JP2015502516A - コイル型熱交換器 - Google Patents

Abstract

本発明は、熱伝達媒体を受容するための入口（２１）と熱伝達媒体を排出するための出口（２２）とを有している閉塞容器（２０）と、閉塞容器（２０）の内部において閉塞容器（２０）の下側部分（２３）から上側部分（２４）に至るまで螺旋状に延在している環状の導管（３０）であって、熱伝達媒体によって加熱又は冷却されるべき液状製品を輸送するための導管（３０）と、管状の導管（３０）のループ（３２）によって囲まれている内側ハウジング（４０）であって、熱伝達媒体に対して密閉されている内側ハウジング（４０）とを備えているコイル型熱交換器であって、内側ハウジング（４０）が、コイル型熱交換器（１０）の外部環境に通じている開放通路（４２）を備えている、コイル型熱交換器に関する。

Description

本発明は、コイル型熱交換器に関する。より具体的には、本発明は、熱伝達媒体と液状製品処理システム内における液状製品との間において熱を伝達させるための、改良されたコイル型熱交換器に関する。

容器内に密閉された熱伝達媒体と熱伝達媒体容器内部に延在している管状のコイルを通じて流れる液状製品との間において熱を伝達させるための、コイル型熱交換器が知られている。このようなコイル型熱交換器が比較的大きい粘性を有している特定のタイプの液状製品について特に効果的であることが証明されている。例えば、コイル型熱交換器は、例えばピューレ、デザートのプディングやスープ等のような大きい粘性流体のための流動食料加工装置の内部で一般に利用されている。これら種類の流体が管から成るコイルを通じて流れる際に、熱伝達媒体と液状製品との間において熱が伝達される。

従って、容器は、所望の熱伝達を実現するために、管から成るコイルの周りを流れる非常に大量の熱伝達媒体を格納すると共に輸送する。熱伝達媒体が容器を通じて流れることによって、容器内の圧力が高められる。このために、容器が、当該容器に堅固に螺合されている平坦なヘッドによって当該容器の上側端部において閉じられている。

熱交換効率を改善するために、内部容器は、管から成るコイルのループが内部ハウジングを囲んでいるように設けられている。

従って、熱伝達媒体が流れる容器の容積が著しく低減されるので、熱伝達媒体の流れが、内部ハウジングと容器との間の領域において循環される。

既知のコイル型熱交換器では、内側ハウジングは、熱伝達媒体が内部導管を満たすように容器と流通している。このような解決手段は、熱伝達効率を高めるが、内部ハウジングの内部における一定量の熱伝達媒体を加熱するために必要とされる事前殺菌時間が非常に長くなり、このことが大きな欠点である。

さらに、液状製品処理システムで利用されるコイル型熱交換器は、修理及びメンテナンスを許容するが、コイル型熱交換器の内部にアクセス可能である必要がある。従って、容器の上側端部は、容器の開放された上側端部に堅固に螺合されているシリンダヘッドによって密閉されている。

上述のコイル型熱交換器は、大規模な処理システムで利用されるので、コイル型熱交換器を支持する床について常に大きなニーズが存在する。高さが数メートルに及ぶコイル型熱交換器を設けることになるので、支持する床は、処理施設に対して必要な安全を付与するために慎重に建設される。

近年の改良として、内部ハウジングが空気で満たされた閉空間を形成しているという解決手段が挙げられる。このような解決手段の大きな利点は、コイル型熱交換器の全体重量が低減されることである。

しかしながら、内部ハウジングの内部への熱伝達媒体の漏出が、全体重量を高めると共に、コイル型熱交換器の効率を低下させるだろう。このことは、容器内の圧力が高いこと、典型的には約１０ｂａｒの圧力に起因して発生する場合がある。従って、このような解決手段には大きなリスクが存在する。

従って、コイル型熱交換器に対して、故障の危険性を低減させるというニーズが存在する。さらに、故障モードでの動作を回避することができるコイル型熱交換器に対するニーズが存在する。

従って、本発明の目的は、上述の問題を緩和させることである。

基本的な思想は、故障検知を容易に可能とするコイル型熱交換器を提供することである。

さらなる思想は、動作中における重量が低減されたコイル型熱交換器を提供することである。

さらにさらなる思想は、材料コストが低減されたコイル型熱交換器を提供することである。

第１の実施態様では、コイル型熱交換器が提供される。コイル型熱交換器は、熱伝達媒体を受容するための入口と熱伝達媒体を排出するための出口とを有している閉塞容器と、閉塞容器の内部において閉塞容器の下側部分から上側部分に至るまで螺旋状に延在している環状の導管であって、熱伝達媒体によって加熱又は冷却されるべき液状製品を輸送するための導管と、管状の導管のループによって囲まれている内側ハウジングであって、熱伝達媒体に対して密閉されている内側ハウジングとを備えており、内側ハウジングが、コイル型熱交換器の外部環境に通じている開放通路を備えている。

利用時には、開放通路が、内側ハウジングの下側端部に配置されている。これにより、液体は、内側ハウジングから地階に漏れるように重力によって付勢されるので、少量の漏れであっても容易に検知可能とされる。

利用時には、閉塞容器と内側ハウジングとが、支持プレートから上方に延在している。このことは、コイル型熱交換器の修理及びメンテナンスをするために閉塞容器及び内側ハウジングが取り外し可能とされる点において優位である。

閉塞容器が、Ｏリングによって支持プレートに対して密閉されている。従って、容易な且つ対費用効果に優れた方法で効果的な密閉を実現することができる。

支持プレートが、内側ハウジングをコイル型熱交換器の外部環境と接続している貫通穴を有している。このことは、漏れが支持プレートの下方に位置する床に直接輸送されるので、漏れの検知が非常に容易である点において優位である。

閉塞容器及び／又は内側ハウジングが、円筒状の形態とされるので、閉塞容器及び／又は内側ハウジングは、堅牢とされ、容易に製造可能とされる。

閉塞容器が、管状本体と閉塞上側端部とを備えており、閉塞上側端部が、曲面状の形態とされる。従って、コイル型熱交換器の全体重量が、コイル型熱交換器の耐圧性及び安全性を損なうことなく低減される。閉塞容器の閉塞上側端部が、管状本体に溶接されているので、ボルト又は他の固定具は不要である。

内側ハウジングが、管状の本体と閉塞された上側端部とを備えており、閉塞された上側端部が、曲面状の形態とされる。また、この場合には、コイル型熱交換器の全体重量が、コイル型熱交換器の耐圧性及び安全性を損なうことなく低減される。

内側ハウジングの閉塞された上側端部が、管状の本体に溶接されている。

第２の実施態様では、少なくとも１つの第１の実施態様におけるコイル型熱交換器を備えている液状製品処理システムが提供される。

第３の実施態様では、第２の実施態様における液状製品処理システムを備えている流動食料処理ユニットが提供される。

第４の実施態様では、コイル型熱交換器を準備するための方法が提供される。当該方法は、熱伝達媒体を受容するための入口と熱伝達媒体を排出するための出口とを有している閉塞容器を準備するステップと、閉塞容器の下側部分から上側部分に螺旋状に延在している管状の導管であって、熱伝達媒体によって加熱又は冷却されるべき液状製品を輸送するための導管を準備するステップと、管状の導管のループによって囲まれている内側ハウジングであって、熱伝達媒体に対して密閉されている内側ハウジングを準備するステップとを備えており、内側ハウジングが、コイル型熱交換器の外部環境に通じている開放通路を備えている。

第５の実施形態では、熱伝達媒体と液状製品との間において熱交換するための方法が提供される。当該方法は、第４の実施形態におけるコイル型熱交換器を準備するステップと、熱伝達媒体を閉塞容器の内部に導入するステップと、液状製品を管状の導管を通じて流すステップとを備えている。

本発明の第６の実施形態では、コイル型熱交換器が提供される。コイル型熱交換器は、熱伝達媒体を受容するための入口と熱伝達媒体を排出するための出口とを有している閉塞容器と、熱伝達媒体によって加熱されるべき液状製品を輸送するために、閉塞容器の内部において閉塞容器の下側部分から上側部分に至るまで螺旋状に延在している管状の導管と、管状の導管のループによって囲まれている内側ハウジングであって、熱伝達媒体に対して密閉されている内側ハウジングとを備えており、閉塞容器が、管状本体と閉塞上側端部とを備えており、閉塞上側端部が、曲面状の形態とされる。従って、コイル型熱交換器の全体重量は、コイル型熱交換器の耐圧性及び安全性を損なうことなく低減される。

閉塞容器の閉塞上側端部は管状本体に溶接されているので、ボルトや他の固定具を利用する必要が無い。

内側ハウジングは、コイル型熱交換器の外部環境に通じている開放通路を備えている。このことは、機能不全となる危険を低減し、コイル型熱交換器が故障モードで動作することを防止することができる。

好ましくは、このような開放通路は、内側ハウジングの下側端部に設けられており、流体は、内側ハウジングから地階に漏れるように重力によって付勢されるので、漏れを容易に検知可能となる。

閉塞容器と内側ハウジングとが、支持プレートから上方に延在している。このことは、閉塞容器と内側ハウジングとがコイル型熱交換器の修理及びメンテナンスをするために取り外し可能とされる点において優位である。

閉塞容器は、Ｏリングによって支持プレートに対して密閉されている。従って、容易な且つ対費用効果に優れた方法で効果的な密閉が実現されている。

支持プレートが、内側ハウジングをコイル型熱交換器の外部環境と接続している貫通穴を有している。このことは、漏れが支持プレートの下方の床に直接輸送されるので、容易に漏れを検知可能とされる点において優位である。

閉塞容器及び／又は内側ハウジングは、円筒状の形態とされるので、非常に堅牢であり、容易に製造可能とされる。

内側ハウジングは、管状の本体と閉塞された上側端部とを備えており、閉塞された上側端部は、曲面状の形態とされる。従って、コイル型熱交換器の全体重量は、コイル型熱交換器の耐圧性及び安全性を損なうことなく低減される。

内側ハウジングの閉塞された上側端部は、管状の本体に対して溶接されている。

第７の実施態様では、少なくとも１つの第６の実施形態におけるコイル型熱交換器を備えている液状製品処理システムが提供される。

第８の実施態様では、第７の実施形態における液状製品処理システムを備えている流動食料処理ユニットが提供される。

第９の実施形態では、コイル型熱交換器を準備するための方法が提供される。当該方法は、熱伝達媒体を受容するための入口と熱伝達媒体を排出するための出口とを有している閉塞容器を準備するステップと、熱伝達媒体によって加熱されるべき液状製品を輸送するために、閉塞容器の下側部分から上側部分に至るまで螺旋状に延在している管状の導管を準備するステップと、管状の導管のループによって囲まれている内側ハウジングであって、熱伝達媒体に対して密閉されている内側ハウジングを準備するステップとを備えており、閉塞容器が、管状の本体と閉塞上側端部とを備えており、閉塞上側端部が、曲面状の形態とされる。

第１０の実施形態では、熱伝達媒体と液状製品との間において熱交換をするための方法が提供される。当該方法は、第９の実施形態におけるコイル型熱交換器を準備するステップと、熱伝達媒体を閉塞容器の内部に導入するステップと、液状製品を管状の導管を通じて流すステップとを備えている。

本発明における上述の目的、特徴、及び利点は、さらなる目的、特徴、及び利点と同様に、添付図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施例に関する図解を伴う以下の非限定的且つ詳細な説明から明らかとなる。

一の実施例におけるコイル型熱交換器の断面図である。

図１は、コイル型熱交換器１０を表わす。コイル型熱交換器１０は、支持プレート５０から延在している閉塞容器２０によって形成されている。円筒状の形状とされる閉塞容器２０は、支持プレート５０に取り付けられている管状本体２５と閉塞上側端部２６とを含んでいる。閉塞容器２０は、例えば水のような熱伝達媒体を受容するための入口２１と、熱伝達媒体を排出するための出口２２とを含んでいる。入口２１及び出口２２は、例えば釣合タンクやヒーター等のような隣り合っている熱伝達媒体設備（図示しない）に接続されている。

好ましくは、閉塞容器２０が、ボルト（図示しない）によって支持プレート５０に取り付けられており、好ましくは、Ｏリング５２は、支持プレート５０に対する閉塞容器２０の十分な密閉性を確保にするために設けられている。

閉塞容器２０の閉塞上側端部２６は、湾曲した形状とされるが、このことは、平坦な閉塞上側端部と比較して一層高い圧力に耐えることができる点において優位である。さらに、閉塞上側端部２６は、閉塞上側端部２６と管状本体２５との間に他のシールを設ける必要が全く無くなるように、管状本体２５に溶接されている。好ましくは、溶接は、閉塞容器２０の周囲に沿って延在している溶接線２７に沿って実施されている。

好ましくは、閉塞上側端部２６の曲面は対称とされ、例えば半球状の形状とされる。しかしながら、平坦な上側端部より高い内部圧力に対する耐性を有していれば、他の曲面形状であっても良い。

さらに、閉塞上側端部２６は、閉塞容器２０を支持プレート５０に接続している例えばボルトのような取付手段が解放された場合に閉塞容器２０を支持プレート５０から取り外すことができる、例えばフックやこれに類する物のような揚重手段を備えている場合がある。

曲面状の閉塞上側端部２６を設けることによって、材料厚さが、平坦な上蓋を利用する場合に比較して著しく低減される。従って、コイル型熱交換器の全体重量を低減することができる。

管状の導管３０は、閉塞容器２０の内部に配置されている。管状の導管３０は、コイルのような螺旋状の形態とされ、閉塞容器２０の下側部分から閉塞容器２０の上側部分２４に至るまで延在している。管状の導管３０は、その形状がコイル状であるので、液状製品のための入口３３から導入され、液状製品のための出口３４を通じて排出される液状製品を輸送するための多数のループ３２を形成している。管状の導管３０の入口３３及び出口３４は、例えばヒーター、クーラーや破砕機等のようなさらなる液状製品処理設備（図示しない）に接続されている。

管状の導管３０のループ３３それぞれが、バッフル３５に沿って延在している。プレートとして設けられているバッフル３５それぞれは、閉塞容器２０の管状本体２５の内周の一部分に対して密着されており、閉塞容器２０の内周の反対側に向かって空間を空けている。好ましくは、バッフル３５は、熱伝達媒体を管状の導管３０全体に亘って強制的に流すために千鳥状配列で配置されている。従って、バッフル３５は、コイル型熱交換器１０の熱伝達効率を高めるために設けられている。

管状の導管３０は複数のループ３３を形成しているが、ループ３３の正確な数量は特定の熱伝達に依存する。例えば、ループ３３の数量は５〜５０であるが、所望の熱伝達を得るために他の数量であっても良い。

さらに、内側ハウジング４０が、管状の導管３０のループ３３によって囲まれている空間内に設けられている。内側ハウジング４０は、熱伝達媒体が内側ハウジング４０に侵入することを防止するために熱伝達媒体に対して密閉されている。さらに、内側ハウジング４０が熱伝達媒体の外部圧力に耐えることができる圧力チャンバを形成するように、内側ハウジング４０の内部圧力は大気圧になっている。

さらに、バッフル３５は、内部ハウジング４０の外周に対して密閉されている。

空気は、貫通穴５４を通じて支持プレート５０を貫通して延在している開放通路４２を介して、内部ハウジング４０に流入可能とされる。さらに、好ましくは、内部ハウジング４０は中空体として設けられており、内部ハウジング４０の壁は支持プレート５０に取り付けられている。従って、内部ハウジング４０の開放端部の全周が支持プレート５０と密接に接触しているように、内部ハウジング４０は支持プレート５０に載置されている。内部ハウジング４０の外径は、開放端部から閉塞上側端部に至るまで一定であるが、曲面状の上側端部を備えている場合には、外径は必然的に小さくなる。それにも関わらず、内側ハウジング４０は、支持プレート５０によって非常に堅牢に支持されている。

熱伝達媒体が内部ハウジング４０の内部に漏れると、その結果として、検知可能な量の熱伝達媒体が、コイル型熱交換器１０を支持している床に堆積する。このために、コイル型熱交換器１０の所望の動作が容易に監視可能とされる。

好ましくは、内部ハウジング４０は、閉塞された上側端部４４を具備する管状の本体４３として設けられている。内部ハウジング４０の閉塞された上側端部４４は、曲面状の形態とされるが、このことは、平坦な閉塞上側端部より高い外部圧力に対して耐性を有している点において優位である。さらに、閉塞された上側端部４４は、閉塞された上側端部４４と管状の本体４３との間に他のシールを設ける必要が全く無いように、管状の本体４３に溶接されている。

液状製品を処理するための典型的なコイル型熱交換器の一例について説明するが、当該コイル型熱交換器は、その長さが約１００ｍで直径が約４８ｍｍの管状の導管を有している。管状の導管は、高さが約４ｍの外側容器内に密閉されるように螺旋状に配置されている。従来技術に基づく平坦な上蓋を容器の管状部分に溶接された曲面状の上側端部に置換することによって、コイル型熱交換器の自重が、約１６００ｋｇから約１３００ｋｇに低減される。

さらに、熱伝達媒体が充填されたハウジングの代わりに空気が充填された内部ハウジングを設けることによって、コイル型熱交換器の運用重量、すなわち容器及び管状の導管が充填された場合におけるコイル型熱交換器の重量は、約３１７０ｋｇから約２０５０ｋｇに低減される。

上述の実施例におけるコイル型熱交換器では、運転が開始されると、熱伝達媒体が閉塞容器２０の内部に導入される。入口２１と出口２２との間で流れている熱伝達媒体は、閉塞容器２０内部の圧力を典型的には約１０ｂａｒに上昇させる。閉塞容器２０が熱伝達媒体で完全に充填された場合には、液状製品が管状の導管３０の内部に導入される。管状の導管３０内部の圧力は、一般に非常に高く、例えば１００ｂａｒ〜３２０ｂａｒである。管状の導管がコイル状に形成されているので、管状の導管はいわゆるディーン効果を誘導するが、このことは、管状の導管の内部を流れる製品が、管状の導管の長手方向に対して垂直とされる流れを発生させる遠心力を受けることを意味する。従って、液状製品が良好に混合されるので、これにより熱伝達効果を高めることができる。

バッフル３５は、熱伝達媒体が所定の流路に従って流れるように強制し、これにより移動された熱伝達媒体は、管状の導管全体と接触する。熱伝達媒体の流れは、図１において矢印で示されている。

突然、熱伝達媒体が内側ハウジング４０の内部に漏れ始めた場合には、開放通路４２によって、作業員は、非常に容易にコイル型熱交換器１０のメンテナンス及び修理を要求することができる。熱伝達媒体が内側ハウジング４０に充填された場合には、コイル型熱交換器１０の全体重量が急速に増大すると同時に、コイル型熱交換器１０の事前の殺菌時間も長くなる。従って、漏れ検知は、重要な機能であり、内側容器を周囲環境と接続している開放通路４２によって実現される。

本発明について、主に幾つかの実施例を参照しつつ説明した。しかしながら、当業者であれば容易に理解可能なように、上述の実施例以外の他の実施例も、特許請求の範囲で規定される本発明の技術的範囲内で等しく実施可能である。

１０ コイル型熱交換器
２０ 閉塞容器
２１ 入口
２２ 出口
２３ （密閉容器２０の）下側部分
２４ （密閉容器２０の）上側部分
２５ 管状本体
２６ 閉塞上側端部
２７ 溶接線
３０ 導管
３３ 液状製品のための入口（ループ）
３４ 液状製品のための出口
３５ バッフル
４０ 内側ハウジング
４２ 開放通路
４３ 管状の本体
４４ 閉塞された上側端部
５０ 支持プレート
５２ Ｏリング
５４ 貫通穴

Claims (15)

1. 熱伝達媒体を受容するための入口（２１）と前記熱伝達媒体を排出するための出口（２２）とを有している閉塞容器（２０）と、
   前記閉塞容器（２０）の内部において前記閉塞容器（２０）の下側部分（２３）から上側部分（２４）に至るまで螺旋状に延在している環状の導管（３０）であって、前記熱伝達媒体によって加熱又は冷却されるべき液状製品を輸送するための前記導管（３０）と、
   管状の前記導管（３０）のループ（３２）によって囲まれている内側ハウジング（４０）であって、前記熱伝達媒体に対して密閉されている前記内側ハウジング（４０）と、
   を備えているコイル型熱交換器において、
   前記内側ハウジング（４０）が、前記コイル型熱交換器（１０）の外部環境に通じている開放通路（４２）を備えていることを特徴とするコイル型熱交換器。
2. 前記開放通路（４２）が、前記内側ハウジング（４０）の下側端部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル型熱交換器。
3. 前記閉塞容器（２０）と前記内側ハウジング（４０）とが、支持プレート（５０）から上方に延在していることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル型熱交換器。
4. 前記閉塞容器（２０）が、Ｏリング（５２）によって前記支持プレート（５０）に対して密閉されていることを特徴とする請求項３に記載のコイル型熱交換器。
5. 前記支持プレート（５０）が、前記内側ハウジング（４０）を前記コイル型熱交換器（１０）の外部環境と接続している貫通穴（５４）を有していることを特徴とする請求項３又は４に記載のコイル型熱交換器。
6. 前記閉塞容器（２０）が、円筒状の形態とされることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のコイル型熱交換器。
7. 前記内側ハウジング（４０）が、円筒状の形態とされることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のコイル型熱交換器。
8. 前記閉塞容器（２０）が、管状本体（２５）と閉塞上側端部（２６）とを備えており、
   前記閉塞上側端部（２６）が、曲面状の形態とされることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のコイル型熱交換器。
9. 前記閉塞容器（２０）の前記閉塞上側端部（２６）が、前記管状本体（２５）に溶接されていることを特徴とする請求項８に記載のコイル型熱交換器。
10. 前記内側ハウジング（４０）が、管状の本体（４３）と閉塞された上側端部（４４）とを備えており、
    前記閉塞された上側端部（４４）が、曲面状の形態とされることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のコイル型熱交換器。
11. 前記内側ハウジング（４０）の前記閉塞された上側端部（４４）が、前記管状の本体（４３）に溶接されていることを特徴とする請求項１０に記載のコイル型熱交換器。
12. 少なくとも１つの請求項１〜１１のいずれか一項に記載のコイル型熱交換器（１０）を備えていることを特徴とする液状製品処理システム。
13. 請求項１２に記載の液状製品処理システムを備えていることを特徴とする流動食料処理ユニット。
14. コイル型熱交換器を準備するための方法であって、
    熱伝達媒体を受容するための入口と前記熱伝達媒体を排出するための出口とを有している閉塞容器を準備するステップと、
    前記閉塞容器の下側部分から上側部分に螺旋状に延在している管状の導管であって、前記熱伝達媒体によって加熱又は冷却されるべき液状製品を輸送するための前記導管を準備するステップと、
    管状の前記導管のループによって囲まれている内側ハウジングであって、前記熱伝達媒体に対して密閉されている前記内側ハウジングを準備するステップと、
    を備えている方法において、
    前記内側ハウジングが、前記コイル型熱交換器の外部環境に通じている開放通路を備えていることを特徴とする方法。
15. 熱伝達媒体と液状製品との間において熱交換するための方法において、
    請求項１４に記載のコイル型熱交換器を準備するステップと、
    熱伝達媒体を前記閉塞容器の内部に導入するステップと、
    液状製品を管状の前記導管を通じて流すステップと、
    を備えていることを特徴とする方法。

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