JP4768707B2 - 液体製品の蒸発冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、中央に配置された第一の空間と、その第一の空間を同心的に取囲む第二の空間とに分けられた真空チャンパを含み、両空間は真空チャンパの上端壁へ向かって開かれており、第一の空間は凝縮した蒸気のための出口を有し、また第二の空間は蒸発した製品の入口ならびに製品の出口を有しており、さらに冷媒液体の循環回路を含んだ液体製品の蒸発冷却装置に関するものである。

ミルクのような液体食品の処理は、今日一般に工業的処理で行われている。製品を加熱することで、製品中に見られるはずの微生物が駆除されて長い棚寿命が得られるようになる。食品の殺菌では１００゜Ｃを超える温度に加熱される。そのような高温度へ速やかに加熱するために、蒸気が使用されている。加熱は直接または間接に行われる。間接加熱では、さまざまな形式の熱交換器が使用される。直接加熱では、製品に対して蒸気が直接に加えられる。

液体製品の直接加熱には二つの形式、すなわち噴射および注入がある。噴射では、閉じたシステム内で蒸気が製品に噴射される。注入は、製品が微粒化され、蒸気の充満した空間を通過されることで行われる。いずれの場合も、供給される蒸気は素早く効果的に製品を所望温度まで加熱し、その後製品は与えられた所定の時間長さにわたりその温度に保持される。供給された蒸気はその後、製品が希釈されることを避けるために、製品から除去されねばならない。この処理の間、蒸気は解放されて凝縮されると同時に、製品は加熱処理前の元の温度まで冷却される。

蒸発冷却は、通常は、蒸発した製品が加圧された状態で真空室へ送られて行われる。製品が真空室に入ると、液体は沸騰し、蒸気が放出されて室内を上昇し、その間、製品は室内の下部領域に集まる。このようにして冷却されて製品は室の下部領域から排出される。凝縮不能ガスと一緒に製品から解放された蒸気は、出口へ向けて流動できるようにするために凝縮すべきである。この凝縮は、蒸気とガスとが他の真空室へ導かれ、そこで蒸気が冷水のシャワーを浴びて冷却されるか、またはいずれかの形態の水冷プレート式凝縮器またはチューブ式凝縮器で蒸気が凝縮されることで行われる。プレートまたはチューブの凝縮器は第一の真空室内に一体化することができるが、その他に外部に配置することができる。

蒸気を凝縮させる今日既存の装置の大部分は、製造費が比較的高価である。それは、最初の例では余計な真空チャンパが必要となり、あるいはその他ではいずれかの形態の凝縮器が必要となるからである。蒸気を凝縮させる都合のよい方法では、かなり多量の冷水がさらに消費され、また、凝縮器のプレートまたはチューブにおける石灰質付着や腐食が生じることを避けるために、この水は品質がよくなければならない。

スウェーデン特許明細書ＳＥ５１４５６０は、一つの真空室のみ使用する蒸発却装置を開示している。この真空室は二つの同心的に配置された空間に分けられ、それらの空間は室の頂端壁へ向かって開かれている。蒸発された製品は一方の空間および第二の空間に流入し、解放された蒸気は閉じた循環回路からの冷媒水のシャワーを浴びる。この装置はいかなる高価で複雑な凝縮器も必要としない。しかしながら、この装置に固有の一つの欠点は、蒸気を凝縮させるために使用される冷媒水が第二の空間の上に飛散して、製品を希釈してしまう危険や、悪い場合には殺菌食品を汚染してしまう危険があることである。一方の空間内で上方から冷媒液体をシャワー状に注ぐことにより、製品空間に低温面が形成されることになり、これは製品中の蒸気の凝縮を早めすぎることになり、このために蒸気の一部は製品とともにプラントから出ていくことになる。

本発明の一つの目的は、冒頭に記載した装置を、解放された蒸気の上からシャワーとして浴びせられる冷媒水が製品中に含まれる危険がないように設計することである。

本発明の他の目的は、装置を、製品に対する低温面が形成されて、製品中の蒸気の凝縮が早過ぎて製品と一緒にならないように設計することである。

本発明のさらに他の目的は、閉じた冷媒水回路が、他の機器と一緒に殺菌された残る処理機器とともに洗浄でき、これにより敏感な食品を取扱う装置の安全性と信頼性とを高めることにある。

これらおよびその他の目的は、冒頭に記載した形式の装置に、第一の空間が真空室の内部空間の範囲と少なくとも同じ長さで真空室の底部よりも下方へ延在するようになされるという特徴を付与する本発明によって達成される。

本発明の好ましい実施例は、従属項に記載された特徴をさらに与えられる。

本発明の好ましい一実施例が、添付図面を参照して以下に非常に詳細に説明される。

液体製品を蒸発冷却装置は、図１に示された真空室１を含む。真空室１は上端壁２、側壁３、および底壁４を有する。真空室１の内部には、追加の円筒壁５が配置され、この円筒壁５が真空室１を二つの同心的に配置された空間、すなわち第一の空間６および第二の空間７に分けている。両方の空間６，７は真空室１の上端壁２へ向かって開かれている。第二の空間７の下側境界は真空室１の底壁４で構成されている。

真空室１の中央に配置された第一の空間６は下方へ延在されて真空室１の底壁４よりも下方へ連続しており、これにより第一の空間６は二つの部分８，９を有して構成される。底壁４よりも下方に位置する第一の空間６の部分８は、底壁４の上方で真空室１の内部に位置する部分９よりも長いか、または同じ長さとされる。下側部分８は底部１０を有し、この底部は丸められるか、またはその他の形状にされるにせよ、真空室として適当に設計される。

両空間６，７を有する真空室の上述した設計の結果として、真空室１にマンホールは全く必要ない。第一の空間６の下側部分８を連結部２９により上側部分９との連結を外すことにより、上側部分９を真空室１から引抜くことができ、またその手段によって真空室１に対するアクセスを得ることが可能である。マンホールは不要になったので、真空室１はかなり大幅に経済的に製造することができる。

真空室１内の第二の空間７の内部には、蒸発し加熱された製品のための入口１１が備えられている。入口１１は真空室１の側壁２に接線方向に配置され、垂直方向の間隙として配置されている。第二の空間７内には、冷却された製品のための出口１２が備えられている。真空室１の底壁４は、液体、すなわち製品または浄化液体が第二の空間７の下側領域に残らないように設計される。出口１２は導管１３に連結され、導管は遠心ポンプ１４を経て製品を他の連続処理のために圧送する。

第一の空間６はその底部１０に冷媒液体、好ましくは水のための出口１５を有しており、冷媒液体は製品の蒸気を凝縮させるためのものである。出口１５は導管１６に連結され、導管１６は遠心ポンプ１７を経て冷媒水を冷却器３０へ圧送する。冷却器３０は、例えばプレート式熱交換器とされる。冷却器３０は冷水導管１８にも連結される。

冷却器３０から冷媒水はさらに、導管２８を経てほとんど閉じた回路へ送られ、第一の空間６の底部１０の冷媒水入口１９へ戻される。冷媒水導管は第一の空間６の下側部分８の大部分を通して連続されている。第一の空間６の下側部分８を通過する部分２０は上端に多数の開口２１を有しており、それらの開口は下方へ向けられている。それらの開口２１を通して冷媒水はシャワーとして第一の空間６の下側部分８に位置する蒸気に浴びせられる。開口２１の個数は装置が計算されることになる能力に応じて決まる。

部分８を通る冷媒水導管２０はまた多少上方に向かって延在し、その上部領域に多数の穴２３の備えた小さな直径の短いパイプ長さ部分２２を備えるようになされる。それらの穴２３は、必要ならば第一の空間６および第二の空間７の間の壁面２４を冷却するために使用できる。泡立ち易い傾向を示す製品に関しては、壁面２４の冷却は泡立ちを抑えることに寄与する。多量の泡形成は、製品の泡が蒸気に伴って第一の空間６へ流れる結果として製品を損失することになる。

第一の空間６の下側部分８には、凝縮した蒸気および凝縮不能ガスを製品から分離するための出口２５が備えられている。この出口２５から導管が通常は真空ポンプ３１を経て出口へ延びている。室１内に真空を形成するのもこの真空ポンプ３１である。

真空室１はまた一個以上の洗浄用の連結部２６を備えており、スプレー・ノズル２７が真空室１の上側部分に配置されている。バルブ装置により閉じた冷媒水回路を残る処理機器と相互に連結することで、冷媒水回路を残る機器と一緒に洗浄でき、また通常の処理プラントが装備している標準ＣＩＰ機器（適切洗浄）に連結することができる。それらのバルブ装置により、閉じた冷媒水回路は残る処理機器と一緒に殺菌することもでき、これは冷媒水が製品に万一漏れ入ることがあったとしても安全なレベルを与える。

通常は７０〜１２０゜Ｃの温度の製品は、装置に流入する前に熱処理される。製品は噴出器または注入器（図示せず）の蒸気を直接に供給されて加熱される。製品は噴出器または注入器で通常は１００〜１５０゜Ｃに加熱され、装置の後保持室（図示せず）内で所定の時間にわたってその温度に保持される。その時間長さは処理温度によって決まる。

保持室を出た後、蒸気の混入した製品は加圧された状態で接線方向の入口１１を通して装置の真空室１へ流入する。入口１１が接線方向に設計されている結果、製品は真空室１の側壁３に沿って流れ、いわゆるサイクロン効果を生じる。製品が加圧されて真空室１に流入するとき、液体は急激な圧力降下によって沸騰し、この状況で蒸気と凝縮不能ガスは製品から解放される。重い製品は第二の空間７を下方へ沈み、軽い蒸気および凝縮不能ガスは上昇する。

蒸気を排除された製品はこの時点で前の熱処理の温度に応じた温度、すなわち７０〜１２０゜Ｃの温度にある。製品は真空室１の第二の空間７の下側部分に溜まり、出口１２を通して流出する。導管１３および遠心ポンプ１４を経て、製品はさらに加えられる冷却またはそれに代わる他の処理のために送られる。

真空室１内を上昇した蒸気および凝縮不能ガスは排出パイプとして機能する第一の空間６の上側部分９内を下方へ吸引される。第一の空間６の下側部分８内で、蒸気およびガスは冷媒水導管２０および開口２１から冷媒水のシャワーを浴びせられる。冷媒水は１０〜４０゜Ｃの温度とされる。冷媒水の温度が高ければ高いほど、蒸気を凝縮させる冷媒水の消費量は多くなる。冷媒水が第一の空間６の下側部分８よりも低い位置で蒸気に冷媒水のシャワーを浴びせる場合、未殺菌の冷媒水が製品に混入する危険はない。

凝縮した蒸気、冷媒水および凝縮不能ガスは第一の空間６の下側部分８に溜まる。溢水路２５が配置され、追加される凝縮した蒸気およびガスはこの溢水路２５を通して装置から出た後、それらの凝縮蒸気およびガスは、通常、直接に出口へ導かれる。

第一の空間６の下側部分８の溢水路２５の下側に溜まった冷媒水は、装置に含まれる冷媒水のためのほぼ閉じた循環回路に含まれる。出口１５および導管１６を経て冷媒水は真空室１から遠心ポンプ１７によってクーラー３０へ圧送される。クーラー３０は、例えば、プレート状熱交換器で構成される。クーラー３０において、この水は、冷水導管１８を通してクーラー３０に流入する冷水によって１０〜４０゜Ｃの温度に冷却される。

クーラー３０を出た後、冷媒水は導管２８、入口１９および導管２０を経て真空室１へ戻され、そこで冷媒水は再び製品から解放された蒸気にシャワーとして浴びせかけるように使用される。ほぼ閉じた冷媒水回路を使用することで、冷媒水の消費量は減少される。適当なバルブ装置によって冷媒水回路は洗浄でき、残る処理機器と一緒に殺菌できる。

前述の記載から明白となるように、本発明は市場で見られる大半の装置よりも安価な液体食品の蒸発冷却装置を実現する。この装置は、冷媒水がどの段階においても製品に入ることはできない。その冷媒水回路は残る装置と一緒に洗浄および殺菌でき、より衛生的な装置が達成される。装置のこの設計の結果、製品を保持する空間に対して冷却面は全く装置座せず、その結果として製品中の蒸気が早すぎる時期に凝縮を生じることはなく、これにより製品に混入することもない。

装置内の真空室の部分的に断面とした側立面図である。 装置の流れ図である。

符号の説明

１ 真空室
２ 上端壁
３ 側壁
４ 底壁４
５ 円筒壁
６ 第一の空間
７ 第二の空間
８ 下側部分
９ 上側部分
１０ 底部
１１ 入口
１２ 出口
１３ 導管
１４ 遠心ポンプ
１５ 出口
１６ 導管
１７ 遠心ポンプ
１８ 冷水導管
１９ 冷媒水入口
２０ 冷媒水導管
２１ 開口
２２ パイプ長さ部分
２３ 穴
２４ 壁面
２５ 溢水路
２６ 連結部
２７ スプレー・ノズル
２８ 導管
２９ 連結部
３０ クーラー

Claims (5)

1. 中央に配置された第一の空間（６）と、第一の空間（６）を同心的に取囲む第二の空間（７）とに分けられた真空室（１）を含み、第一及び第二の空間（６，７）は真空チャンパ（１）の上端壁（２）へ向かって開かれており、また、第一の空間（６）は凝縮した蒸気の出口（２５）を有し、第二の空間（７）は蒸発した製品の入口（１１）ならびに製品の出口（１２）を有しており、さらに冷媒液体の循環回路を含んでいる液体製品の蒸発冷却装置であって、第一の空間（６）は、下方へ延在し、少なくとも真空室（１）の内側の空間（６）の長さと同じ長さだけ真空室（１）の底壁（４）よりも下方へ延在していて、真空室（１）の内側に位置する上側部分（９）と真空室（１）の底壁（４）よりも下方に位置する下側部分（８）とを有しており、前記循環回路が、前記第一の空間（６）の前記下側部分（８）内を該下側部分（８）の底部から上方へ延在する導管（２０）を有していて、該下側部分（８）の上部領域で該導管（２０）から冷媒液体を排出するようになっていることを特徴とする装置。
2. 製品の入口（１１）が真空室（１）の側壁（３）に接線方向に配置され、垂直方向の間隙として形成されることを特徴とする請求項１に記載された装置。
3. 凝縮した蒸気の出口（２５）が溢水路である事を特徴とする請求項１に記載された装置。
4. 前記導管（２０）が上部領域に冷媒液体を排出するための多数の下方へ向いた開口（２１）を備えていることを特徴とする請求項１に記載された装置。
5. 前記循環回路が、前記下側部分（８）の底部に設けられた冷媒液体の出口（１５）と、遠心ポンプ（１７）と、クーラー（３０）と、冷媒液体の出口（１５）から遠心ポンプ（１７）及びクーラー（３０）を経て前記下側部分（８）の底部から上方へ延在する前記導管（２０）の下端に連結された導管（１６，２８）とを含むことを特徴とする請求項１に記載された装置。

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