JP2014529360A - 遮蔽されたマイクロ波放射測定アンテナを含む熱処理装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、タンパク質含有製品を搬送手段によって搬送して少なくとも１つのマイクロ波放射測定アンテナを通過させる、タンパク質含有製品の熱処理装置に関する。

Description

本発明は、タンパク質を含む製品を搬送手段により搬送して少なくとも１つのマイクロ波放射測定アンテナを通過させる、タンパク質含有製品の熱処理装置に関する。

食品製品、特に、肉や魚等のタンパク質を含む食品製品は、加熱調理する、揚げる等の熱処理がしばしば施される。
産業用途において、この熱処理は、搬送手段を含むオーブン等の熱処理装置で行われる。
この搬送手段は、好ましくは、無端ベルトであるベルト等であり、食品製品を熱処理装置内で移動して熱に曝す。
多くの場合、複数の食品製品が、横に並べるか、平行な列に並べるか、任意に配置した状態で搬送される。
オーブンの幅方向で温度に差異があるため、オーブン内の食品製品および／または熱伝導は均一ではなく、個別の食品製品の低温殺菌も均一ではない。ただし、これは、往々にして望ましいことではない。
特に、食品製品の中心温度が低すぎたり、食品製品が過剰に加熱調理されたりするのは望ましくない。
この問題を解決するために、食品製品の温度を測定する熱処理装置が従来技術より知られている。
しかし、これらの読み取り温度は、熱処理装置内の加熱状態を正確に制御するには精度が低すぎる。

したがって本発明の目的は、従来技術の欠点を持たない熱処理装置を提供することである。

この目的は、タンパク質含有製品を搬送手段により搬送し少なくとも１つのマイクロ波放射測定アンテナを通過させる熱処理装置によって実現される。マイクロ波放射測定アンテナは遮蔽手段に配置される。遮蔽手段は、搬送手段の横断面を少なくとも部分的に囲むように延在し、詳細にはマイクロ波である電磁放射の外部発生源からマイクロ波放射測定アンテナを少なくとも部分的に隔離する。

本発明は、好ましくは、タンパク質を含む製品に熱を伝える熱処理装置に関する。
タンパク質含有製品は、詳細には、豚、牛、鳥、仔羊、魚等の肉、または乳製品である。
ただし、製品は、野菜や果物等のその他の任意の食品でもよい。
肉は、骨または魚の骨を含んでいてもよい。
肉は、ミンチにする、マリネにする、香辛料を加える、衣を付ける等の加工がなされているのが好ましい。
この熱処理装置は、オーブン、フライヤー、解凍装置等でよい。
この熱処理装置は、放射、自然対流、および／または強制対流により製品を加熱するオーブンであることが好ましい。
熱処理装置内の相対湿度を調整したり、熱伝導を変えたりするのに必要であれば、熱処理装置に蒸気を追加できる。
この熱処理装置は、連続式または回分式で動作させることができるが、連続式で動作するのが好ましい。
熱処理装置は、異なる熱処理条件および／または熱処理環境が維持される複数のチャンバを含むことが好ましい。
熱処理装置は、内部の温度、相対湿度、熱伝導条件等のさまざまなパラメータを制御する手段を含むことが好ましい。
好ましい実施形態では、特に、熱処理装置が解凍装置である場合に、熱処理装置に真空が適用される。

本発明によると、熱処理装置は、詳細には、無端ベルトであるベルト等の搬送手段を含む。
この搬送手段は、加熱する製品を熱処理装置内で搬送する。
搬送手段の経路は、直線および／または曲線でよく、たとえば、少なくとも部分的に螺旋状に配置されていてもよい。
搬送手段は、複数の製品を並べて配置できるだけの幅（搬送方向に直交する広がり）を有することが好ましい。これにより、製品は、熱処理装置内で並行して搬送される。
ただし、たとえば、手動で載せる場合は、製品をベルト上に無作為に配置することもでき、
搬送手段は、少なくとも部分的に、詳細には高周波（ＲＦ）である電磁放射を吸収および／または反射する材料で作成することができる。

本発明によると、熱処理装置は、少なくとも１つのマイクロ波放射測定アンテナを含む。
このマイクロ波放射測定アンテナは、個別の製品によって放出された電磁放射を受信し、測定された信号を搬送手段上の製品の温度に変換する装置に信号を送信する。
マイクロ波放射測定アンテナが受信した電磁放射と、その電磁放射の分析とにより、製品の中心温度、つまり、製品の表面温度ではなく、中心部分の温度を判断できるのが好ましい。
マイクロ波放射測定アンテナは、搬送手段の上方に配置され、その下を通過する製品の温度を測定するのが好ましい。
このマイクロ波放射測定アンテナは、静止しているのが好ましい。
このマイクロ波放射測定アンテナは、熱処理装置の出口付近、および／または熱処理装置の下流の外側に配置されているのが好ましい。
これらの位置では、加熱された製品の中心温度を判断することができる。
この温度を読み取ることで、たとえば、加熱工程を制御することができる。
追加または代替で、マイクロ波放射測定アンテナを熱処理装置の入口付近および／または熱処理装置の上流の外側に配置してもよい。
これらの位置では、製品を加熱する前の初期中心温度を判断することができる。
この温度により、加熱工程を制御すること等も可能である。
当業者は、初期中心温度と熱処理後の最終温度とを使用して処理工程を制御するのが好ましいことを理解する。

本発明の好ましい実施形態では、少なくとも２つのマイクロ波放射測定アンテナが搬送手段の上方に配置される。
これらのマイクロ波放射測定アンテナは、これらのマイクロ波放射測定アンテナを通過する製品の中心温度を、搬送方向に対する搬送手段の左手側付近と右手側付近とで測定するのが好ましい。

別の好ましい実施形態では、製品の各列の上方に１つのマイクロ波放射測定アンテナが配置される。
各マイクロ波放射測定アンテナは、それぞれの列に配置された連続する製品の温度（好ましくは中心温度）を測定する。

本発明によると、各マイクロ波放射測定アンテナの、少なくともマイクロ波放射を受信または「確認」する部分は、遮蔽手段の内部に配置される。遮蔽手段は、搬送手段の横断面の少なくとも一部、好ましくは全体を囲むように延在し、詳細にはマイクロ波および／または高周波（ＲＦ）である電磁放射の外部発生源からマイクロ波放射測定アンテナを少なくとも部分的に、好ましくは完全に隔離する。
この遮蔽により、マイクロ波放射測定アンテナは製品によって放出された電磁放射のみを受信する。
したがって、製品がマイクロ波放射測定アンテナを連続的に通過しても、従来技術の測定よりもはるかに正確な測定を行うことができる。
そして、この遮蔽手段は、隣接する製品、すなわち、現在測定されている製品の上流および／または下流にある製品によって放出される放射も、少なくとも低減するように設計されているのが好ましい。

したがって、製品が配置された搬送手段は、マイクロ波放射測定アンテナが内部に配置された遮蔽手段の下を通過し、好ましくは、内部を通過する。

遮蔽手段は、製品が連続的に搬送されてアンテナを通過しても、製品からのマイクロ放射のみをマイクロ波放射測定アンテナが確実に受信できるようにする。
遮蔽手段は、詳細には、マイクロ波および／または高周波である電磁放射を、少なくても部分的に吸収および／または反射する。

ボックス等の遮蔽手段は、静止しているのが好ましく、可動部品、詳細には、１回以上の測定の前、最中、または後に動かさなければならない部品を含んでいないとさらに好ましい。
遮蔽手段は、詳細には、高周波である電磁放射を遮蔽する材料で少なくとも部分的に作成されているのが好ましい。
この材料は、導電体および／または磁性材料であるのが好ましい。
この材料は、遮蔽手段に層として適用されるのが好ましい。

本発明の別の実施形態または好ましい実施形態によると、マイクロ波放射測定アンテナの、少なくともマイクロ波放射を受信または「確認」する部分は、搬送手段を案内する２つのスロットを含む遮蔽手段の内部に配置される。
遮蔽手段は、電磁放射の外部発生源からマイクロ波放射測定アンテナを少なくとも部分的に隔離する。
スロットは、詳細にはベルトである搬送手段の横断面の全周囲を囲むように延在するのが好ましい。
遮蔽手段は、搬送手段をすべての側面から覆うのが好ましい。
製品を表面に載せた搬送手段は、１つまたは複数のマイクロ波放射測定アンテナが配置された遮蔽手段を通って移動する。各マイクロ波放射測定アンテナは、搬送手段によって搬送される各製品が放出する電磁放射を測定する。
スロットの幅は、搬送手段の移動方向に直交する、搬送手段の幅に実質的に対応する。
スロットの高さは、搬送手段とその上に載った製品とが通過できるだけの高さを確保しつつ、可能な限り低くなるように設定される。
スロットの高さは、１５０ｍｍ未満であると好ましい。
好ましい実施形態では、スロットの高さは、熱処理装置で現在処理されている製品に合わせて調節可能である。

好ましい実施形態では、熱処理装置は、この熱処理装置の入口および／または出口にトンネルを備える。
このトンネルは、搬送手段の搬送方向に延在し、好ましくは、スロットと少なくとも実質的に同一の内寸を有する。
このトンネルは、好ましくは、その全長にわたり、好ましくは無端ベルトである搬送手段の横断面を囲むように延在する。
トンネルは、静止しているのが好ましく、可動部品、詳細には、１回以上の測定の前、最中、または後に動かさなければならない部品を含んでいないとさらに好ましい。
トンネルは、詳細には、高周波である電磁放射を遮蔽する材料で少なくとも部分的に作成されているのが好ましい。
この材料は、導電体および／または磁性材料であるのが好ましい。
この材料は、遮蔽手段に層として適用されるのが好ましい。

好ましい実施形態では、トンネルは、このトンネルの内面に、入口または出口を通ってトンネルに入った外部発生源からの放射を少なくとも部分的に除去する反射および／または吸収手段を備えている。
この反射および／または吸収手段は、かかる電磁放射がマイクロ波放射測定アンテナに届かないようにする。

別の好ましい実施形態によると、遮蔽は、外部発生源からの電磁放射を少なくとも部分的に中和する逆電磁放射である。
測定装置により、測定対象の製品ではなく外部発生源によって放出された電磁放射を測定し、波長が同じで振幅が逆である逆放射を装置から放出する。
この逆放射により、望ましくない電磁放射が少なくともゼロ近くまで低減する。

本発明の好ましい実施形態によると、熱処理装置は、熱処理工程を左右する手段を含む。
この手段は、温度を変更する手段、熱伝導を左右する手段、放射を提供する手段、熱処理装置内での製品の滞在時間、製品の周囲の環境の相対湿度を変更する手段などである。
これらの手段を使用して、搬送手段の幅方向全体にわたって均一な熱処理を提供するか、または搬送手段上の単位面積当たりの製品数が搬送手段の幅方向で変化する場合は、不均一な熱処理を提供することができる。
後者の場合、単位面積当たりの製品数が少ない領域よりも、単位面積当たりの製品数が多い領域に、より多くの熱エネルギーおよび／またはより効率的な熱伝導を提供するのが望ましい可能性がある。
熱処理工程を左右するこれらの手段は、本発明の好ましい実施形態では、マイクロ波放射測定アンテナの信号に応じて制御される。
このマイクロ波放射測定アンテナは、たとえば、オーブン等の熱処理装置の入口および／もしくは出口、またはその近傍に配置され、個々の製品の初期中心温度および／または最終的な中心温度を測定する。
この測定に基づいて、最適な中心温度を実現するように熱処理を変更する。

別の好ましい実施形態では、熱処理装置は、個別の製品の位置を追跡する手段を含む。
この手段は、ＸＹ追跡システム等であり、ある瞬間に個別の製品がどこにあるのかを把握するのに役立つ。
この情報は、たとえば、特定の中心温度等の品質基準を満たしていない製品を、ピックアンドプレイス（ｐｉｃｋ ａｎｄ ｐｌａｃｅ）ロボット等により選別するために使用できる。すなわち、製品の中心温度が高すぎるか、または低すぎる場合、それらの製品をピックアンドプレイスロボットにより選別する。
このロボットが搬送手段から適切な製品を選別するには、製品のＸＹ座標が必要である。

別の好ましい実施形態では、マイクロ波放射測定アンテナによって取得された温度情報が保存手段に保存される。
この情報は、たとえば、個別の製品が熱処理工程でどのように熱処理されたかを記録する品質管理機能として使用することができる。
別の好ましい実施形態によると、この情報は、製品を配置して梱包する梱包材等に添付された応答器等の保存手段に転送される。
品質に問題がある場合、この情報を応答器から直接読み出して、販売業者または顧客が利用することができる。

本発明の好ましい実施形態または別の実施形態によると、熱処理装置は、該熱処理装置の上流に配置された製品検出手段を含む。
この製品検出手段を使用して、熱処理装置を少なくとも部分的にオンまたはオフにすることができる。
搬送手段に製品が載っていない場合、熱処理装置は、少なくとも部分的にオフになる。
製品検出手段により製品が特定されると、その製品が熱処理装置に到達するよりもかなり前に、熱処理装置が再びオンになる。
本発明のこの好ましい独創的な実施形態により、熱処理工程のエネルギーを節約することができる。

マイクロ波放射測定アンテナは、０．１〜１８０ｍｍ^２の受信面積（実効面積）を有するのが好ましい。
この面積は、製品に直接対向し、および／または製品の表面と正反対の側にあるのが好ましい。
この面積は、ピン風の装置の先端に位置しているのが好ましい。

０．１〜１８０ｍｍ^２の受信面積を有するマイクロ波放射測定アンテナは、タンパク質含有物質の中心温度をきわめて正確に測定する。
受信面積は、製品によって放出されたマイクロ波放射を受信するマイクロ波放射測定アンテナの面積である。
中心温度は、マイクロ波放射測定アンテナの実質的に直下にある製品の高さｚにおける平均温度である。

マイクロ波放射測定アンテナは、製品に接触せず、製品の直近に位置して、製品によって放出されたマイクロ波放射を受信する。

実効面積は、０．１〜７０ｍｍ^２であると好ましく、０．１〜４０ｍｍ^２であるとさらに好ましく、０．１〜２０ｍｍ^２であると最も好ましい。

実効面積は、任意の形状でよい。
ただし、実効面積は、円形であるのが好ましい。
本発明の好ましい実施形態では、実効面積は、直径が０．３５〜１５．１ｍｍであり、好ましくは０．３５〜９．４ｍｍであり、より好ましくは０．３５〜７．１３ｍｍであり、さらに好ましくは０．３５〜５．０ｍｍである。

マイクロ波放射測定アンテナおよび付属の電子機器で、周波数帯が１〜７ＧＨｚのマイクロ波を検出および分析するのが好ましい。周波数帯が２〜４ＧＨｚ程度の低い周波数であるとより好ましく、周波数帯が２．８〜３．２ＧＨｚであると最も好ましい。
より好ましい実施形態では、マイクロ波放射測定アンテナおよび付属の電子機器により受信および分析される周波数は、１回の測定中に変更される。低い周波数は、製品内部の奥深くの温度に関する情報を提供し、高い周波数は、製品の表面近くの温度に関する情報を提供する。

本発明について、図１乃至３に基づいて説明する。
これらの説明は、保護範囲を限定するものではない。

熱処理装置のマイクロ波放射測定アンテナを示す。 測定原理を示す。 マイクロ波放射測定アンテナの遮蔽を示す。

図１は、食品製品３の方向を向き、この食品製品３によって放出された電磁放射を受信または「確認」する実効面積である受信面積２を有するマイクロ波放射測定アンテナ１を示す。
この例では、食品製品３は、熱処理される肉片である。
この例では、受信面積２は、直径６ミリメートルの円形である。
ここでは、受信面積２は、マイクロ波放射測定アンテナ１に近接する食品製品３の表面に対して実質的に平行である。
マイクロ波放射測定アンテナ１は、図示されていない分析手段に電気的および電子的に接続している。
この例では、マイクロ波放射測定アンテナおよび／または付属の電子機器は、帯域幅２〜４ＧＨｚのマイクロ波を通すフィルタを備える。
接続された分析手段は、この受信マイクロ波放射を分析し、食品製品３の中心温度、すなわち、食品製品３の中心部の温度を測定する。

図２は、本発明の測定原理を示す。
図２ａは、左から右に動く搬送ベルト５の平面図である。
ベルトの上方にマイクロ波放射測定アンテナ１が配置され、マイクロ波放射測定アンテナ１の受信面積２が搬送ベルト５の方向を向いている。
この搬送ベルト５には、食品製品３が配置され、搬送されてマイクロ波放射測定アンテナ１を通過する。
マイクロ波放射測定アンテナ１は、測定経路２０内で食品製品３の中心温度を測定する。
マイクロ波放射測定アンテナ１の受信面積２が非常に小さいため、測定される温度は、この測定経路２０内での食品製品３の正確な中心温度であり、ｘ方向にわたる食品製品３の全体的な温度ではない。
図２ａの側面図である図２ｂからわかるように、この測定経路２０において、複数（ここでは２つ）の分離点１９で温度が測定される。ただし、これらの分離点１９は、半連続的な測定ができる程度の短い距離で分離していてもよい。
すべての測定点で、受信面積２の下にある食品製品３の平均温度が判断される。
当業者は、複数のマイクロ波放射測定アンテナ１、１を並べて配置すれば、食品製品３のきわめて正確な温度マップを判断できることを理解する。

図３は、本発明の熱処理装置４を示している。
この熱処理装置４は、オーブン等である。
この熱処理装置４は、ここでは無端ベルトである搬送手段５を含む。この搬送手段５は、タンパク質含有製品（図示せず）を熱処理装置４内で搬送する。タンパク質含有製品３は、加熱調理したり、揚げたり、表面を加工処理したりするために、熱処理装置４で熱に曝露される。
また、この搬送手段５は、タンパク質含有製品３を搬送して少なくとも１つ（ここでは２つ）のマイクロ波放射測定アンテナ１を通過させる。
マイクロ波放射測定アンテナ１は、搬送ベルト５の幅ｗにわたって分散した２つの異なるタンパク質含有製品３の温度を測定する。
各マイクロ波放射測定アンテナ１は、１つのタンパク質含有製品３の中心温度、つまり、タンパク質含有製品３の内部の温度を測定する。
ここでは、各マイクロ波放射測定アンテナ１は、ボックス１８である遮蔽手段６に配置される。
ボックス１８は、搬送手段５の横断面５’を全体的に囲むように延在する。つまり、ボックス１８の側壁１３、１４、底部１５、および上部１６が搬送手段５の周囲に延在する。
ボックス１８は、搬送手段５とタンパク質含有製品３とを案内するスロット９、１０を入口および出口に有する。
ボックス１８は、静止しており、可動部品を含まない。
この例では、マイクロ波放射測定アンテナ１は、搬送手段５の方向に開口したチャンバ１７に配置される。
チャンバ１７は、必須ではないが、現在分析されているタンパク質含有製品３の上流または下流にあるタンパク質含有製品３が実際の測定に影響を与えないように、マイクロ波放射測定アンテナ１によって受信される放射を導くことができる。
この例では、外部の電磁放射源がマイクロ波放射測定アンテナ１の読み取りに影響を与えるのを防ぐために、ボックス１８がＲＦ遮蔽属性を持つ裏張りを備えている。
ただし、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅など、ＲＦ遮蔽属性を持つシートでボックス１８を作成してもよい。
ボックス１８の上流および／または下流で、遮蔽手段６が、搬送手段５の全周囲５’に延在するトンネル７、８を備えるのが好ましい。
ボックス１８および／またはトンネル７、８の幅ｗは、実質的に、搬送手段５の幅であるのが好ましい。
高さｈは、できるだけ低くするのが好ましい。
この例では、高さｈは、１５０ｍｍ未満である。
この高さｈで、搬送手段５とタンパク質含有製品３とがトンネル７、８を通過することができる。
各トンネル７、８は、電磁放射がボックス１８に入るのを防ぐ。
各トンネル７、８を作成する材料も、ＲＦ遮蔽特性を備えている。
必要に応じて、各トンネル７、８は、該トンネル７、８の内部に、トンネル７、８に入った電磁放射を吸収および／または反射する手段を備えていてもよい。

１ マイクロ波放射測定アンテナ
２ 受信面積
３ 製品
４ 熱処理装置
５ 搬送手段
５’ 搬送手段の横断面
６ 遮蔽手段（ボックス）
７、８ トンネル
９、１０ スロット
１１ 遮蔽手段の入口
１２ 遮蔽手段の出口
１３、１４ ボックスまたはトンネルの側壁
１５ ボックスまたは側壁の底部
１６ 上部
１７ チャンバ
１８ ボックス
１９ 分離測定点
２０ 測定経路

Claims (9)

1. タンパク質含有製品を搬送手段（５）によって搬送して少なくとも１つのマイクロ波放射分析アンテナ（１）を通過させる、タンパク質含有製品の熱処理装置（４）であって、
   前記マイクロ波放射測定アンテナ（１）が、前記搬送手段（５）の横断面（５’）の少なくとも一部を囲むように延在し該マイクロ波放射測定アンテナ（２）を外部の電磁放射源から少なくとも部分的に隔離する遮蔽手段（６）に配置されていることを特徴とする熱処理装置（４）。
2. 前記遮蔽手段（６）が、前記搬送手段（５）の横断面（５’）の全体を囲むように延在していることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置（４）。
3. 前記マイクロ波放射測定アンテナ（１）を配置する遮蔽手段（６）が、該遮蔽手段（６）の入口および出口に、前記搬送手段（５）を案内する２つのスロット（９、１０）を備えていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかまたは請求項１の前提部に記載の熱処理装置（４）。
4. 前記搬送手段（５）が、ベルトであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱処理装置（４）。
5. 前記遮蔽手段（６）が、電磁放射を反射および／または吸収する材料で少なくとも部分的に作成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の熱処理装置（４）。
6. 前記搬送手段（５）が、電磁放射を反射および／または吸収する材料で少なくとも部分的に作成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の熱処理装置（４）。
7. 前記遮蔽手段（６）が、該遮蔽手段（６）の入口（１１）および／または出口（１２）にトンネルを備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の熱処理装置（４）。
8. 前記トンネルが、該トンネルの内面に反射および／または吸収手段を備えていることを特徴とする請求項７記載の熱処理装置（４）。
9. 前記遮蔽手段（６）の遮蔽が、外部の発生源からの電磁放射を少なくとも部分的に中和する逆電磁放射であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の熱処理装置（４）。

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