JP2013218983A - Heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、飲食物を被加熱物としてジュール熱により飲食物を加熱するための加熱装置に関する。 The present invention relates to a heating device for heating food and drink with Joule heat using the food and drink as a heated object.
飲食物を被加熱物としてこれを調理したり殺菌したりするために、ジュール熱により飲食物を加熱するようにした加熱装置が使用されている。ジュース、蜂蜜、ジャム等のように流動性を有する飲食物を加熱するために、特許文献1の図5に記載されるように、流路が形成された管状部材とその内面に相互に対向して対をなして配置される2枚の板状電極とを有する加熱装置が開発されており、それぞれの板状電極には電源ユニットから電力が供給される。板状電極の間を流れる飲食物は、板状電極の間を流れる電流によりジュール熱により加熱される。 In order to cook or sterilize a food or drink as a heated object, a heating device that heats the food or drink by Joule heat is used. In order to heat food and drink having fluidity such as juice, honey, jam, etc., as described in FIG. 5 of Patent Document 1, the tubular member in which the flow path is formed and the inner surface thereof are opposed to each other. A heating apparatus having two plate-like electrodes arranged in pairs has been developed, and electric power is supplied to each plate-like electrode from a power supply unit. The food and drink flowing between the plate electrodes are heated by Joule heat by the current flowing between the plate electrodes.
対をなす板状電極に高電界を印加して、被加熱物を加熱するとともに被加熱物に含まれる細菌等の微生物を殺菌するようにした加熱装置が特許文献2に記載されるように開発されている。この加熱装置は、被加熱物に含まれる微生物の細胞に外部から電界を印加することにより、微生物の細胞にクーロン力を作用させるようにした高電界型の加熱装置である。この加熱装置においては、印加電界を高くすると、クーロン力によって微生物の細胞膜が損傷を受けて、細胞膜の表面に微細な孔があく現象つまり電気穿孔現象が発生することを利用することにより電気穿孔が修復されない程度にまで微生物に高電界を印加しながら被加熱物をジュール熱により加熱すると、微生物の細胞は破壊されて微生物を短時間で死滅させることができる。 A heating apparatus is developed as described in Patent Document 2, in which a high electric field is applied to a pair of plate-like electrodes to heat the object to be heated and to sterilize microorganisms such as bacteria contained in the object to be heated. Has been. This heating device is a high electric field type heating device in which a Coulomb force is applied to a microorganism cell by applying an electric field from the outside to the microorganism cell contained in the object to be heated. In this heating device, when the applied electric field is increased, the cell membrane of the microorganism is damaged by the Coulomb force, and the electroporation phenomenon occurs by utilizing the phenomenon that micropores are formed on the surface of the cell membrane, that is, the electroporation phenomenon occurs. When an object to be heated is heated by Joule heat while applying a high electric field to the microorganism to such an extent that it cannot be repaired, the cells of the microorganism are destroyed and the microorganism can be killed in a short time.
上記特許文献1,2に記載されるように、対をなす2枚の板状電極により被加熱物に電流を流すことにより、ジュール熱により被加熱物を加熱するようにした従来の加熱装置においては、対をなす2枚の板状電極はそれぞれ同一の大きさとなっており、それぞれの通電面積は同一面積となっている。それぞれの板状電極には電源ユニットから電力が供給され、両方の板状電極の電位差は板状電極の中央部と周辺部とを含めて全体的に同一となっている。 As described in Patent Documents 1 and 2 above, in a conventional heating apparatus that heats an object to be heated by Joule heat by passing an electric current through the pair of plate-like electrodes to the object to be heated. The two plate electrodes forming a pair have the same size, and the current-carrying areas are the same. Each plate electrode is supplied with electric power from the power supply unit, and the potential difference between both plate electrodes is the same as a whole including the central portion and the peripheral portion of the plate electrode.
しかしながら、板状電極に電力を供給したときの電流を測定したところ、板状電極の外周エッジ部相互間を流れる電流が他の部位を流れる電流よりも高いことが判明した。このように、板状電極の外周エッジ部相互間が他の部位よりも高電流となると、被加熱物の種類や通電条件によっては、板状電極のエッジ部分にスパークが発生することがある。スパークが発生すると、被加熱物は局所的に過加熱状態となり、被加熱物全体が均一加熱されなくなり、加熱品質を高めるために、被加熱物の種類に応じて通電条件を設定する必要がある。通電条件を設定するには、被加熱物の種類に応じて複数回の試行錯誤を行う必要があり、通電条件を設定するには時間がかかっており、設定操作を容易に行うことができない。 However, when the current when power was supplied to the plate electrode was measured, it was found that the current flowing between the outer peripheral edge portions of the plate electrode was higher than the current flowing through other parts. As described above, when the current between the outer peripheral edge portions of the plate electrode is higher than that of other portions, a spark may be generated at the edge portion of the plate electrode depending on the type of the object to be heated and the energization conditions. When a spark occurs, the heated object is locally overheated, the entire heated object is not uniformly heated, and in order to improve the heating quality, it is necessary to set energization conditions according to the type of the heated object. . In order to set the energization condition, it is necessary to perform a plurality of trials and errors according to the type of the object to be heated. It takes time to set the energization condition, and the setting operation cannot be easily performed.
本発明の目的は、板状電極のエッジ部分からのスパーク発生を防止するようにした加熱装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a heating device that prevents the occurrence of sparks from the edge portion of a plate-like electrode.
加熱装置は、加熱スペースを隔てて相互に対向して配置される第1と第2の板状電極が設けられた加熱ユニットと、前記板状電極に電力を供給し2枚の前記板状電極の間の被加熱物にジュール熱を発生させる電源ユニットとを有し、前記第1の板状電極の外周エッジと前記第2の板状電極の外周エッジとを相互にずらすことを特徴とする。 The heating device includes a heating unit provided with first and second plate-like electrodes arranged to face each other across a heating space, and supplies power to the plate-like electrodes to supply the two plate-like electrodes. And a power supply unit that generates Joule heat in a heated object between the outer peripheral edge of the first plate electrode and the outer peripheral edge of the second plate electrode. .
2枚の相互に加熱スペースを介して配置される板状電極の外周エッジをずらすと、一方の板状電極の外周エッジからは他方の板状電極の通電面に分散して電流が流れることになり、両方の板状電極の外周エッジ部相互間でスパークが発生することを防止できる。これにより、被加熱物が局所的に過加熱状態となることが防止され、被加熱物全体が均一加熱され、被加熱物の加熱品質を高めることができる。また、スパークの発生を防止するために、被加熱物の種類に応じて通電条件を設定することが不要となり、加熱装置の設定操作を容易に行うことができる。 If the outer peripheral edges of the two plate electrodes arranged with a heating space between each other are shifted, current flows from the outer peripheral edge of one plate electrode to the current-carrying surface of the other plate electrode. Thus, it is possible to prevent a spark from occurring between the outer peripheral edge portions of both plate-like electrodes. Thereby, it is prevented that a to-be-heated object becomes a local overheating state, the to-be-heated object is uniformly heated, and the heating quality of a to-be-heated object can be improved. Moreover, in order to prevent the occurrence of sparks, it is not necessary to set energization conditions according to the type of the object to be heated, and the setting operation of the heating device can be easily performed.
加熱スペースの電極間距離1mm当たり0.2kV以上の電圧を印加すると、電界効果により微生物の細胞膜を破壊して被加熱物を殺菌加熱することができる。このような高電界型の加熱装置においては、2枚の板状電極の間に、加熱スペースを形成する長孔が設けられた絶縁材料からなるスペーサを配置することにより、板状電極間の間隔を狭くすることができ、加熱スペース内を流れる被加熱物に高電界を加えることができる。 When a voltage of 0.2 kV or more is applied per 1 mm distance between electrodes in the heating space, the cell membrane of the microorganism can be destroyed by the electric field effect and the object to be heated can be sterilized and heated. In such a high electric field type heating apparatus, a spacer made of an insulating material provided with a long hole for forming a heating space is arranged between two plate-like electrodes so that the distance between the plate-like electrodes is increased. And a high electric field can be applied to the object to be heated flowing in the heating space.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1〜図3に示される加熱装置9aは、図2に示されるように横断面形状がほぼ4角形の管状部材10を有している。この管状部材10は合成樹脂等の絶縁材料からなり4つの壁部10a〜10dを有している。管状部材10の内面のうち相互に対向する2つの壁部10a,10bの内面には、第1の板状電極11と第2の板状電極12とが加熱スペース13の間隔を隔てて相互に対向して配置されている。図1に示されるように、管状部材10の一端部には流入側のジョイント14が設けられ、他端部には流出側のジョイント15が設けられており、それぞれのジョイント14,15は締結ロッド16により管状部材10に締結されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The
図1に示されるように、流入側のジョイント14には流入側配管17が接続され、流出側のジョイント15には流出側配管18が接続されるようになっている。流入側配管17には図示しないホッパが接続されており、ホッパ内に収容された被加熱物としての飲食物がポンプにより流入側のジョイント14の流入口14aに供給される。流入口14aに供給された被加熱物は、加熱スペース13内を流れて流出側ジョイント15の流出口15aに排出される。流出口15aに搬送された被加熱物は、流出側配管18により外部に排出される。このように、2枚の板状電極11,12が設けられた管状部材10により加熱ユニット19が形成されている。
As shown in FIG. 1, an
加熱ユニット19における対をなす2枚の板状電極11,12には、図2に示されるように、電源ユニット20が接続されている。この電源ユニット20からは、20kHz程度の周波数の電力が供給される。加熱スペース13内に被処理物が供給された状態のもとで電源ユニット20から板状電極11,12に供給される電力により被加熱物には電流が流れ、被加熱物はジュール熱により加熱される。電源ユニット20からは両方の板状電極11,12に対して、上述したように高周波電流が供給されるようになっており、第1の板状電極11には電源ユニット20の低電位側が接続され、第2の板状電極12には高電位側が接続されている。
As shown in FIG. 2, a
図1に示されるように、第1の板状電極11の長さ、つまり被加熱物が流れる方向の寸法をL1とし、第2の板状電極12の同様の方向の寸法をL2とすると、長さL1は長さL2よりも長くなっている。図2に示されるように、第1の板状電極11の幅方向の寸法をW1とし、第2の板状電極12の幅方向の寸法をW2とすると、幅W1は幅W2よりも大きくなっている。第1の板状電極11の内面の両端角部は、図1および図3に示されるように端部側の外周エッジ21a,21bとなっており、内面の両側角部は、図2に示されるように側部側の外周エッジ21c,21dとなっている。同様に、第2の板状電極12の内面の両端角部は、図1に示されるように端部側の外周エッジ22a,22bとなっており、内面の両側角部は、図2に示されるように側部側の外周エッジ22c,22dとなっている。第1の板状電極11のうち全ての外周エッジ21a〜21dにより囲まれる平坦面が通電面23となっており、同様に第2の板状電極12のうち全ての外周エッジ22a〜22dにより囲まれる平坦面が通電面24となっている。第1の板状電極11の通電面23は、板状電極12の通電面24よりも面積が大きくなっており、第2の板状電極12のそれぞれの外周エッジ22a〜22dは、第1の板状電極11のそれぞれの外周エッジ21a〜21dの内側にずれている。つまり、第2の板状電極12の外周エッジ22a〜22dは第1の板状電極11の通電面23に対向しており、両方の板状電極11,12の外周エッジは相互にずれている。
As shown in FIG. 1, when the length of the
従来のように、両方の板状電極11,12の外周エッジを相互に対向させると、それぞれの板状電極11,12に電力を供給して電極間に電位差を与えたときに、外周エッジ間の部分には他の平坦面間の部分よりも電流が多く流れることがあり、外周エッジ相互間でスパークが発生することがあった。このため、被加熱物が両方の板状電極11,12の外周エッジ間を通過する際に、通電面間の部位を通過するときよりも過加熱状態となり、被加熱物全体で均一に加熱されないことがあった。
When the outer peripheral edges of both plate-
これに対し、両方の板状電極11,12の外周エッジを相互に通電面に対してずらすようにすると、外周エッジ相互間に流れる電流は分散されることになり、スパークの発生は見られず、被加熱物には過加熱の発生がなく、全体的に均一な温度に加熱することができた。特に、第2の板状電極12を高電位側とし、外周エッジ22a〜22dが第1の板状電極11の外周エッジ21a〜21dに対して内側にずらすと、高電位側の第2の板状電極12の外周エッジ22a〜22dから第1の板状電極11に向けて流れる電流が第1の板状電極の通電面23に分散することになり、スパークの発生はなかった。
On the other hand, if the outer peripheral edges of both
図1〜図3に示す加熱装置においては、両方の板状電極11,12のサイズが相違しており、第2の板状電極12は第1の板状電極11よりも小型となっている。図2および図3に示されるように、管状部材10の壁部10aに取り付けられる第1の板状電極11の通電面23は、壁部10aの露出面と同一面となっており、同様に、壁部10bに取り付けられる第2の板状電極12の通電面24は、壁部10bの露出面と同一面となっている。このように、両方の板状電極11,12は、板状電極自体の外周面の角部が外周エッジとなっている。
In the heating apparatus shown in FIGS. 1 to 3, the sizes of both plate-
図4は変形例である管状部材の縦断面を示す斜視図であり、図5は図4に示された管状部材の横断面図である。 FIG. 4 is a perspective view showing a longitudinal section of a modified tubular member, and FIG. 5 is a transverse sectional view of the tubular member shown in FIG.
この管状部材10に取り付けられる2枚の板状電極11,12は、上述した場合と相違して相互に同一サイズとなっている。第2の板状電極12の外周部には、図4および図5に示されるように、絶縁層25が帯状に設けられており、絶縁層25と板状電極12との境界部にそれぞれの外周エッジ22a〜22dが形成されている。このように、板状電極12の外周部を絶縁層25により覆うようにすると、2つの板状電極11,12のサイズを同一サイズとして、両方の板状電極11,12の外周エッジを相互にずらすことができるので、一種類の板状電極を用いて両方の板状電極11,12を製造することができる。
Unlike the case described above, the two plate-
図1に示される加熱装置9aは、1つの加熱ユニット19を有しているが、複数の加熱ユニット19を直列に接続して1台の加熱装置を形成するようにし、複数段階で被加熱物を加熱処理するようにしても良い。
Although the
図6〜図8は、他の実施の形態である高電界型の加熱装置9bを示す。この加熱装置9bは第1の板状電極11と第2の板状電極12とを有し、これらの間には絶縁材料からなり長孔31が形成されたスペーサ32が配置されており、この加熱装置9bの加熱ユニット19は、2枚の板状電極11,12とスペーサ32とにより形成されている。長孔31と両方の板状電極11,12とにより加熱スペース13が形成されており、加熱スペース13の厚み寸法、つまり電極間距離はDとなっている。両方の板状電極11,12とスペーサ32は複数本のボルト33により締結されている。ボルト33と板状電極11,12は絶縁されており、ボルト33を介して両方の板状電極11,12が電気的に接続されないようになっている。
6 to 8 show a high electric field
一方の板状電極11には流入口14aが設けられ、他方の板状電極12には流出口15aが設けられている。流入口14aには流入側配管17が接続され、流出口15aには流出側配管18が接続されるようになっている。流入側配管17には図示しないホッパが接続されており、ホッパ内に収容された被加熱物としての飲食物がポンプにより流入口14aに供給される。流入口14aに供給された被加熱物は、長孔31により形成される加熱スペース13内を流れて流出口15aに排出される。流出口15aに搬送された被加熱物は、流出側配管18により外部に排出される。加熱スペース13内を流れる被加熱物の流速としては、レイノルズ数Reが2300以上となるように設定される。ただし、レイノルズ数ReはRe=vd/νで示される。vは被加熱物の平均流速であり、dは管部材の内径であり、νは被加熱物の動粘性係数である。
One plate-
両方の板状電極11,12には、電源ユニット20が接続されており、板状電極11,12には電極間距離1mm当たり0.2kV以上、つまり0.2kV/mm以上の電圧であって、20kHz程度の高周波が供給される。このように、電極間に高電圧を印加すると、被加熱物に細胞等の微生物が含まれていても、その微生物には電気穿孔現象により細胞膜の表面に微細な孔があき、微生物の細胞を破壊することができ、細菌等の微生物を短時間で死滅させることができる。これにより、被加熱物はジュール熱と電気穿孔現象とにより加熱殺菌処理される。
A
スペーサ32の一方の側面に突き当てられる第1の板状電極11と長孔31の内周面との接触部により外周エッジ21a〜21dが形成され、外周エッジ21a〜21dにより囲まれる平坦面が通電面23となっている。スペーサ32の他方の側面に突き当てられる第2の板状電極12と長孔31の内周面との接触部により外周エッジ22a〜22dが形成され、外周エッジ22a〜22dにより囲まれる平坦面が通電面24となっている。
The outer
スペーサ32に形成された長孔31の内周面はテーパ形状となっており、両面の開口面積が相違している。長孔31の板状電極11側の開口部は、図8に示されるように被加熱物が流れる方向の長さ寸法をL1とし、板状電極12側の開口部の長さ寸法をL2とすると、長さL1は長さL2よりも長くなっている。さらに、長孔31の板状電極11側の開口部の幅寸法をW1とし、長孔31の板状電極12側の開口部の幅寸法をW2とすると、幅W1は幅W2よりも大きくなっている。したがって、第1の板状電極11と長孔31の内周面との接触部により形成される外周エッジ21a〜21dは、第2の板状電極12と長孔31の内周面との接触部により形成される外周エッジ22a〜22dよりも外側にずれており、通電面23の面積は通電面24の面積よりも大きくなっている。
The inner peripheral surface of the
電源ユニット20からは両方の板状電極11,12に対して、上述のように、電極間距離1mm当たり0.2kV以上の高電圧の高周波が供給されるようになっており、第1の板状電極11には電源ユニット20の低電位側が接続され、第2の板状電極12には高電位側が接続されている。
As described above, a high voltage high frequency of 0.2 kV or more per 1 mm distance between the electrodes is supplied from the
このように、両方の板状電極11,12の外周エッジを相互に通電面に対してずらすようにすると、外周エッジ相互間に流れる電流は分散されることになり、スパークの発生は見られず、被加熱物には過加熱の発生がなく、全体的に均一な温度に加熱することができた。特に、第2の板状電極12を高電位側とし、外周エッジ22a〜22dが第1の板状電極11の外周エッジ21a〜21dに対して内側にずらすと、外周エッジ22a〜22dから外周エッジ21a〜21dに向けて流れる電流が第1の板状電極の通電面23に分散することになり、スパークの発生はなかった。
In this way, when the outer peripheral edges of both plate-
高電界型の加熱装置9bにおいては、両方の板状電極11,12に印加する電圧を過度に大きくすることなく、電極間距離1mm当たりの電位差を大きくするために、電極間距離を狭くする必要があり、2枚の板状電極11,12の間にスペーサ32を介在させて、長孔31と両方の板状電極11,12とにより加熱スペース13を形成するようにしている。これに対し、加熱装置9aにおいては、加熱スペース13を大きくするために、四角形の管状部材10の内面に板状電極11,12を配置するようにしているが、加熱装置9aにおいても、両方の板状電極11,12の間にスペーサ32を介在させて加熱スペース13を形成するようにしても良い。
In the high electric field
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、それぞれの加熱装置9a,9bに板状電極11,12を冷却するための冷却装置を設けるようにしても良い。また、加熱スペース13内に被加熱物を流すことなく、容器内に2つの板状電極11,12を配置し、被加熱物をバッチ処理するようにした加熱装置についてもこの発明を適用することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, you may make it provide the cooling device for cooling the plate-shaped
10 管状部材
11 第1の板状電極
12 第2の板状電極
13 加熱スペース
14a 流入口
15a 流出口
17 流入側配管
18 流出側配管
19 加熱ユニット
20 電源ユニット
21a〜21d 第1の板状電極の外周エッジ
22a〜22d 第2の板状電極の外周エッジ
23,24 通電面
25 絶縁層
31 長孔
32 スペーサ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記板状電極に電力を供給し2枚の前記板状電極の間の被加熱物にジュール熱を発生させる電源ユニットとを有し、
前記第1の板状電極の外周エッジと前記第2の板状電極の外周エッジとを相互にずらすことを特徴とする加熱装置。 A heating unit provided with first and second plate-like electrodes arranged to face each other across a heating space;
A power supply unit that supplies electric power to the plate electrode and generates Joule heat on an object to be heated between the two plate electrodes;
A heating apparatus, wherein an outer peripheral edge of the first plate electrode and an outer peripheral edge of the second plate electrode are shifted from each other.
The heating apparatus according to any one of claims 3 to 6, wherein the first plate-like electrode is a high-potential side electrode, and the second plate-like electrode is a low-potential side electrode. A heating device.
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JP2015195772A (en) * | 2014-04-02 | 2015-11-09 | 株式会社フロンティアエンジニアリング | Sterilizing apparatus for food and drink |
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