JP2021013656A

JP2021013656A - 連続ミキサー・エアーレーション装置における内圧調整レギュレータのパンク（破損）検知システム

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Publication number: JP2021013656A
Application number: JP2019130752A
Authority: JP
Inventors: 亮一水戸; Ryoichi Mito
Original assignee: Aicohsha Mfg Co Ltd
Current assignee: Aicohsha Mfg Co Ltd
Priority date: 2019-07-14
Filing date: 2019-07-14
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2039-07-14
Also published as: JP7307942B2

Abstract

【課題】連続ミキサー・エアーレーション装置において、内圧調整レギュレータのパンクを迅速・確実に検出できる検知システム及び検知方法を提供する。【解決手段】当該検知システムは、内圧調整レギュレータに注入された圧搾空気の流量を計測する気体流量計測ユニットと、検知システム全体の動作をコントロールするコントロールユニットとを含み、当該コントロールユニットは、気体流量計測ユニットからの計測データを逐次取り込み、これを時系列的なデータ群として編集・記憶するデータメモリー部と、メモリー部に保存された計測データに基づき気体流量の時間的変化を所定の演算方法によって処理する演算処理部と、演算処理部による処理結果に基づいて所定の検知／制御／警報信号を出力する信号出力部とを含むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、主に、生クリームやホイップクリームなどの乳製品、或いはケーキ・カステラ生地などの食材と、空気を連続して撹拌・混練する連続ミキサー・エアーレーション装置に関するものであり、より詳細には、当該装置内に設けられた撹拌時圧力（内圧）調整レギュレータに挿通されている内圧調整用チューブの破損（パンク）を検知するシステムに関するものである。

食品製造業界や製菓業界において、生クリームやホイップクリームなどの乳製品、或いは、スポンジケーキやカステラ生地等の、空気などの気体を多く含んでいるいわゆる含気食材を連続し、かつ大量に製造する際には添付図面４のブロック図に示されるような連続ミキサー・エアーレーション装置が用いられる。同図に示すように当該装置は、主に原料貯蔵タンクａ、定量移送ポンプｂ、ミキシングヘッドｃ、内圧調整レギュレータｄ、原料撹拌圧力計ｅ、冷／温水循環装置ｆ、コントロールユニットｇ、及びエアーコンプレッサｈから構成されている。

当該装置において、クリームやケーキ生地などの原料食材は、一旦、原料貯蔵タンクａに貯蔵され、その後、定量移送ポンプｂによって後段の部位に送られる。定量移送ポンプｂは、例えば、ステンレス鋼材を用いたロータリーポンプであり、タンクａから一定量の原料食材を後段のミキシングヘッドｃに供給する。

ミキシングヘッドｃは、主に、回転部分のローターと固定部分のステーターから構成されており、ポンプから定量的に供給される原料食材を撹拌・混練する部位である。ローター及びステーターは、寸法精度と機械的な強度が要求されるため、例えば、ステンレス鋼材の無垢材料から削り出された部材が用いられ、両者の対向する表面には多数の角形或いは丸形のピンが設けられている。

ローターの回転に伴い、ポンプｂから供給される原料食材がローターとステーターの間を通過する過程において、原料食材の効率的な撹拌・混練処理が行われる。また、係る処理過程においてミキシングヘッド内に、原料食材と共に空気或いは所定の気体がエアーコンプレッサｈから供給される。これによって、食材中には空気等の気体が適宜混ぜ合わされ、いわゆる含気食材が生成されることになる。そして、撹拌・混練された含気食材は、その気体含有率に応じた所定の比重と硬さに保たれ、かつ所望の乳化状態が担保される。

ミキシングヘッドｃの出口に設けられた内圧調整レギュレータｄによって、ミキシングヘッド内の食材に対する撹拌・混練時の圧力（以下、単に「内圧」と言う。）が調整され、均一な撹拌ならびに原料食材への空気混入（エアーレーション）が達成される。因みに、内圧調整レギュレータｄには、例えば、シリコンゴムなどの弾性体を素材とした内圧調整用のチューブが挿通されており、ミキシングヘッドｃから送られて来る含気食材は、係るチューブの内側を通って当該装置の吐出口から連続的に装置外に吐出される。

一方、内圧調整用チューブの背面（外側）には、前述のエアーコンプレッサｈから圧搾空気が供給されており、係る圧搾空気の圧力（以下、単に「背圧」と言う。）によってチューブの背面が圧迫され、チューブ略中央部の直径が絞られる。この結果、当該チューブを通過する含気食材が圧迫され、ミキシングヘッド内における撹拌・混練時の圧力（内圧）がコントロールされる。これによって、短時間で含気食材への均一な撹拌／エアレーションを実現することができるのである。

ここで、ミキシングヘッドｃならびに、内圧調整レギュレータｄの働きを示す立体模式図を図５に示す。同図において、ミキシングヘッドｃの基底部に設けられた注入孔ｃ１から供給された原料食材及び気体は、ヘッド内で高速回転するローターと、ヘッドに固定されたステーターの隙間を通過する間に効率的に撹拌・混練され、かつ最適なエアレーション（空気混入）が達成される。

そして、ミキシングヘッドｃから出力された撹拌・混練済みの含気食材は、内圧調整レギュレータｄに挿通されている内圧調整用のチューブｄ１に送られ、当該チューブを通過して、連続ミキサー・エアーレーション装置から外部に吐出されることになる。

一方、内圧調整レギュレータｄの側面には圧搾空気注入孔ｄ２が設けられており、ここから内圧調整レギュレータｄの内部に圧搾空気が注入される。係る圧搾空気により内圧調整用のチューブｄ１の外側（背面）が圧迫され、当該チューブ略中央部の直径が絞り込まれる。すなわち、チューブｄ１の背圧が高まりチューブ略中央部の直径が狭まれば、チューブ内を通る含気食材の流れが滞ってミキシングヘッドｃ内における内圧が高まる。逆に、背圧が低下してチューブ略中央部の直径が拡がれば、チューブ内を通る含気食材の流れが円滑となりミキシングヘッドｃ内における内圧は低下する。

係る内圧調整機構によって、ミキシングヘッドｃ内の撹拌・混練処理における含気食材へのエアレーションの状況をコントロールすることが可能となり、所定の比重の含気食材を連続して製造することができる。なお、ミキシングヘッドｃ内における内圧は、原料撹拌圧力計ｅによって常時監視することが可能である。また、原料貯蔵タンクａやミキシングヘッドｃは、冷／温水循環装置ｆから循環供給される冷／温水によって最適な温度に保たれている。因みに、上記に説明した各種の作業処理は、コントロールユニットｇに設けられた操作パルから制御／監視することができる。

以上で説明したように、攪拌・混練過程において一定した比重（空気混入率）を保つ含気食材の製造には、ミキシングヘッドｃ内の撹拌時圧力（内圧）を所定値に保つことが肝要であり、それには、レギュレータｄに印加する圧搾空気圧力（背圧）の制御が重要となる。そのため、これらの内圧や背圧などの各パラメータを適宜測定して、それらのパラメータを所望の値に保つための先行技術が、例えば特許文献１に開示されている。

ところで、内圧調整レギュレータｄの内部に挿通された内圧調整用のチューブｄ１には、ミキシングヘッド内の内圧を制御するため、装置の稼働中はその背面に圧搾空気が常に印加されており、チューブを形成する材料の弾性に応じてその伸張が繰り返される。このため、チューブｄ１は当該装置の定常的な運用に伴って弾性材料疲労が蓄積され易く、係る弾性の経時劣化が所定の限度を超えるとチューブｄ１の弾性変形が運用操作に対応できず、チューブｄ１の材質に破裂や破孔などを生ずるおそれがある。

また、ミキシングヘッドｃの内圧がチューブｄ１の背圧よりも極端に高くなると、チューブｄ１が内圧調整レギュレータｄの内側に固定されているチューブ基底部分において、大きなせん断応力が生ずることになり、これによってチューブｄ１が裂けてしまうおそれもある。

このようなチューブｄ１の破損を、当該業界では慣用的に「パンク」と称している。そして、係るパンクが発生するとチューブｄ１の破孔からチューブ内に背圧による圧搾空気が流入するため、チューブｄ１内部の含気食材の空気含有率が変化し、当該装置で製造されているクリームやカステラなど含気食材の品質が劣化してしまうおそれがある。

また、パンクによるチューブｄ１の破損に伴い、チューブ材質の砕片がチューブの内側を流れる含気食材に混入し、製造中の食材の廃棄が必要となるなど大きな経済的損失を生ずるおそれもある。それ故、パンクが発生した場合は、これを速やかに検出して装置の運用を停止させ、所定の警報等を発することが重要となる。

特開平９−２５２７０５号公報

しかしながら、例えば、特許文献１に示された従来技術では、パンクの検出及びその対応について適切な技術は開示されておらず、また、係るパンクに対する具体的な対策も何ら示唆されていない。本発明は、このような課題を解決することを目的としたものであって、連続ミキサー・エアーレーション装置において、当該装置に設けられた内圧調整レギュレータのパンク（破損）を迅速・確実に検出できる検知システム、及び検知方法を提供するものである。

本発明の第１の観点による内圧調整レギュレータのパンク（破損）検知システムは、クリームやケーキ生地などの、いわゆる含気食材の撹拌・混練を連続的に行う連続ミキサー・エアーレーション装置に設けられたミキシングヘッド内の撹拌時圧力（内圧）を調整する内圧調整レギュレータのパンク（破損）検知システムであって、
前記レギュレータに挿通され、前記ミキシングヘッドから吐出された含気食材が通過する内圧調整用チューブの背面に注入された圧搾空気の流量を計測する気体流量計測ユニットと、
前記検知システム全体の動作をコントロールするコントロールユニットと、を含み、
前記コントロールユニットは、
前記気体流量計測ユニットにおける計測データを逐次取り込み、これを時系列的なデータ群として編集・記憶するデータメモリー部と、
前記メモリー部に保存された計測データに基づき、気体流量の時間的変化を所定の演算方法によって処理する演算処理部と、
前記演算処理部による処理結果に基づいて、所定の検知／制御／警報信号を出力する信号出力部と、を含むことを含むことを特徴とする。

また、本発明の第２の観点による内圧調整レギュレータのパンク（破損）検知方法は、
クリームやケーキ生地などの、いわゆる含気食材の撹拌・混練を連続的に行う連続ミキサー・エアーレーション装置に設けられたミキシングヘッド内の撹拌時圧力（内圧）を調整する内圧調整レギュレータのパンク（破損）検知方法であって、
前記レギュレータに挿通され、前記ミキシングヘッドから吐出された含気食材が通過する内圧調整用チューブの背面に注入された圧搾空気の流量を計測する気体流量計測ステップと、
前記計測ステップにおける計測データを逐次取り込み、これを時系列的なデータ群としてデータメモリー部に編集・記憶する記憶ステップと、
前記メモリー部に保存された計測データに基づき、前記気体流量の時間的変化を所定の演算方法によって処理する演算処理ステップと、
前記演算処理ステップによる処理結果に基づいて、所定の検知／制御／警報信号を出力する信号出力ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明の第３の観点による、内圧調整レギュレータのパンク（破損）検知システム／方法における前記所定の演算方法は、
前記気体流量の変化が増加から減少に転じ零に収束し、かつ、前記気体流量の変化が一定時間内に終了する場合を前記内圧調整用チューブの正常状態と判定し、
前記気体流量が増加しつつ、その増加差分値が所定の閾値以下になった場合、若しくは、その増加継続時間が所定の時間閾値を超えた場合、を前記内圧調整用チューブの破損状態と判定する事を特徴とする。

以上の解決手段を備えた本発明によれば、連続ミキサー・エアーレーション装置における内圧調整レギュレータのパンク（破損）を確実かつ迅速に検出することが可能であり、品質が保証されたクリームやケーキ生地などの含気食材を、連続的に安定して製造することができる。

本発明を実現するための最良の形態である実施例について、明細書に添付した各図面に基づいて以下に説明を行う。

（１）本発明による連続ミキサー・エアーレーション装置の構成
先ず、本発明に基づく内圧調整レギュレータのパンク（破損）検出システムを備えた連続ミキサー・エアーレーション装置（以下、単に「本装置」と言う。）の構成を図１のブロック図に示す。

同図に示すように本装置の主要構成は、コントロールユニット１、ミキシングヘッド２、内圧調整レギュレータ３、食材移送ポンプ４、気体流量計測ユニット５、及びエアーフィルター群６、などの要素を含んでいる。なお、本装置は以上の構成要素の他にも各種の流体弁や指示計器などの要素を含んでいるが、これらの機器は本発明の骨子とは直接的な関係が無いためその説明を省略する。同様の趣旨で、前述の図４に示された冷／温水循環ユニットや圧力計などの各要素も、その表示・説明を割愛する。

本装置において、コントロールユニット１は、本装置全体の動作をコントロールする部位であり、主に、ユニットを統括制御するマイクロプロセッサ部１１、複数の半導体メモリーやハードディスクなどの揮発性／不揮発性の記憶素子を含むメモリー部１２、各種の入出力信号とのインターフェイス機能を司るインターフェイス部１３、各種データの演算処理を担う演算処理部１４、及び本装置の操作時に用いられる表示／操作パネル１５などの要素から構成されている。

ミキシングヘッド２は、前述の模式図５に示したように、主に回転部分のローターと固定部分のステーターから構成されており、食材移送ポンプ４から定量的に供給される原料食材を撹拌・混練する部位である。因みに、ローター及びステーターは、その寸法精度や機械的な強度が要求されるため、例えば、ステンレス鋼材の無垢材料から削り出された部材を用いることが好ましい。また、原料撹拌・混練の効果を高めるべく、両者の対向表面には多数の角形或いは丸形のピンが設けられている。

内圧調整レギュレータ３は、同じく前述の図５に示したように、その内部には内圧調整用の弾性材料から成るチューブ３１が挿通されており、ミキシングヘッド２から送り出されてきた撹拌・混練済みの含気食材は、係る弾性チューブの内側を通過して本装置の吐出口から装置外部に吐出される。また、チューブ３１の外側（背面）には、エアーコンプレッサからの圧搾空気が供給されるようになっている。

食材移送ポンプ４は、原料食材を原料食材貯蔵タンクから一定量の割合で前述のミキシングヘッド２へ送り込むためのポンプであり、例えば、一般的な食品製造機械などに用いられる通常のロータリーポンプが使用される。

気体流量計測ユニット５は、内圧調整レギュレータ３に挿通されているチューブ３１の外側（背面）へ圧搾空気を注入する際に、その気体流量を計測するための計測機器である。因みに、本発明では係る流量計測機器としてカルマン渦式流量計を用いている。これは、気体や液体などの流体中に生ずるカルマン渦により発生する振動パルスの数を計測し、発生パルスの周波数と流体の流量が比例することを利用して気体や液体などの流量を計測するものである。

なお、係る用途には他にも、例えば、超音波式流量計やタービン式流量計、或いはコリオリ式流量計など種々の流量計を用いることが可能であるが、気体の流通経路を切断する必要が無いことや、流量の測定範囲が広く、かつ測定精度が高いなどの利点からカルマン渦式流量計を用いることが好ましい。

また、本実施例に用いる流量計の適用測定レンジは次のようにして求めるものとする。すなわち、本システムではチューブのパンク時において、チューブ３１から漏洩する圧搾空気流量Ｑ（リットル／分））は、チューブに生じた破孔の直径φ（ｍｍ）、及びチューブ内外の内圧と背圧の圧力差Ｐ（メガパスカル）により、次に示すような実験式によって表すことが経験的に知得されている。
Ｑ＝１２０×π（φ／２）^２×（Ｐ＋０．１）×（２９３／２７３＋室温）^１／２
さらに、室温＝摂氏２０度と想定すれば、上式は次のように簡略することができる。
Ｑ＝３０×πφ^２×（Ｐ＋０．１）

ここで、想定される破孔の最小値φｍｉｎ＝１ｍｍ、最大値φｍａｘ＝３ｍｍと仮定し、さらに、圧力差Ｐの最小値Ｐｍｉｎ＝０．１メガパスカル、最大値Ｐｍａｘ＝０．４メガパスカルと仮定すれば、パンク発生時に漏洩する圧搾空気流量の最小値Ｑｍｉｎと、最大値Ｑｍａｘは、それぞれ以下のように算出できる。
Ｑｍｉｎ≒１９（リットル／分）
Ｑｍａｘ≒４２４（リットル／分）
したがって、本システムではその測定レンジが、毎分５〜５００リットル程度のカルマン渦式流量計を選定するものとした。

エアーフィルター群６は、エアーコンプレッサから供給される圧搾空気の清浄化を行う部位であり、主に、エアーレギュレータ６１、エアーフィルター６２、ミストセパレータ６３などの機器から構成されている。

エアーレギュレータ６１は、エアーコンプレッサから供給される圧搾空気の圧力を定常的に保つものであって、本実施例においては０．５メガパスカル程度にその圧力を調整する。なお、圧搾空気の圧力は係る値に限定されるものではなく、原料食材の量や、その食材の種類など実際の使用態様に応じて適宜変更されることは言うまでもない。エアーフィルター６２は、圧搾空気中に含まれる粉塵微粒子を濾過する働きを有するものであり、濾過する微粒子の粒径（０．０１〜５．０μｍ）に応じて、複数段のメッシュのエアーフィルターを縦続的に使用することが好ましい。

また、ミストセパレータ６３は、圧搾空気中に微小液滴（ミスト）として含まれる水分や油分を除去するものであ。因みに、ミストセパレータ―の形式としては、羽状若しくは波板状のフレードを用いてミストを補足するブレード式、或いは、糸を組み合わせたメッシュでミストを補足するメッシュ式など種々の形式が存在するが、実施態様に応じて各形式を適宜使用することが可能である。

なお、本発明に用いられるエアーフィルターやミストセパレータの段数は、図１に示される段数に限定されるものではなく、さらに清浄な圧搾空気を必要とする場合には、係るエアーフィルターやミストセパレータの段数を増加させるようにすることが好ましい。

（２）内圧調整レギュレータに流入する圧搾空気流量の変化傾向
次に、内圧調整レギュレータ３に挿通された内圧調整用チューブ３１の背面（外側）に流入する圧搾空気流量の時間的な変化の傾向について説明を行う。

前述のように、ミキシングヘッド２内部の食材に対する撹拌・混練時の圧力（内圧）を調整するため、内圧調整レギュレータ３に挿通された内圧調整用チューブ３１の背面には圧搾空気がエアーコンプレッサから注入される。その際における、圧搾空気流量の時間的な変化の様子を図２（ａ）の流量特性変化図に示す。因みに、同図の縦軸は空気流量Ｑ（リットル／分）の大きさを表し、横軸は経過時間ｔ（秒）を表している。

内圧の調整を行うため圧搾空気を内圧調整レギュレータ３に注入すると、圧搾空気の流量は、ごく短時間ｔｐ（ピーク到達時間）の間に急速に増加して空気流量ピーク値Ｑｐに達する。それ以降は、内圧調整レギュレータ３の内部の圧力（背圧）が高まるため、流入する圧搾空気の流量は徐々に減少に転ずる。そして、内圧調整用チューブ３１にパンクが生じていない場合、すなわち正常状態においては、内圧調整レギュレータ３には圧搾空気がそれ以上流入しないため、最終的には圧搾空気の流量は零に収束する。

ここで、具体的な実験値の事例を示せば次のようになる。
経過時間ｔ＝１（秒）：Ｑ＝５０４（リットル／分）
経過時間ｔ＝２（秒）：Ｑ＝２５２（リットル／分）
経過時間ｔ＝３（秒）：Ｑ＝１６８（リットル／分）
因みに、この場合の内圧調整レギュレータ３（大型レギュレータ）の容量は８．４リットルであり、圧搾空気の圧力は０．４メガパスカルとする。

一方、内圧調整レギュレータ３に挿通されている内圧調整用チューブ３１にパンクが生じた場合、圧搾空気流量の時間的な変化の様子は図２（ｂ）の流量特性変化図のようになる。なお、図２（ａ）の場合と同様に、図の縦軸は空気流量Ｑ（リットル／分）の大きさを表し、横軸は経過時間ｔ（秒）を表すものとする。

同図に示されるように、パンクが生ずるとパンクによる破孔からチューブの外側から内側に向かって圧搾空気が漏れるため、内圧調整用チューブ３１の外側の圧力（背圧）が低下し、内圧調整レギュレータ３に対する圧搾空気の流入が発生する。そして、チューブ破孔の大きさ、及び内圧と背圧との圧力差などから計算される所定の空気流量に達すると、圧搾空気の流量は飽和値Ｑｓａｔを保つことになる。因みに、前述のパンク発生時における圧搾空気流量の想定結果に鑑みれば、破孔の直径をφ＝３ｍｍ、圧力差をＰ＝０．４メガパスカルと仮定すると、圧搾空気流量の飽和値は、Ｑｓａｔ≒４２４（リットル／分）程度になる。

ところで、チューブに破孔が生じた際、内圧調整レギュレータ３に流入する空気流量Ｑが飽和値Ｑｓａｔに到達する時間は、破孔が大きな場合は比較的に短く、小さな場合は比較的に長くなる傾向にある。つまり図２（ｂ）において、（Ａ）の特性曲線が前者を表すものであり、（Ｂ）の特性曲線が後者を表すものとなる。しかしながら、（Ａ）（Ｂ）何れの場合でも空気流量が飽和値Ｑｓａｔに近づくにつれて、空気流量Ｑの増加分の差分値ΔＱが減少して零に近づくことに変わりはない。本システムでは、このような性質を利用して内圧調整用チューブのパンク検出を行うものである。

すなわち、内圧調整レギュレータの容量などから、予めパンク時の流入空気量Ｑが飽和値Ｑｓａｔに漸近した際におけるΔＱの差分閾値ΔＱｔｈを求めておき、実際のΔＱが係る値を下回った場合を、チューブがパンクして流入した空気流量が飽和値に近づいたもの、つまり、チューブがパンクしたことを示すものとしてこれを検出するのである。因みに、図２（ｂ）において、（Ａ）特性曲線のパンク判定時の図解（ΔＱ＜ΔＱｔｈ）がこれを示したものである。

本発明では、このようなアルゴリズムを採用することによって、チューブに生じた破孔の大きさに影響されることなく、内圧調整レギュレータのパンク検出を行うようにしている。しかしながら、パンクによる破孔が極端に小さい場合は、ΔＱが差分閾値ΔＱｔｈまで低下するのに長時間を要してしまい、パンク検出の迅速性が阻害されるおそれが生ずる。

そこで、本システムでは実際の実施態様を勘案して、圧搾空気の流入が始まってからパンクと判定しなければならない時間の閾値Ｔｔｈを定めるものとする。そして、ΔＱの値が閾値ΔＱｔｈ以下に低下しない場合であっても、パンクによる内圧調整レギュレータへの圧搾空気の流入時間が、係る時間閾値Ｔｔｈを超えた場合は、これをもってパンクと判定とするものとした。因みに、図２（ｂ）において、（Ｂ）特性曲線のパンク判定時の図解（Ｔ＞Ｔｔｈ）がこれを示したものである。

すなわち、本発明に係るシステムにおいては、内圧調整レギュレータ３に流入する圧搾空気の空気流量Ｑが所定のピーク値に達した後、その値が徐々に減少して零に収束する場合を内圧調整用チューブ３１の正常の動作状態と判定する。

一方、流入する圧搾空気の空気流量Ｑが徐々に増加しながら飽和値に漸近して、その増加差分値ΔＱが徐々に減少し、差分閾値ΔＱｔｈ以下にまで低下した場合をパンクと判定する。但し、ΔＱが差分閾値ΔＱｔｈ以下にまで低下しない場合であっても、予め定めたパンク判定時間閾値Ｔｔｈを超えて圧搾空気の流入が継続する場合は、係る状態を当該チューブのパンクと判定するものである。なお、Ｔｔｈの設定に関しては、実際に使用する内圧調整レギュレータの容量や、その他の実施態様事項に応じて適宜決定されるものとする。

（３）本発明による内圧調整レギュレータのパンク（破損）検知方法
次に、本システムに基づく内圧調整レギュレータのパンク（破損）検知方法（以下、単に「本検知方法」という。）について、図３に示す動作処理のフローチャートに基づき説明を行う。

なお、図３のフローチャートに示された動作処理は、前述したコントロールユニット１内部のメモリー部１２に一連の動作処理プログラムとして予め記憶されており、同じくコントロールユニット１内のマイクロプロセッサ部１１が、係る動作処理プログラムの手順に従って時系列的に処理を進めても行くものである。

因みに、本検知方法に基づく動作処理プログラムは、所定時間毎（例えば、数百ｍ秒毎）の割り込みタイマーによってサイクリックに起動されるものとする。なお、割り込みタイマーの起動されるインターバル時間ｔｉは、実際の使用態様に応じて適宜設定可能なものであることは言うまでもない。

先ず、図３のステップＳ０１（流量計測処理ステップ）で、気体流量計測ユニット５において内圧調整レギュレータ３に注入される圧搾空気の流量が計測される。なお、係る計測時における計測データのサンプリング時間設定や、測定データのＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換時の量子化条件の設定などに関しては、本発明の骨子とは直接に関係しないためその説明を省略する。また、計測時にランダムに混入する外乱ノイズや、計測値の微小時間変動などの影響を除去するため、同ステップでは複数回の計測処理を行い、その平均値を取って計測データを決定するようにしてもよい。

次のステップＳ０２（データ記憶処理ステップ）において、ステップＳ０１で計測された空気流量が時系列的なデータとして、メモリー部１２内部に設けられたデータテーブルに記憶される。因みに、当該テーブルは、所定時間の長さに亘ってデータの計測時点と、その時のデータが対応付けて記憶されるデータテーブルであり、当該テーブルにストアされるデータ群の大きさ、すなわち、データ記憶に関する所定時間の長さは任意に設定できるものとする。

なお、当該テーブルに記憶されたデータ群は、一定時間の経過毎にクリアされデータのストアが繰り返し行われるような構成としても良いし、或いは、メモリー部１２に内蔵されたハードディスク（図示せず）をデータ・ロガーとして利用する事によって、本装置の運用日時と連動して保存・記録されるようにしても良い。本システムでは、以上の方法で逐次記憶された計測データに対して、図３に示した所定の演算処理を施すことにより、内圧調整レギュレータ３のパンクを検出するものである。

先ず、演算処理のステップＳ０３において、今回記憶された圧搾空気流量のデータが零か否かが判定される。データが零の場合、すなわち、内圧調整レギュレータ３に注入される圧搾空気の流量が零の場合は、本装置が正常に動作しているものと判定され、ステップＳ０４に移行する。

Ｓ０４では、本装置が適正な内圧状態を保って（つまり、内圧調整レギュレータ３に圧搾空気が新たに注入されるよることなく）正常に動作していることを意味する正常動作フラグＦ１がセットされる。そして、内圧調整レギュレータ３に圧搾空気が流入中であることを意味するレギュレーレタ動作フラグＦ２がリセットされる。

さらに、ステップＳ０４では、内圧調整レギュレータ用チューブ３１がパンクしたことを示すパンクフラグＦ３がリセットされる。同時に、同ステップにおいては、後述のタイマーカウンタの値（ｎ）が（ｎ＝０）にリセットされる。

本システムでは、マイクロプロセッサ部１１がこれらの各種フラグＦ１〜Ｆ３の状態を判定し、ステップＳ０４の場合には、本装置が正常に動作しているものと判断される。そして、正常動作を表す各種の信号がコントロールユニット１の表示／操作パネル１５に出力され、マイクロプロセッサ部１１は、動作をＷＡＩＴ（待ち）状態に移行して演算処理を終了する。

一方、演算処理のステップＳ０３において、圧搾空気の流量が零ではないと判定された場合、本システムでは、内圧調整レギュレータ３に圧搾空気が流入中であると認識し（但し、圧搾空気流入の原因は、内圧調整のためのレギュレーレタ３への圧搾空気の注入によるものか、或いはレギュレータチューブ３１のパンクによる圧搾空気の漏洩であるかは問わない）、ステップＳ０５に移行して正常動作フラグＦ１をリセットする。

その後、ステップＳ０６において、今回記憶した圧搾空気の流量値Ｑｎとテータテーブルにストアされている前回記憶された流量値Ｑｎ−１とが比較される。そして、今回値Ｑｎが前回値Ｑｎ−１よりも減少している場合は、内圧調整レギュレータ３が作動中であり、内圧調整のため内圧調整レギュレータ３に圧搾空気が注入されている過程であるものと判定し、ステップＳ０７においてレギュレータ動作フラグＦ２をセットし、マイクロプロセッサ部１１はＷＡＩＴ（待ち）状態に移行して演算処理を終了する。

一方、ステップＳ０６において、今回値Ｑｎがテータテーブルにストアされている前回値Ｑｎ−１よりも増加、若しくは同量値と判定された場合はステップＳ０８に移行する。そして、前述のタイマーカウンタの値（ｎ）を（ｎ＋１）にカウントアップして次のステップＳ０９に移る。ステップＳ０９では、係るカウント値ｎに割り込み処理のインターバル時間ｔｉを乗じて圧搾空気の流入継続時間Ｔが算出される。これによって、内圧調整レギュレータ３に圧搾空気が連続して流入し続ける時間の長さが求められることになる。

例えば、本システムの割り込み処理がｔｉ＝１００ｍｓ毎に起動されるものとし、タイマーカウンタの値が（ｎ＝６）に歩進されていたと仮定すれば、内圧調整レギュレータ３には圧搾空気の流量が増加傾向を維持しつつ
Ｔ＝１００ｍｓ×６回＝６００ｍｓ
すなわち、０．６秒間継続し流入していることが算定される。

そして、次のステップＳ１０において、係る流入継続時間Ｔと、前述の内圧調整時における空気流量のピーク値Ｑｐに到達するまでのピーク到達時間ｔｐとが比較される。なお、ｔｐの値は、内圧調整レギュレータの容量などの各種のファクターによって変化する場合があるため、予めｔｐの値を設定する際には、例えば、１．０〜２．０秒のようにある程度の幅を持たせて設定することが好ましい。したがって、このような場合は、ステップＳ１０の判定が判定基準値ｔｐに幅の有る形で行われることになる。

係る比較判定を行う事によって、発生している空気流入量の増加継続が、内圧調整に伴うレギュレータへの空気流入によるものか、或いはパンクによって生じた空気流入によるものであるかを判定することができる。つまり、Ｔ＜ｔｐの場合は、圧搾空気の流入がパンクではなく内圧調整レギュレータの動作による可能性があるため、空気流量の差分判定などは行わずに、前述のステップＳ０７に移行して演算処理を終了する。

一方、ステップＳ１０で、Ｔ＞ｔｐと判定された場合は、圧搾空気の流入がピーク到達時間ｔｐを超えた後も増加傾向で継続しているので、空気流量の増加継続はパンクによるものであると判定されるため、ステップＳ１１に移行して空気流量の差分値ΔＱの算定が行われる。すなわち、今回値Ｑｎと前回値Ｑｎ−１の差分値ΔＱは、
ΔＱ＝（Ｑｎ）−（Ｑｎ−１）
として算定される。

そして、次のステップＳ１２において、係る差分値ΔＱが所定のパンク判定差分値閾値ΔＱｔｈと比較される。その結果、ΔＱがΔＱｔｈよりも大きいと判定された場合、すなわち、内圧調整用チューブにパンクが生じているものの、内圧調整レギュレータ３に流入する空気流量が未だその飽和値に達しておらず、差分値ΔＱも差分閾値ΔＱｔｈ以下に低下していない判定された場合は次のステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３では、前述のステップＳ０９で算定された流入継続時間Ｔが再度引用され、係るＴの値と前述のパンク判定時間閾値Ｔｔｈとが比較される。そして、Ｔ＜Ｔｔｈつまり、流入継続時間Ｔがパンク判定時間閾値Ｔｔｈに達していない場合は、マイクロプロセッサ部１１は、ＷＡＩＴ（待ち）状態に移り演算処理を終了する。

一方、ステップＳ１２においてΔＱｔｈ＞ΔＱ、或いはステップＳ１３においてＴ＞Ｔｔｈと判定された場合、すなわち、パンクにより生じた破孔から流入する空気流量が既に飽和値に漸近しているため減少し、その差分値ΔＱがパンク判定の差分閾値ΔＱｔｈを下回った場合、或いは、流入継続時間Ｔがパンク判定時間閾値Ｔｔｈに達している場合はステップＳ１４に移行する。

ステップＳ１４では、内圧調整レギュレータ３にパンクが生じたことを示すパンクフラグＦ３がセットされ、更にレギュレータ動作フラグＦ２がリセットされて、マイクロプロセッサ部１１は、ＷＡＩＴ（待ち）状態に移行して演算処理を終了する。因みに、本システムではパンクフラグＦ３がセットされたこと認識して、マイクロプロセッサ部１１は、内圧調整レギュレータ３にパンクが生じたことを示す警報信号をコントロールユニット１の表示／操作パネル１５に出力する。

本発明による連続ミキサー・エアーレーション装置に関する内圧調整レギュレータのパンク（破損）検知システムは、以上のような構成となっているので、内圧調整レギュレータのパンク（破損）を確実・迅速に検出することが可能であり、ホイップクリームやカステラ生地などの含気食材を、安定的に連続して製造することができる。

なお、本発明の実施形態は、以上に説明した実施例に限定されるものではなく、例えば、各々の実施例を構成する各部位の形状や配置或いはその素材等は、本発明の趣旨を逸脱することなく、現実の実施態様に即して適宜変更ができるものであることは言うまでもない。

以上に説明した本発明の構成は、乳製品業界や製菓業界をはじめとして、食材の撹拌・混練、或いは泡立てを必要とする各種の食品業界においてもその利用が可能である。

本発明による装置の概略構成を示すブロック図である。内圧調整レギュレータに流入する圧搾空気流量の様子を示す特性図である。本発明による検知システムの動作の概略を示すフローチャートである。従来の連続ミキサー・エアーレーション装置の概略を示すブロック図である。ミキシングヘッド及び内圧調整レギュレータの働きを示す立体模式図である。

１ …コントロールユニット
２ …ミキシングヘッド
３ …内圧調整レギュレータ
４ …食材移送ポンプ
５ …気体流量計測ユニット
６ …エアーフィルター群
１１…マイクロプロセッサ部
１２…メモリー部
１３…インターフェイス部
１４…演算処理部
１５…表示／操作パネル
３１…内圧調整用チューブ
ａ …原料貯蔵タンク
ｂ …定量移送ポンプ
ｃ …ミキシングヘッド
ｄ …内圧調整レギュレータ
ｅ …原料撹拌圧力計
ｆ …冷／温水循環ユニット
ｇ …コントロールユニット
ｈ …エアーコンプレッサ

Claims

クリームやケーキ生地などの、いわゆる含気食材の撹拌・混練を連続的に行う連続ミキサー・エアーレーション装置に設けられたミキシングヘッド内の撹拌時圧力（内圧）を調整する内圧調整レギュレータのパンク（破損）検知システムであって、
前記レギュレータに挿通され、前記ミキシングヘッドから吐出された含気食材が通過する内圧調整用チューブの背面に注入された圧搾空気の流量を計測する気体流量計測ユニットと、
前記検知システム全体の動作をコントロールするコントロールユニットと、を含み、
前記コントロールユニットは、
前記気体流量計測ユニットにおける計測データを逐次取り込み、これを時系列的なデータ群として編集・記憶するデータメモリー部と、
前記メモリー部に保存された計測データに基づき、気体流量の時間的変化を所定の演算方法によって処理する演算処理部と、
前記演算処理部による処理結果に基づいて、所定の検知／制御／警報信号を出力する信号出力部と、を含むことを特徴とした内圧調整レギュレータのパンク（破損）検知システム。
クリームやケーキ生地などの、いわゆる含気食材の撹拌・混練を連続的に行う連続ミキサー・エアーレーション装置に設けられたミキシングヘッド内の撹拌時圧力（内圧）を調整する内圧調整レギュレータのパンク（破損）検知方法であって、
前記レギュレータに挿通され、前記ミキシングヘッドから吐出された含気食材が通過する内圧調整用チューブの背面に注入された圧搾空気の流量を計測する気体流量計測ステップと、
前記計測ステップにおける計測データを逐次取り込み、これを時系列的なデータ群としてデータメモリー部に編集・記憶する記憶ステップと、
前記メモリー部に保存された計測データに基づき、前記気体流量の時間的変化を所定の演算方法によって処理する演算処理ステップと、
前記演算処理ステップによる処理結果に基づいて、所定の検知／制御／警報信号を出力する信号出力ステップと、を含むことを特徴とする内圧調整レギュレータのパンク（破損）検知方法。
前記所定の演算方法は、
前記気体流量の変化が増加から減少に転じてその後零に収束し、かつ、前記気体流量の変化が一定時間内に終了する場合を前記内圧調整用チューブの正常状態と判定し、
前記気体流量が増加しつつ、その増加差分値が所定の閾値以下になった場合、若しくは、その増加継続時間が所定の時間閾値を超えた場合、を前記内圧調整用チューブの破損状態と判定する、ことを特徴とした請求項１又は２に記載の内圧調整レギュレータのパンク（破損）検知方法。