JP2022552446A - 熱交換器における微生物学的増殖の防止 - Google Patents
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Abstract
第１の流体（２２）と第２の流体（２４）とを分離する電気的に接続された１つまたは複数の仕切り（２６）を形成する熱交換器（１２）を備える熱交換器組立体（１０）が、提案される。組立体（１０）は、熱交換器（１２）の仕切り（２６）に動作可能に接続された第１の電気コネクタ（１４）および第２の電気コネクタ（１６）と、第１の電気コネクタ（１４）および第２の電気コネクタ（１６）に動作可能に接続された電源（１８）と、をさらに備える。電源（１８）は、第１の電気コネクタ（１４）および第２の電気コネクタ（１６）を介して熱交換器（１２）の１つまたは複数の仕切り（２６）に電流を供給するように構成される。【選択図】図１
Description
提案される技術は、一般に、熱交換器の分野に関する。提案される技術は、具体的には、海洋用途におけるプレート型熱交換器および熱交換器に関する。本技術はまた、熱交換器の内側表面上での微生物の増殖の防止に関する。
熱交換器は、２つ以上の流体間で熱を伝達するために使用されるシステムである。典型的には、流体は、混ざり合うのを防ぐために、固体の仕切りによって分離される。熱交換器は、冷却プロセスおよび加熱プロセスの両方において使用される。
熱交換器における微生物学的増殖は、既知の問題である。そのような増殖は、例えば流量および熱伝導性に関して、熱交換器の性能に悪影響を与え得る。微生物学的増殖は、熱交換器に海水が供給される海洋用途においては、特に問題である。海水は、栄養物に富む場合があり、また、供給される海水の温度は、微生物学的増殖に適した範囲内であることが多い。
飲料および液体乳製品などの液体食品もまた、高い栄養含有量を有する。そのような製品の加工において使用される熱交換器は、典型的には、高い微生物学的増殖率を有し、また、製品の質の低下を防ぐために、頻繁な洗浄を必要とする。典型的には、生産は、洗浄のために中断されなければならず、また、効率の低下および生産費の増大の一因となる化学物質が、洗浄に一般に使用される。
微生物学的増殖は、手動洗浄のために分解することができないプレート型熱交換器では特に問題である。
提案される技術は、熱交換器における微生物学的増殖、特に熱交換器の仕切り上での微生物学的増殖を防止または軽減することを目的とする。液体食品の加工において使用される熱交換器、特にプレート型熱交換器における微生物増殖を軽減することもまた、目的である。
提案される技術の第１の態様では、熱交換器組立体が提供される。組立体は、熱交換器を備え、この熱交換器は、第１の流体と第２の流体とを分離するかまたは第１の流体と第２の流体とを分離するようにもしくは別個に保つように構成され、かつ第１の流体と第２の流体との間で熱が伝達または伝導され得る、１つまたは複数の仕切りもしくは壁を形成するかまたは備える。組立体は、熱交換器の１つまたは複数の仕切りもしくは壁に動作可能に接続される第１の電気コネクタ(換言すれば、電気接続装置)および第２の電気コネクタをさらに備える。さらに、組立体は、第１の電気コネクタおよび第２の電気コネクタに動作可能に接続されかつ第１の電気コネクタおよび第２の電気コネクタを介して熱交換器の１つまたは複数の仕切りもしくは壁に電流および／または電位を供給するように構成された電源を備える。
ここでは、また、本明細書全体にわたって、仕切りは、壁を含むものと理解される。提案される技術の第１の態様は、組立体の一部を形成する熱交換器における微生物の増殖を軽減、抑制、または防止するための熱交換器組立体を対象とすることが、理解される。動作可能に接続されるとは、ここでは、電流を供給することができる電気的接続が存在することだけを指定するものと理解される。
第１および第２の電気コネクタが１つまたは複数の仕切りに動作可能に接続されるということは、コネクタが１つまたは複数の仕切りのそれぞれに動作可能に接続されることを含む。第１および第２の電気コネクタが１つまたは複数の仕切りに動作可能に接続されるということはまた、電気コネクタが仕切りに直接接続されること、および、電気コネクタが仕切りのうちの１つに直接接続され、その仕切りが、例えば互いに押し付けられることにより、溶接により、またはろう付けにより、他の仕切りに電気的に接続されることを含むと理解される。
第１の流体および第２の流体は、液体であってよい。組立体は、１つまたは複数の仕切り上での微生物の増殖の防止を可能にする。電源は、熱交換器におけるまたは熱交換器の１つまたは複数の仕切り上での微生物の増殖を軽減、抑制、または防止するための電流または電位を供給するように構成され得る。さらに、組立体は、１つまたは複数の仕切り上での生物膜の発生または増殖の軽減を可能にする。微生物は、ここでは、単細胞の形態でまたは細胞のコロニーで存在し得る単細胞生物、および、顕微鏡的な多細胞生物を含むものと理解される。
増殖条件は、微生物栄養素、温度、および流体の酸素レベルに左右され得る。例えば、約４０℃の海水は、塩素消毒された約１０℃の水道水よりも良好な増殖条件を提供する。
１つまたは複数の仕切りは、導電性であることが理解される。１つまたは複数の仕切りは、金属、または金属の組合せ、例えば合金で形成され得る。また、第２の電気コネクタなどの電気コネクタのうちの一方は、例えば船のハルにより接地またはアースされ得ることが、理解される。電源により交流電流が供給される場合、これは、中性線およびアース線が共有されること、および、他方の電気コネクタにより位相が提供されることを意味する。
１つまたは複数の仕切りは、導電性であることが理解される。１つまたは複数の仕切りは、金属、または金属の組合せ、例えば合金で形成され得る。また、第２の電気コネクタなどの電気コネクタのうちの一方は、例えば船のハルにより接地またはアースされ得ることが、理解される。電源により交流電流が供給される場合、これは、中性線およびアース線が共有されること、および、他方の電気コネクタにより位相が提供されることを意味する。
熱交換器は、シェルアンドチューブ型熱交換器、プレート型熱交換器、プレートアンドシェル型熱交換器、プレートフィン型熱交換器、またはピロープレート型熱交換器であり得ることが、理解される。
第１の電気コネクタおよび第２の電気コネクタは、熱交換器においてまたは熱交換器上で離間され得る。１つまたは複数の仕切りは、熱交換器の第１の端部から熱交換器の反対側の第２の端部まで延在してよく、また、第１の電気コネクタおよび第２の電気コネクタは、熱交換器の第１の端部および第２の端部それぞれにおいて１つまたは複数の仕切りに接続してよい。
例えば、熱交換器は、１つまたは複数の仕切りを形成する直線状のチューブを含むチューブ束とチューブ束を包囲するシェルとを備えるシェルアンドチューブ型熱交換器であってよい。第１の電気コネクタおよび第２の電気コネクタは、チューブ束の両端部においてチューブのそれぞれに接続され得る。
１つまたは複数の仕切りは、さらに、熱交換器の内側に第１の流体および第２の流体を収容するかまたは封入し得る。これは、第１の流体および第２の流体の両方が、熱交換器を通過するときに１つまたは複数の仕切りによって取り囲まれること、ならびに、第１の流体および第２の流体の流れが、熱交換器を通過するときに１つまたは複数の仕切りによって制限または抑制されることを意味する。１つまたは複数の仕切りは、複数の仕切りを形成してもよい。
熱交換器は、第１の流体および／または第２の流体を含むように構成されたシェルをさらに備え得る。例えば、シェルは、プレート型熱交換器における最も外側の２つのプレートであるか、または、シェルアンドチューブ型熱交換器のシェルであり得る。
１つ以上のまたは複数の仕切りは、第１の流体が流れることができる１つ以上のまたは複数の第１のチャネルを形成し得る。例えば、熱交換器は、複数の第１のチャネルを形成する仕切りを構成するチューブを含むチューブ束を備える、シェルアンドチューブ型熱交換器であってよい。
同様に、１つ以上のまたは複数の仕切りは、第２の流体が流れることができる１つ以上のまたは複数の第２のチャネルを形成し得る。例えば、熱交換器は、１つまたは複数の仕切りと１つまたは複数の第１のチャネルと１つまたは複数の第２のチャネルとを形成する複数のプレートを備える、プレート型熱交換器であってよい。
提案される技術の第２の態様では、提案される技術の第１の態様による熱交換器組立体の熱交換器における微生物学的増殖を軽減、抑制、または防止するための方法が提供される。方法は、電源により熱交換器の１つまたは複数の仕切りに電流および／または電位を供給するステップを含む。方法は、熱交換器内のまたは熱交換器を通る第１の流体および第２の流体の流れを提供するステップをさらに含み得る。電流および／または電位は、熱交換器におけるまたは熱交換器の１つもしくは複数の仕切り上での微生物の増殖を軽減、抑制、または防止するように構成され得る。
提案される技術の第３の態様では、第１の流体と第２の流体とを分離しまた第１の流体と第２の流体との間で熱が伝達され得る１つまたは複数の仕切りを形成する熱交換器における微生物学的増殖を防止するためのシステムが提供される。システムは、熱交換器の１つまたは複数の仕切りに動作可能に接続するように適合された第１の電気コネクタおよび第２の電気コネクタを備える。さらに、組立体は、第１の電気コネクタおよび第２の電気コネクタに動作可能に接続するように適合されかつ第１の電気コネクタおよび第２の電気コネクタを介して熱交換器の１つまたは複数の仕切りに電流および／または電位を供給するように構成された電源を備える。
提案される技術の第１の態様に関しては、電源は、熱交換器におけるまたは熱交換器の１つもしくは複数の仕切り上での微生物の増殖を軽減、抑制、または防止するための電流または電位を供給するように構成され得る。
提案される技術の第４の態様では、第１の流体と第２の流体とを分離しまた第１の流体と第２の流体との間で熱が伝達され得る１つまたは複数の仕切りを形成する熱交換器における微生物学的増殖を軽減、抑制、または防止するための方法が提供される。方法は、提案される技術の第３の態様によるシステムを用意するステップと、第１の電気コネクタおよび第２の電気コネクタを熱交換器の１つまたは複数の仕切りに動作可能に接続するステップと、電源により熱交換器の１つまたは複数の仕切りに電流および／または電位を供給するステップと、を含む。方法は、熱交換器内に第１の流体の流れおよび第２の流体の流れを提供するステップをさらに含み得る。電流および／または電位は、熱交換器におけるまたは熱交換器の１つもしくは複数の仕切り上での微生物の増殖を軽減、抑制、または防止するように構成され得る。
提案される技術の第５の態様では、液体食品の熱処理または食品の液体成分の熱処理のための加熱殺菌装置が提供され、加熱殺菌装置は、液体食品を加熱または冷却するために、提案される技術の第１の態様による熱交換器組立体を備える。第１の流体は、液体食品であってよい。第２の流体は、熱水もしくは蒸気などの加熱流体、または、冷水、ブライン溶液、もしくはグリコールなどのアルコール溶液などの冷却液であってよい。食品の液体成分は、ここでは液体食品と見なされるべきである。
上述の熱交換器組立体が加熱用である場合、加熱殺菌装置は、液体食品を冷却するために、提案される技術の第１の態様による追加の熱交換器組立体をさらに備え得る。第１の流体は、液体食品であってよい。第２の流体は、冷水、ブライン溶液、またはグリコールなどのアルコール溶液などの冷却液であってよい。あるいは、２つの熱交換器組立体は、再生式の加熱および冷却を提供するために動作可能に接続されてもよい。
提案される技術のさらなる任意選択の特徴が、以下で説明される。
熱交換器は、２つ以上の仕切り、または複数の仕切りを有し得る。隣り合う仕切りもしくはすべての仕切りが互いに電気的に接続または結合されてよく、または、仕切りは、同じ電位にあるかもしくは同じ電位を共有するように構成されてよく、または、熱交換器は、同じ電位にあるかもしくは同じ電位を共有する仕切りを有して構成される。これは、仕切りが、例えば仕切りを分離する非導電性スペーサによって互いに電気的に絶縁されないことを意味する。これはまた、仕切り間の電圧差が小さいかまたは取るに足らないものであることを意味する。電気的に接続される仕切りは、互いに接触する仕切りにより、例えば仕切りを押し合わせることにより、得られ得る。電気的に接続される仕切りはまた、例えばハンダ付け、溶接、もしくはろう付けによって結合される仕切りにより、または、導電性のコネクタもしくは支持具によって接続される仕切りにより、得られ得る。これは、すべての仕切りが事実上同じ電位にあることを意味する。これはまた、熱交換器内の電位が最小限に抑えられること、ならびに、第１の流体および／または第２の流体への負の影響を有する化学反応を誘発し得る有意な電極が生成されないことを意味する。例えば、第１の流体および第２の流体が水を含み得る場合、熱交換器内の電位は、流体における電気分解により、水素および酸素を生成し得る。
熱交換器は、２つ以上の仕切り、または複数の仕切りを有し得る。隣り合う仕切りもしくはすべての仕切りが互いに電気的に接続または結合されてよく、または、仕切りは、同じ電位にあるかもしくは同じ電位を共有するように構成されてよく、または、熱交換器は、同じ電位にあるかもしくは同じ電位を共有する仕切りを有して構成される。これは、仕切りが、例えば仕切りを分離する非導電性スペーサによって互いに電気的に絶縁されないことを意味する。これはまた、仕切り間の電圧差が小さいかまたは取るに足らないものであることを意味する。電気的に接続される仕切りは、互いに接触する仕切りにより、例えば仕切りを押し合わせることにより、得られ得る。電気的に接続される仕切りはまた、例えばハンダ付け、溶接、もしくはろう付けによって結合される仕切りにより、または、導電性のコネクタもしくは支持具によって接続される仕切りにより、得られ得る。これは、すべての仕切りが事実上同じ電位にあることを意味する。これはまた、熱交換器内の電位が最小限に抑えられること、ならびに、第１の流体および／または第２の流体への負の影響を有する化学反応を誘発し得る有意な電極が生成されないことを意味する。例えば、第１の流体および第２の流体が水を含み得る場合、熱交換器内の電位は、流体における電気分解により、水素および酸素を生成し得る。
熱交換器の１つまたは複数の仕切りに動作可能に接続する第１の電気コネクタおよび第２の電気コネクタを除いては、熱交換器は、周囲から電気的に絶縁され得る。これを達成するために、熱交換器組立体は、熱交換器を支持する電気絶縁支持具を備え得る。例えば、電気絶縁支持具は、電気的に非伝導性の熱可塑性材料で形成され得る。これは、熱交換器の仕切りを周囲から電気的に絶縁することに貢献し、それがさらに、微生物学的増殖の防止の向上に貢献する。
さらに、熱交換器組立体は、熱交換器に接続されかつ第１の流体および第２の流体を熱交換器に供給するように構成された、複数の導管を備え得る。複数の導管は、熱交換器から第１の流体および第２の流体を排出するようにさらに構成され得る。複数の導管は、電気的に絶縁され得る。例えば、導管は、電気的に非伝導性の熱可塑性材料で形成され得る。これは、熱交換器の仕切りを周囲から電気的に絶縁することに貢献する。
熱交換器組立体は、熱交換器の複数の導管を動作可能に接続する複数の継手をさらに備えてよく、継手は、電気的に絶縁している。例えば、継手は、電気的に非伝導性の熱可塑性材料で形成され得る。これは、熱交換器の仕切りを周囲から電気的に絶縁することに貢献する。
熱交換器は、海水を取り扱うように構成され得る。第１の流体は、海水であってよい。これは、第１の流体が塩を含み、また典型的には微生物のためのかなりの量の栄養素を含むことを意味する。さらに、またはその代わりに、熱交換器は、液体食品、または食品の液体成分を取り扱うように構成され得る。例えば、第１の流体は、飲料、または飲料の液体成分であってよい。熱交換器は、飲料またはその成分を取り扱うように構成され得る。第１の流体は、液体乳製品、または乳製品の液体成分であってよい。例えば、第１の流体は、乳牛からの初乳であってよい。熱交換器は、液体乳製品または液体乳成分を取り扱うように構成され得る。
熱交換器は、１つまたは複数の仕切りを形成する複数のプレートもしくは平行なプレートを備えるプレート型熱交換器であってよい。例えば、熱交換器は、２０枚のプレートで構成されてよく、そのうちの２枚は外側プレートであり、１８枚は、第１の流体と第２の流体とを分離する１８枚の仕切りを形成する内側プレートである。複数のプレートは、導電性材料のものであることが、理解される。プレートは、金属、または金属の組合せ、例えば合金によって形成され得る。例えば、プレートは、ステンレス鋼、チタン、またはチタン合金で形成され得る。
複数のプレートは、互いに電気的に接続または連結され得るか、または、複数のプレートは、同じ電位にあるように構成され得る。例えば、これは、プレートが構造的に接続されるかまたは例えば金属のクランプもしくはねじによって押し合わせられることにより物理的に接続されるかもしくは接触することによって達成されるか、あるいは、溶接またはろう付けにより互いに結合される隣接したプレートによって達成され得る。これは、例えばプレートを分離する非伝導性のスペーサによりプレートが互いに電気的に絶縁されないことを意味する。これはまた、１枚のプレートが負電位にあり、隣接するプレートが陽電位にあるというように、プレートが異なる電位になり得ないことを意味する。
第１の電気コネクタおよび第２の電気コネクタは、複数のプレートのうちの異なるプレートに構造的に接続され得る。これは、プレートに対して横向きの成分を概して有する電位を電源が生成することができるという効果を有する。これは、性能の向上に貢献することが期待される。プレートに構造的に接続されるとは、ここでは、プレートに直接接続されるかまたはプレートへの物理的な接続を形成する電気コネクタを含むと理解される。あるいは、第１の電気コネクタおよび第２の電気コネクタは、複数のプレートのうちの同じプレートに構造的に接続され得る。
電気コネクタは、２枚、または３枚以上のプレートに同時に構造的に接続され得ることが、理解される。
微生物増殖のための条件は、第２の流体におけるよりも第１の流体における方が優れている(greater)かまたは好ましい(favorable)場合があり、また、第１の電気コネクタは、複数のプレートのうちの隣り合ったまたは並置されたプレートの対に構造的に接続され得る。隣り合ったプレートの対は、第１の流体を封入するか、または第１の流体のためのチャネルを提供し得る。隣り合ったプレートの対は、互いに構造的にかつ／もしくは電気的に接続されるか、または同じ電位にあるように構成され得る。同様に、第２の電気コネクタは、隣り合ったプレートの対に構造的に接続され得る。構造的に接続されるとは、２つの要素が例えば押し合わせられるかまたはハンダ付けされることにより物理的に接触することを含むと理解される。これは、微生物学的増殖を防止するためにプレート型熱交換器を通る電流の最適化された伝播に貢献する。
微生物増殖のための条件は、第２の流体におけるよりも第１の流体における方が優れている(greater)かまたは好ましい(favorable)場合があり、また、第１の電気コネクタは、複数のプレートのうちの隣り合ったまたは並置されたプレートの対に構造的に接続され得る。隣り合ったプレートの対は、第１の流体を封入するか、または第１の流体のためのチャネルを提供し得る。隣り合ったプレートの対は、互いに構造的にかつ／もしくは電気的に接続されるか、または同じ電位にあるように構成され得る。同様に、第２の電気コネクタは、隣り合ったプレートの対に構造的に接続され得る。構造的に接続されるとは、２つの要素が例えば押し合わせられるかまたはハンダ付けされることにより物理的に接触することを含むと理解される。これは、微生物学的増殖を防止するためにプレート型熱交換器を通る電流の最適化された伝播に貢献する。
第１の電気コネクタおよび第２の電気コネクタは、熱交換器の両側で熱交換器にまたは複数のプレートに構造的に接続され得る。これは、プレートに平行でありかつプレートを横断する成分を有する電位を電源が生成することができるという効果を有する。熱交換器に構造的に接続されるとは、ここでは、電気コネクタが熱交換器に直接接続されるかまたは熱交換器への物理的な接続を形成することを含むと理解される。これは、微生物学的増殖を防止するための電流の最適化された伝播に貢献することが期待される。
熱交換器のプレートは、同じ外側形状または類似した外側形状を有してよく、また、プレートは、プレートの積重ねを形成するために、同じ向きに配向され得る。
複数の平行なプレートのプレートまたは各プレートは、４つの側部セクションおよび４つの隅部セクションを有することができ、各隅部セクションは、２つの側部セクション間に配置され、第１の電気コネクタは、第１の隅部セクションに構造的に接続され、第２の電気コネクタは、第２の隅部セクションに構造的に接続され、第２の隅部セクションは、第１の隅部セクションに対して対角(diagonal)にある。第２の隅部セクションが第１の隅部セクションに対して対角にあるということは、上記隅部セクションが、側部セクション、隅部セクション、および第１の隅部セクションのどちらかの側のさらなる側部セクションによって接続されることを意味する。
複数の平行なプレートのプレートまたは各プレートは、４つの側部セクションおよび４つの隅部セクションを有することができ、各隅部セクションは、２つの側部セクション間に配置され、第１の電気コネクタは、第１の隅部セクションに構造的に接続され、第２の電気コネクタは、第２の隅部セクションに構造的に接続され、第２の隅部セクションは、第１の隅部セクションに対して対角(diagonal)にある。第２の隅部セクションが第１の隅部セクションに対して対角にあるということは、上記隅部セクションが、側部セクション、隅部セクション、および第１の隅部セクションのどちらかの側のさらなる側部セクションによって接続されることを意味する。
別の言い方をすれば、複数の平行なプレートのプレートまたは各プレートは、４つの隅部を含む全体的に矩形の形状を有することができ、第１の電気コネクタおよび第２の電気コネクタは、互いに関してまたはプレートに関して対角に配置された異なる隅部に構造的に接続され得る。
熱交換器は、１つまたは複数の仕切りを形成するチューブ束とチューブ束を包囲するシェルとを備えるシェルアンドチューブ型熱交換器であってよい。熱交換器は、直管型熱交換器であってよい。第１の電気コネクタは、例えばチューブ束の第１の端部において、チューブ束を支持する第１のチューブ支持具によりチューブのそれぞれに接続され得る。さらに、第２の電気コネクタは、例えばチューブ束の第２の端部において、チューブ束を支持する第２のチューブ支持具によりチューブのそれぞれに接続され得る。チューブ束のチューブのそれぞれは、第１のチューブ支持具における入口、および第２のチューブ支持具における出口を有し得る。第１のチューブ支持具は、シェルに接続しかつ第１の流体と第２の流体とを分離する、第１のチューブシートまたは第１のチューブプレートであり得る。同様に、第２のチューブ支持具は、シェルに接続しかつ第１の流体と第２の流体とを分離する、第２のチューブシートまたは第２のチューブプレートであり得る。
第１のチューブ支持具およびシェルは、第１の流体を収容するように構成された第１の密閉空間を形成し得る。熱交換器は、第１の流体がシェルの外側から第１の密閉空間に入ることを可能にするように配置された、例えばシェルによって形成された入口をさらに備え得る。同様に、第２のチューブ支持具およびシェルは、第１の流体を収容するように構成された第２の密閉空間を形成し得る。熱交換器は、第１の流体が第１の密閉空間からシェルの外側へ出ることを可能にするように構成された、例えばシェルによって形成された出口をさらに備え得る。第１のチューブ支持具および第２のチューブ支持具は、シェルから電気的に絶縁され得る。
第１のチューブ支持具、第２のチューブ支持具、およびシェルは、第２の流体を収容するように構成されかつそれを通ってチューブが延在する、第３の密閉空間を形成することができ、ここで、熱交換器は、第２の流体が第３の密閉空間に入ることおよび第３の密閉空間から出ることを可能にするようにまた第２の流体が第３の密閉空間内でチューブの外側を通過することを可能にするように配置された入口と出口とをさらに備える。チューブは、第１の密閉空間から第３の密閉空間を介して第２の密閉空間まで延在し、かつ、第２の流体と混ざり合うことのない第１の密閉空間から第２の密閉空間への第１の流体の流れを可能にし得る。
第２の流体の入口および出口は、シェルによって形成され得る。第３の密閉空間は、円筒状の外側形状を有してよく、この外側形状は、円形または矩形の断面を有し得る。
あるいは、熱交換器は、Ｕ字管型熱交換器であってよい。第１の電気コネクタは、例えばチューブ束の第１の端部において、チューブ束を支持する第１のチューブ支持具によりチューブのそれぞれに接続され得る。さらに、第２の電気コネクタは、チューブ束の第２の端部においてチューブのそれぞれに接続され得る。チューブ束のチューブのそれぞれは、第１のチューブ支持具に入口および出口を有し得る。第１のチューブ支持具は、シェルに接続しかつ第１の流体と第２の流体とを分離する、第１のチューブシートまたは第１のチューブプレートであり得る。
あるいは、熱交換器は、Ｕ字管型熱交換器であってよい。第１の電気コネクタは、例えばチューブ束の第１の端部において、チューブ束を支持する第１のチューブ支持具によりチューブのそれぞれに接続され得る。さらに、第２の電気コネクタは、チューブ束の第２の端部においてチューブのそれぞれに接続され得る。チューブ束のチューブのそれぞれは、第１のチューブ支持具に入口および出口を有し得る。第１のチューブ支持具は、シェルに接続しかつ第１の流体と第２の流体とを分離する、第１のチューブシートまたは第１のチューブプレートであり得る。
第１のチューブ支持具およびシェルは、第１の流体を収容するように構成された第１の密閉空間を形成し得る。熱交換器は、第１の流体がシェルの外側から第１の密閉空間に入ることを可能にするように配置された、例えばシェルによって形成された入口をさらに備え得る。同様に、第１のチューブ支持具およびシェルは、第１の流体を収容するように構成された第２の密閉空間を形成し得る。熱交換器は、第１の流体が第１の密閉空間からシェルの外側へ出ることを可能にするように配置された、例えばシェルによって形成された出口をさらに備え得る。第１のチューブ支持具は、シェルから電気的に絶縁され得る。
第１のチューブ支持具およびシェルは、第２の流体を収容するように構成されかつそれを通ってチューブが延在する、第３の密閉空間を形成することができ、ここで、熱交換器は、第２の流体が第３の密閉空間に入ることおよび第３の密閉空間から出ることを可能にするようにまた第２の流体が第３の密閉空間内でチューブの外側表面を通過することを可能にするように配置された入口と出口とをさらに備える。第２の流体のための入口および出口は、シェルによって形成され得る。電流は、交流電流であり得る。交流電流は、方形波の形態を有し得る。これは、ピーク電圧が２乗平均電圧におおよそ等しいことを意味する。このタイプの電流は微生物学的増殖を抑制することが分かっている。
交流電流は、１０ｍＡ未満、１ｍＡ未満、０．１ｍＡから１ｍＡの間、または０．３ｍＡから０．７ｍＡの間であり得る。この電流は微生物学的増殖を抑制するのに十分であることが分かっている。交流電流は、１００Ｈｚ未満、１０Ｈｚ未満、または１Ｈｚ未満の周波数を有し得る。交流電流は、１２０Ｖ未満、４０Ｖから１００Ｖの範囲内、または７０から９０Ｖの範囲内のピーク電圧において供給され得る。さらに、またはその代わりに、交流電流は、約５０％のデューティサイクルを有し得る。
第１の流体および／または第２の流体は、水を含有するかまたは含んでよく、熱交換器組立体は、水の電気分解を回避または防止するように構成され得るか、または、熱交換器組立体は、動作中に熱交換器が電解槽として機能するのを回避または防止するように構成され得る。例えば、これは、隣接したまたすべての仕切りおよび取り囲む任意のシェルを同じ電位にすることによって達成され得る。
提案される技術の上記その他の特徴および利点のより完全な理解は、添付の図面と併せて好ましい実施形態を以下に詳細に説明することから明らかになるであろう。
熱交換器組立体１０の一実施形態が、図１に概略的に示されている。熱交換器組立体１０は、熱交換器１２、第１の電気コネクタ１４、第２の電気コネクタ１６、および電源１８から構成される。熱交換器１２は、４枚の平行なプレート２０を有するプレート型熱交換器である。プレートは、矩形であり、かつ、ステンレス鋼のものである。これは、図１に示されるように各プレート２０が４つの側部セクション２８と４つの隅部セクション３とを有することを意味する。
プレート２０は、縁部（図示せず）において結合され、かつ、図１において破線で示されるように第１の流体２２および第２の流体２４が流れる３つのチャネルを形成する。第１の流体２２は海水であり、第２の流体２４は淡水である。第１の流体２２および第２の流体２４の流れは、ポンプ（図示せず）によって生成または提供される。第１の流体２２および第２の流体２４の流れ方向は、並流を示す図１において矢印で示されている。代替的な実施形態では、流れは、第１の流体２２または第２の流体２４の流れを反転させることによって得られる向流であり得る。
中央の２枚のプレート２０は、その間を第１の流体２２が流れる２つの仕切り２６を形成し、したがって、第１の流体２２を第２の流体２４から分離する。熱は、２つの仕切り２６を通じて第１の流体２２と第２の流体２４との間で伝達され得る。この実施形態では、第１の流体２２は、第２の流体２４よりも高い温度を有し、熱は、前者から後者に伝達される。
第１の電気コネクタ１４および第２の電気コネクタ１６は、クランプ（図示せず）により内側プレート２０に取り付けられる電線である。図１に示されるように、第１の電気コネクタ１４は、下側の内側プレート２０に接続され、第２の電気コネクタは、他方の上側の内側プレート２０に接続される。これは、第１の電気コネクタ１４および第２の電気コネクタ１６が、異なる内側プレート２０に構造的に接続され、また、分離仕切り２６に動作可能に接続されることを意味する。第１の電気コネクタ１４および第２の電気コネクタ１６はまた、図１に示されるように、異なる内側プレート２０の対角線上に(diagonally;換言すれば、斜めに又は対角方向に)対向する隅部セクション３０に取り付けられる。これは、第１の電気コネクタ１４および第２の電気コネクタ１６が熱交換器１２において離間されること、第１の電気コネクタ１４および第２の電気コネクタ１６が熱交換器１２の両側で熱交換器１２に構造的に接続されること、ならびに、第１の電気コネクタ１４および第２の電気コネクタ１６が互いに対して対角線上に配置された異なる隅部において構造的に接続されることを意味する。
代替的な実施形態では、第１の電気コネクタ１４は、両方の内側プレート２０に接続され、第２のコネクタ１６もまた、両方の内側プレート２０のみに接続される。
第１の電気コネクタ１４および第２の電気コネクタ１６は、電源１８の出力端子に接続される。このようにして、電源１８は、第１の電気コネクタ１４および第２の電気コネクタ１６を介して分離仕切り２６に電流および電位を供給することができる。代替的な実施形態では、第２の電気コネクタ１６は、大地に電気的に接地される。
第１の電気コネクタ１４および第２の電気コネクタ１６は、電源１８の出力端子に接続される。このようにして、電源１８は、第１の電気コネクタ１４および第２の電気コネクタ１６を介して分離仕切り２６に電流および電位を供給することができる。代替的な実施形態では、第２の電気コネクタ１６は、大地に電気的に接地される。
熱交換器１２からの第１の流体２２および第２の流体２４の漏出を防止するゴムパッキン（図示せず）が、プレート２０間に存在する。プレート２０は、すべてのプレート２０に接触する金属ねじクランプ（図示せず）によって押し合わせられ、かつ所定の位置に保持される。これは、プレートが電気的に接続されることを意味し、またさらに分離仕切り２６が互いに電気的に接続されることを意味する。
電源１８は、第１の電気コネクタ１４および第２の電気コネクタ１６に、またさらに１つまたは複数の分離仕切り２６に、方形波の形態の交流電流を供給する。交流電流は、０．３ｍＡから０．７ｍＡの間のピーク電流（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｅａｋ ｃｕｒｒｅｎｔ）、１Ｈｚ未満の周波数、および５０％のデューティサイクルを有する。交流電流は、７０から９０Ｖの範囲内のピーク電圧で供給される。
熱交換器組立体１０の別の実施形態が、図２に概略的に示されている。図１に関連して説明された実施形態におけるのと同じ性質もしくは機能または類似の性質もしくは機能を有する構成要素には、同じ参照番号が与えられている。熱交換器１２は、シェルアンドチューブ型熱交換器である。熱交換器１２は、１つまたは複数の仕切り２６を形成する直線状チューブ４４のチューブ束と、チューブ束を封入するシェル４６とを有する。
直線状チューブ４４のそれぞれは、一方の端部においては第１のチューブ支持具を構成する第１のチューブプレート４８によって支持され、もう一方の端部においては第２のチューブ支持具を構成する第２のチューブプレート５０によって支持される。直線状チューブ４４のそれぞれは、第１のチューブプレート４８における入口と、第２のチューブプレート５０における出口とを有する。
直線状チューブ４４、第１のチューブプレート４８、および第２のチューブプレート５０は、金属で作られ、かつ、互いに溶接される。このようにして、当該の構成要素は、互いに電気的に接続され、かつ、同じ電位にある。
第１の電気コネクタ１４および第２の電気コネクタ１６は、第１のチューブプレート４８および第２のチューブプレート５０からそれぞれ構成され、かつ、チューブプレート４８および５０を電源１８に接続する電線から構成される。このようにして、電源１８は、チューブ４４に、またさらに分離仕切り２６に、電流を供給するように構成される。
第１のチューブプレート４８および第２のチューブプレート５０は、シェルに接続し、かつ、第１の流体２２を第２の流体２４から分離する。チューブプレート４８および５０は、ゴムパッキン（図示せず）によりシェル４６から電気的に絶縁される。
第１のチューブプレート４８およびシェル４６は、第１の流体２２を収容し得る第１の密閉空間５２を形成する。熱交換器１２は、シェル４６に入口を有し、第１の流体は、この入口を通って第１の密閉空間５２に入る。第２のチューブプレート５０およびシェル４６は、第１の流体２２を収容し得る第２の密閉空間５４を形成する。熱交換器１２は、シェル４６に出口を有し、第１の流体２２は、この出口を通って第２の密閉空間５４から出ることができる。チューブ４４の入口は、第１の密閉空間５２に開口しており、チューブ４４の出口は、第２の密閉空間５４に開口している。
第１のチューブプレート４８、第２のチューブプレート５０、およびシェル４６は、第２の流体２４を収容することができる第３の密閉空間５６を形成する。熱交換器１２は、シェル４６に入口および出口を有し、第２の流体２４は、この入口および出口を通って、第３の密閉空間５６に出入りすることができる。
各チューブ４４は、第１の密閉空間５２から第３の密閉空間５６を介して第２の密閉空間５４まで延在し、したがって、第１のチャネルを構成し、第１の流体２２は、この第１のチャネルを通って第１の密閉空間５２から第２の密閉空間５４へ流れ、かつ、混ざり合うことなしに第２の流体２４を通過することができ、したがって、流体２２と２４との間の熱伝達が可能となる。第３の密閉空間５６に対する入口および出口は、第２の流体２４がチューブ４４を通過するように位置決めされる。このようにして、第３の密閉空間５６は、第２の流体２４が流れることができる第２のチャネルを構成する。
熱交換器組立体１０の別の実施形態が、図３に概略的に示されている。図１および２に関連して説明されたのと同じ性質もしくは機能または類似の性質もしくは機能を有する構成要素には、同じ参照番号が与えられている。熱交換器１２は、シェルアンドチューブ型熱交換器である。熱交換器１２は、図２に示されるようにＵ字状に曲げられたチューブ４４のチューブ束を有する。チューブ４４は、１つまたは複数の仕切り２６を形成する。
図３に示された実施形態は、第２のチューブプレート５０を有さない点で、図２に示された実施形態とは異なる。その代わりに、チューブ４４は、第１のチューブプレート４８によってのみ支持される。図３に示されるように、第２の密閉空間５４は、第１のチューブプレート４８およびシェル４６によって形成され、第３の密閉空間５６は、第１のチューブプレート４８およびシェル４６によって形成される。第１の密閉空間５２および第２の密閉空間５４は、第１のチューブプレート４８の延長部によって分離される。各チューブ４４は、第１の密閉空間５２から第３の密閉空間５６内へ延在し、曲り、第１の密閉空間５２に並置された第２の密閉空間５４に戻る。
第１の電気コネクタ１４は、第１のチューブプレート４８から構成され、かつ、第１のチューブプレート４８を電源１８に接続する電線から構成される。第２の電気コネクタ１６は、チューブ束の他方の端部において電源１８をチューブ４４のそれぞれに接続する電線から構成される。
例
概念実証で使用された試験装置が、図４に示されている。装置は、図１に関連して説明された熱交換器組立体１０を含んでいた。熱交換器１２のステンレス鋼プレート２０の電気伝導性は、高い。したがって、電流を制限するために、５１ｋオーム抵抗器（図示せず）が、熱交換器１２と直列に配置された。
概念実証で使用された試験装置が、図４に示されている。装置は、図１に関連して説明された熱交換器組立体１０を含んでいた。熱交換器１２のステンレス鋼プレート２０の電気伝導性は、高い。したがって、電流を制限するために、５１ｋオーム抵抗器（図示せず）が、熱交換器１２と直列に配置された。
試験装置は、水を収容する第１の槽３２と、第１の槽３２内の水を加熱するように配置された加熱器３６とを有する。装置は、第１の流体２２を構成する汽水性の海水を収容するジャケット槽３８をさらに有する。ジャケット槽３８は、熱が第１の槽３２から受け取られ得るように、第１の槽３２に結合される。試験装置はまた、第２の流体２４を構成するより低温の水道水を収容する第２の槽３４を有する。
試験装置は、圧力計４０をさらに有する。様々な構成要素が、図４に示されるように接続される。装置は、図４において矢印によって示された流れを生成しかつ制御する、いくつかの弁およびポンプ（図示せず）を有する。装置は、第２の槽３４内の水道水が熱交換器１２を通過した後に装置から空けられ得るように、排水管４２に結合される。装置はまた、熱交換器１２のそれぞれの入口における第１の流体２２および第２の流体２４の温度を測定するためのいくつかの温度計（図示せず）を有する。
以下の温度、すなわち第１の流体２２の入口温度（Ｔｈ，ｉｎ）および第２の流体２４の入口温度（Ｔｃ，ｉｎ）が、温度計によって測定された。熱交換器１２をわたる第１の流体２２の圧力降下（ΔＰ）が、圧力計を使用して測定された。第１の流体２２の圧力降下（ΔＰ）は、熱交換器１２の性能を明らかにするために使用された。
２つの試験が、一方は通電を伴って、もう一方は通電を伴わずに、すなわち、電源１８により熱交換器１２に電流が供給されてまたは供給されずに、同じ装置において行われた。他のすべての試験パラメータは、同じであった。装置は、各試運転の前に洗浄された。両方の試運転において、同じ第１の流体２２（海水）が使用された。両試験は、１８日間にわたって行われた。
第１の流体２２（温海水）入力温度（Ｔｈ，ｉｎ）は、おおよそ４０℃で一定に保たれ、第２の流体２４（冷水道水）の入力温度（Ｔｃ，ｉｎ）は、おおよそ１０℃で一定に保たれた。電源１８は、約０．５４ｍＡのピーク電流、約８０Ｖのピーク電圧、および５Ｈｚの周波数で動作された。
各試運転後、熱交換器１２は取り外され、第１の流体２２（海水）に面する熱交換器１２の分離仕切り２６の内側表面から生物膜試料が採取された。滅菌綿棒が使用され、同じ拭き取りパターンが繰り返された。毎回、おおよそ２ｃｍ２が拭き取られた。
両試運転に対して、分離仕切り２６の内側表面上の異なる４つの位置において４つの生物膜試料が採取された。次いで、各試料は、汚染を回避するために、３つ組にされた(triplicated)。試料は、死菌および生菌の細胞計数ならびに区別のために、レーザを基にしたフローサイトメトリーを使用して分析された。平均細菌数は、表１に提示されている。
熱交換器１２の通電は、総数および生菌数の両方において、細菌数の低下を明瞭にもたらす。細菌の総数は、約９％まで減少された。効果は生菌に対してはさらに大きく、生菌の場合、細菌数は、３％未満にまで減少された。通電は第１の流体２２（海水）に面する熱交換器の仕切り上での細菌増殖を大いに減少させるという結論が下され得る。
図５は、熱交換器１２をわたる第１の流体２２の時間に応じた圧力降下（ΔＰ）を示すグラフである。十字は、通電装置運転の結果を示し、円は、非通電装置運転の結果を示す。圧力降下（ΔＰ）は、非通電試運転では時間とともに増大するが、帯電試運転ではほぼ一定であることが、図３のグラフで分かる。１４日後の圧力差は、電流を伴わないほうが約２５％高い。この変化は、通電試運転に比べて非通電試運転における大きな微生物学的増殖によってもたらされたと考えられ、また、増殖が、熱交換器１２を通る第１の流体２２の流れを制限すると考えられる。これは、熱交換器後の動圧の低下をもたらし、そのことがさらに、より大きな圧力降下（ΔＰ）につながる。熱交換器１２への電流の供給により、微生物の増殖によってもたらされ得る熱交換器にわたる圧力降下（ΔＰ）が防止されるという結論が下され得る。
１０ 熱交換器組立体
１２ 熱交換器
１４ 第１の電気コネクタ
１６ 第２の電気コネクタ
１８ 電源
２０ プレート
２２ 第１の流体
２４ 第２の流体
２６ 分離仕切り
２８ 側部セクション
３０ 隅部セクション
３２ 第１の槽
３４ 第２の槽
３６ 加熱器
３８ ジャケット槽
４０ 圧力計
４２ 排水管
４４ チューブ
４６ シェル
４８ 第１のチューブプレート
５０ 第２のチューブプレート
５２ 第１の密閉空間
５４ 第２の密閉空間
５６ 第３の密閉空間
１２ 熱交換器
１４ 第１の電気コネクタ
１６ 第２の電気コネクタ
１８ 電源
２０ プレート
２２ 第１の流体
２４ 第２の流体
２６ 分離仕切り
２８ 側部セクション
３０ 隅部セクション
３２ 第１の槽
３４ 第２の槽
３６ 加熱器
３８ ジャケット槽
４０ 圧力計
４２ 排水管
４４ チューブ
４６ シェル
４８ 第１のチューブプレート
５０ 第２のチューブプレート
５２ 第１の密閉空間
５４ 第２の密閉空間
５６ 第３の密閉空間
Claims (10)
- 熱交換器組立体（１０）であって、
－ 第１の流体（２２）と第２の流体（２４）とを分離するように構成されかつ前記第１の流体（２２）と前記第２の流体（２４）との間で熱が伝達され得る１つまたは複数の仕切り（２６）を含む熱交換器（１２）であり、前記仕切り（２６）が、互いに電気的に接続されかつ同じ電位を共有する、熱交換器（１２）と、
－ 前記熱交換器（１２）の前記複数の仕切り（２６）に動作可能に接続される第１の電気コネクタ（１４）および第２の電気コネクタ（１６）と、
－ 前記第１の電気コネクタ（１４）および前記第２の電気コネクタ（１６）に動作可能に接続され、かつ、前記熱交換器における微生物の増殖を軽減するために前記第１の電気コネクタ（１４）および前記第２の電気コネクタ（１６）を介して前記熱交換器（１２）の前記１つまたは複数の仕切り（２６）に電流を供給するように構成された、電源（１８）と、
を備える、熱交換器組立体（１０）。 - 前記熱交換器（１２）が、液体食品を取り扱うように構成される、請求項１に記載の熱交換器組立体（１０）。
- 前記仕切り（２６）が、互いに構造的に接続される、請求項１または２に記載の熱交換器組立体（１０）。
- 前記複数の仕切り（２６）が、前記第１の流体が流れることができる１つまたは複数の第１のチャネルを形成する、請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器組立体（１０）。
- 前記熱交換器（１２）が、前記複数の第１のチャネルを形成する前記仕切りを構成するチューブ（４４）を含むチューブ束を備えるシェルアンドチューブ型熱交換器である、請求項４に記載の熱交換器組立体（１０）。
- 前記複数の仕切り（２６）が、前記第２の流体が流れることができる１つまたは複数の第２のチャネルを形成し、前記熱交換器（１２）が、前記１つまたは複数の仕切り（２６）を形成する複数のプレート（２０）を備えるプレート型熱交換器（１２）であり、前記複数のプレート（２０）が、前記１つまたは複数の第１のチャネルおよび前記１つまたは複数の第２のチャネルを形成する、請求項４に記載の熱交換器組立体（１０）。
- 微生物増殖のための条件が、前記第２の流体（２４）におけるよりも前記第１の流体（２２）におけるほうが優れており、前記第１の電気コネクタ（１４）が、前記複数のプレート（２０）のうちの隣接したプレート（２０）の対に構造的に接続されることができ、前記隣接したプレート（２０）の対が、前記第１の流体（２２）を封入する、請求項６に記載の熱交換器組立体（１０）。
- 前記第１の電気コネクタ（１４）および前記第２の電気コネクタ（１６）が、前記熱交換器（１２）の両側で前記熱交換器（１２）に構造的に接続される、請求項６または７に記載の熱交換器組立体（１０）。
- 請求項１から８のいずれか一項に記載の熱交換器組立体（１０）の熱交換器（１２）における微生物学的増殖を軽減するための方法であって、前記熱交換器（１２）内に前記第１の流体（２２）の流れおよび前記第２の流体（２４）の流れを提供するステップと、前記電源（１８）により前記熱交換器（１２）の前記１つまたは複数の仕切り（２６）に電流を供給するステップと、を含む方法。
- 液体食品の加熱処理のための加熱殺菌装置であって、前記液体食品を加熱または冷却するために請求項１から８のいずれか一項に記載の熱交換器組立体（１０）を備える、加熱殺菌装置。
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| WO2009051735A2 (en) * | 2007-10-18 | 2009-04-23 | Roberts, Wayne | High efficiency, corrosion resistant heat exchanger and methods of use thereof |
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