(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体と固形物の混合物もしくは液体と固形物と気体の混合物を搬送パイプから複数の分岐パイプに分配して流動させるに際し，
前記搬送パイプの内面から中心に向うように立設され，パイプ本体の中心までは達しない高さで，混合物の流動方向に対して螺旋状に配置されるフィンを備え，
フィンの前端は，パイプ本体の内面からパイプ本体の中心に向かうに従い混合物の流動方向に傾斜する形状に構成され，
前記フィンは，前記搬送パイプの内面の複数箇所に設けられており，かつ複数のフィンは搬送パイプの中心の周りに互いに間隔をもって放射状に配置され，複数のフィンの先端同士の間には，前記搬送パイプの中心に位置する空間が混合物の流動方向に向かって連続して形成され，
前記複数の分岐パイプに分配して流動させる前に，前記搬送パイプにおいて，前記混合物を旋回させながら流動させることにより，前記混合物を攪拌して均一化させることを特徴とする，混合物の分配方法
【請求項２】
液体と固形物の混合物もしくは液体と固形物と気体の混合物を流動させる搬送パイプと，この搬送パイプの下流側に接続された複数の分岐パイプとを備えた混合物の分配装置であって，
前記搬送パイプの内面から中心に向うように立設され，パイプ本体の中心までは達しない高さで，混合物の流動方向に対して螺旋状に配置されるフィンを備え，
フィンの前端は，パイプ本体の内面からパイプ本体の中心に向かうに従い混合物の流動方向に傾斜する形状に構成され，
前記フィンは，前記搬送パイプの内面の複数箇所に設けられており，かつ複数のフィンは搬送パイプの中心の周りに互いに間隔をもって放射状に配置され，複数のフィンの先端同士の間には，前記搬送パイプの中心に位置する空間が混合物の流動方向に向かって連続して形成されていることを特徴とする，混合物の分配装置。
【請求項３】
前記複数の分岐パイプは，多管式熱交換器の外胴内に配置されていることを特徴とする，請求項２の混合物の分配装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，例えば果肉入り飲料の如き液体と固形物の混合物や，その他液体と気体の混合物，液体と固形物と気体の混合物などを搬送パイプから複数の分岐パイプに分配して流動させる方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばジュースやスープなどの飲料を工業的に製造する場合，オーミック加熱やマイクロ波を利用した加熱殺菌機などにより飲料を加熱殺菌するのが一般的である。しかしながら，これらの加熱殺菌機は正確な殺菌温度の制御が困難であり，殺菌の対象となる飲料の種類が限定されてしまう。一方，シェルアンドチューブなどと呼ばれる外胴内に複数の分岐パイプを配置した構成の多管式熱交換器は，正確な殺菌温度の制御が容易にでき，また連続的に送液しながら殺菌できるので，飲料などの殺菌には多管式熱交換器が広く利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，例えば果肉入りジュースなどのように液体と固形物の混合物を多管式熱交換器の分岐パイプに流動させる場合，複数の各分岐パイプに固形物を均等に分配させて流動させるのは困難である。例えば横向きに送液させる場合，搬送パイプ中を送液される間に混合物中の固形物が沈殿したり，逆に浮上したりして，固形物が上下どちらかに偏った状態で送液されることとなる。そして，そのままの状態で搬送パイプから複数の分岐パイプに混合物を送液すると，上方に位置する分岐パイプと下方に位置する分岐パイプのいずれか一方に固形物が多く偏って流入してしまう。こうして固形物が多く流入した分岐パイプは，固形物が円滑に流動できなくなって詰まったり，あるいは詰まらないまでも流動速度が低下するため分岐パイプ内を流れる時間が長くなって，固形物が焦げる等の熱変性を受けてしまう結果となる。また例えば搬送中などにおいて，混合物中に空気が混入する場合がある。かかる場合，そのまま送液すると，空気が搬送パイプ内で浮上し，上方に配置された分岐パイプには空気が多く入り込むこととなってしまう。
【０００４】
かかる事態を避けるため，搬送パイプにフィンや撹拌プロペラなどを設置し，強制的に送液させることも考えられるが，このようなフィンや撹拌プロペラなどの設置だけでは，分岐パイプ中での固形物の詰まりを完全に防止することは非常に困難である。一方，詰まりが生じた場合に送液を一時中断し，分岐パイプ中に逆向きの流れを生じさせて詰まった固形物を除去する方法は，分岐パイプごとに逆流させる手段が必要であり，かつ無菌仕様にする必要があることから実用的でない。また，殺菌中にこのような逆向きの流れを分岐パイプ内に発生させると，送液量の変動によって殺菌条件が不安定となり，所定の殺菌効果が得られない可能性がある。
【０００５】
従って本発明の目的は，例えば多管式熱交換器の外胴内などに配置される複数の各分岐パイプに対し，混合物を均一化させた状態で分配できる方法と装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために，本発明によれば，液体と固形物の混合物もしくは液体と固形物と気体の混合物を搬送パイプから複数の分岐パイプに分配して流動させるに際し，前記搬送パイプの内面から中心に向うように立設され，パイプ本体の中心までは達しない高さで，混合物の流動方向に対して螺旋状に配置されるフィンを備え，フィンの前端は，パイプ本体の内面からパイプ本体の中心に向かうに従い混合物の流動方向に傾斜する形状に構成され，  前記フィンは，前記搬送パイプの内面の複数箇所に設けられており，かつ複数のフィンは搬送パイプの中心の周りに互いに間隔をもって放射状に配置され，複数のフィンの先端同士の間には，前記搬送パイプの中心に位置する空間が混合物の流動方向に向かって連続して形成され，前記複数の分岐パイプに分配して流動させる前に，前記搬送パイプにおいて，前記混合物を旋回させながら流動させることにより，前記混合物を攪拌して均一化させることを特徴とする，混合物の分配方法が提供される。この分配方法で運転すると，混合物の大きな螺旋状の流れが形成されるが，さらに流体の粘度が小さい場合には，この螺旋状の流れを回転軸とする小さな螺旋状の流れの発生が観察される。このような２重の螺旋状の流れは，流動物の攪拌効果を更に高める作用をする。
【０００７】
本発明において，混合物とは，例えば果肉入りジュースなどのような飲料であり，その他飲料以外の液体と固形物の混合物や液体と固形物と気体の混合物なども含む。この分配方法にあっては，混合物を攪拌して均一化させてから複数の分岐パイプに分配して流動させているので，攪拌により固形物や気体の沈降や浮上を防ぎ，均一に混合した状態を保ちながら各分岐パイプに送液することが可能となる。これにより，分岐パイプ中での固形物による閉塞などが回避でき，また分岐パイプ中での流動速度の低下も防止できるようになる。また混合物中に混入した気体も撹拌分散され，各分岐パイプに均一に分配されるようになる。
【０００８】
また，本発明にあっては，液体と固形物の混合物もしくは液体と固形物と気体の混合物を流動させる搬送パイプと，この搬送パイプの下流側に接続された複数の分岐パイプとを備えた混合物の分配装置であって，前記搬送パイプの内面から中心に向うように立設され，搬送パイプの中心までは達しない高さで，混合物の流動方向に対して螺旋状に配置されるフィンを備え，フィンの前端は，パイプ本体の内面からパイプ本体の中心に向かうに従い混合物の流動方向に傾斜する形状に構成され，前記フィンは，前記搬送パイプの内面の複数箇所に設けられており，かつ複数のフィンは搬送パイプの中心の周りに互いに間隔をもって放射状に配置され，複数のフィンの先端同士の間には，前記搬送パイプの中心に位置する空間が混合物の流動方向に向かって連続して形成されていることを特徴としている。また，前記複数の分岐パイプは，多管式熱交換器の外胴内に配置されている。
【０００９】
本発明の分配装置にあっては，搬送パイプ内を流動させられる混合物に対し，螺旋状に配置されたフィンにより回転を加えることができ，混合物は搬送パイプ内を旋回しながら流動していく。このように混合物を流動中に旋回させて攪拌させ，均一化させることにより，固形物や気体の沈降や浮上を防ぎ，混合物を均一に混合した状態を保ちながら各分岐パイプに送液することが可能となる。これにより，分岐パイプ中での固形物による閉塞などが回避でき，また分岐パイプ中での流動速度の低下も防止できるようになる。また混合物中に混入した気体も撹拌分散され，各分岐パイプに均一に分配されるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態を図面を参照にして説明する。図１は，本発明の実施の形態にかかる混合物の分配装置１の説明図である。
【００１１】
搬送パイプ１０の上流側（図示の例では左端側）に接続されたタンク１１内には，例えば果肉入りジュースなどの如き液体と固形物の混合物ａが溜められている。搬送パイプ１０の最上流端はタンク１１の下面に接続されており，タンク１１内の混合物ａが搬送パイプ１０内に流入するようになっている。搬送パイプ１０にはポンプ１２が介装されており，このポンプ１２の稼働により，タンク１１内の混合物ａは，搬送パイプ１０内を図１中の右向きに送液されるようになっている。
【００１２】
また，こうして搬送パイプ１０内を図１中の右向きに送液された混合物ａは，搬送パイプ１０の下流側（図示の例では右端側）に形成された攪拌機構１５及びレジューサ１６を経て，複数の分岐パイプ１７に分配されて供給されるようになっている。ここで，図２は分岐パイプ１７の側面図であり，図３は分岐パイプ１７の正面図である。両側に配置された一対のプレート１８，１９によって複数の分岐パイプ１７が互いに隙間をあけた状態で平行に支持されている。各分岐パイプ１７は，熱伝導に優れた材料で構成された両端が開口した中空の円筒チューブからなり，前述のように搬送パイプ１０内を送液されて分岐パイプ１７に供給された混合物ａは，これら各分岐パイプ１７内を図１中の右向きにそれぞれ送液された後，図１に示すように，分岐パイプ１７の下流側（図示の例では右端側）に接続されたレジューサ２０にて再び合流させられて，次の搬送パイプ２１に送液されるようになっている。
【００１３】
これら複数の分岐パイプ１７は，多管式熱交換器２５を構成している外胴２６内に配置されている。この外胴２６の下面には熱媒の供給口２７が形成されており，上面には熱媒の出口２８が形成されている。そして，これら供給口２７と出口２８を通じて熱媒を外胴２６内に流通させることにより，外胴２６内は常に所望の温度の熱媒で満たされており，分岐パイプ１７の表面には常に熱媒が接触して分岐パイプ１７は高温に加熱されている。これにより，混合物ａは各分岐パイプ１７内を流れる間に所望の温度に加熱されて殺菌されるようになっている。
【００１４】
次に図４は，搬送パイプ１０の下流側に形成された攪拌機構１５の斜視図である。この攪拌機構１５は，搬送パイプ１０の一部を構成する両端開口の中空円筒形状をなすパイプ本体３０を備えており，前述のように搬送パイプ１０内を流動する混合物ａは，パイプ本体３０の入口側（図４においてパイプ本体３０の前側）３０ａからパイプ本体３０内に流入した後，パイプ本体３０内を通って，パイプ本体３０の出口側（図４においてパイプ本体３０の後側）３０ｂに流出するようになっている。
【００１５】
パイプ本体３０の内面には，複数枚（図示の形態では４枚）のフィン３１が装着されている。図５に示すように，フィン３１は，所定の幅（後述する「高さｈ」）の板部材の前端（図５においてフィン３１の左端）３１aと後端（図５においてフィン３１の右端）３１ｂとを互いに捻ったように湾曲した形状を有しており，図示の形態では，フィン３１の前端３１aに対し，フィン３１の後端３１ｂが相対的に９０゜捻られた形状になっている。
【００１６】
ここで図６は，パイプ本体３０の内面にフィン３１を１枚だけ装着した状態のパイプ本体３０の正面図であり，図７は，図６中のＡ−Ａ断面図であり，図８（ａ）は図７中のＢ−Ｂ断面図，図８（ｂ）は図７中のＣ−Ｃ断面図，図８（ｃ）は図７中のＤ−Ｄ断面図である。フィン３１は，フィン３１の基端（パイプ本体３０の内面に取り付けられる端部）をパイプ本体３０の内面に溶接等することにより固定されており，フィン３１の先端（パイプ本体３０の内方に向かう先端）３１ｃをパイプ本体３０の中心Ｏに向けて配置されている。パイプ本体３０の内面（フィン３１の基端）からフィン３１の先端３１ｃまでの高さｈは，パイプ本体３０の内径の半分よりも低い高さｈに設定されている。これにより，図６及び図８（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ示されるように，フィン３１の前端３１aから後端３１ｂまでの間のいずれの位置においても，フィン３１の先端３１ｃは，パイプ本体３０の中心Ｏまでは達しないように構成されている。
【００１７】
前述のようにフィン３１は捻られた形状を有しており，そのように捻られた形状のフィン３１をパイプ本体３０の内面に沿って螺旋状に配置することにより，パイプ本体３０の入口側３０ａとパイプ本体３０の出口側３０ｂとでは，フィン３１の前端３１aと後端３１ｂが異なる角度（パイプ本体３０の中心角において異なる角度）の位置に配置される。図示の例では，パイプ本体３０の入口側３０ａに取り付けられるフィン３１の前端３１aの位置に対して，パイプ本体３０の出口側３０ｂに取り付けられるフィン３１の後端３１ｂが，９０゜ずれるように設定されている。
【００１８】
また図７に示すように，フィン３１の前端３１aは，パイプ本体３０の内面（フィン３１の基端）からパイプ本体３０の中心Ｏ（フィン３１の先端３１ｃ）に向かうに従い混合物ａの流動方向に傾斜する形状に構成されている。更に，フィン３１の前端３１aとフィン３１の先端３１ｃとが交差する角部は滑らかな凸曲面に削られた形状になっている。
【００１９】
図６〜８にはパイプ本体３０の内面に１枚のフィン３１だけを装着した状態を示したが，実際にはこの実施の形態においては図４に示すようにパイプ本体３０の内面に４枚のフィン３１が装着されている。各フィン３１は，パイプ本体３０の中心Ｏの周りに，中心角が９０゜ずつとなる等間隔をもって放射状に配置されている。
【００２０】
ここで図９は，攪拌機構１５をパイプ本体３０の入口側３０ａから見た正面図である。この図９に示されるように，パイプ本体３０の内面には，中心角９０゜ずつの間隔をもって４枚のフィン３１が装着された状態となっている。そして，各フィン３１の高さｈがいずれもパイプ本体３０の内径の半分よりも低くて，各フィン３１の先端３１ｃがパイプ本体３０の中心Ｏまでは達していないことにより，各フィン３１の先端３１ｃ同士の間には，パイプ本体３０の中心Ｏに位置する円柱形状の空間３２が，混合物ａの流動方向に向かって連続して形成されている。
【００２１】
さて，以上のように構成された分配装置１において，ポンプ１２の稼働により，タンク１１内の混合物ａは，搬送パイプ１０内を図１中の右向きに送液される。そして混合物ａは，攪拌機構１５を通る際に攪拌される。
【００２２】
即ち攪拌機構１５において，パイプ本体３０の入口側３０ａからパイプ本体３０内に流入し，パイプ本体３０内を流動していく混合物ａに対し，螺旋状に配置されたフィン３１によって回転が加えられる。これにより，混合物ａはパイプ本体３０内を旋回しながら流動していくこととなり，その旋回流に伴って混合物ａが攪拌されて均一化される。
【００２３】
こうして攪拌により均一化された混合物ａは，パイプ本体３０の出口側３０ｂから流出し，レジューサ１６を経て，複数の分岐パイプ１７に分配されて供給される。そして各分岐パイプ１７に供給された混合物ａは，これら各分岐パイプ１７内を図１中の右向きにそれぞれ送液された後，レジューサ２０にて再び合流させられて，次の搬送パイプ２１に送液される。また，このように各分岐パイプ１７内を流れる間に，多管式熱交換器２５の外胴２６内に流通させられた熱媒により高温に加熱されて，混合物ａの殺菌が行われる。
【００２４】
このように，図示の分配装置１にあっては，搬送パイプ１０内を送液されてきた混合物ａを攪拌機構１５にて攪拌して均一化させてから複数の分岐パイプ１７に分配して流動させているので，攪拌によって混合物ａ中での固形物や気体の沈降や浮上を防ぎ，均一に混合した状態を保ちながら各分岐パイプ１７に混合物ａを送液することが可能となる。これにより，分岐パイプ１７中での固形物による閉塞などを回避でき，また分岐パイプ１７中での流動速度の低下も防止できるようになる。また混合物ａ中に混入した空気などの気体も撹拌分散され，各分岐パイプ１７に均一に分配されるようになる。
【００２５】
また図示の形態の攪拌機構１５にあっては，パイプ本体３０内に設けられている各フィン３１の前端３１aが，フィン３１の先端３１ｃに向かうに従い混合物ａの流動方向に傾斜するように構成され，フィン３１の前端３１aと先端３１ｃとが交差する角部も滑らかな凸曲面に削られた形状になっている。これにより，混合物ａはパイプ本体３０内に円滑に流入できるようになる。また，各フィン３１の先端３１ｃ同士の間には，パイプ本体３０の中心Ｏに位置する円柱形状の空間３２が形成されているので，混合物ａ中に含まれた固形物をこの空間３２に通して円滑に流動させることが可能である。
【００２６】
以上，本発明の好ましい実施の形態を例示したが，本発明はここに説明した形態に限定されない。例えば，搬送パイプ１０の複数箇所に攪拌機構１５を設けることも可能である。また攪拌機構１５において，フィン３１の枚数は４枚に限られず，１枚もしくは任意の複数枚であっても良い。また図１０に示すように，レジューサ１６の内面に複数枚（図示の形態では４枚）のフィン３１を装着することにより，レジューサ１６にて混合物ａを攪拌して均一化させてから複数の分岐パイプ１７に分配して流動させる構成としても良い。更にフィン３１の形状は，必ずしも９０゜捻られた形状に限られず，捻り角度は任意である。フィン３１はパイプ本体３０の内面に沿って螺旋状に配置されていればよい。また混合物ａは，果肉入りジュースなどの他，任意の液体と固形物を混合させたものや，その他液体と気体の混合物や液体と固形物と気体の混合物などであっても良い。
【００２７】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。
（実施例１）角切りリンゴの均一分配
水に３．５ｍｍ角切りのリンゴを１０％分散させた混合物を送液し，図４〜９で説明した撹拌機構(直径２インチ，全長１００ｍｍ)を組み込んだ図１の分配装置を設置し，毎分８０リットルの流量(平均流速０．６８ｍ／ｓ)で搬送した。比較例として撹拌部なしで同様に搬送した。
【００２８】
その結果，攪拌機構を設けた場合，各分岐パイプの出口側から排出される混合物の配合量はいずれも固形物を１０％分散させたものであった。また，搬送中に混合物中に混入した空気は撹拌分散され，各分岐パイプに均一に分配された。なお搬送後，攪拌機構を取り外し，目視したが固形物の詰まりは見られなかった。
【００２９】
一方，撹拌機構がない比較例は，各分岐パイプの出口側での配合量は，中心に配置された分岐パイプでは固形物が他の分岐パイプの１．５〜２倍程度多くなった。また，搬送中に混合物中に混入した空気が上部に配置された分岐パイプに流れ込み，固形物の混合量や流量が各分岐パイプ間で変動した。
【００３０】
（実施例２）ミックスベジタブルの均一分配
カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）の０．５％水溶液に，ミックスベジタブル（ダイスキャロット，コーン，グリーンピース）を３％分散させた混合物を送液し，図４〜９で説明した撹拌機構(直径２インチ，全長１００ｍｍ)を組み込んだ図１の分配装置を設置し，毎分８０リットルの流量(平均流速０．６８ｍ／ｓ)で搬送した。比較例として撹拌部なしで同様に搬送した。
【００３１】
その結果，攪拌機構を設けた場合，各分岐パイプの出口側から排出される混合物の配合量は均一であった。なお搬送後，攪拌機構を取り外し，目視したが固形物の詰まりは見られなかった。
【００３２】
一方，撹拌機構がない比較例は，各分岐パイプの出口側での配合量は，中心に配置された分岐パイプでは固形物が他の分岐パイプの１．５〜２倍程度多くなった。また，搬送中に混合物中に混入した空気が上部に配置された分岐パイプに流れ込み，固形物の混合量や流量が各分岐パイプ間で変動した。
【００３３】
（実施例３）ナタデココの均一分配
水にナタデココを１０％分散させた混合物を送液し，図１０で説明したレジューサ(入口直径1.5インチ，出口直径2インチ，全長１００ｍｍ)を組み込んだ図１の分配装置（但し，攪拌機構１５は省略）を設置し，毎分８０リットルの流量(平均流速０．６８ｍ／ｓ)で搬送した。比較例として撹拌部なしで同様に搬送した。
【００３４】
その結果，攪拌機構を設けた場合，各分岐パイプの出口側から排出される混合物の配合量は均一であった。また，搬送中に混合物中に混入した空気は撹拌分散され，各分岐パイプに均一に分配された。なお搬送後，攪拌機構を取り外し，目視したが固形物の詰まりは見られなかった。
【００３５】
一方，撹拌機構がない比較例は，各分岐パイプの出口側での配合量は，中心に配置された分岐パイプでは固形物が他の分岐パイプの１．５〜２倍程度多くなった。また，搬送中に混合物中に混入した空気が上部に配置された分岐パイプに流れ込み，固形物の混合量や流量が各分岐パイプ間で変動した。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば，攪拌により固形物や気体の沈降や浮上を防ぎ，均一に混合した状態を保ちながら各分岐パイプに送液することが可能となる。これにより，分岐パイプ中での固形物による閉塞などが回避でき，また分岐パイプ中での流動速度の低下も防止できるようになる。更にまた，混合物中に混入した空気などの気体も撹拌分散され，各分岐パイプに均一に分配されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる分配装置の説明図である。
【図２】分岐パイプの側面図である。
【図３】分岐パイプの正面図である。
【図４】攪拌機構の斜視図である。
【図５】フィンの斜視図である。
【図６】パイプ本体の内面にフィンを１枚だけ装着した状態のパイプ本体の正面図である。
【図７】図６中のＡ−Ａ断面図である。
【図８】（ａ）は図７中のＢ−Ｂ断面図，（ｂ）は図７中のＣ−Ｃ断面図，（ｃ）は図７中のＤ−Ｄ断面図である。
【図９】攪拌機構をパイプ本体の入口側から見た正面図である。
【図１０】内面にフィンを装着したレジューサの斜視図である。
【符号の説明】
ａ    混合物
１    分配装置
１０，２１  搬送パイプ
１１  タンク
１２  ポンプ
１５  攪拌機構
１６，２０  レジューサ
１７  分岐パイプ
１８，１９  プレート
２５  多管式熱交換器
２６  外胴
２７  供給口
２８  出口
３０  パイプ本体
３１  フィン
３２  空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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