JP4843069B2 - 二重管式熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、複数の外管と各外管内に挿通された内管を有し、内管を流通する流体と、内管と外管との間に形成された流路を流通する流体との間で熱交換する二重管式熱交換器に関する。

従来、食品・医薬品・化粧品等のプロセス液を加熱冷却殺菌するための熱交換器として、チューブ式、プレート式等の熱交換器が使用されている。また、プロセス液には、低粘度のものから高粘度のものまであり、さらに固形分を含むスラリー流体のものや非ニュートン特性を有するものまで様々なものがある。特に、飲料等の比較的粘度の低いプロセス液に使用されている熱交換器としては、プレート式あるいは多管式の熱交換器が使用されている。

近年、プレート式熱交換器に代わってチューブ式熱交喚器が使用されるようになって来ており、このチューブ式熱交喚器は主流となりつつある。その理由は、ガスケットの交換やメンテナンスの容易性等の点で、チューブ式でしかもコルゲート伝熱管を使用したものが優れているからである。

このようなチューブ式熱交換器は、飲料などの比較的低粘度で、しかもプロセス液の処理量が大きい場合には、伝熱管を複数備える多管式熱交換器が一般的である。これらの多管式熱交換器は、シェル内に多数本の伝熱チューブが配設され、チューブ側にプロセス液を通し、シェル内に高温の熱媒または低温の冷媒（以下、総称して熱媒と記す。）を通すことにより、洗浄性、サニタリー性を維持している。

近年のように省エネルギー対策が要求されるようになると、特に熱媒の熱回収システムが重要な問題となっている。従来技術では、洗浄性やサニタリー性を満足するためにチューブ側にプロセス液を通す方法が採られており、これは熱交換器の伝熱面を増加する方法であった。

このような従来のチューブ式熱交換器（多管式熱交換器）において、熱回収システムを効率よく構築するためには、シェル内にもプロセス液を向流で流す方法、すなわちチューブ側を流れるプロセス液とシェル内を流れるプロセス液とで互いの流れが向かい合うようにして熱交換する方法、が最も有効であることは言うまでもない。しかしながらこのような方法を多管式熱交換器に用いた場合には、シェル側の洗浄性が悪くなってしまうという問題点があった。このような問題点を解決するための一つの提案として特許文献１に記載された技術がある。

すなわち、シェル内の空隙を可能な限り低減させ、以って円筒胴内の洗浄性に優れた多管式熱交換器を提供しようとするものである。

特開２００６−０３８３３７号公報

しかしながら、特許文献１では伝熱管を補助する補助支持材が残液の原因となったり、洗浄の面での効果が上げ難くなり得るほか、伝熱管内を目視して点検したりすることが難しいという問題点がある。

本発明は、このような従来の技術が有する問題点に着目してなされたもので、プロセス液同士の熱交換が行え、伝熱管の目視による点検が容易であり、かつ、洗浄性やサニタリー性に優れた二重管式熱交換器を提供することを目的としている。

かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。［１］ 複数の外管（１５）と各外管（１５）内に挿通された内管（１１）を有し、内管（１１）を流通する流体と、外管（１５）内で内管（１１）と外管（１５）の内周壁との間に形成された流路を流通する流体との間で熱交換する二重管式熱交換器（１，１Ａ）において、
前記複数の外管（１５）それぞれの両端を固定手段（１２，１３；１６，１７）に固定し、前記複数の外管（１５）の同一側の一端から外側に露出している内管（１１）の端部を前記固定手段（１２，１３；１６，１７）の一方（１２，１３）に固定し、前記内管（１１）の端部のうち流体が導入される入口端部（１１ａ）と流体が排出される出口端部（１１ｂ）とを除いた端部をＵ字管（２０ａ，２０ｂ，２４）で接続して１本の内管（１１）とし、前記固定手段（１２，１３；１６，１７）のもう一方（１６，１７）に該もう一方の固定手段（１６，１７）との間に前記Ｕ字管（２０ａ，２０ｂ）を収容する密閉した内部空間を形成するためのチャンネルカバー（１０，１０Ａ）を密着可能に取り付け、前記内部空間に収容されるＵ字管（２０ａ，２０ｂ）は内管（１１）の端部に着脱可能に接続されたものであり、前記内部空間は、熱交換中の温度差による外管（１５）と内管（１１）の相対的伸縮を許容する大きさに形成され、
前記Ｕ字管（２０ａ，２０ｂ，２４）のうち前記内部空間に収容されない、外部に露出しているＵ字管（２４）と、前記内管（１１）とは、接合部（６０）で着脱可能に接続され、
前記固定手段（１２，１３；１６，１７）は、前記外管（１５）の端部を固定する管板（１３，１６）と、前記内管（１１）の端部が貫通し、該内管（１１）の端部側から前記管板（１３，１６）に向かい合うように着脱可能に密着される蓋板（１２，１７）と、を有し、
密着した前記管板（１３，１６）と蓋板（１２，１７）は、外周縁寄りに介装した外周シール部材（２３）と、該外周シール部材（２３）よりも中心寄りで前記外管（１５）及び内管（１１）を内側に囲む位置に介装した内側シール部材（１８）とを有し、該内側シール部材（１８）と外周シール部材（２３）との間に形成された間隙（４０）に通じる、前記間隙（４０）に無菌空気または蒸気を供給可能な供給管路（４１）と、前記間隙（４０）に供給した無菌空気または蒸気を外部に排出可能な、前記間隙（４０）に通じる排出管路（４２）と、を設けたことを特徴とする二重管式熱交換器（１，１Ａ）。

［２］ 複数の外管（１５）と各外管（１５）内に挿通された内管（１１）を有し、内管（１１）を流通する流体と、外管（１５）内で内管（１１）と外管（１５）の内周壁との間に形成された流路を流通する流体との間で熱交換する二重管式熱交換器（１，１Ａ）において、
前記複数の外管（１５）それぞれの両端を固定する固定手段（１２，１３；１６，１７）と、該固定手段（１２，１３；１６，１７）の一方（１７）に密着可能に取り付けて前記固定手段（１６，１７）との間に密閉された内部空間を形成するチャンネルカバー（１０）とを備え、
前記内管（１１）は、流体が導入される入口端部（１１ａ）と流体が排出される出口端部（１１ｂ）とを除いた端部がＵ字管（２０ａ，２０ｂ，２４）で接続されて一本の内管（１１）となり、前記複数の外管（１５）の同一側の一端から外側に露出している内管（１１）の端部が前記固定手段（１２，１３；１６，１７）の一方（１２，１３）に固定され、
前記チャンネルカバー（１０）が前記固定手段（１６，１７）との間に形成する内部空間は、前記複数の外管（１５）の一方の端部の外側で前記Ｕ字管（２０ａ，２０ｂ）に接続された内管（１１）を収容し、前記内管（１１）と外管（１５）の内周壁との間に形成された流路を連通し、熱交換中の温度差による外管（１５）と内管（１１）の相対的伸縮を許容する大きさに形成されたものであり、
前記内部空間に収容される前記Ｕ字管（２０ａ，２０ｂ）は、内管（１１）と着脱可能に接続されたものであり、
前記Ｕ字管（２０ａ，２０ｂ，２４）のうち前記内部空間に収容されない、外部に露出しているＵ字管（２４）と、前記内管（１１）とは、接合部（６０）で着脱可能に接続され、
前記固定手段（１２，１３；１６，１７）は、前記外管（１５）の端部を固定する管板（１３，１６）と、前記内管（１１）の端部が貫通し、該内管（１１）の端部側から前記管板（１３，１６）に向かい合うように着脱可能に密着される蓋板（１２，１７）と、を有し、
密着した前記管板（１３，１６）と蓋板（１２，１７）は、外周縁寄りに介装した外周シール部材（２３）と、該外周シール部材（２３）よりも中心寄りで前記外管（１５）及び内管（１１）を内側に囲む位置に介装した内側シール部材（１８）とを有し、該内側シール部材（１８）と外周シール部材（２３）との間に形成された間隙（４０）に通じる、前記間隙（４０）に無菌空気または蒸気を供給可能な供給管路（４１）と、前記間隙（４０）に供給した無菌空気または蒸気を外部に排出可能な、前記間隙（４０）に通じる排出管路（４２）と、を設けたことを特徴とする二重管式熱交換器（１，１Ａ）。

［３］ 前記チャンネルカバー（１０）が前記固定手段（１６，１７）との間に形成する内部空間には、前記Ｕ字管（２０ａ，２０ｂ）を収容するとともに前記外管（１５）と内管（１１）との間に形成された流路を通る流体を流すための流路空間（１１０ｂ，１１０ｄ）が仕切板（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）によって画成されていることを特徴とする項［１］または［２］に記載の二重管式熱交換器（１Ａ）。

［４］ 前記内管（１１）および外管（１５）それぞれは、波形スパイラル形状に成形された波形成形管であることを特徴とする項［１］から［３］の何れか一項に記載の二重管式熱交換器（１，１Ａ）。

［５］ 前記内管（１１）および外管（１５）それぞれは、内部の底部の少なくとも一部に管（１１，１５）の延びる方向に形成された平直線部を有することを特徴とする項［１］から［４］のいずれか一項に記載の二重管式熱交換器（１，１Ａ）。

［６］ 複数の外管（１５）と各外管（１５）内に挿通された内管（１１）を有し、内管（１１）を流通する流体と、外管（１５）内で内管（１１）と外管（１５）の内周壁との間に形成された流路を流通する流体との間で熱交換する二重管式熱交換器（１）において、
上段および下段に２本ずつ配設された外管（１５）と、
前記外管（１５）のそれぞれに挿通された内管（１１）と、
前記外管（１５）の両端部をそれぞれ固定する管板（１３，１６）と、
前記内管（１１）の端部が貫通し、該内管（１１）の端部側から前記管板（１３，１６）に向かい合うように着脱可能に密着される蓋板（１２，１７）と、
一方の前記蓋板（１７）に密着可能に取り付けて、該蓋板（１７）との間に内部空間を形成する上段および下段のチャンネルカバー（１０，１０）と、
前記上段および下段のチャンネルカバー（１０，１０）が取り付けられた蓋板（１７）ともう一方の蓋板（１２）との間で該もう一方の蓋板（１２）が取り付けられた管板（１３）の近傍で上段の外管（１５）の１本と下段の外管（１５）の１本とを連通する上下連通管（３３）と、
前記上段のチャンネルカバー（１０）と蓋板（１７）との間に形成された前記内部空間に延び出た上段の内管（１１）に着脱可能に接続され、前記上段の内管（１１）同士を連通する上段Ｕ字管（２０ａ）と、
前記下段のチャンネルカバー（１０）と蓋板（１７）との間に形成された前記内部空間に延び出た下段の内管（１１）に着脱可能に接続され、前記下段の内管（１１）同士を連通する下段Ｕ字管（２０ｂ）と、
前記上段および下段のチャンネルカバー（１０，１０）が取り付けられた蓋板（１７）とは異なるもう一方の蓋板（１２）を貫通した４本の内管（１１）のうち、上段の１本と下段の１本とを接続して連通する上下接続Ｕ字管（２４）と、を備え、
前記内管（１１）は、前記上段Ｕ字管（２０ａ）と前記下段Ｕ字管（２０ｂ）と前記上下接続Ｕ字管（２４）とによって接続されて一本の管を形成し、
前記上段のチャンネルカバー（１０）の内部空間は、前記上段Ｕ字管（２０ａ）によって接続された内管（１１）を収容するとともに内管（１１）と前記外管（１５）との間に形成された流路を流れる流体を通すための流路空間が形成され、
前記下段のチャンネルカバー（１０）の内部空間は、前記下段Ｕ字管（２０ｂ）によって接続された内管（１１）を収容するとともに内管（１１）と前記外管（１５）との間に形成された流路を流れる流体を通すための流路空間が形成され、
前記上段および下段のチャンネルカバー（１０，１０）が取り付けられた蓋板（１７）とは異なるもう一方の蓋板（１２）を貫通した４本の内管（１１）のうち、上下接続Ｕ字管（２４）に接続されていない上段の内管（１１）の端部を流体を導入する入口端部（１１ａ）または流体を排出する出口端部とし、上下接続Ｕ字管（２４）に接続されていない下段の内管（１１）の端部を流体を排出する出口端部（１１ｂ）または流体を導入する入口端部とし、
前記外管（１５）に流体を導入するための導入口部（３１）または流体を排出するための排出口部を前記連通管（３３）によって連通されていない下段の外管（１５）に設け、流体を排出するための排出口部（３２）または流体を導入するための導入口部を前記連通管（３３）によって連通されていない上段の外管（１５）に設け、
前記流路空間は、熱交換中の温度差による外管（１５）と内管（１１）の相対的伸縮を許容する大きさに形成されたことを特徴とする二重管式熱交換器（１）。

［７］ 前記上下接続Ｕ字管（２４）と前記内管（１１）とは、接合部（６０）で着脱可能に接続され、
密着した前記管板（１３，１６）と蓋板（１２，１７）は、外周縁寄りに介装した外周シール部材（２３）と、該外周シール部材（２３）よりも中心寄りで前記外管（１５）及び内管（１１）を内側に囲む位置に介装した内側シール部材（１８）とを有することを特徴とする［６］に記載の二重管式熱交換器（１）。
［８］ 前記外管（１５）および内管（１１）は、それぞれ上下２段に配設され、
前記内管（１１）は、上段側に設けた流体の前記入口端部（１１ａ）または出口端部から下段側に設けた出口端部（１１ｂ）または入口端部まで下向に連続する勾配を有し、
前記内管（１１）と外管（１５）との間に形成された流路は、上段の外管（１５）に設けた流体の排出口部（３２）または導入口部から下段に設けた導入口部（３１）または排出口部まで下向に連続する勾配を有し、
流体が前記内管（１１）および外管（１５）から自然に排出されることを可能にしたことを特徴とする［１］から［７］のいずれか一項に記載の二重管式熱交換器（１，１Ａ）。

［９］ 前記内管（１１）にピグを設け、該ピグを通過した流体を回収することを特徴とする［１］から［８］のいずれか一項に記載の二重管式熱交換器（１，１Ａ）。

［１０］ 前記外管（１５）には、前記Ｕ字管（２０ａ，２０ｂ，２４）によって接続されて一本となった内管（１１）を複数本通したことを特徴とする［１］から［９］のいずれか一項に記載の二重管式熱交喚器（１，１Ａ）。

前記本発明は次のように作用する。
二重管式熱交換器（１，１Ａ）は、外管（１５）とこの外管（１５）内に挿通された内管（１１）との間に形成された流路と内管（１１）の内部とに熱交換をしようとする流体を流通させる。外管（１５）と内管（１１）との間に形成された流路に流通させる流体は外管（１５）に接続された導入口部（３１）から導入され、同じく外管（１５）に接続された排出口部（３２）から排出される。

導入口部（３１）から導入された流体は、外管（１５）と内管（１１）との間に形成された流路を通って固定手段（１２，１３；１６，１７）の蓋板（１７）とチャンネルカバー（１０，１０Ａ）との間に形成され内部空間に流れ込む。このチャンネルカバー（１０，１０Ａ）は、蓋板（１７）に密着されているので、チャンネルカバー（１０，１０Ａ）に流れ込んだ流体は、外部に漏れることなく内部空間に連通している他の外管（１５）へと流れる。

また、チャンネルカバー（１０Ａ）内に仕切板（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）によって画成された流路空間（１１０ｂ，１１０ｄ）を有するものの場合には、流体は、チャンネルカバー（１０Ａ）内で流路空間（１１０ｂ，１１０ｄ）を通って他の外管（１５）に流れ込む。こうして他の外管（１５）を通って戻ってきた流体は、外管（１５）に接続した排出口部（３２）から排出される。

このように、外管（１５）内に挿通された内管（１１）との間に形成された流路を通る流体は、内管（１１）の内部を流れる流体と熱交換される。この内管（１１）に導入して熱交換をしようとする流体は、内管（１１）の入口端部（１１ａ）から直接に導入され、内管（１１）の出口端部（１１ｂ）から排出される。この際、外管（１５）内に挿通された内管（１１）との間に形成された流路を通す流体と、内管（１１）の内部を通す流体とは、それぞれの流れの方向が向かい合っているいわゆる向流とすることにより、熱交換効率を高くすることができる。

このようにして熱交換が行われると外管（１５）と内管（１１）との間に温度差などの違いから相対的伸縮が生じる。例えば、内管（１１）の伸びの量が外管（１５）の伸びの量よりも大きくなると、チャンネルカバー（１０）の内部空間に収容されている上段Ｕ字管（２０ａ）および下段Ｕ字管（２０ｂ）は、チャンネルカバー（１０）に突き当たる方向に変位する。この場合、内管（１１）は外管（１５）には直接に固定されていないので、外管（１５）に対する内管（１１）の相対的伸びは、チャンネルカバー（１０）の内部空間で吸収される。これにより、内管（１１）の伸縮に応じて外管（１５）を伸縮させる必要がなくなり、したがって、外管（１５）に高価な伸縮継手を使用する必要がないのでそれだけコストの低減を図ることができる。

なお、内管（１１）および外管（１５）は、波形スパイラル形状に成形された波形成形管とすることによって伝熱性を向上させることができる。さらに、それぞれの内部の底部の少なくとも一部に管（１１，１５）の延びる方向に平直線部を形成することにより、管内に流体が残留してしまうことの防止を図ることができる。

内管（１１）や外管（１５）の洗浄等においては、管板（１６）に密着可能に取り付けたチャンネルカバー（１０）を蓋板（１７）とともに取り外すことにより、外管（１５）の内部を目視によって点検することができるとともに、容易に洗浄することができる。また、上段Ｕ字管（２０ａ）および下段Ｕ字管（２０ｂ）を内管（１１）から取り外してから、内管（１１）が固定されている反対側の蓋板（１２）を管板（１３）から取り外すことにより、内管（１１）を外管（１５）から抜き取ることができる。これにより、内管（１１）の点検や洗浄を容易にすることができる。

なお、内管（１１）については、前記入口端部（１１ａ）から出口端部（１１ｂ）まで下向に連続する勾配を有するようにそれらが管板（１３，１６）間において勾配を有するように配設し、内管（１１）と外管（１５）との間に形成された流路については、該流路に流体が導入される流体の導入口部（３１）側から流路より流体が排出される排出口部（３２）側まで下向に連続する勾配を有するように外管（１５）を配設することにより、流体が内管（１１）および外管（１５）から自然に排出されるので、流体が流路中に残留してしまうことを防止することができる。

また、内管（１１）内にピグを設けた場合には、該ピグを通過した流体を回収するようにすることもできる。

また、Ｕ字管（２０ａ，２０ｂ，２４）によって接続されて一本となった内管（１１）を外管（１５）に通すのは、１本に限られず、複数本の内管（１１）を外管（１５）に通してもよい。

本発明にかかる二重管式熱交換器によれば、内管およびＵ字管の内部を通る流路と、内管と外管との間に形成された流路とに熱交換をする流体（プロセス液）を流すことにより、プロセス液同士で熱交換が行える。また、チャンネルカバーをはずして、内管同士を接続しているＵ字管をはずすことにより、内管を外管から抜き出すことができるので、洗浄性やサニタリー性に優れたものとなる。さらに、熱交換中の温度差によって外管と内管との間に相対的伸縮が生じても、内管およびＵ字管の変位をチャンネルカバー内の内部空間で吸収することができるので、外管に伸縮継手を設ける必要がなく、その分、構成を簡易にすることができるとともにコストも低減することができる。

また、チャンネルカバー内に仕切板によって流路空間を画成したものでは、チャンネルカバーを１つとし、かつ、外管からチャンネルカバー内に流れ込んだ流体を流路空間に流して他の外管へとスムーズに流すことができる。

また、内管および外管を波形スパイラル形状に成形した波形成形管とすることにより、伝熱係数を大きくすることができるので伝熱性が向上する。

また、内管および外管の底部の少なくとも一部を平直線部に形成することにより、管内の残液防止をより効果的にするとともに、洗浄性を向上させることもできる。

本発明の第１の実施の形態に係る二重管式熱交喚器の構成を正面から見て説明する説明図である。 図１の二重管式熱交喚器の一方の端部側を示す平面断面図である。 図１の二重管式熱交喚器のＡ−Ａ´断面図である。 図１の二重管式熱交喚器のＢ−Ｂ´断面図である。 図１の二重管式熱交喚器のＣ−Ｃ´側面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る二重管式熱交喚器を使用した加熱・殺菌システムの一例を示すフローである。 本発明の第１の実施の形態に係る二重管式熱交喚器を使用した加熱・殺菌システムの別の例を示すフローである。 従来の熱交喚器を使用した加熱・殺菌システムを示す概略図である。 本発明の第２の実施の形態に係る二重管式熱交喚器の構成を正面から見て説明する説明図である。 図９の二重管式熱交喚器のＡ−Ａ´断面図である。 図１および図２の二重管式熱交喚器の一方の端部側の構成の変形例を説明する説明図である。

以下、図面に基づき本発明の各実施の形態を説明する。
図１から５は、本発明の第１の実施の形態を示している。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る二重管式熱交喚器の構成を正面から見て説明する説明図であり、図２は、図１の二重管式熱交喚器の一方の端部側を示す平面断面図であり、図３は、図１の二重管式熱交喚器のＡ−Ａ´断面図であり、図４は、図１の二重管式熱交喚器のＢ−Ｂ´断面図であり、図５は、図１の二重管式熱交喚器のＣ−Ｃ´側面図である。なお、各断面図において、断面のハッチングは省略してある。

図１に示すように、本実施の形態に係る二重管式熱交換器１は、複数本の外管１５と各外管１５内に挿通された内管１１を有して成るものである。この二重管式熱交換器１は、内管１１と外管１５との間に形成された流路および内管１１内の流路双方にプロセス液を流通させて、プロセス液同士で熱交換を行うことができるものである。

図示した例では、外管１５は、上下２段に設けられており、上段および下段それぞれに２本ずつ設けられている。外管１５は、それぞれ両端部が管板１３，１６（固定手段）を貫通するとともにこれら管板１３，１６に固定されている。管板１３には、蓋板１２（固定手段）が向かい合わせに着脱可能に取り付けられている。管板１３と蓋板１２との周縁の接合部はサニタリー仕様のパッキンでシールされており、管板１３と蓋板１２とを密着させた状態に取り付けることができる。同様に、管板１６には、蓋板１７（固定手段）が向かい合わせに着脱可能に取り付けられている。これら管板１６と蓋板１７もまたそれらの周縁部を密着させて取り付けることができる。

外管１５に挿通される内管１１は、後述するようにＵ字管によって接続されて一本になっている。内管１１の一端部は、内部にプロセス液を導入する入口端部１１ａとなっており、もう一方の端部は、熱交換が終わったプロセス液が排出される出口端部１１ｂとなっている。これら入口端部１１ａと出口端部１１ｂは、ともに外管１５の一方の端部側からそれぞれ蓋板１２を貫通している部分に設けられている。内管１１は、蓋板１２を貫通している部分で溶接により固定されており、サニタリー仕上げが施されている。

これら内管１１および外管１５は、それぞれコルゲート加工によって波形スパイラル形状に成形された波形成形管である。これにより、内管１１および外管１５は、高い熱伝導性を有している。

また、内管１１および外管１５は、二重管式熱交換器１を設置した使用可能状態においてそれぞれの管内底面となる部分の少なくとも一部を、平面が直線的に延びる平直線部に形成されている。このため、内管１１および外管１５は、ともにプロセス液が残液となりにくい構成とすることが可能となり、洗浄性が良好になることと相まってサニタリー性の向上を図ることができる。

二重管式熱交換器１は、さらに確実に残液がないようにするために、内管１１および内管１１と外管１５との間に形成された流路が勾配を有するように配設してある。すなわち、内管１１は、上段の内管１１の端部である出口端部１１ｂから下段の内管１１の端部である入口端部１１ａまで下向に連続して傾斜した勾配を有するように配設され、内管１１と外管１５との間に形成された流路は、該流路に流体が導入される上段の外管１５に設けられた導入口部３１から流体が流路より排出される下段の排出口部３２まで下向に連続して傾斜する勾配を有するように形成されている。これにより、二重管式熱交換器１内のプロセス液は、自然流下による排出を効果的に行うことができる。

なお、以上の説明では内管１１の入口端部１１ａが下段の内管１１の端部であり、出口端部１１ｂが上段の内管１１の端部であるとしたが、下段の内管１１の端部を出口端部とし、上段の内管１１の端部を入口端部としてもよい。また、同様に、外管１５の導入口部を下段の外管１５に設け、排出口部を上段の外管１５に設けてもよい。いずれの組合せであっても、内管１１は、上段の内管１１の端部から下段の内管１１の端部まで連続する下向きの勾配を有すれば良いし、内管１１と外管１５との間に形成された流路が上段側の排出口部または導入口部から下段側の導入口部または排出口部まで連続する下向きの勾配を有するようにすれば良い。但し、熱交換は、プロセス液同士の流れが向流のときに最も効率が良くなる。したがって、プロセス液同士の流れが向流となるように内管１１の入口端部１１ａと出口端部１１ｂ、および外管１５の導入口部３１と排出口部３２とを定めると良い。

蓋板１２，１７のうち蓋板１７には、チャンネルカバー１０が密着可能に取り付けられている。チャンネルカバー１０は、蓋板１７に該蓋板１７が管板１６と向かい合う面とは反対側の面に被せるように取り付けられている。チャンネルカバー１０は、上下２段に蓋板１７に取付けられており、取り付けられた状態で蓋板１７との間に所定の内部空間を形成するような形状に成形されている。チャンネルカバー１０はキャップ状に形成されたものであり、それぞれの内部には蓋板１７から突き出ている内管１１および内管１１同士を接続しているＵ字管が収められている。このチャンネルカバー１０と蓋板１７との接合面は、サニタリー仕様のガスケットが取り付けられている。

内部空間での蓋板１７とチャンネルカバー１０との間隔は、熱交換中の温度差による外管１５と内管１１との相対的伸縮を許容する大きさに確保されている。すなわち、内管１１が内部空間内で外管１５に対して相対的に伸びても、内部空間内で内管１１同士を連通させている上段Ｕ字管２０ａおよび下段Ｕ字管２０ｂがチャンネルカバー１０にぶつからないだけの大きさ（奥行き）が確保されている。上段Ｕ字管２０ａおよび下段Ｕ字管２０ｂそれぞれは、チャンネルカバー１０に配設された支持部材５０に載置されて、支持されている。上段Ｕ字管２０ａおよび下段Ｕ字管２０ｂそれぞれは、支持部材５０に載置されているだけであるので、内管１１に熱による膨張収縮があっても支持部材５０に支持された状態は維持される。

上段Ｕ字管２０ａおよび下段Ｕ字管２０ｂそれぞれは、複数本の外管１５の一つから露出している内管１１の一端と複数本の外管１５の他の一つから同方向に露出している内管１１の一端とを接続して、それらを連通させているものである。図示した例では、上段の２本の内管１１の端部同士が上段Ｕ字管２０ａによって接続されて連通しており、下段の２本の内管１１の端部同士が下段Ｕ字管２０ｂによって接続されて連通している。上段Ｕ字管２０ａおよび下段Ｕ字管２０ｂと内管１１とは、不図示のサニタリーユニオン継手によって接続されている。

このように、内管１１と外管１５とは直接には固定されていないので、このサニタリーユニオン継手のところで上段Ｕ字管２０ａおよび下段Ｕ字管２０ｂを内管１１から取り外してから、内管１１が固定されている反対側の蓋板１２を管板１３からはずすことにより、内管１１を外管１５から引き抜くことができる。また、内管１１と外管１５とは直接には固定されていないことにより、熱交換の際に両者間に温度差が生じても両者は互いの伸縮に干渉することがない。

図１に示した例では、内管１１は、入口端部１１ａ側から４本の外管１５のうちの上段の一つに挿通されてチャンネルカバー１０内で外管１５の端部から露出し、上段Ｕ字管２０ａによってＵターンし、上段の別の外管１５内から延び出ている内管１１の端部に接続されて連通している。この別の外管１５内を通った内管１１は、入口端部１１ａ側で外管１５内から延び出て管板１３と蓋板１２を貫通し、上下接続Ｕ字管２４によってＵターンして下段に配設されている外管１５の一つから延び出ている内管１１の端部に接続されて連通している。

この上下接続Ｕ字管２４で再びＵターンした内管１１は、チャンネルカバー１０内で下段Ｕ字管２０ｂによってＵターンして下段の別の外管１５から延び出ている内管１１の端部に接続されて連通している。この別の外管１５内を通った内管１１は、入口端部１１ａ側で外管１５内から延び出て管板１３と蓋板１２を貫通している。この端部は、内管１１内を流れながら熱交換が行われたプロセス液が排出される出口端部１１ｂとなっている。

外管１５には、プロセス液を導入する導入口部３１と、外管１５からプロセス液を排出する排出口部３２とが管板１３の近傍に設けられている。図１に示した例では、導入口部３１は、下段の２本の外管１５のうちの一本に下方から連通するように接続されている。一方、排出口部３２は、上段の２本の外管１５のうちの一本に連通して上方へ延設されている。導入口部３１や排出口部３２が設けられていない上下の外管１５は、下段の外管１５の上部と上段の外管１５の底部とが上下連通管３３によって連通されている。

蓋板１２と管板１３および蓋板１７と管板１６は、それぞれ外周部にフェルールが設けられており、クランプバンド１９を締結することによってずれることなく固定されている。したがって、締結しているクランプバンド１９を解放することにより、蓋板１２および蓋板１７はそれぞれ管板１３および管板１６から容易に分離させることができる。これにより、外管１５は、その両端部の何れの側からも内部を目視して点検することができる。また、同時に、次に説明するサニタリーガスケット１８や外周ガスケット２３の交換も容易に行うことができる。

蓋板１２と管板１３の間および蓋板１７と管板１６の間には、それぞれ外管１５ないし内管１１を内側に囲むようにサニタリーガスケット１８が介装されている。また、蓋板１２と管板１３の間および蓋板１７と管板１６の間それぞれには、サニタリーガスケット１８よりも外周端縁に近い外周部に外周ガスケット２３が設けられており、サニタリーガスケット１８と外周ガスケット２３とによってシールされている。

シールさせた蓋板１２と管板１３および蓋板１７と管板１６は、それぞれ各サニタリーガスケット１８と外周ガスケット２３との間に隙間が形成されている。この間隙には、管板１３，１６それぞれを貫通して外部から無菌空気または蒸気を供給するための供給管路４１（供給路）と供給した無菌空気または蒸気を排出するための排出管路４２（排出路）とが設けられている。これにより、蓋板１２と管板１３および蓋板１７と管板１６は、滅菌・無菌シールであるアセプティックシールをすることができる。供給管路４１および排出管路４２それぞれには、検知弁１４が設けられている。これにより、各サニタリーガスケット１８のシール不良が発生した場合の液抜き検知が可能である。
なお、内管１１にはピグ（洗浄栓）を設けてもよい。

次に作用を説明する。
二重管式熱交換器１は、外管１５内で内管１１と外管１５の内周壁との間に形成された流路と、内管１１の内部との２つの別系統の流路を有し、それぞれの流路に熱交換をしようとするプロセス液を流通させる。外管１５と内管１１との間に形成された流路に流通させるプロセス液は下段の外管１５の１つに接続された導入口部３１から導入され、上段の外管１５の１つに接続された排出口部３２から排出される。

導入口部３１から導入されたプロセス液は、外管１５と内管１１との間に形成された流路を通ってチャンネルカバー１０の内部空間に形成された下段の流路空間１１０ｄに向かって流れる。流路空間１１０ｄに至ったプロセス液は、流路空間１１０ｄを通って同じ下段のもう１本の外管１５と該外管１５に挿通されている内管１１との間に形成されている流路に流れ込んで導入口部３１が配設されている側へ向かって進む。

導入口部３１が配設されている側に至ったプロセス液は、上下連通管３３を上昇して上段の外管１５に入る。この上段の外管１５に入ったプロセス液は、再びチャンネルカバー１０に向かって流れて、チャンネルカバー１０の内部空間に形成された上段の流路空間１１０ｂに流入する。

流路空間１１０ｂに流入したプロセス流体は、流路空間１１０ｂによって連通されているもう１本の外管１５内に流入し、その外管１５のもう一方の端部近傍に設けられた排出口部３２へ向かって流れる。こうして外管１５の内周壁と内管１１の外周壁との間に形成された流路を通ったプロセス液は、排出口部３２にから排出される。

このプロセス液と熱交換されるもう一方のプロセス液は、内管１１内を流される。このプロセス液は、入口端部１１ａから内管１１内に導入される。内管１１内に導入されたプロセス液は、チャンネルカバー１０へ向かって流れる。

チャンネルカバー１０内の上段Ｕ字管２０ａに至ったプロセス液は、上段Ｕ字管２０ａを通ってもう１本の上段の外管１５内を通っている内管１１へ入り、Ｕターンして戻ってくる。戻ってきたプロセス液は、上下接続Ｕ字管２４を下って下段の２本の内管１１のうちの１本に入る。

下段の内管１１に入ったプロセス液は、再びチャンネルカバー１０の方に向かって流れ、チャンネルカバー１０内の下段Ｕ字管２０ｂに至ったプロセス液は、下段Ｕ字管２０ｂを通ってもう１本の下段の外管１５内を通っている内管１１へ流入して、再びＵターンして出口端部１１ｂへと向かって流れる。このようにして内管１１内を通ったプロセス液は、出口端部１１ｂから排出される。

このように、外管１５に挿通された内管１１の外周壁と外管１５の内周壁との間に形成された流路を通るプロセス液と、内管１１の内部を流れるプロセス液との間で熱交換が行われる。上記の説明で分かるように、それぞれの流路を流れるプロセス流体は、互いの流れの向きが向かい合う向流となるように流されているが、同じ方向になるように流してもよい。但し、向流にしたときに熱交換の効率が最も良くなるので、あえて同じ方向に流す必要はない。

内管１１および外管１５は、波形スパイラル形状に成形された波形成形管であるので、さらに効率よく熱交換が行われる。また、内管１１および外管１５は、それぞれ内部の底部の少なくとも一部が平直線部となっているので、勾配をつけた内管１１および外管１５の配置と相まってそれぞれの管１１，１５内に流体が残留してしまうことを防止することができる。

このような熱交換の最中には、外管１５の温度と内管１１の温度との温度差によって相対的な伸縮が生じる。例えば、管板１３が不図示のベース部材に固定されていても、管板１６側を変位可能に保持しておくことにより、内管１１と外管１５がともに伸びた場合の外管１５の伸びは、チャンネルカバー１０を設けてある管板１６側に伸びる。一方、内管１１は、外管１５に直接には固定されていないので、この外管１５の伸びの量に対して内管１１の伸びの量がより大きい場合には、それらの伸びの量の差だけ内管１１は蓋板１７と相対しているチャンネルカバー１０の内壁１０ａに近付くことになる。しかしながら、蓋板１７とチャンネルカバー１０の内壁１０ａとの間隔は、この相対的な伸びの大きさを予め想定して設定されているので、内管１１が内壁１０ａにぶつかることなく、その相対的な伸びをチャンネルカバー１０の内部空間で吸収することができる。

このように、内管１１と外管１５の相対的な伸縮が吸収されるので、内管１１とＵ字管との接続に際して、高価な伸縮継手を使用する必要が無く、以ってコストの低減を図ることができる。

内管１１や外管１５の点検や洗浄等を行うときは、管板１６と蓋板１７とを密着するように締結しているクランプバンド１９を外すことにより管板１６から蓋板１７を外せばよい。これにより、蓋板１７に取り付けられているチャンネルカバー１０を蓋板１７ごと管板１６から分離することができる。このようにして外管１５の内部を目視によって点検することができるとともに、外管１５の内部を容易に洗浄することができる。

さらに、内管１１を接続している上段Ｕ字管２０ａと下段Ｕ字管２０ｂそれぞれを内管１１から取り外してから、もう一方の蓋板１２と管板１３とを密着させているクランプバンド１９を解放して管板１３から蓋板１２を取り外すことにより、蓋板１２に固定されている内管１１を外管１５から抜き出すことができる。これにより、管板１３の側からも外管１５の内部を目視によって点検することができる。また、内管１１の点検や洗浄をさらに容易に行うことができる。

なお、蓋板１２を設けた側で上段の内管１１と下段の内管１１とをサニタリー継手によって接続して連通させている上下接続Ｕ字管２４を内管１１から取り外すことにより、内管１１内の全てを蓋板１２側から目視して点検することもできる。

次に、熱交換器を使用して飲料等の加熱・冷却殺菌を行うシステムを説明する。図６〜８は、それぞれ熱交換器を使用して飲料等の加熱・冷却殺菌をするシステムの概略を示すフローであり、図６は、本発明の第１の実施の形態に係る二重管式熱交喚器を使用した加熱・殺菌システムの一例を示すフローであり、図７は、本発明の第１の実施の形態に係る二重管式熱交喚器を使用した加熱・殺菌システムの別の例を示すフローであり、図８は、従来技術の熱交喚器を使用した加熱・殺菌システムを示すフローである。

図８に示した従来のシステムは、多管式熱交換器による熱回収システムを考慮したものであり、プロセス液同士による熱交換を行うものではない。このシステム４００では、約２０℃でプロセス液を貯留している貯留タンク４０１からプロセス液が一次加熱器４０２へ送られる。

一次加熱器４０２でプロセス液は約９５℃に加熱されて二次加熱器４０３へ送られる。一次加熱器４０２と後述する一次冷却器４０５との間には熱・冷媒が循環しており、一次冷却器４０５が一次加熱器４０２の熱源となっている。一次冷却器４０５からは約１０３℃に加熱された熱・冷媒が一次加熱器４０２に供給され、一次加熱器４０２によってプロセス液と熱交換が行われる。これにより、上記のようにプロセス液は約９５℃に加熱され、一方、熱・冷媒は約５８℃の温度となって一次冷却器４０５に戻される。この熱・冷媒は、一次冷却器４０５内に戻る直前に蒸気が加えられて約７７℃に加熱される。

一次加熱器４０２から二次加熱器４０３へ送られたプロセス液は、約１４０℃の温度の熱・冷媒と熱交換して約１３５℃に加熱されて殺菌される。これによって二次加熱器４０３の熱・冷媒は約１１７℃に温度が下がるが、二次加熱器４０３内に入る際に蒸気が加えられて約１４０℃に加熱される。

この二次加熱器４０３で加熱されたプロセス液は、一部がＤＩＶ冷却器４０４へ送られ、残りが加熱されて高くなった温度にホールディングされて一次冷却器４０５へ送られる。ＤＩＶ冷却器４０４へ送られたプロセス液は、冷却水と熱交換して約３７℃に冷却されてから貯留タンク４０１へ戻される。

一方、一次冷却器４０５へ送られたプロセス液は、約８７℃まで冷却されてから、ホット充填またはアセプティック充填されて製品となる。ホット充填する場合には、プロセス液は、約８７℃のまま充填装置４０６によって充填される。アセプティック充填する場合には、プロセス液を二次冷却器４０７で約３０℃まで冷却した後に充填装置４０８によってアセプティック充填される。

このように、従来のシステム４００では、最終冷却器である二次冷却器４０７やＤＩＶ冷却器４０４を含めて、５種類の加熱・冷却器（熱交換器）が必要であるので、システム全体のコストが高くなり、システムの制御も複雑である。

図６に示した加熱・冷却殺菌をするシステム２００は、本願発明の第１の実施の形態に係る二重管式熱交喚器１を使用したものである。図６においては、本願発明の実施の形態に係る二重管式熱交喚器１と最終加熱器２０２との合計２種類の熱交換器によって構成されている。この例の場合のプロセス液の流れを説明すると、先ず、貯留タンク２０１に貯留されているプロセス液が二重管式熱交喚器１に送られ、図１に示した入口端部１１ａから内管１１に導入される。内管１１に導入されたプロセス液は、図１を参照しながら既に説明したように、二重管式熱交喚器１内で熱交換されて出口端部１１ｂから流出する。このときのプロセス液は、熱交換によって加熱され、温度が高くなっている。このとき、プロセス液が熱交換する媒体は、既に説明したように外管１５を流れるプロセス液である。

二重管式熱交喚器１を出たプロセス液は、最終加熱器２０２へ送られて熱交喚してさらに加熱される。この最終加熱器２０２における加熱によってプロセス液は殺菌される。加熱されたプロセス液は、温度をホールディングされてから再び二重管式熱交喚器１に導入される。このプロセス液は、既に説明したように外管１５の導入口部３１から導入され、排出口部３２から排出される。

このようにして、外管１５を通ったプロセス液は、内管１１を通るプロセス液と熱交換して温度が下がった状態で無菌タンク２０３に貯留される。無菌タンク２０３に貯留されたプロセス液の一部は、貯留タンク２０１へ送られ、残りは充填装置２０４によって充填されて製品となる。

この例によれば、最終加熱器２０２で加熱されたプロセス液と貯留タンク２０１からの原液のプロセス液との間で熱交換することができるので、必要な熱源は、最終加熱器２０２でプロセス液を殺菌温度に昇温するためのもののみとなる。さらに、２種類の熱交喚器を使用するだけで目的とする飲料等の加熱・冷却殺菌のシステムを構築することができるので、設備コストが軽減できるとともに、省エネルギー化することができ、さらにシステムの制御も従来のものより簡易なものとすることができる。

図７に示した加熱・冷却殺菌をするシステム３００は、図６のシステム２００において最終加熱器２０２の下流に、ダイバートン冷却器３０１を組み込んだものである。このダイバートン冷却器３０１は、最終加熱器２０２に加熱されたプロセス液を貯留タンク２０１へ戻す場合に、加熱されて高温となった状態をホールディングする工程を経ることなく、すぐに冷却して貯留タンク２０１へ戻すことができるようにしたものである。この例の場合であっても、使用する熱交換器は３種類だけであるので、図６に例示したシステムと同様に、設備コストの軽減、省エネルギー化、さらにシステムの制御の簡易化を実現することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同一の構成部材については同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
図９は、第２の実施の形態に係る二重管式熱交喚器の構成を正面から見て説明する説明図であり、図１０は、図９の二重管式熱交喚器のＡ−Ａ´断面図である。なお、各断面図において、断面のハッチングは省略してある。また、第１の実施の形態と第２の実施の形態とでは、チャンネルカバー１０，１０Ａが異なるだけであるので、図１に示した例えばクランプバンド１９、サニタリーガスケット１８、供給管路４１、排出管路４２その他、適宜に図示を省略したものがある。

第１の実施の形態に係る二重管式熱交喚器１では、蓋板１７から突き出ている内管１１を内部に収めるチャンネルカバーは、上段の内管１１を収めるものと下段の内管１１を収めるものとの２つのチャンネルカバー１０，１０であった。第２の実施の形態に係る二重管式熱交喚器１Ａは、蓋板１７から突き出ている上段の内管１１および下段の内管１１を１つのチャンネルカバー１０Ａ内に収めている点で第１の実施の形態とは異なっている。

チャンネルカバー１０Ａの内部には、４枚の仕切板２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄによって５つの互いに隔離された空間１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅが画成されている。空間１１０ａと空間１１０ｃとの間には、仕切板２１ａと仕切板２１ｂとによって空間１１０ｂが画成されている。この空間は、上段の外管１５と内管１１との間に形成された流路を通ってきたプロセス液を先へ流すための流路空間１１０ｂである。同様に、空間１１０ｃと空間１１０ｅとの間には、仕切板２１ｃと仕切板２１ｄとによって空間１１０ｄが画成されている。この空間は、下段の外管１５と内管１１との間に形成された流路を通ってきたプロセス液を先へ流すための流路空間１１０ｄである。

仕切板２１ａと仕切板２１ｂの間隔および仕切板２１ｃと仕切板２１ｄの間隔は、どちらも外管１５の内径と一致している。チャンネルカバー１０を蓋板１７に取り付けたときに、仕切板２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは蓋板１７に密接するので、チャンネルカバー１０の内側はチャンネルカバー１０の周縁の外部環境から隔離された内部空間となる。これにより、流路空間１１０ｂと流路空間１１０ｄは、前記のように外管１５と内管１１との間に形成された流路を通ってきたプロセス液がＵターンして流れることのできる流路を形成する。これにより、流路空間１１０ｂと流路空間１１０ｄには液溜りが生じることなく、プロセス液がスムーズに流れる。一方、空間１１０ａ、空間１１０ｃおよび空間１１０ｅは、それぞれ完全に孤立して密閉された空間となる。

なお、この第２の実施の形態に係る二重管式熱交喚器１Ａは、図６から図８を参照しながら説明した中で第１の実施の形態に係る二重管式熱交喚器１に代えて同様に使用することができる。

前記の第１の実施の形態および第２の実施の形態それぞれに係る二重管式熱交喚器１，１Ａの説明では、外管１５に１本の内管１１が通っているものを例示したが、外管１５に通す内管１１は１本に限られず、二重管式熱交喚器１，１Ａは、Ｕ字管２０ａ，２０ｂ，２４によって接続して一本とした内管１１を複数本備え、該複数本の内管１１を外管１５に通したものとしてもよい。

図１１は、本発明の第１の実施の形態および第２の実施の形態それぞれに係る二重管式熱交喚器１，１Ａの蓋板１２および管板１３を設けた端部側の変形例を示す図である。
この変形例は、サニタリーガスケット１８および外周ガスケット２３の装着交換等をより容易にするためのものである。上下接続Ｕ字管２４は、上段および下段の内管１１を接合部６０で着脱可能に設けられている。例えば、上下接続Ｕ字管２４側と内管１１側の接続部分にフランジ６１，６２を設け、それをクランプバンド６３で固定すればよい。

また、内管１１は、端部の近傍にフランジ５２が設けられている。このフランジ５２は、蓋板１２を管板１３に固定したときにサニタリーガスケット１８を押圧するものである。このような構成によれば、リング状のサニタリーガスケット１８を装着するときは、クランプバンド１９を取り外して蓋板１２と管板１３の固定を解除し、蓋板１２を管板１３から少し離しておき、内管１１のフランジ５２と管板１３との間に間隙ができるように内管１１を引き抜く方向に少し移動させればよい。そして、この状態で上下接続Ｕ字管２４側からサニタリーガスケット１８を通し、接合部６０を越して蓋板１２と内管１１のフランジ５２との間隙を通して管板１３側に運んで、所定の位置に配置すればよい。

このようにして外周ガスケット２３やサニタリーガスケット１８を着脱する際にそれらを蓋板１２の外側を越えるように拡径する必要がないので容易に着脱できるとともに拡径による損傷劣化を防ぐことができる。

１，１Ａ…二重管式熱交換器
１０，１０Ａ…チャンネルカバー
１０ａ…内壁
１１…内管
１１ａ…入口端部
１１ｂ…出口端部
１２…蓋板
１３…管板
１４…検知弁
１５…外管
１６…管板
１７…蓋板
１８…サニタリーガスケット
１９…クランプバンド
２０ａ…上段Ｕ字管
２０ｂ…下段Ｕ字管
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…仕切板
２３…外周ガスケット
２４…上下接続Ｕ字管
３１…導入口部
３２…排出口部
３３…上下連通管
４０…間隙
４１…供給管路
４２…排出管路
５０…支持部材
５２…フランジ
６０…接合部
６１，６２…フランジ
６３…クランプバンド
１１０ａ…空間
１１０ｂ…流路空間
１１０ｃ…空間
１１０ｄ…流路空間
１１０ｅ…空間
２０１…貯留タンク
２０２…最終加熱器
２０３…無菌タンク
２０４…充填装置
２００，３００，４００…加熱・冷却殺菌をするシステム
３０１…ダイバートン冷却器
４０１…貯留タンク
４０２…一次加熱器
４０３…二次加熱器
４０４…ＤＩＶ冷却器
４０５…一次冷却器
４０６，４０８…充填装置
４０７…二次冷却器

Claims (10)

1. 複数の外管と各外管内に挿通された内管を有し、内管を流通する流体と、外管内で内管と外管の内周壁との間に形成された流路を流通する流体との間で熱交換する二重管式熱交換器において、
   前記複数の外管それぞれの両端を固定手段に固定し、前記複数の外管の同一側の一端から外側に露出している内管の端部を前記固定手段の一方に固定し、前記内管の端部のうち流体が導入される入口端部と流体が排出される出口端部とを除いた端部をＵ字管で接続して１本の内管とし、前記固定手段のもう一方に該もう一方の固定手段との間に前記Ｕ字管を収容する密閉した内部空間を形成するためのチャンネルカバーを密着可能に取り付け、前記内部空間に収容されるＵ字管は内管の端部に着脱可能に接続されたものであり、前記内部空間は、熱交換中の温度差による外管と内管の相対的伸縮を許容する大きさに形成され、
   前記Ｕ字管のうち前記内部空間に収容されない、外部に露出しているＵ字管と、前記内管とは、接合部で着脱可能に接続され、
   前記固定手段は、前記外管の端部を固定する管板と、前記内管の端部が貫通し、該内管の端部側から前記管板に向かい合うように着脱可能に密着される蓋板と、を有し、
   密着した前記管板と蓋板は、外周縁寄りに介装した外周シール部材と、該外周シール部材よりも中心寄りで前記外管及び内管を内側に囲む位置に介装した内側シール部材とを有し、前記内側シール部材と外周シール部材との間に形成された間隙に通じる、前記間隙に無菌空気または蒸気を供給可能な供給管路と、前記間隙に供給した無菌空気または蒸気を外部に排出可能な、前記間隙に通じる排出管路と、を設けたことを特徴とする二重管式熱交換器。
2. 複数の外管と各外管内に挿通された内管を有し、内管を流通する流体と、外管内で内管と外管の内周壁との間に形成された流路を流通する流体との間で熱交換する二重管式熱交換器において、
   前記複数の外管それぞれの両端を固定する固定手段と、該固定手段の一方に密着可能に取り付けて前記固定手段との間に密閉された内部空間を形成するチャンネルカバーとを備え、
   前記内管は、流体が導入される入口端部と流体が排出される出口端部とを除いた端部がＵ字管で接続されて一本の内管となり、前記複数の外管の同一側の一端から外側に露出している内管の端部が前記固定手段の一方に固定され、
   前記チャンネルカバーが前記固定手段との間に形成する内部空間は、前記複数の外管の一方の端部の外側で前記Ｕ字管に接続された内管を収容し、前記内管と外管の内周壁との間に形成された流路を連通し、熱交換中の温度差による外管と内管の相対的伸縮を許容する大きさに形成されたものであり、
   前記内部空間に収容される前記Ｕ字管は、内管と着脱可能に接続されたものであり、
   前記Ｕ字管のうち前記内部空間に収容されない、外部に露出しているＵ字管と、前記内管とは、接合部で着脱可能に接続され、
   前記固定手段は、前記外管の端部を固定する管板と、前記内管の端部が貫通し、該内管の端部側から前記管板に向かい合うように着脱可能に密着される蓋板と、を有し、
   密着した前記管板と蓋板は、外周縁寄りに介装した外周シール部材と、該外周シール部材よりも中心寄りで前記外管及び内管を内側に囲む位置に介装した内側シール部材とを有し、前記内側シール部材と外周シール部材との間に形成された間隙に通じる、前記間隙に無菌空気または蒸気を供給可能な供給管路と、前記間隙に供給した無菌空気または蒸気を外部に排出可能な、前記間隙に通じる排出管路と、を設けたことを特徴とする二重管式熱交換器。
3. 前記チャンネルカバーが前記固定手段との間に形成する内部空間には、前記Ｕ字管を収容するとともに前記外管と内管との間に形成された流路を通る流体を流すための流路空間が仕切板によって画成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の二重管式熱交換器。
4. 前記内管および外管それぞれは、波形スパイラル形状に成形された波形成形管であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の二重管式熱交換器。
5. 前記内管および外管それぞれは、内部の底部の少なくとも一部に管の延びる方向に形成された平直線部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の二重管式熱交換器。
6. 複数の外管と各外管内に挿通された内管を有し、内管を流通する流体と、外管内で内管と外管の内周壁との間に形成された流路を流通する流体との間で熱交換する二重管式熱交換器において、
   上段および下段に２本ずつ配設された外管と、
   前記外管のそれぞれに挿通された内管と、
   前記外管の両端部をそれぞれ固定する管板と、
   前記内管の端部が貫通し、該内管の端部側から前記管板に向かい合うように着脱可能に密着される蓋板と、
   一方の前記蓋板に密着可能に取り付けて、該蓋板との間に内部空間を形成する上段および下段のチャンネルカバーと、
   前記上段および下段のチャンネルカバーが取り付けられた蓋板ともう一方の蓋板との間で該もう一方の蓋板が取り付けられた管板の近傍で上段の外管の１本と下段の外管の１本とを連通する上下連通管と、
   前記上段のチャンネルカバーと蓋板との間に形成された前記内部空間に延び出た上段の内管に着脱可能に接続され、前記上段の内管同士を連通する上段Ｕ字管と、
   前記下段のチャンネルカバーと蓋板との間に形成された前記内部空間に延び出た下段の内管に着脱可能に接続され、前記下段の内管同士を連通する下段Ｕ字管と、
   前記上段および下段のチャンネルカバーが取り付けられた蓋板とは異なるもう一方の蓋板を貫通した４本の内管のうち、上段の１本と下段の１本とを接続して連通する上下接続Ｕ字管と、を備え、
   前記内管は、前記上段Ｕ字管と前記下段Ｕ字管と前記上下接続Ｕ字管とによって接続されて一本の管を形成し、
   前記上段のチャンネルカバーの内部空間は、前記上段Ｕ字管によって接続された内管を収容するとともに内管と前記外管との間に形成された流路を流れる流体を通すための流路空間が形成され、
   前記下段のチャンネルカバーの内部空間は、前記下段Ｕ字管によって接続された内管を収容するとともに内管と前記外管との間に形成された流路を流れる流体を通すための流路空間が形成され、
   前記上段および下段のチャンネルカバーが取り付けられた蓋板とは異なるもう一方の蓋板を貫通した４本の内管のうち、上下接続Ｕ字管に接続されていない上段の内管の端部を流体を導入する入口端部または流体を排出する出口端部とし、上下接続Ｕ字管に接続されていない下段の内管の端部を流体を排出する出口端部または流体を導入する入口端部とし、
   前記外管に流体を導入するための導入口部または流体を排出するための排出口部を前記連通管によって連通されていない下段の外管に設け、流体を排出するための排出口部または流体を導入するための導入口部を前記連通管によって連通されていない上段の外管に設け、
   前記流路空間は、熱交換中の温度差による外管と内管の相対的伸縮を許容する大きさに形成されたことを特徴とする二重管式熱交換器。
7. 前記上下接続Ｕ字管と前記内管とは、接合部で着脱可能に接続され、
   密着した前記管板と蓋板は、外周縁寄りに介装した外周シール部材と、該外周シール部材よりも中心寄りで前記外管及び内管を内側に囲む位置に介装した内側シール部材とを有することを特徴とする請求項６に記載の二重管式熱交換器。
8. 前記外管および内管は、それぞれ上下２段に配設され、
   前記内管は、上段側に設けた流体の前記入口端部または出口端部から下段側に設けた出口端部または入口端部まで下向に連続する勾配を有し、
   前記内管と外管との間に形成された流路は、上段の外管に設けた流体の排出口部または導入口部から下段に設けた導入口部または排出口部まで下向に連続する勾配を有し、
   流体が前記内管および外管から自然に排出されることを可能にしたことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の二重管式熱交換器。
9. 前記内管にピグを設け、該ピグを通過した流体を回収することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の二重管式熱交換器。
10. 前記外管には、前記Ｕ字管によって接続されて一本となった内管を複数本通したことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の二重管式熱交喚器。

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