特許 7316410 蒸発冷却システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-19

(45)【発行日】2023-07-27

(54)【発明の名称】蒸発冷却システム

(51)【国際特許分類】

   F16K 49/00 20060101AFI20230720BHJP

   A23L 3/22 20060101ALI20230720BHJP

【ＦＩ】

F16K49/00 A

A23L3/22

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022068554

(22)【出願日】2022-04-18

【審査請求日】2022-04-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000157946

【氏名又は名称】岩井機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101236

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100166914

【弁理士】

【氏名又は名称】山▲崎▼ 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】望月 由紀夫

(72)【発明者】

【氏名】柳沼 俊宏

(72)【発明者】

【氏名】勝木 純彦

【審査官】冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１７－５２８１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－００４８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】増田直也 ，アセプティツク製造ラインにおけるＵＨＴ技術 UHT Sterilization in Aceptic Processing System，食品と開発 ９月号 ，第43巻，日本，牧野 順一 ＣＭＰジャパン株式会社，2008年09月01日，第18-20ページ

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ４９／００

Ａ２３Ｌ ３／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液状製品を加熱殺菌する殺菌装置と、
前記殺菌装置から陽圧で液状製品が送液され、液状製品の流量を制御する流量制御バルブと、
前記流量制御バルブから送液された液状製品を陰圧下で蒸発させて冷却する冷却装置と、を備える蒸発冷却システムであって、
前記流量制御バルブは、弁室と、前記弁室に連通する流路を形成する入口部及び出口部と、前記弁室から前記出口部へ流入する液状製品の流量を制御する弁装置と、を備え、
前記弁装置は、前記弁室と前記出口部との境界である弁口の開度を調節可能な弁体部、及び前記弁体部を進退移動させる弁軸部と、を有し、
前記弁室は、前記弁口とは反対側に開口し、前記弁軸部が挿通する開口を有し、
さらに前記流量制御バルブは、前記弁軸部と前記開口との間を封止するダイアフラムと、前記弁軸部とで前記ダイアフラムを挟持するバックプレートと、を備え、
前記入口部は、前記殺菌装置が接続され、
前記出口部は、前記冷却装置が接続される
ことを特徴とする蒸発冷却システム。

【請求項2】

請求項１に記載する蒸発冷却システムであって、
前記入口部は、前記弁室から鉛直方向の下方に延びた円筒状に形成され、
前記出口部は、前記弁室から水平方向に延びた円筒状に形成されている
ことを特徴とする蒸発冷却システム。

【請求項3】

請求項１に記載する蒸発冷却システムであって、
前記出口部の周囲には、冷却水が流通するジャケットが設けられている
ことを特徴とする蒸発冷却システム。

【請求項4】

請求項１から請求項３の何れか一項に記載する蒸発冷却システムであって、
前記弁体部は、前記弁口側に向かって縮径している
ことを特徴とする蒸発冷却システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、飲料などの高温液体を、陰圧下に蒸発させ急速冷却する蒸発冷却タンクの入口部に設けられる流量制御バルブ及び蒸発冷却システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より二本の流路を接続し、流量を制御する流量制御バルブが知られている（例えば、特許文献１参照）。流量制御バルブは、一例として、高温液体を陰圧下で冷却する装置（以下、冷却装置）へ送液する手前で流量を制御するために用いられる。

【0003】

図５は、従来の流量制御バルブの要部の断面図である。従来の流量制御バルブ１００は、弁室１２１を備えており、弁室１２１は入口部１２２、出口部１２３を有している。また、弁室１２１は、弁口１２８及び開口１２９が設けられている。開口１２９は、蓋部材１５３により塞がれている。固定部材１５０が蓋部材１５３に当接した状態で、クランプ１６０により弁室１２１に固定されている。

【0004】

入口部１２２は、弁室１２１から水平方向に延びた円筒形状を有しており、殺菌装置（図示せず）と接続するための配管（図示せず）が接続される。出口部１２３は、弁室１２１から鉛直方向の下側に延びた円筒形状を有しており、冷却装置（図示せず）が接続される。

【0005】

弁室１２１の内部には、弁軸部１３３と、弁軸部１３３に取り付けられた弁体部１３２が配置されている。弁軸部１３３が進退移動可能となっており、弁軸部１３３の進退移動により弁口１２８の開度が弁体部１３２により調整される。また、弁軸部１３３を囲うように金属製のベローズ１４０が設けられている。

【0006】

このような流量制御バルブ１００は、殺菌装置から高温の液状製品が入口部１２２、弁口１２８から弁室１２１に流入する。弁室１２１の内部は、出口部１２３側に設けられた冷却装置に連なるので陰圧となっている。このため、弁室１２１に流入した液状製品の一部は直ちに蒸発する。この蒸発成分は、弁室１２１に滞留するので、ベローズ１４０や弁体部１３２に付着して焦げ付く虞がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００６－９７９０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、上記事情に鑑み、液状製品の蒸発成分の焦げ付きを抑えることができる流量制御バルブ及び蒸発冷却システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するための本発明の一態様は、液状製品を加熱殺菌する殺菌装置と、前記殺菌装置から陽圧で液状製品が送液され、液状製品の流量を制御する流量制御バルブと、前記流量制御バルブから送液された液状製品を陰圧下で蒸発させて冷却する冷却装置と、を備える蒸発冷却システムであって、前記流量制御バルブは、弁室と、前記弁室に連通する流路を形成する入口部及び出口部と、前記弁室から前記出口部へ流入する液状製品の流量を制御する弁装置と、を備え、前記弁装置は、前記弁室と前記出口部との境界である弁口の開度を調節可能な弁体部、及び前記弁体部を進退移動させる弁軸部と、を有し、前記弁室は、前記弁口とは反対側に開口し、前記弁軸部が挿通する開口を有し、さらに前記流量制御バルブは、前記弁軸部と前記開口との間を封止するダイアフラムと、前記弁軸部とで前記ダイアフラムを挟持するバックプレートと、を備え、前記入口部は、前記殺菌装置が接続され、前記出口部は、前記冷却装置が接続されることを特徴とする蒸発冷却システムにある。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、液状製品の蒸発成分の焦げ付きを抑えることができる流量制御バルブ及び蒸発冷却システムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】流量制御バルブを含む液状製品の蒸発冷却システムの概略構成を示す図である。

【図2】流量制御バルブの要部の断面図である。

【図3】図２の一部を拡大した図である。

【図4】図２のＡ－Ａ線断面図である。

【図5】従来技術に係る流量制御バルブの要部の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。

【0014】

図１は、本実施形態に係る流量制御バルブを含む液状製品の蒸発冷却システム１の概略構成を示す図である。蒸発冷却システム１は、液状製品を加熱殺菌する殺菌装置２と、加熱殺菌された液状製品を冷却する冷却装置３と、殺菌装置２から冷却装置３へ送られる液状製品の流量を制御する流量制御バルブ１０とを備えている。

【0015】

殺菌装置２、流量制御バルブ１０、冷却装置３は、配管を介して直列的に接続されている。これらの装置、配管などを製造ラインと称する。製造ラインには、図示しないが、殺菌装置２の上流に液状製品を製造・供給する装置等があり、冷却装置３の下流に液状製品を貯留したり容器に充填したり様々な処理を行う装置等がある。また、製造ラインを流通する液体は、製造ラインの任意の箇所から供給される気体の圧力で下流に向けて圧送されるか、製造ラインの任意の箇所に設けられたポンプにより圧送されるか、又は、製造ラインに高低差を付けることにより送液される。

【0016】

殺菌装置２は、液状製品に蒸気を直接接触させて加熱殺菌する、いわゆるインフュージョン式の殺菌装置である。殺菌装置２により加熱殺菌された液状製品は、配管を介して流量制御バルブ１０に送られる。なお、殺菌装置２は、請求項に記載の供給源の一例である。

【0017】

冷却装置３は、陰圧下で液状製品を冷却する装置である。具体的には、冷却装置３は、液状製品を一時的に貯留するタンク、及びタンク内を減圧させるためのポンプ等を備えた構成となっている。液状製品を貯留したタンク内をポンプによって陰圧にすることで、液状製品に含まれている水分が蒸発する。この水分の蒸発によって液状製品は熱を奪われて冷却される。このような冷却装置３は公知のものであるので、詳細な構成は省略する。

【0018】

流量制御バルブ１０は、殺菌装置２と冷却装置３の間に設けられ、液状製品の流量を制御する装置である。図２－図４を用いて詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態である流量制御バルブ１０の要部の断面図である。図３は、図２の一部を拡大した図である。図４は、図２のＡ－Ａ線断面図である。

【0019】

流量制御バルブ１０は、Ｌ型ボディ２０を備えている。Ｌ型ボディ２０は、弁室２１、入口部２２及び出口部２３の各部を有する。

【0020】

弁室２１は、両端に弁口２８及び開口２９を有する円筒状に形成されている。弁室２１は、出口部２３との境界である弁口２８に向けて徐々に縮径し、弁口２８を介して出口部２３と連通している。また、弁室２１には、内側に突出し、内周面に沿った突部２７が形成されている。

【0021】

入口部２２は、鉛直方向の下側に開口した円筒状に形成され、弁室２１の下側に連通している。入口部２２は、下側の開口に入口側フランジ２４が形成されている。入口側フランジ２４には、殺菌装置２と流量制御バルブ１０を接続する配管が固定される。

【0022】

出口部２３は、弁室２１よりも短い径の円筒状に形成され、弁室２１に対して水平方向の一方側（図２では右側）に連通している。出口部２３は、弁室２１とは反対側の開口に出口側フランジ２５が形成されている。出口側フランジ２５には、流量制御バルブ１０と冷却装置３を接続する配管が固定される。

【0023】

また、弁室２１から出口部２３を見た平面（図４参照）において、入口部２２の中心線が弁室２１の中心からずれている。このような構成とすることで、弁室２１内における液状製品の流れを均一にするとともに、滞留を低減することができる。さらに、ステム３１の振動を抑制することができる。

【0024】

流量制御バルブ１０は、弁室２１から出口部２３へ流入する液状製品の流量を制御する弁装置３０を備えている。具体的には、弁装置３０は、弁室２１及び出口部２３の中心軸に沿うように配置されたステム３１を有する。ステム３１は、図示しないアクチュエーターにより中心軸に沿う方向（図２の左右方向）に進退移動可能となっている。

【0025】

ステム３１は、弁体部３２及び弁軸部３３を有している。弁体部３２は、弁口２８の開度を調節可能な形状となっている。具体的には弁体部３２は紡錘形状に形成されており、最も径が大きい部分が弁口２８を塞ぐ形状となっている。弁軸部３３は、一端側に弁体部３２が取り付けられている。また、ステム３１は、取付部３４を有している。取付部３４は、弁軸部３３と同軸であり、弁軸部３３からジョイント部材５５側へ突出している。取付部３４の側面にはネジが切られている。さらに、弁軸部３３は、取付部３４側の一部が縮径した段差部３５を有している。

【0026】

ダイアフラム４０は、樹脂で形成された部材であり、中央には第１挿通孔４１が設けられている。また、バックプレート５２は、中央に段差状に開口した第３挿通孔５３が設けられた部材である。第３挿通孔５３のうち狭い径の部分を第３挿通孔５３ａ、広い径の部分を第３挿通孔５３ｂとする。バックプレート５２の第３挿通孔５３ｂには、ジョイント部材５５が嵌合している。

【0027】

取付部３４は、第１挿通孔４１及び第３挿通孔５３を挿通し、ジョイント部材５５に設けられたネジ穴５６に螺合している。このように取付部３４がネジ穴５６に螺合することで、ダイアフラム４０の第１挿通孔４１の縁部が段差部３５とバックプレート５２によって挟持されている。また、ダイアフラム４０の周縁部は、固定部材５０と突部２７とに挟持されている。このように挟持されたダイアフラム４０は、弁室２１の開口２９と弁軸部３３との間を封止している。なお、段差部３５と、ダイアフラム４０の第１挿通孔４１の縁部の間には第２Ｏリング４２が設けられている。固定部材５０と突部２７との間にも第１Ｏリング２６が設けられている。

【0028】

固定部材５０は、ジョイント部材５５が挿通する第２挿通孔５１と、第２挿通孔５１に連通し、バックプレート５２が収容可能な凹部５４を有している。固定部材５０は、第２挿通孔５１にジョイント部材５５が挿通し、凹部５４にバックプレート５２が収容された状態で、Ｌ型ボディ２０の開口２９に取り付けられ、クランプ６０によって固定されている。なお、図示しないが、固定部材５０は、凹部５４と反対側にアクチュエーターが取り付けられている。

【0029】

ステム３１は、ジョイント部材５５を介して接続したアクチュエーターにより左右方向に進退移動する。ステム３１が左方向に移動した状態、すなわち、ステム３１が最もアクチュエーター側に引き寄せられた状態では、弁体部３２（二点鎖線部分参照）が弁口２８を塞ぐ。この状態を閉状態と称する。また、閉状態では、バックプレート５２は凹部５４の底部に当接し、ダイアフラム４０（点線部分参照）は凹部５４側へ撓んでいる。

【0030】

ステム３１が右方向に移動した状態、すなわち、ステム３１が出口部２３側へ押された状態では、弁体部３２（実線部分参照）が弁口２８から離れ、弁口２８が開放される。この状態を開状態と称する。ステム３１を移動させる距離に応じて弁口２８の開度が調節され、弁室２１から出口部２３へ流入する液状製品の流量を制御することが可能となっている。開状態では、バックプレート５２は凹部５４の底部から離れ、ダイアフラム４０（実線部分参照）は弁室２１側に凸となるように伸長している。

【0031】

また、Ｌ型ボディ２０にはジャケット７０が設けられている。ジャケット７０は、出口部２３の側面に沿った流路７１を形成している。ジャケット７０は、冷却水を流路７１に供給する供給口７２、及び流路７１から排出される排出口７３が設けられている。

【0032】

上述した構成の流量制御バルブ１０は、入口部２２及び弁室２１に殺菌装置２がが接続され、出口部２３に冷却装置３が接続されている。殺菌装置２から陽圧で高温の液状製品が入口部２２及び弁室２１に流入する。弁装置３０により弁口２８の開度を調整することで、液状製品は弁室２１から出口部２３を経て冷却装置３へ送液される。

【0033】

冷却装置３は陰圧下で液状製品を減圧することから、冷却装置３に接続された出口部２３も陰圧となり、液状製品は出口部２３に流入すると蒸発し始める。一部の蒸発した液状製品を蒸発成分と称する。

【0034】

このように、流量制御バルブ１０では、蒸発成分の発生が出口部２３に限定される。したがって、仮に蒸発成分が出口部２３で滞留したとしても、弁室２１の内部にあるダイアフラム４０やステム３１（弁軸部３３や弁体部３２の一部）には蒸発成分の影響が及びにくく、ダイアフラム４０等に蒸発成分が焦げ付くことを防止することができる。

【0035】

また、従来技術では、弁室１２１が陰圧であることから、外気の流入を防止するためにスチームシールを用いている。具体的には、図５に示すように、開口１２９と固定部材１５０との間には、円周状の流路１７０が形成されており、図示しない注入口を介して陽圧の蒸気が注入される。しかしながら、図２に示したように、本発明の流量制御バルブ１０では、弁室２１は陽圧であることからスチームシールが不要となり、構造の簡素化、コストの低減を図ることができる。

【0036】

図５に示したように、従来技術では冷却装置３によって陰圧となることから、弁室１２１及び出口部１２３に蒸発成分が発生する。出口部１２３は、弁室１２１から鉛直方向の下方に延びているため、蒸発成分が弁室１２１及び出口部１２３に滞留しやすい。そして弁室１２１には、ベローズ１４０、蓋部材１５３、弁体部１３２等が配置されているため、それらに蒸発成分が焦げ付きやすい。

【0037】

一方、図２に示したように、本発明の流量制御バルブ１０においては、出口部２３は、弁室２１から水平方向に延びた円筒状の構造である。このような構造とすることで、蒸発成分は、冷却装置３へ移動し、出口部２３に滞留し難くなっている。このため、蒸発成分が出口部２３に滞留して焦げ付くことを抑制することができる。

【0038】

さらに、流量制御バルブ１０は、出口部２３の周りにジャケット７０を設け、冷却水を流通する構成となっている。このため、出口部２３が冷却され、蒸発成分の焦げ付きを抑制することができる。

【0039】

また、図５に示したように、従来技術では、陰圧であることから弁室１２１を区画する部材として金属製のベローズ１４０を用いざるを得なかった。しかしながら、図２に示したように、本発明の流量制御バルブ１０では、弁室２１は陽圧であることから樹脂製のダイアフラム４０を採用することができ、金属製のベローズ１４０と比較して耐久性が向上している。

【0040】

このような流量制御バルブ１０を備えた蒸発冷却システム１は、冷却装置３の陰圧による蒸発成分の発生が出口部２３に限定される。したがって、仮に蒸発成分が出口部２３で滞留したとしても、弁室２１の内部にあるダイアフラム４０やステム３１（弁軸部３３や弁体部３２の一部）に蒸発成分が焦げ付くことを防止することができる。

【0041】

本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。
陽圧の液状製品を供給する供給源としてインフュージョン式の殺菌装置２を例示したが、これに限定されない。シェルチューブ式、プレート式、ジュール加熱式など任意の方式の殺菌装置を用いることができる。さらには、供給源としては殺菌装置に限らず、流量制御バルブ１０に液状製品を供給することが可能な装置であればよい。

【0042】

供給源から供給される液状製品は陽圧である必要はなく、供給源から流量制御バルブ１０の弁室２１に至るまでの流路内で蒸発しない程度の圧力が掛っていればよい。

【0043】

入口部２２は弁室２１から鉛直方向の下方に延び、出口部２３は弁室２１から水平方向の伸びる構成としたが、入口部２２及び出口部２３が弁室２１から延びる方向は任意でよい。出口部２３が鉛直方向の下方に向けて延びていても、出口部２３で発生した蒸発成分は、弁口２８が弁体部３２で完全に又は一部が塞がれているので、弁室２１には入り込みにくく、弁室２１の内部にあるダイアフラム４０や弁軸部３３が焦げ付くことを抑制できる。

【0044】

Ｌ型ボディ２０には、出口部２３の周囲にジャケット７０が設けられていたが、必須の構成ではない。

【0045】

弁装置３０は、ジョイント部材５５を介してアクチュエーターにより進退移動するが、これに限定されない。例えば、手動操作で弁装置３０を進退動作させる構成としてもよい。

【符号の説明】

【0046】

１…蒸発冷却システム、２…殺菌装置（供給源）、３…冷却装置、１０…流量制御バルブ、２１…弁室、２２…入口部、２３…出口部、２８…弁口、２９…開口、３０…弁装置、３１…ステム、３２…弁体部、３３…弁軸部、３４…取付部、４０…ダイアフラム、７０…ジャケット

【要約】

【課題】液状製品の蒸発成分の焦げ付きを抑えることができる流量制御バルブを提供する。
【解決手段】弁室２１と、入口部２２と、出口部２３と、液状製品の流量を制御する弁装置３０と、を備え、入口部２２及び弁室２１は、液状製品を供給する供給源が接続され、出口部２３は、液状製品を陰圧下で蒸発させて冷却する冷却装置が接続される。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】