JP2017023004A

JP2017023004A - 飲食物の殺菌処理装置

Info

Publication number: JP2017023004A
Application number: JP2015141752A
Authority: JP
Inventors: 星野　弘; Hiroshi Hoshino; 弘星野
Original assignee: Frontier Engineering Co Ltd
Current assignee: Frontier Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2017-02-02

Abstract

【課題】高電圧パルスによる飲食物材料の殺菌処理を効率的に行い得るようにする。【解決手段】飲食物の殺菌処理装置は、それぞれ飲食物材料が流れる貫通孔１５，１６が形成され、電極対１４を形成する少なくとも２つの電極１１，１２を有する。電極１１，１２の間には絶縁材料からなるスペーサ２１が配置され、貫通孔１５，１６に連通する連通孔２４がスペーサ２１に形成される。電極対１４には、電極１１，１２の間の距離１ｍｍ当たり２００Ｖ以上の高電圧パルスが電源ユニットから印加される。スペーサ２１は、電極１１，１２の外周面よりも外方に突出しており、電極１１，１２の外周面相互間における空中放電を遮断する。【選択図】図１

Description

本発明は、果汁やスープなどの飲食物材料を高電圧パルスにより殺菌するようにした飲食物の殺菌処理装置に関する。

果汁や肉汁、スープ等の飲食物材料に、高電圧パルスを印加することにより、飲食物材料に含まれる細菌を殺菌するようにした殺菌処理装置が、特許文献１に記載されるように、開発されている。この殺菌処理装置においては、それぞれ貫通孔が形成された一対の電極間に絶縁材料からなるスペーサを配置し、電極に形成された貫通孔に連通する連通孔をスペーサに形成し、連通孔と貫通孔とにより形成される流路に飲食物材料を流すようにしている。電極間の距離１ｍｍの厚みに対して数１００Ｖ以上の高電圧パルスを殺菌電圧として電極に印加する。これにより、飲食物材料を流路に連続的に流しながら殺菌処理を行うことができる。

特開２００８−８６２５９号公報

このような高電圧パルスを飲食物材料に印加して殺菌処理を行う場合には、５ｋＨｚ以上の周波数で高電圧パルスを電極に印加する。しかしながら、電極に印加する高電圧パルスの周波数が２０ｋＨｚ以上となると、対をなす２つの電極の外周面の間で空中放電現象が発生することが判明した。周波数が高くなると、表皮効果により空中放電現象が発生すると考えられる。この空中放電現象は、環状の電極を備えた殺菌処理装置においても、高電圧パルスの周波数が２０ｋＨｚを以上となると、同様に発生することが判明している。

電極間に空中放電現象が発生すると、印加電圧を効率的に飲食物材料に印加することができなくなり、殺菌効率が低下することが避けられない。

本発明の目的は、高電圧パルスによる飲食物材料の殺菌処理を効率的に行い得るようにすることにある。

本発明の飲食物の殺菌処理装置は、それぞれ飲食物が流れる貫通孔が形成され、電極対を形成する少なくとも２つの電極と、前記電極の間に配置され、前記貫通孔に連通する連通孔が形成される絶縁材料からなるスペーサと、前記貫通孔と前記連通孔により形成される流路に飲食物を供給する飲食物供給手段と、前記電極対を形成する２つの前記電極の間の距離１ｍｍ当たり２００Ｖ以上の高電圧パルスを前記電極対に印加する電源ユニットと、を有し、前記スペーサを前記電極の外周面よりも外方に突出させて、前記電極の外周面相互間における空中放電を遮断する。

飲食物の殺菌処理装置は、電極対と電極対を形成する電極の間に配置される絶縁材料からなるスペーサとを有し、電極対に印加される高電圧パルスが連通孔を流れる飲食物材料に通電され、飲食物材料は殺菌処理される。スペーサは電極の外周面よりも外方に突出しており、対をなす電極の間の沿面距離がスペーサの厚みよりも長く設定され、２０ｋＨｚ以上の周波数の高電圧パルスを電極対に印加しても、電極の外周面相互間における空中放電の発生が防止される。これにより、高電圧パルスによる飲食物材料の殺菌処理を効率的に行うことができる。

一実施の形態である飲食物の殺菌処理装置を示す縦断面図である。図１の右側面図である。図２において右側から見た電極対とスペーサの部分を示す側面図である。殺菌装置の電源ユニットを示すブロック図である。他の実施の形態である飲食物の殺菌処理装置を示す縦断面図である。図５の右側面図である。図５におけるＡ−Ａ線拡大断面図である。図５におけるＢ−Ｂ線拡大断面図である。図５に示された２対の電極対とスペーサの部分を示す拡大断面図である。

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に示される飲食物の殺菌処理装置１０ａは、それぞれ板状の第１の電極１１と第２の電極１２とを有している。図２に示されるように第２の電極１２は長方形となっており、第１の電極１１も同様に長方形となっており、両方の電極１１，１２のサイズはほぼ同一である。第１の電極１１と第２の電極１２とにより一対の電極対１４が形成され、両方の電極１１，１２の間には、樹脂等の絶縁材料からなるスペーサ２１が配置される。スペーサ２１は、長辺と短辺がともに電極１１，１２よりも大きい長方形であり、厚み寸法Ｂが例えば２ｍｍ程度であり、両方の電極１１，１２の内面の間に挟み付けられる。

第１の電極１１には貫通孔１５が板厚方向に形成され、第２の電極１２には第２の貫通孔１６が板厚方向に形成されている。スペーサ２１には両方の貫通孔１５，１６に連通する連通孔２４が形成されており、この連通孔２４は長孔である。図１に示されるように、貫通孔１６は貫通孔１５に対して径方向にずれており、貫通孔１５は長孔からなる連通孔２４の一端部に開口し、貫通孔１６は連通孔２４の他端部に開口している。それぞれの電極１１，１２とスペーサ２１の間は、シール部材２５によりシールされる。

第１の電極１１の外面には、樹脂等の絶縁材料からなる流入側配管３１が装着され、流入側配管３１には貫通孔１５に連通する供給流路３１ａが設けられている。流入側配管３１の一端面は電極１１の外面に突き当てられ、他端面には流入側アダプター３２のフランジ３２ａが突き当てられ、流入側アダプター３２と流入側配管３１は樹脂等の絶縁材料からなる連結部材３３ａにより電極１１に取り付けられる。連結部材３３ａと電極１１はねじ部材３４ａにより締結され、連結部材３３ａと流入側アダプター３２はねじ部材３５ａにより締結される。流入側配管３１の両端面はシール部材３６ａによりシールされる。

第２の電極１２の外面には、樹脂等の絶縁材料からなる流出側配管３７が装着され、流出側配管３７には貫通孔１６に連通する吐出流路３７ａが設けられている。流出側配管３７の一端面は電極１２の外面に突き当てられ、他端面には流出側アダプター３８のフランジ３８ａが突き当てられ、流出側アダプター３８と流出側配管３７は樹脂等の絶縁材料からなる連結部材３３ｂにより電極１１に取り付けられる。連結部材３３ｂと電極１２はねじ部材３４ｂにより締結され、連結部材３３ｂと流出側アダプター３８はねじ部材３５ｂにより締結される。流出側配管３７の両端面はシール部材３６ｂによりシールされる。連結部材３３ｂは、図２に示されるように、３本設けられており、連結部材３３ａも同様に３本設けられている。

殺菌処理装置１０ａにより殺菌処理される飲食物材料は、図１に示されるように、流入側アダプター３２に接続される配管４１により殺菌処理装置１０ａに供給される。配管４１は図示しないホッパに接続されており、配管４１には、飲食物供給手段としてのポンプ４０により貫通孔１５に供給される。飲食物材料は、連通孔２４を流れる間に、電極１１，１２からなる電極対１４に印加される高電圧パルスにより殺菌処理される。殺菌処理された飲食物材料は、流出側アダプター３８に接続される配管４２により外部に案内される。

電極１１を冷却するために、電極１１には冷却液流路４４ａが設けられ、電極１１の図２における左側面には流入側の継手４５ａが設けられ、電極１１の上面には流出側の継手４６ａが設けられている。継手４５ａに接続される冷却配管から供給される冷却液は、冷却液流路４４ａを流れた後に、継手４６ａから外部に排出される。同様に、電極１２を冷却するために、電極１２には冷却液流路４４ｂが設けられ、電極１２の図２における下側面には流入側の継手４５ｂが設けられ、電極１２の左側面には流出側の継手４６ｂが設けられている。継手４５ｂに接続される冷却配管から供給される冷却液は、冷却液流路４４ｂを流れた後に、継手４６ｂから外部に排出される。

両方の電極１１，１２の外面には、図３に示されるように、複数の取付孔４３が設けられている。電源ユニットの給電ケーブルの先端に設けられた図示しない給電バーが、殺菌処理装置１０ａの配置状況に応じて、いずれかの取付孔４３に取り付けられる。電極対１４には、電極１１，１２の間の距離１ｍｍ当たり２００Ｖ以上の高電圧パルスが印加される。スペーサ２１の厚みＢが２ｍｍの場合には、電極対１４には４００Ｖ以上の高電圧パルスが印加される。

図４は、電極対１４に高電圧パルスを印加するための電源ユニット５０を示すブロック図である。

電源ユニット５０は、図４に示されるように、サイリスタつまりサイリスタスタック５１を有している。サイリスタスタック５１は、図示しないサイリスタ（ＳＣＲ）と冷却ファンと交互に配置してこれらを束ねた形態となっており、外部からの例えば２００Ｖまたは４００Ｖの３相の商用交流電流を直流電流に整流して２５０Ｖまたは５００Ｖに昇圧する。サイリスタスタック５１の出力端子にはインバータ５２が接続されており、サイリスタスタック５１から出力された直流電流は、インバータ５２により高周波電流に変換される。インバータ５２は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）により構成されており、５〜４００ｋＨｚの高電圧パルスを出力する。

インバータ５２の出力端子には昇圧トランス５３が接続されている。昇圧トランス５３は、インバータ５２から出力された高周波電流を昇圧して高電圧パルスを発生させ、電極対１４に高電圧パルスを印加する。電極対１４を構成する電極１１，１２のうち、一方が高電位側の電極となり、他方が低電位側の電極となる。

電源ユニット５０は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）５４を有している。このＰＬＣ５４には、操作パネル５５が接続されており、操作パネル５５には、飲食物材料に対する通電条件を入力するためのキー等からなる入力部が設けられている。さらに、入力された通電条件等を表示するための図示しないディスプレイが操作パネル５５に設けられている。ＰＬＣ５４は、サイリスタスタック５１とインバータ５２に対する制御信号を演算するマイクロプロセッサと、制御プログラム、演算式、マップデータ等が格納されるメモリを有している。

サイリスタスタック５１の作動を制御するために、サイリスタスタック５１には定電圧制御部５６が接続されている。インバータ５２の作動を制御するために、インバータ５２には発振制御部５７が接続されている。定電圧制御部５６と発振制御部５７は、それぞれＰＬＣ５４から制御信号により作動し、ＰＬＣ５４とともにサイリスタスタック５１とインバータ５２の作動を制御する制御部を構成している。殺菌処理された飲食物材料の温度を検出するために、温度センサ５８が流出側アダプター３８に配置されており、温度センサ５８の検出信号は、ＰＬＣ５４に送られる。

定電圧制御部５６によりサイリスタスタック５１の起動つまりオンオフが制御されるとともに、サイリスタスタック５１の出力電圧が定電圧制御部５６にフィードバックされる。定電圧制御部５６からは、ＰＬＣ５４に対して、サイリスタスタック５１を起動させた状態と起動を停止させた状態との検出信号がフィードバックされる。

一方、発振制御部５７によりインバータ５２の起動が制御されるとともに、インバータ５２から出力される高周波パルスを１サイクル毎に発振制御部５７にフィードバック信号が出力される。さらに、発振制御部５７は、ＰＬＣ５４に対してインバータ５２に対する発振開始信号と発振終了信号とを出力し、インバータ５２から出力された高周波パルスの数がＰＬＣ５４によりカウントされる。インバータ５２から出力される高周波パルスの数が設定数となると、ＰＬＣ５４は発振制御部５７に発振の停止つまり高周波パルスの出力停止信号を出力し、インバータ５２の出力を停止する。

インバータ５２から出力された高周波パルスを昇圧することにより、飲食物材料に高電圧パルスを印加して飲食物材料を殺菌処理する場合には、サイリスタスタック５１を起動させた状態のもとで、インバータ５２のオンオフを制御して高電圧パルスを飲食物材料に印加する。このように、インバータ５２をオンオフ制御して高電圧パルスを飲食物材料に印加するようにすると、インバータ５２の立ち上がりと立ち下がりの速度を迅速に設定することができ、瞬時に殺菌電圧の高電圧パルス飲食物材料に印加することができる。これにより、飲食物材料が過加熱される前に、飲食物材料に含まれる細菌を殺菌することができ、殺菌後の飲食物材料が変質したり、風味が損なわれたりすることなく、高品質の殺菌処理を行うことができる。

スペーサ２１は、図１〜図３に示されるように、電極１１，１２よりも長辺と短辺とが大きく設定されており、電極１１，１２の外周面よりも外方に突出している。スペーサ２１の一方面には、電極１１の角部に係合する位置決めブロック５８ａが４つ配置され、スペーサ２１の他方面には、図２に示されるように、電極１２の角部に係合する位置決めブロック５８ｂが４つ配置される。それぞれの位置決めブロック５８ａ，５８ｂは樹脂等の絶縁材料により形成されており、対向する位置決めブロック５８ａ，５８ｂを貫通するねじ部材５９によりそれぞれの位置決めブロック５８ａ，５８ｂはスペーサ２１に固定される。それぞれの位置決めブロック５８ａ，５８ｂが電極１１，１２に係合することにより、スペーサ２１は電極１１，１２に挟み込まれた状態で位置決めされる。

このように、絶縁材料からなるスペーサ２１を電極１１，１２の外周面よりも外方に突出させると、飲食物材料を殺菌処理する際に、電極１１，１２の外周面相互間における空中放電を遮断することができる。種々の飲食物材料を殺菌処理装置１０ａにより殺菌処理することができるように、電源ユニット５０からは電極対１４に５〜４００ｋＨｚの周波数の高電圧パルスを印加することができる。

実験によると、スペーサ２１を電極１１，１２の外周面よりも突出させない形態においては、高電圧パルスの周波数を２０ｋＨｚ以上に高めると、表皮効果により、電極１１，１２の外周面から空中放電現象が発生することが判明した。空中放電現象が発生すると、印加電圧を効率的に飲食物材料に印加することができなくなり、殺菌効率が低下することが避けられない。

そこで、実施の形態の殺菌処理装置１０ａにおいては、スペーサ２１を電極１１，１２の外周面よりも外方に突出させて、対をなす両方の電極１１，１２の沿面距離をスペーサ２１の厚みよりも長くする。これにより、高電圧パルスの周波数を２０ｋＨｚ以上としても、絶縁材料からなるスペーサ２１により空中放電が遮断されることが判明した。したがって、流路内に高速で飲食物材料を流しても、効率的に飲食物を殺菌処理することが判明した。実験によれば、スペーサ２１を迂回した両方の電極１１，１２の外周面の距離つまり沿面距離が５ｍｍ以上となるように、スペーサ２１を電極１１，１２の外周面よりも突出させると、高電圧パルスの周波数を２０〜４００ｋＨｚとしても、確実に空中放電の発生を防止することができた。

図２に示されるように、電極１１，１２の長手方向の寸法をＬ１とし、幅方向の寸法をＷ１とし、スペーサ２１の長手方向の寸法をＬ２とし、幅方向の寸法をＷ２とすると、スペーサ２１は電極１１，１２の上下それぞれに（Ｌ２−Ｌ１）／２の寸法で電極１１，１２の外周面から突出する。同様に、スペーサ２１は電極１１，１２の左右それぞれに（Ｗ２−Ｗ１）／２の寸法で電極１１，１２の外周面から突出する。図２においては、突出寸法は上下左右それぞれほぼ同一に設定されている。

両方の電極１１，１２の上下方向の沿面距離は、スペーサ２１の厚み寸法と、スペーサ２１の一方面の突出長さと、スペーサ２１の他方面の突出長さとの合計、つまりスペーサ２１が外部に吐出した部分における両方の電極１１，１２の外周面との間の距離である。したがって、上下の沿面距離は、｛（Ｌ２−Ｌ１）／２｝×２＋Ｂになり、左右の沿面距離は｛（Ｗ２−Ｗ１）／２｝×２＋Ｂとなる。

殺菌処理装置１０ａは、種々の飲食物材料の殺菌処理するために、５〜４００ｋＨｚの周波数の高電圧パルスを印加することができるようになっている。スペーサ２１を電極１１，１２の外周面よりも外方に突出させると、この範囲の周波数のうちのいずれの周波数の高電圧パルスを電極対１４に供給するようにしても、２０ｋＨｚ以上とする場合も含めて、効率的に飲食物の殺菌処理を行うことができた。

図１に示されるように、殺菌処理装置１０ａにおいは、流入側配管３１は一方の電極１１に設けられ、流出側配管３７は他方の電極１２に設けられているが、一方の電極に流入側配管３１と流出側配管３７とを設け、両方の配管が設けられた電極を低電位側の電極としても良い。

図５は、他の実施の形態である飲食物の殺菌処理装置１０ｂを示す縦断面図である。図６は図５の右側面図であり、図７は図５におけるＡ−Ａ線拡大断面図であり、図８は図５におけるＢ−Ｂ線拡大断面図である。図９は図５に示された２対の電極対とスペーサの部分を示す拡大断面図である。

この殺菌処理装置１０ｂは、それぞれ環状となった３つの電極１１〜１３を有している。それぞれの電極１１〜１３は、中心部に貫通孔１７が形成され、貫通孔１７が同軸となって配置される。電極１１とこれに対して軸方向に隣り合った電極１２との２つの電極により電極対１４ａが形成され、両方の電極１１，１２の間には絶縁材料からなるスペーサ２２が配置される。電極１２とこれに対して軸方向に隣り合った電極１３との２つの電極により電極対１４ｂが形成され、両方の電極１２，１３の間にはスペーサ２３が配置される。それぞれのスペーサ２３には貫通孔１７に連通する連通孔２６が設けられており、貫通孔１７と連通孔２６とにより飲食物材料が流れる直線状の流路が形成される。流路はそれぞれの電極１１〜１３の端面に突き当てられるシール部材２７によりシールされる。

電極１１にはシール部材２７を介して流入側配管３１が突き当てられ、電極１３にはシール部材２７を介して流出側配管３７が突き当てられる。流入側配管３１の供給流路３１ａと、流出側配管３７の吐出流路３７ａは、貫通孔１７と連通孔２６により形成される流路と同軸となっている。流入側アダプター３２のフランジ３２ａが流入側配管３１に突き当てられ、流出側アダプター３８のフランジ３８ａが流出側配管３７に突き当てられる。流入側アダプター３２のフランジ３２ａと、流出側アダプター３８のフランジ３８ａは、４本のタイロッド６１により締結される。それぞれのタイロッド６１の一端部は、フランジ３２ａを貫通し、ナット６２によりフランジ３２ａに締結される。

流出側アダプター３８には押さえプレート６３が軸方向に移動自在に装着され、タイロッド６１の他端部はフランジ３８ａと押さえプレート６３を貫通している。タイロッド６１には、フランジ３８ａと押さえプレート６３の間に位置させて、複数の皿ばねからなるばね組立体６４が装着され、ばね組立体６４によりフランジ３８ａには流出側配管３７に向かう方向のばね力が加えられる。それぞれのタイロッド６１の他端部は、ナット６５により押さえプレート６３に締結される。

図５および図７に示されるように、電極１１には取付孔４３が設けられており、取付孔４３にねじ結合されるねじ部材６６により電極１１には給電バー６７が取り付けられる。同様に、電極１２には給電バー６８が取り付けられ、電極１３には給電バー６９が取り付けられる。それぞれの給電バー６７〜６９は、図４に示される電源ユニット５０の昇圧トランス５３に接続される。中間位置の電極１２の給電バー６８には、昇圧トランス５３の高電位側の給電ケーブルが接続される。電極１２に対して外側の位置の電極１１，１３の給電バー６７，６９には、昇圧トランス５３の低電位側の給電ケーブルが接続される。図５に示される電極対１４ａ，１４ｂの電極間の間隔が１０ｍｍの場合には、電極対には昇圧トランス５３から２０００Ｖ以上の高電圧パルスが印加される。

図９に示されるように、電極１１〜１３の外径をＤ１とし、スペーサ２２，２３の外径をＤ２とすると、スペーサ２２，２３が電極１１〜１３の外周面から突出する寸法は、Ｄ２−Ｄ１の２分の１となる。したがって、図５〜図９に示される電極対１４ａ，１４ｂにおける電極間の沿面距離は、電極間の間隔に、［（Ｄ２−Ｄ１）／２］×２を加えた距離となる。これにより、スペーサ２２，２３の外周が電極１１〜１３の外周面よりも外方に突出し、沿面距離を５ｍｍ以上に設定することができ、高電圧パルスの周波数を２０ｋＨｚ以上としても、絶縁材料からなるスペーサ２１により空中放電が遮断されることが判明し、流路内に高速で飲食物材料を流しても、効率的に飲食物を殺菌処理することができた。

図５に示される殺菌処理装置１０ｂは、２対の電極対１４ａ，１４ｂを有しており、飲食物材料の流れ方向において中間位置の電極１２は両方の電極対１４ａ，１４ｂを形成する共通の電極となっている。このタイプの殺菌処理装置１０ｂにおいては、電極対の数は２対に限られることなく、３つの電極以上であって、奇数の電極を備えた形態とすることができる。電極数を奇数とすることにより、流入側配管３１と流出側配管３７に突き当てられる電極群の端部となる電極を低電位側とすることができる。

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。

１１〜１３電極
１４，１４ａ，１４ｂ電極対
１５〜１７貫通孔
２１〜２３スペーサ
２４，２６連通孔
３１流入側配管
３２流入側アダプター
３７流出側配管
３８流出側アダプター
４０ポンプ
５０電源ユニット
６７〜６９給電バー

Claims

それぞれ飲食物が流れる貫通孔が形成され、電極対を形成する少なくとも２つの電極と、
前記電極の間に配置され、前記貫通孔に連通する連通孔が形成される絶縁材料からなるスペーサと、
前記貫通孔と前記連通孔により形成される流路に飲食物を供給する飲食物供給手段と、
前記電極対を形成する２つの前記電極の間の距離１ｍｍ当たり２００Ｖ以上の高電圧パルスを前記電極対に印加する電源ユニットと、を有し、
前記スペーサを前記電極の外周面よりも外方に突出させて、前記電極の外周面相互間における空中放電を遮断する、飲食物の殺菌処理装置。
請求項１記載の飲食物の殺菌処理装置においては、前記電源ユニットは、５〜４００ｋＨｚの周波数の高電圧パルスを前記電極対に供給する、飲食物の殺菌処理装置。
請求項１または２記載の飲食物の殺菌処理装置において、前記スペーサは対をなす前記電極の外周面間の沿面距離が５ｍｍ以上となるように外方に突出する、飲食物の殺菌処理装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の飲食物の殺菌処理装置において、第１の貫通孔が形成された板状の第１の電極と、第１の前記貫通孔に対して径方向にずれる第２の貫通孔が形成された板状の第２の電極と、第１と第２の前記電極の間に配置され、第１と第２の前記貫通孔に連通する前記連通孔が形成されるスペーサとを有する、飲食物の殺菌処理装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の飲食物の殺菌処理装置において、それぞれ貫通孔が形成され前記貫通孔が同軸となって配置される少なくとも３つの環状の前記電極と、軸方向に隣り合った２つの前記電極により形成される前記電極対の間に挟み込まれ、前記貫通孔と同軸の前記連通孔が形成される前記スペーサとを有する、飲食物の殺菌処理装置。