JP2019208363A - 飲食物の加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】５００ＣＰ以下の飲食物の通電加熱処理を効率的に行い得るようにする。【解決手段】複数の通電加熱ユニット２１、２２は、それぞれ上下方向に配置される管路２４を有し、管路２４には飲食物の流れに沿う方向に電流を流す複数の電極２６が設けられている。上流側の通電加熱ユニット２１と下流側の通電加熱ユニット２２は連通配管１５により接続され、それぞれの通電加熱ユニット２１、２２の流出端部には、飲食物を撹拌する撹拌機３１、３２が設けられている。加熱装置１０により粘度が５００ＣＰ以下の飲食物をジュール熱により加熱処理する。【選択図】図１

Description

本発明は、ジュール熱により飲食物を加熱する加熱装置に関し、特に、粘度が５００ＣＰ以下の飲食物を加熱する飲食物の加熱装置に関する。

流動性を有する飲食物をジュール熱により加熱する加熱装置としては、特許文献１に記載されるように、複数の通電加熱ユニットを有する装置がある。それぞれの通電加熱ユニットは、複数の環状の電極が設けられた管路を有しており、管路内に飲食物を流しながら、電極間に飲食物を介して電流を流すことにより、飲食物を調理温度や殺菌温度に加熱する。

通電加熱ユニットを構成する管路は所定の長さを有し真っ直ぐであり、特許文献１に記載されるように、通電加熱ユニットは傾斜させて支持台に取り付けられている。通電加熱ユニットを傾斜させるのは、１ｍ以上の長さの通電加熱ユニットを上下方向に一直線状に連結して配置すると、上下方向の高さが限られた設置空間の中には、加熱装置を配置することができない場合があり、加熱装置の設置場所に制限があるためである。それぞれの通電加熱ユニットを傾斜させて、ジグザグ状に複数本の通電加熱ユニットを連結すると、加熱装置としての高さを抑えつつ、必要な長さを確保することができる。

特許第２７９３４７３号公報

このように、傾斜させた複数の通電加熱ユニットを備えた加熱装置により、お茶やゼリー飲料等のように、粘度が５００ＣＰ以下の粘度の低い飲食物を管路内に流すと、飲食物は層流となって管路内を流れる。したがって、管路の内周面の部分の飲食物の流速は中心部の流速よりも遅くなる。

粘度が低い飲食物を管路内で通電加熱すると、溶存していた気体によって飲食物に泡が発生する。発生した泡は、飲食物よりも比重が軽いので、飲食物内を上昇し、傾斜した通電加熱ユニットの管路の上側内面に付着する傾向がある。特に、タンパク質や糖質を多く含む飲食物は、気泡を囲む部分の付着性が強い。管路の内周面の部分の飲食物の流速は中心部よりも遅いので、泡が管路の内面に付着すると、泡の部分の流速は他の部分の約５分の１程度に低下することが判明した。つまり、泡が付着した部分は、中心部が通電加熱ユニットを通過する時間の５倍の時間がかかっている。このため、泡を囲む泡の周囲の飲食物に他の部分よりも長時間電流が流れてしまい、その部分の飲食物が焦げ付いたり、突沸したりすることがある。

特に、飲食物に含まれるタンパク質は、６０℃からタンパク質の変成が始まり、１００℃以上になると管路の内壁面に付着し易くなる。管路の内壁面に飲食物が付着し、付着した部分が焦げ付くと、その焦げ付き部分が広がってしまうので、飲食物の通電加熱が一定時間経過したら、加熱処理を中止して、通電加熱ユニットの管路内面を洗浄する必要がある。

短時間の加熱処理毎に洗浄処理を行うようにすると、飲食物を効率的に通電加熱処理することができなくなる。

本発明の目的は、５００ＣＰ以下の飲食物の通電加熱処理を効率的に行い得るようにすることにある。

本発明の飲食物の加熱装置は、粘度が５００ＣＰ以下の飲食物をジュール熱により加熱する飲食物の加熱装置であって、それぞれ上下方向に配置され飲食物を案内する管路を備え、飲食物の流れに沿う方向に電流を流す複数の電極が前記管路に設けられた複数の通電加熱ユニットと、上流側の前記通電加熱ユニットと下流側の前記通電加熱ユニットとを接続する連通配管と、それぞれの前記通電加熱ユニットの流出端部に設けられ、飲食物を撹拌する撹拌機と、を有し、飲食物内部の泡を前記管路の内面に付着させずに飲食物を加熱する。

通電加熱ユニットの管路内を層流で流れる粘度が５００ＣＰ以下の飲食物は、管路の内壁面側が中心部よりも流速が遅くなるが、管路が上下方向となっているので、飲食物から発生した気泡が管路の内面に付着することが低減される。これにより、管路の内壁面側の飲食物が過度に加熱されて内壁面に焦げ付いたり、突沸したりすることが防止されるので、通電加熱ユニットを洗浄する頻度を減少させることができ、飲食物の通電加熱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加熱装置を示す概略図である。 図１の一部を示す拡大断面図である。 （Ａ）は管路の一部を示す一部切り欠き斜視図であり、（Ｂ）は変形例である管路の一部を示す斜視図である。 管路内における飲食物の流れ方向と電流の方向を示す断面図である。 他の実施の形態である飲食物の加熱装置を示す概略図である。 図５に示した飲食物の加熱装置の変形例を示す概略図である。

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に示される加熱装置１０は、第１の通電加熱ユニット２１と第２の通電加熱ユニット２２と第３の通電加熱ユニット２３とを有している。これらの通電加熱ユニット２１〜２３は、それぞれ同一の構造であり、上下方向を向いて一直線状に配置されている。図１においては、第３の通電加熱ユニット２３は第２の通電加熱ユニット２２と作図の便宜のため、並列に示されているが、実際は３つの通電加熱ユニット２１〜２３は上下方向に一直線状に配置されており、二点鎖線の部分には管路は存在しない。

お茶やゼリー飲料等のように粘度が５００ＣＰ以下の低粘度の飲食物Ｆが、ホッパー１１内に投入される。ホッパー１１内の飲食物Ｆを通電加熱ユニット２１〜２３に送り出すために、ホッパー１１の下方にはポンプ１２が設けられている。ポンプ１２の吐出部と通電加熱ユニット２１の流入端部との間には、供給配管１３が接続されている。

通電加熱ユニット２１は管路２４を有しており、管路２４の内部には、図２に示されるように、飲食物を案内する案内孔２５が形成されている。管路２４は、７つの電極２６と電極間に配置される複数の絶縁管２７とを有しており、電極２６はチタン等の導体により形成され、絶縁管２７はフッ素樹脂等の絶縁性の樹脂材料により形成される。図３（Ａ）に示されるように、電極２６は横断面が円形の環状電極であり、絶縁管２７は横断面が円形の管部材である。

管路２４は７つの電極２６を有しており、案内孔２５を流れる飲食物の流れ方向に隣り合う２つの電極２６が対となって電極対を構成している。それぞれの電極対に電力を供給するために、加熱装置１０は電源ユニット２８を有しており、電源ユニット２８からは対をなす一方の電極と他方の電極とが相互に逆特性となるように高周波電流が供給される。１つの管路２４に設けられる電極２６の数は、図示した数に限られることなく、複数であれば任意の数とすることができる。

このように、飲食物の案内孔２５が設けられた管路２４に間隔を隔てて複数の電極２６を配置すると、電極間を流れる電流は飲食物の流れに沿う方向に流れる。図４において矢印Ｆは、飲食物の流れ方向を示しており、飲食物は上下方向に配置された管路２４内を下端部から上端部に向けて上方に流れ、電極間の電流は飲食物に沿って流れる。図４において、細線は電極間を流れる電流の方向を示している。

粘度が５００ＣＰ以下の粘度の低い飲食物を管路２４内に流すと、飲食物は層流となって管路２４内を流れるので、案内孔２５の横断面における飲食物の流速は、中心部よりも管路内周面側が遅くなる。したがって、管路２４内を流れてジュール熱により加熱される飲食物は、管路２４の内周面側の方が中心部よりも温度が高くなる。

飲食物が通電加熱されると、飲食物の中の溶存気体が気泡に成長する。従来のように、通電加熱ユニット２１を傾斜させて配置すると、飲食物内部の泡は、飲食物よりも軽量なので、管路２４の内周面に気泡の多くが付着する。気泡が内周面に付着すると、付着した気泡の流速は、飲食物よりも遅くなる。これに対し、図１に示すように、通電加熱ユニット２１を上下方向に配置すると、管路２４の内周面に飲食物内部の気泡が付着することが抑制される。下流側の通電加熱ユニット２２、２３についても、同様に管路の内周面への気泡の付着が大幅に低減される。したがって、通電加熱ユニット２１、２２、２３による飲食物の通電処理が一定の時間行われた後に、通電加熱ユニット２１、２２、２３の洗浄処理を行っているが、洗浄処理のためのメンテナンスの間隔を長くすることができる。洗浄処理を行う間隔を長くすることができるので、飲食物を効率的に通電加熱処理することができる。

管路２４の内周面に気泡が付着しないようにするためには、管路２４を鉛直方向に設置することが好ましいが、管路２４が鉛直方向に対して±２０度以内の角度であれば、メンテナンスの間隔をある程度長くすることができた。より好ましくは、鉛直方向に対して±１０度以内の角度とすれば、実質的に鉛直方向とほぼ同様のメンテナンスの間隔とすることができる。

それぞれの通電加熱ユニット２１〜２３の流出端部には、撹拌機３１〜３３が設けられており、それぞれの撹拌機３１〜３３は同一の構造である。撹拌機３１は、図２に示されるように、撹拌機ケース３４を有し、その内部には複数の螺旋羽根３５ａ、３５ｂが配置されている。螺旋羽根３５ａは内部を流れる飲食物を下流側に向けて右方向に１８０度旋回させる。一方、螺旋羽根３５ｂは、流入側の端面が螺旋羽根３５ａの流出側の端面に対して９０度ずれており、内部を流れる飲食物を下流側に向けて左方向に１８０度旋回させる。撹拌機３１を通過した飲食物は、撹拌機３１を介して通電加熱ユニット２１に接続される連通配管１５により通電加熱ユニット２２に送られて、同様に加熱処理される。同様に、撹拌機３２を通過した飲食物は、撹拌機３２を介して通電加熱ユニット２２に接続される連通配管１６により通電加熱ユニット２３に送られて、加熱処理される。それぞれの撹拌機３１〜３３を構成する螺旋羽根の数は、２つに限られず、任意の数とすることができる。

このように、それぞれの通電加熱ユニット２１〜２３を通過した飲食物は、撹拌機３１〜３３に送られ、一方向に旋回した後に逆方向に旋回することにより、撹拌される。これにより、撹拌機３１〜３３を通過した飲食物は、流れを横切る方向における温度がほぼ均一になる。したがって、撹拌機３１を通過した飲食物を通電加熱ユニット２２により加熱すると、温度がほぼ均一に混合された飲食物を加熱することができる。通電加熱ユニット２２により加熱された飲食物は、撹拌機３２により撹拌混合されて、連通配管１６により通電加熱ユニット２３により加熱され、撹拌機３３により撹拌混合されて下流側に案内される。

図１の加熱装置１０は、３台の通電加熱ユニット２１〜２３を備えているが、通電加熱ユニット２１〜２３の数は任意に設定することができる。最終段の通電加熱ユニット２３で加熱が完了された飲食物は、撹拌機３３により撹拌された後に連通配管１７により下流側に案内される。下流側には案内された飲食物は、図示しないホールド管において一定時間保持された後に、冷却管において冷却され、容器等に注入する工程に搬送される。連通配管１７には圧力調整弁１８が設けられており、この圧力調整弁１８によりポンプ１２から吐出された飲食物が大気圧以上に保持される。

それぞれの通電加熱ユニット２１〜２３を構成する管路２４の横断面形状としては、図３（Ａ）に示した円形に限らず、飲食物の流れに沿う方向に電流を流す電極であれば、図３（Ｂ）に示されるように、ほぼ四角形の環状としても良い。さらには、ほぼ三角形の環状としても良く、多角形の環状としても良い。

図１に示される加熱装置１０において、ホッパーに投入された１０℃の飲食物を最終的に約１０５℃まで加熱する場合には、第１の通電加熱ユニット２１により６０℃近くまで加熱し、第２の通電加熱ユニット２２により約９０℃まで加熱し、第３の通電加熱ユニット２３により約１０５℃まで加熱する場合について説明する。

飲食物にタンパク質が含まれている場合には、タンパク質は６０℃からタンパク質の変成が始まり、１００℃以上になると管路の内壁面に付着し易くなる。１台の通電加熱ユニットにおける１秒当たりの加熱温度を加熱率ΔＴとすると、第１段目の通電加熱ユニット２１における加熱率ΔＴは５℃／１秒とし、第２段目の通電加熱ユニット２２における加熱率ΔＴは３℃／１秒とし、第３段目の通電加熱ユニット２３における加熱率ΔＴを１．５℃／１秒とする。それぞれの通電加熱ユニット２１〜２３の飲食物の通過時間が１０秒となるように、ポンプ１２の吐出速度を設定すると、加熱率ΔＴが５℃／１秒の第１の通電加熱ユニット２１により飲食物は６０近くの温度つまり６０℃未満の温度まで加熱され、加熱率ΔＴが３℃／１秒の第２の通電加熱ユニット２２により飲食物は約９０℃まで加熱され、加熱率ΔＴが１．５℃／１秒の第３の通電加熱ユニット２３により飲食物は約１０５℃まで加熱される。それぞれの加熱率ΔＴは、電源ユニット２８から電極２６に印加される電圧により設定される。

このように、最終的な加熱温度が６０℃未満の通電加熱ユニット２１においては、ΔＴを５℃／１秒とし、第２段目と第３段目の通電加熱ユニット２２、２３のように、６０℃を超える温度で加熱処理する通電加熱ユニットにおいては、加熱率ΔＴを第１段目よりも小さい値に設定する。

このように、タンパク質変性温度にまで上昇させない上流側の通電加熱ユニット２１においては高い加熱率ΔＴで加熱することにより、短時間で温度を上昇させることができるので、加熱処理効率を高めることができる。一方、タンパク質変性が始まった後の温度の範囲で通電加熱処理する下流側の通電加熱ユニット２２においては、加熱率ΔＴを小さくすることにより、飲食物の焦げ付きを発生させることなく、効率的に加熱処理することができる。さらに、１００℃以上の温度まで加熱する場合には、１００℃を超えると、飲食物は管路の２４の内周面に付着し易くなるので、さらに加熱率ΔＴを小さくすると、飲食物の焦げ付き発生を抑制することができる。

下流側の第２の通電加熱ユニット２２の加熱率ΔＴを、上流側の第１の通電加熱ユニット２１の加熱率ΔＴよりも小さくする方式としては、それぞれの電源ユニット２８から電極２６に印加される電圧を相違させる方式がある。その場合には、両方の通電加熱ユニット２１〜２３における電極間の間隔を同一とすることができる。図１に示した通電加熱ユニット２１〜２３においては、電極間の間隔を同一として、電源ユニット２８の出力電圧を相違させている。

通電加熱ユニット２２の加熱率ΔＴを通電加熱ユニット２１よりも小さくし、通電加熱ユニット２３の加熱率ΔＴを通電加熱ユニット２２よりも小さくする他の方式としては、通電加熱ユニット２１〜２３の電源ユニット２８の出力電圧を同一とし、下流側の通電加熱ユニット２２の電極間の間隔を、上流側の通電加熱ユニットの電極間の間隔よりも長くする方式がある。さらに、下流側の通電加熱ユニット２２の電極の数を、上流側の通電加熱ユニット２１の数よりも少なくして、全長を短くする方式とすることもできる。

図１に示した加熱装置１０においては、電源ユニット２８から電極２６に印加される電圧を、それぞれの通電加熱ユニット２１〜２３で相違させることにより、ΔＴを相違させている。つまり、通電加熱ユニット２２の電源ユニット２８の出力電圧は、通電加熱ユニット２１の電源ユニット２８よりも低く設定され、通電加熱ユニット２３の電源ユニット２８の出力電圧は、通電加熱ユニット２２の電源ユニット２８よりも低く設定されている。

図５は他の実施の形態である飲食物の加熱装置を示す概略図である。図５においては、図１に示された部材と共通性を有する部材には同一の符号が付されている。

図５に示される加熱装置１０は、第１の通電加熱ユニット２１と第２の通電加熱ユニット２２と第３の通電加熱ユニット２３を有している。それぞれの通電加熱ユニット２１〜２３は、図１に示した場合と相違して、上下方向を向いて相互に並列に配置されている。

ポンプ１２の吐出部と通電加熱ユニット２１の流入端部とを接続する供給配管１３には、予備加熱用の熱交換器１４が設けられている。熱交換器１４は、温水や蒸気を熱媒体として熱伝導により飲食物を予熱するために設けられている。ただし、上述した場合のように、熱交換器１４を用いることなく、ホッパー１１内の飲食物を通電加熱ユニット２１に直接供給するようにしても良い。

第１の通電加熱ユニット２１の流出端部と第２の通電加熱ユニット２２の流入端部との間は連通配管１５により接続され、第２の通電加熱ユニット２２の流出端部と第３の通電加熱ユニット２３の流入端部との間は連通配管１６により接続されている。第３の通電加熱ユニット２３の流出端部には連通配管１７が接続されており、通電加熱処理が終了した飲食物は、後処理工程に搬送される。

３つの通電加熱ユニット２１〜２３を並列に配置することによって、加熱装置１０の高さを高くすることなく、それぞれの通電加熱ユニット２１〜２３を上下方向の配置とすることができる。連通配管１５は、通電加熱ユニット２１の上端部から通電加熱ユニット２２の下端部に向けて蛇行しており、連通配管１５には通電加熱ユニット２１により加熱された飲食物を撹拌するための撹拌機３１が設けられている。同様に、連通配管１６には撹拌機３２が設けられ、連通配管１７には撹拌機３３が設けられており、それぞれの撹拌機は同一構造である。

それぞれの連通配管１５、１６においては、撹拌機３１、３２を通過した飲食物は、下向きに流れて下流側の通電加熱ユニット２２、２３に案内される。したがって、飲食物は上向きに流れるときに通電加熱され、下向きに流れるときには通電加熱されることはない。このように、上に向かって流れるときに通電加熱することにより、飲食物内部の泡を管路の内面に付着させることなく、効率的に飲食物を加熱することができる。

それぞれの通電加熱ユニット２１〜２３の管路２４も鉛直方向に設置することが好ましいが、上述したように、鉛直方向に対して±２０度以内であれば、メンテナンスの間隔ある程度長くすることができた。より好ましくは、鉛直方向に対して±１０度以内とすれば、実質的に鉛直方向とほぼ同様のメンテナンスの間隔とすることができる。

それぞれの連通配管１５〜１７は、通電加熱ユニットの流出端部から上方に延びてから水平に屈曲した部分、つまり上側部分を有している。それぞれの上側部分には、図５に示されるように、飲食物に含まれている気泡を外部に排出するための空気抜き弁３６が設けられている。上側部分である屈曲部分を流れる飲食物は、上方に向かう流れから水平方向に向かう流れに姿勢が変更されるので、気泡が連通配管１５〜１７の上側の内面に向けて移動して、屈曲部分に溜まることがある。溜まった気泡は、空気抜き弁３６を開放操作することにより、外部に排出され、飲食物の中に気泡が入り込むことが防止される。

図５の加熱装置１０においては、予備加熱用の熱交換器１４が設けられており、例えば、ホッパー１１内に投入された１０℃の飲食部は、熱交換器１４により２０℃まで加熱される。飲食物は、第１段目の通電加熱ユニット２１により６０℃近い温度まで通電加熱され、第２段目の通電加熱ユニット２２により約９０℃まで加熱され、第３段目の通電加熱ユニット２３により約１０５℃まで加熱される。

この場合には、第１段目の通電加熱ユニット２１における加熱率ΔＴを４℃／１秒とし、第２段目の通電加熱ユニット２２における加熱率ΔＴを３℃／１秒とし、第３段目の通電加熱ユニット２３における加熱率ΔＴを１．５℃／１秒とする。それぞれの加熱率ΔＴは電源ユニット２８の出力電圧を相違させることにより設定される。これにより、各々の通電加熱ユニット２１〜２３において飲食物を１０秒で通過させると、各々の通電加熱ユニット２１〜２３において飲食物は上述した温度に加熱される。

図６は図５に示した飲食物の加熱装置の変形例を示す概略図である。この加熱装置１０においては、第２段目の通電加熱ユニット２２における電極間の間隔が、第１段目の通電加熱ユニット２１における電極間の間隔よりも広く設定され、第３段目の通電加熱ユニット２３における電極間の間隔が、第２段目の通電加熱ユニット２２における電極間の間隔よりも広く設定されている。これにより、それぞれの通電加熱ユニット２１〜２３における電源ユニット２８の出力電圧を同じとしても、通電加熱ユニット２２における加熱率ΔＴを上流側の通電加熱ユニット２１よりも小さく設定することができ、通電加熱ユニット２３における加熱率ΔＴを上流側の通電加熱ユニット２２よりも小さく設定することができる。したがって、図５に示した場合と同様に、第１段目の通電加熱ユニット２１の加熱率ΔＴを４℃／１秒とし、第２段目の通電加熱ユニット２２の加熱率ΔＴを３℃／１秒とし、第３段目の通電加熱ユニット２３の加熱率ΔＴを１．５℃／１秒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。

１０ 加熱装置
１１ ホッパー
１２ ポンプ
１３ 供給配管
１４ 熱交換器
１５〜１７ 連通配管
２１〜２３ 通電加熱ユニット
２４ 管路
２５ 案内孔
２６ 電極
２７ 絶縁管
２８ 電源ユニット
３１〜３３ 撹拌機
３４ 撹拌機ケース
３５ａ、３５ｂ 螺旋羽根
３６ 空気抜き弁

Claims (7)

1. 粘度が５００ＣＰ以下の飲食物をジュール熱により加熱する飲食物の加熱装置であって、
   それぞれ上下方向に配置され飲食物を案内する管路を備え、飲食物の流れに沿う方向に電流を流す複数の電極が前記管路に設けられた複数の通電加熱ユニットと、
   上流側の前記通電加熱ユニットと下流側の前記通電加熱ユニットとを接続する連通配管と、
   それぞれの前記通電加熱ユニットの流出端部に設けられ、飲食物を撹拌する撹拌機と、
   を有し、飲食物内部の泡を前記管路の内面に付着させずに飲食物を加熱する飲食物の加熱装置。
2. 請求項１記載の飲食物の加熱装置において、前記通電加熱ユニットを通過して連通配管を流れる飲食物には通電加熱しない、飲食物の加熱装置。
3. 請求項１または２記載の飲食物の加熱装置において、複数の前記通電加熱ユニットが上下方向に一直線状に配置される、飲食物の加熱装置。
4. 請求項１または２記載の飲食物の加熱装置において、相互に並列に配置される複数の前記通電加熱ユニットを有し、飲食物の流れ方向に隣り合って配置される上流側の前記通電加熱ユニットの上端と下流側の前記通電加熱ユニットの下端とを接続する連通配管の上側部分に、飲食物に含まれる気泡を外部に排出する空気抜き弁を設けた、飲食物の加熱装置。
5. 請求項４記載の飲食物の加熱装置において、飲食物を下向きに案内する前記連通配管においては飲食物を通電加熱せず、前記通電加熱ユニットにおいて飲食物を上向きに流しながら加熱する、飲食物の加熱装置。
   
6. 請求項１記載の飲食物の加熱装置において、それぞれの前記通電加熱ユニットは鉛直方向に対して±２０度以内の角度で上下方向に配置される、飲食物の加熱装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の飲食物の加熱装置において、前記通電加熱ユニット内における１秒当たりの加熱温度を加熱率ΔＴとすると、流出端部における飲食物の温度が６０℃未満の通電加熱ユニットの加熱率ΔＴは４〜５℃／１秒であり、流出端部における飲食物の温度が６０℃を超える通電加熱ユニットの加熱率ΔＴは３℃／１秒以下である、飲食物の加熱装置。

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