JP2017146018A - 流動状物冷熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い伝熱効率を有する流動状物冷熱装置を提供する。
【解決手段】容器１０に収容された流動状物を冷却または加熱する流動状物冷却装置１であって、内部に流動状物との間で熱交換を行う熱交換媒体が流れる冷却管２０２が所定形状の表面に沿うように曲げられることにより形成され、該冷却管２０２の外周に前記流動状物が接することにより前記流動状物を冷却または加熱する冷却部２０と、前記冷却管２０２へ前記熱交換媒体を導入する導入管２０４と、前記冷却管２０２から前記熱交換媒体を導出する導出管２０６とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、容器に収容された流動状物を冷却または加熱する流動状物冷熱装置に関するものである。なお、この明細書において、流動状物とは、冷却開始時の高温から冷却終了時の低温までの温度領域の少なくとも一部で流動性を有する物を指し、冷却終了時には、粘度が低いスープ状となっているものから粘度の高いゲル状となっているものをも含む。

例えば、食品工場や給食センター等で製造されるスープ、麺つゆ、カレー、ミートソース、八宝菜、飲料といった流動状の調理済み食品は、菌の繁殖を抑えるために、製造後に迅速に冷却される必要がある。そのための冷却装置としては、従来、真空冷却装置や差圧冷却装置などが用いられている。しかしながら、これらの装置はいずれも高価であり、真空冷却装置では、食品成分の蒸発により、目減りが生じ、味も変化するという問題があり、差圧冷却装置では冷却時間が長いという問題がある。一方、安価に構成することができるものとして、容器の外側に冷水等の冷却流体を流して、容器を介して、内部の流動状物と熱交換するジャケット式冷却装置がある。

このようなジャケット式冷却装置としては、例えば、ホッパー部材のホッパーとカバー体とを二重に組み合わせて密閉状の円筒空間を形成し、ホッパーの外壁面又はカバー体の内壁面の少なくとも何れかに、迷路状態の逃がし路を形成する複数枚の遮蔽羽を円筒空間の周方向に位置するように設け、ホッパー部材に設けた導入路を介して円筒空間へと冷却水を流し込み、該円筒空間内に流れ込んだ冷却水を前記遮蔽羽で拡散させながらかつ逃がし路を通してホッパー部材の出口部へと導くことにより、ホッパー内のスープ類、果実飲料、流動物等の食する物を均等かつ全体的に冷却する流体循環装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００８−０２９２７６号公報

しかしながら、上述したようなホッパーの外側のみに冷却媒体を導く冷却方法では、流動状物がホッパーの内壁のみと接し、その内壁を介して流動状物と冷却媒体との熱交換がなされる形であるため、その内壁の表面積分の冷却能力しか有しておらず、伝熱効率が悪いという問題があった。また、このような問題は、冷却媒体の代わりに高温の液体やガスといった加熱媒体を用いた場合においても当然同様である。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、高い伝熱効率を有する流動状物冷熱装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、容器に収容された流動状物を冷却または加熱する流動状物冷熱装置であって、内部に流動状物との間で熱交換を行う熱交換媒体が流れる導管が所定形状の表面に沿うように曲げられることにより形成され、該導管の外周に前記流動状物が接することにより前記流動状物を冷却または加熱する冷熱部と、前記導管へ前記熱交換媒体を導入する導入管と、前記導管から前記熱交換媒体を導出する導出管と、を備える。

本発明によれば、高い伝熱効率を有する流動状物冷熱装置を実現できる。本発明のその他の効果については、以下の発明を実施するための形態の項でも説明する。

本実施の形態に係る流動状物冷却装置を示す横断面図である。 流動状物冷却装置を模式的に示す斜視図である。 （ａ）は冷却管、導入管、導出管として用いられる導管の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は別形態の導管の拡大図である。 流動状物冷却装置の平面図である。 冷却器を更に備えた流動状物冷却装置を模式的に示す斜視図である。 流動状物冷却装置の他の形態を示す横断面図である。 冷却器の他の形態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本実施の形態においては、流動状物冷熱装置として、導管内に冷却媒体を流し、当該導管を介して流動状物と冷却媒体（熱交換媒体）との間で熱交換を行う流動状物冷却装置を例にとり説明を行う。以下、本実施の形態に係る流動状物冷却装置について、図を用いてその詳細を説明する。先ず、図１〜図４を用いて、本実施の形態に係る流動状物冷却装置の構成を説明する。図１及び図２に示されるように、流動状物冷却装置１は、流動状物が収容される少なくとも２つの取っ手１０２が設けられた容器（寸胴）１０と、容器１０の内周に沿って配置された、流動状物を冷却するための冷却管２０２を有する冷却部２０と、当該冷却部２０内へ水や不凍液といった冷却媒体を導入するための冷却媒体供給管２２と、冷却部２０に導入された冷却媒体を排出する冷却媒体排出管２４と、冷却媒体供給管２２および冷却媒体排出管２４を支持する容器１０に着脱自在な鍔部２６と、を備えて構成される。なお、図２においては、理解を容易にするために容器１０、取っ手１０２、冷却管２０２のみが示されている。

冷却部２０は、容器１０内に満たされた流動状物に没入する形で配設された円筒形状部材であり、図１に示されるように、内部に冷却媒体が流れる４つの屈曲自在な冷却管２０２ａ〜２０２ｄ（以後、これらを個別に区別しない場合は冷却管２０２と称する）により、その周壁が形成される。この冷却管２０２は、例えばステンレス、チタン、銅、アルミニウムといった金属や合金等の伝熱部材により構成される断面が円形の導管であり、所定形状の表面、本実施の形態では円筒形状の表面に沿うように曲げられている。換言すると、冷却管２０２が曲げられることにより、冷却部２０の円筒形状を構築している。より具体的には、複数の冷却管２０２が、略平面上に所定の間隔（例えば５ｍｍ）空けるよう並列した状態において、この並列状態を維持しながら共に螺旋状に巻回して配設されている。したがって、上下方向に隣接する冷却管２０２は自己とは異なる冷却管２０２となっており、例えば冷却管２０２ａは、図１及び図２に示されるように、間に冷却管２０２ｂ〜２０２ｄを介して上下方向に等間隔で配設されることとなる。これは他の冷却管２０２ｂ〜２０２ｄにおいても同様である。

なお、前述した冷却管２０２間の間隔は、冷却管２０２の巻き方により適宜設定可能であり、流動状物や冷却媒体の種類、必要な冷却能力等により調節するようにしてもよい。また、冷却効率の観点から、冷却部２０が容器１０の内壁から所定の間隔を空けて配設されることが好ましい。

冷却管２０２には、冷却媒体を導入するための導入管２０４が設けられている。より具体的には、冷却管２０２ａには導入管２０４ａが、冷却管２０２ｂには導入管２０４ｂが、冷却管２０２ｃには導入管２０４ｃが、冷却管２０２ｄには導入管２０４ｄがそれぞれ設けられている。同様に、冷却管２０２には、冷却媒体を導出するための導出管２０６が設けられている。より具体的には、冷却管２０２ａには導出管２０６ａが、冷却管２０２ｂには導出管２０６ｂが、冷却管２０２ｃには導出管２０６ｃが、冷却管２０２ｄには導出管２０６ｄがそれぞれ設けられている。

導入管２０４は、冷却管２０２よりも冷却部２０の径内方向内側に配設され、その一端が冷却媒体供給管２２に接続されると共に、他端が冷却部２０の下端に位置するそれぞれの冷却管２０２に接続されている。導出管２０６は、冷却管２０２よりも冷却部２０の径内方向内側に配設され、その一端が冷却媒体排出管２４に接続されると共に、他端が冷却部２０の上端に位置するそれぞれの冷却管２０２に接続されている。したがって、冷却媒体供給管２２に供給された冷却媒体は、各導入管２０４により分流されて冷却部２０の下端に位置する各々の冷却管２０２に供給され、下方から上方にかけて冷却媒体が螺旋状に流動することとなる。また、上方に流動した冷却媒体は、各々の冷却管２０２から導出管２０６に供給されて冷却媒体排出管２４内で合流し、外部へ排出されることとなる。これら導入管２０４、導出管２０６は、冷却管２０２と同一部材で構成することが好ましい。

このような冷却部２０によれば、冷却管２０２の全周に亘って流動状物と接するため、例えば流動状物を収容する容器外周に冷却媒体を配して冷却した場合と比較して、流動状物と接する冷却部２０の表面積は極めて大きく、冷却効率を格段に向上させることが可能となる。

また、本実施の形態においては、冷却管２０２、導入管２０４及び導出管２０６には同一の導管が用いられている。これらの導管は、図３（ａ），（ｂ）に示されるように、谷部２０８ａと谷部２０８ａより径外方向に突出した山部２０８ｂとが連続して形成された、所謂蛇腹形状をなしている。これにより、冷却管２０２、導入管２０４及び排出管２０６は、屈曲性を有すると共に、その表面積を拡大することができ、延いては冷却効率をより高めることを実現している。なお、これら導管の形状は、これに限定されるものではない。例えば図３（ｃ）に示されるような谷部２０８ａおよび山部２０８ｂが形成されていない表面がフラットな導管を用いてもよいが、その外側表面に半円形や矩形の凸部を設ける等、各導管の表面積を拡大できる形状の導管を用いることが好ましい。また、冷却管２０２、導入管２０４及び導出管２０６にそれぞれ異なる種類の導管を用いてもよい。なお、図３（ｂ）に示される符号Ｂは、導管内の空洞、つまり冷却媒体が流れる流路を示している。

冷却媒体供給管２２および冷却媒体排出管２４は、共に一端部が上方に突出したＬ字形状の導管であり、冷却媒体供給管２２の上方に突出した端部２２２は、冷却媒体を供給する図示しない供給装置と接続され、冷却媒体排出管２４の上方に突出した端部２４２は排出された冷却媒体を再度冷却、貯蔵、または破棄するための各種装置や容器等と接続される。これらにより、冷却部２０の冷却媒体の循環が実現される。

容器１０の上端縁部には、図１及び図４に示されるように、冷却媒体供給管２２および冷却媒体排出管２４を支持し、その外周が容器１０より径外方向に突出したリング状の平板部材である鍔部２６が着脱自在に設けられている。したがって、上述した冷却媒体供給管２２の端部２２２および冷却媒体排出管２４の端部２４２の接続を解除し、鍔部２６を容器１０から取り外すことにより、各導管を介して冷却部２０を容器１０から簡便に取り外すことが可能となる。容器１０に鍔部２６を固定する方法としては、一方に凹部、他方に凸部を設けてこれらを嵌着する方法や、ネジにより締結する方法等適宜であり、容器１０に鍔部２６を固定可能な方法であればよい。なお、図４に示される符号Ｃは、流動状物が収容される収容空間を示している。

なお、冷却管２０２が成す円筒形状が崩れないよう、容器１０に冷却部２０を固定することが好ましい。本実施の形態においては、容器１０との間に冷却部２０を挟むように押さえ板３０を互いに対向させて容器１０内の４個所に設け、容器１０に冷却部２０を押さえつける形で固定している。押さえ板３０は、図１に示されるように、上下方向に延びる長方形の板状部材であり、その上端部がボルトとナットからなる固定具３０２により容器１０に固定され、下端部が冷却部２０の下端に位置する冷却管２０２ａと容器１０の底壁との間に差し込まれ挟持されている。このように、簡便な固定具３０２により固定される押さえ板３０で冷却部２０を容器１０に押さえるようにすれば、容器１０からの冷却部２０の着脱を簡便に行うことができる。

流動状物冷却装置１を実際に使用する場合は、容器１０内を流動状物で満たした後、冷却媒体供給管２２へ冷却媒体を流すのみで流動状物を冷却することができる。ここで、図５に示されるように、流動状物冷却装置１が容器１０内に収容可能な筒状に構成された冷却器４０を更に備え、これを流動状物内に投入して上下左右方向への移動および回転を行うようにしてもよい。これにより、冷却と共に攪拌を行うことができ、その冷却効率はより高いものとなる。冷却器４０は、流動状物内に没入される中空円筒状の本体４０２と、本体４０２に冷却媒体を注入する導入管４０４と、本体４０２から冷却媒体を排出する排出管４０６と、本体４０２を変位させる図示しない駆動装置に本体４０２を連結するための連結部４０８と、を備えて構成される。なお、この冷却器４０の具体的な構成や、動作については、本発明の特許出願人である菱熱工業株式会社が先に出願した「特願２０１３−２７３３６８号」に記載の技術と同様であるため、ここでの説明は省略する。

本実施の形態によれば、冷却管２０２を円筒状に曲げて冷却部２０を形成するため、冷却管２０２の表面が一様に流動状物に接することにより、非常に高い冷却効率、即ち高い伝熱効率を実現することが可能となり、延いては冷却時間の短縮を実現できる。また、冷却部２０を蛇腹状の冷却管２０２を用いて形成することにより、その表面積を拡大でき、より高い冷却効率を実現することが可能となる。また、複数の冷却管２０２により冷却部２０を形成するため、冷却部２０が１つの冷却管２０２により形成される場合と比較して、冷却媒体と流動状物との間に生じる熱交換の時間を短縮することができ、冷却効率をより高めることができる。更に、冷却管２０２間には隙間が形成されているため、流動状物の流動性が高まり、流動状物の温度むらが生じにくいという特有の効果を奏する。また更に、折り曲げられた冷却管２０２のみで冷却部２０が形成されているため、極めて低コストである。

なお、本実施の形態では、その断面が円状の冷却管２０２を用いるとして説明したがこれに限定されるものではなく、楕円や多角形状の導管であってもよい。これは、導入管２０４や導出管２０６においても同様である。

また、本実施の形態では、冷却部２０の冷却管２０２は、並列状態を維持しながら共に螺旋を描くように巻かれて配設されていると説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図６に示されるように、冷却管２０２ａを連続して巻いた上に、これと同心円になるよう冷却管２０２ｂを連続して巻き、これを冷却管２０２ｃ、２０２ｄにおいても同様にすることで冷却部２０ａを形成するようにしてもよい。このような形態としても、冷却部２０と同様の冷却能力を有することができる。

その他、冷却部２０を形成する手法としては、略平面上に所定の間隔空けるよう並列した状態における複数の冷却管２０２が、例えば円筒の表面に沿うように上下方向に蛇行しながら一周して配設されることで冷却部２０を形成してもよい。また、例えば円の四方に導入管２０４と接続された下端部が配された状態の４つの冷却管２０２を共に一方向に捩じることにより中空円筒を形成してもよい。

また、図７に示されるように、冷却管２０２ｅにより径の小さい冷却部を形成してこれを本体５０２とし、当該本体５０２を備える冷却器５０を実現して、冷却部２０と共に使用するようにしてもよい。即ち、２つの冷却部２０を用意し、一方の冷却部２０の径を、他方の冷却部２０の径より小さくして、この一方の冷却部２０を冷却器５０とし、他方の冷却部２０が容器１０の内周に沿って設けられている状態において、他方の冷却部２０が形成する筒の中空内に冷却器５０を挿入して流動状物を冷却する。これによれば、流動状物の撹拌動作時に流動状物が冷却管２０２ｅ間の隙間を通り抜けることができるため、図５に示されるような冷却器４０と比較して、より温度むらを抑制でき、冷却効率を高めることができる。なお、図７に示される本体５０２は、１本の冷却管２０２ｅにより形成されているが、図１に示される冷却部２０と同様に複数の冷却管２０２により形成してもよいことは言うまでもない。

また、本実施の形態においては、冷却部２０，２０ａ、冷却器５０をそれぞれ中空円筒形状として説明したが、これに限定されるものではなく、多角形、円錐形としてもよく、その形状は適宜である。また、冷却部２０、２０ａ及び冷却器５０は、それぞれ径が異なる小径の冷却部２０、２０ａ、冷却器５０を中空内に配して、所謂多重構造を構築してもよい。多重構造にすることにより、その冷却効率を格段に向上させることができる。

また、本実施の形態においては、流動状物冷熱装置として、冷却管２０２内に熱交換媒体として冷却媒体が流れる流動状物冷却装置１を例に挙げて説明したがこれに限定されるものではない。冷却管２０２内に高温の液体、ガスといった流体である加熱媒体を流し、即ち冷却管２０２を加熱管とすることにより、流動状物を加熱する流動状物加熱装置として流動状物冷却装置１を構築することも可能である。この場合も流動状物冷却装置１と同様に、加熱管の流動状物に接する面積は極めて広いため、高い加熱効率、換言すると高い伝熱効率を実現でき、流動状物の加熱を短時間で行うことができる。

本発明は、その要旨または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、全て本発明の範囲内のものである。

１ 流動状物冷却装置（流動状物冷熱装置）
１０ 容器
２０ 冷却部（他方の冷熱部）
２０ａ 冷却部（一方の冷熱部）
２０２，２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄ，２０２ｅ 冷却管（導管）
２０４，２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄ 導入管
２０６，２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｃ，２０６ｄ 導出管
２０８ａ 谷部
２０８ｂ 山部（凸部）

Claims (8)

1. 容器に収容された流動状物を冷却または加熱する流動状物冷熱装置であって、
   内部に流動状物との間で熱交換を行う熱交換媒体が流れる導管が所定形状の表面に沿うように曲げられることにより形成され、該導管の外周に前記流動状物が接することにより前記流動状物を冷却または加熱する冷熱部と、
   前記導管へ前記熱交換媒体を導入する導入管と、
   前記導管から前記熱交換媒体を導出する導出管と、
   を備えることを特徴とする流動状物冷熱装置。
2. 前記所定形状は円筒形状であり、
   前記冷熱部は、前記導管が該円筒形状の表面に沿って螺旋状に巻回することにより形成されることを特徴とする請求項１記載の流動状物冷熱装置。
3. 前記所定形状は円筒形状であり、
   前記冷熱部は、前記導管が該円筒形状の表面に沿うように上下方向に蛇行しながら一周して配設されることにより形成されることを特徴とする請求項１記載の流動状物冷熱装置。
4. 前記導管は、その外側表面に複数の凸部が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の流動状物冷熱装置。
5. 前記導管は、屈曲可能な蛇腹形状をなしていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の流動状物冷熱装置。
6. 複数の前記導管を備え、
   前記冷熱部は、前記複数の導管が所定の間隔を空けて並列し、並列状態を維持して共に所定形状の表面に沿うように曲げられることにより形成されることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の流動状物冷熱装置。
7. 前記冷熱部は前記容器の内周に沿って着脱自在に設けられることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の流動状物冷熱装置。
8. 少なくとも２つの前記冷熱部を備え、一方の冷熱部の径が、他方の冷熱部の径より小さく、前記他方の冷熱部が形成する円筒の中空内に前記一方の冷熱部が挿入されて前記流動状物を冷却または加熱することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の流動状物冷熱装置。

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