JP2002340487A

JP2002340487A - 循環式熱交換方法及び熱交換装置

Info

Publication number: JP2002340487A
Application number: JP2001149615A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Horie; 雅彦堀江; Takahiro Yamada; 隆弘山田; Daisuke Sugiyama; 大輔杉山
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2002-11-27

Abstract

(57)【要約】【課題】伝熱効率が高く、加熱又は冷却の時間が短い熱
交換装置を提供する。【解決手段】ニーダー１と、前記ニーダーに両端部が連
通し前記ニーダーから流出した流出流動体が前記ニーダ
ーに戻る循環管路と、前記循環管路を通過する流出流動
体の熱交換を行う熱交換部２を有し、前記熱交換部は、
前記循環管路の一部を構成するスタティックミキサ２ａ
と、熱媒体を流通させる熱媒体流通管２ｂを有し、前記
スタティックミキサは、前記熱媒体流通管の管内に設け
られている熱交換装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流動体を加熱又は
冷却して流動体の熱交換を行う熱交換方法、及び前記熱
交換方法に使用することができる熱交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、流動体の加熱又は冷却は、各種業
界で行われており、例えば、食品業界では、主に、流動
性を有する原料の調合工程において、ニーダーと呼ばれ
る撹拌機付きの容器にてバッチ式生産方式で原料を加熱
又は冷却したりすることが一般的であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ニーダー
と呼ばれる撹拌機付きの容器にてバッチ式生産方式で原
料を加熱又は冷却したりする際、原料の粘性が高い場合
（一般的に１０００ｃｐ以上）には、伝熱効率が悪いた
め原料全体の加熱又は冷却が終了するまでに長時間を要
するから、生産性が悪いという問題点があった。この問
題点は、原料の粘性が高くなるほど、より大きな問題点
になっていた。また、原料を加熱する場合は、原料全体
の加熱が終了するまでに長時間を要するから、目的とす
る温度に原料全体が加熱されるまでに原料の一部に過剰
に加熱される部分が生じ、品質劣化が起こるという問題
点があった。

【０００４】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
伝熱効率が高く、加熱又は冷却の時間が短い熱交換方法
を提供することを目的とする。また、本発明は、伝熱効
率が高く、加熱又は冷却の時間が短い熱交換装置を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、第１の
視点において、熱交換対象である流動体が滞留する滞留
部における流動体が所望の温度になるまで、前記滞留部
から流出させた流出流動体の熱交換を行い、熱交換した
流出流動体を前記滞留部の流動体と合流させる熱交換方
法であって、前記流出流動体の熱交換は、加熱又は冷却
され且つ邪魔板が配設された伝熱流路に前記流出流動体
を通過させて行う熱交換方法により上記目的を達成する
ことができる。本発明の熱交換方法では、前記流出流動
体の熱交換を行うと共に、前記滞留部に存在する流動体
の熱交換を行うことができる。

【０００６】また、本発明によれば、第２の視点におい
て、熱交換対象である流動体を滞留させる滞留部と、前
記滞留部から流出した流出流動体の熱交換を行う第１の
熱交換手段と、前記第１の熱交換手段で熱交換した流出
流動体を前記滞留部に帰還させる帰還手段を有し、前記
第１の熱交換手段は、加熱又は冷却され且つ邪魔板が配
設された伝熱流路を有する熱交換装置により上記目的を
達成することができる。本発明の熱交換装置では、次の
ようにすることができる。

【０００７】前記第１の熱交換手段は、前記伝熱流路が
並列に接続する伝熱流路並列接続部を有することができ
る。前記滞留部は、前記滞留部に存在する流動体の熱交
換を行う第２の熱交換手段を備えることができる。ま
た、本発明の熱交換装置は、ニーダーと、前記ニーダー
に両端部が連通し前記ニーダーから流出した流出流動体
が前記ニーダーに戻る循環管路と、前記循環管路を通過
する流出流動体の熱交換を行う熱交換部を有し、前記熱
交換部は、前記循環管路の一部を構成するスタティック
ミキサと、熱媒体を流通させる熱媒体流通管を有し、前
記スタティックミキサは、前記熱媒体流通管の管内に設
けられているものにすることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】［熱交換方法］本発明の熱交換方
法では、熱交換対象である流動体が所望の温度に到達す
るまで加熱するだけでもよく、また、熱交換対象である
流動体が所望の温度に到達するまで冷却するだけでもよ
い。さらに、本発明の熱交換方法では、熱交換対象であ
る流動体が所望の温度に到達するまで加熱する加熱工程
と、熱交換対象である流動体が所望の温度に到達するま
で冷却する冷却工程とを、それぞれ１工程以上交互に組
み合わせることができる。例えば、熱交換対象である流
動体が所望の温度に到達するまで加熱し、引き続き前記
流動体が所望の温度に到達するまで冷却することができ
る。

【０００９】また、本発明の熱交換方法では、前記滞留
部に存在する流動体の熱交換を行う際に、前記滞留部に
存在する流動体を撹拌して流動体の温度分布を均一化す
ることができる。さらに、本発明の熱交換方法では、前
記滞留部から流出した流出流動体が前記滞留部に戻る循
環流路（好ましくは循環管路）を通過する流出流動体の
熱交換を行うことができる。好ましくは、前記循環流路
（好ましくは循環管路）を連続的に通過する流出流動体
流を連続的に熱交換する。

【００１０】伝熱流路は、加熱又は冷却され且つ邪魔板
が配設された流路である。伝熱流路には邪魔板が配設さ
れているので、伝熱流路を通過した流出流動体は、温度
が均一であり、加熱又は冷却の温度むらがないか極めて
小さい。

【００１１】熱交換対象である流動体は、好ましくは、
ポンプにより流動可能なものであり、単一の成分のみを
含有するものでもよく、また複数の成分を含有するもの
でもよい。流動体が複数の成分を含有する場合には、流
動体が流動性を示す範囲（例えば、量、寸法等）で、他
の液状成分に溶解しない成分を含有することができる。

【００１２】［熱交換装置］滞留部は、熱交換対象であ
る流動体を滞留させる部分であり、前記流動体を撹拌す
る撹拌手段、前記流動体を加熱する加熱手段、前記流動
体を冷却する冷却手段のうちの１以上を設けることがで
きる。

【００１３】第１の熱交換手段は、前記滞留部から流出
した流出流動体の熱交換を行う手段である。第１の熱交
換手段として、前記流出流動体を加熱する加熱手段、前
記流出流動体を冷却する冷却手段のうちの１以上を設け
ることができる。

【００１４】帰還手段は、第１の熱交換手段で熱交換し
た流出流動体を滞留部に帰還させる手段である。帰還手
段としては、例えば、第１の熱交換手段と滞留部とを連
通する流路（好ましくは管路）にすることができ、前記
流路（好ましくは管路）には流出流動体を移送する移送
手段（例えば、ポンプ）を設けることができる。

【００１５】本発明の熱交換装置は、流路両端が前記滞
留部に連通し前記滞留部から流出した流出流動体が前記
滞留部に戻る循環流路（好ましくは、循環管路）を有す
ることができる。前記循環管路には、流出流動体を前記
滞留部に戻すための移送手段（例えば、ポンプ）を設け
ることができる。

【００１６】第１の熱交換手段における伝熱流路は、加
熱又は冷却され且つ邪魔板（好ましくはスタティックミ
キサエレメント、典型的には捻り羽根形状のスタティッ
クミキサエレメント）が配設された流路（好ましくは管
路）である。第１の熱交換手段は、好ましくは、前記循
環流路（好ましくは循環管路）の一部を構成する循環流
路部分（好ましくは循環管路部分）に邪魔板（好ましく
はスタティックミキサエレメント、典型的には捻り羽根
形状のスタティックミキサエレメント）を配設した静的
混合部（好ましくはスタティックミキサ）と、前記静的
混合部を加熱又は冷却する加熱又は冷却手段を有するも
のにすることができる。前記加熱又は冷却手段は、供給
する熱媒体の変更により加熱手段にも冷却手段にもなる
ものにすることができる。また、第１の熱交換手段は、
前記静的混合部を加熱する加熱手段と、前記静的混合部
を冷却する冷却手段の双方を別々に有することができ
る。

【００１７】第１の熱交換手段は、前記循環流路（好ま
しくは循環管路）を通過する前記流動体の熱交換を行う
手段にすることができる。また、本発明の熱交換装置に
おける第１の熱交換手段の部分は、固定されたものでか
まわないが、可搬性を有する台車（例えば、キャスター
付きの台車）等に載置することができる。このようにす
る場合には、バッチ式生産方式で用いられている既存の
ニーダーに管路を介して連通させることにより、簡単に
本発明の熱交換装置にすることができると共に、分解洗
浄等の装置の維持管理を簡単に行うことができる。

【００１８】

【実施例】本発明の一実施例の熱交換装置を図１に基づ
いて説明する。図１は、本発明の一実施例の熱交換装置
を説明するための概略図である。

【００１９】本実施例の熱交換装置は、熱交換対象であ
る流動体を滞留させる滞留部としてのニーダー１と、ニ
ーダー１の滞留部（内部空間部）に両端部が連通しニー
ダー１から流出した流出流動体がニーダー１に戻る循環
流路（循環管路）と、前記循環流路の途中に設けられ前
記循環流路を通過する流出流動体を撹拌し加熱又は冷却
する熱交換手段である熱交換部２を有する。

【００２０】ニーダー１は、モータの回転軸を中心とし
て回転する羽根を備えた撹拌機１ａを具備する。また、
ニーダー１の外周部には、スチームと冷却水を切り替え
て流すことができる熱交換ジャケット（図示せず）が設
けられているので、ニーダー１に存在する流動体を加熱
又は冷却することができる。ニーダー１における流動体
は、撹拌機１ａにより撹拌される。

【００２１】前記循環管路は、ニーダー１の滞留部から
流出した流出流動体が熱交換部２に流入するための管路
Ｐ１と、熱交換部２から流出した熱交換後の流出流動体
がニーダー１の滞留部に帰還するための管路Ｐ２を有す
る。ニーダー１から管路Ｐ１に流出した流出流動体は、
ポンプ３により熱交換部２の方向に移送され管路Ｐ２を
経て、ニーダー１に流入する。流動体の上記循環は、温
度指示記録計６により指示される温度（熱交換部２で熱
交換された流出流動体の温度）が目的の温度に到達し安
定化するまで行うことができる。本実施例の熱交換装置
は、より詳細には、次のとおりである。

【００２２】管路Ｐ１には、上流側（ニーダー１側）か
ら順にポンプ３及び圧力計４を設けている。ポンプ３
は、ニーダー１から流出した流出流動体を管路Ｐ１、Ｐ
２を経て再びニーダー１に流入させるための循環ポンプ
である。このような循環ポンプとしては、例えばモーノ
ポンプを用いることができるが、ロータリーポンプ、サ
インポンプ等を用いることもできる。

【００２３】ポンプ３は、電源スイッチを備え、交流２
００Ｖ電源に接続する。弁Ｂ１、Ｂ２は、それぞれ、ニ
ーダー１から流出した流出流動体が管路Ｐ１、Ｐ２を経
て再びニーダー１に流入するように、調節している。管
路Ｐ２には、管路Ｐ２を流れる流動体の温度を測定する
温度測定装置５が設けられている。温度測定装置５は、
温度測定装置５により測定された温度データを指示し記
録する温度指示記録計６と電気的に接続する。温度指示
記録計６は、交流１００Ｖ電源に接続する。

【００２４】熱交換部２についてより詳細に説明する
と、次の通りである。熱交換部２は、複数の略円柱状の
スタティックミキサ２ａが略円筒状の外管２ｂの内部空
間に略平行に配設されたものである。スタティックミキ
サ２ａは、前記循環流路に連通し前記循環流路の一部を
構成する略円筒状の内管と、前記内管の内部空間に配設
された捻り羽根エレメント（スタティックミキサエレメ
ント）を有する。外管２ｂの両端部には、それぞれ、貫
通孔を有する仕切板を介して分流室２ｃ及び合流室２ｄ
が設けられている。分流室２ｃは管路Ｐ１に連通し、合
流室２ｄは管路Ｐ２に連通する。

【００２５】複数のスタティックミキサ２ａの各内管の
分流室２ｃ側の開口端部は、内管の内部空間が分流室２
ｃの内部空間に連通するように、分流室２ｃ側の仕切板
の貫通孔にはめ込まれ液密に接合されている。また、複
数のスタティックミキサ２ａの各内管の合流室２ｄ側の
開口端部は、内管の内部空間が合流室２ｄの内部空間に
連通するように、合流室２ｄ側の仕切板の貫通孔にはめ
込まれ液密に接合されている。管路Ｐ１から分流室２ｃ
に流入した流動体は、分流室２ｃで複数のスタティック
ミキサ２ａの各内管に分散して流入し各内管を通過する
ことにより捻り羽根エレメント（スタティックミキサエ
レメント）で撹拌され、前記各内管を通過した流動体
は、合流室２ｄで合流し、合流室２ｄから管路Ｐ２に流
出する。

【００２６】外管２ｂは、熱媒体を流通させる熱媒体流
通管である。スタティックミキサ２ａの内管の外周面と
外管２ｂの内周面で仕切られた空間部には、熱媒体を流
しているので、熱交換対象である流動体は、前記内管の
管内を通過する際に加熱又は冷却される。より詳細に
は、次のとおりである。

【００２７】外管２ｂの端部には、それぞれ、熱媒体の
流入口２ｅと、熱媒体の流出口２ｆを設けている。熱媒
体の流入口２ｅは、外管２ｂの内周面と前記内管の外周
面で仕切られる熱媒体流路に、前記流動体を加熱又は冷
却するための熱媒体を流入させるための開口である。熱
媒体の流出口２ｆは、熱媒体の流入口２ｅから前記熱媒
体流路に流入した熱媒体を外管２ｂの外部に流出させる
ための開口である。

【００２８】熱媒体の流入口２ｅに冷却水が流入すると
共に熱媒体の流出口２ｆから流出した冷却水が冷却水排
出管８ａを通過するように、又は、熱媒体の流入口２ｅ
にスチームが流入すると共に熱媒体の流出口２ｆから流
出したスチームないしドレン（スチームの凝集物）がド
レン排出管８ｂを通過するように、弁Ｂ３〜Ｂ８を適宜
調節する。

【００２９】冷却水供給管７ａは、冷却水供給源（図示
せず）に連通し冷却水を供給する。スチーム供給管７ｂ
は、スチーム供給源（図示せず）に連通しスチームを供
給する。スチーム供給管７ｂには、上流側から弁Ｂ４、
ドレンを排出するための分岐管路に連通し弁を備える分
岐部７ｃ、スチームの圧力を測定するための第１の圧力
計ＳＰ１、圧力計を具備する弁Ｂ５、スチームの圧力を
測定するための第２の圧力計ＳＰ２、及び弁Ｂ６が設け
られている。前記分岐管路には、温度計Ｔ１が設けられ
ている。冷却水排出管８ａは、熱媒体の流出口２ｆから
流出した冷却水を排出する冷却水排出管であり、弁Ｂ７
が設けられている。ドレン排出管８ｂは、熱媒体の流出
口２ｆから流出したスチームないしドレンを排出するド
レン排出管であり、温度計Ｔ２が設けられている。

【００３０】本実施例の熱交換装置では、上述のよう
に、冷却水とスチームを切り替えて熱交換することがで
きる構成にしているが、冷却水供給管７ａと冷却水排出
管８ａを設けて冷却するだけの構成にしてもよく、ま
た、スチーム供給管７ｂとドレン排出管８ｂを設けて加
熱するだけの構成にしてもよい。

【００３１】上述の本実施例の熱交換装置のように、冷
却水とスチームを切り替えて熱交換することができる構
成にした場合には、流動体を加熱し一定の温度に到達さ
せた後に急速に冷却する時でも短時間で行うことができ
る。従って、食料品の原料を急速に加熱して調理し、調
理後に急速に冷却することができるので、このような用
途に特に有用である。即ち、調理した食料品を工業的規
模で大量生産する場合には、余熱により味が変化してし
まうが、上述の本実施例の熱交換装置によれば、加熱調
理後に急速に冷却することができるので、余熱による味
の変化を防止することができる。

【００３２】本実施例の熱交換装置によれば、熱交換の
際の加熱・冷却時間を従来の１／２程度にまで短縮する
ことできる。また、熱交換の処理量を著しく増加させる
ことができる。例えば、食料品の工業的な製造（調理）
に用いた場合、生産量を２倍程度にまですることが可能
となる。また、熱交換の処理時間の削減により熱交換対
象の品質の劣化を防ぎ、品質を向上させることができ
る。また、熱交換の処理時間の削減によりエネルギー消
費量を２０％程度まで削減することができる。さらに、
食料品の工業的な製造（調理）に用いた場合、熱変質を
防ぐことが可能になるので、試験研究所で試作した品質
（味覚）のものを、遅滞なく得ることができる。

【００３３】本実施例の熱交換装置は、流動性を有する
食料品の製造における加熱工程又は冷却工程に好適に使
用することができる。例えば、マヨネーズ、味噌をベー
スにした調味料、焼き肉のたれの製造における加熱又は
冷却工程に好適に使用することができる。また、各種冷
凍食品用の冷凍前の材料（例えば、クリームコロッケな
ど澱粉を含み粘度が高いもの）の冷却工程に好適に使用
することができる。

【００３４】本実施例の熱交換装置によれば、多品種で
少量生産の場合でも再現性良く熱交換することができ、
販売が伸び多量になったりする場合等のような生産変動
に対しても、柔軟に対応して生産量を増やすことができ
る。

【００３５】本実施例の熱交換装置では、ニーダー１か
ら流出した流出流動体は、管路Ｐ１、Ｐ２を経て再びニ
ーダー１に流入するようにインラインで流出流動体を循
環させているので、流出流動体は外気との接触が無く衛
生的であり、二次汚染、異物混入の心配がなく、常に安
定した品質の熱交換体を得ることができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明の熱交換方法は、熱交換対象であ
る流動体が滞留する滞留部における流動体が所望の温度
になるまで、前記滞留部から流出させた流出流動体の熱
交換を行い、熱交換した流出流動体を前記滞留部の流動
体と合流させる熱交換方法であって、前記流出流動体の
熱交換は、加熱又は冷却され且つ邪魔板が配設された伝
熱流路に前記流出流動体を通過させて行うので、伝熱効
率が高く、熱交換対象である流動体を所望の温度にする
までに要する加熱又は冷却時間が短い。従って、流動体
を加熱する場合でも、目的とする温度に原料全体が加熱
されるまでの時間が短いので、過剰な加熱による品質劣
化を防止することができる。

【００３７】また、本発明の熱交換装置は、熱交換対象
である流動体を滞留させる滞留部と、前記滞留部から流
出した流出流動体の熱交換を行う第１の熱交換手段と、
前記第１の熱交換手段で熱交換した流出流動体を前記滞
留部に帰還させる帰還手段を有し、前記第１の熱交換手
段は、加熱又は冷却され且つ邪魔板が配設された伝熱流
路を有するので、伝熱効率が高く、熱交換対象である流
動体を所望の温度にするまでに要する加熱又は冷却時間
が短い。従って、流動体を加熱する場合でも、目的とす
る温度に原料全体が加熱されるまでの時間が短いので、
過剰な加熱による品質劣化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例の熱交換装置を説明
するための概略図である。

フロントページの続き (72)発明者山田隆弘愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号株式会社ノリタケカンパニーリミテド内 (72)発明者杉山大輔愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号株式会社ノリタケカンパニーリミテド内Ｆターム(参考） 3L065 EA20 3L103 AA37 AA50 BB35 CC02 CC35 DD08 DD42 4B035 LE02 LE03 LP01 LP43 LT01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱交換対象である流動体が滞留する滞留部
における流動体が所望の温度になるまで、前記滞留部か
ら流出させた流出流動体の熱交換を行い、熱交換した流
出流動体を前記滞留部の流動体と合流させる熱交換方法
であって、前記流出流動体の熱交換は、加熱又は冷却され且つ邪魔
板が配設された伝熱流路に前記流出流動体を通過させて
行うことを特徴とする熱交換方法。
【請求項２】前記流出流動体の熱交換を行うと共に、前
記滞留部に存在する流動体の熱交換を行うことを特徴と
する請求項１に記載の熱交換方法。
【請求項３】熱交換対象である流動体を滞留させる滞留
部と、前記滞留部から流出した流出流動体の熱交換を行う第１
の熱交換手段と、前記第１の熱交換手段で熱交換した流出流動体を前記滞
留部に帰還させる帰還手段を有し、前記第１の熱交換手段は、加熱又は冷却され且つ邪魔板
が配設された伝熱流路を有することを特徴とする熱交換
装置。
【請求項４】前記第１の熱交換手段は、前記伝熱流路が
並列に接続する伝熱流路並列接続部を有することを特徴
とする請求項３に記載の熱交換装置。
【請求項５】前記滞留部は、前記滞留部に存在する流動
体の熱交換を行う第２の熱交換手段を備えることを特徴
とする請求項３〜４のいずれか一に記載の熱交換装置。
【請求項６】ニーダーと、前記ニーダーに両端部が連通
し前記ニーダーから流出した流出流動体が前記ニーダー
に戻る循環管路と、前記循環管路を通過する流出流動体
の熱交換を行う熱交換部を有し、前記熱交換部は、前記循環管路の一部を構成するスタテ
ィックミキサと、熱媒体を流通させる熱媒体流通管を有
し、前記スタティックミキサは、前記熱媒体流通管の管
内に設けられていることを特徴とする熱交換装置。