JPS6047500B2 - 渦巻型熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱交換筐体を貫通して搬送されつつある物品
を加熱または冷却する装置に関し、具体的には該物品の
該筐体内螺旋通路の通過にコンベア１を使用する該装置
に関する。

垂直に取付けられたケージまたはドラムの周囲を過わ
る無限ベルト、コンベアを用いる螺旋コンベア装置は、
これまでにも、市販され各種物品の加熱または冷却に使
用されている。

か）る装置で食品を急速冷凍するものは、例えば、米国
特許第３７３３８４８号に開示されているが、該特許は
、物品が絶縁されたハウジング内の垂直螺旋通路内を通
され、コンベア各受板をほぼ切線方向によぎるように吹
けられる寒冷ＣＯ２ガスに接触させられることを特徴と
するものである。上記加熱および／または冷却装置にす
でに使用されている既知の螺旋コンベア型式のうちには
、アツシユワース◆ブラザース社に譲液された米国特許
第３３４８６５丹およびその他の特許に開示される諸型
式が含まれる。

か）る型式のうちの一つであり、業界で広く知られてい
る市販装置は、「アツシユワース◆ローテンション●ス
パイラルケージ・システム」であるが、その説明はアツ
シユワース・ビユレテイン第０７１（１９７０）号に記
載されている。本発明の目的の一つは、ほぼ垂直方向に
動く螺旋状通路を通過する物品を加熱または冷却するに
際し、熱効率をより大きくすることができる新寄な熱交
換装置を提供することにある。

この目的は、本発明の場合、ファンを利用し、それらの
ファンをプジシユ●ブル型式に配置することにより、加
熱または冷却用流体を被処理中の物品をよぎつて推進し
、また渦形室の意匠を採入れることにより、物品をよぎ
る目標速度を得るため循環を要するガス量を削減すると
同時に、ガス流の速度エネルギを保存することにより達
成されている。本発明の好ましい実施例によれば、ただ
し該実．施例に限定されるものではないが、本新奇装置
は冷凍、特に垂直方向に動く螺旋状通路を通過するコン
ベアに載せて運ばれる食品の急速冷凍に利用することが
できる。その場合、寒冷ガスはファンにより被搬送物品
をよぎつて吹付けられ、循環す．一る熱交換流体の温度
は液体ＣＯ２が液体窒素を運動中のガス流の通路内に噴
射することで調節される。ＣＯ２を冷凍剤として使用す
る場合、本発明の装置は、別の装置の場合なら通常より
低い、より望ましい運転温度の時生じる固体ＣＯ２の蓄
積を少くくしたり、全く起らないようにしたりする上で
有効である。例えば、循環ガスから固体化する化能性が
あるＣＯ２への熱の伝達は、循環ガスをほぼ十分に限定
された回路に制限し、液伸ＣＯ２冷凍剤をガス／固体温
度差が有核ドライアイスを完全に昇華させるに足るだけ
高いこの回路内のガス温度が適当な点において噴射でき
るようにすることにより改良されているからである。例
えば、液体窒素のようなほかの冷凍剤の場合は、ファン
と渦形配置により得られる制限が十分な通路と配置すれ
は、噴射される液体冷凍剤の蒸発をよソー層効果的にす
ることができる。ＣＯ２ドライアイスの昇華や他の噴射
される液体ｊ冷凍剤の急速な蒸発を調節するには、噴射
点を再循環するガス流内に直接設置すればよい。

この場合、噴射点の位置は、冷凍剤のジェットの方向が
循環ガス流の方向と反対になるように決められる。液体
ＣＯ２噴射の場合、上記配置によれば、有核ドライアイ
ス粒子は、付随する寒冷な包絡ガスを剰脱され、より暖
かい循環ガス流に暴露され、最終的には融合してより大
きい粒子となるため、表面積対体積比はより小さくなる
。本発明による装置はほぼ垂直な面内に回転する２ケ以
上の軸流ファン装置を利用しているから、垂直方向に動
く螺旋通路内を無限ベルト・コンベアにより移動中の物
品をよぎるほぼ水平な流路内に熱交換流体を循環するこ
とができる。

渦形装置は、熱交換流体の通路をコンベアの螺旋通路に
ほぼ一致させるため、コンベアの外周に設けられる。ま
た、数ケのファンは、前記ファン装置の１つの推力が循
環熱交換流体をコンベア通路に沿つて相手ファンの吸気
の負圧が存在する位置まで駆動するように相互に配置さ
れる。ここで図面の第１および第２図を参照すると、底
部部材１２と補助支持物１２とにしつかりと固定され、
間隔をとつて配置された複数の直立材からなる支持構造
物１０が画かれている。

この支持構造物１０の上に、丈夫な付属装置を用いるか
該構造物と一体にするかして設けられているのは、上部
構造骨組１５である。回転式ケージまたはドラム１６は
、前記支持構造物の内部に設置される。該ケージまたは
ドラムは、重層ベルト・コンベア１７の駆動装置の役目
をする。該ベルト・コンベアの内縁は、ドラムの周囲に
摺動式に摩擦力によつて噛合つている。このため、ドラ
ムの廻りには垂直方向に動く螺旋（第４図）か形成され
るとともに、コンベアの下部受板面とコンベアの上部受
板面間に、供給ステーションと出口乃至吐出しステーシ
ョン間で選択されるコンベアの運動方向にしたがつて流
れるコンベアの連続した通路ができる。画かれた実施態
様の場合コンベアはドラムにより駆動され、供給ステー
ション１９から吐出しステーション２０まで螺旋状に上
向きに移動する。ただし、上記両ステーションは上下を
逆転してもよい。ケージまたはドラム１６は、中央の駆
動シャフト２２、該シャフトにしつかりと固定される上
部と下部スパイダ部材２３と２牡および間隔を取つて配
置され、ベルト１７の内縁に摩擦力で噛合う垂直バー２
６により形成される周壁２５によつて限定される。

シャフト２２の上端は、上部構造内に適当に取付けられ
る強力ラジアル・スラスト軸受２７（第４図）内に軸頚
が挿入されるとともに、該軸受により支持される。また
、該シャフト下端は、支持構造物の底部部材１２に取付
けられるラジアル軸受内に軸頚の挿入される。当該装置
がベルトで搬送される物品を冷凍するために使用される
のであれば、下部ラジアル軸受は寒剤温度に耐えうる自
動給油型のものとしなければならない。垂直バー２６は
断面が矩形で示されているが、円形やその他の断面のバ
ーを用いてもよい。ケージまたはドラムはシャフト２２
のほぼ上端に取付けられるスプロケット２９により駆動
され、またこのスプロケットは駆動チェーン３０と適当
なギヤリング３１を径由して原動機（第４図）に接続さ
れる。ドラムまたはケージ１６の剛性と安定性は、補助
的な内部支持物（示されていない）を用いて補強しても
よい。ベルト支持ラック３２は、円周上に配置され、垂
直方向に間隔をとつた各面内を直立材１１から逆放射状
に伸びる片持式支持部材３３により支持される。

このため、ラック３２は、ベルト１７がドラム１６の廻
りをまわる際の軌道を形成する。摩擦や摩耗を減らすに
は、ベルト・ラック３２に超高分子重量ポリウレタン、
などのような低摩擦表面を装着すれば、移動するベルト
の下面と摺動式に接触させることができる。いかなる形
式の平ベルトをコンベア１７に用いてもよい。ただし、
ベルトをドラム円周廻りの縁方向に曲げられるような、
複数のリングが縮めるように互に結合されたものでなけ
ればならない。このようなベルトの一形式が米国特許第
２８７２０２３号に開示されている。本発明の実施例に
適するステンレス鋼製コンベア●ベルトをこついては、
アツシユワース社がオムニフレツクスやオムニグリツド
なる各称で市販しているものを入手することができる。
本発明の重要な特徴は、熱交換流体を螺旋コンベアで運
ばれる物品をよぎつて循環させる装置と該流体の流路を
制限する装置の配置か新奇なことである。

図面の第１図および第３図に具体的に画かれているよう
に、複数の軸流ファン３５は、それぞれほぼ垂直な回転
面を有しており、外側にある直立材１３から内側に向く
様に取付けられる。図示された特定実施態様の場合は２
ケの前記ファンからなる２つのバンクが示されているけ
れども、他に考慮を要するいろいろな事柄のうちでも特
に、コンベアの受板の数と所要熱交換量の程度如何によ
つては、より多数の前記ファンを使用しても差支えない
し、また本発明により設計される新奇なブッシュ・ブル
動作を実行するには、少くとも２ケの前記ファンが必要
とされることが理解されねばならない。各対のファンは
、コンベア・ベルト行程通路内に循環される熱交換流体
を推進するように、また循環流体がベルトの螺旋通路の
一部分に沿つて対のうちの１つのファンの吐出位置から
少くともその対の第２のファンの吸入負圧が存在する位
置まて流れるように配置される。循環ガス流は、コンベ
ア行程方向に対し順または逆方向に流れるようにするこ
とができる。循環熱交換流体の運動路を限定回路内に制
限するには、渦形室３６がベルト外縁周の大部分の廻り
に設けられる。図示実施例の場合は一対の協力するファ
ンがファン・バンクの各面に示されているけれども、よ
り多数の上記対が各面に用いられ、熱交換流体がベルト
の螺旋通路に沿つて１つのファンの排気出口から相手フ
ァンの吸気入口まて推進されるようなブッシュ・ブル関
係に配置されても差支えない。熱交換装置がベルトで運
ばれる物品の冷凍、例えば食品の冷凍、に使用されるの
であれば、熱交換流体をコンベア運動通路内に導入する
装置が設けねばならない。

図面の第１図と第３図に示されるように、３８には、液
体ＣＯ２や液体窒素のような寒冷流体すなわち冷凍剤を
ファンて動かされ循環される流体の流れの中に導入する
装置が設けられている。好ましい配置の場合、前記液体
冷凍剤は、少くとも各ファンの位置毎に、またそのジェ
ットがファンによる送風内に逆向きになる方向に噴射さ
れる。そうすると、冷凍剤は急速に蒸発され、またその
冷凍剤が液１１ｆ−０２なら、固体ＣＯ２の蓄積が全く
起らないようにしたり減らしたりすることが容易になる
。冷凍剤噴射点の位置はファン吐出し部付近に取られる
けれども、補助噴射ノズル（示されていない）を何ケで
も望む数だけ設け、１つ以上の面内の円周上に間隔を取
つて配置してもよい。ＣＯ２が冷凍剤であれば、矢印３
９で示される大量の循環流体の流れの方向に対し逆方向
に具合よく噴射される。装置が螺旋コンベアで運ばれる
物品の加熱に使用されるのであれば、熱交換流体を噴射
する装置は不要てあり、その代りに加熱コイルまたはそ
の他の加熱装置を各ファン吐出し側付近やコンベア各受
板間螺旋通路沿いに設けることによつて現存循環空気流
を加熱すればよい。

装置がコンベアにより搬送される物品の冷却に使用され
るのなら、支持構造物と回転ケージまたはドラムは、周
壁４１と頂部および底部密封部材４２および４３とから
なる絶縁ハウジング４０内に封入されねばならない。

このとき、被封入物と封入物との関係は、なるべくなら
密封関係とする。絶縁ハウジングは、間隔を取つた２枚
の金属板とその間に含まれる海綿状ポリウレタンのよう
な適当な絶縁材とで形成することができる。本発明の好
ましい実施例における別の特徴は、ケージまたはドラム
駆動装置が絶縁ハウジング外に設置されるため、該駆動
装置がこのように設置されていない場合にこの種の先行
冷凍設備が出遭う困離を回避できることである。例えば
、図示実施例（第４図）に示されるように、駆動軸２２
は強力ラジアル・スラスト軸受２７によつて吊下げられ
ているが、該軸受は絶縁筐体４０内に存在する寒冷環境
外に設置されているため、必要に応じて容易に潤滑する
ことができる。なお、下部ラジアル軸受２８にはエンド
・スラストが全くか）らないから、寒剤その他の有する
極度の低い温度に耐えることができる簡単な自動給油軸
受をこの個処に安全に用いることができる。さらに、軸
駆動装置が寒冷環境外に設置されるため、該装置は、そ
れがこのように設置されていない場合には受ける、絶縁
ハウジング内に存在し、可動機械部分が内部設置される
とそれらに悪影響を及ぼす激しい温度条件をうけない。
以上を例として挙げることができる。駆動装置外部設置
の重要な長所には、次が含まれる。１駆動装置が極端な
温度をうけないため、成分コストが低減し、寿命が長く
なる。

（ａ）重い負荷がかかるために効率のよい潤滑を必要と
する摩擦回転部分は、最も効率のよい潤滑油を使用でき
る、極端な環境の外部、に設置される。

−６０゜Ｆ以下の温度に対して効率のよい潤滑油で、米
国農務省により偶然食品に触れる位なら差支えないと認
められているものは全くない。大部分の潤滑油、殊に米
国農務省認可の食用潤滑油は、衛生洗浄されると悪影響
をうける。（ｂ）駆動成分は衛生清掃要領に従つて掃除
されたり、食品工業で普通に使われらる薬品に曝された
りすることがないから、ステンレス鋼、エポキシ被覆剤
、またはその他の特殊な材料よりはむしろ鋼やアルミニ
ウム、真鍮、などのようなもつと一般的に使われる材料
を用いてつくることができる。

（ｃ）駆動成分は極端な温度環境向けに設計された成分
が普通経験するような極端な温度変動を原因とする温度
サイクリングをうけることがないから、設計の際はより
精密でより効率の良い公差を用いることができる結果、
寿命がより永くまた信頼性がより大きくなる。

２駆動成分の保守に要する時間と経費が削減される。

また、保守要点は、他の配置の場合には必要とされる極
端な環境的あるいは空間的制限内での作業をしないです
む。寒気がハウジング４０内から流出するのを最小限に
押えるためには、低温ガス・シールを駆動軸２２がハウ
ジング４０の絶縁頂部４２を貫通する個処に取付ければ
よい。

同じシールを直立部材が絶縁ハウジングを貫通する各個
処に取付けることもできる。上記低温ガス・シールは、
テフロンまたはその他の既知耐低温材料により形成する
ことができる。熱交換流体の流路を本発面にしたがつて
制限し、ガス循環ファンのエネルギを低減すれば、得ら
れる装置の熱効率はより大きくなる。

このように、より望ましい運転温度で運転ができるよう
にすれば、ＣＯ２冷凍剤を用いる装置の場合、運転がそ
のように行なわれない場合に生じる固体ＣＯ２の蓄積が
全く生じないか、または実質的に低減される。ファンが
ブッシュ・ブル式に配置され、またガス流路の断面積を
減らす渦形室が設けられるか．ら、物品をよぎる目標を
得るために循環しなければならないガスの容積が著しく
削減され、またガス流の速度エネルギが保存されるので
、より高い平均ガス速度を供給して熱交換流体と物品と
を接触させることができる。なお、熱交換ガスの循環を
十分に限定された回路に制限すれれば、再循環ガスから
固体化する可能性があるＣＯ２への熱の伝達がよくなる
ため、ガス／固体温度差が有核ドライアイスを完全に昇
華させるに足るだけ高い、この回路内のガス温度が適当
な点に液体ＣＯ２冷凍剤を噴射することができる。

多数の冷凍剤噴射点を回路廻りの円周上に設置すれば、
装置はその設置数に応じて段階的に低等温性を増してい
くが、ＣＯ２ドライアイスを完全に昇華させるに必要な
温度差が犠牲にされることはない。さらに、液体ＣＯ２
噴射オリフィスを再循環ガス流内に直接設置し、該オリ
フィスの位置を冷凍剤の噴射による送風が再循環ガス流
の方向に対し逆向になるように決めれば、ドライアイス
の昇華を更に制御することができる。なぜなら、有核ド
ライアイス粒子は、このようにすると、付随する寒冷な
包絡ガスが剰かれ、自体をより暖かい循環ガス流に暴露
し、遂には合体して大きい粒子となり、表面積対積比が
より低い位置になるからである。本発明の装置は、ブッ
シュ・ブル式ファン配置と流路制限式渦形室を用いてい
るので、目標平均速度を維持するに必要とされる再循環
ガスの体積流量が以前から既知の螺旋式ガス再循環装置
に比べかなり少なくなる。一つの上記した既知の装置は
、単複または複数のガス再循環ファンて加圧される多孔
ドラムからなる中央ケージを用い、寒冷ガスを暖かい物
品をよぎつて放射状に吹出させるものである。このよう
な配置の場合、速度は筐体に直接指向され、そこで失わ
れると思われる。だから、固体ＣＯ２が蓄積する可能性
がある。第２の既知の、例えば米国特許第３７３３８４
８号に開示されているような、配置の場合は、ガス流が
筐壁によつてのみ制限されており、多量の流れが物品領
域外に漏洩することが許されるため、ガス速度が減少し
、固体ＣＯ２が蓄積できることになる。ゆえに、全物品
領域をよぎる目標平均ガス流速度を供給するには、比較
的多数のファンが必要とされる。この配置の場合、切線
式がイン・ライン式の線型流れ送風機を用いてより広い
面積をカバーしようとすれば、この配置に用いられてい
た効率の優れたプロペラ式ファンを効率の劣るファンと
人替えることを意味するから、所要エネルギもそれだけ
増大する。他方、本発明の特徴である渦形配置のため、
目標平均速度を維持するに必要なガスの体積流量を低減
できるほか、ガスをほぼ物品領域範囲内に制限できるの
で、液体ＣＯ２を使用する装置の場合、たとえば固体Ｃ
Ｏ２が形成されるにせよ、その固体ＣＯ２が形成される
個処はその固体ＣＯ２が昇華できる物品領域に限られる
。

２つのファン●バックを連続的式すなわちブッシュ・ブ
ル式配置により適切に設計された渦形ケーシング内に導
入しているので、先行配置とは対照的に、誘導される角
運動量のため、物品領域を廻り反対側ファン・バンクの
吸入位置に至るガス速度の方向づけが容易になつている
。

なお、本発明に基づくファンの配置によれば、熱交換流
体はコンベアに載つて動いて行く物品の通路にほぼ真直
に投射されるから、このような比較的高速度の熱交換流
体が物品の入口と吐出口各ステーションにある開口から
噴出すことが回避される。

本発明の装置の場合、上記開口では、熱交）換流体の小
部分が低速度で漏洩する。しかし、この漏洩は、絶縁ハ
ウジングによつて囲まれた部分に外気か流れ込む重要事
件を阻止する逆流障壁を設立するに十分である。既に説
明された、ＣＯ２冷凍剤を用いる、型式の７設備に共通
することであるが、ＣＯ２の非目標量の漏洩が熱交換器
の物品用入口と出口から大気中へと起るのを防ぐ装置を
設けなければならない。

例えば、俳気ダクト（示されていない）を物品入口１９
と出口２０付近に設置し、これらの部分からク漏出しよ
うとするＣＯ２を脇へそらせばよい。そして、前記各ダ
クトは、排気送風機を装備した１本のガス抜きコンジツ
トに接続するのである。図示され、かつ上記に説明され
る、好ましい実施例の場合、ドラムまたはケージは間隔
を取つて配置される複数のバー２６からなるものとして
開示されている。しかしながら、ある場合には、望むな
ら、ドラムまたはケージの周壁を一様なものとしたり、
一様なりーテンを上記バーの内面または外面に取付けた
りすることができる。か）る一様な壁を形成することは
、衛生が考慮されねばならない、食品などの取扱用に設
計される装置には奨められない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第２図の一部が切断され、線１−１に沿つて
取られた部分略平面図、第２図は、第１図の線２−２に
沿つて取られた、一部が断面で示されている垂直立面図
、第３図は、第１図の線３−３に沿つて取られた垂直断
面図、第４図は、ドラムまたはケージの駆動装置と示す
拡大部分垂直断面図である。 １０・・・・支持構造物、１５・・・・骨組、１６・・
・ドラム、１９，２０・・・・・・ステーション、２２
・・シャフト、２３，２４・・・・・・スパイダー部材
、２５・・・・周壁、３５・・・・・・軸流ファン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入口および出口を有する熱絶縁ハウジングと、該ハ
   ウジングの中の支持骨組中で水平に回転するドラムと、
   上記ハウジングを通して製品を流すため上記入口と出口
   の間に垂直螺旋通路を形成するよう該ドラムの周縁壁を
   とりまきこれに沿つている連続平担なベルト・コンベア
   と、上記ハウジング中の循環熱交換流体の温度を変化す
   る装置と、上記ドラムを中央駆動シャフトにより回転駆
   動する装置と、より成る熱交換器において、支持上部構
   造骨組が上記熱絶縁ハウジングの屋根の外側にあり、該
   支持上部構造骨組に取付けられた軸受と、上記ハウジン
   グの屋根を通してのび且つ上記軸受に支持された上記ド
   ラム用の駆動シャフトと、上記シャフトを駆動するため
   上記ハウジングの外側にのびた上記シャフトと結合して
   いる機械駆動部と、少くとも２個の対角線上の相対した
   位置において上記支持骨組に取付けられ且つ上記コンベ
   アを通過する螺旋通路を沿つて流体を送る一組少くとも
   ２個から成る軸流ファンと、冷凍剤を急速に蒸発させる
   ためファンの送風方向と反対方向に該冷凍剤を放出する
   よう各ファンに相対する位置に設けられた吐出しノズル
   と、上記ファンで送られる熱交換流体の流れる通路を限
   定するため上記各組のファンに設けた渦形装置とを有し
   、該渦形装置は上記回転ドラムの囲りに上記ベルト・コ
   ンベアで作られた螺旋通路の周辺に近い位置に連続的に
   延び且つ少くとも一部は上記ベルト・コンベアの外周辺
   に沿つており、上記熱交換流体が上記ベルト・コンベア
   の通路に沿つて流れ一方の組のファンの放出側から流れ
   た流体の大部分が第２の組のファンの入口まで続き、該
   入口では第２組のファンに負圧を生ずることを特徴とす
   る熱交換器。 ２ 上記軸受は駆動シャフトを支持するラジアル−スラ
   スト軸受である特許請求の範囲１項記載の熱交換器。