JP2021193325A - 熱交換器、熱交換器の組立方法および熱交換器の洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を小型化することができ、内部を清潔に保つことが可能な熱交換器等を提供する。【解決手段】飲食用の液体である製品液と伝熱流体とを熱交換させる熱交換器であって、製品液が流通する配管と、配管の内部に配置され、長手方向が配管の軸線方向と平行に配置された板形状であり、内部に伝熱流体が流通する複数の伝熱プレートが長手方向に直交する方向に隙間を開けつつ積層された伝熱プレートユニットと、を有し、伝熱プレートユニットは、配管から脱着可能に取り付けられる。【選択図】図２

Description

本開示は、食用の製品液と伝熱媒体とを非接触で熱交換する熱交換器、熱交換器の組立方法、および熱交換器の洗浄方法に関する。

清涼飲料、食品に充填される液体等の製品液は、製造時に、殺菌等のため熱交換設備により加熱されたり、温度を低下させるために冷却されたりする。製品液の加熱、冷却は、熱交換器を用いる。

特許文献１には、密閉可能な処理槽にて食品を加熱調理した後、真空吸引することにより処理槽を減圧して食品の温度を素早く低下させる真空冷却装置が記載されている。真空冷却装置には、食品の冷却に熱交換器を用いることが記載されている。

特開２００４−２０２２２３号公報

製品液は、食料品である。そのため、製品液を加熱または冷却する熱交換器は、衛生面を高く維持することが求められる。また、同じ設備で、別の品種の飲料の製造に対応する場合、製品液が流通する経路を洗浄する。洗浄を行う場合、熱交換器も洗浄することになるが、製品液の残留や、洗浄に用いる液体が残留すると、製造に悪影響を与える。また、洗浄性を高くするために熱交換器が大型化すると装置が大きくなってしまう。

本開示は、このような問題に鑑みてなされたものであり、装置を小型化することができ、内部を清潔に保つことが可能な熱交換器、熱交換器の組立方法および熱交換器の洗浄方法についての技術の提供を目的とする。

上記課題を解決するために本開示の一態様は、飲食用の液体である製品液と伝熱流体とを熱交換させる熱交換器であって、前記製品液が流通する配管と、前記配管の内部に配置され、長手方向が前記配管の軸線方向と平行に配置された板形状であり、内部に前記伝熱流体が流通する複数の伝熱プレートが前記長手方向に直交する方向に隙間を開けつつ積層された伝熱プレートユニットと、を有し、前記伝熱プレートユニットは、前記配管から脱着可能に取り付けられる熱交換器を提供する。

上記課題を解決するために本開示の一態様は、上記に記載の熱交換器の洗浄方法であって、前記配管を、前記製品液を流通させる経路から取り外すステップと、前記伝熱プレートと前記配管との接続を解除するステップと、前記伝熱プレートを前記配管の軸線方向から取り出すステップと、前記配管の内部を洗浄するステップと、を有する熱交換器の洗浄方法を提供する。

上記課題を解決するために本開示の一態様は、上記に記載の熱交換器の組立方法であって、前記配管に前記伝熱プレートを軸線方向から挿入するステップと、前記伝熱プレートを前記配管の内部の所定の位置に配置するステップと、前記伝熱プレートと前記配管とを接続するステップと、前記伝熱プレートが配置された前記配管を、前記製品液を流通させる経路に取り付けるステップと、を有する熱交換器の組立方法を提供する。

本開示によれば、装置を小型化することができ、内部を清潔に保つことができる。

図１は、本実施形態に係る飲料充填装置の概略図である。 図２は、本実施形態に係る熱交換器の正面図である。 図３は、本実施形態に係る熱交換器の概略斜視図である。 図４は、本実施形態に係る伝熱プレートの着脱を示す概略図である。 図５は、本開示に係る熱交換器の洗浄方法を示すフローチャートである。 図６は、本開示に係る熱交換器の組立方法を示すフローチャートである。 図７は、熱交換器の他の例の概略構成を示す概略側断面図である。

以下に、図１から図７を用いて、本実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係る飲料充填装置の概略図である。図２は、本実施形態に係る熱交換器の正面図である。図３は、本実施形態に係る熱交換器の概略斜視図である。図４は、本実施形態に係る伝熱プレートの着脱を示す概略図である。図５は、本開示に係る熱交換器の洗浄方法を示すフローチャートである。図６は、本開示に係る熱交換器の組立方法を示すフローチャートである。図７は、熱交換器の他の例の概略構成を示す概略側断面図である。

本実施形態では、製品液が流れ、熱交換器の一部となる配管２００の断面形状が円形状の場合について説明する。配管２００の断面形状は、円形状に限られず、例えば角形状でもよい。また、以下の説明では、配管２００の長手方向を「軸線方向」、配管２００の長手方向と直交する方向を「径方向」、配管２００の軸線周りの方向を「周方向」とする。また、以下の説明では、製品液Ｍが配管２００を流通する方向を「流通方向」とする。配管２００の製品液Ｍが流入する側を「上流側」、配管２００の製品液Ｍが流出する側を「下流側」と呼ぶ。また、本開示で説明するのは、本発明の一実施形態であり、これにより本発明が限定されるものではない。

＜飲料充填装置＞
本開示の熱交換器１００を備える飲料充填装置１０について説明する。なお、本実施形態では、製品液を、飲料用の液体とし、製品液を製造しペットボトルや缶等に充填する飲料充填装置１０として説明するが本開示の熱交換器は、飲食の対象となる液体を加工する各種装置の加熱機構、冷却機構として用いることができる。

図１に示す飲料充填装置１０は、飲料製造工場等において、調合された製品液Ｍを滅菌し、容器に充填し、充填した容器を密封する。飲料充填装置１０は、製品液Ｍを調合する調合部２０と、調合された製品液Ｍを加熱し、製品液Ｍに対して滅菌処理を行う滅菌処理部３０と、加熱された製品液Ｍを冷却する冷却部４０、製品液Ｍを製品容器５２に充填して密封する充填部５０を、を含む。製品液Ｍは、調合部２０で生成され、滅菌処理部３０で加熱された後、冷却部４０で所定範囲の温度に冷却され、充填部５０で製品容器５２に充填される。飲料充填装置１０により処理される製品液Ｍは、例えば茶、コーヒー、ジュース、炭酸飲料、乳製品などの飲料である。

調合部２０は、調合容器２６を備える。調合容器２６は、供給された液体を攪拌、混合する。調合部２０は、複数の所定の分量の原料２２、２４が調合容器２６に供給される。調合部２０は、調合容器２６で原料２２、２４を混合することにより製品液Ｍを作成する。なお、調合容器２６に供給する原料は、２種類に限定されず、３種類以上含んでもよい。また、固体や粉末等を供給し、固体を含有する製品液Ｍとしてもよい。

滅菌処理部３０（１００Ａ）は、熱交換器であり、配管３２（２００Ａ）と温度調節器３４（３０２Ａ）とを含む。配管３２は、調合部２０から供給される製品液Ｍが流れる。温度調節器３４は、一部が配管３２の内部に挿入され、伝熱流体が循環される。温度調節器３４は、伝熱流体を製品液Ｍよりも高い温度に調整して循環させる。滅菌処理部３０は、調合された製品液Ｍを配管３２に流通させ、温度調節器３４により温度が調整された伝熱流体と配管３２に流れる製品液Ｍとを熱交換させ、製品液Ｍを所定温度以上に加熱することで、製品液Ｍに対して滅菌処理を行う。熱交換器の構造は後述する。

冷却部４０（１００Ｂ）は、熱交換器であり、配管４２（２００Ｂ）と温度調節器４４（３０２Ｂ）とを含む。配管４２は、滅菌処理部３０から供給される製品液Ｍが流れる。温度調節器４４は、一部が配管３２の内部に挿入され、伝熱流体が循環される。温度調節器３４は、伝熱流体を製品液Ｍよりも低い温度に調整して循環させる。冷却部４０は、配管４２を流通する製品液Ｍと温度調節器４４により温度が調整された伝熱流体とで熱交換することにより、製品液Ｍを所定の温度に冷却する。充填部５０は、製品液Ｍを製品容器５２に充填し、製品容器５２を密閉する。つまり、製品容器５２に蓋をつける。充填部５０は、冷却部４０で冷却された製品液Ｍを製品容器５２に充填し、キャップ５４により密閉する。

飲料充填装置１０は、以上のように調合部２０で作成した製品液Ｍを滅菌処理部３０で加熱して滅菌し、冷却部４０で充填可能な温度まで冷却した後、充填部５０で製品容器５２に充填し、キャップ５４で密閉する。これにより、製品液Ｍを製品容器５２に充填することができる。

＜熱交換器＞
次に、滅菌処理部３０、冷却部４０となる熱交換器１００Ａ、１００Ｂについて説明する。滅菌処理部３０と冷却部４０は、製品液を加熱する処理と冷却する処理で、熱交換の方向は異なるが、基本的な装置構成は同様になる。以下、熱交換器１００として説明する。本実施形態に係る熱交換器１００は、図２に示すように、配管２００と、伝熱プレートユニット３００と、温度調節源３０２と、充填部材（中子）４００と、を有する。熱交換器１００は、伝熱プレートユニット３００と、温度調節源３０２と、の組み合わせが温度調節器となる。

＜配管＞
配管２００は、図２に示すように、上流側から供給される製品液Ｍを下流側に流通する。配管２００は、飲料充填装置１０の製品液Ｍを流す配管と接続し、飲料充填装置１０の一部となる。配管２００は、管路の中心軸が直線となる直線状の直管である。配管２００は、フランジ部２１０、配管流入部２２０および配管流出部２３０が設置される。本実施形態の配管２００は、断面形状が円形状である。また、配管２００は、内周面２０４が研磨仕上げされる。配管２００は、例えば、ステンレス材料により構成される。

フランジ部２１０は、配管２００の軸線方向における両端に設けられる。つまり、フランジ部２１０は、配管２００の上流側の端部と、下流側の端部にそれぞれ設けられる。フランジ部２１０は、例えば、配管２００の外周面２０８に溶接により固定される。フランジ部２１０は、ボルトにより固定するための配管２００の周方向に配列される複数の固定穴２１２を有する。配管２００は、フランジ部２１０と、製品液Ｍを流す上流側の配管、下流側の配管とそれぞれのフランジ部とをボルト締めすることで、連結される。

配管流入部２２０は、配管２００の製品液流れ方向下流側の端部近傍の側面に形成される。配管流入部２２０は、配管２００を貫通する管路である。配管流入部２２０は、温度調節源３０２と、伝熱プレート３１０とを連結する。配管流入部２２０は、温度調節源３０２と接続するための配管流入継手部２２２を有している。配管流出部２３０は、配管２００の製品液流れ方向上流側の端部近傍の側面に形成される。配管流出部２３０は、配管流入部２２０よりも製品液流れ方向上流側に配置される。配管流出部２３０は、配管２００を貫通する管路である。配管流出部２３０は、温度調節源３０２と、伝熱プレート３１０とを連結する。配管流出部２３０は、温度調節源３０２と接続するための配管流出継手部２３２を有している。

配管流入継手部２２２は、図２に示すように、温度調節源３０２から供給される伝熱流体Ｗを配管流入部２２０に流入させる。配管流出継手部２３２は、配管流出部２３０を流通した伝熱流体Ｗを流出させる。配管流入継手部２２２は、配管流入部２２０と温度調節源３０２とを接続する。配管流出継手部２３２は、配管流出部２３０と温度調節源３０２を接続する。配管流入継手部２２２と温度調節源３０２の接続、および配管流出継手部２３２と温度調節源３０２の接続は、例えば、ロックナットを締結することにより行われる。配管流入継手部２２２および配管流出継手部２３２の材料は、ステンレス材料により構成される。

＜伝熱プレートユニット＞
伝熱プレートユニット３００は、配管の内部２０２に配置される。伝熱プレートユニット３００は、配管流入部２２０および配管流出部２３０を介して、配管の外部２０６に設けられた温度調節源３０２と接続する。伝熱プレートユニット３００は、配管流入部２２０および配管流出部２３０を介して、温度調節源３０２と閉ループが形成され、伝熱流体Ｗが循環される。伝熱プレートユニット３００は、図４に示すように、配管２００から軸線方向に着脱可能である。

伝熱プレートユニット３００は、複数の伝熱プレート３１０と、流入配管３１４と、流出配管３１６と、流入接続部３２０と、流出接続部３３０とを備える。伝熱プレートユニット３００の材料は、ステンレス材料により構成される。伝熱プレートユニット３００の表面は、ヘアライン仕上げされていることが好ましい。

伝熱プレートユニット３００は、伝熱プレート３１０がそれぞれ間隙Ｓを有して複数並列されている。伝熱プレート３１０と隣接する伝熱プレート３１０とは、流入配管３１４と流出配管３１６で接続されている。伝熱プレートユニット３００は、流入接続部３２０が配管流入部２２０と接続し、流出接続部３３０が配管流出部２３０と接続する。

＜伝熱プレート＞
伝熱プレート３１０は、内部に空間が形成された板状部材である。伝熱プレート３１０の内部の空間は、流入配管３１４および流出配管３１６との接続以外は密封される。本実施形態の伝熱プレート３１０は、図２に示すように、断面が波形状（例えばサインカーブ）に成形された２枚の板部材を所定の間隔で対面させ、板の側面を全周溶接することで形成される。伝熱プレート３１０は、対面する２枚の板部材の間を全周溶接することで形成されてもよい。伝熱プレート３１０の２枚の板部材は、波形状（例えばサインカーブ）が同じ周期で形成され、波長の山と谷とが対面する。ここで波長の谷とは、一方の板部材のサインカーブにおける腹であって他方の板部材に向かう方向の最大振幅となる位置であり、波長の山とは、他方の板部材のサインカーブにおける腹であって一方の板部材の方向に向かう最大振幅となる位置である。つまり、伝熱プレート３１０の２枚の板部材は、サインカーブの位相が１８０°ずれた状態で対面する。伝熱プレート３１０の２枚の板部材は、波長の山と谷とが対面する位置、つまり幅が最も狭くなる位置で、接している。また、伝熱プレート３１０は、隣接する伝熱プレート３１０とも山と谷の部分で接している。これにより、伝熱プレート３１０の板部材が隣接する板部材と互いに支持する構造となり、構造強度を高くすることができる。なお、本実施形態の伝熱プレート３１０の板部材は、断面を波形状としたが、断面が直線となる、表面が平坦な板形状としてもよい。伝熱プレート３１０は、側面に別の部材を配置し別部材と板状部材を溶接するようにしてもよい。

伝熱プレートは、溶接部３１２で溶接される。溶接部３１２は、一方の板部材の谷の部分と、他方の板部材の山の部分である。また、伝熱プレート３１０は、２枚の板部材の端部が溶接される。一方の板部材のサインカーブにおける谷の部分と、他の板部材の断面のサインカーブにおける山の部分とがそれぞれ接してもよい。

流入配管３１４と流出配管３１６とは、図２に示すように、伝熱プレート３１０と隣接する伝熱プレート３１０とを接続する。流入配管３１４は、軸線方向において、配管流入部２２０の近傍に配置される。流出配管３１６は、軸線方向において、配管流出部２３０の近傍に配置される。伝熱プレートユニット３００の配管流入部２２０側の端部の伝熱プレート３１０（以下、「第１の伝熱プレート３１０Ａ」と称する。）と、隣接する伝熱プレート３１０（以下、「第２の伝熱プレート３１０Ｂ」と称する。）との間に配置される流入配管３１４（以下、「流入配管３１４Ａ」と称する。）および流出配管３１６（以下、「流出配管３１６Ａ」と称する。）について、説明する。流入配管３１４Ａは、一方の端部が第１の伝熱プレート３１０Ａに接続され、他方の端部が第２の伝熱プレート３１０Ｂに接続される。流入配管３１４Ａは、第１の伝熱プレート３１０Ａの内部と第２の伝熱プレート３１０Ｂの内部とを接続する。流出配管３１６Ａは、一方の端部が第１の伝熱プレート３１０Ａに接続され、他方の端部が第２の伝熱プレート３１０Ｂに接続される。流出配管３１６Ａは、第１の伝熱プレート３１０Ａの内部と第２の伝熱プレート３１０Ｂの内部とを接続する。

流入接続部３２０は、図２に示すように、配管流入部２２０から供給される伝熱流体Ｗを伝熱プレートユニット３００に流入させる。流出接続部３３０は、同図に示すように、伝熱プレート３１０を流通した伝熱流体Ｗを配管流出部２３０に流出させる。流入接続部３２０は、第１の伝熱プレート３１０Ａと配管流入部２２０とを接続する。流出接続部３３０は、第１の伝熱プレート３１０Ａと配管流出部２３０とを接続する。流入接続部３２０と流出接続部３３０が、配管流入部２２０と配管流出部２３０のそれぞれに接続する構造は、特に限定されないが、配管流入部２２０と配管流出部２３０とを、対応する流入接続部３２０と流出接続部３３０に挿入することで、密閉した状態で接続される機構とすることが好ましい。また、取り外す場合も流入接続部３２０と流出接続部３３０を操作することで、配管流入部２２０と配管流出部２３０から外れる構造とすることが好ましい。

流入接続部３２０は、図３に示すように、伝熱プレートユニット３００の長手方向における、伝熱プレートユニット３００が配管の内部２０２に配置された場合の製品液Ｍが流通する方向における下流側に設けられる。流出接続部３３０は、伝熱プレートユニット３００の長手方向における、伝熱プレートユニット３００が配管の内部２０２に配置された場合における製品液Ｍの流通する方向における上流側に設けられる。

伝熱プレートユニット３００は、図２に示すように、伝熱プレート３１０が面方向に所定の間隙Ｓをそれぞれ有して並列して構成され、それぞれの間隙Ｓには、流入配管３１４および流出配管３１６をそれぞれ有する。また、伝熱プレートユニット３００は、並列するうち最も配管流入部２２０側の伝熱プレート３１０Ａの配管流入部２２０側の面に、温度調節源３０２からの伝熱流体Ｗを流入するための流入接続部３２０と、伝熱流体Ｗを温度調節源３０２へ流出するための流出接続部３３０とを有する。複数並列された伝熱プレート３１０の、流入配管３１４および流出配管３１６、並びに流入配管３１４および流出配管３１６が接続する部分には、連通するための穴を有する。伝熱プレートユニット３００は、流入接続部３２０から流入した伝熱流体Ｗを、複数並列された伝熱プレート３１０、流入配管３１４および流出配管３１６、並びに流入接続部３２０および流出接続部３３０は連通する。

＜温度調節源＞
図２に示す温度調節源３０２は、伝熱流体Ｗの温度を所定の温度に調整して供給する。温度調節源３０２は、伝熱流体Ｗが熱交換で製品液を加熱する場合、温度が低下した伝熱流体Ｗを加熱する。温度調節源３０２は、伝熱流体Ｗが熱交換で製品液を冷却する場合、温度が上昇した伝熱流体Ｗを冷却する。温度調節源３０２は、伝熱流体Ｗの温度を調整する機構として、種々の機構を用いることができる。例えば、加熱源としては、電気ヒータ、ペルチェ素子、熱サイクルを利用した伝熱流体Ｗの圧縮機構等を用いることができる。冷却源としては、放熱ファン、ペルチェ素子、熱サイクルを利用した伝熱流体Ｗの膨張機構等を用いることができる。温度調節源３０２は、伝熱流体Ｗを供給するための流出口３０４および伝熱流体Ｗが供給される流入口３０６を有する。流出口３０４と配管２００の配管流入継手部２２２と、および配管流出継手部２３２と配管２００の配管流出継手部２３２とは、それぞれ接続される。温度調節源３０２は、配管の内部２０２に配置される伝熱プレートユニット３００との間で伝熱流体Ｗを循環させる。

図２から図４に示す充填部材４００は、配管２００の内周面２０４と伝熱プレートユニット３００との間に空間を有する場合に、製品液Ｍが空間を流通するのを阻止するため、空間を充填する。充填部材４００は、配管２００内の空間に配置されて固定される。充填部材４００は、配管２００の長手方向における長さに対応する長さを有する。充填部材４００は、板状部材を全周溶接により中空構造に形成して構成される。充填部材４００は、ステンレス材料により構成される。充填部材４００は、複数により構成されても良く、また、配管２００と一体に構成されてもよい。

熱交換器１００は、配管２００の内部を製品液が流通し、温度調節器により所定の温度に調整した伝熱流体が伝熱プレートユニット３００の内部に供給され、伝熱プレート３１０を介して伝熱流体と製品液とが熱交換を行う。これにより、熱交換器１００は、配管２００の内部を流れる製品液を所定の温度にする。

熱交換器１００は、温度調節源３０２で伝熱流体Ｗを所定の温度に調整する。温度調節源３０２は、熱交換器１００が製品液Ｍを加熱する場合、流入する伝熱流体Ｗの温度が、製品液Ｍの目標温度より高い温度となるよう調整する。また、熱交換器１００が製品液Ｍを冷却する場合、流入する伝熱流体Ｗの温度が、製品液Ｍの目標温度より低い温度となるよう調整する。

熱交換器１００は、配管の内部２０２に、長手方向が配管２００の軸線方向と並行に配置されて取り付けられた伝熱プレート３１０に、所定の温度に調整された伝熱流体Ｗを流入させる。ここで、伝熱流体Ｗは、配管２００の製品液Ｍが流通する方向における下流側に有する配管流入部２２０から、流入接続部３２０を経由して配管の内部２０２に配置される伝熱プレート３１０に流入する。

熱交換器１００は、伝熱プレート３１０を流通する伝熱流体Ｗと、配管２００を流通する製品液Ｍとが、伝熱プレート３１０を介して熱交換する。伝熱流体Ｗは、図３に示すように、伝熱プレート３１０の内部を、配管２００の軸線方向における上流側に向かって流通し、配管２００を上流から下流へと流通する製品液Ｍと伝熱プレートを介して熱交換を行う。

以下に、伝熱プレートユニット３００における伝熱流体Ｗの流れについて、図２を参照して、具体的に説明する。図２の左上がりの斜線で示した部分は、温度調節源３０２から供給された伝熱流体Ｗを表しており、奥から手前に向かって流通している。図２の右上がりの斜線で示した部分は、製品液Ｍを表しており、手前から奥に向かって流通している。流入接続部３２０から伝熱プレートユニット３００に流入した伝熱流体Ｗは、図２の矢印で示すように、伝熱プレートユニット３００の最も配管流入部２２０側の第１の伝熱プレート３１０Ａの内部に流通するとともに、第１の伝熱プレート３１０Ａに接続する流入配管３１４Ａに流通して、第１の伝熱プレート３１０Ａの隣に並列される第２の伝熱プレート３１０Ｂに流通する。以下同様に伝熱流体Ｗは、伝熱プレートユニット３００を構成する他の伝熱プレート３１０に流入配管３１４を介して流通する。

伝熱プレートユニット３００を構成するそれぞれの伝熱プレート３１０に流入した伝熱流体Ｗは、それぞれの伝熱プレート３１０の内部を、図３に示すように、配管２００の製品液Ｍの流通する方向における上流側に向かって流通する。ここで、伝熱流体Ｗが伝熱プレート３１０を流通する方向と、製品液Ｍが配管２００を流通する方向とは対向する。すなわち、伝熱流体Ｗと製品液Ｍとを対向流で流通させて熱交換される。なお、本実施形態は、対向流としたが並行流でもよい。

伝熱流体Ｗは、それぞれの伝熱プレート３１０の配管２００の製品液Ｍが流通する方向における上流側に流通した後、図２の矢印で示すように、それぞれの伝熱プレート３１０および流出配管３１６を経由し、第１の伝熱プレート３１０Ａに到達し、流出接続部３３０に流出する。熱交換器１００は、配管２００を製品液Ｍが流通する方向における上流側から、伝熱流体Ｗを配管の外部２０６へ流出させる。伝熱流体Ｗは、配管２００の製品液Ｍが流通する方向における上流側に設けられた流出接続部３３０を経由して、配管２００の配管流出部２３０から流出される。流出された伝熱流体Ｗは、再び温度調節源３０２にて所定の温度に調整される。温度調節源３０２により所定の温度に調整された伝熱流体Ｗは、流出口３０４から、配管２００の配管流入部２２０を通り、伝熱プレートユニット３００に供給される。

＜熱交換器の洗浄方法＞
次に、図５を用いて、熱交換器の洗浄方法の一例を説明する。熱交換器の洗浄方法は、伝熱流体Ｗを流通させるための伝熱プレートが内部に配置された製品液Ｍを流通させるための配管を、飲料充填装置から外すステップ（Ｓ１１０）と、伝熱プレートと配管との固定を外すステップ（Ｓ１２０）と、伝熱プレートを配管の軸線方向から取り出すステップ（Ｓ１３０）と、配管内を洗浄するステップ（Ｓ１４０）とを有する。

まず、伝熱プレート３１０を含んで構成される伝熱プレートユニット３００が配管の内部２０２に配置された配管２００を飲料充填装置１０の接続している配管から取り外す（Ｓ１１０）。具体的には、配管２００と飲料充填装置１０とを接続しているフランジ部２１０のボルトを取り外し、配管２００を飲料充填装置１０から取り外す。ここで、伝熱プレートユニット３００を配管２００から取り外す場合、配管２００の内部の液体、製品液または洗浄用の液体を除去した状態、つまり水抜きした状態とすることが好ましい。

次に、伝熱プレートユニット３００と配管２００との固定を外す（Ｓ１２０）。具体的には、伝熱プレートユニット３００の流入接続部３２０と、配管２００の配管流入部２２０との接続、および伝熱プレートユニット３００の流出接続部３３０と配管２００の配管流出部２３０との接続を、それぞれ解除することにより固定を外す。

次に、伝熱プレートユニット３００を配管２００の軸線方向から配管の外部２０６へ取り出す（Ｓ１３０）。具体的には、配管２００との固定が外された伝熱プレートユニット３００を、配管２００の軸線方向に移動し、配管２００の端部の開口から配管の外部２０６へ取り出す。

次に、伝熱プレートユニット３００が取り出された配管の内部２０２を洗浄する（Ｓ１４０）。洗浄は、配管２００に対し高圧水を噴射して洗浄した後、水切りして乾燥させることにより行う。また、配管２００から取り出した伝熱プレートユニット３００についても同様に洗浄を行う。

＜熱交換器の組立方法＞
次に、図６を用いて、熱交換器１００の組立方法の一例を説明する。熱交換器の組立方法は、製品液を流通させるための配管内に、伝熱流体を流通させるための伝熱プレートを軸線方向から挿入するステップ（Ｓ２１０）と、伝熱プレートを配管内の所定の位置に配置するステップ（Ｓ２２０）と、伝熱プレートを配管に接続するステップ（Ｓ２３０）と、伝熱プレートが配置された配管を、飲料充填装置の対応する配管に取り付けるステップ（Ｓ２４０）とを有する。

熱交換器の組立方法は、飲料充填装置１０から取り外され、両端が開口した状態である配管の内部２０２に、伝熱流体Ｗを流通させるための伝熱プレート３１０を含んで構成される伝熱プレートユニット３００を軸方向から挿入する（Ｓ２１０）。伝熱プレートユニット３００は、流入接続部３２０および流出接続部３３０が設けられる面が、配管２００の配管流入部２２０および配管流出部２３０の向きと対応する向きで挿入される。ここで、伝熱プレートユニット３００は、伝熱プレート３１０の面方向が、配管２００の径方向となるよう配管の内部２０２に挿入する。

次に、伝熱プレートユニット３００を配管の内部２０２の所定の位置に配置する（Ｓ２２０）。配管に対して、伝熱プレートユニット３００を流入接続部３２０が配管２００の配管流入部２２０に対応し、流出接続部３３０が配管２００の配管流出部２３０に対応する位置に配置する。ここで、伝熱プレートユニット３００は、配管２００の製品液Ｍの流通する方向に対して、流入接続部３２０が流出接続部３３０より下流となっている。

次に、伝熱プレートユニット３００を配管２００に接続する（Ｓ２３０）。伝熱プレートユニット３００の流入接続部３２０と配管２００の配管流入部２２０とロックナットで締結する。また、伝熱プレートユニット３００の流出接続部３３０と配管２００の配管流出部２３０とをロックナットで締結する。

伝熱プレートユニット３００が接続された配管２００を、飲料充填装置１０に取り付ける（Ｓ２４０）。配管２００は、飲料充填装置１０の所定の位置に配置された後、配管２００のフランジ部２１０の固定穴２１２と、飲料充填装置１０のフランジ部の固定穴とを、ボルトにて締結することにより接続されて取り付ける。

＜発明の効果＞
熱交換器１００は、製品液Ｍが流通する配管２００と、配管の内部２０２に配管２００から脱着可能に取り付けられ、配管の外部２０６に設けられる温度調節源３０２からの伝熱流体Ｗを流通するための伝熱プレート３１０とを有する。また、伝熱プレート３１０は、配管２００の軸線方向と平行に配置される。熱交換器１００は、伝熱プレート３１０が製品液Ｍの流通する配管の内部２０２に着脱可能に取り付ける構造とすることで、簡単に分解することができる。これにより、洗浄時に全体を好適に洗浄することができ、製品液が流通する経路を清潔に維持することができる。また、プレート型の熱交換器を用いることで、簡単な構造で体積当たりの伝熱面積を大きくすることができ、清掃しやすい状態を維持しつつ、装置構成を小さくすることができる。また、伝熱プレート３１０は、長手方向が配管２００の軸線方向と平行に配置されるので、製品液Ｍの流通する速度を損なうことがなく、熱交換の効率を向上させることができる。

配管２００は、外部との間で伝熱流体Ｗを流通させるための配管流入部２２０および配管流出部２３０を有し、伝熱プレートユニット３００は、伝熱流体Ｗを流入させるための流入接続部３２０および伝熱流体Ｗを流出させるための流出接続部３３０を有し、配管流入部２２０と配管流出部２３０とを、対応する流入接続部３２０と流出接続部３３０に挿入することで、密閉した状態で接続され、流入接続部３２０と流出接続部３３０を操作することで、配管流入部２２０と配管流出部２３０から外れる構造を有することが好ましい。これにより、伝熱プレート３１０を配管２００に対して簡便に脱着することができる。

熱交換器１００の配管２００は、軸線方向における両端に、フランジ部２１０Ａ、２１０Ｂを備える。配管２００は軸線方向における両端に、フランジ部２１０Ａ、２１０Ｂを備えるので、飲料充填装置１０の備えるフランジ部とフランジ接続することができる。これにより、熱交換器１００は、飲料充填装置１０の配管からの取り外しおよび取り付けを簡単かつ迅速に行うことができる。

熱交換器１００は、配管２００は、直線状に構成される。熱交換器１００は、配管２００が直線状に構成されるので、配管２００と伝熱プレート３１０との取り付けおよび取り外しを簡単に行うことができる。また、配管２００の洗浄を簡単に行うことができる。

熱交換器１００は、配管２００は、温度調節源３０２からの伝熱流体Ｗが流入する配管流入部２２０および温度調節源３０２へ伝熱流体Ｗを流出させる配管流出部２３０を備える。伝熱プレート３１０は、配管流入部２２０と再接続可能に接続する流入接続部３２０および配管流入部２２０と再接続可能に接続する流出接続部３３０を備える。配管２００と伝熱プレート３１０とは、配管の内部２０２において、配管流入部２２０が流入接続部３２０に、および配管流出部２３０が流出接続部３３０に、それぞれ再接続可能に接続することにより取り付けられる。熱交換器１００は、配管２００と、配管の内部２０２に配置される伝熱プレート３１０とは、配管の内部２０２において、配管２００の配管流入部２２０が伝熱プレート３１０の流入接続部３２０に、配管２００の配管流出部２３０が伝熱プレート３１０の流出接続部３３０に、それぞれ接続することにより配管２００に取り付けることができ、また、それぞれの接続を解除することにより、伝熱プレート３１０を配管２００から取り外すことができる。

熱交換器１００は、配管２００は、製品液Ｍの流通する方向における下流側に流入接続部３２０を備え、配管２００の製品液Ｍの流通する方向における上流側に流出接続部３３０を備える。配管２００は、製品液Ｍの流通する方向における下流側に配管流入部２２０を備え、配管２００の製品液Ｍの流通する方向における上流側に配管流出部２３０を備えるので、配管流入部２２０から流入した伝熱流体Ｗは、流入接続部３２０を経由して伝熱プレートユニット３００の内部を、製品液Ｍの流通する方向と対向して流通し、流出接続部３３０に流通し、配管流出部２３０から流出する。すなわち、配管２００を流通する製品液Ｍと、伝熱プレート３１０を流通する伝熱流体Ｗとを対向流で熱交換させる。これにより、製品液Ｍと伝熱流体Ｗとが並流である場合と比べて、製品液Ｍおよび伝熱流体Ｗの比熱および流通する速度の影響を受けにくいため、熱交換器１００は、製品液Ｍおよび伝熱流体Ｗの種類によらず、効率よく熱交換させることができる。

熱交換器１００は、伝熱プレート３１０を流通する伝熱流体Ｗが流通する方向は、配管の内部２０２を流れる製品液Ｍが流通する方向と、対向する方向であることが好ましい。伝熱プレート３１０の内部を伝熱流体Ｗが流通する方向と、配管２００を流通する製品液Ｍが流通する方向とが対向する方向、すなわち製品液Ｍと伝熱流体Ｗとが向流である。このため、熱交換器１００は、製品液Ｍおよび伝熱流体Ｗの種類によらず、効率よく熱交換させることができる。

熱交換器１００は、伝熱プレート３１０は、全周溶接で形成することが好ましい。熱交換器１００は、伝熱プレート３１０が全周溶接より構成されており、伝熱プレート３１０の内部と外部とを隔離するためのゴム材料製のガスケット等を用いていないので、伝熱プレート３１０が製品液Ｍの臭いを吸着することがない。これにより、配管２００に、他の種類の製品液Ｍを流通させても着香することがない。

熱交換器１００は、伝熱プレート３１０は面方向に間隙Ｓを有して複数並列されており、伝熱プレート３１０は、間隙Ｓに、全周溶接により設けられる隣接する伝熱プレート同士を接続する流入配管３１４および流出配管３１６をそれぞれ備えることが好ましい。熱交換器１００は、配管流入部２２０からの伝熱流体Ｗをそれぞれの伝熱プレート３１０に流入させる流入配管３１４、および伝熱プレート３１０を流通した伝熱流体Ｗを配管流出部２３０に流出させる流出配管３１６を備えるので、複数配列される伝熱プレート３１０に伝熱流体Ｗを流通させ、配管２００を流通する製品液Ｍと熱交換を行うことができる。また、流入配管３１４および流出配管３１６は、伝熱プレート３１０に全周溶接より構成されており、ゴム材料製のガスケット等を用いていないので、製品液Ｍの臭いが着香することがない。

熱交換器１００は、伝熱プレート３１０は、伝熱流体Ｗを流通させるための中空構造を有することが好ましい。これにより、熱交換器１００の伝熱プレート３１０は、伝熱流体Ｗを流通させるための中空構造を有するので、伝熱流体Ｗを流通させることができる。

熱交換器１００は、配管の内部２０２に、製品液Ｍの流れを規制するためのバッフル板５００を備えることが好ましい。熱交換器１５０は、配管の内部２５２に製品液Ｍの流れを規制するバッフル板５００を備えるので、バッフル板５００が配管の内部２５２における製品液Ｍの流れを規制することにより、製品液Ｍが流れる距離を長くとることができる。これにより、熱交換器１５０は、製品液Ｍの流れを遅くすることなく、製品液Ｍと伝熱流体Ｗとが伝熱する時間を長くすることができ、熱交換の効率を向上させることができる。

伝熱プレート３１０を波状とすることが好ましい。これにより、配管の内部２０２を流通する製品液Ｍおよび伝熱プレート３１０の内部を流通する伝熱流体Ｗの流れは、波状に形成された伝熱プレート３１０と衝突することにより、それぞれ乱れのある流れとなる。これにより、製品液Ｍおよび伝熱流体Ｗが境界層を形成するのを抑制できるため、熱交換の効率を向上させることができる。

伝熱プレート３１０は、断面が波状を有する一方の板部材と他方の板部材とを対面させて形成され、一方の板部材の山と、他方の板部材の谷とが接することが好ましい。これにより、伝熱プレート３１０の構造の強度を向上させることができる。

熱交換器の洗浄方法は、内部に伝熱流体を流通させるための伝熱プレートが配置された配管を、飲料充填装置から取り外し（ステップＳ１１０）と、伝熱プレートと配管との接続を解除し（ステップＳ１２０）、伝熱プレートを配管の軸線方向から取り出し（ステップＳ１３０）、配管の内部を洗浄する（ステップＳ１４０）。熱交換器１００を簡単かつ迅速に分解洗浄することができる。これにより、飲料の品種の切り替えに係る時間を短くすることができ、多品種少量生産に対応することができる。

熱交換器の組立方法は、製品液を流通させるための配管の内部に、伝熱流体を流通させるための伝熱プレートを軸線方向から挿入し（ステップＳ２１０）、伝熱プレートを配管の内部の所定の位置に配置し（ステップＳ２２０）、伝熱プレートと配管とを接続し（ステップＳ２３０）、伝熱プレートが配置された配管を、飲料充填装置に取り付ける（ステップＳ２４０）。これにより、熱交換器１００を簡単にかつ迅速に組立することができる。これにより、飲料の品種の切り替えに係る時間を短くすることができ、多品種少量生産に対応することができる。

＜他の実施形態＞
次に、図７を用いて、他の実施形態に係る熱交換器１５０について説明する。熱交換器１５０は、熱交換器１００と比べて、配管の内部２５２にバッフル板５００を有し、バッフル板５００に対応した伝熱プレートユニット３５０、充填部材４５０を有する点で異なる。配管の内部２５２に配置される伝熱プレート３６０は、配管の外部２５６に設けられた温度調節器と接続する。なお、第２実施形態に係る熱交換器１５０についての説明は、第１実施形態に係る熱交換器１００と異なる部分について行う。

配管２５０は、供給部３７０と、排出部３８０と、蓋３９０、３９２と、を含む。供給部３７０は、配管２５０の軸線方向の一方の端部の側面に配置される。飲料充填装置１０の熱交換器１５０よりも製品液の流れ方向上流側の配管と接続される。供給部３７０は、製品液が配管２５０内に供給される。排出部３８０は、配管２５０の軸線方向の他方の端部の側面に配置される。飲料充填装置１０の熱交換器１５０よりも製品液の流れ方向下流側の配管と接続される。排出部３８０は、配管２５０内の製品液を排出する。蓋３９０は、配管２５０の一方の端面を閉塞する。蓋３９２は、配管２５０の他方の端面を閉塞する。蓋３９０、３９２は、フランジ部２６０の固定穴２６２を用いてボルト締結される。これにより、配管２５０は、軸線方向の端面が、蓋３９０、３９２で閉塞され、製品液Ｍが供給部３７０から供給され、排出部３８０から排出される。

配管２５０は、製品液Ｍが流通する領域、つまり、伝熱プレートの間に配置された複数のバッフル板５００を有する。バッフル板５００の材料は、ステンレス材料により構成される。なお、本実施形態の伝熱プレートは、平坦な板形状とすることが好ましい。バッフル板５００は、配管の内部２５２に製品液Ｍの流れを規制する。バッフル板５００は、充填部材（中子）４５０に固定され、軸線方向に直交する方向に延びる棒状の部材である。また、バッフル板５００は、伝熱プレートユニット３５０に取り付けられても良い。バッフル板５００は、例えば、長さｈの部材であり、隣接する２つの伝熱プレートと接する。また、バッフル板５００は、配管２５０の軸線方向に交互、配管２５０との接しない空間が交互となるように配置される。

本実施形態の熱交換器１５０は、製品液の流通経路にバッフル板５００を交互に設けることで、製品液の流路を折り返し構造とすることができ、配管２５０の外形を大きくせずに、配管２５０内で製品液が流れる流路を長くすることができる。また、バッフル板５００を伝熱プレートの間に配置することで、伝熱プレートユニットの着脱性を維持することができる。また、バッフル板は、伝熱プレートに対して着脱可能にすることが好ましい。これにより、洗浄しやすい構造とすることができる。

また、本実施形態では、製品液の流路にバッフルを設けて、屈曲する流路としたが、伝熱流体の流路も屈曲構造となるようにバッフル板を設けてもよい。

１０ 飲料充填装置
２０ 調合部
２２、２４ 原料
２６ 調合容器
３０ 滅菌処理部
３２、４２、２００、２００Ａ、２００Ｂ、２５０ 配管
３４、４４ 温度調節器
３０２、３０２Ａ、３０２Ｂ 温度調節源
４０ 冷却部
５０ 充填部
５２ 製品容器
５４ キャップ
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１５０ 熱交換器
２０２、２５２ 配管の内部
２０６、２５６ 配管の外部
２０８ 外周面
２１０Ａ、２１０Ｂ、２６０Ａ、２６０Ｂ フランジ部
２１２、２６２ 固定穴
２２０ 配管流入部
２２２ 配管流入継手部
２３０ 配管流出部
２３２ 配管流出継手部
３００、３５０ 伝熱プレートユニット
３０４ 流出口
３０６ 流入口
３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ、３６０ 伝熱プレート
３１２ 溶接部
３１４、３１４Ａ 流入配管
３１６、３１６Ａ 流出配管
３２０ 流入接続部
３３０ 流出接続部
３７０ 供給部
３８０ 排出部
４００、４５０ 充填部材
５００ バッフル板
ｄ 間隔
ｈ 長さ
Ｓ 間隙
Ｍ 製品液
Ｗ 伝熱流体

Claims (12)

1. 飲食用の液体である製品液と伝熱流体とを熱交換させる熱交換器であって、
   前記製品液が流通する配管と、
   前記配管の内部に配置され、長手方向が前記配管の軸線方向と平行に配置された板形状であり、内部に前記伝熱流体が流通する複数の伝熱プレートが前記長手方向に直交する方向に隙間を開けつつ積層された伝熱プレートユニットと、を有し、
   前記伝熱プレートユニットは、前記配管から脱着可能に取り付けられる熱交換器。
2. 前記配管は、外部との間で前記伝熱流体を流通させる配管流入部および配管流出部を有し、
   前記伝熱プレートユニットは、前記伝熱流体を流通させるための流入接続部および流出接続部を有し、
   前記配管流入部と前記配管流出部を、対応する前記流入接続部と前記流出接続部に挿入することで、密閉した状態で接続され、
   前記流入接続部と前記流出接続部を操作することで、前記配管流入部と前記配管流出部とから外れる構造を有する請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記配管は、軸線方向における両端にフランジ部を有し、
   一方の前記フランジ部が前記製品液の供給部と着脱可能に連結し、
   他方の前記フランジ部が前記製品液の回収部と着脱可能に連結する請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記配管は、直管である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 前記伝熱プレートは、２枚の板の間の全周を溶接部が接合される請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 前記伝熱プレートは、隣接する前記伝熱プレートと流入配管および流出配管で接続される請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の熱交換器。
7. 前記流入配管は、前記流出配管より前記配管の前記製品液の流れ方向下流側に配置される請求項６に記載の熱交換器。
8. 前記伝熱プレートは、板形状が波状である請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の熱交換器。
9. 前記伝熱プレートは、前記一方の板部材の山と、前記他方の板部材の谷とが接する請求項８に記載の熱交換器。
10. 前記伝熱プレートの間に配置され、前記配管の軸方向に交差する方向に延びたバッフル板を備える請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の熱交換器。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の熱交換器の洗浄方法であって、
    前記配管を、前記製品液を流通させる経路から取り外すステップと、
    前記伝熱プレートと前記配管との接続を解除するステップと、
    前記伝熱プレートを前記配管の軸線方向から取り出すステップと、
    前記配管の内部を洗浄するステップと、を有する熱交換器の洗浄方法。
12. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の熱交換器の組立方法であって、
    前記配管に前記伝熱プレートを軸線方向から挿入するステップと、
    前記伝熱プレートを前記配管の内部の所定の位置に配置するステップと、
    前記伝熱プレートと前記配管とを接続するステップと、
    前記伝熱プレートが配置された前記配管を、前記製品液を流通させる経路に取り付けるステップと、を有する熱交換器の組立方法。

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