JP2020527231A - 質量流量の測定 - Google Patents

Abstract

１００ｃＰを上回る粘度を有する高粘度の食品（１）の比質量流量を特定する方法およびシステムであって、食品は加工の間、連続した移送流において、移送ポンプ（４）によって、バッファコンテナ（２）に供給され、またはバッファコンテナ（２）から排出され、計量装置（７）によって、バッファコンテナ（２）内の食品（１）の質量の変化が、特に１分または数分の範囲にある、定められた期間にわたって求められ（Δｍ／Δｔ）、同じ期間において、予期される移送力に比例する、移送ポンプ（４）のポンプパラメーターが登録され、ポンプパラメーターの変化が、この期間にわたって平均化され、平均ポンプパラメーターが得られ、質量の時間に伴う変化Δｍ／Δｔを、平均化されたポンプパラメーターで割った商として、目下の比質量流量が計算され、出力される。

Description

本発明は、１００ｃＰ、特に１０００ｃＰを上回る粘度を有する高粘度の食品の比質量流量（ｓｐｅｚｉｆｉｓｃｈｅｎ Ｍａｓｓｅｎｄｕｒｃｈｆｌｕｓｓｅｓ）を特定する方法に関する。ここで、食品、特に高粘度からペースト状のプロセスチーズ原料混合物は加工の間、連続した移送流において、移送ポンプによって、バッファコンテナに供給される、またはバッファコンテナから排出される。本発明はさらに、この方法を実施するシステムに関する。

既知のように、流動性製品の質量流量の測定は、従来の質量流量測定プローブを用いて実行可能である。このような目的のために、特に、磁気誘導式流量計（ＭＩＤ）が知られており、ここでは、少なくともわずかな導電性を有しているべきである製品が、磁界が通っている金属性のパイプを通って流れる。このパイプ内には測定電極が位置しており、これらの測定電極によって、製品の流れによって生じる、誘導的に生成された測定電圧の変化が測定される。プロセスチーズ原料混合物の場合には、このようなＭＩＤは、特に、利用の短い時間後のパイプ内およびプローブでの製品の付着が原因で、信頼性の高い測定値を限られた範囲でしか供給しない。

さらに、コリオリ原理に基づく質量流量計が知られている。このような流量計では、製品が流れるパイプ湾曲部が振動させられ、この振動が、パイプ湾曲部の終端部に取り付けられているセンサによって測定され、ここで位相差から質量流量が推測される。プロセスチーズ原料混合物等の高粘度の製品での測定の場合には、このようなセンサは適していない。なぜなら、このようなセンサは、管路が湾曲させられているため、詰まるのが速いからである。さらに、このような質量流量計は比較的高価である。

実際には、このような高粘度の製品の質量流量は、加工中にパイプラインを通じて製品をポンプ移送する移送ポンプによっても特定可能である。このような特定は、線形のポンプ特性曲線を備えたポンプの速度が、移送された質量に直接的に比例しているという単純化する仮定に基づいている。しかし、プロセスチーズ原料混合物等の製品の場合、このような仮定は、密度の大幅な変動もしくは気孔率のために、限られた範囲でしか正しくないので、特に製品が変化する場合、とりわけポンプ内の滑りも時間とともに変化するときは、この種の測定はすぐに自身の限界に達してしまう。したがって、線形の質量流量のこの仮定は、動作状態が既知の場合には正しく、流量測定の精度は十分である。しかし長期的には、このシステムは何度も新たに較正されなければならない。

その他の点では、流量は、いわば「移動平均」として、バッファコンテナ内の製品の質量の時間に伴う変化を介して、計量装置を用いて特定可能である。ここではバッファコンテナの減量重量が測定される。これは、バッファコンテナから別の加工段階への製品の排出から生じる。このようないわゆる「ロス・イン・ウェイト・フィーディング」によって、製品とその密度に関係なく平均質量流量をかなり正確に見積もることが可能になる。このような方法は、例えば、米国特許出願公開第２００４／０１８６６２１号明細書、米国特許第４７９６７８２号明細書および米国特許第３２５２６１８号明細書から既知である。しかしこのような「ロス・イン・ウェイト・フィーディング」方法では、測定インターバル内で発生する短期的な変動を検出することはできない。

特開２００３−０７５２１３から、このような「ロス・イン・ウェイト・フィーディング」が知られており、ここでは、計算によってスループット量を特定できるようにするために、付加的に、移送ポンプの動作パラメーターが測定される。

ここで、本発明の課題は、容易かつ低コストに実施され、高粘度の食品、特にプロセスチーズ原料混合物等の目下の比質量流量が加工の間に確実に特定され、移送ポンプの性能の閉ループ制御が食品の種々の状態においても実現される方法を提案することである。さらに本発明の課題は、この方法を実施するための相応のシステムを提供することである。

上述の課題は、請求項１に記載の方法および請求項９に記載のシステムによって解決される。有利な構成は各従属請求項に記載されている。

本発明の核心部分は、特許請求の範囲に記載されているように、上記の方法の２つを組み合わせることにある。本発明によれば、一方では、バッファコンテナ内の食品の質量の時間に伴う変化（Δｍ／Δｔ）が、特に１分または数分の範囲にある、定められた期間にわたって、計量装置によって求められる。同時に、この期間において、予期される移送力に対する比例が仮定される移送ポンプのポンプパラメーターが登録される。例えば、移送ポンプのモーターを駆動制御する周波数変換器の周波数が、このようなパラメーターとして適している。このような周波数は、移送ポンプの速度に対して特定の比例関係にある。本発明では、選択されたポンプパラメーターの変化がある期間にわたって平均化され、その結果、平均値、したがって「平均ポンプパラメーター」が得られる。このような測定量から次に、目下の「比」質量流量の値が、質量の時間に伴う変化Δｍ／Δｔを、同じ時間にわたって平均化されたポンプパラメーターで割った商として計算され、さらなる加工のために出力される。次に、比質量流量のこの値を使用して、同様に、ポンプパラメーターの線形性が仮定されて、実際の質量流量が調整される。

この方法によって、特に信頼性の高い測定値が得られる。なぜなら、一方では移送ポンプを用いて、ポンプパラメーター、例えば「速度」を介して、もしくはそれに比例する、単位［Ｈｚ］での周波数変換器の周波数を介して、短期的な変動が検出され、他方では計量セルによって、測定の期間にわたって重量単位、例えばキログラムまたはポンドでの平均質量変化を正確に確定することが可能だからである。次に、この期間にわたったバッファ重量の変化と、線形のポンプ特性曲線を備えた移送ポンプの平均速度から、「比移送力」の値が、単位「ポンプパラメーターあたりの質量」、特に速度または変換器の周波数あたりの質量において、例えば単位ｋｇ／Ｈｚまたはｉｂ／Ｈｚにおいて計算され、定められた期間にわたって平均化される。「比移送力」に対するこのような値を、現下調整されているポンプパラメーター、例えば周波数と乗算することによって、目下の質量流量を推定することができる。

本発明の手法によって、異なる粘稠度および温度の食品を加工することができる。特にこの方法は、ペースト状の、および／または塊を含むチーズ混合物および／またはチーズ製品の加工、ひき肉および塊を含む肉塊などの肉製品の加工、塊を含むまたはどろどろした粘稠度の果物および野菜の加工、ベビーフードやペットフードの加工ならびにその他のポンプ移送可能な食品の加工に特に適している。

本発明の手法の特別な利点は、低温または高温で加工されるべき食品の目下の質量流量が常に極めて正確に特定され、そのため、食品に水、スパイスおよび着色料等の別の添加物が添加されるレシピがこの食品によって相応に正確に実行されるということである。

有利には、質量変化が求められ、ポンプパラメーターが登録される期間は、食品の特徴および加工中の食品の性質に応じて設定される。一般的に、予期される短期的な変動が平均化されるような長さで、この期間が選択されるべきである。他方で、この期間は、食品の特徴とプロセスにおける性質が変化してしまうほど長く選択されてはならない。加工されるべきプロセスチーズ調製品の場合、３０秒から数分の長さの期間が有効であることが実証されている。

比移送力の測定がその都度最新であるので、本発明の方法は、ポンプ特性およびその粘度、気孔率、密度および摩擦係数が加工の経過において変動し得る、ポンプ移送されるべき製品の特性等の状態変化に敏感に応答しない。特に、高い粘度および気孔率に敏感に応答しないので、この方法は、プロセスチーズ原料混合物の加工時の使用に特に適している。測定が常に最新であるので、相応に、測定結果にポンプの摩耗も考慮されている。

上述した欠点を含んでいる、移送ポンプのパラメーターを介して調整される質量流量の値が、計量から結果として生じる、現在測定され、平均化されている質量変化値によって較正されることに本発明は明らかに要約される。例えば、最後の短い期間の間に５０ｋｇのバッファコンテナにおける質量の減少が計量装置を介して確認され得る。この期間中、周波数変換器が相応に４０Ｈｚに調整されている場合には、移送ポンプは、１秒あたり３回転の平均速度で回転した。本発明に相応に、これらの値から、（ｈ^＊Ｈｚ）あたり７５ｋｇの目下の比質量流量が結果として得られる。

プロセスチーズ原料混合物の加工時の特徴的なパラメーターは、移送ポンプの速度に対して、毎分３００回転弱である。これは、毎分１５００回転弱の移送ポンプのモーターの速度と５０Ｈｚの周波数変換器の周波数を伴う。

このように求められた大きさは、結局は時間に関連しないため、「比」移送力と称される。最終的に、計算時の時間単位は帳消しされ、［ｋｇ／（ｈ^＊Ｈｚ）］＝［ｋｇ／（ｈ^＊（回転／ｈ））］＝［ｋｇ／回転］になるだろう。

移送ポンプが、登録されたポンプパラメーターに関して線形の特性曲線を有していると仮定すると、このように計算された「比」移送力は、高粘度の食品の加工プロセスに望まれている質量流量を、動作中に、ポンプパラメーターの設定、特に周波数変換器の周波数の設定を介して正確に調整するために利用可能である。

本発明の方法は、所定数の異なる動作状態だけを有する食品の加工において特に有利に使用され、ここでこれらの動作状態は、移送ポンプによってポンプ移送される素質を介して決まる。問題のプロセスチーズ原料混合物は、わずかな動作状態だけを有する食品であり、これらの動作状態を介して、移送ポンプの特性曲線がそれぞれ線形に挙動する。動作状態のこの線形の性質は有利には、移送ポンプの閉ループ制御、特に充填ラインの関連においては特定の移送流を調整するために利用される。

本発明の方法が、高粘度からペースト状の食品、特に、加工時に１０００ｃＰを上回る、特に５０００ｃＰを上回る粘度を有するプロセスチーズ原料混合物の加工に適していることが判明している。例えば、典型的なプロセスチーズ原料混合物の粘度は１０，０００ｃＰから４０，０００ｃＰである。

本発明を以降で、図示されている実施例に基づいてより詳細に説明する。

粘度が１０００ｃＰを上回る高粘度の食品の、本発明に相応する比質量流量を特定するシステムの略図を示している。

図１は、粘度が１０００ｃＰを上回る高粘度の食品の、本発明に相応する比質量流量を特定するシステムの略図を示している。ここに示されているシステムは加工プロセスに組み込まれており、この場合、異なるタイプのナチュラルチーズが混ぜ合わされ、プロセスチーズ原料混合物１にされ、パイプライン３を介してバッファコンテナ２に供給される。後続の加工段階において、このプロセスチーズ原料混合物は、製品を成形および包装する機械の終端部に供給するために溶かされる。相応に設計されている移送ポンプ４が、パイプラインを通じて製品を搬送するために使用される。

図示の実施例では、プロセスチーズ原料混合物１は、パイプライン５を介してバッファコンテナ２から移送ポンプ４によって排出される。移送ポンプ４には制御機器６が割り当てられており、制御機器６は、双方向データライン１１を介して、周波数変換器によって、速度、ひいては目下の移送量を調整する。バッファコンテナ２は計量装置７上にあり、計量装置７によって、可能な限り連続的な移送流によって減少する、バッファコンテナ２の重量が、質量の時間に伴う変化（Δｍ／Δｔ）として測定され、設定可能な、定められた期間にわたって平均化される。平均化された、質量の時間に伴う変化の値

は、データライン８を介して、比質量流量を計算する手段９に出力される。この手段はここで、コンピュータ９によって実現される。

同時に、相応する手段を介して、ここでは制御機器６によって、予期される移送力に比例するポンプパラメーター、この場合は特に、単位Ｈｚにおける、ポンプ速度に比例する、駆動制御に使用される周波数の平均値が特定される。この値

も、データライン１０を介してコンピュータ９に出力される。定められたこの期間の間に測定された平均質量変化と、ほぼ同じ期間の間に求められた、平均化されたポンプパラメーターと、から、コンピュータ９は、２つの入力変数の商として（平均質量変化をポンプパラメーターで割った商として）目下の比質量流量を計算し、この場合には、

になる。

このような比質量流量は、ダイアグラム１２内の直線の勾配として解される。このダイアグラムでは、単位［ｋｇ／ｈ］での質量流量が、単位［ｋｇ／ｈ］での変換器の周波数に対してプロットされている。ここで比質量流量は、製品が置かれている動作状態１３に関連する。ここで問題とされているプロセスチーズ原料等の製品は、少ない、この場合には例えばわずか３つの、定められた（自然の）動作状態１３を有しており、これらは流動性において異なっている。加工中、まさに製品が置かれている動作状態１３、ひいては比質量流量の値は常に明らかである。

次に、比質量流量の値を使用して、周波数変換器での特定の周波数の設定を介して、移送ポンプによって移送されるべき質量流量が調整される。

このように設定可能な質量流量を介して、製造プロセス全体、特に充填ラインにおける移送流がコントロールされる。

プロセスチーズ製品の製造時に、本発明の手法を特に有利に使用することによって、加工されるべき原料の塊の粘稠度を調整もしくは閉ループ制御することが可能になる。

既知のように、プロセスチーズにおいて使用されるチーズ原料の熟成度に応じて、タンパク質分解が異なる度合いで進行する。熟成が進むと、チーズは構造を形成する能力を失うので、所望の粘稠度を確保するためには、より高い乾物含有量を調整することが必要になる。他方で、特に若い原料を使用する場合は、乾物を省くことができ、ここでは、指定された乾物が下限として遵守される必要がある。使用されている、熟成したチーズ原料の熟成度における変動は多くの場合、溶融プロセスにおいてはじめて明らかになるので、プロセスチーズの最終的な粘稠度が設定に相応するように、原料混合物における乾物を所期のように増加させ、水の正確な調量を介して調整することが有利である。しかし、生産量が変動する場合に水の正確な調量を確保できるようにするためには、チーズ原料混合物の流量が既知でなければならない。

本発明の計量方法によって、このような値が確実に調整されるので、そのような粘稠度開ループ制御もしくは粘稠度閉ループ制御が可能になる。ここで給水は正確な体積で、ダイアフラムポンプによって行われ得る。これは自動的に、インライン粘度計で測定可能である粘度目標値に閉ループ制御される。択一的に、給水を手動で閉ループ制御することもできる。このような場合には、システムオペレーターには、目標粘稠度に対する偏差が視覚的に示される。

本発明の手法のさらなる使用は、連続した加熱プロセスにおける、特に有利なシステム閉ループ制御である。このようなシステム閉ループ制御の目的は、単位［ｋｇ／ｈ］での定められた製品量を定められた温度に加熱することであり、ここでこの製品量は多くの場合に間接的な変数、例えばポンプ速度または周波数変換器の周波数を介して閉ループ制御され、有効に供給された、単位［ｋｇ／ｈ］での製品量を介して閉ループ制御されるのではない。しかし、間接的な変数を介した調整は、統一された密度と初期温度を有する均一な製品が加工される場合にのみ可能である。このような場合にのみ、比ポンプ速度と周波数変換器の周波数は比システムスループットと相関する。

上述したように、プロセスチーズ原料混合物は異なる性質を有しており、したがって、レシピ、脂肪含有量および温度に応じて、偏差している気孔率および移送特性が生じる。実際には、これによって例えば、同じ調整をされた周波数変換器のもとで、ポンプは、８０から１１０ｋｇ／ｈ／Ｈｚで移送を行う。

本発明では、純粋なポンプ速度もしくは周波数変換器の周波数の代わりに、本発明に相応に測定された有効流量（ｋｇ／ｈ）が、閉ループ制御のために使用されることによって、この問題に対処することができる。これは、ポンプの変動する移送性質と製品性質における不均一性に対してロバストである。

Claims (9)

1. １００ｃＰ上回る粘度を有する高粘度の食品（１）の比質量流量を特定する方法であって、
   前記食品は、加工の間、連続した移送流において、移送ポンプ（４）によって、バッファコンテナ（２）に供給されるまたはバッファコンテナ（２）から排出される方法において、
   計量装置（７）によって、前記バッファコンテナ（２）内の前記食品（１）の質量の変化が、特に１分または数分の範囲にある定められた期間にわたって求められ（Δｍ／Δｔ）、
   同じ前記期間において、予期される移送力に比例する、前記移送ポンプ（４）のポンプパラメーターが登録され、前記ポンプパラメーターの変化が、前記期間にわたって平均化され、平均ポンプパラメーターが得られ、
   前記質量の時間に伴う変化Δｍ／Δｔを、平均化された前記ポンプパラメーターで割った商として、目下の前記比質量流量が計算され、出力される、
   ことを特徴とする方法。
2. 食品として、高粘度からペースト状の、１０００ｃＰを上回る、特に５０００ｃＰを上回る粘度を有するプロセスチーズ原料混合物（１）が加工される、
   請求項１記載の方法。
3. 前記食品（１）は、前記移送ポンプ（４）を用いて前記バッファコンテナ（２）に排出され、相応に質量の減少が求められる、
   請求項１または２記載の方法。
4. ポンプパラメーターとして、時間単位あたりの前記移送ポンプ（４）の速度が登録される、かつ／または、前記速度と比例関係にあるパラメーター、特に、単位[Ｈｚ]である、前記移送ポンプ（４）を駆動制御するために使用される周波数変換器の周波数が用いられる、
   請求項３記載の方法。
5. 前記目下の比質量流量は、単位「時間あたりおよび移送ポンプの回転あたりのキログラム」または「時間あたりおよび周波数変換器のＨｚあたりのキログラム」で計算される、
   請求項４記載の方法。
6. 前記比質量流量は、前記移送ポンプ（４）の複数の動作状態のうちの１つに割り当てられ、前記動作状態は、前記食品の異なる物理的な状態、特に前記食品の異なる粘度および／または気孔率および／または密度および／または摩擦係数と相関している、
   請求項４または５記載の方法。
7. 前記動作状態の線形の性質が、特定の移送流、特に充填ラインの移送流を調整するための前記移送ポンプ（４）の閉ループ制御に利用される、
   請求項６記載の方法。
8. 前記比質量流量に対する値から、前記移送ポンプ（４）によって移送されるべき質量流量が、前記ポンプパラメーターに対する変数の設定を介して、特に前記周波数変換器での周波数の設定を介して調整される、
   請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. １００ｃＰ、特に１０００ｃＰを上回る粘度を有する高粘度の食品（１）の比質量流量を特定するシステムであって、
   前記システムは、バッファコンテナ（２）と、前記食品（１）を連続した移送流において前記バッファコンテナ（２）に供給するまたは前記バッファコンテナ（２）から排出する移送ポンプ（４）と、を有しているシステムにおいて、
   定められた期間にわたって、前記バッファコンテナ（２）における前記食品（１）の質量の時間に伴う変化（Δｍ／Δｔ）を特定する計量装置（７）と、
   同じ前記期間において、予期される移送力に比例する、前記移送ポンプ（４）の平均ポンプパラメーターを特定する手段と、
   前記質量の時間に伴う変化Δｍ／Δｔを、平均化されたポンプパラメーターで割った商として、目下の前記比質量流量を計算し、出力する手段と、
   を特徴とするシステム。

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