蒸气接触式加热装置

摘要

本发明提供一种提高蒸气的混合效率，并且能够通过供给比较低压的蒸气而实现质量高的加热处理的蒸气接触式加热装置。该蒸气接触式加热装置在作为流体输送机构的蒸气混合用泵(4)内设置液体的升压流路(45)，以向该升压流路(45)开口的方式在壳(43)上设置蒸气供给口(46)，由此在升压流路(45)中形成蒸气供给区域(47)。

权利要求

1.一种蒸气接触式加热杀菌装置，其具备：

流体输送机构，其在转子的作用下伴随着升压输送作为流体的液状食品；

蒸气供给区域，其向所述液状食品供给蒸气，

所述蒸气接触式加热杀菌装置用于对所述液状食品进行加热杀菌，所述蒸气接触式加热杀菌装置的特征在于，

所述流体输送机构是蒸气混合用泵，所述蒸气混合用泵具备：壳，其具有所述液状食品的流入口和排出口；所述转子，其收容于该壳的内部，可旋转地连接在电动机的驱动轴上；

所述液状食品的升压流路，其形成在所述转子和所述壳的内壁之间；蒸气供给口，其设置在所述壳上，向所述升压流路开口，在所述流入口和所述排出口之间形成隔板部，所述升压流路沿圆板状的所述转子的外周形成为连通所述流入口和所述排出口的局部环状，所述蒸气供给口在所述升压流路中的所述液状食品伴随着升压而从所述流入口向所述排出口输送中的位置开口，在该蒸气供给口的开口位置配设所述蒸气供给区域，利用所述电动机的驱动使连接在所述电动机的驱动轴上的所述转子在由所述流入口沿所述升压流路向所述排出口的方向上旋转，由此从所述流入口流入所述升压流路中的所述液状食品伴随着升压输送到所述排出口侧，通过所述蒸气供给口将所述蒸气向所述升压流路内导入，由此在所述蒸气供给区域中向升压输送中的所述液状食品供给所述蒸气，被供给了该蒸气的所述液状食品在所述转子的作用下动态混合，且升压的同时向所述排出口侧输送，通过供给压力高于所述蒸气供给区域中的所述液状食品的压力的所述蒸气，使该蒸气溶入所述液状食品，所述排出口和其下游侧的所述液状食品的压力被维持为高于所述蒸气供给口的所述蒸气的压力。

2.根据权利要求1所述的蒸气接触式加热杀菌装置，其中，所述蒸气混合用泵是级联泵。

3.根据权利要求1或2所述的蒸气接触式加热杀菌装置，其中，所述蒸气供给口在比所述升压流路的中间位置靠近所述流入口的位置开口。

说明书

蒸气接触式加热装置

技术领域

[0001] 本发明涉及流体的加热装置，特别涉及通过使蒸气与流体直接接触而加热流体的蒸气接触式加热装置。

背景技术

[0002] 这种加热装置例如利用于液体连续加热装置、液体连续式杀菌装置、热水制造装置等的各种液体加热用途。

[0003] 例如，在液状食品的杀菌方法中，有隔着金属壁等间接地加热的间接加热方式以及通过蒸气直接加热液体的直接蒸气加热方式，其中，作为新鲜咖啡或豆浆等易烧焦的液体，或者青汁等易变色的液体等的杀菌方法，存在优选使用在短时间内完成且对液体的热影响小并能够防止品质下降的直接蒸气加热方式的趋势。

[0004] 例如在日本国特许公开公报2004-201533号(专利文献1)中，公开了具备喷射加热器的蒸气吹入式直接加热杀菌装置，所述喷射加热器通过将蒸气直接吹入需要被杀菌的液体中而将该液体加热到杀菌温度。

[0005] 另外，在日本国特许公开公报2000-300976号(专利文献2)中，作为流体连续加热装置，公开了由输送被加热流体的定量泵以及在从定量泵输送来的被加热流体中直接混合蒸气而加热的静止型混合器构成的装置。

[0006] 另外，在专利文献2中，作为将蒸气(steam)直接吹入被加热流体中而混合的静止型混合器，记载了可使用例如在日本国实用新型公报平7-37703号(专利文献3)中公开的分散混合器的内容。这里，在专利文献3中公开的分散混合器主要具备在内部固定有扭转板等搅拌元件的主流体(被加热流体)通过用导管、设有与该导管内连接的喷嘴且经由该喷嘴将注入流体(蒸气)注入到导管内的集管、向集管压力输送注入流体的压力输送机构。

[0007] 专利文献1：日本国特许公开公报2004-201533号

[0008] 专利文献2：日本国特许公开公报2000-300976号

[0009] 专利文献3：日本国实用新型公报平7-37703号

[0010] 这样，作为向液体混合蒸气的混合方法，如在专利文献2或专利文献3中所公开的那样，采用静止混合方法，但存在对于要加热或杀菌的液体，蒸气的混合效率变得不充分的情况。因此，蒸气和液体不能均匀地混合，可能在加热或杀菌中产生波动。

[0011] 另外，向所述混合器供给的被加热流体通过定量泵输送，因此其流体压力较高，另外如上所述为了通过搅拌元件，需要相应的液体压力。因此，为了在配设于泵下游侧的混合器内将蒸气混合到被加热流体中，需要超过泵的喷出压力的蒸气压力，其结果是需要高的蒸气供给压力。因此，超过要求的杀菌温度而加热到必要以上，可能导致被加热流体的热损伤甚至流体的品质下降，从而不是优选的。

发明内容

[0012] 鉴于所述情况，本发明的技术课题在于提供一种蒸气接触式加热装置，其提高蒸气的混合效率，并且能够通过供给比较低压的蒸气而实现质量高的加热处理。

[0013] 为了解决所述课题，本发明提供一种蒸气接触式加热装置，其具备：流体输送机构，其在转子的作用下伴随着升压输送流体；蒸气供给区域，其向流体供给蒸气，所述蒸气接触式加热装置的特征在于，在流体输送机构上设置流体的流入口和排出口，并且在流入口和排出口之间形成升压流路，通过在升压流路开设蒸气的供给口，而在升压流路中配设蒸气供给区域。

[0014] 根据所述结构，在转子的作用下输送流体的同时，经由蒸气供给口向设于升压流路中的蒸气供给区域吹入蒸气，在流体输送机构内部同时进行流体和蒸气的混合以及混合流体的升压。通常，由于配设在流体输送机构的内部的转子形成升压流路，或者与该流路面对，因此使所述转子旋转而将流体和向流体供给的蒸气搅拌混合。由此，能够进行流体和蒸气的动态混合，将蒸气均匀地混合在流体中。

[0015] 另外，在流体输送机构内的升压流路中，通过使蒸气向随着升压而从流入口向排出口输送中的流体混合，由此与现有的在流体升压后供给蒸气的情况相比能够供给低压的蒸气。因此，需要供给的蒸气是比较低温即可，不会导致因加热到必要温度以上而对需要加热处理的流体造成热损伤以及品质的恶化。另外，如果是低压蒸气，则能够实现压力变动小且稳定的加热处理。进而，通过在升压流路中配设蒸气供给区域，也可以在蒸气供给后升压，因此也能够尽可能避免因与蒸气的供给相伴的液体升温而可能导致的气蚀。由此，能够将蒸气均匀地混合在流体中，实现波动小且稳定的加热处理。

[0016] 作为在内部设置蒸气供给区域的流体输送机构，只要是具备转子，且可在其旋转作用下同时进行升压和动态混合的机构即可。具体而言，可以举出以离心式或涡流式等为代表的非容积式的泵，或者旋转式或螺杆式等回转容积式的泵。在这种情况下，由于泵的升压作用通常由配设在泵内部且将自身的刚体动能转换为压力能而赋予流体的转子(rotor)实现，因此例如其升压量能够通过转子的转速进行调整。由此，可实现对泵内部的蒸气供给压力和流体压力的定量管理，也容易实现自动化。另外，由于能够通过泵的转速调整压力平衡，因此能够容易地导入与流体一致的温度的蒸气，由此也能够对各种流体适用本发明的加热装置。

[0017] 这里，在使用本发明的加热装置对流体进行加热杀菌的情况下，通常由配设在蒸气供给用的流体输送机构的下游侧的保持管将被加热的流体保持一定时间，由此进行实质上有效且充分的杀菌。因此，实际上在流体输送机构的进一步下游侧也需要将流体压力保持为较高。根据所述观点，本发明将设于流体输送机构的排出口以及其下游侧的流体压力维持为高于蒸气的供给口的蒸气的压力。具体而言，在比流体输送机构的排出口靠下游侧设置背压阀。

[0018] 根据这样的结构，能够将流体输送机构的排出口的流体压力(出口压力)保持为规定的值。由此，为使暂且溶入流体中的蒸气不引起气蚀而将蒸气混合流体维持为高压，能够进行更稳定的加热杀菌。另外，如上所述，只要能够设定泵的排出口侧压力，则通过与泵的转速相一致而进行设定，就能够对蒸气供给区域的压力平衡进行更高精度的管理。由此，能够使压力平衡的调整参数可视化，可以进行精密且稳定的运转。特别地，在需要精细调整的液状食品的加热杀菌处理中，有时每种食品所需要的杀菌温度不同，即使在这种情况下，由于根据与杀菌温度对应的饱和蒸气压力，确定可供给的蒸气压力(温度)，因此以可供给所述蒸气的方式设定泵背压以及转速即可。由此，能够与需要加热处理的流体一致而供给合适的蒸气，即使在例如各种加热杀菌处理中也能够容易地适用。

[0019] 这样，根据本发明，可提供一种提高蒸气的混合效率，并且能够通过供给比较低压的蒸气而实现质量高的加热处理的蒸气接触式加热装置。

附图说明

[0020] 图1是表示本发明的蒸气接触式加热装置的一个构成例的简要图。

[0021] 图2是蒸气混合用泵的轴正交剖面图。

[0022] 图3是使用了本发明的加热装置的液体加热试验的结果。

具体实施方式

[0023] 以下，参照附图对本发明的蒸气接触式加热装置的一个实施方式进行说明。

[0024] 图1所示的蒸气接触式加热装置例如用于流体的加热杀菌，其作为主要的构成要素具备：将作为加热处理的对象的流体储存和排出的液体箱1；用于将液体箱1内的流体输送到后述的热交换器3以及蒸气混合用泵4中的输送用泵2；以接近于需要混合的蒸气的温度的目的将从输送用泵2输送来的流体预先加热的热交换器3；将蒸气混合到在热交换器3中预先加热的流体中，将流体加热到杀菌温度的蒸气混合用泵4；将通过蒸气混合加热的流体保持一定时间而促进流体的杀菌作用的保持管5；将在保持管5中进行了杀菌处理的流体冷却到规定以下的温度的主冷却器6；配设在主冷却器6的下游侧，将蒸气混合用泵4的背压保持为一定的主背压阀7。

[0025] 还有，图1中，符号8表示将在蒸气接触式加热装置内的流体系统(流路)的清洗或者杀菌处理中使用的水储存和排出的水箱，符号9表示配合运转条件而切换来自液体箱1的管路和来自水箱8的管路的第一切换阀。

[0026] 另外，同一图中，符号10表示在系统减菌处理时或杀菌处理不良产生时为使处理完的液体等顺利地流向回收管路(排水管路)而对该液体进行冷却的排水用冷却器，符号11表示设置在排水用冷却器10的下游侧且将排水管路的背压保持为一定的排水用背压阀，进而，符号12表示在蒸气混合用泵4的出口侧(后述的排出口42的下游侧)的液体温度或者保持管5的出口侧的液体温度脱离了需要设定的杀菌温度范围的情况下，用于将处理完的液体向回收管路(排水管路)输送的第二切换阀。

[0027] 另外，同一图中，符号13、14、15分别表示用于将在预先加热用的热交换器3中使用的热水确保为规定量的热水箱、使热水在热水箱13和热交换器3之间循环的循环用泵、将从循环用泵14输送来的热水升温到规定温度的加热器。

[0028] 另外，在本实施方式中，设有用于对各种流体的温度或流量进行测量、控制的控制部。例如图1中，符号TICA-1表示通过温度传感器测量蒸气混合用泵4的出口侧的液体的温度，基于该测量值，调节蒸气向蒸气混合用泵4的供给量而将该测量位置的液体温度控制在所需温度范围内的杀菌温度控制部。同样地，符号TICA-2表示测量主冷却器6的出口侧的液体的温度，基于该测量值，调节向主冷却器6的冷却水供给量而将该测量位置的液体温度控制在所需温度范围内的冷却温度控制部，符号TICA-3表示测量热交换器3的出口侧的液体的温度，基于该测量值，调节在热交换器3中使用的热水的温度(例如加热器15的加热量)而将该测量位置的液体温度控制在所需温度范围内的预热温度控制部。

[0029] 另外，图1中，符号TIA-1表示在第二切换阀12的管路切换中使用，测量保持管5的出口侧的液体的温度，在该测量值(温度)不在所需的杀菌温度范围内的情况下，将该信息传递到第二切换阀12或者传递切换信号的杀菌温度监视部。另外，符号FICA-1表示测量输送用泵2的出口侧的液体的流量，根据该测量值，调节输送用泵2的转速(这里指转换器的频率)而将该测量位置的液体的流量控制在规定范围内的流量控制部。

[0030] 接下来，对蒸气混合用泵4的结构进行说明。

[0031] 图2表示作为在内部设有蒸气供给区域的流体输送机构的蒸气混合用泵4的轴正交剖面图。如该图所示，蒸气混合用泵4具备：具有液体的流入口41以及排出口42的壳43；收容在壳43的内部，可旋转地连接在未图示的电动机的驱动轴上的转子44；在壳43的内壁43a和转子44之间形成的液体的升压流路45；设置在壳43上，向升压流路45开口的蒸气供给口46。根据所述结构，在转子44旋转时且蒸气导入时，在升压流路45的蒸气供给口46的开口部分形成用于将蒸气供给到在泵4内部导入的液体中的蒸气供给区域47。

[0032] 在该实施方式中，蒸气混合用泵4主要由级联泵构成。在流入口41和排出口42之间形成隔板部48，构成流体流路的升压流路45沿圆板状的转子44的外周形成为连通流入口41和排出口42的局部环状。由此，从流入口41流入的液体流经转子44的大约一周(通过升压流路45)而从排出口42向外部排出。转子44在该图示例中是所谓的叶轮，沿其外周具有多个叶片槽44a。另外，蒸气供给口46，在该实施方式中，开设在比形成局部环状的升压流路45的中间位置靠流入口41的一侧。

[0033] 接下来，对使用了上述结构的加热装置时的处理液的加热杀菌工序的一个实例进行说明。

[0034] 首先，如图1所示，将从液体箱1排出的液体通过输送用泵2向位于输送用泵2下游侧的热交换器3中输送，进行用于接近于后述的加热处理时的温度的预先加热处理(例如50℃以上且小于100℃)。这样将进行了预先加热处理的液体向位于下游侧的蒸气混合用泵4(流体输送机构)输送。

[0035] 输送到蒸气混合用泵4中的液体，如图2所示，从箭头a的方向经由流入口41导入到升压流路45中。此时，驱动未图示的电动机由此连接在该电动机的驱动轴上的转子44旋转，在该实施方式中，在由流入口41沿升压流路45向排出口42的方向上旋转，且导入到升压流路45内的液体伴随着升压输送到排出口42侧。另外，与此同时，通过设于壳43上的蒸气供给口46将蒸气从箭头b的方向向升压流路45内导入，由此在形成于蒸气供给口46的开口部分的蒸气供给区域47中，将蒸气混合到升压输送中的液体中。这里，通过供给设定为用于进行加热杀菌的温度或其以上的蒸气，将该液体升温(加热)到加热杀菌温度。

[0036] 将供给蒸气的液体通过转子44动态混合(搅拌)，且升压的同时在升压流路45中向排出口42侧输送，在搅拌以及升压结束时经由排出口42向外部(图1、图2中的箭头c的方向)排出。另外，在该实施方式中，通过杀菌温度控制部TICA-1，利用温度传感器测量蒸气混合用泵4的出口侧的液体的温度，基于该测量值，调节蒸气向蒸气混合用泵4的供给量而将该测量位置的液体温度控制在所需的温度范围内。具体而言，通过利用杀菌温度控制部TICA-1控制配设在蒸气供给口46的上游侧的控制阀的开闭，由此进行蒸气的流量调整。

[0037] 将通过蒸气的供给而加热到规定温度(加热杀菌温度)的液体在位于蒸气混合用泵4的下游侧的保持管5中保持一定时间，进行流体的实际杀菌处理。此时，位于蒸气混合用泵4的排出口42以及其下游侧(包含保持管5内)的液体通过配设在保持管5的下游侧的主背压阀7保持为一定压力。

[0038] 其后，将在保持管5内杀菌处理过的液体通过主冷却器6冷却到规定以下的温度(例如小于100℃)，由此完成加热杀菌工序。

[0039] 这样，在作为液体输送机构的蒸气混合用泵4内设置液体的升压流路45，在该升压流路45上使蒸气供给口46开口，在升压流路45中形成蒸气供给区域47，从而进行蒸气的混合。因此，在转子44的作用下能够在升压输送中的液体内搅拌蒸气并同时供给，可将蒸气在流体中均匀地混合，实现偏差小的稳定的加热处理。另外，在升压输送中的液体内混合蒸气，由此相比于例如现有的通过泵在下游侧混合蒸气的情况，是低压的蒸气即可，而且能够抑制加热中的气蚀的发生。因此，能够避免将液体加热到需要的杀菌温度以上的事态，能够将对液体的热损伤控制得较小，由此可尽可能地防止品质下降，也能够进行充分的杀菌处理。

[0040] 另外，如本实施方式那样，通过使用作为流体输送机构的泵(蒸气混合用泵4)，能够通过转子44的转速调整升压流路45的液体的升压量(升压梯度)。由此，可实现泵4内部的蒸气供给压和流体压的定量管理。例如由于与所期望的杀菌温度对应而需要供给的蒸气压(≤该杀菌温度的饱和蒸气压)是确定的，因此也可以调整泵转速(转子44的转速)而使蒸气供给区域47的液体的压力稍微低于该蒸气压。这样，可通过泵4的转速调整压力平衡，因此能够容易地导入与液体一致的温度的蒸气，由此能够增加可加热杀菌的液体的种类。

[0041] 另外，在本实施方式中，在比蒸气混合用泵4的排出口42靠下游侧设置主背压阀7，因此能够将配设于蒸气混合用泵4的下游侧的保持管5中的液体压力保持为规定的值。
由此，为使暂且溶入液体中的蒸气不引起气蚀，而将蒸气混合液维持为高压，能够进行更稳定的加热杀菌。在这种情况下，泵4的出口侧的液体压力由主背压阀7控制，因此泵4的转速实际上控制泵4的入口侧的液体的压力。

[0042] 另外，基于上述内容，通过杀菌温度控制部TICA-1调整蒸气的供给量，并且虽然省略了图示，但是通过压力传感器等测量泵出口侧的压力，根据上述压力值控制主背压阀7的开闭量(流量)，由此能够实现更适当的加热杀菌控制。即，通过将蒸气混合用泵4的转速、泵出口侧的液体温度以及泵出口侧的液体的压力作为控制参数，能够实现更精密且稳定的加热杀菌处理。因此，即使在需要精细调整的液状食品的加热杀菌处理中，也能够精细且容易地调整每种食品所需要的杀菌温度。特别地，蒸气接触式的加热方法，由于液体被稀释，因此不能够再加热，但若是该加热装置(加热杀菌控制机构)，则由于能够实现高精度且稳定的加热杀菌处理，因此成为对液状食品的加热杀菌处理非常有效的机构。

[0043] 另外，该实施方式使用了所谓的级联泵(涡流泵)作为蒸气混合用泵4。这种泵与其他泵相比能够发挥非常高的升压作用。因此，如这种加热杀菌处理那样，非常好地适用于将尽可能低压的蒸气平滑地导入液体中且为了防止气蚀而在加热的同时要求高升压作用的用途。

[0044] 以上，对本发明的蒸气接触式加热装置的一个实施方式进行了说明，但本发明并不局限于此，也可以适用于构成上述以外结构的蒸气接触式加热装置。另外，即使是作为本发明的特征的部分(作为流体输送机构的蒸气混合用泵4)，当然也不局限于此，可以在发明的范围内进行各种变化。

[0045] 在所述实施方式中，对将用于向蒸气混合用泵4内的升压流路45供给蒸气的蒸气供给口46在比升压流路45的中间位置靠流入口41侧开口而设置在壳43上的情况进行了例示，但也可以任意设定开口位置。例如如图2中虚线所示，也可以在比升压流路45的中间位置靠排出口42侧开口而在壳43上设置蒸气供给口46。这样，根据作为蒸气混合用泵4使用的泵的种类，由升压流路45的形状或转子44的形状等决定的升压特性不同，因此按照加热杀菌温度或其处理液体的种类，有时将蒸气供给口46的配设位置作为可变参数而更加容易进行控制。

[0046] 另外，在所述实施方式中，对使用了涡流泵作为蒸气混合用泵4的情况进行了说明，但并不局限于此，可以使用各种泵。例如，如果是非容积式，则可以使用离心式的泵等，另外，如果是回转容积式，则可以使用旋转式或螺杆式的泵等。不用考虑转子44的形状。当然，只要是具备转子44且在其旋转作用下能够同时进行升压和动态混合的装置，则可以不限于泵而使用各种流体输送机构。

[0047] 另外，在所述实施方式中，对设置用于测量、控制各种流体的温度或流量的控制部而进行加热杀菌处理的控制的情况进行了说明。即，对将泵出口侧的液体温度或泵转速、蒸气的流量作为控制参数而控制加热杀菌温度以及蒸气混合用泵4内的压力平衡的情况进行了例示，但当然也可以将其他的参数作为控制参数而进行控制。例如，通过压力传感器，反馈各点的压力值(例如在泵入口侧测量的液体的压力值或在比蒸气供给口46靠上游侧测量的蒸气的压力值)，进行各种控制阀的开闭，由此也能够控制上述的杀菌温度或泵内的压力平衡、或者蒸气的供给量等。当然，也可以在将泵转速作为固定参数的状态下控制杀菌处理。例如在可固定泵转速，且将主背压阀7自调压的情况下，通过由杀菌温度控制部TICA-1调整蒸气的供给量，也能够进行杀菌处理的控制。

[0048] 另外，在所述实施方式中，对将蒸气接触式加热装置适用于液体的加热杀菌处理的情况进行了说明，但并不局限于此。可以活用其良好的加热温度控制性能和其稳定性，优选利用于例如液体连续加热装置、热水制造装置等的各种液体加热用途。

[0049] 实施例

[0050] 为了证明本发明的有用性，使用本发明的蒸气接触式加热装置进行流体的加热杀菌处理，对此时的处理性能进行评价。

[0051] 具体而言，在图1的结构中，由主背压阀7将泵出口侧(蒸气混合用泵4的排出口42的下游侧)的液体的压力P2[MPa]设定为规定值，并且调整泵转速n[Hz]，将泵入口侧的液体的压力P1[MPa]设定为规定值。另外，基于泵出口侧的温度T2[℃]由所述控制部(杀菌温度控制部TICA-1)控制蒸气供给量而将蒸气混合后的液体控制为需要设定的加热杀菌温度T0[℃]。

[0052] 图3表示实验结果。这里，T1表示泵入口侧的液体的温度[℃]，P3表示蒸气导入压[MPa](框中左侧表示导入蒸气的原始压力，右侧表示壳入口的蒸气压力)，P4表示泵中间位置的液体的压力[MPa](例如图2中用虚线表示的位置的液体压力)，Q1表示泵入口侧的液体的流量[L/H]。从该结果可知，在任意设定温度下，都能够进行误差非常小的高精度的温度控制，且在这种情况下，被供给的蒸气压力(蒸气导入压P3)只要小于泵出口侧压力P2即可。即，虽然可供给的蒸气压力为与上述设定温度对应的饱和蒸气压力以下，但是如图3所示，通过控制泵入口侧压力P1和出口侧压力P2，能够供给低压(低温)的蒸气。