JP2012061209A

JP2012061209A - 蒸煮装置

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Publication number: JP2012061209A
Application number: JP2010209114A
Authority: JP
Inventors: Noritoshi Ando; 則俊安藤; Nobumoto Akio; 伸基明尾; Masato Nishiyama; 将人西山
Original assignee: SAMSON CO Ltd
Current assignee: SAMSON CO Ltd
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-03-29
Anticipated expiration: 2030-09-17
Also published as: JP5558290B2

Abstract

【課題】処理槽１底部に蒸気噴射口１１を設けておき、処理槽１内に蒸気を導入し、蒸気の熱によって被処理物２を加熱する蒸煮装置において、蒸煮運転時に蒸気がドレンを巻き上げることによって被処理物２にドレンが掛かり、被処理物の品質が低下するということを防止する。
【解決手段】処理槽１内に蒸気を導入することで食品を蒸煮する蒸煮装置において、蒸煮装置の処理槽重量、処理槽比熱、処理槽からの放熱量、最大処理量、被処理物比熱、最大昇温速度、蒸気エンタルピから最大ドレン量を算出し、算出した最大ドレン量に対応するドレン排出弁開最短周期とドレン排出弁開時間を求めておき、前記ドレン排出弁開最短周期で前記ドレン排出弁開時間分だけドレン排出弁を開くことでドレン発生量に対応する分のドレン排出を常時行うようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、処理槽内に蒸気を導入することで処理槽内の被処理物を加熱する蒸煮装置に関するものである。

特許第２８４７１０４号の公報に記載されているように、処理槽内に被処理物を収容しておき、処理槽内に蒸気を導入することで被処理物の加熱を行う蒸煮装置が広く普及している。蒸気を被処理物に接触させることで被処理物を加熱する蒸煮装置では、被処理物の加熱に使用した蒸気は熱を奪われることで凝縮し、ドレンとなって処理槽底部にたまる。蒸煮装置では、処理槽底部のドレン量を検出することができるようにしておき、ドレンがたまった場合にはドレンの排水を行うようにしている。特許第２８４７１０４号に記載の蒸煮装置では、フロートスイッチによってドレンの水位を検出しておき、ドレンが所定量になったことを検知すると、ドレン排出用の弁を開いてドレンの排出を行っている。

また、蒸煮機能と殺菌機能を併せ持った蒸煮殺菌装置も広く普及している。蒸煮殺菌装置の場合、蒸煮運転時には処理槽内に導入した蒸気によって被処理物を直接加熱する。しかし殺菌運転時には、蒸気で被処理物を直接加熱するよりも、蒸気によって加熱した熱水を使用して被処理物を加熱する方が温度・圧力の管理が容易である。そのため、処理槽へ蒸気を吹き込む蒸気噴射口は処理槽の底部に設け、殺菌を行う場合には処理槽底部に水をためた状態で処理槽内に蒸気を吹き込むことで熱水を生成するようにしている。処理槽の底部に水をためておくと、蒸気は水中に噴出することになり、蒸気は水を加熱する。処理槽底部で加熱した熱水被処理物に噴射し、熱水によって被処理物を加熱することで被処理物の加熱殺菌を行う。

蒸煮運転の場合、処理槽内底部に水をためていない状態で処理槽内へ蒸気を噴射している。しかし蒸煮運転を行うと、蒸気が凝縮することで発生したドレンが処理槽底部にたまることになる。ドレンが処理槽底部にたまっていると、処理槽底部で噴射している蒸気がドレンを巻き上げ、被処理物にドレンが掛かることで被処理物の品質低下を招くことがあった。

特許第２８４７１０４号公報

本発明が解決しようとする課題は、処理槽底部に蒸気噴射口を設けておき、処理槽内に蒸気を導入し、蒸気の熱によって被処理物を加熱する蒸煮装置において、蒸煮運転時に蒸気がドレンを巻き上げることによって被処理物にドレンが掛かり、被処理物の品質が低下するということを防止することにある。

請求項１に記載の発明は、処理槽内に蒸気を導入することで食品を蒸煮する蒸煮装置において、蒸煮装置の処理槽重量、処理槽比熱、処理槽からの放熱量、最大処理量、被処理物比熱、最大昇温速度、蒸気エンタルピから最大ドレン量を算出し、算出した最大ドレン量に対応するドレン排出弁開最短周期とドレン排出弁開時間を求めておき、前記ドレン排出弁開最短周期で前記ドレン排出弁開時間分だけドレン排出弁を開くことでドレン発生量に対応する分のドレン排出を常時行うようにしたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の蒸煮装置において、蒸煮装置の処理槽重量、処理槽比熱、処理槽からの放熱量、最大処理量、被処理物比熱、最大ドレン量、蒸気エンタルピ、ドレン排出弁開最短周期から許容槽内温度上昇値を算出しておき、前回のドレン排出弁開から前記ドレン排出弁開最短周期分の時間が経過し、かつ処理槽内温度上昇の積算値が前記許容槽内温度上昇値に達した場合に、ドレン排出弁を開くようにしたことを特徴とする。

ドレンが発生した分だけすぐに排出することになるため、処理槽底部にドレンがたまることがなくなり、蒸気がドレンを巻き上げることで被処理物の品質を低下させることなく蒸煮を行うことができる。また必要以上にドレン弁を開くことはないため、ドレン弁から蒸気が抜けることで処理槽内の圧力が大きく低下し、圧力変動によって被処理物の品質が低下するということはなく、蒸気を無駄に排出することによって排出量使用量が増加することもないため、ランニングコストの上昇も抑えることができる。

本発明を実施している蒸煮装置のフロー図処理槽内温度の変化と各装置の作動状況を示したタイムチャートドレン排出弁開時間と処理槽内圧力低下量の関係図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施している蒸煮装置のフロー図である。蒸煮装置は、円筒形の処理槽１内に被処理物２を収容しておき、処理槽１内に高温の蒸気を導入して被処理物２を加熱することで、被処理物２の蒸煮や殺菌を行うものである。処理槽１の下部には、蒸気を導入する蒸気導入管３、給水を導入する給水導入管５、処理槽内の水を排出するドレン配管６を接続しておく。蒸気導入管３の途中には蒸気制御弁１２、給水導入管５の途中には給水制御弁１０、ドレン配管６の途中にはドレン排出弁７を設けており、各制御弁の開閉を制御することで処理槽１内への蒸気や水の供給と、処理槽１内からの排水を行うようにしている。また、処理槽１には処理槽１内の空気を排出するための排気弁１４及び処理槽１内に加圧空気を供給するための加圧弁１６と、処理槽１内の温度を検出するための温度検出装置１５を設けておく。

給水導入管５には、途中に配管分岐部を設けており、処理槽１の底部から取り出した水を処理槽内に設けている噴射ノズル９へ送る循環配管８を接続している。循環配管８の途中には循環ポンプ４を設けており、循環ポンプ４を作動すると、処理槽１底部の水は循環配管８を通って噴射ノズル９へ送られ、噴射ノズル９から処理槽１内の被処理物２へ向けて循環水を噴射するようになっている。循環ポンプ４、蒸気制御弁１２、給水制御弁１０、ドレン排出弁７、排気弁１４、温度検出装置１５は、蒸煮装置の運転を制御する運転制御装置１３と接続しており、運転制御装置１３が各装置の作動を制御する。

まず殺菌運転を行う場合について説明する。容器内に入れた食品を加熱殺菌する場合、蒸気によって加熱するよりも熱水によって加熱する方が処理槽内の温度・圧力の管理が容易となるため、殺菌運転時には熱水による加熱を行う。殺菌を行う被処理物２はトレイに乗せておき、被処理物２を乗せ置いたトレイを複数段積み重ねた状態で台車に乗せて処理槽１内へ収容する。処理槽１は被処理物２を収容後に扉を閉じて密閉し、給水制御弁１０を開いて処理槽１内の底部に水をためておく。処理槽１内の所定水位まで水をためた状態で蒸気制御弁１２を開くと、蒸気導入管３を通して導入された蒸気は処理槽内底部の水を加熱し、水温を上昇させる。処理槽１を密閉した状態で蒸気を導入すると、蒸気の圧力によって処理槽内の圧力は上昇し、また加圧弁１６を通して圧縮空気を供給することによる圧力調節も行うため、処理槽内の圧力は高くなる。そのため、処理槽内の水は１００℃を越える熱水とすることができる。そして循環ポンプ４の作動を行うと、処理槽底部の熱水は循環配管８を通し、噴射ノズル９から被処理物２へ噴射される。被処理物２は、熱水と接触することで熱水から熱を受け取り、被処理物２の温度は上昇する。処理槽１内は加熱殺菌温度（例えば１２０℃）まで昇温しておき、処理槽１内の温度が加熱殺菌温度に到達した以降は、温度が一定の幅を持った設定値の下限よりも低くなれば蒸気の導入を行い、設定値の上限よりも高くなれば蒸気導入を停止することで、処理槽１内を一定温度で所定時間保つ。またその間は、処理槽内の水位が一定の幅を持った設定水位を保つようにしておき、水位が上限値よりも高くなると、ドレン排出弁７を開いて排水を行うことで、水位が高くなりすぎないようにしておく。

所定時間の殺菌が終了すると、蒸気の供給は停止しておき、給水制御弁１０を開くことで処理槽１内に給水を行い、熱水温度を低下させながら循環水を被処理物２へ噴射する温水冷却を行う。次に、ドレン排出弁７を開いて処理槽１内から水を抜いた後で、給水制御弁１０を開いて処理槽１内へ水を導入し、冷却水を被処理物２へ噴射する冷却工程を行う。冷却工程では処理槽１内への冷却水の供給と、処理槽１内からの高温水の排出を繰り返し行うことで被処理物２の温度を低下させる。被処理物２を十分に冷却することができると、処理槽１内から被処理物２を取り出して殺菌の各工程は終了となる。

蒸煮運転では、被処理物２を蒸気によって直接加熱するため、処理槽１内への給水は行わずに蒸気導入を行う。図２は蒸煮運転時での処理槽内温度の変化と各装置の作動状況を示したタイムチャートである。蒸煮運転の工程は、昇温工程、加熱工程、減圧工程に分けることができる。昇温工程は処理槽１内に蒸気を連続で供給し、処理槽内の温度を高める工程であり、蒸気によって処理槽内を昇温するために多量の蒸気が必要となる。加熱工程は処理槽１内を所定温度に維持することで被処理物２の加熱を行う工程であり、処理槽内の温度が調節範囲の下限まで低下すると蒸気の供給を行い、上限まで上昇すると蒸気の供給を停止するものであるため、昇温工程に比べると蒸気使用量は少なくなる。減圧工程は被処理物２の蒸煮が終了した後に処理槽内の蒸気を排気する工程であり、この工程では蒸気の供給は行わない。

蒸煮運転でも、処理槽１内に被処理物２を収容した状態で扉を閉じ、昇温工程から開始する。蒸気制御弁１２を開いて処理槽１への蒸気供給を行うと、処理槽１内は蒸気で満たされ、処理槽１内の温度は上昇していく。昇温工程初期の場合、処理槽１内にある空気を排出しながら蒸気を導入することで空気を蒸気に置き換えるため、ドレン排出弁７と排気弁１４は開いておく。処理槽内が所定温度まで上昇すると、ドレン排出弁７と排気弁を閉じ、さらに温度を高める。昇温工程では処理槽１内にはドレンが発生するため、ドレン排出弁７は間欠的に開閉を繰り返しておき、処理槽１内からドレンを排出するようにしておく。

昇温工程では、処理槽１内に導入した蒸気は処理槽１と被処理物２の加熱を行う。蒸気が他のものを加熱すると、その分だけ蒸気からは熱が奪われ、蒸気は温度低下によって凝縮するため、処理槽内の底部にはドレンがたまることになる。処理槽内底部にドレンがある状態で、蒸気噴射口１１から蒸気を噴射すると、蒸気がドレンを吹き上げ、被処理物２にドレンが掛かることがある。そのため、ドレン排出弁７を開いてドレンを排出することで、処理槽内にドレンがたまらないようにする。ただし、ドレン排出弁７を必要以上に開くと、処理槽内からの蒸気排出量が多くなり、蒸気圧力が低下することで被処理物２の品質低下を招いたり、蒸気が無駄に排出されることで蒸気を余分に供給することが必要になってランニングコストが増加することになる。そのため、ドレン排出弁７の開閉は適切に制御する必要がある。

蒸煮運転時におけるドレン排出弁７の開閉制御は、蒸煮装置の仕様から定まる最大ドレン量に基づいて、ドレン排出弁７を開とする周期（ドレン排出弁開最短周期：Ｔ１７）及びドレン排出弁開時間（Ｔ１８）を求めておき、そのようにドレン排出弁７を開閉することで行う。最大ドレン量は次の式によって算出する。

処理槽重量＝８００ｋｇ、処理槽比熱＝０．１kcal/kg℃、処理槽からの放熱率＝５％、最大処理量＝６００ｋｇ、被処理物比熱＝１．０kcal/kg℃、最大昇温速度＝６．５℃/分、蒸気エンタルピー＝５００kcal/kgであった場合を例に説明する。なお、処理槽からの放熱量については、処理槽からの放熱量＝処理槽重量×処理槽比熱×処理槽からの放熱率にて算出する。これらの数値を最大ドレン量算出式に代入すると、［｛８００×０.１＋（８００×０.１×０.０５）＋６００×１.０｝×６.５］／５００＝約８.９となり、例示の蒸煮装置では８．９kg/分のドレンが発生することになる。

ドレン排出弁７の開時間は、長くなると処理槽１内からの蒸気排出量が多くなることで処理槽内の圧力が低下するため、１回の開時間は処理槽１内の圧力変動が許容できる範囲内で定める必要がある。図３は実機試験を行うことで算出した蒸煮装置のドレン排出弁開時間と処理槽内圧力低下量の関係を示したグラフである。この場合において、例えばドレン排出弁７を開くことによる処理槽内の圧力低下は、０．００５MPa以内にするという場合には、ドレン排出弁の１回の開時間は０．４秒よりも小さな値を設定する。ここでは、余裕を持たせてドレン排出弁開時間Ｔ１８＝０．２秒と設定しておく。

ドレン排出弁７を開く間隔は、先に算出した最大ドレン量と、ドレン排出弁を１回開いた時に排出されるドレン量から定める。ドレン排出弁７を開いた場合の単位時間当たりドレン排出量が４．０kg／秒の場合において、ドレン排出弁開時間を０．２秒と設定した場合、ドレン排出弁を１回開いた時に排出されるドレン量は０．８kg／回となる。ドレン量は８．９kg／分であったため、１分間当たり約１１回（ドレン排出弁開最短周期Ｔ１７＝５．４秒）で０．２秒ずつドレン排出弁を開くと、発生したドレン量と排出するドレン量を同じにすることができる。

ただし、蒸気を多量に使用しており、ドレン発生量も多くなる昇温工程時には、この間隔が適正であるが、加熱工程ではドレン排出弁開最短周期Ｔ１７の間隔でドレンの排出を行うと、ドレン排出量が過剰となる。加熱工程に入ると蒸気使用量は減少し、ドレンの発生量も減少することになるため、加熱工程では別の基準に基づいてドレン排出を行うか、昇温工程と加熱工程の両方に対応できる基準を定めることが必要となる。

そこで、ドレン排出弁７を開く条件に槽内温度の上昇を含めることで、加熱工程時にドレン排出弁７を開く頻度が過剰にならないようする。ドレン排出弁開最短周期に加えて許容槽内温度上昇値を定めておき、ドレン排出弁開最短周期以上の時間が経過しており、かつ槽内温度上昇の積算値が許容槽内温度上昇値以上となった場合にドレン排出弁７を開く制御を行うと、昇温工程と加熱工程の両方で適正なドレン排出が行える。許容槽内温度上昇値は最大ドレン量を算出した式を変形した次の式で求める。

この式に前記の数値を代入すると、許容槽内温度上昇値＝（８．９×５００×５．４／６０）／｛８００×０.１＋（８００×０.１×０.０５）＋６００×１.０｝＝約０．６℃となる。

つまり、ドレン排出弁７を開くことでドレンの排出を行った時を基準とし、積算値で０．６℃の温度上昇があり、かつ５．４秒が経過していることを検出すると、再びドレン排出弁７を開いてドレンの排出を行う。許容槽内温度上昇値の条件を付加した場合、加熱工程で温度の上昇が少なくなれば、所定値の温度上昇が行われるまではドレン排出は行われないことになるため、昇温工程から加熱工程までを通じて、発生したドレンに対応する量だけドレンの排出を行うことができる。

処理槽内にドレンがたまったことを検出してからドレンの排出を行うのでは、蒸気がドレンを巻き上げることが防げなかったが、ドレン発生量に対応する分のドレン排出を常時行うことで、処理槽１の底部にドレンがたまり、蒸気がドレンを巻き上げるということがなくなる。また、１回のドレン排出量は少ないため、ドレン排出によって処理槽１内の圧力が低下して被処理物の品質を低下させることはなく、必要以上にドレン排出弁を開いて蒸気を無駄に放出することもないため、ランニングコストが増加することも防止することができる。

１処理槽
２被処理物
３蒸気導入管
４循環ポンプ
５給水導入管
６ドレン配管
７ドレン排出弁
８循環配管
９噴射ノズル
１０給水制御弁
１１蒸気噴射口
１２蒸気制御弁
１３運転制御装置
１４排気弁
１５温度検出装置
１６加圧弁

Claims

処理槽内に蒸気を導入することで食品を蒸煮する蒸煮装置において、蒸煮装置の処理槽重量、処理槽比熱、処理槽からの放熱量、最大処理量、被処理物比熱、最大昇温速度、蒸気エンタルピから最大ドレン量を算出し、算出した最大ドレン量に対応するドレン排出弁開最短周期とドレン排出弁開時間を求めておき、前記ドレン排出弁開最短周期で前記ドレン排出弁開時間分だけドレン排出弁を開くことでドレン発生量に対応する分のドレン排出を常時行うようにしたことを特徴とする蒸煮装置。
請求項１に記載の蒸煮装置において、蒸煮装置の処理槽重量、処理槽比熱、処理槽からの放熱量、最大処理量、被処理物比熱、最大ドレン量、蒸気エンタルピ、ドレン排出弁開最短周期から許容槽内温度上昇値を算出しておき、前回のドレン排出弁開から前記ドレン排出弁開最短周期分の時間が経過し、かつ処理槽内温度上昇の積算値が前記許容槽内温度上昇値に達した場合に、ドレン排出弁を開くようにしたことを特徴とする蒸煮装置。