JP2011086443A - 流動物の通電加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通電加熱の際に発生する局部的な電流密度の上昇を抑制し、流動物への過加熱による焦げ付きや温度ムラを緩和・解消するとともに、流動物に対して安定して均一な加熱を行うことができるようにした流動物の通電加熱装置を提供すること。
【解決手段】非導電性の管部材２と、この管部材２の両端に配設した筒状電極部材３とで流路を構成し、筒状電極部材３にジュール加熱用の電源４を接続し、流路内を流動する流動物を介して筒状電極部材３の間に電流を流して流動物をジュール加熱する流動物の通電加熱装置１において、筒状電極部材３との境界部における管部材２の内壁面近傍を流動物を介して流れる電流の電流密度を低減する電流密度低減手段２０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、流動物の通電加熱装置に関し、特に、通電加熱の際に発生する局部的な電流密度の上昇を抑制し、流動物への過加熱による焦げ付きや温度ムラを緩和・解消するとともに、流動物に対して安定して均一な加熱を行うことができるようにした流動物の通電加熱装置に関するものである。

液体食品材料、固液混合食品材料、高粘性流体状食品材料等の管路内を移送可能な流動性を有する流動物（本明細書において、「流動物」という。）を加熱処理（調理、殺菌処理等）するために、該流動物をサニタリーポンプ等により管路内を連続的に移送させながら、該管路内でジュール加熱する流動物の通電加熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された流動物の通電加熱装置３０は、図６に示すように、流路を、直線状に形成した非導電性の直管部材３１と、この直管部材３１の両端部に配設した電極部材となる導電性を有する曲管部材３２とで構成するようにしている。

特許第４１９５５０２号公報

ところで、上記従来の流動物の通電加熱装置３０によって、例えば、中高粘性の流動物を加熱処理した場合、電極部材となる曲管部材３２との境界部における直管部材３１の内壁面近傍において、過加熱による焦げ付きが発生することがあった。

この理由を解明するために、直線状に形成した非導電性の口径３５．７ｍｍの直管部材３１と、この直管部材３１の両端部に配設した電極部材となる導電性を有する曲管部材３２とで構成し、曲管部材３２間に２００（Ｖ）の電位を設定するとともに、流路内を電気伝導率２．０（Ｓ／ｍ）の流動物で満たした場合（流動なし）の電流密度の分布の解析を行った。
図７に示す電流密度の分布の解析結果から、電極部材となる曲管部材３２との境界部における直管部材３１の内壁面近傍に電流が集中し、当該箇所Ｈにおける電流密度が１．４７×１０^３〜１．５７×１０^３（Ａ／ｍ^２）と、他の箇所（いずれも、１．４７×１０^３（Ａ／ｍ^２）以下）と比較して高くなり、この結果、箇所Ｈにおいて流動物の過加熱が生じ、焦げ付きが発生することが分かった。

本発明は、上記従来の流動物の通電加熱装置が有する問題点に鑑み、通電加熱の際に発生する局部的な電流密度の上昇を抑制し、流動物への過加熱による焦げ付きや温度ムラを緩和・解消するとともに、流動物に対して安定して均一な加熱を行うことができるようにした流動物の通電加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の流動物の通電加熱装置は、非導電性の管部材と、該管部材の両端に配設した筒状電極部材とで流路を構成し、筒状電極部材にジュール加熱用の電源を接続し、流路内を流動する流動物を介して筒状電極部材の間に電流を流して流動物をジュール加熱する流動物の通電加熱装置において、筒状電極部材との境界部における管部材の内壁面近傍を流動物を介して流れる電流の電流密度を低減する電流密度低減手段を備えたことを特徴とする。
この流動物の通電加熱装置は、筒状電極部材との境界部における管部材の内壁面近傍を流動物を介して流れる電流の電流密度を、電流密度低減手段によって低減することによって、通電加熱の際に発生する当該箇所における局部的な電流密度の上昇を抑制することができる。

この場合において、前記電流密度低減手段を、筒状電極部材との境界部における管部材の流路の断面積が筒状電極部材側に向けて漸次拡大するようにして構成することができる。

本発明の流動物の通電加熱装置によれば、筒状電極部材との境界部における管部材の内壁面近傍を流動物を介して流れる電流の電流密度を、電流密度低減手段によって低減することによって、通電加熱の際に発生する当該箇所における局部的な電流密度の上昇を抑制することができ、これによって、流動物への過加熱による焦げ付きや温度ムラを緩和・解消するとともに、流動物に対して安定して均一な加熱を行うことができる。

また、前記電流密度低減手段を、筒状電極部材との境界部における管部材の流路の断面積が筒状電極部材側に向けて漸次拡大するようにして構成することにより、電流密度低減手段による流動物の滞留等の流動障害の発生を少なくすることができる。

本発明の流動物の通電加熱装置の筒状電極部材と管部材とを示す一部断面の正面図である。 同装置の筒状電極部材と管部材とに生じる電流密度の分布を示す。 同装置の電流密度低減手段の別の実施例を示し、（ａ）は筒状電極部材の中心軸と管部材の中心軸とを偏芯させた例、（ｂ）は境界部に段部を形成した例、（ｃ）は境界部における管部材の内表面に突起部分を設けた例、（ｄ）は境界部に絞り部材を設けた例である。 同装置において、管部材を下流側ほど長くした例を示す正面図である。 同装置において、流路を螺旋状にした例を示す斜視図である。 従来の流動物の通電加熱装置の筒状電極部材と管部材とを示す一部断面の正面図である。 従来の筒状電極部材と管部材とに生じる電流密度の分布を示す。

以下、本発明の流動物の通電加熱装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図２に、本発明の流動物の通電加熱装置１の一実施例を示す。
この流動物の通電加熱装置１は、非導電性の管部材２と、この管部材２の両端に配設した筒状電極部材３とで流路を構成し、筒状電極部材３にジュール加熱用の電源４を接続し、流路内を流動する流動物を介して筒状電極部材３の間に電流を流して流動物をジュール加熱するように構成したもので、さらに、筒状電極部材３との境界部における管部材２の内壁面近傍を流動物を介して流れる電流の電流密度を低減する電流密度低減手段２０を備えるようにしている。

電流密度低減手段２０は、筒状電極部材３と管部材２との境界部における管部材２の内壁面近傍を流動物を介して流れる電流の電流密度を低減することができるものであれば、その構成は特に限定されるものではないが、本実施例においては、図１に示すように、筒状電極部材３との境界部における管部材２の流路の断面積が筒状電極部材３側に向けて漸次拡大する形状となるように、管部材２の端部の内壁面に傾斜角度を付して構成するようにしている。

図１に示す、管部材２の端部の内壁面に付す傾斜角度αの大きさは、５〜３０°、好ましくは、１０〜２０°程度になるようにしている。
ここで、傾斜角度αが５°未満の場合には、電流密度低減手段しての機能を発揮することが困難となることがあり、また、傾斜角度αが３０°より大きい場合には、電流密度低減手段２０としての機能は発揮する反面、筒状電極部材３の内径に対する管部材２の内径が相対的に小さくなり、電流密度低減手段２０による流動物の滞留等の流動障害が発生するおそれがある（ただし、いずれも本願発明の対象から排除するものではない。）。

また、管部材２の流路の断面積が筒状電極部材３側に向けて漸次拡大する形状としては、筒状電極部材３の中心軸Ｌ１（図１に示すように、筒状電極部材３を曲管部材とするときは、管部材２と接合する端部の中心軸をいう。以下、同じ。）と管部材２の中心軸Ｍ１とを一致させ、円錐台形状２１に形成するほか、図３（ａ）に示すように、筒状電極部材３の中心軸Ｌ２と管部材２の中心軸Ｍ２とを偏芯させ、偏芯円錐台形状２２に形成することもできる。
筒状電極部材３の中心軸Ｌ２と管部材２の中心軸Ｍ２とを偏芯させるときは、傾斜面を持たない部分を鉛直方向の下側に位置させることによって液溜まりによる流動物の滞留をなくし、当該位置の流動物が円滑に流動するようにすることが好ましい。

本実施例の電流密度低減手段２０は、筒状電極部材３との境界部における管部材２の流路の断面積が筒状電極部材３側に向けて漸次拡大する形状となるように、管部材２の端部の内壁面に傾斜角度を付して構成することによる、筒状電極部材３との境界部における管部材２の流路の断面積の拡大による電流密度の希薄化と、管部材２の内壁面近傍を流動物を介して流れる電流のショートパスを軽減することによって、当該箇所の電流の電流密度を低減するようにしたものであるが、この原理によるものとして、上記実施例のほか、例えば、図３（ｂ）に示すように、筒状電極部材３の内径より管部材２の内径を小径に形成して、管部材２の境界部に筒状電極部材３に連なる拡径段部２３を形成して構成することができる。

電流密度低減手段２０には、このほか、管部材２の内壁面近傍を流動物を介して流れる電流のショートパスを軽減したり遮断することによって、当該箇所の電流の電流密度を低減するようにすることもでき、この原理によるものとして、例えば、図３（ｃ）に示すように、筒状電極部材３との境界部における管部材２の内表面に絶縁体からなるなだらかな斜面を備えた環状の突条部２４を形成して構成したり、図３（ｄ）に示すように、筒状電極部材３との境界部における管部材２の内表面に絶縁体からなる急峻な端面を備えた環状の突条部２５を形成して構成することができる。

ところで、本実施例において、管部材２は、直線状の配管からなり、絶縁素材や絶縁素材のコーティングやライニングによって筒状電極部材３から絶縁されている。
この管部材２は、筒状電極部材３を挟んで複数の管部材２が連続するように配設されており、図４に示す例では、下流側の管部材２ｂが上流側の管部材２ａより長くなるように、また、さらに下流側の管部材２ｃが上流側の管部材２ｂより長くなるように、順次長さを違えて形成されている。
筒状電極部材３を挟んで複数の管部材２を連続して配設する場合、下流側の管部材２ｂ、２ｃでは、上流側より流動物の温度が順次高くなって導電率が高くなるが、このように下流側の管部材２ｂ、２ｃを上流側の管部材２ａより順次長く形成することにより、各管部材２ａ〜２ｃに流れる電流値を均等にすることができる。
なお、流動物の通電加熱装置１には、必要に応じて、図４に示すように、流動物を貯留するホッパ５と、このホッパ５から一定量の流動物を連続して管部材２に送出する送出ポンプ６とが設置されるとともに、流量計７、圧力計８及び温度計９が付設されている。

筒状電極部材３は、電極部材としての機能を発揮できるものである限りにおいて、長さを含め、その形状や材質は特に限定されず、例えば、円筒状の直管部材や曲管部材を用いることができ、曲管部材の場合も、本実施例において用いている９０度のエルボや、４５度等の任意の角度の曲管部材、さらには、開口端部の中心軸が捩れの位置関係となるようにした曲管部材等の任意の形状のものを採用することができる。

そして、管部材２を、曲管部材とした筒状電極部材３で接続することにより、図５に示すように、流動物の通電加熱装置１を螺旋状に組み立てることができ、流動物の通電加熱装置１をコンパクトにすることができる。

次に、図１に示す電流密度低減手段２０を備えた流動物の通電加熱装置１について、電流密度の分布の解析を行った結果を図２に示す。

流動物の通電加熱装置１は、筒状電極部材３の口径を３５．７ｍｍ、管部材２の縮管された部分の口径を２６ｍｍ、電流密度低減手段２０となる管部材２の端部の内壁面に傾斜角度を付した部分の長さを１７．２５ｍｍとし、筒状電極部材３間に２００（Ｖ）の電位を設定するとともに、流路内を電気伝導率２．０（Ｓ／ｍ）の液体で満たした場合（流動なし）の電流密度の分布の解析を行った。
図２に示す電流密度の分布の解析結果から、従来、電流の集中（１．４７×１０^３〜１．５７×１０^３（Ａ／ｍ^２））があった、筒状電極部材３との境界部における管部材２の内壁面近傍を流動物を介して流れる電流の電流密度を、１．４７×１０^３（Ａ／ｍ^２）以下まで低減することができ、また、管部材２の断面全体を通して均一な電流の密度分布となった。

また、流動物の通電加熱装置１の実機を使用した試験によっても、流動物への過加熱による焦げ付きは見られなかった。

この流動物の通電加熱装置１によれば、筒状電極部材３との境界部における管部材２の内壁面近傍を流動物を介して流れる電流の電流密度を、電流密度低減手段２０によって低減することによって、通電加熱の際に発生する当該箇所における局部的な電流密度の上昇を抑制することができ、これによって、流動物への過加熱による焦げ付きや温度ムラを緩和・解消するとともに、流動物に対して安定して均一な加熱を行うことができ、装置の連続運転可能時間を大幅に延長することができるとともに、加熱処理した製品の品質を向上することができる。

以上、本発明の流動物の通電加熱装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、例えば、管部材や筒状電極部材に断面矩形のものを使用する等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。

本発明の流動物の通電加熱装置は、通電加熱の際に発生する局部的な電流密度の上昇を抑制し、流動物への過加熱による焦げ付きや温度ムラを緩和・解消するとともに、流動物に対して安定して均一な加熱を行うことができるという特性を有していることから、例えば、過加熱による焦げ付きや温度ムラが生じやすい中高粘性の流動物の通電加熱装置の用途に好適に用いることができるほか、一般の流動物の通電加熱装置の用途にも広く用いることができる。

１ 流動物の通電加熱装置
２ 管部材
３ 筒状電極部材
４ 電源
２０ 電流密度低減手段

Claims (2)

1. 非導電性の管部材と、該管部材の両端に配設した筒状電極部材とで流路を構成し、筒状電極部材にジュール加熱用の電源を接続し、流路内を流動する流動物を介して筒状電極部材の間に電流を流して流動物をジュール加熱する流動物の通電加熱装置において、筒状電極部材との境界部における管部材の内壁面近傍を流動物を介して流れる電流の電流密度を低減する電流密度低減手段を備えたことを特徴とする流動物の通電加熱装置。
2. 前記電流密度低減手段を、筒状電極部材との境界部における管部材の流路の断面積が筒状電極部材側に向けて漸次拡大するようにして構成したことを特徴とする請求項１記載の流動物の通電加熱装置。