JP2010068727A - 冷却可能な電極体およびそれを備えた連続式通電加熱装置 - Google Patents
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- Control Of Resistance Heating (AREA)
- Food Preservation Except Freezing, Refrigeration, And Drying (AREA)
Abstract
【解決手段】複数の電極体および複数のスペーサ管体を有し、それらの内壁が食品材料を流動移送させながら通電加熱するための被加熱流路を形成する加熱ユニットを備える連続式通電加熱装置において、前記複数の電極体が、冷却媒体流路を設けた電極体を含んで構成され、前記被加熱流路の出口端近傍に、被加熱流路の内壁温度を検出する温度センサを設け、該温度センサの測定値に基づき液体冷却媒体による冷却条件を制御することを特徴とする連続式通電加熱装置およびその電極体。
【選択図】図3
Description
しかしながら、これらの装置では流路内に複雑な構造の電極を多数設置したり、静的撹拌体を設けることで装置がより複雑となることとなり、その製作に高コストを要するばかりか、装置の維持、管理や操業時の清掃にも多くの労力を必要とすることとなった。
しかも、従来、加熱ユニットの出口端近傍に設けられていた温度センサは、流路の中心軸線部分を計測するためのものであり、流路の内壁部分を計測するためのものではなかった。これは、層流が生じる食品材料の場合、流路の中心軸線部分の速度が最も速くなることにより、最も低温となるためである。すなわち、この出口端の温度センサは、殺菌等の加熱処理を施すために最低温度を把握することを目的とするものであり、この計測値に基づき管路の内周壁面の温度を予測することは困難であった。
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、被加熱材料が過加熱されることのない連続式通電加熱装置を開発することを目標として鋭意努力を重ねた結果、冷却媒体流路が形成された電極体を備える連続式通電加熱装置において、被加熱流路の内壁の最高温度を正確に計ることを可能とし、これにより冷却媒体流路による電極体の冷却を従来より優れた条件で制御することを可能とした。
本発明の連続式通電加熱装置は、内壁が加熱流路を形成する通電加熱用電極体であって、電極体の厚さ(T)の半分よりも加熱流路に近い範囲に冷却媒体流路を設けた電極体を備える。この電極体は、前記電極体に設けられた冷却媒体流路が、電極体の厚さ(T)の5%〜25%の範囲の厚さの壁(438)で加熱流路と隔てられていることが好ましい。さらに好ましくは、前記冷却媒体流路の断面が加熱流路の中心軸線に対し同心の環状である。また、その外側面から加熱流路に向かって、電極温度センサを挿通するための穴、電源接続用穴、冷却媒体供給穴および冷却媒体排出穴を設ける構成としてもよい。
本発明の加熱装置には、102mPa.s以上の粘性を有する材料または熱変性を受けやすい被加熱材料が好適である。また、冷却媒体としては、衛生上、冷却能力、経済性などを勘案すると水を最も好ましい例としてあげることができる。
このような特徴を有する本発明の電極体では、従来と比べ電極体に流通させる冷媒の流量を従来よりも少なくすることが可能であることから、冷却媒体流路を狭く構成することができる。そして、このような冷却媒体流路を有する電極体では、その側面から被加熱流路に向かって穴を設けることができるので、温度センサを外周面から中心に向かって挿通させることが可能となる。また、同様に電極体の本体に電源接続用穴、冷却媒体供給穴および冷却媒体排出穴を設けることができる。このため加工が容易であり、耐久性およびメンテナンス性も良好である。
(A)の態様においては、アース用の電極体に温度センサを設けることが最も好ましい。冷却媒体流路を設けた電極体に温度センサを設けた場合と比べ、冷却媒体の温度に影響されることが無いからである。但し、アース用の電極体を設けない構成をとる場合などには、冷却媒体流路と温度センサを一つの電極体に併設することも可能である(図3および図4参照)。
(B)の態様においては、継ぎ手に形成された流路の内壁部分の温度をピンポイントで計測できるように温度センサを設けることが重要である。一般に、流路の中心軸線部分と比べ内壁部分の温度が高くなる傾向にあるからである。特に層流が生じる粘度の流動性食品材料においてはこの傾向はより促進される。なお、割れの問題や洗浄性の問題があることから、スペーサに温度センサを設けることは避ける。
以上の構成に加え、加熱ユニットの最上流に配置された電極体に埋設された温度センサを設ける構成としてもよい。
(第一グループ(低粘度、102mPa・s未満))
飲料類(日本茶、果汁、豆乳、トマトジュース等)、タレ・ツユ類(漬け物汁、めんつゆ等)、低粘性ドレッシング類(醤油ベース、ノンオイル系等)、スープ類(コンソメスープ、エキス等)、全卵液卵
(第二グループ(中粘度、102〜105mPa・s))
ソース類(中濃ソース、フルーツソース、パスタソース、マヨネーズ等)、粘性スープ類(コーンスープ、カレーペースト等)、粘性タレ・ツユ類(蒲焼きのタレ、ゴマだれ等)、粘性ドレッシング類(ゴマ、サウザンアイランド等)、チーズ類、加塩液卵
(第三グループ(高粘度、105mPa・sを超える))
海草類(めかぶ、もずく等)、あんこ、味噌類、サラダ類(ポテトサラダ等)、サンドイッチ具材類(卵フィリング等)、フラワーペースト類
(1)電極体の冷却を効率よく行い、温度制御を適切に行うことにより、目的とする加熱処理に最適な温度で安定した加熱が可能となり被加熱物である食品材料などの品質低下を抑制することができる。
(2)電極体に接触する食品材料などの被加熱材料が加熱流路の内壁(電極体内壁面)にスケールとして付着することがないため通電加熱中のスパークの発生、通電状態の不安定化が防止できる。
(3)スパークなどの発生に伴う、電極体やスペーサなどの劣化が防止できる。
(4)食品材料などの風味や香りや栄養成分が損なわれるなどの熱変性を起こす過加熱の問題を解決することができる。
最良の形態の本発明は、電極体および絶縁スペーサを有し、該電極体と該スペーサを交互に連結し連通させることにより、内部に被加熱材料が連続して流通する加熱流路を形成する加熱ユニットを複数設け、加熱流路内に被加熱材料を流通させながら電極体間に電力を供給して被加熱材料を通電加熱するジュール加熱装置を含む連続式通電加熱装置であって、通電加熱用電極体には冷却媒体流路が設けられており、アース用電極体には電極温度センサが設けられている。さらに好ましくは、電極温度センサの測定値に応じて、液体冷媒の流量を調整可能な冷却媒体送給手段を設ける。
温度測定器105により電極温度センサ5の温度が検出され(ステップS1)、温度検出時の時刻が記憶されると共にコントロールユニット54に測定情報が送信される(ステップS2)。続いて、コントロールユニット54において、検出温度が基準値以上であるか否かの判定を行う(ステップS3)。検出温度が予め設定された基準値以下である場合には、再びステップS1に戻る。
ステップS3において、検出温度が基準値以上である場合には、検出温度が危険値未満であるか否かの判定を行い(ステップS4)、危険値未満である場合には、クリーニング警報を発する(ステップS5)。スケーリングの発生等により部分的に過加熱が生じ、そのために電極体43の温度が上昇しやすい状態になっていることが想定されるからである。
ステップS4において、検出温度が危険値以上である場合には、電源ユニット56がOFFとされる(ステップS6)。スケーリングが成長状態にあることが想定されるからである。
温度測定器104により出口温度センサ4の温度が検出され、温度測定器105により電極温度センサ5の温度が検出され(ステップS11)、温度検出時の時刻が記憶されると共にコントロールユニット54に測定情報が送信される(ステップS12)。続いて、コントロールユニット54において、出口温度センサ4と電極温度センサ5の温度差が基準値以上であるか否かの判定を行う(ステップS13)。温度差が予め設定された基準値以下である場合には、再びステップS11に戻る。
ステップS13において、温度差が基準値以上である場合には、検出温度が危険値未満であるか否かの判定を行い(ステップS14)、危険値未満である場合には、クリーニング警報を発する(ステップS15)。スケーリングの発生等により部分的に過加熱が生じ、そのために電極体43の温度が上昇しやすい状態になっていることが想定されるからである。
ステップS14において、検出温度が危険値以上である場合には、電源ユニット56がOFFとされる(ステップS16)。スケーリングが成長し、スパーク等の危険が想定されるからである。
以上の通電制御を行うことにより、スケーリングの発生を防止し、またスケーリングの発生等を原因とするクラック発生の問題を回避することが可能となる。図8および図9では、電源ユニット56をOFFとする制御手法を説明したが、電圧を下げて対応してもよく、また、ジュール加熱後に貯留用タンク等を備える製造ラインにおいては、電力制御と併せて流量の制御を行ってもよい。
図1は、冷却媒体流路を有する電極体を配設したジュール加熱装置13を使用した本発明の通電加熱装置の全体構成の一例を示す図である。本発明の通電加熱装置は、加熱ユニット8からなるジュール加熱装置13、その下流に接続された撹拌冷却器12、温度測定器104、105、コントロールユニット54、電源ユニット56、および操作パネル55を主たる構成要素とする。加熱ユニット8は、交互に配置された複数の電極体43と、複数のスペーサ管体44とからなり、プレート6およびフランジ7a〜7dにより固定されている。電極体43の内径とスペーサ管体44の内径は同径となっており、交互に連結し連通させることにより食品材料などを通電加熱処理する被加熱材料の流路が形成されている。
冷却媒体は、冷却性能が高い液体冷却媒体(例えば、水)を用いる。冷却媒体は、ポンプ等の公知の冷却媒体送給手段(図示せず)により冷却媒体流路を流通させる。
図4の構成において、例えば、厚さTは20mmであり、隔壁438の厚さは2mmであり、加熱流路41の直径は23mmである。
本発明における食品の加熱温度および過加熱による焦げ付き、スケールの発生などを制御するには、検知温度に応じて、電力の制御および冷却媒体の制御により行うことができるため、設定条件に応じた精密な制御を可能とする。
図1に準じて装置を構築し試験を行った。予熱部として2本のジュール加熱管(加熱ユニット8)を直列し、その下流に加熱部として1本のジュール加熱管(加熱ユニット8)を接続してジュール加熱装置13とした。ジュール加熱装置の下流にはスタティクミキサーを有する冷却二重管を配置した。
加熱部における電極体の配置は図2に示す通りであり、電極体を冷却流路のある電極体(水冷電極体)とした。また、予熱部における電極体には水冷電極を配設しなかった。
被加熱材料として、粘性の高い粘稠調味液を用い通電加熱を行い、電極体の冷却の有無により電極体の温度がどのように変わるか検討した。また、比較試験として粘性の低い塩水を使用して同様に運転を行い、温度変化を比較した。
試験に使用した機器条件を表1に示す。
表3に示した試験結果により、被加熱材料の粘性の大小、冷却水の流量にかかわらず電極体を水冷することにより電極体の温度を低く、正確に制御することができることが実証された。図5は、表3における電極体の測定温度を試験条件ごとにグラフとして表したものである。このグラフにより電極の冷却を行わなかった条件での電極温度が大幅に上昇していることがより一層明らかである。
なお、条件1から13においては、ジュール出口温度を一定にするというテスト条件を設定し、電圧を制御することにより、ジュール出口温度が一定になるようにした。
図6は、各加熱ユニット(ジュール1〜8)における電極温度の変化を示すグラフであり、図7は、各加熱ユニットの出口温度と電極温度を比較したグラフである。本実施例では、原料温度58℃、加熱温度70℃とし、この装置を表5に記載の時間連続運転したが、電極温度の上昇は、最大で62度であり、安定していた。なお、電極温度が最も上昇したのは、5本目、6本目の電極(非水冷タイプ)であった。各加熱ユニット(ジュール1〜8)のジュール出口温度と、ホールド(HDD)出口温度が一致しているのは、スタティックミキサーによる攪拌が充分になされているからであると推測される。
電極冷却水の流量は432L/hrで、戻り温度は入口温度に対して+2℃程度であった(860kcal/hのロス)。
本実施例においても、被加熱材料の過加熱、焦げ付き、スケールの発生は認められなかった。
5 電極温度センサ
6 プレート
7a、7b、7c、7d フランジ
8 加熱ユニット
11a、11b、11c 被加熱材料の流路
12 撹拌冷却器
21 冷却器
22 撹拌器
13 ジュール加熱装置(連続式通電加熱装置)
41 加熱流路
42 通電加熱部
43 電極体(リング状電極)
44 スペーサ
45、46 ジョイント部
54 コントロールユニット
55 操作パネル
56 電源ユニット
104、105 温度測定器
43 電極体(リング状電極)
433 電源接続用ネジ穴
434 温度測定器挿入穴
435 嵌着部
436 冷却媒体給排出口
437 冷却媒体流路
438 加熱流路と冷却媒体流路との隔壁
439 外周面
Claims (10)
- 複数の電極体および複数のスペーサ管体を有し、それらの内壁が食品材料を流動移送させながら通電加熱するための被加熱流路を形成する加熱ユニットを備える連続式通電加熱装置において、
前記複数の電極体が、冷却媒体流路を設けた電極体を含んで構成され、
前記被加熱流路の出口端近傍に、被加熱流路の内壁温度を検出する温度センサを設け、該温度センサの測定値に基づき液体冷却媒体による冷却条件を制御することを特徴とする連続式通電加熱装置。 - 前記温度センサが、加熱ユニットの最下流に配置された電極体に埋設される請求項1に記載の連続式通電加熱装置。
- さらに、加熱ユニットの最上流に配置された電極体に埋設された温度センサを備える請求項2に記載の連続式通電加熱装置。
- 温度センサが埋設された電極体が、アース用の電極体である請求項2または3に記載の連続式通電加熱装置。
- 被加熱流路と連通する流路を有し、加熱ユニットの最下流に配置される継ぎ手部材を設け、その流路の内壁部分に前記温度センサを配設した請求項1に記載の連続式通電加熱装置。
- 前記複数の電極体が、その厚さ(T)の半分よりも加熱流路に近い範囲に冷却媒体流路を設けた電極体を含んで構成される請求項1ないし5のいずれかに記載の連続式通電加熱装置。
- 前記電極体に設けられた冷却媒体流路が、電極体の厚さ(T)の5%〜25%の範囲の厚さの壁(438)で加熱流路と隔てられている請求項6に記載の連続式通電加熱装置。
- 1以上の前記電極温度センサを有する加熱ユニットを複数設け、それぞれの電極温度センサの測定温度に基づいてそれぞれの加熱ユニットに供給する電力の制御を行う請求項1ないし7のいずれかに記載の連続式通電加熱装置。
- 前記液体冷却媒体が水である請求項1ないし8のいずれかに記載の連続式通電加熱装置。
- 請求項1ないし9のいずれかに記載の連続式通電加熱装置で用いられる電極体。
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