JPS59500041A - 蓄熱式熱交換器内で調節可能な熱交換を行なう方法と装置 - 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】 蓄熱式熱交換器内で調節可能な熱交換を行なう方法と装置この発明は連続流れの 原理による液体製品の熱処理用装置の操作方法に関い液体製品は加熱媒体によっ てＨ丁熱交換器内で所要温度となり、処理されて流出する液体製品は蓄熱式熱交 換器内で向流している流入未処理液体製品を予熱する。）−ＩＴ熱交換器という 略字用語は、最高温度で稼動する熱交換器を意味する。

この種の方法は公知であって、しばしば、とりわけ、ミルりの殺菌に使用される 。殺菌中に、ミルクは特定温度で特定時間加熱しなければならないのであって、 これは、腐敗の原因となるバクテリアを殺すか、または不活性化するためである 。加熱温度が上昇するにつれて、所要加熱時間が減少する。加熱時間が長ければ 長い程、それたけ一層殺菌は有効であるが、これには限界があり、その理由は、 高温での化学的変化処理をあまりにも長時間行なうとミルクの望ましくない品質 変化を生ずる結果となるからである０ 他の温度／時間処理方法の場合と丁度同じ様に、この発明の場合の処理も特定基 準で限定されている限界内で行なわなければならない。例えば、ミルクの殺菌で は、二つの基準（第１Ａ図参照）がある。すなわち、Ｃ１−殺菌度とＣ２−生起 する化学的変化である。第１Ａ図のグラフは、温度下と処理時間１の関係を示す 。このグラフにおいて、点Ａは全能力で稼動している殺菌装置の状態を示し、そ の状態では、処理時間に組合わされている相当温度で殺菌が適切に行なわれてい るが、化学的変化は、ｔだ、それぞれ適用可能な限界以下になっている。しかし 、装置の生産高がその装置の設計最高生産高の何分の−かに低下した場合、製品 の流量率は、この生産高低下の結果として減少する。このことは、処理すべき製 品の処理時間が能力の減少と反比例して増加することとなり、その結果、都合の よくない化学的変化がおこることがある。例えば、第１Ａ図の状態Ｂを参照され たい。そのような場合には、殺菌に適用可能な基準をみたしてはいるが、化学的 変化に適用可能な基準を越えている。

実際問題として、温度／時間関係を制御する方法が既に開発されている。この方 法では、加熱は、蒸気の噴射で起り、その後でミルクのなかに凝縮している蒸気 を減圧下で放出する。しかし、この方法の不利益は、高エネルギーを消費するこ とである。加熱された流出液体と冷たい流入液体との間に蓄熱式熱交換を組合わ せて蒸気によって液体を間接加熱するととは、エネルギーの点で非常に有利であ る。しかし、この方法は、次の点で不利である。すなわち、特定の能力の装置内 において生産高を何等かの理由で減じなければならない場合、液体製品の滞留時 間は、液体の流量が（設計能力での）最大値に関して減するのと同じ割合で増加 する。装置の生産高が減少したとき、上述の重重しくない品質変化が比較的速や かにおこる。

殺菌装置を設計生産高またはそれに近い生産高で運転しようとするのは明らかで あって、その理由は、その場合、最適エネルギー消費で最適製品処理ができるか らである。しかし、例えば処理能力が入口端貰たは出口端で一時的に減少したた めに、生産高が一時的に減少した場合、その結果として、製品の品質は低下して はならない。能力減少に関する既知の方法は、ＨＴ熱交換器を多数の直列接続部 分に分割し、そのうちの一つ、またけそれ以上をミルクの入口点から考えられる ように不活性化することである。分離した部分には凝縮物が満たされていて、も はや熱処理には加わらない。

１１Ｂ図は、この既知の方法の効果を示すグラフである。このグラフには、温度 ／時間関係が五つの相異なった生産状態について示されている。関係のある部分 は、グラフのなかの１００℃の限界以上の帯域Ｉの領域である。その理由は、製 品がとれらの温度にさらされる時間は、実際に考えられるように、殺菌と化学的 変化の決定要因であるからである。最高設計生産高１００チについては、この領 域ｌ−１００がハツチングのなかに示されていて、一方では所要殺菌度が得られ るようになっており、他方では望ましく々い化学的変化が許容レベル以下である 。８０チまでの生産高の減少に関して、温度／時間領域は増加してｌ−８０とな り（第１Ｂ図を参照のこと）、その結果、化学的変化が増加するが、）−ＩＴ熱 交換器の一部分の分離を必要とするような程度には増加しない。この分離は、５ ０係、３３チ及び２５ヴ育ての生産高減少に関し、（任意選択）グラフ（て示さ れている。明らかに分かるのは、結果として生じる温度／時間領域の減少が１− ５０．ｌ−３３及びｌ−２３を所要値）−１００またけ一時的に許容可能最大値 １−８０に復帰させるには不十分であることである。従って、既知の方法は、比 較的に可成り生産高が低下した場合の許容温度／時間関係を得る十分な機会を提 供していない。

この発明の目的は、前述の欠点のない方法を提供することである。この目的のた めに、この発明によれば、液体製品の生産高が減少した場合に、冷却液の流れは 、最高温度帯域での液体製品の滞流時間とこの状態で生起する温度が装置の設計 最大生産高での最適時間／温度関係に近付く熱処理となるように、蓄熱式熱交換 器を通過する。この方法は、液体製品の生産高の変化の結果を調節できて比較的 簡単である。製品の品質は維持可能であり、製品を捨てる必要がない。全能力状 態にも容易に復帰する。

蓄熱式熱交換器内で最適の熱交換を行なうには、液体製品の流出及び流入の流れ を向流において蓄熱管熱交換器を介してとらえ、冷却液の流れを向流において前 記熱交換器の高温部における液体製品の流れのうちの一つの流れ（で、好１しく は向流において流入する加熱液体製品の流れに伝える。

この発明は、寸だ、上記の方法を用いる蓄熱式熱交換器から成る装置に関する。

この発明によれば、この種の装置は次の点を特徴としている。すなわち、蓄熱式 熱交換器の少なくとも一部が液体製品から熱を取り出すための冷却液導管内に含 せれている特別の熱交換表面から成り、前記導管はＨＴ熱交換器への導管内の液 体製品の温度と液体製品゛の生産高との両方によって作用して冷却液の流量に影 響を与える制御装置を備えている。

蓄熱式熱交換器は原則的にはそれ自体（ｄそれぞれ既知である二つの方法で構成 できる。蓄熱管熱交換器の場合、三本−組の同心管を使用できるが、これ（ｄ、 三本の溝を形成するためであつて、最も内１１１１　ｔたけ最も外側の溝を冷却 液用に使用し、隣接している溝を奸才しぐは流入加熱液体製品用に使用する。蓄 熱板熱交換器においては、蓄熱板は冷却液の通過のために特別の一組の通路開口 を備えている。

この発明を、図面に関連して詳、ｌａｄ説明するが、図面は装置を線図的例説明 しく第２図）、装置の詳細を示しく第３図乃至第７図）及びグラフ（第８図及び 第９図）を示す。

第２図について説明する。装置は、それ自体既知の方法で、処理する製品の溜め １からはし寸って構成されており、その溜めは供給機構２と移送導管３に接続し ている。前記導管は、ポンプ４を備えており、このポンプは処理する液体製品を 三部分６と７で構成されている蓄熱式熱交換器５へ運ぶ。三部分６と７の間で、 導管３はホモジナイザー８に通じている。蓄熱式熱交換器の７の部分を通ってか ら、導管３はヒ・−ターまたけ高温（ＨＴ）執交換器９に通じており、その内部 で液体製品は所要の熱処理をされる。このＨＴ執交換器から、吐出導管１０は処 理された製品を蓄熱式執交換器の７の部分及び６の部分を介し、１だ、更に最終 熱交換器１１を介して、連続的に運び、処理済の製品は多数のびん詰部ｌ２ＶＣ 達する。装置の生産高は、びん詰部１２の処理能力に関して液体製品が僅かばか り超過するように選択されている。従って、導管１３を介して背圧弁１４と出口 １５とを経由して溜め１に戻る製品は非常に僅かである。

この点では、この装置は先行技術の装置と少しは異っているとしても殆んど相違 していない。

特別の熱交換表面１６が蓄熱式熱交換器５の７の部分に配設されている。この表 面ば、ＨＴ執交換器に送る予凱液体製品から執を引取るための冷却液導管１７内 に含まれている。導管１７は冷却液の流量に影響を与える結合制御装置１８を備 えている。この制御装置は、導管３を通る液体製品の生産高と温度によって作用 するので、この目的のために、少なくとも一つのｉｌｌ＋ｌｌ緊定執交換器５と ９との開の導管の３の部分に配設されている。この測定要素は二つの信号、す々 わち、温度と生産高、を送ることができる。しかし、温度と生産高は、第２図に 示すように二つの要素１９と２０で泗］定できる。この場合、温度信号は導管３ の測定要素１９から発し、生産高信号は要素２０から発する。この場合、要素２ ０は導管３のホモジナイザー８の容積測定ポンプの回転速度調節装置であり、従 って、この調節装置から発する信号は、導管３内の液体製品の流量に比例する。

調節装置２０は手動で、あるいは、びん詰部１２が発する指令を経由して、調節 可能である。制御装置１８の作用については、第８図乃至第１０図を参照して後 程説明する。

蓄熱式執交換器５の７の部分は、三本−組の同心管、す彦わち、三本の溝２１． ２２及び２３が形成されている同心管として構成できる。第３図及び第４図を参 照されたい。二本の隣り合った溝２２と２１または２３は常に導管３あるいは１ ７にそハそれ向流して接続しており、最も内側の溝２１寸た１ｄ最も外１１１１ の溝２３は、冷却液導管＋７ｔて接続している。予執された液体製品１ｄ、常に 、中間の溝２２を介して流れ、ＨＴ熱交換器９に送らねて最終執処理を受ける。

第三番目の溝２３才たは２１は、ＨＴ執交換器からの吐出導管１０にそれぞれ接 続している。

これら二つの接続可能性ｌと■は、第、１図の隣りの表に示されている。

板熱交換器を７の部分に使用する場合には、（第５図による）従来の板を第６図 による板２４に取り替えるが、この板には従来の穴２５の他に導管１７（て接続 している特別の一組の通路開口２６がある。第７図は、このようにして構成した 板執交換器を通過する三つの異なった液体の通路を線図的に説明したものである 。

既述のように、導管１７からの冷却液は、蓄熱式熱交換器の７の部分を介して、 予熱された液体製品【向流してとらえられる。この向流の原理１ｄ第８図におい て破線によってグラフで示されており、Ｘ＠け流れ溝の長さＬを示し、Ｙ軸は温 度Ｔを示す。実線は導管１７を経由して供給された冷却液の効果を示す。

第９図は装置を想定したいくつかの状態をグラフで示し、その状態では液体製品 の生産高Ｑ、が最太生童高Ｑ、□■８才たは７に減じており、冷却液の流量ＱＫ は多くの値に（液体製品の流量ＱＰの０−０．１０及び０．９０にそれぞれ）調 節されている。

点鎖線は、第２図による装置の最大能力での温度７７時間関係を示し、この関係 は他の能力でも維持されるべきものである。はっきりと分るの（ｄ、冷却液の流 量ＱＫを正しく選択すると、すなわち、液体製品流量Ｑ、　０．５０に対して約 ０．７０．液体製品流量０．２５に対して０．９０を選択すると、第９図（／ｒ Ｃ示す１００°Ｃ以上の領域Ｉは、全能力に関連する（ハンチングをっけた）温 度／時間領域と実質的に等しくすることができるということであって、その全能 力とけ装置の設計全能力であって特別の冷却が行なわれないものである。従って 、相異った能力での製品の最適処理が装置１８を経由する冷却水制御によって可 能となっている。

以上、この発明をミルク殺菌プラント（（関してｇＲ明した。この発明はこの例 に限定され々いの１寸明らかであって、他の製品用の同様な装置にも適用でき、 その装置で１寸温度と時間の狭い限度の間で熱処理を行なわなけれ１ばならない 。

請求の範囲に記載の参照番号（まその範囲を限定する意図を有するもので１ｒｉ なく、明確（でするために示したにすき゛ない。

１５口ｗ、−１！。

、ｌ！７−＋ＥＦ、　！！７−＋　ＥｆＦ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　液体製品が加熱媒体によってＨＴ熱交換器内で所要温度にされ、処理されて 流出してゆく液体製品が流入してくる未処理液体製品を蓄熱式熱交換器内で向流 して予熱することから成り、液体製品の生産高が減少したときに最高温度帯域で の液体製品の滞流時間とこれらの状態で生起する温度が装置の設計最大生産高に おける最適時間／温度関係に近付く熱処理となるように冷却液の流れが蓄熱式熱 交換器を通過することを特徴とする連続流れ原理に基づく液体製品の熱処理装置 の操作方法。 ２　前記の流出してゆく液体製品と流入してくる液体製品は、それらの流れが蓄 熱式熱換器を介して向流してとらえられ、前記冷却液の流れは該熱交換器の高温 部における液体製品の流れのうちの一つに向流して伝えられることを特徴とする 請求の範囲第１項記載の方法。 ３　前記冷却液の流れは流入してくる加熱液体製品の流れに向流して伝えられる ことを特徴とする請求の範囲第２項記載の方法。 ４　前記冷却液は、その流量が、液体製品の流量（生産高）が減少するにつれて 、液体製品の流量に関して、比較的太とされることを特徴とする請求の範囲第１ 項乃至第３項いづれか記載の方法。 ５　請求の範囲第１項乃至第４項いづれか記載の方法を行うために使用する例え ばミルク殺菌装置であって、蓄熱式熱交換器から成り、該蓄熱式熱交換器（５） の少なくとも一部分（７）が液体製品から熱を取り出すだめの冷却液導管（Ｔ７ ）内に備えられている特別の熱交換表面（１６）で構成されており、該導管がＨ Ｔ熱交換器への導管内の液体製品の温度と液体製品の生産高との両方に対して作 用して冷却液の流量に影響を与える制御装置（１８）を備えていることを特徴と する熱処理装置。 ６　前記蓄熱式熱交換器＋ｒｉ、それが蓄熱式熱交換器である場合、三本−組の 同心管を利用し、肢管が三本の溝（２１−２３）を形成し、液体製品は隣り合っ ている二本の溝を介してとらえられ、冷却液は三番目の溝を介してとらえられる こと（第３図及び第４図）を特徴とする請求の範囲第５項記載の執処理装置。 ７　前記蓄熱式熱交換器は、それが蓄熱式熱交換器である場合、それぞれの板（ ２４）が冷却液を通過させるだめの一組の特別の通路開口（２６）を備えている こと（第５図−第７図）を特徴とする請求の範囲第５項記載の熱処理装置。