JP2005222781A - 誘導加熱を用いた流動物加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のような、温水、飽和水蒸気等の加熱媒体を使用することなく、従来と比較して小型化された誘導加熱を用いた流動物加熱装置を提供する。
【解決手段】 磁性材を配した発熱部１１を有し流動物が通過する筒状の搬送路１２と、搬送路１２の内部に複数段に渡って配置された攪拌部材１３と、搬送路１２の外部に巻回され、発熱部１１に高周波誘導電流を流すコイル１４とを有する。また、搬送路１２の内周面側は耐食性を備えた金属材料で構成され、その外側に発熱部１１がはり合わされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、食品、薬品等の流動物を加熱する誘導加熱を用いた流動物加熱装置に係り、更に詳細には、従来使用されている温水、飽和水蒸気、又は過熱水蒸気等の熱媒体を使用することなく、流動物を加熱処理できる誘導加熱を用いた流動物加熱装置に関する。

従来、例えば、加工対象食品は、商品出荷される前に加熱殺菌処理されている。
この加熱殺菌処理は、加熱媒体に温水又は１００℃以上の飽和水蒸気を使用した熱交換器を用いて行っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２３５４７３号公報

しかしながら、加熱媒体に、温水、飽和水蒸気等を使用する場合、この加熱媒体を連続的に供給するためのボイラ、ポンプ、配管等が必要になり、装置が大型化するため、設置場所が制約される。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来のような、温水、飽和水蒸気等の加熱媒体を使用することなく、従来と比較して小型化された誘導加熱を用いた流動物加熱装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う請求項１記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置は、磁性材を配した発熱部を有し流動物が通過する筒状の搬送路と、該搬送路の内部に複数段に渡って配置された攪拌部材と、前記搬送路の外部に巻回され、前記発熱部に高周波誘導電流を流すコイルとを有する。
請求項１記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、流動物とは、例えば、食品、水、油、又は薬品等を意味する。

請求項２記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置は、請求項１記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、前記搬送路の内周面側は耐食性を備えた金属材料で構成され、その外側に前記発熱部がはり合わされている。
請求項２記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、搬送路は、例えば、耐食性を備えた筒状の材料に筒状の発熱部を嵌め込んで作製できる。この場合、筒状の材料と発熱部との間に隙間が生じないように、例えば、ろう接、拡散接合等を行うことが好ましい。また、耐食性を備えた板材に予め発熱部をはり合わせ（クラッド）ておき、搬送路の形状に加工することもできる。
ここで、金属材料としては、例えば、鉄基、ニッケル基などの合金材料（例えば、ステンレス鋼、ハステロイ合金、インコネル合金、モネルメタル等）、あるいは、チタン、モリブデン等の耐食性を備えた金属を使用できる。

請求項３記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置は、請求項１及び２記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、前記攪拌部材の外周部の少なくとも一部面は、前記搬送路の内面に接触している。

請求項４記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置は、請求項３記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、前記搬送路及び前記攪拌部材でスタティックミキサが構成されている。
請求項４記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、スタティックミキサとは、例えば、長方形の板を１８０度ねじった形状の攪拌部材を、複数段に渡って、右ひねり、左ひねりを交互に直交させて接続し、搬送路内に固定配置したものである。

請求項５記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置は、請求項１〜４記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、前記磁性材は鉄系金属材料である。
請求項５記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、鉄系金属材料としては、例えば、炭素鋼、極低炭素鋼、鋳鋼、鋳鉄、フェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレス、珪素鋼等を使用できる。

請求項６記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置は、請求項１〜５記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、前記コイルは銅製のチューブで構成され、該チューブ内に冷却水が供給可能となっている。

請求項７記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置は、請求項１〜６記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、前記搬送路と前記コイルとの間であって前記搬送路の外側周囲には断熱材が設けられている。
請求項７記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、断熱材としては、例えば、ガラス繊維、ケイ酸カルシウム繊維等の断熱性に加えて電気絶縁性にも優れたものを用いることが、装置の安全性や保守性の点で好ましい。

請求項８記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置は、請求項１〜７記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、前記流動物は食品、水、油、及び薬品のいずれか１又は２以上である。
請求項８記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、食品とは、例えば粘性を有するソース等を意味する。

請求項１〜８記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置は、コイルに電流を流して発熱部を発熱させることで、搬送路内を流れる流動物を、攪拌部材によって攪拌しながら加熱できる。従って、従来のような、温水、飽和水蒸気等の加熱媒体を使用することなく、流体物を加熱処理できるので、ポンプ、配管等が不要となり、流動物加熱装置を小型化できる。
また、発熱部には磁性材を配しているので、非磁性材を使用する場合よりも、コイルに流す電流の周波数を低い値（例えば、磁性材料に適する周波数を２０ｋＨｚとした場合、非磁性材でこれと同程度の効果を得るためには、その周波数が１００ｋＨｚ以上になる）に設定でき、搬送路の外部に巻回されるコイルの巻き数も減少させることができる。このため、高周波数用の特殊電源が必要なく装置のコストを低減でき、装置を更に小型化できる。

特に、請求項２記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置は、搬送路の内周面側が、耐食性を備えた金属材料で構成されているので、衛生的に良好であり、しかも装置の長寿命化を図ることができる。
また、搬送路は、耐食性を備えた金属材料の外側に発熱部がはり合わされた構成となっているので、発熱部で発生した熱が耐食性を備えた金属材料に伝達され、更にこの熱が搬送路内を流れる流動物に伝達される。従って、発熱部の熱を、流動物の加熱に効率的に利用できる。

請求項３記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置は、攪拌部材が搬送路の内面に接触しているので、発熱部の熱が攪拌部材に伝達され、流動物の加熱を更に効果的に実施できる。
請求項４記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置は、搬送路及び攪拌部材でスタティックミキサを構成するので、回転羽根等の回転機構の存在しないシンプルな形態で、流動物を搬送路内で、連続的に分割、混合等でき、搬送路を通過する流動物の略全体に渡って加熱処理を効率的に実施できる。

請求項５記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置は、磁性材が鉄系金属材料で構成されているので、炭素鋼やフェライト系ステンレスをはじめとする安価な材料で装置を製造でき経済的である。
請求項６記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置は、コイルが低抵抗で高熱伝導性の銅製のチューブで構成され、そのチューブ内に冷却水が供給可能な構成となっているので、誘導加熱における無効電力を小さくできるうえ、コイルを効率的に冷却できて装置の保守性にも優れる。

請求項７記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置は、搬送路の外側周囲に断熱材が設けられているので、発熱部から発生する熱が外部へ放出することを抑制、更には防止できる。
請求項８記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置は、従来、食品、水、油、及び薬品の加熱処理に使用されてきた加熱媒体である温水又は飽和水蒸気を使用することなく、簡単な装置で衛生的に加熱殺菌処理できる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る誘導加熱を用いた流動物加熱装置の部分断面図である。

図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る誘導加熱を用いた流動物加熱装置１０は、磁性材からなる発熱部１１を有し流動食品（流動物の一例）が通過する筒状の搬送路１２と、搬送路１２の内部に複数段（本実施の形態では４段）に渡って配置された攪拌部材１３と、搬送路１２の外部に巻回され、発熱部１１に高周波誘導電流（単に、誘導電流ともいう）を流すコイル１４とを有している。以下、詳しく説明する。

図１に示すように、搬送路１２は、耐食性を備えた金属材料であるオーステナイト系ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ等）で構成された筒状の搬送管１５と、その外側にはり合わされた発熱部１１とを有している。ここで、搬送管を発熱部のみで構成することも可能である。この場合、発熱部を構成する材料として、フェライト系ステンレスなどの耐食性にも優れた材料を、流動物の種類に応じて選定することが好ましい。
なお、搬送管１５は、オーステナイト系ステンレス鋼の代わりに、例えば、鉄基、ニッケル基などの合金材料（例えば、ステンレス鋼、ハステロイ合金、インコネル合金、モネルメタル等）、あるいは、チタン、モリブデン等で構成することもできる。

搬送管１５の内径及び長さは、例えば、加熱殺菌処理する流動食品の処理時間等を考慮して決定されており、内径が例えば２０〜５０ｍｍ程度、長さが例えば５０〜１００ｃｍ程度（この実施の形態においては内径が３８ｍｍ、長さが８１ｃｍ）である。また、搬送管１５の厚みは、例えば０．５〜３ｍｍ程度（本実施の形態においては１．２ｍｍ）となっている。
また、搬送管１５の両端部には、流動食品の製造工程の経路（図示しない）に取付け可能な接続部１６、１７が設けられている。

搬送管１５の両側を除く外側周囲には、筒状の磁性を備える炭素鋼（鉄系金属材料の一例）で構成された発熱部１１がはり合わされ、搬送路１２が二重構造となっている。ここで、発熱部１１は、鉄系金属材料（前記磁性材又はオーステナイト系ステンレス等の非磁性材）あるいは亜鉛やニッケルなどの非鉄金属材料を誘導電流発生部として配し、これに低導電性又は非導電性の強磁性体であるフェライト（鉄系酸化物）などを組み合わせて構成することも可能である。
発熱部１１の厚みは、例えば１〜５ｍｍ程度（本実施の形態においては１．５ｍｍ）となっている。
これにより、搬送路１２の内周面側が耐食性を備えた構成となるので、発熱部１１が流動食品に直接接触することを防止でき、衛生的である。

ここで、搬送路１２は、筒状となった搬送管１５に筒状の発熱部１１を嵌め込むことで作製できる。この場合、搬送管１５と発熱部１１との間に隙間が生じないように、搬送管１５に発熱部１１を嵌め込んだ後に、例えば、ろう接、拡散接合等を行うことが好ましい。
この場合、搬送管１５及び発熱部１１の少なくとも一方に、ろう材や拡散接合用アモルファス合金の薄層を形成した後、搬送管１５に発熱部１１を焼嵌めするといった手法が推奨される。
また、搬送路は、搬送管に鉄製の板材を巻き付けたり、オーステナイト系ステンレス鋼の板材に、発熱部となる鉄製の板材を圧延等によってはり合わせた材料（クラッド材）を、円形に加工したりすることで製造することもできる。
このように、搬送管１５と発熱部１１とを接触させることで、発熱部１１で発生した熱を、搬送管１５へ効率的に伝達できる。

なお、搬送路１２の発熱部１１の外側周囲には、ガラス繊維等で構成された電気絶縁性断熱材（断熱材の一例）１８を巻き付けて、発熱部１１から発生する熱を外部へ放出することを抑制、更には防止している。この電気絶縁性断熱材は、発熱部１１の外側に１層でもよく、２層以上の複数層巻き付けることも可能である。
そして、電気絶縁性断熱材１８の外側周囲には、例えば０．５〜３ｍｍ程度の隙間を開けて、コイル１４が巻き回されている。
このコイル１４は、内径が例えば２〜６ｍｍ程度の銅製のチューブで構成され、チューブ内に冷却水が供給可能となっている。また、コイル１４の外周には、例えば、１３０℃程度の温度まで耐えられるポリオレフィン系樹脂等で構成された電気絶縁材１９が被覆されている。

このように、コイル１４の外周には、電気絶縁材１９が被覆されているので、発熱部１１の外周に巻かれた電気絶縁性断熱材を、熱伝導率の更に小さい断熱性本位の材料、例えば、コルク質の材料に代えることも可能である。
コイル１４の両端部は、発熱部１１の両端部に取付けられたフランジ２０、２１に対して、ねじ２２、２３で取付けられた取付け部２４、２５に固定されている。
なお、フランジ２０、２１は、発熱しないように、非磁性材料である例えば、樹脂、オーステナイト系ステンレス鋼等で作製することが好ましい。このとき、異種金属の組み合わせによって生じる電池腐食を防止するために、搬送管１５もフランジ２０、２１と同系の金属材料で構成することが望ましいが、これが適わないときには、要部を電気絶縁することが必要である。

コイル１４は、発熱部１１の中央部で、巻き回された隣り合うコイル１４が例えば３〜１０ｍｍ程度の隙間をあけて、複数回（本実施の形態においては１０回程度）巻き回されている。また、他の部分、即ち各フランジ２０、２１から発熱部１１の両端部にかけては、隣り合うコイル１４がほとんど隙間なく、複数回（本実施の形態においては３０回程度）ずつ巻き回されている。
このように、発熱部１１の長手方向に渡って、その中央部では粗に、他の部分では密に、発熱部１１の外周にコイル１４を巻回しているので、搬送管１５内部の温度を略均等にできる。

なお、発熱部１１の外周へのコイルの巻回し方は、これに限定されるものではなく、搬送管１５内部を流れる流動物の種類に応じて変えることができる。
例えば、発熱部１１の長手方向に渡って、その上流側では密に、下流側へかけて徐々に粗にすることも可能である。この場合、搬送管１５内の温度を一気に上昇させて、その後温度を保持することが可能である。
このコイル１４の両端部は、周波数を例えば２０〜５０ｋＨｚ程度に調整可能な高周波電源（図示しない）に接続されている。

図１に示すように、搬送路１２の内部には、第１、第２の攪拌部２６、２７で構成される攪拌部材１３が、搬送路１２の上流側から下流側へかけて、複数段に渡って設けられている。なお、攪拌部材１３は、耐食性を備えたオーステナイト系ステンレス鋼で構成されているが、搬送管共に耐食性の更に優れた金属材料（例えば、チタン等）で構成することも可能である。このとき、電池腐食を防止するために、入側及び出側の他の装置要素との絶縁を行うことが必要である。

第１の攪拌部２６は、長方形の平板の角部に丸みを形成し、これを反時計回り（左ひねり）に例えば９０〜２７０度の範囲（本実施の形態では１８０度）でひねったものである。また、第２の攪拌部２７は、略楕円状に形成された板材を、時計回り（右ひねり）に例えば９０〜２７０度の範囲（本実施の形態では１８０度）でひねったものである。
この第１、第２の攪拌部２６、２７の両端部を、例えば直角に、しかも交互に接続して、攪拌部材１３が構成されている。

攪拌部材１３の最大幅は、搬送管１５の内径と略等しいか、それより僅かに大きくなっているので、搬送路１２内に攪拌部材１３を取付けた場合、攪拌部材１３の外周部、即ち第１、第２の攪拌部２６、２７の外周部の少なくとも一部面は、搬送路１２の内面に接触する。このとき、電池腐食を避ける観点から、攪拌部材１３と搬送路１２（特に、搬送管１５）を同材質で構成することが好ましい。
なお、攪拌部材１３の上流側端部は、搬送管１５の上流側端部に溝を設けて取付け固定されている。これにより、搬送管１５に対する攪拌部材１３の着脱を容易にできるので、攪拌部材１３と搬送管１５内部の洗浄を考慮した構成にできる。
このように、搬送路１２及び攪拌部材１３で、スタティックミキサ２８が構成されている。
これにより、発熱部１１で発生した熱を、搬送管１５を介して攪拌部材１３に伝達できるので、搬送路１２内を通過する流動食品の流れ中央部の加熱も行うことができ、より均一な加熱殺菌処理を実施できる。

続いて、流動食品の加熱殺菌処理方法について、前記した流動物加熱装置１０を使用して、図１を参照しながら説明する。
まず、搬送路１２の上流側に配置されたコイル１４内へ冷却水を連続的に流す。そして、高周波電源を用いて、コイル１４に周波数が例えば２０ｋＨｚ程度の電流を流す。なお、このときの電力は、搬送路１２の大きさや搬送路１２内の設定温度等にもよるが、例えば１〜４０ｋＷ程度の範囲である。

これにより、発熱部１１に高周波誘導電流が流れ、発熱部１１が加熱される。
この熱は、発熱部１１に接触した搬送管１５に伝達され、更に搬送管１５の内面に接触した攪拌部材１３に伝達される。これにより、搬送路１２内を流れる流動食品は、搬送管１５のみならず、攪拌部材１３からも加熱殺菌処理することが可能になる。
そして、搬送路１２内の温度が、予め設定した例えば８０〜２００℃程度の温度範囲に到達したら、流動食品を搬送路１２内に連続的に流し、流動食品の加熱殺菌処理を行う。

以上、本発明を、一実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の誘導加熱を用いた流動物加熱装置を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
前記実施の形態においては、１本の搬送路の外周にコイルを巻回した場合について説明したが、例えば、等間隔に配置した複数本の搬送路の外周を、１本のコイルでまとめて巻回すことも可能である。
また、前記実施の形態においては、流動物として流動食品を使用した場合について説明した。しかし、搬送路の内周部及び攪拌部材が、耐食性を備えた材料で構成されている場合は、衛生面等が重要視される他の流動物、例えば、薬品、水、油等を加熱殺菌処理することもできる。

本発明の一実施の形態に係る誘導加熱を用いた流動物加熱装置の部分断面図である。

符号の説明

１０：流動物加熱装置、１１：発熱部、１２：搬送路、１３：攪拌部材、１４：コイル、１５：搬送管、１６、１７：接続部、１８：電気絶縁性断熱材（断熱材）、１９：電気絶縁材、２０、２１：フランジ、２２、２３：ねじ、２４、２５：取付け部、２６：第１の攪拌部、２７：第２の攪拌部、２８：スタティックミキサ

Claims (8)

1. 磁性材を配した発熱部を有し流動物が通過する筒状の搬送路と、該搬送路の内部に複数段に渡って配置された攪拌部材と、前記搬送路の外部に巻回され、前記発熱部に高周波誘導電流を流すコイルとを有することを特徴とする誘導加熱を用いた流動物加熱装置。
2. 請求項１記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、前記搬送路の内周面側は耐食性を備えた金属材料で構成され、その外側に前記発熱部がはり合わされていることを特徴とする誘導加熱を用いた流動物加熱装置。
3. 請求項１及び２のいずれか１項に記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、前記攪拌部材の外周部の少なくとも一部面は、前記搬送路の内面に接触していることを特徴とする誘導加熱を用いた流動物加熱装置。
4. 請求項３記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、前記搬送路及び前記攪拌部材でスタティックミキサが構成されていることを特徴とする誘導加熱を用いた流動物加熱装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、前記磁性材は鉄系金属材料であることを特徴とする誘導加熱を用いた流動物加熱装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、前記コイルは銅製のチューブで構成され、該チューブ内に冷却水が供給可能となっていることを特徴とする誘導加熱を用いた流動物加熱装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、前記搬送路と前記コイルとの間であって前記搬送路の外側周囲には断熱材が設けられていることを特徴とする誘導加熱を用いた流動物加熱装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘導加熱を用いた流動物加熱装置において、前記流動物は食品、水、油、及び薬品のいずれか１又は２以上であることを特徴とする誘導加熱を用いた流動物加熱装置。

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