JPH07502170A - 流下式加熱設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 流下式加熱設備 本発明は、圧力室、予定の第１の高さで圧力室に第１の温度の液体を供給するた めに圧力室内に開口している少なくも１個の液体供給通路：圧力室からの液体を 第１の高さより低い予定の第２の高さから排出するために圧力室において始まる 少なくも１個の液体排出通路：及び圧力室に液体の第１の温度より高い温度の蒸 気を圧力下で供給するために圧力室内に開口している少な（も１個の蒸気供給通 路を備えた液体の短時間加熱用の装置に関する。

かかる装置は−゛般に知られ、例えば牛乳のような液体食品を短時間加熱により 細菌数を減らすために食品工業において使用される。この事例では、液体は圧力 下で液体供給通路から圧力室に供給され、ここで液体は蒸気と接触させられる。

これにより、液体は、圧力室を通る液体排出通路へのその自由流下中に極めて急 速に加熱される。圧力室内に送られた総ての液体が確実にある温度に達するよう に、液体は、圧力室からの液体の排出より前に、ある時間圧力室内で集められる 。次いで、液体を冷却するため、及び必要ならば蒸気の手段による熱処理の結果 として液体に吸収されたいかなる水分も蒸発させるために、液体は冷却室に排出 される。

公知の装置においては、加熱すべき液体は薄い層の形態で圧力室内に入れられる 。この場合は液体と蒸気との間の熱交換のための比較的大きな接触面があるが、 薄層に沿った蒸気の均一な分布は、これを達成し維持することが困難である。更 に、かかる装置は、薄層の壊れることを防がねばならず、或（ｉは液体がある高 さ以上から落ちた後で過度に変形することを防がねばならないので、ある種の液 体だけ及び限定された作業分野においてのみ使用できるだけであり、これが蒸気 から液体・＼の熱移動の有効性を大きく低下させる。

公知の加熱装置において共通に生ずる別の問題点は、蒸気により加熱された圧力 室の諸部分、特に液体が液体供給通路から出て圧力室内にもたらされる場所にお ける液体成分の沈殿の結果として、装置内で徐々に生じてくる汚染である。もし かがる沈殿が生ずると、これらは、特に液体食品の処理においては風味の望まし くない喪失をもたらす可能性のような、加熱処理の良好な進行に対する重大な脅 威を構成する。生じ得るいかなる沈殿もこれを加熱設備から除去することが難し く、このための作業を行う必要があり、更にある場合には部分的に取り除がねば ならない。

最後に、液体食品の場合、圧力室内の長すぎる滞留時間は、望ましくない風味喪 失、及び受け入れがたい変質さえも同様に起こし得ることが指摘される。

本発明の目的は、ごく短時間で液体を高温に加熱し得る流下式加熱設備を提供す ることである。

本発明の別の目的は、粘性の非常に大きな液体を含んだ種々の液体を加熱するた めに使用し得る流下式加熱設備を提供することである。

本発明の更に別の目的は、容量、加熱時間、最高加熱温度及び類似事項のような 所望の作業条件に簡単に適用シ１．得る流下式加熱設備を提供す本発明の別の目 的は、加熱される液体の成分の沈殿が太き（防止される流下式加熱設備を提供す ることである。

この目的のため、本発明による流下式加熱設備は、圧力室において所定数の液体 ジェットを形成するための所定数の板材通路が設けられた供給板が液体供給通路 の口に置かれ、また、蒸気温度と液体の第１の温度との間の差の大きさの温度勾 配が、板材通路の方向で見て供給板の圧力室に面した側と液体供給通路に面した 側との間に維持されることを特徴とする。例えば円形、長円形又は正方形の断面 となし得る板材通路の適切な配列により、加熱すべき液体を圧力室において確実 に一様に分布させることができる。非常に長くすることができ、従ってその形状 を保持し得る液体ジェットは、蒸気との熱交換用の比較的大きな接触面を有し、 このため圧力室において非常に急速な液体の温度上昇が生ずる。流下式加熱設備 の容量は、供給板の板材通路の数、その水力直径及び板材通路における液体の流 速の適切な選定により広い限度内で選定することができる。加熱効果を増加する ために圧力室に液体を集めることは不必要であり、このため、圧力室における液 体の滞留時間は最小に限定されて留めることができ、食品処置中に生ずる変質と 風味の喪失とは極めて僅かである。

液体ジェットは圧力室内部の蒸気の流れの方向と本質的に同方向に向けられるこ とが好ましい。液体ジェットの集中の中心に向かい徐々に増加して行く半径方向 の速度成分を得るように、液体ジェット中の蒸気の凝結は下向きの蒸気の流れ方 向を生ずるであろう。

供給板の中心から放射状に外側に向がう線に沿って板材通路が供給板に設けられ れば、生じた蒸気の流れの方向により、液体ジェットへの蒸りは大きくかつ０． １よりは小さいように選定されることが好ましい。

好ましい実施例においては、板材通路は液体の流れの方向でテーパーにされた流 入開口を持つ。かかる形状は、流入開口の縁に沿った液体の一様な流れを助長し 、その結果、板材通路の流入開口付近における液体の成分の沈殿が防止される。

更に好ましい実施例においては、板材通路は、液体の流れの方向で断面がテーパ ーになったカラーにより形成された環状の出口開口を持つ。

出口開口のかかる形状により液体ジェットが板材通路から出た後に扇状になるこ とを防止し、かつ出口開口付近における液体の成分の沈殿も防止する。この場合 、供給板の温度は、局部的に、圧力室に供給される蒸気の温度とほぼ同じである 。

一般に、液体供給通路は供給板の板材通路の設けられた部分の面積と比較して比 較的小さな断面を持つ。これは液体供給通路が流れの方向で供給板に関して上流 において相当に広いことを意味する。板材通路の流入開口近くにおける液体供給 通路の位置による圧力差を避けるために、供給板に関して上流でかつ供給板から ある距離において液体供給通路に１個又は複数個の液体分配板が取り付けられる 。

特に有利な実施例においては、供給板は熱伝導係数の小さな材料を含む。もし供 給板の厚さが適切に選定されれば、この場合の供給板上の所望の温度勾配はそれ 自体独立的に確立する。供給板の材料の熱伝導係数が十分に小さくなければ、冷 却剤が流れ得る１個又は複数個の冷却用通路を供給板に設けることが有利である 。板材通路とは交差しない冷却用通路により、この事例では供給板にわたる所望 の温度勾配が確実に樹立される。

流下式加熱設備のある好まし７い実施例では、圧力室は垂直方向中心線を有する 中空の円筒体により形成され、この圧力室は底部において円錐状にテーパーを付 けられ液体排出通路と一体となり、一方、圧力室はその頂部の側においてカバー により遮断され、このカバーにより液体排出管が運ばれ、圧力室内に付き出して いるこの管の断熱部分の一方の端部に供給板が取り付けられ、更に供給管の高さ で圧力室への蒸気供給開口を経て蒸気を供給することができる。圧力室における 成る軸方向長さの落下高さは、適切な長さで圧力室内に突き出ている液体供給管 の部分を作ることにより簡単に調整できる。また、円筒状の圧力室において軸方 向に可動であり、その結果、圧力室内での液体の落下高さを調整できるように液 体供給管を置（ことも可能である。液体供給管の内壁に対する液体の成分の沈殿 を防ぐために、圧力室内に突き出ている液体供給管の部分の回りの総てに断熱材 が設けられる。

１個又は複数個の穴空き蒸気分配板が蒸気供給開口の下方で円筒体の内壁と液体 供給管の外壁との間に設けられれば有利である。これにより、蒸気は確実に一様 に分布されかつ圧力室の内側で液体ジェットの方向に案内される。

液体を数段階で加熱するために所定数の流下式加熱装置を直列に連結することが 可能であり、この結果、所要蒸気量を非常に節約することができる。このために は、各装置の液体供給通路はすぐ上流側の装置の液体排出通路に連結され、最下 流の装置の液体排出通路は液体と蒸気との分離用の冷却装置の供給通路に連結さ れ、更に冷却装置において分離された蒸気は最後の１１個を除いた１個又は複数 個の上流側の装置にその蒸気供給通路を経て供給される。より特別には、冷却装 置は直列に連結された所定数の部分的冷却装置で作り上げられ、それぞれ下流側 の最初の部分的冷却装置で分離された蒸気は最後の１個を除いた上流側の装置に それぞれ供給されうる。

本発明は図面を参照し説明される。図面において、図１は本発明による流下式加 熱設備の組み込まれた滅菌工程の流れ図の一部を示し； 図２は本発明による流下式加熱設備の頂部の断面を図形的に示し：図３は図２に よる断面の詳細を拡大して示し；図３ａは図３に示された板材通路に代わり得る の別の実施例を示し：図３ｂは図３による供給板の第１の実施例の底視図を縮小 して示し；図３０は図３による供給板の第２の実施例の底視図を縮小して示し： 図４は流下式加熱設備の一部取り去った側面図を示し：図５は図４による設備の 平面図を示し；図６は液体排出通路の拡大側面図を示し；そして図７は本発明に よる流下式加熱設備の数個が組み込まれた多段式滅菌工程の流れ図の一部を示す 。

同一の参照番号は同一の要素に関係する。

図１は、円い円筒状の中央部分４を備えた流下式加熱装置２を図式的に示し、こ れの中央部分は、その底部側において円錐状の底部６に連続し、またその上端に おいてはカバー８により遮断される。更なる詳細が図２−６を参照し以下説明さ れるであろう。加熱すべき液体は、制御弁１２の設けられた管１０により流下式 加熱装置２のカバー８を通して圧力室９の中央部分４の頂部区域内に供給される 。管１ｏを経て供給された液体は重力により圧力室９内に事実上垂直方向下方に 落ち、管１４を経て圧力室９内に送られた蒸気により加熱される。液体は、流下 式加熱装ｒＩ１２における自由落下後に、底部６に達し、更に制御弁２ｏの設け られた管１８を通って液体／′蒸気分離装置２２に通過し、ここで液体／蒸気の 混合物はその急速な膨張により冷却され、分離された蒸気は管２４を経て凝結器 に送られ、一方、分離された液体は次段の処理段階のために、管２６を通り管２ ８の手段により圧送される。流下式加熱装置２の底部６は、ここに設けられかっ 管３ｏを経て冷却液が供給される管のシステムにより冷却される。この冷却液は 制御弁３４を有する管３２を通って凝結器に排出される。

図２は蒸気供給通路３６の一部を示し、これを通って圧力室９の頂部に蒸気を供 給することができる。この室は中央部分４とカバー８とにより境界が定められる 。液体供給通路はドーム４ｏ内に入れられ、その底部は、所定数の板材通路４４ が設けられた供給板４２により荊成される。

供給板４２は、ドーム４０の内壁に沿うて取り付けられたフランジ４６に固定さ れる。液体供給通路は供給板４２の近（で拡張される。板材通路４４の設けられ た供給板４２の部分の断面上方の液体供給通路３８により供給される液体の一様 な分布を確実化する所定数の穴の空けられた液体分配板４８が、液体供給通路３ ８の拡張部分に設けられる。液体供給通路３８はその全長にわたり鉱質綿又は断 熱用発泡体のような適切な断熱材５０により圧力室９から熱的に絶縁される。所 定数の穴の空けら図２に示された流下式加熱装置２においては、液体供給管３８ 、液体分配板４８及び板材通路４４を経て圧力室９に供給された液体は、重力に より矢印５４で示される方向に落ちる。蒸気供給通路３６及び蒸気分配板５２を 通って圧力室９に供給された蒸気は、一般に矢印５６で示された方向、即ち液体 ジェットと本質的に同じ方向に流れる。

図３は液体供給通路３８の口の付近における流下式加熱装置の設計の詳細を示す 。液体分配板４８には、その周囲に沿って底側にスペーサー６ｏが設けられ、そ れぞれの液体分配板４８間及び最下方の液体分配板と供給板４２との間に、ある 距離を維持する。供給板４２は所定数のボルト６２の手段によりフランジ４６に 固定され、これらボルトは供給板４２の周囲に沿って設けられ、また、その頭部 はワッシャー６４の手段により供給板４２の頂部の縁をフランジ４６の底部の縁 に押し付ける。

供給板４２とフランジ４６との接触面を通って液体供給通路３８から圧力室９に 液体が漏出しないように、前記接触面の位置にガスケット６６が設けられる。

図３ａは供給板４２の板材通路４４ａの特別な形状を示す。板材通路４４８の入 り口側は上流方向に広げられ、その縁は、板材通路４４ａの中心線に関して例え ば４５°の角度に置かれる。板材通路４４ａの出口においては、流体の流れの方 向に断面テーパーの付けられたカラーが設けられる。板材通路の入り口側及び出 口側におけるこの処置により、液体は、確実に通路４４ａ内に極めて一様に流入 し、液体ジエ、ット５４は、板材通路４４ａの出口側においては細く纏められて 扇形に広がらない。

板材通路４４及び４４ａの断面は円形であることが好ましいが、例えば長円形、 正方形又は長方形とすることもできる。

図３及び３ａは各板材４２及び４８における２個の通路だけを示す。

しかし、一般に、板材の穿孔は板材の全面にわたって広がる。通路の数と各通路 の断面寸法とは、流下式加熱設備における所望の運転条件に適合するようにされ る。

図３ｂは、円形断面を有する６５個の板材通路４４ｂが設けられた供給板４２を 示す。これらの通路は供給板の中心で始まる１３条の放射線に沿って規則的に配 置される。

図３０は、円形断面の１８０個の板材通路４４ｃが設けられた供給板４２を示し 、これら通路は供給板の中心で始まる１８条の放射状の線に沿って規則的に配置 される。

板材通路４４ｂの直径と板材通路４４Ｃの直径との間の比率は板材通路４４ｂの 数と板材通路４４ｃの数との間の比率の平方根にほぼ相当する。穴空き比、即ち 板材通路の断面積の和と供給板付近の液体供給通路の断面積との間の比率は、当 然ながら同じ大きさであり、図３ｂ及び３Ｃに示された事例については約３％に 等しい。

一方、供給板４２は、熱伝導係数の小さな物質、例えばプラスチック、より特別 にはポリテトラフルオロエチレンでこれを作ることができる。

これは、供給板４２の液体供給側の液体の低速な区域において、液体の成分の局 部的な沈殿を防ぐに十分な低温を維持できることを意味する。

しかし、この効果は、供給板には１個又は複数個の冷却用通路が設けら図４及び ５は、外側に所定数の連結具及びその他の設備を有する流下式加熱装置２を示す 。液体供給通路３８の入り口はカバー８内のドーム４０の中央に取り付けられる 。ドーム４０上には２個のキャップ７０も見え、これらキャップは、液体供給通 路３８とドーム４０とで囲まれた空間に断熱材５０を供給するために使用し得る 穴を封鎖する。流下式加熱装置２の設置又は保守の際にドーム４０と共にカバー ８を持ち上げて取り去るために、２個の持上げ用フック７２がカバー８に固定さ れる。

流下式加熱装置は、中央部分４に取り付けられ横方向に突き出した支持具７４の 手段によりフレーム（更に詳細には示されない）に吊るすことができる。運転し ないときに流下式加熱装置を清掃するための清掃用連結具７６が蒸気供給通路３ ６の下方に設置され、これを通じて流下式加熱装置の内部に清浄剤を供給するこ とができる。中央部分４の側壁には種々の高さに検査用ガラス７８．８０及び８ ２が取り付けられ、このカラスの手段により、装置内部で生じている現象を観察 できる。中央部分４の底側には１個又は複数個の通気用連結具８４が置かれ、圧 力室９から非凝結性の気体を逃がすことができる。図４に示されるように、１実 施例において図１に図式的に示された冷却剤供給管３０は、数個の冷却剤供給管 ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄを備えることができ、この手段により、同じ 温度又は異なった温度の冷却剤を底部６の壁の冷却通路８６に供給でき、関係の 冷却剤排出管３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄを通して排出させるることがで きる。

図６に示すように、流下式加熱装置２の底部６の出口側に直角に曲がて行く液体 排出通路８４内に制御可能に排出される。プランジャー８２の位置の制御は、例 えば底部６内の液位の計測と、液位を一定かつできるだけ低（留めるような規範 の組込みとによって行われる。液体排出通路８４により境界の定められた空間が 負圧であれば、これへの加熱液体の供給は極めて急速な冷却を生ずるであろう（ フラッシュ冷却）。

図７は直列に連結され所定数の流下式加熱装置２ａ、２ｂ及び２ｃを示し、この 場合は流下式加熱装置２ａの底部６ａの出口側はポンプ１９を組み込んだ管１８ ａの手段によりカバー８ｄ上で流下式加熱装置２ｂの入り口側に連結される。流 下式加熱装置２ｂの底部６ｂの出口側は、同様にポンプ２１を組み込んだ管１８ ｄの手段により流下式加熱装置２Ｃのカバー８ｃ上でその入り口側に連結される 。流下式加熱装置２ｃの出口側は、既に図１に示された方法で、その底部６ｃの 下側において、制御弁９２のある管９０の手段により液体／蒸気分離装置又は冷 却装置２２ａに連結される。蒸気は冷却装（１２２ａからくる蒸気排出管２４ａ を通って流下式加熱装置２ｂに供給される。冷却装置２２ａで分離された液体は 管９４を通って冷却装置２２ｂに供給される。冷却装置２２ｂにおいて分離され た蒸気は管２４ｂを経て流下式加熱装置２ａに供給される。冷却装置２２ｂにお いて分離された液体は管９６を通って次段の冷却装置２２ｃに供給される。冷却 装置２２ｃで分離された蒸気は管９８を経て更に詳細には説明されない凝結器に 供給される。冷却装置において分離された液体はポンプ１０２を組み込んだ管１ ００を経て更なるされ、この冷却剤は、制御弁３４ａ、３４ｂ及び３４ｃの設け られた冷却剤排出管３２ａ、３２ｂ及び３２ｃの手段により排出され、管３５に 集められる。新鮮な蒸気が制御弁１６ｃの設けられた管１４ｃを通じて流下式加 熱装置２ｃに供給され、流下式加熱装置２ａ及び２ｂにおいて予熱されてこれに 供給される液体を加熱する。

本発明による流下式加熱設備においては、温度がほぼ６０℃の生乳が約１５５℃ の蒸気の支援により短時間加熱される。このため、牛乳は、流下式加熱設備にお けるその自由流下中に１秒以下でほぼ１５０’Ｃの温度に達する。これは、牛乳 中の病原菌の事実上縁てを死滅させるに十分である。従って、従来技術では普通 であるように、圧力室内で更にある時間牛乳を留める必要はない。このため、牛 乳は、冷却装置、例えば牛乳を非常に急速に約５５℃に冷却するフレッシュクー ラーに直接排出することができる。この超急速加熱及び冷却のため、牛乳の風味 は保持され、かつ変質は、事実上、生じない。

図７に示された多段式加熱システムにおいては、図１による一般式システムと比 較して、はぼ６０℃の液体供給温度及び１４０℃の最高加熱温度において、はぼ ６０％の蒸気の節約ができた。

ｆ三ヂ！５ コｊフ　、１「、＋ 二二ｒ・−一 補正音の写しく翻訳文）提出書　（特詐法＠１８４条の８）平成６年６月２４日

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．圧力室： 予定の第１の高さで圧力室に第１の温度の液体を供給するために圧力室内に開口 している少なくも１個の液体供給通路；圧力室からの液体を第１の高さより低い 予定の第２の高さから排出するための圧力室において始まる少なくも１個の液体 排出通路；圧力室に液体の第１の温度より高い温度の蒸気を圧力下で供給するた めに圧力室内に開口している少なくも１個の蒸気供給通路を備えた液体の短時間 加熱用装置にして、圧力室において所定数の液体ジェットを形成するための所定 数の板材通路が設けられた供給板が液体供給通路の口に置かれ、また蒸気温度と 液体の第１の温度との間の差の大きさの温度勾配が板材通路の方向で見て供給板 の圧力室に面した側と液体供給通路に面した側との間に維持されることを特徴と する装置。
2. ２．液体ジェットが圧力室の内側の蒸気の流れと本質的に同方向に向けられるこ とを特徴とする請求の範囲１による装置。
3. ３．板材通路が供給板の中心から放射状に外向きに向けられた線に沿って供給板 に適合されることを特徴とする請求の範囲１又は２による装置。
4. ４．板材通路の断面の面積の和と供給板の近くの液体供給通路の断面の面積との 間の比率が０．０２より大きく０．１より小さいことを特徴とする請求の範囲１ −３の一つによる装置。
5. ５．板材通路が液体の流れの方向でテーパーである流入開口を有することを特徴 とする請求の範囲１−４の一つによる装置。
6. ６．板材通路は、断面が液体の流れの方向でテーパーであるカラーにより形成さ れた環状の流出開口を有することを特徴とする請求の範囲１−５の一つによる装 置。
7. ７．１個又は複数個の穴空き液体分配板が供給板に関して上流でかつこれからあ る距離において液体供給通路に適合されることを特徴とする請求の範囲１−６に 一つによる装置。
8. ８．供給板が熱伝導係数の小さな材料で作られることを特徴とする請求の範囲１ −７の一つによる装置。
9. ９．冷却材の流れ得る１個又は複数個の冷却用通路が供給板に設けられることを 特徴とする請求の範囲１−７の一つによる装置。
10. １０．圧力室が垂直方向中心線を有する中空の円筒体により形成され、この圧力 室は底部において円錐状にテーパーを付けられて液体排出通路に移り、一方、圧 力室はその頂部の側においてカバーにより遮断され、液体供給管はこのカバーに より運ばれ、圧力室内に付き出しているこの管の断熱部分の一方の端部に供給板 が取り付けられ、更に供給管の高さで蒸気供給開口を経て圧力室に蒸気を供給で きることを特徴とする請求の範囲１−９の一つによる装置。
11. １１．蒸気供給管の下方で円筒体の内壁と液体供給管の外壁との間に一個又は複 数個の穴空き蒸気分配板が設けられることを特徴とする請求の範囲１０による装 置。
12. １２．各装置の液体供給通路がすぐ上流側の装置の液体排出通路に連結され、最 下流の装置の液体排出通路が液体と蒸気との分離用の冷却装置の供給通路に連結 され、更に冷却装置において分離された蒸気は最後の１個を除いた１個又は複数 個の上流側の装置にその蒸気供給通路を経て供給されることを特徴とし、先行請 求の範囲の一つ又はそれ以上による流下式加熱装置直列の連結された多数を備え た液体の多段式加熱設備。
13. １３．冷却装置が直列に連結された所定数の部分的冷却装置で作り上げられ、そ れぞれ最初の下流側の部分的冷却装置で分離された蒸気が最後の１個を除いた上 流側の設備にそれぞれ供給されことを特徴とする請求の範囲１２による設備。