JP2009052770A

JP2009052770A - 加熱冷却装置

Info

Publication number: JP2009052770A
Application number: JP2007217804A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Fujimoto; 壹裕藤本
Original assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Current assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】誘導発熱機構と冷却機構を用いた加熱冷却装置で冷却能力を高め、バイオエタノールの製造プロセスのように加熱、冷却、発酵温度保持、加熱の複数の工程を必要とする設備の構成を簡素化すること。
【解決手段】電磁誘導発熱機構５により加熱した気液二相の熱媒体３の蒸気を収納するジャケット室２を設けた容器本体１に隣接して冷却媒体を有する熱交換器８を設け、容器本体１内の被処理物１０を加熱する際には、電磁誘導発熱機構５の駆動により気液二相の熱媒体３を加熱蒸発させ、その蒸発による気相熱媒体が前記ジャケット室２の内部において凝縮する際の凝縮潜熱の放出によって前記容器本体１を加熱し、容器本体１内の被処理物１０を冷却または奪熱する際には、その被処理物１０を熱交換器８内を循環させて冷却媒体で冷却または奪熱する。
これにより一つの加熱冷却装置によって加熱、冷却、発酵温度保持、加熱の工程を必要とするバイオエタノールの製造プロセスなどに適用することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、容器内に挿入した被処理物を所定の温度に加熱および冷却する加熱冷却装置に関するものである。

容器内に挿入した被処理物を所定の温度に加熱および冷却する加熱冷却装置として、電磁誘導発熱機構と冷却機構を付設したものは既によく知られている。この装置においては、被処理物を挿入する容器本体の周囲に、内部に気液二相の熱媒体を密封したジャケット室を設置し、その熱媒体を電磁誘導発熱機構によって加熱、蒸発させ、蒸発した熱媒体が容器本体に触れることによって凝縮するときに発生する潜熱によって、容器本体を介してその内部にある被処理物を加熱し、また、冷却機構を駆動し、前記ジャケット室内の蒸発した熱媒体を冷却、液化させ、冷却液化した熱媒体が高温の容器本体に触れることによって再び蒸発して、その際の潜熱により容器本体を冷却し、これにより容器本体の内部にある加熱された被処理物あるいは被処理物から発生する熱を除去しながら一定温度に維持したり、または一定温度まで冷却するようにしている。
特公平４−７７２２５号公報特公平７−６１４０１号公報実公平７−１４７８２号公報特開２０００−２２７２６９号公報

しかし、このように容器本体の周囲に、内部に気液二相の熱媒体を密封したジャケット室を設置し、そのジャケット室内の熱媒体の気化による潜熱の授受で冷却するものでは、凝縮、蒸発による冷却が進行していく過程で電磁誘導発熱機構による熱媒体の温度が低下し、蒸気圧も低下していくため、ジャケット室内の気相の熱媒体の量が次第に減少していき、冷却機構により冷却されて凝縮する熱媒体の量が少なくなる。その結果熱媒体の蒸発による容器本体に対する冷却能力は次第に減退していき、たとえば常温付近までの冷却が困難となり、また常温付近での温度の維持が困難となることがある。

ところで、最近、環境問題や原油依存脱却の点から、砂糖キビやトウモロコシ、廃木材などを原料とするバイオエタノールの利用が進められている。バイオエタノールの作成は、砂糖キビや甜菜を原料とする場合には、その原料を搾って糖蜜を作り、その糖蜜を所定の温度（たとえば約３０℃）で発酵させ、そのあと遠心分離機で酵母を取り出し、その残りを１００℃以上に加熱蒸留してエタンールを作成する。また、木の先端部、枝、根っ子や廃木材を原料とする場合には、その原料を細分し、細分した原料に酵素を加えて所定の温度（たとえば約４５℃）に加熱して糖化し、所定の温度（たとえば約３０℃）に冷却して酵母を加えその温度に保持して発酵させる。その後、１００℃以上に加熱蒸留してエタノールが作成される。小麦やコーンなどの場合には、所定の温度に加熱して澱粉化し、所定の温度（たとえば約３０℃）に冷却して酵母を加えその温度に保持して発酵させる。その後、１００℃以上に加熱蒸留してエタノールが作成される。いずれの場合においても加熱、冷却、発酵温度保持、加熱の工程を必要とし、バイオエタノールの製造プロセスにおける設備は複雑で多岐となっている。

また、バイオエタノールの製造プロセスにおける加熱では化石燃料である重油や、たとえば砂糖キビの場合は、搾りカスを燃やしてボイラーの熱源として用いられており、熱源が重油の場合ではクリーンでなく、また、砂糖キビの搾りカスの場合は原料の無駄使い（砂糖キビの搾りカスもバイオエタノールの原料とすることができる。）となっている。

このような加熱、冷却、発酵温度保持、加熱の工程を必要とするバイオエタノールの製造プロセスに前記のような加熱冷却装置の使用が考えられる。この場合、一つの加熱冷却容器で加熱、冷却、発酵温度保持および加熱を行うことができ、バイオエタノールの製造プロセスにおける設備を簡素にすることができる。また、電気エネルギーを熱源とすることからクリーンであるとともに、砂糖キビの搾りカスの場合のように原料の無駄使いを防止することもできる。しかし、前記従来の加熱冷却装置では冷却能力が劣り、加熱後の冷却および発酵保持温度の維持が困難であるといった問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、誘導発熱機構と冷却機構を用いた加熱冷却装置で冷却能力を高め、バイオエタノールの製造プロセスのように加熱、冷却、発酵温度保持、加熱の複数の工程を必要とする設備の構成を簡素化するようにし、斯かる問題を解消する点にある。

本発明は、容器本体の肉厚内または外周面に形成されたジャケット室と、前記ジャケット室の内部に連通し内部に気液二相の熱媒体が溜められる液溜め部と、前記液溜め部の内部の液相の熱媒体を加熱して蒸発させる電磁誘導発熱機構とを備えてなる加熱手段と、前記加熱手段に隣接配置され、前記容器本体内の被処理物を循環させる、内部に冷却媒体を有する熱交換手段とを備え、前記容器本体内に挿入した被処理物を加熱する際には、前記電磁誘導発熱機構の駆動により前記液溜め部の液相の熱媒体を加熱して蒸発させ、その蒸発による気相熱媒体が前記ジャケット室の内部において凝縮する際の凝縮潜熱の放出によって前記容器本体を加熱し、前記被処理物を冷却する際には、その被処理物を、前記熱交換手段内を通流して前記冷却媒体で冷却してなることを主な特長とする。

本発明によれば、容器本体内の被処理物を電磁誘導発熱機構により加熱するので、クリーンかつ省エネルギーが図れる。また、容器本体内の被処理物を内部に冷却媒体を有する熱交換手段を通流して冷却するので、冷却能力が高められ、特に低温状態での温度の維持が可能となる。これにより一つの加熱冷却容器で被処理物を加熱して高温に維持し、またその高温から大幅に冷却して低温へ移行し、さらにはその低温を保持することができ、特にこれらの条件を必要とするバイオエタノールの製造プロセスなどに適用することができる。この場合、製造プロセスなどの設備を簡素化することができる。

誘導発熱機構と冷却機構を用いた加熱冷却装置で冷却能力を高め、バイオエタノールの製造プロセスのように加熱、冷却、発酵温度保持、加熱の複数の工程を必要とする設備の構成を簡素化するようにする目的を、内部に被処理物を挿入する容器本体の肉厚内または外周面に、電磁誘導発熱機構により加熱気化された熱媒体を充満させるジャケット室を設けるとともに、前記容器本体内の被処理物を、別に設けた冷却媒体を所有する熱交換器内に通流することにより実現した。

以下、本発明に係る実施例について図１を参照して説明する。図１は実施例に係る加熱冷却装置の断面図である。図１において、１は熱伝導性の金属（たとえばステンレス、鋳鉄など）からなる容器本体、２は容器本体の外周面を取り囲むように形成されたジャケット室、３は気液二相の熱媒体、４は熱媒体３の液溜め部、５は液溜め部４内の熱媒体３を加熱するための電磁誘導発熱機構で、鉄心６と、これに巻回されてある誘導コイル７とによって主として構成されている。８は水などの冷却媒体を注入する管８ａと排出する管８ｂおよび被処理物を通流する入口管８ｃと出口管８ｄを備えた熱交換器、９はポンプ、１０は容器本体１内に挿入された被処理物、１１は被処理物１０を攪拌する攪拌機、１２は排出バルブ、１３はフィルターである。

容器本体１の上部と下部に、開口をフィルター１３で覆った外部に導出した管１ａ、１ｂが取付けられ、容器本体１の下部で外部に導出した管１ａに、入口管８ｃに接続したポンプ９に接続され、また、容器本体１の上部で外部に導出した管１ｂに出口管８ｄに接続されている。すなわち、ポンプ９の駆動により容器本体１内の被処理物１０は、管１ａ、ポンプ９、入口管８ｃを経て熱交換器８内を通流し、出口管８ｄ、管１ｂを経て容器本体１内に戻され、この循環が繰り替えされる。

容器本体１内に注入した被処理物１０を所定の温度に加熱する際には、誘導コイル７に交流電流を流し、電磁誘導発熱機構５をジュール発熱させ、その熱で液状の熱媒体３を加熱して気化させる。気化した熱媒体３はジャケット室２内に入り、その内面に触れて凝縮液化して液溜め部４内に戻り、再び加熱気化されてジャケット室２内へ移動する。容器本体１はジャケット室２内の気化した熱媒体３ａが凝縮液化するとき放出する潜熱により加熱され、この熱を被処理物１０に伝達して加熱する。

容器本体１内に注入した被処理物１０を所定の温度に冷却または奪熱する際には、熱交換器８内に冷却媒体を注入し、ポンプ９を駆動し、容器本体１内の被処理物１０を熱交換器８内を通流させる。この場合、急冷するときには冷却媒体の温度を所定の温度よりも低温とし、穏冷するときには冷却媒体の温度をこの所定の温度とするとよい。

以上のように構成した加熱冷却装置は、一つの加熱冷却装置によって加熱、冷却、発酵温度保持、加熱の工程を必要とするバイオエタノールの製造プロセスに適用することが可能となり、バイオエタノールの製造プロセスにおける設備を簡素にすることができる。たとえば、木の先端部、枝、根っ子や廃木材を原料としてバイオエタノールを作成する場合には、細分した原料に酵素を加えて容器本体１に挿入し、誘導コイル７に電流を印加して容器本体１内をたとえば約４５℃に保持して糖化し、ついでポンプ９を駆動し、糖化した被処理物を、熱交換器８内を通流させて約３０℃に冷却してその温度に保持し、酵母を加えて発酵させる。発酵後、誘導コイル７に電流を印加して１００℃以上に加熱し、蒸留してエタノールを作成する。このように一つの加熱冷却装置によってバイオエタノールを作成することができる。

本発明の実施例に係る加熱冷却装置の断面図である。

符号の説明

１容器本体
２ジャケット室
３気液二相の熱媒体
４液溜め部
５電磁誘導発熱機構
６鉄心
７誘導コイル
８熱交換器
９ポンプ
１０被処理物
１１攪拌機
１２排出バルブ

Claims

容器本体の肉厚内または外周面に形成されたジャケット室と、前記ジャケット室の内部に連通し内部に気液二相の熱媒体が溜められる液溜め部と、前記液溜め部の内部の液相の熱媒体を加熱して蒸発させる電磁誘導発熱機構とを備えてなる加熱手段と、前記加熱手段に隣接配置され、前記容器本体内の被処理物を循環させる、内部に冷却媒体を有する熱交換手段とを備え、前記容器本体内に挿入した被処理物を加熱する際には、前記電磁誘導発熱機構の駆動により前記液溜め部の液相の熱媒体を加熱して蒸発させ、その蒸発による気相熱媒体が前記ジャケット室の内部において凝縮する際の凝縮潜熱の放出によって前記容器本体を加熱し、前記被処理物を冷却する際には、その被処理物を、前記熱交換手段内を通流して前記冷却媒体で冷却してなることを特長とする加熱冷却装置。
バイオエタノールの製造プロセスに用いることを特徴とする請求項１に記載の加熱冷却装置。