JP2005098553A

JP2005098553A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2005098553A
Application number: JP2003330385A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Ito; 晋一郎伊藤; Masahiko Horie; 雅彦堀江; Yasutsugu Ito; 泰嗣伊藤; Ryozo Imanishi; 良造今西; Masahiko Nomura; 昌彦野村
Original assignee: Noritake Co Ltd; Kubota Corp
Current assignee: Noritake Co Ltd; Kubota Corp
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2005-04-14

Abstract

【課題】
スチーム等の熱媒を使用せずに電磁気の供給のみで流体、特に澱粉懸濁液等の高粘性又は難均一加熱（熱交換）性の流体を、当該流体において局部加熱されることをなくすか又は極めて高い確率で抑止して、その全体において均一に加熱することができ、流体への熱伝導性が高められた熱交換器及び熱交換（加熱）方法等を提供する。
【解決手段】
高周波電流発生手段に接続可能な磁束発生用のワークコイルと、
流体を通すための流路を有し、前記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、当該流路を通る流体と熱交換をする管状ハウジングと、
前記管状ハウジング内に配設され、前記流路を通る流体を撹拌する撹拌用エレメントと
を備える熱交換器を使用する。
また、流体を、当該流体において局部加熱されることをなくすか又は極めて高い確率で抑止して、その全体において均一に加熱するための加熱方法等も提供することができる。
【選択図】
なし

Description

本発明は、電磁誘導加熱を利用した、流体、特に高粘性流体（例えば、澱粉懸濁液等）と熱交換をしてこれを加熱するための熱交換器（ＩＨ式熱交換器）等に関する。

本発明により、流体への熱伝導性が高められた熱交換器を提供することができる。特に、熱交換（加熱）すべき流体として、温度に敏感で加熱により局部増粘を生じて高粘性流体となるもの、即ち、難均一加熱性の流体、例えば、澱粉懸濁液を選択した場合であっても、電磁気のみの供給により、容易に加熱することができ、しかもこのような流体が局部加熱されることをなくすか又は極めて高い確率で抑止して、その全体を均一に加熱することができる。

流体を加熱するための熱交換の代表的な方式として、熱媒としてスチームを使用するボイラー方式がある。しかしながら、ボイラー方式の場合には熱媒や燃料の循環設備等の設置を必要とするために装置の設置面積が大きくなる、負荷変動に対する追随性が悪い、ドレンの滞留やスチーム圧の変動により原料温度が安定しない、スチームを使用するため熱交換器が圧力容器になり易い等の問題があった。

一方、これまでにスチーム等の熱媒を使用せずに電磁気等の供給のみで流体を加熱する熱交換器について、多くの提案がされている（例えば、特許文献１、２及び３等参照。）。

特開平9-75948号公報特開平8-94176号公報特開平5-129070号公報

例えば、流体を殺菌温度まで加熱する電磁誘導加熱装置を提供できるという報告がある（特許文献１参照。）。しかしながら、報告されている電磁誘導加熱装置においては、スチーム等の熱媒を使用して流体を加熱する熱交換器において認められる問題点である、燃料等の循環設備等の設置を必要とするために装置の設置面積が大きくなる、負荷変動に対する追随性が悪い、ドレンの滞留やスチーム圧の変動により温度が安定しない、スチームを使用するため熱交換器が圧力容器になり易い等は改善されているものの、流体、特に高粘性流体（特に、澱粉懸濁液）への熱伝達性（熱伝導性）は不十分である。このため、流体の温度の上昇において、その立ち上がりが悪く、また、その温度は不均一になり易いという問題があった。また、このように熱伝達性が不十分である場合には、電磁誘導で加熱されるハウジングの温度は必要以上に高くなり、流体において局部加熱による焦げが発生する等の問題もあった。更に、熱交換器の内部に撹拌用のエレメントを設けて流体への熱伝導性を高めると共に、流体、特に澱粉懸濁液等の高粘性又は難均一加熱性の流体を、当該流体において局部的に加熱（局部加熱）されることをなくすか又は極めて高い確率で抑止して、その全体において均一に加熱することに好適な熱交換器についての記載は無い。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、スチーム等の熱媒を使用せずに電磁気の供給のみで流体、特に澱粉懸濁液等の高粘性又は難均一加熱（熱交換）性の流体を、当該流体において局部加熱されることをなくすか又は極めて高い確率で抑止して、その全体において均一に加熱することができ、流体への熱伝導性が高められた熱交換器及び熱交換（加熱）方法等を提供することにある。

本発明によれば、特定の構成の熱交換器を用いることにより、流体、特に澱粉懸濁液等の高粘性又は難均一加熱性の流体の均一加熱が達成される。この熱交換器は、高周波電流発生手段に接続可能な磁束発生用のワークコイルと、流体を通すための流路を有し、前記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、当該流路を通る流体と熱交換をする管状ハウジングとを備える。更に、前記管状ハウジング内（詳しくはその流路）に、前記流路を通る流体を撹拌する撹拌用エレメントを備える（配設する）。即ち、ワークコイルに高周波電流発生手段により高周波電流を供給すると、前記管状ハウジングは、前記ワークコイルによる電磁誘導により加熱され、即ち前記ワークコイルから発生した磁束を受けて発熱し、これと前記管状ハウジング内に配設された撹拌用エレメントとの相互作用により、特に電磁誘導により加熱された管状ハウジングの温度が下がるため、流体における局部加熱がないか又は極めて高い確率で抑止される（減少する）、即ち流体の均一加熱が達成される。また、前記ワークコイルを前記管状ハウジングに、その内面と前記管状ハウジングの外面とが所定の間隔をとるように前記スペーサ等の支持部材を介して配したときには、前記ワークコイルが、電磁誘導により加熱された管状ハウジングからの伝熱により耐熱温度以上になることを、断熱材を取り付けることなしで、抑止することができる。前記撹拌用エレメントとして、前記管状ハウジングの内部の軸方向に順次配されている、管軸を中心として所定角度捩じられた複数のバッフル板であって、その軸方向端部が隣接したバッフル板の端部と互いに交叉して配されているバッフル板とからなる撹拌用エレメントを選択した場合には、加熱すべき流体が十分に混合されるため適当な温度で均一に加熱することが容易となる。尚、印加する高周波電流を制御すると共に、前記流体の流量を制御することにより、前記管状ハウジングの温度を一定に保ちつつ、加熱すべき流体の所定の（適当な）温度までの均一加熱が達成される。また、流体として澱粉懸濁液等の高粘性又は難均一加熱性の流体を選択した場合であっても、当該流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止して、これと効率よく熱交換を行うことができる。

即ち、本発明の第一の視点において、高周波電流発生手段に接続可能な磁束発生用のワークコイルと、
流体を通すための流路を有し、前記ワークコイルによる電磁誘導加熱可能な材料からなり、当該流路を通る流体と熱交換をする管状ハウジングと、
前記管状ハウジング内に配設され、前記流路を通る流体を撹拌する撹拌用エレメントと
を備えることに特徴を有する熱交換器（以下、「本発明の熱交換器」とも称する。）を提供することができる。

また、本発明の熱交換器では、前記撹拌用エレメントを、前記管状ハウジングの軸方向に順次配されている、管軸を中心として所定角度捩じられた複数のバッフル板であって、その軸方向端部が隣接したバッフル板の端部と互いに交叉して配されているバッフル板からなるものにすることができる。

更に、本発明の熱交換器では、更に、前記管状ハウジングの外面に対し前記ワークコイルを所定間隔に保持するように配された支持部材を備えさせることができる。

本発明の熱交換器では、前記ワークコイルを、その内面と前記管状ハウジングの外面とが所定の間隔をとるように、配することができる。尚、前記所定の間隔は、管状ハウジングに対する所定の温度での効率的誘導加熱を与えるべく最適な間隔であるが、好ましくは長くとも２ｍｍである。

本発明の熱交換器では、更に、印加する高周波電流を制御することができる手段と、前記流体の流量を制御する手段とを備えさせて、前記流体を所定の温度に均一加熱するよう制御することができる。このことにより、前記管状ハウジング内の管壁（壁面）を所定の温度に保ちつつ、加熱すべき流体を所定の温度まで加熱することができるので、流体を過剰に加熱することがなく、また、流体における局部加熱がないか又は極めて高い確率で抑止される。その結果、流体を適当な温度に均一に加熱することができる。

本発明の熱交換器は、高粘性流体（例えば、澱粉懸濁液等）用の熱交換器として好適であり、このような流体が選択される場合であっても、当該流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止して、これと効率よく熱交換を行うことができる。

本発明の第二の視点において、管状ハウジングに、内面と当該管状ハウジングの外面とが所定の間隔をとるように支持部材を介して配された磁束発生用のワークコイルによる電磁誘導によって管状ハウジングを加熱すること、及び
前記ワークコイルによる電磁誘導で加熱された前記管状ハウジングから、前記管状ハウジングの温度を下げると共に、前記流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止すべく管状ハウジング内に配設した撹拌用エレメントにより流体を撹拌流動させて熱交換させることにより、前記流体を均一に加熱すること
を含むことに特徴を有する流体の加熱方法（以下、「本発明の加熱方法」とも称する。）を提供することができる。

また、本発明の加熱方法では、前記所定の間隔を、長くとも２ｍｍとすることができる。

更に、本発明の加熱方法では、前記流体が、高粘性流体（例えば、澱粉懸濁液等）である場合であっても、当該流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止して、これと効率よく熱交換を行うことができる。

尚、本発明の加熱方法によれば、印加する高周波電流を制御することにより前記管状ハウジング内の管壁（壁面）の温度を制御しつつ、前記管状ハウジング内に供給される前記流体の流量を制御して、前記管状ハウジングの温度を一定に保ちつつ、流体を、局部加熱することをなくすか又は極めて高い確率で抑止して、所定の温度に均一加熱するよう制御することができるので、加熱すべき流体を焦がす等の悪い影響を与えることが無い。

本発明により、流体への熱伝導性が高められた熱交換器を提供する。この熱交換器（本発明の熱交換器）は、流体、特に澱粉懸濁液等の高粘性又は難均一加熱性の流体を、当該流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止して、その全体において均一に加熱することができる。尚、この熱交換器では、電気の供給のみで加熱すべき流体を加熱することができ、スチーム等の供給設備が不要である。また、流体、特に澱粉懸濁液等の高粘性又は難均一加熱性の流体を、当該流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止して、その全体において均一に加熱する流体の加熱方法を提供することができる。

更に、前記熱交換器を使用して、全体を均一に加熱された流体、例えば、全体を均一にα化された澱粉懸濁液を、連続的に、容易かつ簡便に製造することができる。従って、本発明は、特に食品分野等において、工業的に極めて有用である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて詳細に説明する。
本発明には、管状ハウジングの内部の流路を通る流体、好ましくは澱粉懸濁液等の高粘性流体を加熱するための熱交換器、及び当該流体（好ましくは澱粉懸濁液等の高粘性流体）を加熱する方法等が含まれる。尚、本発明の熱交換器を中心に図１〜図５を用いて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

（本発明の熱交換器）
本発明の熱交換器では、流体（加熱すべき流体）を、必要以上の温度で（過剰に）加熱する、焦がす等の悪い影響を与えることなく、当該流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止して、適当な温度でしかも均一に加熱することができる。特に、澱粉懸濁液等の高粘性流体を所定の温度になるまで均一に加熱することができる。即ち澱粉懸濁液等の高粘性流体加熱用の熱交換器として極めて優れている。

本発明の一つの実施形態に係る熱交換器として、例えば、図１及び図２を参照すると、管状ハウジング２及び７の内部には、撹拌用エレメント１及び６が配設されている。また、前記管状ハウジング２及び７の外面に対し磁束発生用のワークコイル４及び１０を所定間隔に保持するように支持部材３及び８が配されている。更に、前記ワークコイル４及び１０は、前記管状ハウジング２及び７と同形状（円筒形状）をなし、前記ワークコイル４及び１０の内面（内周面）と、前記管状ハウジング２及び７の外面（外周面）とが所定の間隔をとるように、即ち断熱空気層９を構成するように、前記管状ハウジング２及び７に、支持部材３及び８を介して巻回されて配されている。尚、前記管状ハウジング２の端部には、この端部と嵌合するようにフランジ５が配設されている。また、図１及び図２においては図示されていないが、前記ワークコイル４及び１０は高周波電流発生手段と接続されている。

ここで、撹拌用エレメントとは、管状ハウジングの内部（詳しくはその流路）に配設されるミキシングエレメント（混合素子）であり、管状ハウジング内において流体を撹拌流動させる、詳しくは流体の流れを分割し、それぞれを異なる方向に誘導することにより管断面における流体の相対的な位置関係を変えて、即ち管状ハウジングの管壁及びエレメントとの流体の接触流れの増大による旋回流によって、混合を促進させる構造を有するものをいう。

本発明の一つの実施形態に係る熱交換器として、例えば、図３を参照すると、高周波電流発生手段１５により印加される高周波電流を受けてワークコイル１２から磁束（磁界）１７が発生し、この磁束１７に直交するように被加熱物である管状ハウジングにおいて渦電流が発生する。更に、この渦電流と管状ハウジング１１（詳しくはその材質）の電気抵抗によりジュール熱が発生する。このとき、この渦電流は前記管状ハウジング１１の表面に近いほど大きく、その内部にゆくにつれて指数関数的に小さくなる（表皮効果）ので、実質的に前記管状ハウジング１１の表面のみが加熱される（発熱する）こととなる。

本発明において使用する管状ハウジングについて、その形状及び大きさは、加熱（熱交換）すべき流体の種類や量、熱交換器としての規模に応じて適宜選択すればよく、特に限定されない。

前記管状ハウジングの材質については、電磁誘導で加熱可能な材料、即ち高周波電流の印加等の電磁気的な方法で発熱させた場合に、電磁気の印加時に発熱する発熱体として使用される材料であればよく、特に制限は無い。具体的には、例えば、SUS430等の磁性を示すステンレス鋼等を使用することができる。尚、SUS304、SUS316等の、溶体加熱処理状態では非磁性であるが、冷間加工によってマルテンサイト組織になると磁性を示すようになるステンレス鋼のように、通常は非磁性であっても加工することにより磁性を示す材料を使用することもできる。

前記流路の形状及び大きさについては、特に制限は無く、加熱（熱交換）すべき流体の種類や量、熱交換器としての規模等に応じて適宜選択される。

本発明において、前記フランジを、前記管状ハウジングの両端部、又は前記管状ハウジングの一方の端部のみに、この端部と嵌合するように配設することができる。即ち、前記フランジについては、前記管状ハウジングの両端部、又は前記管状ハウジングの一方の端部のみに、この端部と嵌合するように配設することができるものであればよく、特に制限は無い。

従って、前記フランジの形状及び大きさについても特に制限は無く、配設される管状ハウジングの形状及び大きさに応じて適宜選択すればよい。

また、前記フランジには、前記管状ハウジングの一方又は両方の端部と嵌合するように開口部が設けられている。前記開口部の形状及び大きさについては、前記管状ハウジングの形状及び大きさに応じて適宜選択される。

本発明において使用する撹拌用エレメントについては、前記記載の如く、流体の流れを分割し、それぞれを異なる方向に誘導することによって、管断面における流体の相対的な位置関係を変えて、混合を促進させる構造を有するものであればよく、例えば、静止型の管路撹拌装置（スタテイックミキサー）の管内に装置される可動部分のないミキシングエレメントを使用することができる。具体的には、例えば、板状体をその長手方向の中心軸を中心として捩じって得られる捩じり羽根を有する螺旋状のエレメント、板状体を所定角度捩じった形の部材（バッフル板）を、一又は複数連結した構造を有するエレメント等を使用することができる。特に、本発明においては、特公平１−３１９２８号公報において記載されているエレメントが好適に使用される。本発明の一つの実施形態に係る熱交換器において使用する撹拌用エレメントとして、例えば、図４を参照すると、管状ハウジング２０の内部において、当該管状ハウジング２０の内部の軸方向に順次配されている、管軸を中心として所定角度捩じられた複数のバッフル板であって、その軸方向端部が隣接したバッフル板の端部と互いに交叉して配されているバッフル板からなっているもの（特公平１−３１９２８号公報において記載されているミキシングエレメント）が配設されている。

前記撹拌用エレメントは前記記載の如く電磁誘導で加熱される必要が無い。従って、その材質については特に制限は無く、電磁誘導で加熱可能な材料であっても、そうでなくてもよい。例えば、SUS304、SUS316、SUS430等の材料や、セラミック、樹脂等の非磁性材料を選択することができる。

本発明において、前記支持部材の形態については特に制限は無く、例えば、スペーサ、ピン等が選択される。

また、前記支持部材の材質として、前記管状ハウジングの熱がワークコイルに伝達しないよう、熱伝導率の低い材料、例えば、セラミック、耐熱樹脂等を選択することができる。

更に、前記支持部材の形状及び大きさについては、後記の如く前記ワークコイルの内面と、前記管状ハウジングの外周とが所定の間隔をとることができるように、即ち前記ワークコイルの内面と、前記管状ハウジングの外周との間に断熱空気層が構成されるように選択される。尚、前記所定の間隔については前記管状ハウジングに対する所定の温度での効率的誘導加熱を与えるべく最適な間隔であればよいが、好ましくは長くとも２ｍｍが選択される。このように所定の距離をとることにより前記ワークコイルが、電磁誘導により加熱された管状ハウジングの伝熱により耐熱温度以上になることを抑止することができる。また、前記ワークコイルの内面と、前記管状ハウジングの外周との間には、断熱空気層を設ける（構成する）、即ち従来のセラミック繊維等の断熱材を設けずに、空気層を断熱材として設けるので、選択される断熱材に応じてワークコイルの巻き方や巻数を選択して配しなければならない、ワークコイルの巻き方や巻数の違いにより装置に性能差が生ずる等の問題を解消することができる。

尚、前記支持部材については、その形態に応じて適当な位置に、複数配設される。例えば、前記支持部材としてピンを選択する場合には、前記管状ハウジングの軸方向に向かって、外周上の適当な位置に複数配設される。

前記支持部材の固定方法については特に制限は無く、一般的な固定方法が選択される。例えば、溶接等により固定する方法や、前記ワークコイルにおいてその端子部以外を樹脂に埋め込み（樹脂モールドとして）、この樹脂に嵌め込むことにより固定する方法等によって固定することができる。

前記撹拌用エレメントの固定方法については特に制限は無い。例えば、前記管状ハウジングに前記撹拌用エレメントを溶接等により固定する方法、前記管状ハウジングの外周上の適当な位置に設けた係止部と前記撹拌用エレメントの適当な位置に設けた係止部とを所定のリングにより抱持して固定する方法等の一般的な固定方法が選択される。

前記断熱空気層においては、空気の流れを作り出すことが好ましい。この方法としては、冷却ファン等を使用して空気の流れを作り出す方法等が選択される。

本発明において、前記ワークコイルの材質については、高周波電流を受けて磁束（磁界）を発生する、銅やその合金等の導体として使用可能な材料であれば特に制限無く使用することができる。

前記ワークコイルの太さについては、特に制限は無い。また、その長さについても特に制限は無く、前記管状ハウジングの形状や大きさ等に応じて適宜選択される。

本発明において、前記ワークコイルについては、前記管状ハウジングに、その内面と、前記管状ハウジングの外周とが所定の間隔をとるように配する。このとき、前記ワークコイルは、前記管状ハウジングの形状に合わせて、巻回して配することができるが、前記ワークコイルが磁束を発生したときに、この磁束に直交して渦電流が前記管状ハウジング（詳しくはその表面）において発生するように、前記ワ−クコイルを適当な形状に形成して配していればよい。例えば、前記管状ハウジングの形状に合わせて、これと同形状をなすように、例えば、管状ハウジングが円筒形状である場合には円筒形状（ソレノイド状）をなすように巻回して配することができ、また、予め適当な形状に形成した一又は複数のワークコイルを前記管状ハウジングの形状に対応させて配することもできる。尚、前記記載の如く、前記支持部材を介して、当該ワークコイルの内面と、前記管状ハウジングの外周とが所定の間隔をとるように配される。前記所定の間隔については前記管状ハウジングに対する所定の温度での効率的誘導加熱を与えるべく最適な間隔であればよいが、好ましくは長くとも２ｍｍが選択される。

前記ワークコイルとしては、この端子部以外を樹脂に埋め込んだもの（樹脂モールド）を使用することができる。このようにすることで前記ワークコイルの巻数を一定にすることができる。尚、前記樹脂としては、熱硬化性樹脂に無機充填材を加えたもの等の絶縁樹脂が選択される。

本発明の熱交換器には、前記管状ハウジングの温度を一定に保ち、前記流体が局部加熱されることをなくすか又は極めて高い確率で抑止するために、更に、印加する高周波電流を制御する手段や、前記流体の流量を制御する手段、例えば、流体を定量移送するための手段（流体移送手段）等を備えさせることにより、流体を過剰に加熱することなく適当な温度に均一に加熱することができる。

本発明の一つの実施形態に係る熱交換器として、例えば、図５を参照すると、管状ハウジング２４には、ワークコイル２６が、前記管状ハウジング２４と同形状（円筒形状）をなし、前記ワークコイル２６の内面（内周面）と、前記管状ハウジング２４の外面（外周面）とが所定の間隔をとるように、即ち断熱空気層を構成するように、支持部材（図示せず）を介して巻回されている。また、前記ワークコイル２６は、配線２７により高周波電流発生手段２８と接続されている。この高周波電流発生手段２８から発生する高周波電流が、前記ワークコイル２６に作用して（印加されて）磁束を発生させる。この磁束を受けて、前記管状ハウジング２４は発熱することとなる。即ち前記ワークコイル２６による電磁誘導で加熱される。更に、前記管状ハウジング２４の内部の流路には、撹拌用エレメント２９が配設されている。一方、流体の貯留槽（流体を貯えたタンク）（図示せず）から流体が導出されるべく前記流体の貯留槽と前記管状ハウジング２４とが配管を介して接続され、前記管状ハウジング２４の内部の流路と配管とは連通している。また、前記流体の貯留槽と前記管状ハウジング２４とを接続する配管には、前記管状ハウジング２４の内部に前記流体を定量移送するための手段（流体移送手段）３０が配設されている。この流体移送手段３０により流体が所定の流量で、前記管状ハウジング２４の内部に移送され、前記管状ハウジング２４の内部の流路を通過する。このとき、前記流体は、前記ワークコイル２６から発せられる磁束により発熱している前記管状ハウジング２４の内壁（壁面）に接触することで、前記流体がこれらと熱交換する、即ち加熱されるが、同時に、前記撹拌用エレメント２９の有する特定の構造（形状）により前記流体は撹拌されるので、その結果、前記流体の全体が均一に加熱されることとなる。また、このときの撹拌により伝熱係数は上昇し、その結果、前記管状ハウジング２４の温度は下がり、当該流体における局部加熱がないか又は極めて高い確率で抑止される。

本発明において使用する流体については、特に制限は無く、目的に応じて選択される。例えば、ソース、ドレッシング、油、高粘性流体等が選択される。尚、本発明において適用可能な「高粘性」流体は、例えば、常法での粘度で高くとも５００００ｃＰ（５００００ｃＰ以下）、特に、１〜１００００ｃＰ程度の流体である。このような流体として、具体的には、澱粉懸濁液等が挙げられる。本発明では、後記の如く印加する高周波電流を制御することにより温度の調節が容易に行われると共に、加熱すべき流体の流量を調節することができるので、このような高粘性又は難均一加熱性の流体を加熱する場合においても適用可能である。

本発明おいて、前記高周波電流発生手段については特に制限は無く、例えば、インバータ等の公知の高周波電流発生器等を使用することができる。尚、一般には、高周波電流発生手段は、印加する（発生させる）高周波電流の大きさを制御する機能を有している。

本発明においては、前記高周波電流発生手段によって印加する高周波電流を制御することにより前記管状ハウジング内の管壁の温度の調節（制御）が容易に行われる。尚、このときの条件については、熱交換される流体（加熱すべき流体）の種類やその流量等に応じて選択すればよい。例えば、加熱すべき流体として、２０℃の澱粉懸濁液を選択し、前記管状ハウジングの内部の流路に５０ｋｇ／Ｈで供給する場合には、前記高周波電流発生手段により５〜６ｋｗの電源を変換して発生した高周波電流によって、１１０〜１２８℃程度にすることができる。

本発明において、前記流体の流量を制御する手段として、例えば、前記記載のように流体移送手段を設けることができる。前記流体移送手段については、特に制限は無く、公知の又は将来開発され得る液体移送用の定量ポンプ等を使用することができる。

前記流体移送手段の配設位置については、選択する流体移送手段に応じて定められる。例えば、前記流体移送手段として吸引式の液体移送用の定量ポンプを選択した場合には、前記管状ハウジングより下流側に配設することができ、一方、押出式の液体移送用の定量ポンプを選択した場合には、前記管状ハウジングより上流側に配設することができる。

本発明の熱交換器については、一又は複数を直列的に又は並列的に繋げて使用することができる。このようにすることで、多量の流体や、高粘性の流体を加熱する場合等、熱量をより多く必要とする場合においても適用することができる。

本発明の熱交換器においては、例えば、配管等を洗浄するための洗浄手段や、温度計測手段（熱電対等）、流体の流量等を調節するためのバルブ等、他の手段を備えさせることができ、このような熱交換器も本発明の熱交換器に含めることができる。

（本発明の加熱方法）
本発明の加熱方法は、管状ハウジングに、内面と当該管状ハウジングの外面とが所定の間隔をとるように支持部材を介して配された磁束発生用のワークコイルによる電磁誘導によって管状ハウジングを加熱すること、及び
前記ワークコイルによる電磁誘導で加熱された前記管状ハウジングから、前記管状ハウジングの温度を下げると共に、当該流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止すべく管状ハウジング内に配設した撹拌用エレメントにより流体を撹拌流動させて熱交換させることにより、前記流体を均一に加熱することを含む。従って、例えば、流体が通過する配管等を洗浄するための洗浄工程等、他の工程を付加することができ、このような加熱方法も本発明の加熱方法に含めることができる。

尚、本発明の加熱方法は、前記本発明の熱交換器における記載内容を参考にして容易に実施することができる。また、本発明の加熱方法によれば、流体を、必要以上の温度で加熱する、焦がす等の悪い影響を与えることなく、当該流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止して、所定の温度で均一に加熱することができる。特に、澱粉懸濁液等の高粘性流体を所定の温度になるまで均一に加熱することができる。

以下、実施例及び比較例により本発明を詳細に説明するが、この実施例及び比較例により本発明は何等制限されるものではない。

［実施例１］流体の加熱−１
図６は、本発明の一実施例に係る熱交換器（本発明品）を模式的に示した断面図である。管状ハウジング（口径（内径）４７．８ｍｍ、長さ１３５０ｍｍ）３５の両端部には、これに対応するフランジ３６がこの端部と嵌合するように配設され、当該管状ハウジング３５の内部の流路には、撹拌用エレメント４０が配設されている。また、当該管状ハウジング３５には、ワークコイル３７が、当該管状ハウジング３５と同形状（円筒形状）をなし、当該ワークコイル３７の内面（内周面）と、当該管状ハウジング３５の外面（外周面）とが２ｍｍ程度となるように、スペーサ（図示せず）を介して巻回されている。更に、当該ワークコイル３７は、配線３８により高周波電流発生手段であるインバータ３９と接続されている。更に、前記管状ハウジング３５は澱粉懸濁液の貯留槽（図示せず）と配管を介して接続され、この配管には流体移送手段が配設されている。この熱交換器を用いて流体である澱粉懸濁液（２０℃）を、下記方法により加熱（α化）し、目的とする温度（１１０℃）の澱粉懸濁液を製造した。尚、流体移送手段として、モーノポンプ４１を使用した。

（流体の加熱）
（１）貯留槽（図示せず）に流体として、２０℃の澱粉懸濁液を導入した。
（２）５ｋｗの電源をインバータ３９により、高周波電流に変換して、ワークコイル３７に印加した。この結果、管状ハウジング３５の内部（内壁）の金属表面温度は、平均値で１５０℃となった。
（３）２０℃の澱粉懸濁液をモーノポンプ４１により貯留槽から管状ハウジング３５の内部へ流量５０ｋｇ／Ｈで移送、供給した。
（４）（３）において管状ハウジング３５の内部に移送、供給された澱粉懸濁液を管状ハウジング３５の内部の流路を通過させ、管状ハウジング３５の内壁に接触させつつ、これを撹拌することにより加熱（α化）した。
（５）（４）において得られた加熱（α化）された澱粉懸濁液を、貯留槽（図示せず）へ、モーノポンプ４１により移送、供給した。

［比較例１］流体の加熱−２
図７は、比較例に係る熱交換器（ＩＨ加熱式エンプティパイプ：比較品１）を模式的に示した断面図である。管状ハウジング（口径（内径）４７．８ｍｍ、長さ１３５０ｍｍ）４９の両端部には、これに対応するフランジ４６がこの端部と嵌合するように配設されている。また、当該管状ハウジング４９には、ワークコイル４７が、当該管状ハウジング４９と同形状（円筒形状）をなし、当該ワークコイル４７の内面（内周面）と、当該管状ハウジング４９の外面（外周面）とが２ｍｍ程度となるように、スペーサ（図示せず）を介して巻回されている。更に、当該ワークコイル４７は、配線５０により高周波電流発生手段であるインバータ４８と接続されている。更に、前記管状ハウジング４９は澱粉懸濁液の貯留槽（図示せず）と配管を介して接続され、この配管には流体移送手段が配設されている。この熱交換器を用いて流体である澱粉懸濁液（２０℃）を、下記方法により加熱（α化）し、目的とする温度（１１０℃）の澱粉懸濁液を製造した。尚、流体移送手段として、モーノポンプ５１を使用した。

（流体の加熱）
（１）貯留槽（図示せず）に流体として、２０℃の澱粉懸濁液を導入した。
（２）５ｋｗの電源をインバータ４８により、高周波電流に変換して、ワークコイル４７に印加した。この結果、管状ハウジング４９の内部（内壁）の金属表面温度は、平均値で３００℃となった。
（３）２０℃の澱粉懸濁液をモーノポンプ５１により貯留槽から管状ハウジング５７の内部へ流量５０ｋｇ／Ｈで移送、供給した。
（４）（３）において管状ハウジング４９の内部に移送、供給された澱粉懸濁液を管状ハウジング４９の内部の流路を通過させ、管状ハウジング４９の内壁に接触させることにより加熱（α化）した。
（５）（４）において得られた加熱（α化）された澱粉懸濁液を、貯留槽（図示せず）へ、モーノポンプ５１により移送、供給した。

［比較例２］流体の加熱−３
図８は、比較例に係る熱交換器（ボイラー方式の熱交換器：比較品２）を模式的に示した断面図である。管状ハウジング（口径（内径）４７．８ｍｍ、長さ２０００ｍｍ）５６の両端部には、これに対応するフランジ５７がこの端部と嵌合するように配設され、当該管状ハウジング５６の内部の流路には、撹拌用エレメント６０が配設されている。また、当該管状ハウジング５６は、これと同形状（円筒形状）の保持管５８に内設されている。更に、熱媒であるスチームが流れるべく、当該保持管５８の内面（内周面）と、当該管状ハウジング５６の外面（外周面）との間においてスチームの通過路５９が構成されている。スチームは熱媒供給口（図示せず）から保持管５８内に供給され、熱媒排出口（図示せず）から排出される。前記管状ハウジング５６は澱粉懸濁液の貯留槽（図示せず）と配管を介して接続され、この配管には流体移送手段が配設されている。この熱交換器を用いて流体である澱粉懸濁液（２０℃）を、下記方法により加熱（α化）し、目的とする温度（１１０℃）の澱粉懸濁液を製造した。尚、流体移送手段として、モーノポンプ６１を使用した。

（流体の加熱）
（１）貯留槽（図示せず）に流体として、２０℃の澱粉懸濁液を導入した。
（２）保持管５８の内面（内周面）と、当該管状ハウジング５６の外面（外周面）との間の通過路５９に、熱媒として３ｋｇ／ｃｍ^２Ｇのスチームを、熱媒供給口（図示せず）から保持管５８内に８ｋｇ／Ｈで供給し、熱媒排出口（図示せず）から排出した。この結果、管状ハウジング５６の内部（内壁）の金属表面温度は、１４３℃となった。
（３）２０℃の澱粉懸濁液をモーノポンプ６１により貯留槽から管状ハウジング５６の内部へ流量５０ｋｇ／Ｈで移送、供給した。
（４）（３）において管状ハウジング５６の内部に移送、供給された澱粉懸濁液を管状ハウジング５６の内部の流路を通過させ、管状ハウジング５６の内壁及び撹拌用エレメント６０に接触させつつ、これを撹拌することにより加熱（α化）した。
（５）（４）において得られた加熱（α化）された澱粉懸濁液を、貯留槽（図示せず）へ、モーノポンプ６１により移送、供給した。

［実施例２］各種熱交換器の評価
実施例１並びに、比較例１及び２の熱交換器について評価、即ち、澱粉懸濁液をα化したときの評価を行った。
（評価結果）
実施例１、及び比較例１の熱交換器について比較すると、比較例１の熱交換器において加熱された澱粉懸濁液は、実施例１の熱交換器における管状ハウジングの内壁（壁面）の温度に比べ比較例２の熱交換器における管状ハウジングの内壁の温度（金属表面温度）が高いので、この内壁で澱粉懸濁液が焦げるおそれがあった。一方、実施例１、及び比較例２の熱交換器について比較すると、実施例１、及び比較例２の熱交換器において加熱された澱粉懸濁液は、何れも良好なものであった。しかしながら、実施例１の熱交換器に比べ、比較例２の熱交換器は規模が大きくなった。

以上から、本発明の熱交換器において、流体への熱伝導性が高められ、当該流体における局部加熱がないか又は極めて高い確率で抑止され、流体全体が均一に加熱されることが分かる。このことから、このような熱交換器は、流体、特に澱粉懸濁液等の高粘性流体を、その全体において均一に加熱することに優れていることが明らかである。従って、本発明によれば流体、特に高粘性流体を均一に加熱する熱交換器を提供することができる。

図１は、本発明の一つの実施形態に係る熱交換器を模式的に示した斜視図である。撹拌用エレメント１が管状ハウジング２の内部の流路に配設されている。図２は、図１におけるA-A'方向の断面を見たときの図を模式的に示したものである。ワークコイル１０と、管状ハウジング７との間に、断熱空気層９が構成されている。図３は、本発明の一つの実施形態に係る熱交換器における誘導加熱方法を模式的に示した斜視図である。高周波電流を受けてワークコイル１２から磁束（磁界）１７が発生し、この磁束１７に直交するように渦電流が発生している。図４は、本発明の一つの実施形態に係る熱交換器において使用する撹拌用エレメントを模式的に示した断面図である。撹拌用エレメントが、左捩じりバッフル板２１と右捩じりバッフル板２２から構成されている。図５は、本発明の一つの実施形態に係る熱交換器を模式的に示した断面図である。図６は、本発明の一実施例に係る熱交換器を模式的に示した断面図である。図７は、比較例に係る熱交換器（比較品１）を模式的に示した断面図である。図８は、比較例に係る熱交換器（比較品２）を模式的に示した断面図である。管状ハウジング５６は、これと同形状（円筒形状）の保持管５８に内設されており、当該保持管５８と当該管状ハウジング５６との間隙を通過路５９としてスチームが流れている。

符号の説明

１、６、１３、２９、４０、６０．撹拌用エレメント
２、７、１１、２０、２４、３５、４９、５６．管状ハウジング
３、８、１４．支持部材
４、１０、１２、２６、３７、４７．ワークコイル
５、２５、３６、４６、５７．フランジ
９．断熱空気層
２１．左捩じりバッフル板
２２．右捩じりバッフル板
２３、３４．熱交換器
１５、２８、３９、４８．高周波電流発生手段
１６、２７、３８、５０．配線
１７．磁束
１８．渦電流の流れる方向
１９．高周波電流の流れる方向
３１、４２、５２、６２．流体導入方向
３３、４４、５４、６４．流体導出方向
３０、４１、５１、６１．流体移送手段
３２、４３、５３、６３．配管
４５．熱交換器（比較品１）
５５．熱交換器（比較品２）
５８．保持管
５９．スチームの通過路

Claims

高周波電流発生手段に接続可能な磁束発生用のワークコイルと、
流体を通すための流路を有し、前記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、当該流路を通る流体と熱交換をする管状ハウジングと、
前記管状ハウジング内に配設され、前記流路を通る流体を撹拌する撹拌用エレメントと
を備えることを特徴とする熱交換器。
前記撹拌用エレメントは、前記管状ハウジングの軸方向に順次配されている、管軸を中心として所定角度捩じられた複数のバッフル板であって、その軸方向端部が隣接したバッフル板の端部と互いに交叉して配されているバッフル板からなる請求項１に記載の熱交換器。
更に、前記管状ハウジングの外面に対し前記ワークコイルを所定間隔に保持するように配された支持部材を備える請求項１又は２に記載の熱交換器。
前記ワークコイルは、その内面と前記管状ハウジングの外面とが所定の間隔をとるように配され、当該所定の間隔は、管状ハウジングに対する所定の温度での効率的誘導加熱を与えるべく最適な間隔である請求項１〜３の何れか一項に記載の熱交換器。
更に、印加する高周波電流を制御することができる手段と、前記流体の流量を制御する手段とを備え、前記流体を、局部加熱することをなくすか又は極めて高い確率で抑止して、所定の温度に均一加熱するよう制御する請求項１〜４の何れか一項に記載の熱交換器。
管状ハウジングに、内面と当該管状ハウジングの外面とが所定の間隔をとるように支持部材を介して配された磁束発生用のワークコイルによる電磁誘導によって管状ハウジングを加熱すること、及び
前記ワークコイルによる電磁誘導で加熱された前記管状ハウジングから、前記管状ハウジングの温度を下げると共に、前記流体における局部加熱をなくすか又は極めて高い確率で抑止すべく管状ハウジング内に配設した撹拌用エレメントにより流体を撹拌流動させて熱交換させることにより、前記流体を均一に加熱すること
を含むことを特徴とする流体の加熱方法。
更に、印加する高周波電流を制御することにより前記管状ハウジング内の管壁の温度を制御しつつ、前記管状ハウジング内に供給される前記流体の流量を制御して、前記流体を、局部加熱することをなくすか又は極めて高い確率で抑止して、所定の温度に均一加熱するよう制御することを含む請求項６に記載の流体の加熱方法。