(57)【要約】  少なくとも１つの貫通孔が設けられ、第１側及び第２側を有するチューブ保持部材（７０２）を提供する。チューブ保持部材（７０２）は、第２側を介してチューブ（７０４）に取り付けられるように構成される。貫通孔は、チューブ（７０４）の内径に対応する直径Ｄ１を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの貫通孔が設けられ、第１側及び第２側を有し、前記第２側を介してチューブに取り付けられるように構成されるチューブ保持部材であって、
前記貫通孔が直径Ｄ１を有し、
前記直径Ｄ１が前記チューブの内径に対応することを特徴とするチューブ保持部材。
【請求項２】
前記貫通孔が、前記直径Ｄ１及び長さＬ１を有する主要部と、前記チューブを受容するように構成され、直径Ｄ２及び長さＬ２を有する受容部と、を備え、
前記第２直径Ｄ２が前記チューブの外径に対応することを特徴とする、請求項１に記載のチューブ保持部材。
【請求項３】
前記主要部の第１長さＬ１が、前記受容部の前記第２長さＬ２より長いことを特徴とする、請求項２に記載のチューブ保持部材。
【請求項４】
前記第２直径Ｄ２が少なくとも８ｍｍであることを特徴とする、請求項２又は３の何れか一項に記載のチューブ保持部材。
【請求項５】
前記第２直径Ｄ２が２００ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項２〜４の何れか一項に記載のチューブ保持部材。
【請求項６】
前記第１直径Ｄ１と前記第２直径Ｄ２との差が少なくとも０．５ｍｍであることを特徴とする、請求項２〜５の何れか一項に記載のチューブ保持部材。
【請求項７】
前記第１直径Ｄ１と前記第２直径Ｄ２との差が５ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項２〜６の何れか一項に記載のチューブ保持部材。
【請求項８】
前記第２長さＬ２が少なくとも０．５ｍｍであることを特徴とする、請求項２〜７の何れか一項に記載のチューブ保持部材。
【請求項９】
前記第２長さＬ２が１０ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項２〜８の何れか一項に記載のチューブ保持部材。
【請求項１０】
前記第１長さＬ１が少なくとも１５ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載のチューブ保持部材。
【請求項１１】
前記第１長さＬ１が１００ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１〜１０の何れか一項に記載のチューブ保持部材。
【請求項１２】
前記第１長さＬ１と前記第２長さＬ２との合計が、前記第２直径Ｄ２より長いことを特徴とする、請求項２〜１１の何れか一項に記載のチューブ保持部材。
【請求項１３】
前記第１側に向かう凹部をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜１２の何れか一項に記載のチューブ保持部材。
【請求項１４】
前記第１側が平坦であることを特徴とする、請求項１〜１３の何れか一項に記載のチューブ保持部材。
【請求項１５】
前記チューブ保持部材がチューブケースであることを特徴とする、請求項１〜１４の何れか一項に記載のチューブ保持部材。
【請求項１６】
請求項１〜１５の何れか一項に記載のチューブ保持部材を備える管状熱交換器。
【請求項１７】
管状熱交換器を製造する方法であって、
請求項１〜１５の何れか一項に記載のチューブ保持部材の貫通孔に、前記チューブ保持部材の前記第２側を介して、少なくとも１つのチューブを配置するステップと、
前記チューブ保持部材の前記第１側を介して、前記貫通孔に溶接デバイスを配置するステップと、
前記チューブ保持部材に前記少なくとも１つの内管を溶接するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、例えば液体食用品加工用の管状熱交換器において使用される、チューブ保持部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、食品加工業においては、病原微生物を確実に死滅させるために食用品を熱処理することが良く知られている。今日では、この目的のためには、熱交換器を使用するのが一般的な方法である。プレート状熱交換器、管状熱交換器、表面掻き取り式熱交換器、及びコイル状熱交換器といった、様々な種類の熱交換器が利用可能である。一般に、異なる種類の熱交換器は別々の製品に適する。例えば、プレート状熱交換器は、牛乳の熱処理に使用できるが、オレンジジュース等の繊維を含む製品を処理するのには使用できない。一方、管状熱交換器は、繊維を含む製品を処理することができるため、繊維を含む製品及び含まない製品の両方を処理することができる、柔軟なひとまとまりの設備を必要とする顧客に選ばれることが多い。
【０００３】
熱交換器の設計及び製造にあたっては、食品の安全性が損なわれることのないように、確実に設備を適切に洗浄できるようにすることが極めて重要である。さらに、あらゆる事業と同様に、生産コストを確実に安価なものに保つことが重要である。これは例えば、原料の量を減らすこと、製造時間を短くすること、及び品質を確実に高いレベルに保つことにより実現される。稼働コストを低いレベルに保つこともまた重要である。これはエネルギー消費が抑えられることを含意するため、熱交換器の場合、例えば、熱伝達媒体と製品との間の熱伝達が高いレベルにあることを意味するものである。
【０００４】
管状熱交換器について、特に関心の集まる領域は、その中に製品が供給される内管がどのようにチューブケースに固定されるか、という点である。チューブケースは、シェル内部に内管の組を配置すること、及びチューブケースとシェルとの間に封止を形成することという二重の目的を果たすものであり、このチューブケースにより、内部パイプとシェルとの間の空間を流れる熱伝達媒体又は冷却媒体から、内管を流れる製品を分離しておくことができる。この目的のため、チューブケースは、内管の組の一端に配置され、また通常は内管の組の両端に配置される。内管の固定は溶接により行われることが多いが、内管が高品質で効率的に製造できるように、当該内管固定を設計しなければならない。さらに、当該固定は、内管が熱伝達の観点から最適な態様で配置され得るように行わなければならない。場合によっては、これは、内管を互いに近接するように配置することを意味する。
【０００５】
今日では、チューブケースの前面に内管を溶接するのが一般的な手法である。即ち、内管は、チューブケースの開口を通して送り込まれ、チューブケースの外端部に取り付けられる。そうすることにより、内管及びチューブケースが管状熱交換器に据え付けられる前に、内管とチューブケースとを共に容易に溶接することができる。
【０００６】
岩井機械工業株式会社により出願された特許文献１では、内管とチューブケースとの間の隙間に液体が残留するリスクを排除すると共に、生産コストを抑えるために、チューブケースの背面側に対してさらなる溶接を行うことが提案されている。この場合、チューブケースを加工する（ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ）必要がないためである。
【０００７】
前面側と背面側との両方に溶接を行うことのデメリットは、２つの溶接部の間に閉鎖空間が形成されることである。このような閉鎖空間があると、食品の安全性に関するリスクが生じる。背面側溶接部が破損すると、微生物が当該閉鎖空間へ入り込むおそれがある。背面側溶接部を検査するのは容易ではないため、この食品の安全性に関するリスクは検知が困難であり、当該リスクはより一層厳しいものとなる。
【０００８】
従って、生産コストが確実に安価なものとなり、高品質及び食品の安全性が保障されるような、内管がチューブケースに取り付けられた管状熱交換器のさらなる改良が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開第２０１０−１１７１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明は、好ましくは、上記で認定された当該技術分野における欠陥及びデメリットの１つ以上を、単独で又は任意の組合せとして軽減、緩和、又は解消しようとするものであり、少なくとも上述された問題を解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１態様によると、少なくとも１つの貫通孔が設けられ、第１側及び第２側を有し、当該第２側を介してチューブに取り付けられるように構成されたチューブ保持部材であって、上記の貫通孔が直径Ｄ１を有し、当該直径Ｄ１がチューブの内径に対応することを特徴とするチューブ保持部材が提供される。
【００１２】
有利な点は、チューブ保持部材を通してチューブを送り込んだ後チューブ保持部材の前面にチューブが取り付けられるのではなく、チューブがチューブ保持部材に隣接するように配置された後共に結合されるため、隙間がチューブ保持部材とチューブとの間に形成されないという点である。
【００１３】
隙間が形成されないことによる有益な効果は、食品残留物又はその他の不要な物質が蓄積するリスクが軽減されることである。
【００１４】
隙間が形成されないことによるさらなる有益な効果は、チューブを膨張させる必要がないということである。隙間が形成される場合、チューブ保持部材とチューブとを緊密嵌合させるためにはチューブを膨張させることが必要となる。
【００１５】
貫通孔は、直径Ｄ１及び長さＬ１を有する主要部と、チューブを受容するように構成され、直径Ｄ２及び長さＬ２を有する受容部と、を備えることができ、第２直径Ｄ２はチューブの外径に対応する。
【００１６】
受容部を有することによる利点は、溶接工程中、チューブが容易に所定の位置に保持され得る点である。
【００１７】
受容部を有することによるさらなる利点は、チューブとチューブ保持部材との間の接触面積が増加する点、及び、溶接部がチューブ保持部材の中間部により近い位置に配置され得る点である。これにより、チューブ保持部材へのチューブ溶接時、チューブに不要な腰部が形成されるリスクが軽減される。
【００１８】
主要部の第１長さＬ１は、受容部の第２長さＬ２より長いものとすることができる。
【００１９】
第２長さを短くすることによる利点は、これにより、チューブ保持部材とチューブとを共に溶接した後、食品残留物又はその他の不要な産物が蓄積しないように、これら２つの部材の間の隙間が閉鎖され得る点である。
【００２０】
第２直径Ｄ２は、少なくとも８ｍｍ、又は２００ｍｍ未満とすることができる。
【００２１】
第１直径Ｄ１と第２直径Ｄ２との差は、少なくとも０．５ｍｍ、又は５ｍｍ未満とすることができる。
【００２２】
第２長さＬ２は、少なくとも０．５ｍｍ、又は１０ｍｍ未満とすることができる。
【００２３】
第１長さＬ１は、少なくとも１５ｍｍ、又は１００ｍｍ未満とすることができる。
【００２４】
第１長さＬ１と第２長さＬ２との合計は、第２直径Ｄ２より長いものとすることができる。
【００２５】
さらに、チューブ保持部材に凹部を設けることができ、当該凹部は上記の第１側に向かう（ｆａｃｉｎｇ）ものとすることができる。
【００２６】
凹部を有することによる利点は、チューブ保持部材の背面に形成された溶接部が、より容易に検査可能であるという点である。
【００２７】
第１側は、平坦なものとすることができる。
【００２８】
平坦な第１側を有することによる利点は、当該平坦な第１側により、別のモジュールとより緊密に嵌合することが可能となる点である。前面側溶接部が形成される場合は、当該溶接部のため、前面は平坦なものではない。
【００２９】
チューブ保持部材は、チューブケースとすることができる。
【００３０】
第２態様によると、第１態様に係るチューブ保持部材を備える管状熱交換器が提供される。
【００３１】
第３態様によると、管状熱交換器を製造する方法が提供され、当該方法は、第１態様に係るチューブ保持部材の貫通孔に、チューブ保持部材の第２側を介して、少なくとも１つのチューブを配置するステップと、チューブ保持部材の第１側を介して、貫通孔に溶接デバイスを配置するステップと、チューブ保持部材に少なくとも１つの内管を溶接するステップと、を含む。
【００３２】
本発明の上述の特徴及び利点並びに追加の特徴及び利点は、本発明の好ましい実施形態についての以下の例示的且つ非限定的な詳細な説明を通じて、また添付図面を参照して、より理解されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１ａ】管状熱交換器の一例を図示する。
【図１ｂ】管状熱交換器の一例を図示する。
【図２】チューブケースと内管との間の接続部の断面図の一例を図示する。
【図３】チューブケースと内管との間の接続部の断面図の別の例を図示する。
【図４】チューブケースと内管との間の接続部の断面図の一例をさらに図示する。
【図５】内管の組及びチューブケースの断面図の一例を図示する。
【図６】内管の組及びチューブケースの断面図の別の例を図示する。
【図７】チューブケースと内管との組の断面図の一例をさらに図示する。
【図８】チューブケースと内管との組の断面図のさらに別の例を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１ａ及び図１ｂは、管状熱交換器１００の一例、より具体的にはＴｅｔｒａ  Ｐａｋ製のＴｅｔｒａ  Ｓｐｉｒａｆｌｏ（登録商標）を図示する。図示するように、複数のチューブが、屈曲パイプ１０２を介して互いに接続されており、コンパクトな設計となっている。図示される例では、内管１０４が一組に保持され、内管のそれぞれの組は、シェル１０６と呼ばれる、より大きなパイプ中に配置される。食用品は内管を通して供給され、熱伝達媒体はシェルを通して供給される。エネルギー消費を低く維持するためには、保存前に冷却されることとなる、これから出て行く（ｏｕｔｇｏｉｎｇ）食用品を熱伝達媒体として使用するのが有利である。このようなシステムは、回生システムと呼ばれることが多い。
【００３５】
図２は、屈曲パイプ１０２と内管１０４との間の接続部の断面図の一例を図示する。内管１０４のそれぞれの組は、チューブケース２００に取り付けられ得る。チューブケース２００は、内管１０４を所定の位置に保持するのに役立ち、また、シェル側の熱伝達媒体が屈曲パイプ１０２へ入らないようにする。さらに、図１ｂに図示されるように、チューブケース２００の助けを借りて内管の組を１つに束ねることにより、当該内管の組をより使い勝手良く取り扱うことができる。例えば、管状熱交換器１００の修理が必要となった場合、チューブケース２００に取り付けられた内管１０４の組をシェル１０６から引き出して、別の内管及びチューブケースの組合せと交換することができる。
【００３６】
今日では、図２に図示されるように、内管は、チューブケースの前面に内管を溶接することにより、チューブケースに取り付けられる。前面側溶接部２０２があることの利点は、当該溶接部２０２がアクセス容易であるため、製造及び検査がより便利になることである。さらに、熱伝達効率の観点からは、前面側溶接部があることにより、内管１０４は互いに近接するように配置することができ、内管とチューブケースとの溶接が最適な熱伝達設計を妨げないようにする。
【００３７】
しかしながら、チューブケースの前面側に溶接部があることにより、チューブケースの背面側において、内管とチューブケースとの間に隙間が形成され得る。食用品を熱伝達媒体として使用する回生システムを有する場合は、食品の残留物が当該隙間に捕らわれるのを避けるため、内管とチューブケースとを確実に緊密嵌合させることが重要である。
【００３８】
図３は、前面側溶接部３０６及び背面側溶接部３０８の両方により内管３０４に取り付けられたチューブケース３０２を有する熱交換器３００の一部を図示する。溶接デバイス用の空間を作るために、より大きな断面積を有するパイプ部３１０が設けられる。この前面側溶接部３０６を背面側溶接部３０８と組み合わせる手法は、特許文献１で岩井機械工業株式会社により提案されたものである。
【００３９】
この手法を使用する場合、背面側溶接部が破損すると、微生物が前面側溶接部３０６と背面側溶接部３０８との間に形成された閉鎖空間に捕らわれてしまうというリスクがある。検査用の孔は設けられていないため、このことは食品の安全上のリスクとなる。
【００４０】
図４は、背面側溶接部４０６により内管４０４に取り付けられたチューブケース４０２を有する熱交換器４００の一部を図示する。背面側溶接部４０６のみを有しているため、図３に図示された熱交換器３００のような閉鎖空間は形成されない。さらに、１つの溶接部のみが使用されるため、製造に要する時間が短縮される。
【００４１】
図５は、チューブケース５０２及び３つの内管５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃを含む、チューブケースと内管とを組み合わせたものの端部５００の一例を図示する。内管５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃは、図５に図示されるように、背面側溶接部によりチューブケース５０２に溶接される。
【００４２】
前面側溶接部を有していないことのさらなる利点は、前面側に非常に滑らかな平坦面が得られ、これにより、チューブケース５０２に取り付けられる屈曲パイプ又はその他の任意のモジュールとの緊密嵌合がより容易になるという点である。
【００４３】
図６は、チューブケース６０２及び３つの内管６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃを含む、チューブケースと内管との組み合わせたものの端部６００の別の例を図示する。図５に図示された例と異なり、チューブケース６０２には、凹部６０６が設けられており、これにより、背面側溶接部へのアクセス及び背面側溶接部の検査がより容易なものとなり得る。凹部６０６は任意の実施形態に対して適用可能である。一般的な態様では、凹部６０６が形成されているということは、軸方向、即ち内管の長さ方向又は内管に対応するチューブケースの開口の長さ方向に測った場合の、背面側溶接部の領域におけるチューブケース６０２の長さが短くなっているということに対応している。
【００４４】
図７は、溶接デバイス７０６を使用して共に溶接されたチューブケース７０２及び内管７０４を有する、チューブケース・内管構成７００の一例を図示する。
【００４５】
内管７０４を貫通孔と一直線に背面側に配置した後、溶接デバイス７０６が前面側から挿入され得る。チューブケースの貫通孔と内管との間に滑らかな移行部を形成するために、内径Ｄ１は内管の内径に対応させることができる。
【００４６】
内管７０４をチューブケース７０２に取り付けるためにこの手法を使用する利点は、内管７０４を膨張させる必要がないということである。より具体的には、内管７０４が貫通孔へ送り込まれることがないので、チューブケースに向かって内管を押し広げるために、膨張デバイスを使用して確実に内管をチューブケースと緊密嵌合させる必要がない。従って、微生物がチューブケースと内管との間の隙間に捕らわれるというリスクを軽減するだけでなく、溶接前の膨張ステップを省略することができる。
【００４７】
図８に図示されるように、チューブケース・チューブ構成８００において、効率的な洗浄が容易になるように、チューブケース８０２と内管８０４との間での緊密嵌合を実現すると共に、鋭利なエッジが形成されないようにするため、貫通孔の主要部の直径Ｄ１は、図７に図示されるように、内管８０４の内径に対応させることができる。さらに、受容部がチューブケースの背面に設けられ得る。受容部は、良好な嵌合が形成されるように、内管８０４の外径に対応する直径Ｄ２を有することができる。
【００４８】
さらに、隙間が形成されることがないように、内管８０４を受容するために設けられる受容部の長さＬ２は、１〜４ｍｍの範囲内とすることができる。受容部の長さＬ２を短くする理由は、このようにすると、チューブをチューブケースに溶接した後、内管８０４とチューブケース８０２との間に隙間が形成されることがないようにするのがより容易だからである。
【００４９】
主要部の長さＬ１は、１５〜１００ｍｍの範囲内とすることができる。長さＬ１とＬ２とを足し合わせた全長は、管状熱交換器内で保たれる圧力に応じて選択される。事故を避けるため、当該全長は多くの場合、法律及び産業上のガイドラインにより規制される。
【００５０】
受容部が内管の外径に対応する直径Ｄ２を有し、主要部が内管の内径に対応する直径Ｄ１を有することの利点は、チューブケースに内管を、例えば溶接により取り付ける前に、内管が当該受容部に受容され得る点である。これは、内管を取り付ける間、内管が所定の位置に容易に保持され得るということを含意する。さらに、溶接により取り付ける場合は、内管が受容部に受容されるようにするということは、腰部、即ち厚みが少ないセクションが内管に形成されるリスクが軽減されるということを含意する。この理由は、一つには、受容部があることで、図７に図示されるような受容部がない場合と比べて、溶接部が、貫通孔の中間部により近い位置に配置され得るためである。
【００５１】
効率的且つ高品質な溶接を行うため、溶接デバイス７０６、８０６は、精密な溶接を確実に行う自動溶接システムにより制御され得る。
【００５２】
管状熱交換器のチューブケースに関して上述された原理は、チューブに取り付けられるように構成された任意の種類のチューブ保持部材に対して使用可能である。従って、上記のチューブケースは、単なる一実施例として解されるべきである。
【００５３】
パイプに用いられる材料は、規制や標準により管理され得るものであるが、典型例は食品グレードのステンレス鋼であろう。
【００５４】
本発明が、主に少数の実施形態を参照しながら上記で説明された。しかしながら、当業者に容易に理解されるように、上記で開示されたもの以外の実施形態が、添付の特許請求の範囲により規定されるような本発明の範囲内で等しく可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１００  管状熱交換器
１０２  屈曲パイプ
１０４、３０４、４０４、５０４、６０４、７０４、８０４  内管
１０６  シェル
２００、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２、８０２  チューブケース
２０２、３０６  前面側溶接部
３００、４００  熱交換器
３０８、４０６  背面側溶接部
３１０  パイプ部
５００、５００  端部
６０６  凹部
７００、８００  チューブケース・内管構成
７０４  チューブ
７０６、８０６  溶接デバイス
【図１ａ】
2015533411.tif 000003
【図１ｂ】
2015533411.tif 000004
【図２】
2015533411.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2015533411.tif 000008
【図６】
2015533411.tif 000009
【図７】
2015533411.tif 000010
【図８】
2015533411.tif 000011
【国際調査報告】
2015533411.tif 000012
2015533411.tif 000013