JP2665832B2 - 加熱冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加熱と冷却を行う加熱冷
却装置に関する。上記の加熱冷却装置としては、各種反
応釜や食品の蒸溜装置、濃縮装置、及び、殺菌装置等が
あり、加熱温度として１００℃以上の比較的高温の場合
から１００℃以下の比較的低温で加熱される場合があ
り、加熱あるいは冷却においては、被加熱冷却物の熱損
傷や変成を防止するためにその温度は精度よく制御され
なければならない。また、各種反応釜においては、加熱
と冷却を頻繁に繰返す場合が多々ある。

【０００２】

【従来技術】従来の加熱冷却装置として、例えば図２に
示す反応釜の加熱冷却装置がある。図において、１は反
応釜であり、原料入口２、製品出口３、攪拌機４、ジャ
ケット部５を有している。ジャケット部５には加熱及び
冷却のための流体給排口６，７を設けてあり、その一方
には冷却水供給管８及び温水排出管９を接続し、他方に
は温水供給管１０及び冷却水排出管１１を接続し、各管
の途中に弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を設けてある。この
反応釜１内の原料を加熱する場合は、弁Ｖ２、Ｖ４を閉
じ、弁Ｖ１、Ｖ３を開く。これによって温水が管１０、
流体給排口７からジャケット部５内に供給されて加熱が
行なわれ、温水排出管９を通って排出される。

【０００３】また冷却する場合は、弁Ｖ１、Ｖ３を閉
じ、弁Ｖ２、Ｖ４を開く。これによって冷却水が管８、
流体給排口６を通ってジャケット部５内に供給されて冷
却が行なわれる。供給された冷却水は流体給排口７、管
１１を通って排出される。

【０００４】

【本発明が解決しようとする課題】上記従来の加熱冷却
装置は、加熱及び冷却時において、被加熱及び被冷却物
である反応釜を均一に加熱冷却できず、部分的な異常低
温あるいは異常昇温が発生しやすく、この温度ムラによ
って製品の品質を一定に維持し難い問題がある。この原
因は、攪拌機によって反応釜内を攪拌してはいるが温度
分布にバラツキを生じるためである。すなわち、反応釜
の上部は高温となり下部は低温となったり、あるいは、
下部においても被加熱冷却物の反応熱により温度ムラを
生じるためである。また上記従来の加熱冷却装置は、温
水による加熱と冷却水による冷却であるため、水の顕熱
のみによる加熱または冷却となり熱容量が小さいために
温度ムラを生じるのである。

【０００５】温水加熱に換えて蒸気を供給して蒸気加熱
とすることもできるが、蒸気は大気圧下においてほぼ１
００℃であり、従って１００℃以下で加熱する場合は別
途温水供給設備が必要となり、大がかりで複雑な設備と
なってしまう問題がある。

【０００６】また、温水加熱あるいは蒸気加熱のいずれ
においても、加熱と冷却を繰返す場合、装置の立ち上が
りに時間を要する問題がある。これは、ジャケット部に
温水あるいは冷却水がほぼ満水になって初めて一定の熱
交換作用を発揮するため、満水になるまでに時間を要す
るためである。このことはジャケット部の容積が小さい
場合はさほど問題になることはないが、大容積のジャケ
ット部を有する場合は生産効率上大きな問題となる。

【０００７】従って本発明の技術的課題は、１００℃以
上でも以下でも簡単な設備で加熱することができ、立ち
上がりに時間を要しない、また、温度ムラの少ない加熱
冷却装置を得ることである。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】本発明の加熱冷却装置の構
成は次の通りである。複数の加熱冷却室を有する熱交換
器と、加熱冷却室へ加熱用流体としての蒸気あるいは冷
却用流体としての冷却水を供給する流体管路と、該流体
管路内に設けた流体を制御するための弁手段と、上記加
熱冷却室の流体を吸引するための吸引手段とから成り、
上記加熱冷却室と吸引手段とを連通する連通路を設け
て、該連通路にスチームトラップと弁手段を並列に取り
付けたものである。

【０００９】

【作用】１００℃以上で熱交換器の被加熱物を加熱する
場合は、連通路に取り付けた弁手段を閉弁状態にすると
共に、大気圧以上の蒸気を流体管路に設けた弁手段を介
して加熱冷却室に供給することにより加熱することがで
きる。加熱により復水化したドレンは連通路に取り付け
たスチームトラップを介して吸引手段に吸引される。

【００１０】１００℃以下で加熱する場合は、吸引手段
の能力を高めることにより、ドレンに続いて気化蒸気あ
るいは残留空気も吸引されて加熱冷却室は大気圧以下の
減圧状態となる。この状態で蒸気管路に取り付けた弁手
段を微開することにより、加熱冷却室へ蒸気が供給され
ると共に、減圧状態故に１００℃以下の蒸気となり低温
蒸気で被加熱物を加熱することができる。加熱により発
生したドレンは上記と同様にスチームトラップを介して
吸引手段に吸引される。

【００１１】加熱から冷却に切換える場合は、蒸気供給
用の弁手段を閉弁し、連通路に取り付けた弁手段を開弁
状態にすると共に、冷却水を流体管路に設けた弁手段を
介して加熱冷却室に供給する。加熱冷却室は吸引手段に
より減圧状態に維持されており、供給された冷却水は被
冷却物の熱と減圧状態故に直ちに気化することによっ
て、被冷却物を気化冷却する。気化冷却により発生した
蒸気は、連通路に取り付けた弁手段を介して吸引手段に
吸引される。

【００１２】複数の加熱冷却室を設けたことにより、熱
交換器の上部と下部とで温度のバラツキを生じたとして
も、上部の加熱冷却室のみあるいは下部の加熱冷却室の
みに蒸気とか冷却水を個別に供給することができ、温度
ムラを防止することができる。

【００１３】

【実施例】図示の実施例を詳細に説明する。本実施例に
おいては、熱交換器として反応釜を用いた例を示す。図
１において、２１は反応釜、２２は吸引手段、２３ａ，
２３ｂは蒸気流体管路２７に取り付けた弁手段、２４は
水温制御部、２５は余剰水排出手段、２６ａ，２６ｂは
冷却水流体管路２８に取り付けた弁手段である。熱交換
器としての反応釜２１は、原料入口２、製品出口３、攪
拌機４、加熱冷却流体室としての複数のジャケット部５
ａ，５ｂを有しており、ジャケット部５ａ，５ｂは蒸気
流体管路２７及び冷却水流体管路２８とそれぞれ弁手段
２３ａ，２３ｂ，２６ａ，２６ｂを介して接続する。

【００１４】吸引手段２２はエゼクタ３２とポンプ３０
を組合せた組合せポンプから成り、ポンプ３０がタンク
３１に吸込側を接続され吐出側をエゼクタ３２のノズル
３３に接続し、エゼクタ３２のディフューザ３４がタン
ク３１の上部空間に接続された構成のものであり、エゼ
クタ３２とジャケット部５ａ，５ｂの下端が連通路５０
ａ，５０ｂで接続され、この連通路５０ａ，５０ｂにス
チームトラップ５１ａ，５１ｂと弁手段５２ａ，５２ｂ
をそれぞれ並列に取り付ける。弁手段５２ａ，５２ｂと
しては、全開全閉を行う開閉弁であっても、全閉から全
開まで通過流量を調整できるものでもあっても良く、ま
た、手動式のものであっても、自動式のものであっても
良い。この吸引手段２２は、ポンプ３０の作動によりタ
ンク３１内の水をエゼクタ３２に供給して吸引作用さ
せ、タンク３１に戻すようになっている。

【００１５】蒸気流体管路２７は弁手段２３ａ，２３ｂ
を介してジャケット部５ａ，５ｂと接続する。弁手段２
３ａ，２３ｂとしては、自動調節弁や自動減圧弁等の自
動弁を用いることができる。あるいは簡単な装置であれ
ばプラグ弁やニードル弁あるいはダイヤフラム弁やボー
ル弁等の一般弁を用いることもできる。弁手段２３ａ，
２３ｂはコントロール部２９と信号線６，７で接続し、
コントロール部２９からの信号により開閉動作する。

【００１６】冷却水流体管路２８は弁手段２６ａ，２６
ｂを介して同じくジャケット部５ａ，５ｂと接続する。
冷却水のジャケット部５ａ，５ｂとの接続口は、より冷
却ムラを防止するために反応釜２１の全周にわたって設
けることが望ましい。また、接続口は図示していないが
冷却水を噴霧するためのノズルを配置することが望まし
い。冷却水流体管路２８の一部は水温制御部２４と接続
する。水温制御部２４は、タンク３１内の水温を制御す
るように設けたものであり、タンク３１内に冷却水を供
給することによって制御するようになっている。自動弁
７０を設け、タンク内の水温を検出する温度センサー４
１からの信号により開閉する。

【００１７】余剰水排出手段２５は、吸引手段２２の一
部に自動弁７１を取付け、タンク３１内の水位センサー
４２ａ，４２ｂからの信号により、タンク３１内の水位
を所定範囲に保つものである。自動弁７５ａ，７５ｂ
は、吸引手段２２の組合せポンプ内を循環する循環水の
一部を反応釜２１の冷却水として用いる場合に使用する
ためのもので、吸引手段２２とジャケット部５ａ，５ｂ
とを接続する管路に介在させる。弁手段２３ａ，２３ｂ
以外の弁２６ａ，２６ｂ，５２ａ，５２ｂ，７０，７
１，７５ａ，７５ｂ及び反応釜２１内の被加熱冷却物の
温度を検出する温度センサー５６ａ，５６ｂもコントロ
ール部２９と接続して集中制御できるようにする。

【００１８】反応釜２１を加熱する場合は、コントロー
ル部２９からの信号により、弁手段２３ａ，２３ｂが開
き、連通路５０ａ，５０ｂに取り付けた弁手段５２ａ，
５２ｂが閉じあるいは開度調節を行い、加熱用流体とし
ての蒸気がジャケット部５ａ，５ｂに供給され、反応釜
２１を蒸気加熱する。加熱により生じたドレンは、連通
路５０ａ，５０ｂのスチームトラップ５１ａ，５１ｂを
経てエゼクタ３２に吸引されタンク３１に至る。ドレン
によってタンク３１内の水位が上限水位に達すると、水
位センサー４２ａが検知し、自動弁７１が開き、余剰水
を系外に排出する。

【００１９】１００℃以上で加熱するか以下で行うか
は、弁手段２３ａ，２３ｂの開度と、吸引手段２２の吸
引力の調節により実施することができる。すなわち、吸
引手段２２の吸引力は、ノズル３３を通過する流体の温
度における飽和圧力と等しくなり、組合せポンプ内を循
環する循環水の温度を水温制御部２４により調節するこ
とにより、ほぼ任意にコントロールできる。従って、１
００℃以下で加熱する場合は、循環水の温度を下げて吸
引手段２２の吸引力を高めることにより、ジャケット部
５ａ，５ｂ内を大気圧以下の減圧状態とすることがで
き、１００℃以下の蒸気で加熱することがでる。

【００２０】加熱から冷却に切換える場合は、弁手段２
３ａ，２３ｂを閉じて蒸気の供給を停止し、冷却水流体
管路２８と接続する弁手段２６ａ，２６ｂを開弁すると
共に連通路５０ａ，５０ｂに取り付けた弁手段５２ａ，
５２ｂを開弁して、冷却水をジャケット部５ａ，５ｂに
供給する。タンク３１内に冷却水を供給することによ
り、タンク３１内の水温は徐々に低下する。水温の低下
に伴いエゼクタ３２に生じる吸引作用すなわち減圧度が
高くなり、ジャケット部５ａ，５ｂ内も減圧される。ジ
ャケット部５ａ，５ｂ内が減圧されると、供給される冷
却水は反応釜２１の熱により直ちに気化して反応釜２１
を冷却する。

【００２１】反応釜２１において部分的に温度ムラが生
じた場合、温度センサー５６ａ，５６ｂで検出してコン
トロール部２９からの信号によって弁手段を操作し、対
応するジャケット部５ａ，５ｂに蒸気あるいは冷却水を
供給することにより、温度ムラを抑止することができ
る。

【００２２】また、被加熱物あるいは被冷却物の温度を
温度センサー５６で検出し、コントロール部２９に記憶
や設定や演算あるいは判定機能を付加することにより、
反応釜２１を任意に加熱冷却あるいはそれらのサイクル
を設定することのできる加熱冷却装置とすることもでき
る。

【００２３】本実施例においては、加熱冷却装置として
反応釜のものを示したが、その他の蒸溜装置や濃縮装置
や殺菌装置等であっても同様に実施することができる。
また本実施例においては、吸引手段としてエゼクタ３２
とポンプ３０を組合せたものを示したが、その他の水封
式ポンプ等既存の真空ポンプを用いることもできる。ま
た本実施例においては、加熱冷却室としてのジャケット
部５ａ，５ｂを、上下に２分割して複数配置した例を示
したが、その他３分割や左右の分割等も実施することが
できる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、複数の加熱冷却室を設
けたことにより、熱交換器内に部分的な温度ムラを生じ
たとしても、それぞれ対応した箇所の加熱冷却室に蒸気
や冷却水を個別に供給することにより、温度ムラを防止
することができる。

【００２５】また、加熱温度が１００℃以上であっても
以下であっても蒸気のみで加熱することができるので簡
単な設備とすることができ、加熱冷却を繰返す場合であ
っても、温水あるいは冷却水が満水になるまで待つ必要
がなく、冷却水を供給すれば直ちに冷却することができ
るので立ち上がりに時間を要することがなく、また、加
熱は蒸気で、冷却は冷却水の気化冷却により行うことに
より、大きな熱容量を確保できるので加熱冷却ムラを防
止して、製品の品質を一定に維持することのできる加熱
冷却装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱冷却装置の実施例の構成図であ
る。

【図２】従来の加熱冷却装置の構成図である。

【符号の説明】

５ａ，５ｂ ジャケット部 ２１ 反応釜 ２２ 吸引手段 ２３ａ，２３ｂ 弁手段 ２６ａ，２６ｂ 弁手段 ２７ 蒸気流体管路 ２８ 冷却水流体管路 ３０ ポンプ ３１ タンク ３２ エゼクタ ５０ａ，５０ｂ 連通路 ５１ａ，５１ｂ スチ―ムトラップ ５２ａ，５２ｂ 弁手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の加熱冷却室を有する熱交換器と、
   該加熱冷却室へ加熱用流体としての蒸気あるいは冷却用
   流体としての冷却水を供給する流体管路と、該流体管路
   内に設けた流体を制御するための弁手段と、上記加熱冷
   却室の流体を吸引する吸引手段とから成り、上記加熱冷
   却室と吸引手段とを連通する連通路を設けて、該連通路
   にスチームトラップと弁手段を並列に取り付けた加熱冷
   却装置。