JPS5941710B2 - 液状物質熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 液体材料を熱処理に付す方法は液体製品を使用調製する
各種の分野で行なわれており、所望の程度の加熱を得る
のに種々の方法と装置が発達してきた。

本発明の装置と共通して、成る装置は液体を膜状加熱室
を通して導き、それを加熱する事を伴なっている。

エバンズの米国特許第３０３２４３２号明細書は液体を
導入管から加熱容器の内側を通して平担な板状に下方に
導く装置を開示している。

同様に、ディピースの米国特許第３７７１４３４号明細
書は液体の板状膜を加熱処理室を通して導く装置を開示
している。

ディピースの米国特許第３８４７７１４号明細書は円形
通路に間隔をおいて設けられ、液体を下方に導いて、液
の下降カーテンを形成するように設けられた多数のノズ
ルを教示している。

ズロカーニック外の米国特許第４１６２９７１号明細書
は入ってくる液体の流路に設けられ、液体を外方に偏向
し、且つそれを混合室の全横断面を越えて分配するほぼ
円錐状のデフレクタを開示している。

これらの特許のどれもが液体を、膜が下方に且つ外方へ
移動するに従ってカーテンの直径が連続的に増大し、膜
の厚さがだんだんと減少する下降連続カーテンに形成す
る概念について教示も示唆もしていない。

本発明の目的は従って膜の表面積が急速に増大して、加
熱媒体に新しい表面をさらし、一方膜の厚さが減少して
、液体による熱吸収の割合を増加して比較的短い時間一
温度比率を備えるようにした液体材料を熱処理する装置
を提供するものである。

他の目的はミルクのような液体が蒸気雰囲気で殺菌温度
に上げてその後ミルクをそれ自身よりも相当熱い表面に
接触させる事ができ、従ってミルクガ焦げたり、風味が
落ちるのを防止するような装置を備える事である。

本発明は頂壁、底壁および側壁により閉じられて内部室
を画成する容器と、加熱すべき液状物質の流れを上記容
器の頂端から上記内部室へ導入する装置と、上記液状物
質の流れを上記内部室内で外方へ拡開しつつ下降し、下
降するに従い厚さが減少するとともに表面積が増加する
内面および外面を有するカーテン状膜に形成する装置と
、上記液状物質を迅速に殺菌するため、蒸気を上記液状
物質のカーテン状膜の内面および外面に直接接触するよ
う上記内部室へ導入する装置とから成る、液状物質熱処
理装置を提供する。

次に好ましい実施例について説明する。

第１図において、符号１０は筒状本体部分１０ａと、上
方截頭ドーム１０ｂと下方截頭ドーム１０ｃを有する容
器を示している。

短い筒状部材１１と１２が上方ドーム１０ａと下方ドー
ム１０ｂにそれぞれ一体的に形成されるか又は溶接され
る（第３図）。

上方筒状部材はその上端に形成されたフランジ１３を有
し、それは筒状外壁１６ａと、円形上板１６ｂと、上板
から下方をこ延長する筒状内壁１６ｃを有する導入ハウ
ジング１６のフランジ１５と係合する。

部材１６ａ、１６ｂ及び１６ｃは全て溶接され、フラン
ジ１５をフランジ１３に固定する取脱し容易のクランプ
１８によりフランジ１３に固定される。

管１９は導入ハウジング１６の内側及び外側壁内の並ん
だ開口内に固定され、外壁から短い距離だけ外側に突出
し、管１９上のフランジをミルク供給源に連通ずる管２
１上のフランジに固定する取脱し容易のガスケットクラ
ンプ２０を受容する。

ロッド２５が上板１６ｂの中心から下方に延長し、その
下端に截頭円錐デフレクタ２６を担持する。

ロッド２５の上端は上板１６ｂ中の孔にＳ合し、それを
通して延長してナツト２７を収容する。

支持スパイダ２８の半径方向延長板２８ａがハウジング
１６の内側１６ｃ内にロッド２５を中心決定し且つ支持
する。

截頭デフレクタ３０がフランジ１３と１５の間に固定さ
れた環状ガスケット３３のすぐ内側のフランジ１３と１
５の間に固定された外側環状部分を有する環状板３０ｂ
の下側に溶接された筒状上方延長部３０ａによりロッド
２５から外方に間隔をおいた関係に支持される。

カラー３６により蒸気源に連通ずる導管３７に連結した
蒸気導入部材３５がタンクの筒状上方部材１１の開口に
溶接される。

ハウジングに入る蒸気はデフレクタ３０の上方延長部３
０ａに溶接され且つ容器の壁に対して摺動する孔あき環
状蒸気配給板３８を通して下方に導入される。

容器１０の下端に、筒状部材１２はフランジ４０を備え
ている。

排出ハウジング４２のフランジ４１は取脱し容易のクラ
ンプ４３によりフランジ４０に固定される。

ハウジング４２は二つの直角部分４２ａと４２ｂを有し
、部分４２ｂは加熱液体の適当な容器に通じている。

筒状熱遮蔽体４５がハウジング４２の内側下壁に溶接さ
れ、そこから上方に突出している。

ハウジング４２に溶接され、ハウジングの下壁の開口を
通して外側に延長する蒸気導入管４７が熱遮蔽体４５に
中央に位置している。

蒸気導入管の上端は熱遮蔽体の上端の上に突出し、その
中に多数の排出口を有する。

上記の装置は全て、ミルク供給導管２１と、蒸気供給導
管３，７とデフレクタ２６を除いて、好ましくはステン
レス鋼から構成される。

導管２１と３７はその導く液体を運ぶのに適当な材料で
あり、デフレクタ２６は好ましくは熱伝導性がやや低い
プラスチック材料で作られ、それが蒸気雰囲気中に設け
られるにも拘わらず、ミルクのような感熱液体がデフレ
クタの表面に接触し、その上を流れる時、液体が焦げつ
かないようにする。

入ってくる液体を囲むデフレクタ遮蔽体３０は液体がそ
れに接触しないように十分大きく、且つ蒸気が容器中半
径方向外側にデフレクタ２６の傾斜面に沿って流れる液
体通路がない領域に導入されるように十分傾斜していな
くてはならない。

容器１０を通る液体の運動の流速は液体が容器の下端Ｑ
こ殆んど第４図に示した高さに溜まるようＱこするもの
でなければならない。

容器１０の部分１０ｃの下方部分より若干高い高さに溜
まってもよいが、決して筒状熱遮蔽体４５の上端以上の
高さになってはならない。

本発明によれば、この装置は特にミルクを殺菌するのに
適している。

これはミルクを防腐用に殺菌する現行の方法が蒸気の直
接周囲にさらして、ミルクを加熱するからである。

ミルクを非常に短い時間の間Ｑこ、およそ０．２５秒か
ら０．３３秒の間に約８０℃から１４６℃の範囲の温度
で処理するこの型の処理を用いる事により化学的変化量
が最低でより改良された風味がミルクに生ずる。

ミルクを殺菌する現行の防腐方法において、ミルクは先
ずプレート又はシェル型及び管型熱交換器の何れかで約
４℃から８０℃に予熱される。

これらの温度ではミルクの焦げつきは問題でないが、し
かし８０℃以上では必然的に蒸気射出又は蒸気注入によ
り蒸気とミルクの間の直接接触を伴なう処理が用いられ
る。

上記の説明から明らかな如く、この装置は蒸気注入によ
り液体を加熱する。

第２図において、デフレクタ２６の下縁を離れて液体が
流れる最初の部分の間、それはほぼ截頭円錐通路に従ら
事がわかる。

デフレクタの表面を出て間もなく、液体が流れる通路は
如何なる場合でもデフレクタの全錐体を通る垂直軸に対
して、膜の中心位置がｘ、Ｘ座標を有する点として表わ
す事ができ、その座標において、Ｘ座標はデフレクタを
出る時の流体の水平分速度と液体がデフレクタの下部を
出て経過した時間の関数であり、Ｘ座標はデフレクタを
出る時の垂直分速度と、液がデフレクタの下部を出て経
過した時間及び重力加速と時間の２乗の関数であるよう
に、即ち次式で示すように変化する。

Ｘ霧Ｘ。

＋ｖｘｔｙ−ｘ ｏ ＋ Ｖ ｙ ｔ ＋１ ／ ２
ｊｉ ｔ ２ここにおいてＸ。

はデフレクタのＦ部での最初のＸ座標、ｔは液が座標Ｘ
。

を出て経過した時間、ｙＯは最初のＸ座標、■は流体の
流れの速度、ｇは重力加速である。

等式の応用において、液体の流速を２０ｊ！ｐｍのよう
に決定し、０．８２３８ ｓｑ、ｉｎ （５，３ｉ）の
ような所定の面積の排出ノズル１６ｃを有する導入ハウ
ジングを装置内に設置する。

公知の流速と排出面積で、ノズル１６ｃを出る液体の速
度が計算できる。

Ｘの各値は膜がその時点で円錐の垂直軸からの距離を示
し、この距離は勿論落下液体により形成されたカーテン
の平均直径の半分である。

液体の速度が決定されると、カーテンの直径が決定され
、流速が定まると、その直径での膜の厚さが決定される
。

同様に、膜の内面の面積と、問題の点に下降する間蒸気
にさらされる膜の外面の面積が計算できる。

蒸気の温度と、蒸気にさらす面積の量を決定すると、液
体に伝達された熱の量と液体の温度が次の方法で計算で
きる。

この装置を用いてミルクを殺菌するのに、ミルクへの蒸
気の熱伝達関数は次の式と考察される。

ここにおいて、Ｋは蒸気から加熱されるミルクへの熱伝
達係数である。

このデータを用いて次の表が生じ、これは三つの任意の
位置、即ちデフレクタ２６の下面の高さの第１位置（第
２図）と、膜が破れるように始動し、はぼ筒状形態をと
る点での第３位置と、第１位置と第３位置の間の約なか
ばにある第２位置とミルクの状態を示す計算データが含
まれている。

各位置での厚さは熱吸収の速度が膜の厚さに依存するの
で重要である。

各位置での膜の温度は必要な熱処理量が所望の温度に依
存するので重要であり、又充の二つの表においてミルク
が第３位置で又はそれに達する前に殺菌温度に達するこ
とが注意される。

第３位置の膜の直径は容器１０の内径がこの数字に伝存
するので重要である。

表 Ａ ａ、 導入ミルクの容積 −２０９ｐｍｂ、 供給
導管の直径 −１，０５”（２，６６センチ）Ｃ
０導入ミルクの温度 −８０℃ ｄ０円錐角度 −９０゜ ｅ、 円錐下部の直径 −２，５“（６，３５セ
ンチ）ｆ、蒸気温度 −１４３，５°Ｃ ｇ、 ミルクの最終温度 −１４０°Ｃ表
Ｂ ａ、 導入ミルクの容積 −１０，？ｐｍｂ、 供
給導管の直径 −〇、６２“（１，５７センチ）
Ｃ０導入ミルクの温度 −８０°Ｃ ｄ０円錐の角度 −６０°Ｃ ｅ、 円錐の下部直径 −２，５“（５，５８セ
ンチ）ｆ、蒸気の温度 −１４３，５℃ ｇ、 ミルクの最終温度 −１４０℃表
Ｃ ａ、 導入ミルクの容積 −１０ｇｐｍｂ、 供給
導管の直径 −〇、８５“（２，１５センチ）Ｃ
１導入ミルクの温度 −８０°Ｃ ｄ０円錐角 −６０°Ｃ ｅ、 円錐下部の直径 −２，５“（６，３５セ
ンチ）ｆ、蒸気温度 −１４３，５℃ ｇ、 ミルクの最終温度 −１４０℃上記の事から
、所望のミルクの流速、円錐デフレクタの大きさ及び導
入管の直径のような成る物理的なデータで始動し、１４
３．５℃の蒸気を用いて、ミルクの温度を所定の計算時
間に８０℃から１４０℃へ上昇しなければならない事が
明らかである。

、更に、ミルクカーテンの最大直径が得られる。

従って、上記の物理的データを有し、本願明細書と図面
に従って構成され、計算された時間内にミルクが１４０
℃に達するように正しく予知されるミルク殺菌装置が作
られる。

このような殺菌装置はミルクカーテンの計算された最大
直径よりも直径が数センチ大きい筒状蒸気室を有する。

８０℃でミルク全体が所望の毎分ガローンで殺菌装置を
通り且つ蒸気温度が１４３．５℃の時、それは所望の温
度に達し、次に容器から排出して保持部門へ送られる。

容器の排出端に位置した記録サーモメータによりミルク
の温度を連続的に記録する。

ミルク全体のため、その温度が１４０℃に上昇し、且つ
温度が３秒から４秒維持されれば、このミルクは商業上
の殺菌に達する事が実験テストにより決められている。

本装置瘉こおいて、排出ハウジング４２に連結した導管
がミルクの通過する保持部門を構成する。

この保持部門においては、殆んど熱損失がなく、ミルク
の温度はほぼそれが記録サーモメータを通過した時と同
じに保たれる。

ミルクが１４０℃よりも若干低いと記録サーモメータが
指示した場合、幾つかの調節方法の一つをなす事ができ
る。

第一は導入ミルクの温度を上昇できる。

第二は導入管１９の直径と筒状導管１６ｃ中のロッド２
５周囲の環状通路の面積を増大してミルクの速度を減少
できる。

取脱し容易のクランプ１８と２０により導入ハウジング
１６の取換えが容易である事に注意すべきである。

実行可能の第三の調節は蒸気の温度を増加する事である
。

蒸気注入によるミルク殺菌において、蒸気温度とミルク
を上昇すべき温度との差ができるだけ小さい事、及びミ
ルクの温度ができるだけ短い時間で殺菌温度に上昇する
事が非常に望まれる。

換言すれば、食品産業全体にわたり、長い時間低い温度
で処理するより、短時間に高温で処理する事がミルクの
質をほぼその元の質に近いミルクの質に保つ事がよく知
られている。

表Ａ、Ｂ及びＣに示した計算値を参照し、本発明の装置
は特に高温、短時間のミルク殺菌に適している事がわか
る。

表Ａは８０°Ｃのミルクが２０．９ｐｍの流速で、０．
１７４秒で１４０℃の温度に上げる事ができるのを示し
ている。

表Ｂは８０℃のミルクの温度が１０ 、！９ｐｍの流速
で処理される時、０．１１９秒で１４０℃に上げられる
事を示している。

表Ｃはこの殺菌装置で、８０°Ｃのミルクが０．１７２
２秒で１４０℃の温度に上昇できる事を示している。

短時間処理は転換円錐体が液を外側に広げ、それを厚さ
がだんだんと膜に流れを通して落下させる独特の方法で
達成される。

表Ｎの例において、円錐は９０°円錐であり、膜は約２
４インチ（６１，９センチ）の最大直径に達する。

従って、約２６又は２フインチ（６６又は６８．５セン
チ）の内側さしわたし径を有する筒状容器が使用できる
。

表Ｂの例において、円錐角が６０°であり、膜の最大直
径は約１７．６２インチ（４４，７５センチ）である。

表Ｃの例において、円錐角度は６０゜であり、最大膜直
径は約１４．１８インチ（３６センチ）である。

円錐角度又はミルク導入管の横断面積を変えるためその
構造中に装置により備えられた屈曲性がミルクを広い範
囲の条件に処理する装置に適する。

上に略述した如く処理したミルクが上記に基準に合わず
、伺秒か保持した後、１４０゜以下である場合蒸気の温
度を少々あげさえすればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の図式的側面図で一部を破断し、
１部を断面にして、ミルクを処理するほぼ筒状容器の内
側に位置した装置の部分を示すようにした図、第２図は
ミルクが截頭円錐デフレクタの上端に接し、容器中外側
及び下方に移動する時のミルクの分散を示す部分図式図
、第３図は第１図の装置の上端を中心で切断した拡大縦
断面図、第４図は第１図の装置の下端の一部を中心で切
断した拡大縦断面図である。 １０：容器、１６：導入ハウジング、１９．２１：液体
供給管、２５：ロッド、２６，３０：截頭円錐デフレク
タ、３５．３７：蒸気導入管、４２：排出ハウジング、
４７：蒸気導入パイプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 頂壁、底壁および側壁により閉じられて内部室を画
   成する容器と、加熱すべき液状物質の流れを上記容器の
   頂端から上記内部室へ導入する装置と、上記液状物質の
   流れを上記内部室内で外方へ拡開しつつ下降し、下降す
   るに従い厚さが減少するとともに表面積が増加する内面
   および外面を有するカーテン状膜に形成する装置と、上
   記液状物質を迅速に殺菌するため、蒸気を上記液状物質
   のカーテン状膜の内面および外面に直接接触するよう上
   記内部室へ導入する装置とから成る、液状物質熱処理装
   置。 ２、特許請求の範囲第１項の熱処理装置において、上記
   容器は軸線が略垂直な略円筒形をなし、上記の蒸気を一
   導入する装置は路上詔勅線上に配置された入口通路を含
   む、熱処理装置。 ３ 特許請求の範囲第１項の熱処理装置において、上記
   の液状物質を導入する装置が、上記側壁から内方へ間隔
   を有する位置に配置された入口通路を含む、熱処理装置
   。 ４ 特許請求の範囲第１項の熱処理装置において、上記
   容器は軸線が略垂直な略円筒形をなし、上記の液状物質
   のカーテン状膜を形成する装置が、上記容器の路上詔勅
   線上に配置され液状物質の流れを上記軸線から半径方向
   外方へ案内する上向きの流れ偏向面を有するデフレクタ
   を含む、熱処理装置０ ５ 特許請求の範囲第１項の熱処理装置において、上記
   の蒸気を導入する装置が、上記液状物質のカーテン状膜
   の内面に熱を加えるため上記カーテン状膜の内側で上方
   へ蒸気を放出する蒸気導管と、上記液状物質のカーテン
   状膜の外面に熱を加えるため上記カーテン状膜の外側で
   下方へ蒸気を放出する蒸気導管とを含む、熱処理装置。 ６ 特許請求の範囲第１項の熱処理装置において、上記
   の蒸気を導入する装置が環状の蒸気導管を含み、上記の
   液状物質を導入する装置が、上記環状の蒸気導管の中心
   に配置された入口通路を含む、熱処理装置。