JP2726822B2 - 境膜式熱交換反応方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は、キャンディ糖液やクリーム、薬品等の高
粘性製品や顆粒状製品等を作製するに際し、高粘性の原
料液を一方側から供給し、他方側から製品として排出さ
せる間に薄膜状の境膜を形成させて、その間に熱媒体に
よる熱交換を行って物理化学的に反応を行うようにして
技術分野に属する。

〈要旨の概要〉 而して、この出願の発明は鋼製のジャケットを外側に
有したシリンダの内部に境膜熱交換反応を促進させる回
転自在なロータがベアリングに支持され、メカニカルシ
ールによって封された状態で軸装され、該ロータには高
粘性の原料の供給排出を行う給排口が設けられている境
膜式熱交換反応方法、及び、装置に関する発明であり、
特に、上記回転自在なロータが内部が空洞式にされたド
ラムタイプに形成され、シリンダの内面との間のリング
状の微小間隙に薄膜状の境膜が形成され、外側のジャケ
ットに対しては１つの熱媒体の供給排出がなされ、該ロ
ータ内には他の熱媒体供給排出を行う給排装置が配設さ
れ、ジャケット、及び、該熱媒体給排の共働作用により
薄膜状の境膜が効率的に行え、精度の良い製品が得られ
るようにした境膜式熱交換反応方法及び装置に係る発明
である。

〈従来の技術〉 周知の如く、市民生活が向上すると各種の製品が多
量、少量に取り扱われるようになり、したがって、これ
らの商品の安定供給が望まれると共に、その高精度の品
質が強く求められるようになってきている。

これらの商品の中には海産物等の一次製品も多いが、
二次加工された食品、薬品、化粧品等の商品についても
各種のものが流通している。

そして、これらの二次加工商品の中には、例えば、キ
ャンディやクリーム、薬品等の商品も多く、これらの中
にはゼリー状のものもあるが、果実、野菜ビューレ、た
れ、スープ等の液状商品もあり、又、クリーム状のもの
もあり、更には、顆粒状の樹脂製品や薬品等もあり、こ
れらの特殊性状の製品の製造過程はコスト、及び、製品
精度の点から好ましくはその工数が少く、安易な取り扱
い処理が望まれているものである。

而して、これに対処するに、物理化学的な熱交換を介
し熱反応を行う反応装置が開発されて採用され実用化さ
れているが、例えば、第7,8図に示す様な境膜式熱交換
反応装置１にあっては外側に熱交換用のジャケット２を
有するドラムタイプのシリンダ４を設け、その前後端壁
面にベアリング５、メカニカルシール６を介してモータ
７に連結されたシャフト８に軸９を一体的に設け、所定
数のブレード11,11…を径方向にスイング自在に設けて
シリンダ４の内周面にその遠心力により周方向スライド
自在に回転させるようにし、シリンダ４の一方側の供給
口12により所定の高粘性の原料液13を供給し、ブレード
11,11…により撹拌しながらその遠心力を介しシリンダ
の内周面との間に薄膜状の境膜を形成させて、ジャケッ
ト２に対する高温熱媒体14を供給して物理化学的な熱交
換を行って可及的速やかに熱反応を行ってより更に高粘
性にしたり、熱変成により顆粒状に変化させてシリンダ
４の他側に設けた排出口17より製品18として取り出すよ
うにしていた。

〈発明が解決しようとする課題〉 さりながら、かかる在来態様の境膜式熱交換反応では
熱交換を行うジャケット２がシリンダ４の外側に１ユニ
ットとして設けられているために、製品によって迅速な
熱変化、例えば、高温熱媒体、低温熱媒体の切り換え、
或いは、急激な熱勾配を有する熱媒体による熱交換が出
来ないために、これらの熱履歴を有する製品が得られな
い欠点があり、又、ロータが複段のブレード11,11…に
よるシリンダ４の内周面に対する摺動であるために、連
続的な反応がし難いという難点があり、又、該ブレード
11により粘りすぎが生じたり、添加物がこわれるマイナ
ス点があり、更に、該ブレード11を介装するためにシリ
ンダとロータの間隙を大きくせねばならず、それだけ大
サイズ化となる不都合さがある。

そして、該シリンダ４内部のロータの構造が著しく複
雑でブレート11とシリンダ４内周面との取合いが極めて
難しく、初期組み付け製造において熟練を要するきらい
があり、煩瑣な作業を要し、結果的にコスト高になり、
又、保守、点検、整備等のメンテナンスもし難いという
サービス性に劣る不都合さがあった。

又ブレード11の先端がシリンダ４の内面を摺動するた
めにパーティクルが発生し、該パーティクルが製品に混
入するという不都合さがあった。

そして、これらのネックから製品コストに跳ね返る不
利点があり、又、ジャケット２による温度管理制御が極
めてデリケートで難しいという不具合があった。

又、ロータ内に於ける供給口12から排出口17に至る原
料13の通過が遅いために、製品が長く滞留し、その結
果、ブレード11により添加物があれば該添加物がくだけ
るという不具合があり、オーバーヒートによる該流過原
料13の焦げ付き作用等が生じて製品精度にマイナスを与
える虞があり、更に、ブレード11,11…の回転による摩
耗のために粒状物や固形物等がくだけ、製品精度を低下
させるというマイナス点があり、又、ブレード11のシリ
ンダ４内面に対する摩摺からパーティクルが生じて製品
に混入するという不都合さがあった。

〈発明の目的〉 この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく多くの
商品の境膜式熱交換による反応プロセスでの問題点を解
決すべき技術的課題とし、シリンダ内に於ける原料通過
がスムーズで設計通りの正確な反応が促進され、しか
も、装置の初期組み付け製造や保守、点検、整備等のメ
ンテナンスもし易く、結果的に低コストで品質の優れた
製品が得られるようにして各種商品製造産業における反
応技術利用分野に益する優れた境膜式熱交換反応方法及
び装置を提供せんとするものである。

〈課題を解決するための手段・作用〉 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とするこの
出願の発明の構成は前述課題を解決するために、所定の
ゼリー状、クリーム状、液状等、或いは、顆粒状等の製
品を供給原料に対する熱交換を介しての反応により得る
に際し、装置シリンダの一方側の供給口から該シリンダ
内部に該原料を供給し、他方側の排出口から高粘性、或
いは、顆粒状の製品として取り出すに際し、シリンダ外
側面に形成したジャケットに対し、例えば、一方側から
高温の熱媒体を供給し、一方、ロータ内には他方側か
ら、例えば、低温の熱媒体を供給してロータをモータ等
により所定速度で回転させ、該ロータとシリンダの間に
ジャケットの両伝熱面より熱交換性能を倍増するように
し、しかも、該シリンダの供給口より供給された原料は
ロータとシリンダとの間の微小クリアランスの断面リン
グ状間隙を高速で流過し、薄膜状の境膜に形成され、回
転するロータに随伴し旋回させられると共に被圧状態で
流過し、設計通りの高効率の熱交換による熱履歴を経て
製品化されて、その間ロータが断面円形、或いは、多角
形状であることにより小スリットの間隙流過中に効率的
な熱交換と共に撹拌作用をも受け、高速流過による熱の
焦げ付きや熱履歴のアンバランスが少く、設計通りの正
確な高精度の製品として得られ、又、ロータとシリンダ
は摺動部分等がなく、又、アンバランスな回転モーメン
ト等が生じないためにガタつきが少く、パーティクルの
発生もなく、製品精度も良好で耐久性が良いようにした
技術的手段を講じたものである。

〈実施例〉 次に、この出願の発明の実施例を第１〜６図に基づい
て説明すれば以下の通りである。尚、第7,8図と同一態
様部分は同一符号を用いて説明するものとする。

図示実施例は、例えば、キャンディ糖液、クリーム、
果実、野菜ビューレ、たれ、スープ、ゼリー状の樹脂、
薬品等の製品を境膜式熱交換反応によって得られるよう
にした態様であり、第１〜５図に示す実施例において、
１′はこの出願の発明の要旨を成す境膜式熱交換反応装
置であり、その円筒状のシリンダ３の外側には一側寄り
に熱媒体15の供給口14を有し、下側の他側寄りに排出口
16を有するジャケット２が外装され、該シリンダ３の内
部にはドラムタイプのロータ４′がシリンダ３の端部に
対しベアリング５、メカニカルシール６を介して該シリ
ンダ３に対しリング状の微小間隙９を介して回転自在に
軸装されており、一側寄りに設けられたモータ７にその
シャフト８が連結されて回転自在にされている。

したがって、当該実施例においては、第7,8図に示す
様な在来タイプの境膜式熱交換反応装置とは異なり、ロ
ータ４′にはブレード11等は設けられておらず、ロータ
４′とシリンダ３の内面との間には極めて小さなスリッ
ト状のリング状の間隙９′がその始端側から終端側にか
けて形成されており、該シリンダ３の一側端に設けられ
た原料供給口12と他側端に設けられた製品18の排出口17
との間に通過原料の薄膜状の境膜を強制的に形成するよ
うにされている。

而して、ロータ４′のシャフト８の一側寄りにはシリ
ンダ３と一体の排出パイプ19が設けられ、該排出パイプ
19にベアリング６′を介して第５図に示す様に、た熱媒
体の供給用の供給ノズル14′が相対回動自在に設けられ
てロータ４′の内部奥深く延設されている。

尚、当該実施例においては、ジャケット２内にその供
給口14、及び、排出口16に於いて流過供給排出される熱
媒体15と供給ノズル14′に供給される熱媒体15′とは同
一高温の、例えば、蒸気等の熱媒体とされ、供給ノズル
14′に供給された蒸気等の熱媒体15′はその先端からロ
ータ４′内に排出された蒸気で内部から加熱し、その基
部側の排出パイプ19から排出されるようにされている。

上述構成において、ジャケット２に対しその供給口14
から蒸気等の高温の熱媒体15を供給すると共に供給ノズ
ル14′に対し同じく高温の蒸気等の熱媒体15′を供給す
ると、シリンダ３はジャケット２により高温に加熱さ
れ、又、ロータ４′も内部から高温に加熱され、その状
態でモータ７を起動するとシャフト８を介しロータ４′
は所定速度で加熱状態にされて回転し、そこで、シリン
ダ３の排出口16から蒸気等の高温の熱媒体15が排出循環
され、又、供給ノズル14′の基部外側の排出パイプ19よ
り蒸気等熱媒体15′が排出されることにより常にシリン
ダ３とロータ４′内は加熱され、そこで、シリンダ３の
供給口12から所定の原料13を所定圧で被圧状態で供給す
ると、供給された原料13はシリンダ３と回転するロータ
４′との間の小サイズのスリットのリング状間隙９′間
を薄膜状の充満状態の境膜に形成されて圧送され、その
間、ジャケット２によって加熱されるシリンダ３、及
び、回転するロータ４′の内側から加熱により速やかに
熱交換されて所定の熱反応がなされて排出口17より高粘
性のゼリー状、或いは、クリーム状、或いは、顆粒状の
製品18として排出され、この間、回転するロータ４′に
つられてシリンダ３内に於いて回転圧送されるために混
合撹拌作用が熱交換と共に効率良く行われ、したがっ
て、設計通りの製品とされて排出されていく。

そして、原料13の連続圧送が続く限り、又、ジャケッ
ト２、及び、ロータ４′内への高温蒸気等の熱媒体15,1
5′が連続供給される限り、製品精度の設計通りの製品1
8が連続して得られる。

又、原料13はリング状の微小間隙９′内を速いスピー
ドで停滞することなく流過するために、シリンダ３の内
面、或いは、ロータ４′の外面に於ける熱影響を大きく
受けることなく、したがって、焼き付きや焦げ付き現象
を受けずにスムーズに製品精度を落とすことなく排出さ
れていく。

そして、設定の製品加工が終了すれば、シリンダ３の
供給口12から洗浄水13等を供給し排出口17から流過させ
ることにより、間隙９′部分を充分に洗浄し、次の反応
に備えることが出来る。

尚、上述実施例において、ロータ４′は基本的には断
面円形であるが、第３図に示す様に、円弧部分20に凹円
弧部分21を相隣らせて所定数周方向に配設させたロータ
４″の態様も可能であり、又、第４図に示す様に円弧部
分20′に対し凹円弧部分22を相隣らせて所定数周方向に
配設した断面形状のロータ４も実質的に上述実施例同
様の作用効果を奏するものであるが、撹拌混合効果、及
び、これに伴う反応促進効果は設計上はより良好に奏さ
れるものである。

而して、ロータ４′内に於ける熱媒体15′の供給排出
については、第６図に示す様に、供給ノズル14′の基部
にスイーベルジョイント23を設けるようにする等も可能
である。

尚、この出願の発明の実施態様は上述各実施例に限る
ものでないことは勿論であり、例えば、シリンダ３側に
はその給排口12,17を介してスチーム等の高温の熱媒体1
3を供給し、これに対し、ロータ４′内には供給ノズル1
4′を介してドライアイス蒸気等の低温熱媒体15′を供
給して該シリンダ３内の流過原料13に対し外側から高温
加熱、内側から低温冷却することによる急激な熱温度勾
配を介しての熱交換による反応を行ったり、更には、シ
リンダ３とロータ４′内の熱媒体15,15′の高温低温の
ものを所定時間サイクルで反復裡に交替させて供給する
等製品の要求する最適熱交換条件を付与するようにする
ことが出来る等種々の態様が採用可能である。

又、適用対象の原料はキャンディ糖液、クリーム、野
菜、果実ビューレ、たれ、スープ、樹脂、薬品等以外の
他の種々の液状商品、或いは、顆粒状の商品に対し適用
が可能であることは勿論のことである。

そして、設計によりジャケット、シリンダ、ロータの
材質は金属、セラミック、樹脂等適宜処理製品に応じ
て、又、コスト的な条件から選択可能であることも自在
である。

〈発明の効果〉 以上、この出願の発明によれば、基本的に高粘性の原
料液をシリンダの一側から供給し、他側から高粘性、或
いは、顆粒状の製品として排出して取り出す熱交換を介
しての熱反応処理を行うに際し、シリンダ内のロータを
ドラム型としてシリンダ内面との間に断面リング状の微
小間隙を形成させて該ロータを所定速度で回転させ、シ
リンダの外側のジャケット、及び、ロータ内に所定の熱
媒体を供給循環させるようにしたことにより、該微小間
隙を介して所定圧で送給される原料がシリンダとロータ
との間で充満状態の薄膜状の境膜とされ、したがって、
ジャケットとロータからの熱伝導が効率良く行われ、熱
交換性能がより高くされて設計通りの高品質の製品が得
られるという優れた効果が奏される。

又、ロータが始端側から終端側まで均一回転速度で回
転するために、シリンダ内の間隙部に於いて流過する原
料が乱流化が生ぜず、それによっても内外からの熱交換
が極めて効率良く行われ、更に、ロータの断面形状を丸
型のみならず、原料に対する処理条件に応じて丸−直線
型、或いは、丸−円弧型、多角形型等にすることにより
流過する原料に混合撹拌作用を与え、より熱交換効率を
向上させることが出来、品質の良好な製品が得られると
いう優れた効果が奏される。

又、シリンダとロータのリング状間隙が小さいために
流過する原料が充満状態であるためその流過速度が大き
く、処理時間が短く、これによって熱影響や品質の変化
もなく、そのため焦げ付きや焼き付き等も生ぜず、良品
質が維持出来るばかりでなく、作業終了後の残留物（ロ
ス）も少く、事後の清掃等のメンテナンスも少くなると
いう利点がある。

そして、リング状間隙内に原料を流過させられるため
に、シリンダ外のジャケットと相俟ってその熱交換面積
が飛躍的に増大し、従来タイプのものよりも著しく熱交
換効率が良くなるという優れた効果が奏される。

そして、在来タイプのブレードやスクレーパ等の摺動
部分がないために、それだけ、ロータやシリンダの摩耗
も少く、耐久性が良く、更に、振動等も生じないため
に、保守、点検、整備等のメンテナンス作業も少く、そ
れだけランニングコストが安くつき、動力費も少く、結
果的に製品コストに跳ね返る虞がなく、コストの安定を
維持出来るというメリットがある。

而して、ロータとシリンダ間を充満状態で流過する薄
膜状の境膜原料に対し外側のロータ、及び、内側の間隙
から内外の熱交換を図れるために、例えば、内外共に高
温熱媒体による加熱作用、或いは、低温熱媒体による冷
却作用、更には、外側の高温熱媒体、内側の高温熱媒体
の一方と他方側の供給、更には、サイクル裡に変換する
等の熱媒体による熱交換態様が選択的にとれるために、
処理原料製品性質等の設計に応じた熱交換が選択出来る
という設計の自由度、使用状態の弾力性が得られ、１基
の装置でありながら複数種の製品、或いは、同一製品で
ありながら性状の異なるものを製作することが出来ると
いう優れた効果が奏される。

更に、在来態様の如く、ブレード等をロータ内部に設
けなくて済むために構造が簡単となり、初期製作組み付
けがし易く、それだけ、精度の高い装置が得られるとい
う効果もある。

そのうえ、上述の如く、ブレード等の可動部分や摺動
部分がないためにシリンダやロータの材質の選択の自由
度も大きく、したがって、熱交換効率の良い材質のシリ
ンダやロータを選択することも出来、装置製造における
設計が弾力的に行い得ることが出来、しかも、処理原料
との取合いの最適条件が得られるという効果もある。

そして、シリンダとロータとの間に薄膜状の境膜とし
て流過する原料は外側のジャケットと内側の間隙の両者
に対して熱交換がなされるために、これらのシリンダや
ロータ内へ供給する熱媒体の種類を選択可能にするばか
りでなく、その温度条件をも適宜に選択的に変えること
が出来る点から、送給する原料の圧送圧と共に温度条件
等の組合せによる制御管理の自由度が飛躍的に高まり、
それだけ、バラエティに富んだ製品種目を選べることが
出来、生産者側の供給条件の自由度を増すことが出来る
という効果が奏される。

又、ロータ内部に対する熱媒体給排装置が該ロータ端
部からリング状排出口を介して挿入された供給ノズルに
されていることにより、熱媒体の擾乱もなく、整流状に
なって熱交換性が良好になり、又、モータ側にはカップ
リングやプーリー等が配設されているために、反モータ
側から供給ノズルがとれて該ロータ内で熱交換される熱
媒体の該ロータ内での昇温時間が長くとれ、ロータ内の
熱交換が良好に行われるという効果がある。

そして、製品精度が設計通りに保持出来るために、製
品に対する信頼度を高く確保することが出来るという優
れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】 第１〜６図はこの出願の発明の実施例の説明図であり、
第１図は１実施例の全体概略部分縦断面図、第２図は同
第１図II-II断面図、第3,4図はそれぞれ別の実施例の間
隙の第２図相当断面図、第５図は第１図部分拡大断面
図、第６図は第５図相当他の実施例の部分断面側面図、
第７図は従来技術に基づく境膜式熱交換反応装置の部分
縦断側面図、第８図は第７図VIII-VIII断面図である。 ２……ジャケット、３……シリンダ、４′……ロータ、
12、17……給排口、１′……境膜式熱交換反応装置、1
4′……熱媒体給排装置、９′……リング状間隙、19…
…微小リング状排出口、14′……供給ノズル、23……ス
イーベルジョイント

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ジャケットを外装するシリンダ内に境膜反
   応促進用のロータが回転自在に軸装されている境膜式熱
   交換反応方法において、上記ロータがドラムタイプにさ
   れその外側のシリンダとの間に形成されるリング状間隙
   に原料を充満状に充填流過するようにすることを特徴と
   されている境膜式熱交換反応方法。
2. 【請求項２】ジャケットを外装するシリンダ内に境膜反
   応促進用のロータが回転軸装され、該ロータに対する原
   料給排口が上記シリンダに付設されている境膜式熱交換
   反応装置において、上記ロータがドラムタイプにされそ
   の内部に対する熱媒体給排装置が配設され、而して上記
   熱媒体給排装置がロータ端部からリング状排出口を介し
   て挿入された供給ノズルにされていることを特徴とする
   境膜式熱交換反応装置。
3. 【請求項３】上記ロータが断面多角形状に形成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の境膜式
   熱交換反応装置。