JP4928908B2 - 誘導加熱を用いた流動物加熱装置 - Google Patents
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しかし、温水または飽和水蒸気などの加熱媒体を使用する場合、これらの加熱媒体を連続的に供給するためのボイラ、ポンプ、配管などの設備を必要とするため、装置が大型化し、設置場所が制約される。
たとえば、特許文献2には、ワークコイルによる電磁誘導で加熱可能な材料からなり、流路を通る流体と熱交換をする管状ハウジングの外側に磁束発生用のワークコイルが配置された熱交換器が開示されている。
また、特許文献3には、磁性体を配した発熱部を有し流動物が通過する筒状の流動物通路の外部に巻回され、前記発熱部に高周波電流を流すコイルを有することを特徴とする誘導加熱を用いた流動物加熱装置が開示されている。
また、特許文献4には、互いに平行に配置された複数の管体群を取り囲むように誘導コイルが配置された流体加熱装置が開示されている。
一方、特許文献4に記載の流体加熱装置では、複数の管体群を取り囲むように誘導コイルが配置されているため装置の小型化を図ることができるが、複数の管体に流体を並列に流している。したがって、たとえば、伝熱の進みにくい高粘度流動物の加熱を行う場合、あるいは過熱による変質を避けるために温度勾配を小さく抑えて加熱を行う場合等に加熱路を長く取って伝熱時間を長く確保しようとすると装置が大型化する。
(2)前記全ての直管を取り囲むように巻回され、前記直管の各々に高周波誘導電流を流す誘導コイルとを有し、
しかも、前記各直管の両側はそれぞれ1枚の管板によって支持され、該管板にシール状態で取り外し可能に設けられた蓋カバーの内部に前記U字状連結路が形成されている。
また、加熱対象となる流動物がU字状連結路により流動方向を反転され、繰返し直管内を流動しながら加熱されるので、伝熱時間が長く確保され、小さい温度勾配での加熱が可能になる。そのため、加熱効率を高くするとともに食品等の加熱後の品質を高位に保つことができる。
さらに、高周波誘導電流を流す誘導コイルを全ての直管を取り囲むように巻回したため、個々の直管の周囲に誘導コイルを巻回した場合に比べ、さらに装置を小型化することができる。
ここで、図1は本発明の一実施の形態に係る誘導加熱を用いた流動物加熱装置の概略説明図、図2(A)は同流動物加熱装置の蓋カバーの外観を示す概略図、図2(B)は蓋カバーを外した状態を示す概略図、図3は直管およびU字状連結路の配置状態を示す説明図である。
図1に示すように、流動物加熱装置10は、隙間を有して平行に配置され導電性を有する金属材料からなる複数の直管12、各直管12の一方側および他方側に設けられる複数のU字状連結路13、入口管18、および出口管19により形成され、内部を加熱対象となる流動物が移動する連続した一本の流動物通路11を有している。
流動物加熱装置10はさらに、全ての直管12よりなる直管群21を取り囲むように巻回されて、各直管12に高周波誘導電流を流す誘導コイル20を有している。
蓋カバー16、17は容易に着脱可能なので、流動物通路11内部の点検および清掃を短時間で確実に行うことができる。
直管12に使用することができる材料の一例としては、耐蝕性を有する金属材料であるオーステナイト系ステンレス鋼(SUS316L等)、フェライト系ステンレス鋼等の鉄基合金またはニッケル基合金、チタン(TTP340等)、モリブデン等が挙げられる。直管群21の内側に位置する直管12に到達する誘導磁場の減衰を抑制するためには、オーステナイト系ステンレス鋼、チタン等の非磁性の金属材料を用いることが好ましい。
なお、電磁誘導による渦電流は管体の表面に近いほど大きく、内部に向かうほど指数関数的に減少するため(表皮効果)、直管12の外側表面にのみこれらの非磁性材料を配置してもよい。
直管12の径、厚さ、および長さに特に制限はないが、本実施の形態においては、外径25.4mm、厚さ1.5mm、長さ880mmのTTP340−Wを直管12として用いている。
U字状連結路13は、全ての直管12を直列に連結し、入口および出口を有して全体が一つの流路を形成するように、直管群21の一方側および他方側、すなわち蓋カバー16,17の内部に形成され、隣り合う直管12を連結している。U字状連結路13の配置の一例を図3に実線、破線で示す。なお、INおよびOUTは入口管18、出口管19が接続される直管12をそれぞれ表す。
ただし、金属材料で撹拌部材を構成する場合には、直管との接触面における電池腐食を防止するために、直管と同じ材質のものを用いるか、直管との接触面に電機絶縁処理を施す必要がある。
撹拌部材の具体例としては、特開2005−222781号公報(第7頁第1〜20行)に記載のものが挙げられる。
管板14、15を構成する材質は、必要な強度、耐熱性、および耐蝕性を兼ね備えたものであれば特に制限されないが、ステンレス鋼等が好ましく用いられる。なお、誘導電流は、直管12の円周方向に沿って流れるため、管板14、15を絶縁性の材料で構成したり、直管12との間に絶縁材を配置する必要はない。しかし、直管12からの熱伝導を抑制するために直管12と管板14、15との間に熱伝導性の小さいシール材を配置してもよい。
蓋カバー16、17を構成する材質としては、耐熱性および耐蝕性を有する任意の材質を用いることができる。本実施の形態においては、鋳造用ステンレス(SCS14)を用いたステンレス鋳物により蓋カバー16、17が構成されている。
蓋カバー16、17と管板14、15との間にはガスケット22が配置される。ガスケット22の材質としては、耐熱性および耐候性に優れたEPDM(エチレン‐プロピレン‐ジエンゴム)等の合成ゴムが挙げられる。
あるいは、ガスケット22の代わりに、またはガスケット22とともに、全ての直管12とU字状連結路13との間にOリングを配置してもよい。これにより、管板14、15に蓋カバー16、17をシール状態で取付けることができる。
入口管18および出口管19に用いられる材質としては、耐熱性および耐蝕性を有する任意の材質を用いることができ、直管12に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼(SUS316L等)、チタン(TTP340等)、モリブデン等の他に、磁性を有するステンレス鋼等の鉄基またはニッケル基合金を用いることもできる。
また、直管12から発生する熱の外部への放出を抑制するために、誘導コイル20の外周にさらに断熱材を巻き付けてもよい。ここで用いられる断熱材の材質としては、ガラス繊維等の他に、より断熱性の高いコルク等が挙げられる。
誘導コイル20を構成する線状導体としては、銅等の良導体が挙げられる。線状導体の直径やコイルのピッチ(隣り合う線状導体間の間隔)や巻数は、誘導加熱を用いた流動物加熱装置10の大きさ、加熱温度、誘導コイル20に流す高周波の電流および周波数等に応じて適宜調節される。誘導コイル20を冷却するために、たとえば銅製のチューブで誘導コイル20を構成し、内部に冷却水を流してもよい。
誘導コイル20のピッチを、直管群21の長手方向にわたって変化させることにより、流動物通路11の温度分布を調節してもよい。また、誘導コイル20の外周には、たとえば130℃程度の耐熱温度を有するポリオレフィン系樹脂等から構成される絶縁材が被覆されている。
流動物は、ジャム等の粘度の高いものであってもよく、果肉入りジュース等の固形物を含むものであってもよい。
たとえば、前記実施の形態において、直管の本数は偶数であり、入口管および出口管は同一の蓋カバー上に取付けられていたが、直管の本数を奇数にして、入口管および出口管がそれぞれ異なる蓋カバー上に取付けられていてもよい。
また、前記実施の形態において、流動物通路は直管と蓋カバーの内部に形成されたU字状連結路とを有して構成されているが、1本の管を折り曲げて流動物通路を形成してもよい。
また、前記実施の形態においては、管板および蓋カバーにU字溝を有するフランジを設け、蓋カバー固定用ロックボルトおよびナットにより蓋カバーを管板に固定しているが、管板および蓋カバーの外周に円環状のフランジを設け、クランプバンドで蓋カバーを管板に固定してもよい。
また、前記実施の形態において、全ての直管が正三角形の頂点に位置するように等間隔に配置されているが、複数の同心円上に多重環状に直管を配置してもよい。
Claims (5)
- (1)隙間を有して平行に配置され導電性を有する金属材料からなる直管と、前記各直管の一方側および他方側にあって、全ての前記直管を直列に連結するU字状連結路とを備え、入口および出口を有して全体が一つの流路を形成する流動物通路と、
(2)前記全ての直管を取り囲むように巻回され、前記直管の各々に高周波誘導電流を流す誘導コイルとを有し、
しかも、前記各直管の両側はそれぞれ1枚の管板によって支持され、該管板にシール状態で取り外し可能に設けられた蓋カバーの内部に前記U字状連結路が形成されていることを特徴とする誘導加熱を用いた流動物加熱装置。 - 請求項1記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、前記各U字状連結路は、隣り合う前記直管を連結していることを特徴とする誘導加熱を用いた流動物加熱装置。
- 請求項1または2記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、前記直管が非磁性かつ耐蝕性を有する前記金属材料からなることを特徴とする誘導加熱を用いた流動物加熱装置。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、少なくとも前記直管の両端部を除く部分にコルゲート加工がなされていることを特徴とする誘導加熱を用いた流動物加熱装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、前記直管の内部の少なくとも一部に撹拌部材が配置されていることを特徴とする誘導加熱を用いた流動物加熱装置。
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