JPS6020097A - 熱交換器に於る温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱水等の液状の熱媒体を使用し、被加熱物を
一定の温度条件で加熱ツることを可能と−４る、熱交換
器に於ける温度制御方払に関７る。

一般に食品−亡医薬品等を調Ｊ里や殺菌の目的で加熱づ
る場合の加熱温度の管理は極めて重要で゛ある。１ハ１
に食品等は熱に対づ゛る影響を受け易く、となる。また
加熱温度が所定の温度より低くなると、食品が充分に調
理されない等の問題が生じた。また食品や医薬品を殺菌
或いは滅菌の目的で加熱づる場合の温度憧・埋（ま特に
！ｌ２Ｙｊ、−（、加熱温１良が所定の温度よりたとえ
０．５℃でも降下すると、確実に殺菌（減菌）不良を引
き起こし、製品を工業レベルで処理づる場合には、それ
らの大缶廃シミに繋がる鋳、致命的な問題となった。

一般に製品を特定の８瓜条件て加熱ザるための菰貿とし
ては、プレー１〜式４ｊ１交模器、ヂコーブ式Ｍ）交換
器、掻き１１マリ式熱交換器等の各種熱交換器が広く使
用されＣいる。どころで、これらの熱交換器に於いては
、製品に熱を伝えるための熱媒体として通常蒸気や熱水
が使用される。

熱媒体として蒸気を使用する場合には、蒸気を熱交換器
のジＸ・ケラ！〜Ｅｌｉに注入し、蒸気のもっている潜
熱（水蒸気が水になるとぎに放出する熱）と製品が熱交
換器ることにより、製品の品温が高めらけれる。また、
この場合に温度の制御は、例えば図１に赤ツ′ように、
温度センサー４によって加熱後の製品の品温を感知し、
その信尼をコントローラー５に取り込むことによつＣ，
設定温度と製品品温１の偏差により、蒸気弁６の開度を
調整することによって行なわれる。

しかし、上記のように熱交換器の温度制御をｔ−１なう
場合には蒸気を使用づることに起因Ｊる下記Ｊるような
問題があった。即ち、通常熱交換器のジｔ・クツ１〜部
に注入される際の蒸気の圧力は高く、当然に蒸気温度は
設定温度よりも相当に高くなる。したがって熱交換器の
ジャケラ１へ而（，１、非常に高温となり、またジＡ７
ケツ１−から製品側への伝熱面ら高υ１４となる。この
ことにより、１云熱而イ」近の製品は過度に加熱され、
製品に１１．）変、焦げ１９が発生Ｊることが多くなる
。また製品の焦げ等のスケールが伝熱面にイ」ネすると
、”ｊ＋”Ｊ　ｌ’、ｌｌ−への熱伝導を妨げるととも
に、蒸気の消費ａｌを上げ、エネルギーコスト的にも不
利になる。

また、蒸気を使用づる場合は、蒸気が凝結して水になる
ときの熱を利用していることから、速やかに凝結水をジ
ャケラ１〜外へｎＦ出する必要がある。この排出がうま
く行なわれないと、ジャケラ１〜内へ注入された蒸気が
先ず凝結水と熱交換して、次にこの凝結水が製品と熱交
換するため、製品への熱伝達率が低下し、製品が所定の
品温にまで加熱されない場合がある。また、凝結水をυ
１出するため、熱交換器にドレン弁等−が設けられるが
、一般に凝結水はジャケットの下部に溜ることが多く、
ドレン弁の取り付（ブイ（ｌ置には制限があり、また取
り付は位置を誤ったり、ドレン弁が詰ったりすると、上
記のにうに製品の加熱不足を引き起こした。

また蒸気は気体であるため、弁開度の調整が適切に行な
われないと、ハンヂングオーバーシュート等が発生した
。即ち、製品の品温が設定温度より低い場合に、弁開度
を上げる際、弁開度が大きいと、製品が設定温度に達し
てから直ちに弁開度を下げたとしても、ジャケラ１〜内
に必要以上に蒸気が入り過ぎ、製品が設定温度より高い
：ｊ；Ａ度で加熱されたり、逆に弁開度が小さいと、熱
交換器内で、製品品温を所定の時間内。

Ｃ設定温度によ−Ｃ高めることができない場合があった
。

；１、た、これらの問題を解決するために、適当（４λ
めＣ繁夕１Ｆであり、高度な技術を要した。

以上のＪζうに、蒸気を熱媒体として使用Ｊる場合には
種々の問題がある。ところで、上述したような蒸気を使
用する場合の問題は、蒸気が気１４−であることに起因
するところが多く、これに代え（）１に体の熱水を熱媒
体として使用覆ることしＩＡ　＜行なわれ−Ｃいる。と
ころが、熱水は単イ〜’ｔ　（４＼槓当りの熱容量が大
ぎいため、熱交換器内（製品の品温が設定温度から外れ
た場合には、これを設定温度に戻づ−までの間に遅れが
生じ、このことは製品を殺菌〈滅菌）する場合等、正確
な温度管理を必要とする揚台には全く致命的な問題とな
った。

本発明の目的は、熱水等の液状の熱媒体を使用し、その
効用を充分に生かすとともに、被加熱物を一定の温度条
４！；で加熱することを可能とづる、各種熱交換器に利
用し得る温度制御方法を提供することにある。

本発明者らは、上記の目的を達成するために、果、本発
明者らは下記するような知見を得た。

即ち、被加熱物及び熱媒体を伝熱壁を隔てて器内に流し
、これによって被加熱物に熱を伝える形式の熱交換器に
於いて、液状の熱媒体を使用Ｊる場合には、１）熱交換
器に供給づる熱媒体の品温を常に一定に制御苛ること、
２）熱媒体を被加熱物と向流に流Ｊこと、３）熱媒体の
熱交換器に於ける入口から出口への所定の温度勾配を維
持ザるに足る流速で熱媒体を流すこと、以上１）〜３）
を合わせて行なうことによって、たとえ外乱が生じた場
合にも、液状の熱媒体の熱容母が人さいことと相まつＣ
，熱交換器内には、所定の品’（：ｕ：の熱媒体が熱媒
体の熱交換器に於ける入口から出口への所定の温度勾配
を維持するに足る流速で流されているため、外乱によっ
て生じた熱媒体の温度変動は速やかに修正され、被加熱
物は交換器内で、所定の品温にまで高められた熱媒体と
伝熱壁を隔てて常に遭遇し、被加熱物は定常的に所定の
品温にまで加熱されることを見出した。

本発明は上記の知見に基づい−（成されたもので、その
要旨は、被加熱物及び熱媒体を伝熱壁を隔ζ（器内に流
し、これによって被加熱物に熱を伝える熱交換器に於い
て、熱媒体として液状物を使用し、該熱媒体の熱交換器
に於りる入口温度を固定的に制御するとともに、該熱媒
体を被加熱物に対し向流に、かつ該熱媒体の熱交換器に
於（プる入口から出口への所定の温度勾配を維持するに
足る流速で熱交換器内に流すことを特徴とする、熱交換
器に於ける温度制御方法で以下、本発明について図面を
基にして詳しく説明する。

第２図は、本発明の湿度制御方法を採用した熱交換器の
一態様を示すものである。

このシステムでは、送液ポンプ７、熱媒用タンク８．熱
交換器１〜３は、記載の順で開回路である熱媒用配管９
によって繋がれ、熱媒体は、上記の系内を図の場合に右
′回りの方向に循環しで流される。また、熱交換器１〜
３は、各々その内部に熱媒用配管９と伝熱壁を隔てて設
（ノら実際にこのシステムを稼動して熱交換器１〜３内
の温度制御を行なう場合には、先ず送液ポンプ７を稼動
させることによって、熱媒体を熱媒用タンク８から熱交
換器１．熱交換器２．熱交換器３及び送液ポンプ７の順
に熱媒用配管９内に循環して流す。ここで、システム内
に流される熱媒体は液状のもので、例えば熱水２石油。

水銀、溶ｈす：金属等を使用づる。また送液ポンプ曳 ７としては、液状物を送液可能な寺のであれば何れも使
用できるが、耐熱性があり吐出流量の大きい遠心ポンプ
等を使用することが特に好ましい。また熱交換器１〜３
は、被加熱物及び熱媒体を伝熱壁を隔てて器内に流し、
これによつ−（被加熱物に熱を伝える形式のもので、例
えばノ゛レー１へ式熱交換器、デユープ式熱交換器１表
面掻さＩｌｋり式熱交換器盾を使用Ｊる。

本発明では、」上記のように熱媒体を熱媒用配管９内に
流りどともに、被加熱物を製品人口１１より送入し、熱
交換器３→熱交換器２→熱交換器１の順で製品用配管１
０内に流す。したがって、被加熱物及び加熱媒体は、各
々熱交換器１〜３内に伝熱壁を隔てて設（ノられた製品
用配管１０及び熱媒用配管９内を反り４方向に、即ら向
流に流される。

次に、−１ニ述のように熱媒用配管９内を循環しＣ流れ
る熱媒体の熱交換器１に於ける入口温度を、これと熱交
換づる被加熱物が一定品温によで高められる温度に固定
的に制御する。具体的には、実際の製品を製品用配管１
０内に流すのに先立って、例えば１００℃の熱水を製品
人口１１から製品用配管１０内に送り（水運転）、この
際熱交換器１〜３を経て加熱後の熱水が所定の品温、例
えば１３．０℃になるように、熱交換器１に送られる熱
媒体の品温を一定に制御する。この熱媒体が制御される
温度は通常加熱後の被加熱物の品温より２〜３℃程度高
いものとなる。

尚、この熱媒体の制御される温度は経験的にめることが
できる。

また、熱媒体の熱交換器１に於ける入口温度を制御づ°
る方法どしては、図によると、例えば熱媒用タンク８を
出た熱媒体の品温を温１．ｙセンザー４で感知し、その
信号がコントローラー５に取り込まれ、これによって設
定温度と熱媒体の品温との編方により、蒸気弁６の開度
の調整を行ない、熱媒用タンク８への蒸気の供給ωを変
えることによって行なわれる。尚この場合に、熱交換器
１に常に所定の品温の熱媒体を送るために、温度レンザ
ー４は熱媒用配室９の熱媒用タンク８より後方に設ける
必要がある。もちろ／υ熱媒体の品温を制御覆る方法が
、上記のものに限られないことは言うまでもない。

次に本発明では、上述のように熱媒体の熱交換器１に於
ける入口温度を固定的に制１２ＩＩｖるとどしに、熱交
換器１〜３に於りる入口から出［１への所定の湿度勾配
を維持リ−るに足る流速で、熱媒体を熱交換器１〜３内
に流り“。即ち、このことは、例えば上）ホの水運転の
例で、品温の低いだ１水（１シリえば９０℃）が、製品
人口１１からｊス人された場合にち、その熱水が所定の
品温（１３０℃）にまで高められる流速（流量）以上で
、熱動（１本をだ）交換器１〜３に送ることを意味する
。

この熱媒体の流速は、水運転の段階で試験的にめること
ができる。

尚、熱媒体の流速は、予測される外乱の程麿に応じて適
宜決定することができ、例えば図示のようなニー重管式
熱交換器の場合には、熱交換器に送られる被加熱物の品
温の５〜１０℃の偏差を見込むとすると、通常被加熱物
の流速の３〜４倍の流速で熱媒体を流すことが好ましい
。

また、加熱媒体の流速を調整する方法としては、図によ
ると、例えば送液ポンプ７の吐出屯営うまでもない。尚
、本発明では、上記のように液状の熱媒体がシステム内
を強制的に循環ざＵられるので、蒸気を使用刃る場合の
ドレンの滞留等の問題も一切発生しない。

本発明では、以上のように、熱媒体を所定の品温及び流
速でシステム内に流した状態で、実際の製品を製品人口
１１から送入し、熱交換器１〜３で加熱した後に回収す
る。この場合に、熱交換器３に送られる製品の品温がば
らついた場合にも、液状の熱媒体の熱容母が大きいこと
と相まって、熱媒用乱伐９内に所定の品温の熱媒体が、
熱着媒体の熱交換器に於（プる入口から出口への所定の
温度勾配を維持づ゛るに足る流速で流されているため、
製品は熱交換器１〜３内で所定の品温にまで高められた
熱媒体と、伝熱壁を隔Ｃ’ｃ常に遭遇し、確実に所定の
品温にまで加熱される。したがつ゛（、熱交換器を用い
て製品を殺菌（滅菌）する場合には、常に一定の殺菌（
滅ｉ≧１）条件が達成され、極めて有効である。

また、この温度制御方法に於いては、熱媒体の熱容１い
が大きいのでＰＩＤ制ｔａ１１等特に複雑な制御手段を
必要とせず、ＯＮ−〇ＦＦ制御で熱媒体の品温及び流速
を所定のものｔこ制御すれば、響品をｌ１ｉｃ実に所定
のｉｆｕ度条イ４１で加熱できるため、操１′１的にも
簡便である。

しかもこの温度制御方法に於いては、蒸気を使用づる場
合のように製品が渦層に加熱されることがなく、製品は
絶えず一定の温度領域で加〃１さＰＬるため、熱交換器
の伝だ１面へのスケールの（−１？’＋を良好に防止で
き、均一な晶質の製品が１１１られる。

また、狛に熱に対して感受性の強い製品であつ（し、品
質を良好に保持することができる。また、３・ソ品が熱
媒体と向流に流されるため、製品はいきなり高温の熱媒
体と遭遇覆ることがなく、徐々に低温→高温の熱媒体と
遭遇することになり、この点でも製品はマイルドに加熱
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の温度制御方法を採用した熱交換器の一
態様を示し、第２図は本発明の温度制御方法を採用した
熱交換器の一態様を示す図である。 １〜３・・・熱交換器、４・・・温疫センザー、５・・
・Ｕントローラー、６・・・蒸気弁、７・・・送液ポン
プ。 ８・・・熱媒用タンク、９・・・熱媒用配慎・、１０・
・・製品用配管、１１・・・製品入口、１２・・・製品
出口。 特許出願人 ハウス食品工業札式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被加熱物及び熱媒体を伝熱壁を隔てて器内に流］ノ、こ
   れによって被加熱物に熱を伝える熱交１つ５器に於いて
   、熱媒体として液状物を使用し、該熱媒体の熱交換器に
   於りる入口温１σを固定的に制御りるどともに、該熱媒
   体を、被加熱物にり・１し向？）？Ｌに、かつ該熱媒体
   の熱交換器に於Ｃプる入Ｌ１から１１冒］ｌ＼の所定の
   温度勾配を肩（Ｊ’−、’ｌするに犀る２Ａｊ連で熱交
   換器内【こ流すことを＃：’ｊ徴とする、熱交換Ｚ：：
   に於（Ｊ　？＞温度制御ｈｄ１．１