺菌したりすると、液体調味料に含まれるタンパク質等の熱変性成分が固形化して金属パイプの内壁に付着してしまうため、処理量が著しく低下したり、金属パイプ内の付着物の洗浄に多大な時間がかかる。金属パイプ内の付着物の洗浄が不完全な場合には、これらの付着物がこげ様の異物となって徐々に脱落することで処理液中に混入する。液温の上昇により液体調味料中から追い出された溶存空気が一時金属パイプ内に付着し、これが波状的に下流側に押し出されることにより、金属パイプ出口での流量にばらつきが生ずる。等の問題があった。
【０００４】
そこで本出願人は、特許文献１に見られるように、例えば液体調味料等の各種の液体を加熱処理したり冷却処理したりする場合に、加熱又は冷却によって変性した液体中の各種成分等が、金属パイプの内壁に付着することを防止することができるように工夫した熱交換器と熱交換方法を開発した。
【特許文献１】特開２００２−１８１４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の発明によれば、超音波振動子による振動によって生じる超音波が、熱媒又は冷媒を介して金属パイプに及んでこれを振動するため、例えば液体調味料をこの金属パイプに通して加熱処理した場合に、加熱によって変性した液体調味料中のタンパク質成分等が、金属パイプの内壁面に付着することを防止できるものであって、変性した成分の付着による処理量の低下や、こげ様の異物が処理液中に混入すると言った不都合を解消すると共に、金属パイプ内の洗浄も容易に行うことができる利点を発揮することができる。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の熱交換器は、その図８乃至図１０に示されているように、外套タンクの外側面に設けた金属製ケース体の内部に、多数の超音波振動子を取付けることにより、各超音波振動子から金属パイプに向けて超音波を放射するように構成されているため、これ等多数の超音波振動子を用いる分、製造価格が高くなり、また、熱交換器の全体が大型化する問題があり、加えて、運転時の騒音が大きい、熱交換が液体調味料等の液体のみに限られ、例えば、豆乳のような半液状体のものは金属パイプが詰まってしまうため、熱交換できない、といった問題があった。
【０００７】
従って本発明の技術的課題は、可及的に少ない台数の超音波振動子を用いるだけで、加熱又は冷却によって変性した液体中の各種成分等が、金属パイプの内壁に付着することを防止できると共に、運転時の音が小さく、また、豆乳のような半液状物でも金属パイプ内に詰まらせることなく、円滑に熱交換できるように工夫した超音波振動機能を備えた熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１） 上記の技術的課題を解決するために、この出願の請求項１に係る発明は、調味料のような液体や、豆乳のような半液状体が流れる複数本の金属パイプを、熱媒又は冷媒が満たされた外套タンクの内部に配管することにより、金属パイプ中を流れる液体又は半液状体と熱媒又は冷媒との間で熱交換を行うように構成した熱交換器であって、上記外套タンクの両端口の内側に、両端口に対して間隔をあけて各金属パイプの両端部を支持する支持板を設け、且つ、外套タンクの両端口の夫々に蓋体を装着することにより、外套タンクの両端口の内側に上記各金属パイプの両先端口が夫々連通開口される液体又は半液状体の溜り室を区画形成すると共に、上記外套タンクの少なくとも一方の蓋体に、上記溜り室を通して上記各金属パイプの先端口に向けて超音波を放射する超音波振動子を取付けたことを特徴としている。
【０００９】
（２） また、この出願の請求項２に係る発明は、前記左右の蓋体が外套タンクの両端口に対して着脱自在に構成され、且つ、前記一方の蓋体には、複数本の超音波振動子が取付けられていると共に、他方の蓋体には、液体又は半液状体の流入口と熱交換を済ませた液体又は半液状体の流出口が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
（３） 更にこの出願の請求項３に係る発明は、外套タンク内に配管される金属パイプの内壁面に、テフロン（登録商標）やセラミックス等の薄膜がコーティングされていることを特徴としている。
【００１１】
上記（１）、（２）、（３）で述べた各手段によれば、超音波振動子の振動によって生じる超音波が、外套タンクの溜り室内を流れる液体を脈動し、更に、この超音波による振動が溜り室に先端口が開口されている各金属パイプの内部に伝播して、これを効果的に振動することができるため、各金属パイプの内壁面にテフロンやセラミックス等の薄膜をコーティングした点と相俟って、比較的少ない数（本数）の超音波振動子によって、金属パイプの内壁面に対するタンパク質成分等の付着を確実に防止できると共に、付着した場合でもこれを確実に剥離して、液体の流れに乗せて除去（排出）することができる。
【００１２】
更に上記の手段によれば、超音波振動子の取付け体数を少なくすることができることから、運転時の騒音を小さくすることができると共に、強力な振動作用によって例えば豆乳のような半液状体であっても、容易に熱交換することを可能にする。
【発明の効果】
【００１３】
以上述べた次第で、本発明に係る超音波振動機能を備えた熱交換器によれば、超音波振動子から放射される超音波によって液体が脈動され、且つ、この超音波による振動が金属パイプの内部に伝播するため、熱交換器によって例えば液体調味料を加熱処理した場合でも、加熱により変性した液体調味料中のタンパク質成分などが金属パイプ内の内壁に付着することを、その強力な振動作用と、金属パイプの内壁面にコーティングしたテフロンやセラミックス等の薄膜による剥離作用とによって、確実に防止することができるのであるが、本発明では特に、少ない数の超音波振動子によって上記タンパク質成分などの付着を確実に防止できるため、前記特許文献１に記載した熱交換器に比較して、構造の小型化と簡略化を可能にして、製造コストを安くすることができる経済的効果を発揮することができる。
【００１４】
更に本発明によれば、超音波振動子の取付け体数を少なくすることができることから、運転時の騒音を小さくして、静かに熱交換作業を進めることができる利点を発揮できると共に、超音波振動子による強力な振動作用と、テフロンやセラミックス等の優れた剥離作用により、液体調味料等の液体は元より、豆乳のような液状物（半液状体）の熱交換も可能にして、熱交換器の利用範囲を広げることができる利点を発揮できるものであって、熱交換器のクリーニングの間隔を長くできる省力的及び経済的効果を発揮できる点と相俟って、特に図１に例示されているような自動包装システムに組み込まれる熱交換器として、まことに有益なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る超音波振動機能を備えた熱交換器の実施の形態を図面と共に説明すると、図１は本発明が実施された連続自動包装システムの構成図であって、図中、ＡとＢは例えば液体調味料の原料を煮る蒸煮釜、Ｃはこれ等各蒸煮釜Ａ，ＢよりポンプＰを経て送られて来る蒸煮済みの液体調味料をストレージタンクＤに送り込む供給管、Ｚは、ストレージタンクＤよりポンプＤＰによって輸送管Ｅを通して送り込まれて来る蒸煮済みの液体調味料や、或いは、例えば豆乳のような半液状体を、飽和蒸気水や温水等の熱媒、又は、冷水等の冷媒を用いて所定の温度に加熱処理或は冷却処理することができる本発明に係る超音波振動機能を備えた熱交換器を示す。
【００１６】
更に図中、Ｇは上記本発明に係る熱交換器Ｚによって熱交換されて取出管Ｗを通して送り出されて来る液体調味料又は半液状体を、自動包装機Ｊに送り込む供給管、Ｉは供給管Ｇの途中に三方自動切換弁Ｈを介して接続した返送管で、液体調味料半液状体が所定の温度に加熱又は冷却されていない場合や、自動包装機Ｊで処理しきれない液体調味料又は半液状体は、この返送管Ｉを通って再び上記のストレージタンクＤに送り戻される仕組に成っている。
【００１７】
また、ＪＴは上記の自動包装機Ｊによって連続的に包装された液体調味料又は豆乳等の包装袋、Ｋはこの帯状に連続する包装袋ＪＴを梱包に適した所定の温度に冷却するストレート用冷却装置、Ｌは冷却された帯状に連続する包装袋ＪＴをカッテイングするカッテイング装置であって、本発明に係る超音波振動機能を備えた熱交換器Ｚは、この様に構成された包装ラインの中に組み込まれて用いられるが、図示したラインの構成は実施の一例であって、本発明は図示以外の包装ラインや、その他のラインに組み込んで使用可能であることは勿論である。
【００１８】
次に、上述した本発明に係る超音波振動機能を備えた熱交換器Ｚの構造を図面と共に説明すると、図２は多管式（多段式）に構成した熱交換器Ｚの全体を説明した構成図、図３は熱交換器Ｚを構成する外套タンク１０を拡大して示した一部断面正面図であって、図１並びに図２に示した熱交換器Ｚは、図３に示した構造の外套タンク１０を直列に複数本接続することによって構成される仕組みに成っている。
【００１９】
即ち、全体を太径の円管状に造った上述した外套タンク１０は、図３に示すように、上側面に加熱蒸気等の熱媒又は冷水のような冷媒の流入口１１Ａを設けた外套管１１の内部１１Ｈに、内壁面にテフロンやセラミックス等のように表面が滑性面と成っている薄膜をコーティングした多数本の金属パイプ１２…を並設すると共に、外套管１１の両端部の内側に、これ等各金属パイプ１２…の両端を支持するための支持板１３’，１６’を設け、且つ、外套管１１の両端口に左右の蓋体１３，１６を装着することによって、外套タンク１０の両端部に処理液体又は半液状体の溜り室１４Ａ，１５Ａと１６Ｋを区画形成するように構成されている。
【００２０】
また図３において、１４は左側の蓋体１３に設けた熱交換を受ける液体又は半液状体の流入口、１５は熱交換を終えた液体又は半液状体の流出口、１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅは外套管１１の上面に設けた温度検知と、通気口と熱媒又は冷媒を外套管１１から排出する場合に用いる空気の取入口を示し、１１Ｂは外套管１１の底面に設けた熱交換を終えたドレンの排出口を示す。
【００２１】
更に図３において、１３Ｔは各外套管１１内で熱交換される液体又は半液状体の流路を設定するために、上記左側の蓋体１３の内側面に上記左側の溜り室を中央線の部分で左右又は上下の２つの溜り室１４Ａ，１５Ａに２分割できるように突出形成した中央仕切壁を示す。また、１３Ｂは上記中央仕切壁１３Ｔの先端に設けたパッキン、１３Ａ，１６Ａは左右の蓋体１３，１６を外套管１１の両端口に取付けるクランプで、１３Ｃと１６Ｃはガスケットを示す。
【００２２】
更に、１０Ｈ，１０Ｈは上記右側の蓋体１６の板面１６Ｒに取付けた超音波振動子で、これ等の超音波振動子１０Ｈ，１０Ｈは、超音波を上記右側の溜り室１６Ｋと、この溜り室１６Ｋに向けて先端口を開口している多数本の金属パイプ１２…の内部に放射して、溜り室１６Ｋの内部を図３の矢印に示すように流れる液体又は半液状体を脈動し、且つ、金属パイプ１２…を振動する仕組みに成っている。
【００２３】
上記図３に示した構成によれば、流入口１４より左側の蓋体１３の下半分の溜り室１４Ａに流入した液体又は半液状体は、この下半分の溜り室１４Ａにその各先端口を臨ませている下側半分の各金属パイプ１２…内を通って右側の溜り室１６Ｋに流通し、次いで、矢印の如く上方に反転して上側半分の金属パイプ１２…の内部を通って左側の上半分の溜り室１５Ａに流通し、流出口１５より外套タンク１０の外に流出されることになるが、この間、各金属パイプ１２…を往復流通する液体又は半液状体は、タンク内部１１Ｈ内に満たされている熱媒又は冷媒との間で熱交換されると共に、右側の溜り室１６Ｋに流入した時に、超音波振動子１０Ｈから放射される超音波を受けて脈動し、且つ、この脈動する液体又は半液状体を通して各金属パイプ１２…の内部にも超音波が伝播されて、各金属パイプ１２…をその内部から振動させることができるため、各金属パイプ１２…内へのタンパク質成分等の付着を防止し、また、付着したタンパク質成分等の剥離を効果的に行うことができる。
【００２４】
本発明の実施例では、外套管１１の内部に、夫々内壁面にテフロンやセラミックス等を薄くコーティングした計４０本の金属パイプ１２…が配管されていて、前記左側の蓋体１３の内部に設けた中央仕切壁１３Ｔが、これ等計４０本の金属パイプ１２…を１ブロック＝２０本単位に区分することができるが、上記中央仕切壁１３Ｔを例えばＴ字形状に形成した場合は、４０本の金属パイプ１２…を１ブロック＝１０本単位に区分することが可能であって、これ等中央仕切壁１３Ｔの形状と金属パイプ１２…の本数はいずれも実施の一例である。また、図面には右側の蓋体１６に２本の超音波振動子１０Ｈ，１０Ｈが取付けられた構成が示されているが、これも実施の一例であって、実際には２本〜５本程度の複数本が取付けられている。
【００２５】
この様に構成した超音波振動子１０Ｈを備えた外套タンク１０を用いて熱交換器Ｚを造るには、先ず、複数本の外套タンク１０…を、図２に示す如く移動用のキャスターを備えた機枠フレーム１に多段式に架設すると共に、熱媒又は冷媒の媒体供給源２１（図面の場合はスチーム供給源）に設けた媒体供給パイプ２２を、夫々ボールバルブ２７，２８を介して各外套タンク１０…の媒体取入口１１Ａに接続し、また、各ドレン排出口１１Ｂに取付けたドレン排出パイプ４４を、上記機枠フレーム１の基台ＩＴ上に搭載したドレン回収タンク３０に接続する。
【００２６】
更に、前記ストレージタンクＤよりポンプＤＰによって送られて来る液体調味料又は半液状体の液体用輸送管Ｅの先端を、最下段の外套タンク１０に取付けた左側蓋体１３の流入口１４に接続し、また、該蓋体１３に設けた流出口１５と、次段の外套タンク１０に取付けた左側蓋体１３に設けられている流入口１５の間を混合パイプＶで連通接続すれば、上記ストレージタンクＤより送り込まれて来る液体又は半液状体を、各外套タンク１０…の金属パイプ１２…内で順々に熱交換して所定の温度に加熱又は冷却した後、最終段の外套タンク１０の流出口１５に接続した送出パイプＷＴを通して、前記図１に示した取出管Ｗに送り出される仕組みに成っている。
【００２７】
前記媒体供給パイプ２２には、ボールバルブ２７が取付けられ、更に、制御装置４０によって制御されて媒体の供給量を上記ストレージタンクＤから送り込まれる液体又は半液状体を任意の温度に調節することができるプロセス制御弁５３が設けられている。加えて、この媒体供給パイプ２２には、媒体を第１電磁弁２９Ａを介して前述したドレン回収タンク３０に送り込むことができる第１の分岐パイプ２９が接続されている。また、第２の分岐パイプ２２Ｘに設けたスチームトラップ２２Ｋは、ドレン回収タンク３０に設けたドレン排出パイプ３１に接続されている。
【００２８】
更に図２において、４０は各外套タンク１０の通気口１１Ｄと前述したドレン回収タンク３０の間を結ぶ通気パイプで、４１はこの通気パイプ４０に設けた第２の電磁弁を示す。また、１段目と２段目の外套タンク１０，１０に設けたエアー取入口１１Ｅ，１１Ｅには、夫々逆止弁４２，４２を介してエアーベント４３，４３が取付けられている。
【００２９】
また、前記ドレン回収タンク３０に接続したドレン排出パイプ３１には、トラップ３２（スチームトラップ）が取付けられていて、その先端はドレン回収槽３３に接続している。５１は前記送出パイプＷＴから送出される熱交換を終えた液体又は半液状体の温度を検出する温度センサー、５２，５２は前記各外套管１０の温度検出口１１Ｃに取付けた媒体の温度検出用温度センサーで、これ等各温度センサー５１，５２，５２で検出された温度データは前述した制御装置５０に送られて、媒体の温度が適温に調節される仕組みに成っている。
【００３０】
以上の如く構成した熱交換器Ｚは、制御装置５０に設定された２次側（加熱液）の任意設定温度に対して、媒体供給源２１からの媒体供給（スチーム供給）を、制御装置５０がプロセス制御弁５３を制御しながら行う。この場合、通気パイプ４０の第２の電磁弁４１は開のため、ドレン回収タンク３０と各外套タンク１０の内部は同圧状態となり、従って、各外套タンク１０内で発生したドレンは、ドレン排出パイプ４４を通ってドレン回収タンク３０に集合される。
【００３１】
以上の如くドレン回収タンク３０に集合されたドレンは、その量をレベルセンサー（図示省略）が感知して任意の量をサイクルとしてドレン排出を行うが、ドレン排出に際しては、上記第２電磁弁４１は閉となり、媒体供給用の第１の分岐パイプ２９の第１電磁弁２９Ａが開となって、媒体（スチーム）をドレン回収タンク３０内に送り込むため、その媒体圧力を利用してドレンをドレン排出パイプ３１を通して大気圧内に排出する。排出が完了すると同時に、上記第１電磁弁２９が閉、第２電磁弁４１が開となって、この動作が反復される。
【００３２】
また、上記の制御装置５０は、定期的に又は必要に応じて各外套タンク１０の右側（一方）の蓋体１６に取付けた超音波振動子１０Ｈ…を作動するか、或いは、連続して超音波振動子１０Ｈ…を作動することにより、各金属パイプ１２…の内壁面にテフロンを薄くコーティングして剥離性を高めた点と相俟って、各金属パイプ１２…へのタンパク質成分等の付着を防止したり、付着しているタンパク質成分等を容易に剥離する一方、洗浄剤を使用して金属パイプ１２…をクリーニングする際に、超音波振動によって洗浄効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る超音波振動機能を備えた熱交換器が実施された自動包装システムの一例を示した構成図。
【図２】本発明に係る超音波振動機能を備えた熱交換器の全体を説明した構成図。
【図３】本発明を構成する外套タンクの構造を設恵美下一部断面側面図である。
【符号の説明】
【００３４】
Ｚ 本発明に係る熱交換器
１０ 外套タンク
１０Ｈ 超音波振動子
１１ 外套管
１２ 金属パイプ
１３，１６ 蓋体
１３’，１６’ 支持板
１４ 流入口
１５ 流出口
１４Ａ，１５Ａ，１６Ｋ 溜り室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
調味料のような液体や、豆乳のような半液状体が流れる複数本の金属パイプを、熱媒又は冷媒が満たされた外套タンクの内部に配管することにより、金属パイプ中を流れる液体又は半液状体と熱媒又は冷媒との間で熱交換を行うように構成した熱交換器であって、
上記外套タンクの両端口の内側に、両端口に対して間隔をあけて各金属パイプの両端部を支持する支持板を設け、且つ、外套タンクの両端口の夫々に蓋体を装着することにより、外套タンクの両端口の内側に上記各金属パイプの両先端口が夫々連通開口される液体又は半液状体の溜り室を区画形成すると共に、
上記外套タンクの少なくとも一方の蓋体に、上記溜り室を通して上記各金属パイプの先端口に向けて超音波を放射する超音波振動子を取付けたことを特徴とする超音波振動機能を備えた熱交換器。
【請求項２】
前記左右の蓋体が外套タンクの両端口に対して着脱自在に構成され、且つ、前記一方の蓋体には、複数本の超音波振動子が取付けられていると共に、他方の蓋体には、液体又は半液状体の流入口と熱交換を済ませた液体又は半液状体の流出口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動機能を備えた熱交換器。
【請求項３】
外套タンク内に配管される金属パイプの内壁面に、テフロンやセラミックス等の薄膜がコーティングされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波振動機能を備えた熱交換器。
【請求項１】
調味料のような液体や、豆乳のような半液状体が流れる複数本の金属パイプを、熱媒又は冷媒が満たされた外套タンクの内部に配管することにより、金属パイプ中を流れる液体又は半液状体と熱媒又は冷媒との間で熱交換を行うように構成した熱交換器であって、
上記外套タンクの両端口の内側に、両端口に対して間隔をあけて各金属パイプの両端部を支持する支持板を設け、且つ、外套タンクの両端口の夫々に蓋体を装着することにより、外套タンクの両端口の内側に上記各金属パイプの両先端口が夫々連通開口される液体又は半液状体の溜り室を区画形成すると共に、
上記外套タンクの少なくとも一方の蓋体に、上記溜り室を通して上記各金属パイプの先端口に向けて超音波を放射する超音波振動子を取付けたことを特徴とする超音波振動機能を備えた熱交換器。
【請求項２】
前記左右の蓋体が外套タンクの両端口に対して着脱自在に構成され、且つ、前記一方の蓋体には、複数本の超音波振動子が取付けられていると共に、他方の蓋体には、液体又は半液状体の流入口と熱交換を済ませた液体又は半液状体の流出口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動機能を備えた熱交換器。
【請求項３】
外套タンク内に配管される金属パイプの内壁面に、テフロンやセラミックス等の薄膜がコーティングされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波振動機能を備えた熱交換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−３４９２３９（Ｐ２００６−３４９２３９Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７４７６１（Ｐ２００５−１７４７６１）
【出願日】平成１７年６月１５日（２００５．６．１５）
【出願人】（５９１１８２６９５）株式会社ビーエム昌和 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月１５日（２００５．６．１５）
【出願人】（５９１１８２６９５）株式会社ビーエム昌和 (3)
【Ｆターム（参考）】
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