(57)【要約】【目的】本発明は、特に固形物を含む流動体を熱処理する場合に、この流動体に含まれる固形物の「崩れ」が製品の品質に大きな影響を及ぼす食品を加熱又は冷却するのに好適に用いることができる流動体の熱交換システムを提供することを目的とする。【構成】加圧ガスの供給を受けて所定の圧力に保持され且つ流動体を収容するためのタンクと、該タンクに連通され、該タンクから供給される前記流動体を加熱又は冷却するための熱交換器と、該熱交換器に連通され、該熱交換器で加熱又は冷却された前記流動体を所定の時間間隔で所定の量の排出を行う充填ノズルを含む定量排出器とを有することを特徴とする流動体の熱交換システム。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧ガスの供給を受けて所定の圧力に保持され且つ流動体を収容するためのタンクと、
該タンクに連通され、該タンクから供給される前記流動体を加熱又は冷却するための熱交換器と、
該熱交換器に連通され、該熱交換器で加熱又は冷却された前記流動体を所定の時間間隔で所定の量の排出を行う充填ノズルを含む定量排出器とを有することを特徴とする流動体の熱交換システム。
【請求項２】
前記定量排出器が排出するのを停止したときに、前記熱交換器で加熱又は冷却した後の流動体を貯蔵するためのストレージタンクを更に有する、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項３】
前記熱交換器がチューブ式熱交換器である、請求項１又は２に記載の熱交換システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換システムに付加され、前記充填ノズルで合流される少なくとも一つの第２のラインを含み、
該第２のラインが、
第２の流動体を収容するタンクと、
該タンクに連通され、該タンクから供給される前記第２の流動体を加熱又は冷却するための第２の熱交換器と、
該第２の熱交換器に連通され、前記充填ノズルを共通の充填ノズルとして含む定量排出器とを有することを特徴とする流動体の熱交換システム。
【請求項５】
前記第２のラインが、前記第２の流動体を収容するタンクと、前記第２の熱交換器との間に設けられたポンプをさらに含む、請求項４に記載の熱交換システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般的には、流動体を加熱又は冷却するための熱交換システムに関し、より詳しくは、熱交換器を通過させることにより流動体を連続的に熱処理（加熱又は冷却）するのに好適な熱交換システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
流動体の連続的な熱処理のために、チューブ式熱交換器、プレート式熱交換器等が用いられているが、この種の熱交換器を組み込んだ熱交換システムにあっては、ロータリーポンプやモーノスクリューポンプなどのポンプ源が必須の要素と考えられており、このポンプ源により流動体を熱交換器の中に送り込むのが一般的である。
【０００３】
特に、食品や医薬などでは、厳格な熱処理時間の管理が要求されるが、このための手段として、ポンプ源の制御が行われ、これにより流動体が熱交換器を通過するのに要する時間を一定に保つようにされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、熱交換システムにロータリーポンプなどを組み込んだ場合、例えば、固形物と液体とを含む固液混合物を熱処理しようとすると、ロータリーポンプによって、固形物の一部が欠損する「崩れ」が生じてしまう。このような固形物の「崩れ」の問題は、例えば食品業界では、製品の品質にも関係する問題であることから看過することはできない。このような問題により、従来の熱交換システムでは、その適用範囲が制限されていた。
【０００５】
本発明の他の目的は、流動体を熱交換システムに送り込むために従来のようにロータリーポンプのような移送用の動力ポンプを必要としない熱交換システムを提供することにある。
【０００６】
本発明の更なる目的は、熱交換システムの下流側で、熱処理後の流動体を小売り用容器に充填する定量排出器を備えたシステムに好適に適用することができる熱交換システムを提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、固液混合物に含まれる固形物の「崩れ」が製品の品質に大きな影響を及ぼす食品を加熱又は冷却するのに好適な熱交換システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる技術的課題を達成するために、本発明によれば、
加圧ガスの供給を受けて所定の圧力に保持され且つ流動体を収容するためのタンクと、
該タンクに連通され、該タンクから供給される前記流動体を加熱又は冷却するための熱交換器と、
該熱交換器に連通され、該熱交換器で加熱又は冷却された前記流動体を所定の時間間隔で所定の量の排出を行う充填ノズルを含む定量排出器とを有することを特徴とする流動体の熱交換システムが提供される。
【０００９】
本発明によれば、タンク内の流動体は、タンク内圧によって熱交換器に供給され、この熱交換器で加熱又は冷却された流動体は、定量排出器によって、所定の時間間隔で所定の量が排出されるため、この定量排出器によって、流動体が熱交換器を通過するのに要する時間が厳格に制御される。したがって、従来のように、流動体を熱交換器に送り込むためのポンプ及びその制御を必要としない。
【００１０】
そのため、本発明による熱交換システムは、液体、ペースト状の流動体を加熱又は冷却することは勿論であるが、固液混合物を処理したとしても、従来のようにロータリーポンプのようなポンプ源による固形物の「崩れ」の問題が発生しないので、本発明の熱交換システムによって固液混合物の加熱または冷却を好適に行うことができる。
【００１１】
本発明の上記課題及び他の課題並びにその作用効果は、以下の本発明の好ましい実施例の詳しい説明から明らかになろう。
【００１２】
【実施例】
添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を以下に詳しく説明する。
【００１３】
第１実施例（図１）
図１は、第１実施例の熱交換システム１を示す。システム１は、エア源に接続された加圧タンク２を有し、加圧タンク２内の圧力はレギュレーター３によって調整される。熱交換システム１は、また、バルブ４を備えた配管５を介して加圧タンク２と接続された二重管型チューブ式熱交換器６（配管内径：２３ｍｍ、配管長さ：１６００ｃｍ、材質：ステンレス製、熱媒体は熱水を使用）と、チューブ式熱交換器６の下流端と配管７を介して接続された定量排出器８とを有する。定量排出器８は、入口バルブ９と、この入口バルブ９の下流側に設けられた計量ピストン１０と、計量ピストン１０の下流側に設けられた充填ノズル１１とを含み、充填ノズル１１から排出された流動体は、小売り用容器（例えば、パウチ）１２に収容される。
【００１４】
定量排出器８の作動は次のとおりである。熱交換器６により熱処理（加熱又は冷却）された後の流動体が定量排出器８に達すると、まず、入口バルブ９を開放して流動体を計量ピストン１０内に引き入れられる。計量ピストン１０で計量後、入口バルブ９を閉鎖し、その後計量ピストン１０から充填ノズル１１へ流動体を押し出す。以上の作動により、定量排出器８は熱処理された流動体を定量的に排出する。なお、入口バルブ９、計量ピストン１０、充填ノズル１１は、外部の制御機器からの信号により、所定のサイクル、例えば、２０〜４０回／分のサイクルで作動するように制御される。
【００１５】
そして、上述したように定量排出器８を制御して、定量排出器８を一定のサイクルで動作させることにより、チューブ式熱交換器６を通る固液混合物の通過時間すなわち熱処理時間を厳密に制御することができる。なお、実施例の熱交換システム１では、チューブ式熱交換器６を用いたが、これに代えてプレート式熱交換器を組み込むようにしてもよい。
【００１６】
従来のようにポンプ源を設けるとともにこのポンプ源を制御する必要がなく、比較的簡素な構成であるシステム１によれば、従来と同様に、液体、ペースト状の流動体を加熱又は冷却することができる。このような流動体の熱処理時間を管理するには、流速分布を考慮に入れて、例えばチューブ式熱交換器６の断面における中心部分を通る流動体の速度を基準にして、熱交換器６の通過時間が所定の値になるように各種のパラメータを設定すればよい。
【００１７】
また、実施例のシステム１は、上述したように、ポンプ源が存在していないため、固形物と液体とを含む固液混合物を熱処理したとしても、ポンプによる固形物の「崩れ」の問題を発生することがない。従って、実施例のシステム１を用いて、従来のシステムでは難しいとされた固液混合物、特に固形物含量が多い固液混合物に対しても熱処理を行うことができる。なお、固液混合物を熱処理する場合には、一般的にプレート式熱交換器よりもチューブ式熱交換器の方が好ましい。
【００１８】
ここで、実施例のシステム１を用いた連続的な固液混合物の熱処理に関し、最も好ましい処理方法を以下に詳しく説明する。
【００１９】
固形物と液体とが混在する固液混合物は、固形物の密度が小さいとその流動特性は液体に近いものとなるが、逆に、固形物の密度が大きくなると、隣接する固形物間の隙間を液体がすり抜け易くなる。このような液体の「すり抜け」現象が発生すると、液体が伝熱管を通過するのに要する時間と、固形物が伝熱管を通過するのに要する時間とに差が発生し、固液混合物に対して均等な熱処理を施すことが不可能になってしまう。しかし、この液体の「すり抜け」現象を抑えることができれば、固形物と、その周囲の液体とを一緒に移動させることができる。
【００２０】
上記の観点から、▲１▼固液混合物をガス圧により圧送して熱交換器を通過させ；▲２▼固形物を密状態に調整し；▲３▼液体の粘度を調整する、という３つの要素を組み合わせることが好ましく、これにより、チューブ式熱交換器６の内部で実質的に流速分布を生じさせることなく、また、上述した液体の「すり抜け」現象を抑えて固液混合物を均一に加熱又は冷却することができる。
【００２１】
このような処理を行うのに、固形物の密度と液体の粘度との関係は、熱交換器を通過する流速などと相関関係があり、数値で一律に規定することは難しいが、流速が比較的速ければ、液体の粘度は比較的小さくてもよい。逆に、流速が比較的遅ければ、液体の粘度を比較的大きくすることが望ましい。液体の粘度はでん粉、増粘剤等を用いて調整すればよい。固形物は、チューブ式熱交換器６を通過可能な大きさを有するものであればよい。
【００２２】
チューブ式熱交換器６を構成する伝熱管の内径は、一般的には、１０ｍｍ〜２５ｍｍとするのがよく、この伝熱管の管路長は、固液混合物の移送速度（伝熱管を通過する固液混合物の速度）と熱処理条件とを加味して決めればよい。
【００２３】
固液混合物の食品の例として、コーン粒入りコーンスープ、米飯粒を含む雑炊、あるいはタピオカ、白玉団子等の小固形物を含む飲料等を挙げることができ、これに含有される固形物として、例えば、牛肉、豚肉、鶏肉等の肉類、魚肉、貝類等の魚介類、ニンジン、ジャガイモ、カボチャ、ピーマン、タマネギ等の野菜類、とうもろこし等の穀粒、大豆、えんどう豆等の豆類等の粒状物等を挙げることができる。
【００２４】
増粘剤としては、ジェランガム、キサンタンガム、アルギン酸ナトリウム等の耐熱性を有する増粘多糖類又は化工澱粉などを挙げることができる。液体の上記「すり抜け」現象を抑えるのに、液体の粘度は、実験によれば、７００ｍＰａ・ｓ〜４０００ｍＰａ・ｓであるのが好ましく、より好ましくは９００ｍＰａ・ｓ〜３０００ｍＰａ・ｓ、最も好ましくは、１１００ｍＰａ・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓの粘性液であるのがよい。このような粘度を得るのに、例えば水のような液体の粘度を調整するのに必要な、固液混合物に対する増粘剤の含有割合は、増粘剤の種類によって異なるが、０．１重量％〜２．０重量％でよい。
【００２５】
固液混合物中の固形物の密状態は、固形物の含有割合を調整すればよい。すなわち、固液混合物に固形物が３０重量％以上、より好ましくは３５重量％〜８０重量％、さらに好ましくは４０重量％〜７０重量％、最も好ましくは４５重量％〜６５重量％含まれるように、固形物及び液状物を混合するのがよい。
【００２６】
以上のように、固液混合物を調整することにより、固液混合物は、チューブ式熱交換器６の中を、固形物間及び液体との間の相対的な位置関係を維持しながら下流側に向けて移動するようになる。すなわち、流速分布の発生を抑え、また、液体の「すり抜け」現象を抑えながら、チューブ式熱交換器６により、固液混合物を均一に熱処理することができる。
【００２７】
具体的に、第１実施例のシステム１を用いて、グリーンピース５０重量部（全粒、平均粒径７ｍｍ）と、４９．５重量部の水と、０．５重量部の増粘剤としてのキサンタンガムを溶解させた粘性液（約１１００ｍＰａ・ｓ（東機産業株式会社製Ｂ型粘度計、ローターＮｏ．３、品温２５℃で測定））との混合物（以下、単に混合物）を熱処理した。
【００２８】
上記のように調整した混合物をタンク加圧タンク２内に投入して混合した。次いで、エアレギュレーター３で加圧タンク２内を０．３ＭＰａに圧力調整した後に、バルブ４を開放して、タンク２内の混合物を、配管５を経て二重管型チューブ式熱交換器６へ圧送して熱処理を行い、熱処理後の混合物は定量排出器８を介して小売り用パウチに充填した。熱交換器６を通過する上記混合物の品温は９０℃であり、熱交換器６を通過するのに要する時間は１３．３分であった（この間の平均流速は、５００ｇ／ｍｉｎ）。
【００２９】
上記の条件により、上記混合物を連続的に加熱殺菌処理し、小売り用パウチ１２に収容した製品を確認したところ、グリーンピースには褪色が見られず、しかも過加熱臭もなく、そして崩れのあるグリーンピースも全く見当たらなかった。
【００３０】
以上のように、定量排出器８をチューブ式熱交換器６に連通させ、この定量排出器８を所定のサイクルで一定時間開放させることにより、チューブ式熱交換器６に圧送される上記混合物は間欠的に熱交換器６の内部を移動することになる。
【００３１】
図２は、この状態を説明するための図である。同図の上下に延びる波線で区画された領域Ａ、Ｂ、Ｃ・・・は定量排出器８の一回の動作で小売り用容器１２に収容される固液混合物を示す。同図から理解できるように、上記混合物は、システム１のチューブ式熱交換器６での流速分布の発生が抑えられ、領域Ａの固液混合物が、その下流の領域Ｂの固液混合物を押し出すようにしてコマ送りのように断続的に移動することになる。換言すれば、チューブ式熱交換器６内では、固液混合物は、その固形物Ｓ間及び液体Ｌとの間の相対的な位置関係を維持しながら下流側に向けて移動し、定量排出器８を制御することにより、チューブ式熱交換器６を通る固液混合物の加熱又は冷却を厳格に制御することが可能になる。
【００３２】
第２実施例（図３）
図３は、第２実施例の熱交換システム２０を示す。この第２実施例のシステム２０は、上述した第１実施例のシステム１に別ライン（第２ライン２４）を付加した構成を有する。ここに、上述の第１実施例のシステム１に含まれる要素と同一の要素には同一の参照符号を付すことにより、適宜その説明を省略する。
【００３３】
すなわち、第２実施例の熱交換システム２０は、メインラインとして、上述した第１実施例のシステム１を含む。ここに、第１実施例のシステム１に、バルブ２１、２２を介して接続されたストレージタンク２３が追加されている。なお、これと同様に、先に説明した第１実施例のシステム１（図１）にストレージタンク２３を追加してもよい。
【００３４】
第２実施例のシステム２０には、第１ライン（第１実施例のシステム）１に第２ライン２４が付加され、この第２ライン２４は、スープを収容する混合タンク２５と、この混合タンク２５にバルブ２６を介して接続された配管２７とを含む。
【００３５】
配管２７には、ロータリーポンプ２８と、チューブ式熱交換器２９と、この熱交換器２９の下流端に接続された配管３０に介装されたホモジナイザー３１と、このホモジナイザー３１の下流側に設けられた第２ストレージタンク３８とを有し、第２ストレージタンク３８は、バルブ３９を介して配管３０に接続されている。配管３０の下流端は、共通充填ノズル１１に接続され、これにより、第１ライン１と第２ライン２４とが共通充填ノズル１１で合流されている。
【００３６】
定量排出器８は、先の第１実施例で説明した構成に加えて、計量ピストン１０の下流側に設けられたバルブ１３を有し、また、第２ラインの配管３０には、入口バルブ４０と、この入口バルブ４０の下流側に設けられた第２計量ピストン４１と、計量ピストン４１の下流側に設けられたバルブ４２とを有する。
【００３７】
第２実施例のシステム２０は、第１ライン１の第１計量ピストン１０で計量された固液混合物と、第２ライン２４の第２計量ピストン４１で計量された液体成分とを混合して共通充填ノズル１１を通じて小売り用容器（例えば、パウチ）１２に充填される。
【００３８】
この第２実施例のシステム２０の動作に関し、グリーンピース入りスープを例に説明する。第１ライン１では、第１実施例で前述したとおり、グリーンピースを含む粘性液の粘度が調節され、また、固形物であるグリーンピースも高い密度となるように調節されて、タンク２に収容される。
【００３９】
第２ライン２４の混合タンク２５には、製品であるグリーンピース入りスープのスープ原料が収容され、この混合攪拌タンク２５でスープ原料を混合してスープを調製する。次いで、バルブ２６を開放すると共にロータリーポンプ２８を作動させ、混合タンク２５内のスープを、配管２７を経由してチューブ式熱交換器２９に移送し、このチューブ式熱交換器２９を通過させてスープに加熱殺菌処理を施した。
【００４０】
チューブ式熱交換器２９を通過中のスープの流量は４５００ｇ／分である。次いで、殺菌済みのスープは、配管３０を経由してホモジナイザー３１に送られ、ホモジナイザー３１によって均質化処理が施される。次いで、均質化されたスープが定量排出器８に移送される。
【００４１】
定量排出器８内では、まず入口バルブ９を開放し、グリーンピース及び粘性液を第１計量ピストン１０に引き入れる。計量ピストン１０で計量後、入口バルブ９を閉鎖し、バルブ１３を開放し、第１計量ピストン１０から共通充填ノズル１１へ上記グリーンピース及び粘性液を供給する。
【００４２】
一方、第２ライン２４のスープは、入口バルブ４０を開放し第２計量ピストン４１に引き入れ、その後、入口バルブ４０を閉鎖し、バルブ４２を開放して共通充填ノズル１１へ送られる。なお、入口バルブ９、４０及びバルブ１３、４２は、それぞれ外部の制御機器からの信号により２５回／分で開閉される。この共通充填ノズル１１において、第１ライン１と第２ライン２４とから供給される材料を混合して、グリーンピース１０重量部、粘性液１０重量部およびスープ１８０重量部の比率からなるグリーンピース入りスープ２００重量部をパウチ１２に充填する。
【００４３】
第２実施例のシステム２０の動作中に、何らかの原因で、共通充填ノズル１１及び図示しない充填シール装置等の周辺装置で作動不良が発生した場合、第１チューブ式熱交換器６で加熱殺菌処理された固液混合物は、第１ストレージタンク２３に貯蔵され、第２チューブ式熱交換器２９で加熱殺菌処理されたスープは、第２ストレージタンク３８に貯蔵される。
【００４４】
以上の作動は、共通充填ノズル１１等の作動不良が解消されるまで継続される。この間、配管７（第１ライン１）では、チューブ式熱交換器６側からのグリーンピース及び粘性液の圧送と、定量排出器８側からの逆行移送との切り替えが行われる。この切り替えは、バルブ２２及びバルブ２１の開閉によって行なわれる。切り替えの頻度は、この実施例では入口バルブ９の開閉頻度と同じ２５回／分である。このように、ストレージタンクを設けることによって、加圧タンク２はグリーンピース及び粘性液をチューブ式熱交換器６に断続的に圧送することができる。そのため、充填ノズル、あるいは図示しない充填シール装置等の周辺装置における作動不良が発生してもグリーンピース及び粘性液をストレージタンクで回収することができるので、その過加熱が回避される。一方、スープについては、充填ノズル１１等が作動不良等の原因で流動体の排出を停止している間、定量排出器８の入口バルブ４０を閉鎖し、バルブ３９を開放して、加熱処理済みスープは第２ストレージタンク３８内に貯蔵される。
【００４５】
当業者であれば、以上の説明から分かるように、第１ライン１を用いて加熱又は冷却処理した固液混合物の粘度又は固形物の密度のままでは製品として適切でないときには、熱処理後に、第２ライン２４で熱処理した液体成分を混入することにより、製品の固液混合物の粘度を低下させ、また、固形物の密度を低下させて、所望の粘度と密度の製品を得ることができる。
【００４６】
第２ライン２４の熱交換器２９として、プレート式熱交換器や他の任意の熱交換器を用いてもよく、また、ポンプ２８の代わりに、第１ライン１と同様に、タンク２５に代えて、エア源に接続されレギューレータで圧力調節されるタンクを用いてもよい。また、一つの第２ライン２４を第１ライン１に付加するようにしたが、上記第２ライン２４と同様の一以上のラインを更に追加してもよい。
【００４７】
なお、上記第１ライン１及び第２ライン２４は、それぞれ別の流動体を処理することができ、特に、粘度変化を受けやすい液体（例えば、葛、馬鈴薯でん粉等により粘性を付与された粘性液）、熱に弱い成分を含む流動体（例えば、フレーバーを含む調味液）、あるいは乳化を引き起こしやすい流動体（油脂を含むソース、スープ等）等、成分に応じて熱交換処理条件を変えることが望ましい二種以上の流動体を熱交換処理するのに適している。また、共通充填ノズルで流動体を混合するので、各流動体が均一に混合されやすい。
【００４８】
これらのうち、乳化を起こしやすい液体の処理する場合についてより具体的に説明すると、トマトソース等の油脂を含むソースあるいはスープを第１ライン１で熱交換処理し、これとは別にフレーバー等の熱に弱い成分を含む液体を第２ライン２４で熱交換処理し、充填ノズル１１で両者を混合して小売り容器に充填密封することにより、上記油脂を含むスープ、ソース等の液体を、ポンプを通過させずに熱交換処理し得るので、ポンプ通過によって引き起こされる乳化が抑制され、発色のよいソース、スープが得られ、その一方、別の液体に含まれているフレーバー成分の劣化が抑制されることから、発色と香りのよいスープあるいはソース等の液状食品を得ることができる。
【００４９】
また、上記システムは、第１ライン１及び第２ライン２４ともに、流動体として固液混合物を熱交換処理することが挙げられる。この場合、第２ライン２４からポンプ２８を省くことにより、第２ライン２４を第１ライン１と実質的に同一の構成に変更するようにしてもよい。例えば、ぶどう、ライチ等のホールか又は適宜の大きさにカットされた果肉とゼリーとを混合した果肉入りゼリーを製造するのに適用する場合、上記果肉と粘性液を含む固液混合物を第１ライン１で熱交換処理し、ゼリーと粘性液とを混合した固液混合物を第２ライン２４で熱交換処理し、両者を共通充填ノズル１１で合流させて小売り容器１２へ充填する。これにより、固形物の大きさに応じた配管径のラインを選択して各固形物に適した熱交換処理を行うことができ、しかも果肉には崩れが発生せず、果肉とゼリーを量目精度の高い状態で小売り容器に充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の熱交換システムの概略構成図である。
【図２】第１実施例のシステムを固液混合物を加熱又は冷却に適用するときの好ましい実施方法を採用したときの固液混合物の流動形態を説明するための図である。
【図３】第２実施例の熱交換システムの概略構成図である。
【符号の説明】
１　　　第１実施例の熱交換システム（第１ライン）
２　　　加圧タンク
３　　　レギュレーター
６、２９　チューブ式熱交換器
８　　　定量排出器
２０　　　第２実施例の熱交換システム
２４　　　第２ライン
２５　　　混合タンク
２８　　　ロータリーポンプ
２３、３８　ストレージタンク
Ｓ　　　　固形物
Ｌ　　　　液体
【図１】
2004053134.tif 000003
【図２】
2004053134.tif 000004
【図３】
2004053134.tif 000005