JP6364207B2 - 多管式熱交換器及び液体導入部材 - Google Patents

Description

本発明は、多管式熱交換器及び液体導入部材に関し、特に、固形物を含む流体食品などの液体を処理する場合に適用して有用なものである。

従来、被処理液体を効率的に加熱又は冷却するために、多管式熱交換器が用いられている。多管式熱交換器は、収納管（シェル）の内部に複数の流通管（チューブ）を並列に配置した熱交換器本体を備えている。また、収納管の両端の開口には、当該開口を閉止する閉止板が取り付けられている。閉止板には複数の貫通孔が形成されており、各貫通孔に、収納管の内部に収容された各流通管が連結されている。

多管式熱交換器は、熱交換器本体と、該熱交換器本体に接続される液体導入部材を備えている。被処理液体は液体導入部材を介して熱交換器本体の閉止板に開口した各流通管内に流入する。一方、収納管の内部であり、かつ流通管の外部の空間には熱交換媒体が流通可能となっている。このような構成とすることで、多管式熱交換器では、収納管内の熱交換媒体と流通管内の被処理液体とで熱交換が行われる。

ここで、被処理液体に固形物を含む場合、例えば、果実ジュースのように「さのう」と称される繊維を含むような場合においては、「さのう」が閉止板の表面に現れた流通管の各開口部の間に堆積する場合がある。

そこで、流通管の間隔を繊維の大きさよりも大きくなるように流通管を閉止板に固定することにより、繊維の堆積を防止した多管式熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、繊維の大きさに合わせて流通管の間隔を調整する場合、製造する飲料ごとに間隔を設定して多管式熱交換器を製造しなければならず、製造コストの増大や製造工程の煩雑化を伴うという問題がある。

また、被処理液体が閉止板の面方向に沿って増速しながら熱交換器本体に導入されるように液体導入部材を構成することで、閉止板に繊維等が堆積することを防止した多管式熱交換器が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、被処理液体を増速させずとも繊維等の堆積を防止することができる多管式熱交換器も望まれている。

特許第４２９６１１７号公報 特許第５２０１７５８号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被処理液体中の固形物の堆積を防止することができる多管式熱交換器及び液体導入部材を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、固形物を含有する被処理液体が内部を流通する複数の流通管、前記流通管を収納するとともに該流通管の外側に熱交換媒体が流通するように構成した収納管、及び前記流通管の開口が前記収納管の開口に露出するように保持するとともに前記収納管の開口を閉止する閉止板を備えた熱交換器本体と、前記熱交換器本体の前記収納管に接続される液体導入部材とを備え、前記液体導入部材は、前記熱交換器本体の前記閉止板に対向し、前記収納管の前記開口に接続される開口部を備える球状流路を有し、前記被処理液体が前記閉止板の面方向に沿って前記球状流路に流入するように構成され、前記開口部の直径は、前記球状流路の直径よりも短いことを特徴とする多管式熱交換器にある。

かかる第１の態様では、閉止板に平行な面内のみならず、閉止板に垂直な面内においても円を描くように被処理液体が流れるため、閉止板の表面において、固形物が付着、堆積することをより確実に抑制することができる。液体導入部材の接続態様としては、一対の熱交換器本体同士を接続し、被処理液体が導入される側の熱交換器本体に球状流路を接続するものが挙げられる。また、液体導入部材は必ずしも一対の熱交換器本体同士を接続しなくてもよい。この場合、被処理液体が供給される熱交換器本体の入口側に球状流路側を接続し、当該球状流路にポンプや配管等の部品を接続する接続態様を挙げることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する多管式熱交換器において、少なくとも一対の前記熱交換器本体を備え、前記液体導入部材は、一方の前記熱交換器本体の前記閉止板に対向した前記球状流路、及び他方の前記熱交換器本体と前記球状流路とを接続する導入路を有し、前記導入路は、被処理液体が前記閉止板の面方向に沿って前記球状流路に流入するように構成されていることを特徴とする多管式熱交換器にある。

かかる第２の態様では、少なくとも一対の熱交換器本体同士を液体導入部材で接続した場合においても、閉止板の表面において、固形物が付着、堆積することをより確実に抑制することができる。

本発明の第３の態様は、第２の態様に記載する多管式熱交換器において、前記液体導入部材は、他方の前記熱交換器本体の前記収納管に接続され、当該熱交換器本体の前記閉止板の面方向に垂直な方向に延設された円筒状流路を有し、前記導入路は、前記円筒状流路の側面に連通し、前記閉止板の面方向に延設されて前記球状流路に接続されていることを特徴とする多管式熱交換器にある。

かかる第３の態様では、熱交換器本体から排出された被処理液体が円筒状流路の内部に溜まることなく、熱交換器本体から円筒状流路を介して導入路に被処理液体を円滑に導入することができる。

本発明の第４の態様は、固形物を含有する被処理液体が内部を流通する複数の流通管、前記流通管を収納するとともに該流通管の外側に熱交換媒体が流通するように構成した収納管、及び前記流通管の開口が前記収納管の開口に露出するように前記収納管の開口を閉止する閉止板を備えた熱交換器本体に接続されて前記被処理液体の流路を構成する液体導入部材であって、前記熱交換器本体の前記閉止板に対向した球状流路を有し、前記被処理液体が前記閉止板の面方向に沿って前記球状流路に流入するように構成され、前記球状流路は、前記収納管の前記開口に接続される開口部を備え、前記開口部の直径は、前記球状流路の直径よりも短いことを特徴とする液体導入部材にある。

かかる第４の態様では、一対の多管式熱交換器本体を接続して多管式熱交換器を構成すると共に、被処理液体が導入される熱交換器本体の閉止板の表面において、固形物が付着、堆積することをより確実に抑制することができる。

本発明によれば、被処理液体中の固形物の堆積を防止することができる多管式熱交換器及び液体導入部材が提供される。

本実施形態に係る多管式熱交換器に用いられる液体導入部材の斜視図である。 本実施形態に係る多管式熱交換器の正面図である。 本実施形態に係る多管式熱交換器の平面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 図２の要部を拡大したＢ−Ｂ線断面図である。 図３の要部を拡大したＡ−Ａ線断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。

〈実施形態１〉
図１は本実施形態に係る多管式熱交換器に用いられる液体導入部材の斜視図であり、図２は本実施形態に係る多管式熱交換器の正面図であり、図３は本実施形態に係る多管式熱交換器の平面図であり、図４は図３のＡ−Ａ線断面図である。これらの図を用いて本実施形態に係る多管式熱交換器及びこれに用いられる液体導入部材について説明する。

図示するように、多管式熱交換器１（以降、熱交換器ともいう）は、被処理液体の熱交換を行う多管式熱交換器本体１０（以降、熱交換器本体１０ともいう。）と、熱交換器本体１０に着脱自在に取り付けられる液体導入部材５０を備える。固形物を含有する被処理液体は、特に限定はないが、例えば、果実や野菜を由来とする繊維などの固形物を含む果実飲料などを被処理液体として挙げることができる。

本実施形態に係る熱交換器１は、例として、２本の熱交換器本体１０を有する。以後、二本の熱交換器本体１０を区別して説明する際には、熱交換器本体１０ａ、熱交換器本体１０ｂと記載する。２本の熱交換器本体を区別せずに説明する際には、熱交換器本体１０と記載する。

熱交換器本体１０は、被処理液体が内部を流通する流通管２０と、流通管２０を固定する閉止板３０と、流通管２０が収納される収納管４０とを備えている。

流通管２０は、被処理液体が流通する部材であり、流通管２０の内部である流路２１に被処理液体が流通する。本実施形態では、流通管２０は、円筒状に形成されている。

収納管４０は、流通管２０を内部の流路４２に収納するとともに、流通管２０の外側に熱交換媒体が流通するように構成した管状の部材である。本実施形態では、収納管４０は、複数の流通管２０を流路４２に収容しうる内径を有する円筒状に形成され、閉止板３０が収納管４０の開口部４１を閉止することで、流路４２が形成されている。

閉止板３０は、流通管２０の開口部２２が収納管４０の開口部４１に露出するように保持するとともに収納管４０の開口部４１を閉止する部材である。具体的には、閉止板３０は、流通管２０が挿通する貫通孔３２を複数有する円板状の部材として形成されている。

各貫通孔３２には、複数（本実施形態では７本）の流通管２０が挿通され、流通管２０の開口部２２と閉止板３０の表面３１とがほぼ面一となった状態で、溶接などにより閉止板３０に固定されている。このように、各流通管２０は互いに略平行となるように閉止板３０に保持されている。

流通管２０を保持した閉止板３０は、収納管４０の一方の開口部４１を閉止し、収納管４０に固定されている。特に図示しないが、流通管２０の反対側の開口部を固定した別の閉止板３０は、収納管４０の他方の開口部を閉止し、収納管４０に固定されている。

このように流通管２０を保持した閉止板３０が収納管４０の両端の開口部４１を閉止することで、流通管２０に流通する被処理液体とは混合することなく、熱交換媒体が流通する流路４２が形成されている。

また、収納管４０の一方の開口部４１の近傍には、収納管４０の流路４２に連通する供給口４３が設けられている。特に図示しないが、収納管４０の他方の開口部の近傍には、流路４２に連通する排出口が設けられている。閉止板３０により封止された収納管４０の流路４２は、供給口４３から熱交換媒体が供給され、当該熱交換媒体は、排出口から排出される。

このように、収納管４０の流路４２に供給された熱交換媒体は、流路４２内に配置された流通管２０の表面に接触することで、流通管２０の流路２１内の被処理液体と熱交換することが可能となっている。

本実施形態に係る液体導入部材５０は、被処理液体が流通する流路を構成する部材であり、一対の熱交換器本体１０を連結するものである。本実施形態では、一方の熱交換器本体１０ａにおいて被処理液体を熱交換した後、当該被処理液体を他方の熱交換器本体１０ｂに導入して熱交換を連続的に行うとする。このような場合、液体導入部材５０は、熱交換器本体１０ａにおいて熱交換した被処理液体を、熱交換器本体１０ｂに導入する流路として機能する。

液体導入部材５０について詳細に説明する。本実施形態に係る液体導入部材５０は、球状流路６０、円筒状流路７０及び導入路８０を備えている。

球状流路６０は、被処理液体が流入される熱交換器本体１０ｂの閉止板３０に対向し、球状に形成された流路である。「球状流路６０が閉止板３０に対向する」とは、閉止板３０の面に垂直な方向から見た際に（図３に示す平面視）、球状流路６０内に閉止板３０が含まれるように閉止板３０に対して球状流路６０が位置することをいう。また、球状流路６０が球状であるとは、完全な球を意味するものではなく、被処理液体が流通する流路を構成する内面が略球又は略楕円となっているものも含む。本実施形態では、球状流路６０は、内面が略球となるように形成されており、その直径は、閉止板３０の直径よりも大きく、平面視において閉止板３０の中心と球状流路６０の中心とが重なっている。

球状流路６０には、収納管４０の開口部４１に連結する第１開口部５１が設けられている。当該開口部４１及び第１開口部５１が接続されることで、球状流路６０は熱交換器本体１０ｂの収納管４０に連通している。

円筒状流路７０は、被処理液体を排出する熱交換器本体１０ｂの収納管４０に接続された流路である。円筒状流路７０は、熱交換器本体１０ｂ側に開口した第２開口部５２を有している。本実施形態では、円筒状流路７０は、閉止板３０の外形状と略同一の内径を有している。第２開口部５２と、熱交換器本体１０ｂの収納管４０の開口部４１とが接続されることで、円筒状流路７０は熱交換器本体１０ａの収納管４０に連通している。

導入路８０は、中空に形成された管状の部材であり、球状流路６０及び円筒状流路７０を接続するものである。導入路８０は、被処理液体が閉止板３０の面方向（表面３１に平行な方向）に沿って球状流路６０に流入するように構成されている。

「閉止板３０の表面３１に沿って球状流路６０に向かう方向」とは、導入路８０から球状流路６０に流入する被処理液体の流れの方向成分に、閉止板３０と平行な成分を含むことをいう。特に、閉止板３０と平行に被処理液体が流路部６２に供給されるように導入路８０を構成することが好ましい。以降、この方向のことを単に閉止板方向とも称する。

なお、図４に示すように、本実施形態では、導入路８０の中心を通り閉止板方向に平行な直線Ｌが、球状流路６０の中心Ｏを通るように導入路８０が形成されている。これにより、被処理液体は、閉止板方向に沿って導入路８０を流通し、球状流路６０に流入する。

また、液体導入部材５０には、第１開口部５１及び第２開口部５２の外側に突出した第１フランジ部５３が形成されている。一方、各収納管４０の開口部４１にも、外側に突出した第２フランジ部３３が形成されている。第１フランジ部５３及び第２フランジ部６３は、互いに当接した状態で、クランプ９０により締め付けられて固定されている。なお、これらの第１フランジ部５３及び第２フランジ部６３は、クランプ９０を緩めて、取り外すことが可能となっている。

このように液体導入部材５０を各熱交換器本体１０ａ、１０ｂの収納管４０に接続し、クランプ９０で固定することで、被処理液体は、熱交換器本体１０ａの流通管２０から排出され、液体導入部材５０の第１開口部５１で合流し、円筒状流路７０、導入路８０及び球状流路６０を経て第２開口部５２から熱交換器本体１０ｂの各流通管２０に流入する。すなわち、複数の熱交換器本体１０に被処理液体を連続的に流通させて熱交換させることができる。

図５及び図６を用いて、熱交換器１における被処理液体の流れについて説明する。図５は図２の要部を拡大したＢ−Ｂ線断面図であり、図６は図３の要部を拡大したＡ−Ａ線断面図である。

上述したように閉止板方向に沿うように導入路８０が設けられている。したがって、被処理液体は、導入路８０から球状流路６０の中央部に向かって、閉止板方向に沿って流入し、被処理液体は、球状流路６０の内面のうち導入路８０に対向する部分に達する。

そして、球状流路６０の内面は球面状に形成されているので、被処理液体は図中の矢印に示すように、被処理液体は、球状流路６０内で円を描くように流通する。すなわち、球状流路６０内においては、被処理液体は、流通管２０に被処理液体が流入するとともに、閉止板方向に平行な面及び直交方向（閉止板３０の面に垂直な方向）に平行な面においても円を描くような流れを形成する。そして、閉止板３０の表面（貫通孔３２同士の間の領域）近傍における被処理液体の流れとしては、閉止板方向の流れと、閉止板３０の表面から直交方向に離れる流れを含むものとなる。

したがって、「さのう」など被処理液体中の固形物が閉止板３０の各流通管２０の間に付着したとしても、該固形物を被処理液体の流れにより、閉止板方向に押し流し、さらには、閉止板３０の表面から剥離させることができる。

以上に説明したように、多管式熱交換器１では、一方の熱交換器本体１０ａから他方の熱交換器本体１０ｂに被処理液体を流通させるための液体導入部材５０を有している。液体導入部材５０は、閉止板３０に対向する球状流路６０を有し、閉止板方向に沿う導入路８０を介して球状流路６０に被処理液体が導入されるように構成されている。

このような構成の多管式熱交換器１によれば、閉止板３０に平行な面内のみならず、閉止板３０に垂直な面内においても円を描くように被処理液体が流れるため、閉止板３０の表面において、固形物が付着、堆積することをより確実に抑制することができる。

また、多管式熱交換器１は、従来のように、固形物の形状に合わせて閉止板３０に現れる流通管２０の開口部２２の間隔を調整するものではない。これにより、固形物の形状によらずに設計及び製造することができるため、固形物に応じて別種の多管式熱交換器１を設計及び製造することが不要となり、製造コストを低減し、製造工程を簡略化することができる。

さらに、多管式熱交換器１は、被処理液体を増速させるものでもない。これにより、被処理液体を所望の速度に増大させるために適した形状の液体導入部材５０を設計及び製造することが不要となり、製造コストを低減し、製造工程を簡略化することができる。

液体導入部材５０は、球状流路６０の内面が球面であるため角がなく、洗浄が容易である。さらに、液体導入部材５０を熱交換器本体１０に着脱自在な構成としたので、液体導入部材５０を熱交換器本体１０から取り外して、個別に洗浄などのメンテナンスや交換を容易に行うことができる。

また、一方の熱交換器本体１０ａに接続される流路として、円筒状流路７０を設けた。収納管４０と略同形状の内径を有する円筒状流路７０を設けることで、熱交換器本体１０ａから排出された被処理液体が内部に溜まることなく、熱交換器本体１０ａから円筒状流路７０を介して導入路８０に被処理液体を円滑に導入することができる。

〈他の実施形態〉
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。

例えば、液体導入部材５０は、熱交換器本体１０に着脱可能な別体のものであったが、熱交換器本体１０と一体的な構成としてもよい。

さらに、液体導入部材５０の一端側は、円筒状流路７０としたが、必ずしもこのような構成に限られない。例えば、導入路８０が熱交換器本体１０ａに向けて屈曲するなどの構成であってもよいし、球状流路６０と同様の形状としてもよい。

また、図５及び６に示したように、導入路８０は、被処理液体が球状流路６０の中心部に向けて供給されるように構成されているが、このような態様に限定されない。例えば、被処理液体が球状流路６０の内面に沿うように導入路８０を球状流路６０に連結させてもよい。このように構成することによっても、被処理液体は、球状流路６０内で図５及び図６に示したような円を描くように流通させることができる。

実施形態１では、熱交換器１は一対の熱交換器本体１０を有していたが、二対以上あってもよい。また、液体導入部材は必ずしも一対の熱交換器本体１０同士を接続しなくてもよい。例えば、被処理液体が供給される熱交換器本体１０ｂの収納管４０に球状流路６０を接続し、ポンプや配管等の部品を球状流路６０又は導入路８０に接続する接続態様を挙げることができる。

１ 多管式熱交換器（熱交換器）
１０、１０ａ、１０ｂ 多管式熱交換器本体（熱交換器本体）
２０ 流通管
３０ 閉止板
４０ 収納管
５０ 液体導入部材
６０ 球状流路
７０ 円筒状流路
８０ 導入路

Claims (4)

1. 固形物を含有する被処理液体が内部を流通する複数の流通管、前記流通管を収納するとともに該流通管の外側に熱交換媒体が流通するように構成した収納管、及び前記流通管の開口が前記収納管の開口に露出するように保持するとともに前記収納管の開口を閉止する閉止板を備えた熱交換器本体と、
   前記熱交換器本体の前記収納管に接続される液体導入部材とを備え、
   前記液体導入部材は、前記熱交換器本体の前記閉止板に対向し、前記収納管の前記開口に接続される開口部を備える球状流路を有し、
   前記被処理液体が前記閉止板の面方向に沿って前記球状流路に流入するように構成され、
   前記開口部の直径は、前記球状流路の直径よりも短い
   ことを特徴とする多管式熱交換器。
2. 請求項１に記載する多管式熱交換器において、
   少なくとも一対の前記熱交換器本体を備え、
   前記液体導入部材は、一方の前記熱交換器本体の前記閉止板に対向した前記球状流路、及び他方の前記熱交換器本体と前記球状流路とを接続する導入路を有し、
   前記導入路は、前記被処理液体が前記閉止板の面方向に沿って前記球状流路に流入するように構成されている
   ことを特徴とする多管式熱交換器。
3. 請求項２に記載する多管式熱交換器において、
   前記液体導入部材は、他方の前記熱交換器本体の前記収納管に接続され、当該熱交換器本体の前記閉止板の面方向に垂直な方向に延設された円筒状流路を有し、
   前記導入路は、前記円筒状流路の側面に連通し、前記閉止板の面方向に延設されて前記球状流路に接続されている
   ことを特徴とする多管式熱交換器。
4. 固形物を含有する被処理液体が内部を流通する複数の流通管、前記流通管を収納するとともに該流通管の外側に熱交換媒体が流通するように構成した収納管、及び前記流通管の開口が前記収納管の開口に露出するように前記収納管の開口を閉止する閉止板を備えた熱交換器本体に接続されて前記被処理液体の流路を構成する液体導入部材であって、
   前記熱交換器本体の前記閉止板に対向した球状流路を有し、前記被処理液体が前記閉止板の面方向に沿って前記球状流路に流入するように構成され、
   前記球状流路は、前記収納管の前記開口に接続される開口部を備え、
   前記開口部の直径は、前記球状流路の直径よりも短い
   ことを特徴とする液体導入部材。

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