JP2023054804A - 触媒反応管 - Google Patents

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Abstract

【課題】食品に使用する反応物を効果的に改質することができる食品加工装置に用いられる触媒反応管を提供する。【解決手段】食品加工装置１００に用いられる触媒反応管であって、反応管７、反応管７の内部に設けられた光源８、反応管７と光源８の間に設けられた断熱部１４を含み、反応管７の外表面に光触媒が設けられ、反応管７は光源８から照射された光を透過し、反応管７は第１端を有し、第１端は閉じられており、断熱部１４の熱伝導率は反応管７の熱伝導率よりも小さい。【選択図】図２

Description

本開示は、食品加工装置に用いられる触媒反応管に関する。
特許文献１には、光触媒を食品の製造過程で用いて、加熱しない常温下において、醸造物中の微生物を殺菌する製造方法が開示されている。
特開２００３－２５０５１４号公報
しかしながら、上記特許文献１の装置または製造方法には改善の余地がある。例えば、食品に使用する反応物を効果的に改質することが難しいという課題がある。
本開示の一態様は、このような事情に鑑みてなされたものであり、食品に使用する反応物を効果的に改質することができる食品加工装置に用いられる触媒反応管を提供する。
本開示の一態様に係る触媒反応管は、食品加工装置に用いられる触媒反応管であって、反応管、前記反応管の内部に設けられた光源、前記反応管と前記光源の間に設けられた断熱部を含み、前記反応管の外表面に光触媒が設けられ、前記反応管は前記光源から照射された光を透過し、前記反応管は第１端を有し、前記第１端は閉じられており、前記断熱部の熱伝導率は前記反応管の熱伝導率よりも小さい。
本開示の一態様の食品加工装置は、食品に用いる液状の反応物を貯める内部空間を有する反応槽と、前記反応槽内の前記反応物を冷却する冷却部と、前記内部空間に配置される触媒反応部と、を具備し、前記触媒反応部は、反応管、前記反応管の内部に設けられた光源、前記反応管と前記光源の間に設けられた断熱部を含み、前記反応管の外表面に光触媒が設けられ、前記反応管は前記光源から照射された光を透過し、前記反応管は第１端を有し、前記第１端は前記反応管の底面であり、前記第１端は閉じられており、前記断熱部の熱伝導率は前記反応管の熱伝導率よりも小さい。
なお、この包括的又は具体的な態様は、方法、システム、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能な記録媒体で実現されてもよく、装置、方法、システム、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能な記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ－Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性の記録媒体を含む。
本開示の一態様の触媒反応管が用いられた食品加工装置は、安定して運転させることができ、食品に使用する反応物を効果的に改質することができる。
図１は、実施の形態１の食品加工装置の一例を示す図である。 図２は、実施の形態１に係る触媒反応部の構成の一例を示す図である。 図３は、実施の形態２の食品加工装置の一例を示す図である。 図４は、実施の形態２に係る触媒反応部の構成の一例を示す図である。 図５は、実施の形態２に係る食品加工装置の機能ブロック図である。 図６は、実施の形態２の食品加工装置の動作の第１の例を示すフローチャートである。 図７は、実施の形態２の食品加工装置の動作の第２の例を示すフローチャートである。 図８は、実施の形態３の食品加工装置の動作の一例を示すフローチャートである。
（開示の基礎となった知見）
本発明者らは、「背景技術」の欄において記載した、食品の製造装置または製造方法に関し、以下の問題が生じることを見出した。
食品の製造において、製造効率を向上する、栄養成分の含有性を良くする等の目的で、食品に使用する原料を改質することは広く行われている。
食品の原料の改質する手法として、触媒を用いる手法があり、例えば、マーガリンの製造において、原料となる油脂成分を水素化するためニッケル触媒を用いる手法がある。食品の製造に固定化した酵素を用いることも、触媒利用の一つとすることができる。
食品の原料を改質する観点ではないが、製造過程での殺菌目的で触媒を用いることもあり、例えば、特許文献１では、光触媒を食品の製造過程で用いて、加熱しない常温下において、醸造物中の微生物を殺菌する製造方法が検討されている。
従来の触媒を用いる手法は、食品に使用する原料として単一成分の原料の改質には効果的ではあるが、化学工学的な手法の延長であるため装置構成に制限があり、多用途への展開に用いる触媒に適した構成に対応するためには改善の余地がある。
従来の光触媒を用いた製造方法に用いる装置も殺菌目的であるため、食品の原料を改質することに適した構成に対応するには改善の余地がある。特に、食品加工装置を常温以下で運転させることが必要な場合、光触媒を備える触媒反応部の温度が低下する。触媒反応部に効率よく光を照射するための光源が、光触媒の近傍に設けられていれば、触媒反応部の温度が低下することに伴って、光源の温度が低下し、光源による発光強度が低下する。これにより、食品に使用する反応物の反応速度が低下する。
本発明者らは、触媒反応部の温度が低下すると食品に使用する反応物の反応速度が低下することを見出し、反応物の反応速度の低下を抑制することで、食品に使用する反応物を効果的に改質することができる食品加工装置を見出すに至った。
本開示の一態様は、このような事情に鑑みてなされたものであり、新たに食品の原料を改質する光触媒を用いた食品加工装置を提供する。
本開示の一態様に係る食品加工装置は、食品に用いる液状の反応物を貯める内部空間を有する反応槽と、前記反応槽内の前記反応物を冷却する冷却部と、前記内部空間に配置される触媒反応部と、を具備し、前記触媒反応部は、反応管、前記反応管の内部に設けられた光源、前記反応管と前記光源の間に設けられた断熱部を含み、前記反応管の外表面に光触媒が設けられ、前記反応管は前記光源から照射された光を透過し、前記反応管は第１端を有し、前記第１端は前記反応管の底面であり、前記第１端は閉じられており、前記断熱部の熱伝導率は前記反応管の熱伝導率よりも小さい。
これによれば、反応槽内の反応物が冷却部によって冷却される場合であっても、光源および反応管の間に断熱部が配置されるため、光源の温度が冷却部の影響で冷却されることを抑制することができる。このため、光源の発光強度の低下を抑制でき、反応物の反応速度の低下を抑制することができる。よって、食品に使用する反応物を効果的に改質することができる。
前記断熱部は、プラスチック、および、グラスウールのうちの少なくとも１つにより構成されてもよい。
このため、光源および反応管の間を効果的に断熱することができる。
前記光源は、紫外線を発光するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）および／または紫外線を発光する蛍光灯を含んでもよい。
このため、光触媒による反応物の反応を効果的に促進させることができる。
前記光源は、前記蛍光灯を含み、前記蛍光灯は、水銀化合物が収容され、前記底面と対向する収容部を有し、前記断熱部は、前記底面および前記収容部と接触していてもよい。
このため、温度低下による発光強度の低下を招きやすい収容部および反応管の底面との間を断熱することができ、蛍光灯の発光強度の低下を効果的に抑制することができる。
さらに、前記反応管の内側の温度を検知する反応管温度検知部と、前記反応管温度検知部により検知された温度に基づき、前記光源の発光強度および／または発光時間を制御する制御部と、を備えてもよい。
これによれば、反応管の内側の温度に基づいて、光源を制御するため、食品の反応物の反応量を適切に制御することができる。
前記制御部は、前記反応管温度検知部により検知された温度が予め定められた第１基準温度より低い場合、前記光源の発光強度を前記第１基準温度より高い場合の発光強度よりも上げる、および／または、前記光源の発光時間を所定の発光時間よりも長くする制御を行ってもよい。
このため、食品の反応物の反応量の低下を適切に抑制することができる。
前記制御部は、前記反応管温度検知部により検知された温度が前記第１基準温度より高い場合、前記光源の発光強度を前記第１基準温度より低い場合の発光強度よりも下げる、および／または、前記光源の発光時間を前記所定の発光時間以下にする制御を行ってもよい。
このため、食品の反応物の反応量を適切に制御することができる。
さらに、前記反応管の内側の温度を検知する反応管温度検知部と、回転または往復動による動作を行うことで前記反応槽内の前記反応物を撹拌する撹拌部と、前記反応管温度検知部により検知された温度が予め定められた第１基準温度より低い場合、前記撹拌部の動作量を前記第１基準温度より高い場合の動作量よりも増加させる制御を行う制御部と、を備えてもよい。
これによれば、反応管の内側の温度に基づいて、撹拌部の動作量を制御するため、食品の反応物の反応量を適切に制御することができる。
さらに、前記反応槽内の前記反応物の温度を検知する反応槽温度検知部を備え、前記制御部は、前記反応槽温度検知部により検知された温度が予め定められた第２基準温度となるように前記冷却部を動作させ、前記反応管温度検知部により検知された温度が予め定められた第３基準温度より低い場合、前記光源の発光を停止してもよい。
これによれば、反応管の内側の温度が第３基準温度となった場合に、例えば異常が発生したと判断して、光源の発光を停止することができる。
さらに、前記反応槽内の前記反応物の温度を検知する反応槽温度検知部を備え、前記制御部は、前記反応槽温度検知部により検知された温度が予め定められた第２基準温度となるように前記冷却部を動作させ、前記反応管温度検知部により検知された温度が予め定められた第３基準温度より低い場合、前記光源の発光を停止し、前記第２基準温度は、前記第１基準温度より低い温度であり、前記第３基準温度は、前記第１基準温度と前記第２基準温度との間の温度であってもよい。
これによれば、反応管の内側の温度が第３基準温度となった場合に、例えば異常が発生したと判断して、光源の発光を停止することができる。
以下、添付図面を参照しつつ、実施の形態の具体例について説明する。
以下で説明する具体例は、いずれも上記の各態様の一例を示すものである。よって、以下で示される形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態等は、請求項に記載されていない限り、上記の各態様を限定するものではない。以下の構成要素のうち、本態様の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。図面において同じ符号が付いたものは説明を省略する場合がある。図面は理解しやすくするためにそれぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比等については正確な表示ではない場合がある。
（実施の形態１）
食品加工装置１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態の食品加工装置１００の一例を示す図である。
図１に示すように、食品加工装置１００は、反応槽１と、撹拌部２と、触媒反応部６と、冷却部１０と、反応槽温度検知部１１とを備える。
反応槽１は、食品に用いる液状の反応物を貯める第１空間Ｓ１を有する。反応槽１は、例えば、有底円筒形の容器である。なお、反応槽１は、液状の反応物を貯める第１空間Ｓ１を有する有底筒形の容器であればよく、円筒形でなくてもよい。反応槽１には、反応槽１の上部の開口を塞ぐ蓋部５が設けられている。蓋部５は、円板状の部材であり、撹拌体４の回転軸３、複数の触媒反応部６、および、反応槽温度検知部１１によって貫通される貫通孔を有する。
撹拌部２は、回転することで反応槽１内の反応物を撹拌する撹拌体４を有する。撹拌部２は、撹拌部２の回転軸３が反応槽１の円筒の中心軸に一致するように配置される。撹拌部２は、回転軸３を回転させる、図示しないモータを含む。
ここで、撹拌体４の具体例について説明する。
撹拌体４は、例えば、傾斜パドル翼で実現されてもよい。撹拌体４は、反応物の粘性、撹拌部２の消費動力等の動作処理条件を考慮して最適処理条件となるように、プロペラ翼、ディスクタービン翼、および遠心式撹拌体のいずれか１つで実現されてもよい。なお、食品加工装置１００に複数の撹拌体４が用いられる場合には、撹拌体４は、傾斜パドル翼、プロペラ翼、ディスクタービン翼および遠心式撹拌体のうちの少なくとも１つを含んでいればよい。
触媒反応部６は、食品加工装置１００に複数設けられる。複数（本実施の形態では６個）の触媒反応部６は、攪拌体４の回転軸３の軸方向から見た場合に、撹拌体４の回転軸３の周囲に、互いに間隔を空けた状態で配置される。６個の触媒反応部６の外側は、反応槽１の内壁面により取り囲まれる。つまり、触媒反応部６は、反応槽１の内部空間Ｓ１に配置される。これにより、撹拌部２によって反応槽１の内部の反応物が撹拌された場合に、撹拌された反応物は、複数の触媒反応部６の間を移動することができる。
ここで、図２を用いて、触媒反応部６の構成の詳細について説明する。図２は、実施の形態１に係る触媒反応部６の構成の一例を示す図である。
複数の触媒反応部６のそれぞれは、図２に示すように、反応管７と、光源８と、断熱部１４とを有する。触媒反応部６は、さらに、反応管７の底面７ｃとは反対側の端部（他端）の開口部と、光源８との間を封止する封止部１３を有していてもよい。これにより、反応管７は、密閉され、反応管７の内部の気密性が保たれている。反応管７の内部には、乾燥気体が充填されていてもよい。
反応管７は、光触媒が設けられた外表面、および、一端が封止された底面７ｃを有し、光を透過する。反応管７は、具体的には、有底円筒形のガラス基材７ａと、ガラス基材７ａの外表面に設けられた光触媒の薄膜７ｂとを有する。ガラス基材７ａは、ガラス基材７ａの円筒形の筒軸方向が撹拌体４の回転軸３に沿った向きで配置される。
ガラス基材７ａの外表面に設けられる光触媒の薄膜７ｂは、例えば、一般的なゾルゲル法で形成される。光触媒の薄膜７ｂは、具体的には、ＴｉＯ ２により構成される。光触媒の薄膜７ｂの形成方法において用いられるゾルゲル液を、ガラス基材７ａの外表面に塗布し、ゾルゲル液が塗布された状態のガラス基材７ａを、回転機を用いて回転させる。これにより、ガラス基材７ａの外表面の全体に亘って、ゾルゲル液が均一に塗布される。ゾルゲル液が塗布されたガラス基材７ａは、ゾルゲル液が乾燥した後に、電気炉において乾燥後、５００℃以上の高温で加熱されることで、ガラス基材７ａの外表面に光触媒の薄膜７ｂが焼成される。
光源８は、反応管７の内側から光触媒に光を照射する。光源８は、ガラス基材７ａの底面７ｃとは反対側の開放部分からガラス基材７ａの内部に挿入されている。光源８は、光触媒での励起子の発生を効果的に行うため、具体的には、２６０ｎｍ～４００ｎｍ程度を中心波長とする光源を含む。光源８は、例えば、紫外線３１５ｎｍ～４００ｎｍの波長域（ＵＶ－Ａ）の波長を中心波長とする蛍光灯を含む。このため、光触媒による反応物の反応を効果的に促進させることができる。
蛍光灯で構成される光源８は、水銀化合物が収容される収容部８ａを有する。収容部８ａは、反応管７の底面７ｃと対向する。光源８は、ガラス基材７ａの外表面に設けられた薄膜７ｂに光を効果的に照射するため、反応管７の薄膜７ｂに対向するように、配置されてもよい。なお、光源８は、例えば、高圧水銀ランプ、紫外線発光のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等を含んでもよい。
断熱部１４は、光源８および反応管７の間に配置され、かつ、反応管７よりも熱伝導率が小さい部材である。断熱部１４は、反応管７の底面７ｃおよび光源８の収容部８ａの間に設けられ、底面７ｃおよび収容部８ａと接触している。これにより、温度低下による発光強度の低下を招きやすい収容部８ａおよび反応管７の底面７ｃの間を断熱することができ、反応管７の温度が低下することによる光源８の発光強度の低下を効果的に抑制することができる。
断熱部１４は、例えば、厚さ約２０ｍｍのフッ素樹脂のブロックにより構成されてもよい。なお、断熱部１４は、例えば、プラスチック、および、グラスウールのうちの少なくとも１つにより構成されていればよい。このため、光源８および反応管７の間を効果的に断熱することができる。
冷却部１０は、反応槽１内の反応物を冷却する。冷却部１０は、複数の触媒反応部６の外側を囲んで配置される。具体的には、冷却部１０は、反応槽１を囲む外壁１０ａと、反応槽１と外壁１０ａとの間の第２空間Ｓ２を流通する冷却媒体（冷媒）とを有する。
冷却部１０は、反応槽温度検知部１１で検出された温度に基づいて動作することにより、反応物の温度を調整する。具体的には、冷却部１０は、第１温度よりも高い温度の反応物を第１温度に冷却する場合、第１温度以下の冷媒を第２空間Ｓ２に流通させる。これにより、冷却部１０は、冷媒と反応物とを反応槽１を挟んで熱交換させることで反応物を冷却する。反応物と熱交換することで、温度が上昇した冷媒は、例えば、第２空間Ｓ２外に配置されている図示しない熱交換器において第１温度以下に冷却され、その後に第２空間Ｓ２に戻るように図示しない配管で接続されていてもよい。冷媒は、例えば、図示しない循環ポンプなどにより第２空間Ｓ２と上記熱交換器との間を循環していてもよい。この場合、冷却部１０は、循環ポンプの動作を開始させることにより、反応物の冷却を開始してもよい。
反応槽温度検知部１１は、反応槽１内に配置され、反応物の温度を検出する。反応槽温度検知部１１は、例えば、サーミスタ、熱電対などにより構成される。反応槽温度検知部１１は、蓋部５を貫通しており、例えば、蓋部５に固定されている。
次に、食品加工装置１００の動作について、図１および図２を用いて説明する。
まず、食品加工装置１００では、反応槽１に、食品の原料となる反応物が投入される。次に、食品加工装置１００は、光触媒処理を開始する。具体的には、光触媒処理では、食品加工装置１００は、触媒反応部６の光源８を点灯することで、反応管７の内部から光触媒の薄膜７ｂへの光照射を開始する。光触媒処理では、食品加工装置１００は、撹拌部２のモータを駆動させることにより撹拌体４の回転軸３を回転させ、反応槽１内の反応物の撹拌を行う。合わせて、光触媒処理では、食品加工装置１００は、冷却部１０の循環ポンプを駆動させることで、冷却部１０の第２空間Ｓ２へ冷却媒体を供給する。
このとき、食品加工装置１００は、反応物の温度を反応槽温度検知部１１で検出し、反応物が予め設定した温度になるように、第２空間Ｓ２に供給する、冷却媒体の温度及び／または冷却媒体の供給量を調整する。食品加工装置１００は、例えば、第２空間Ｓ２外に設置されている熱交換器での熱交換量を調整することで冷却媒体の温度を調整する。食品加工装置１００は、具体的には、熱交換器が空冷であれば熱交換器における空冷を促進するファンの風量を調整することで冷却媒体の温度を調整してもよいし、熱交換器が水冷であれば熱交換器における水冷を促進するポンプによる水量を調整することで冷却媒体の温度を調整してもよい。食品加工装置１００は、反応槽１の外側の第２空間Ｓ２と熱交換器との間で冷却媒体を循環させるための循環ポンプによる循環量を調製することで冷却媒体の第２空間への供給量を調整してもよい。このように、冷却媒体の温度及び／または供給量は、熱交換器、循環ポンプおよび配管を含む恒温水循環装置（図示せず）等を用いて調整することができる。
例えば、食品加工装置１００における反応物の反応がビール酵母の発酵であれば、低温（例えば５℃程度）で熟成させてもよい。この場合、冷却部１０において目標とされる予め設定される温度は、５℃である。
食品加工装置１００では、光照射された光触媒と食品の原料となる反応物とを接触させ、光触媒によって反応物を改質させる。例えば、ビールの原料を改質する場合、麦汁中の糖分をあらかじめ分解させることで、発酵期間を短くすることができる。
この動作において、食品加工装置１００は、反応槽１の反応物を冷却しており、低温の反応物への熱伝導により触媒反応部６の反応管７の内表面の温度は低くなる。これにより、光源８は、光源８の温度変化に応じて発光効率が変化する。光源８は、低温環境では、発光効率が低下し光触媒への発光強度が低下する。特に、食品加工装置１００では、反応物が冷却されて低温になるため、光源８と反応管７とが接触していると光源８の温度が大きく低下する。その結果、発光強度が低下して光触媒における励起子の発生状態が低下することで、反応物の反応性に悪影響が出る。そこで、本実施の形態１の触媒反応部６では、反応管７の底面７ｃと光源８との間に断熱部１４を設けることで、反応物の温度低下による光源８の発光強度が低下することを抑制している。
なお、本実施の形態１の触媒反応部６の構成の効果を検証するために、以下の実験を行った。具体的には、実験では、反応物としてギ酸濃度１０ｐｐｍのギ酸の水溶液を用い、冷却部１０を作動させて反応物を約５℃に調整し、触媒反応部６の光源８を作動させて光触媒によるギ酸の分解性を確認した。その結果、触媒反応部６に断熱部１４を設置しない場合と比較して、ギ酸分解の反応速度定数が（本実験で実施した条件では、約２０％）向上することが確認できた。
本実施の形態に係る食品加工装置１００によれば、反応槽１内の反応物が冷却部１０によって冷却される場合であっても、光源８および反応管７の間に断熱部１４が配置されるため、光源８の温度が冷却部１０の影響で冷却されることを抑制することができる。このため、光源８の発光強度の低下を抑制でき、反応物の反応速度の低下を抑制することができる。よって、食品に使用する反応物を効果的に改質することができる。すなわち、食品加工装置１００は、簡単な構成で、安定した運転を実現でき、特に、食品に使用する冷却が必要な原料の効果的な改質を可能とする効果を奏する。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る食品加工装置２００について、図３を用いて説明する。図３は、実施の形態２の食品加工装置２００の一例を示す図である。
実施の形態２に係る食品加工装置２００は、実施の形態１おける食品加工装置１００と比較して、触媒反応部６ａの構成が異なる。食品加工装置２００は、食品加工装置２００が備えるセンサの検知結果に応じて、撹拌部２、光源８および冷却部１０を制御する点が異なる。
以下、具体的に説明する。
図４を用いて、触媒反応部６ａの構成の詳細について説明する。図４は、実施の形態２に係る触媒反応部６ａの構成の一例を示す図である。
触媒反応部６ａは、実施の形態１の触媒反応部６の構成に、さらに、反応管７の内側の温度を検知する反応管温度検知部１６を有する。反応管温度検知部１６は、例えば、封止部１３を貫通し、封止部１３に固定されている。反応管温度検知部１６の周囲は、封止部１３により封止されており、反応管７の内部の気密性は保たれている。触媒反応部６ａの反応管温度検知部１６以外の構成は、触媒反応部６の構成と同様であるため、説明を省略する。
次に、図５を用いて、食品加工装置２００が備える制御部１５について説明する。図５は、実施の形態２に係る食品加工装置２００の機能ブロック図である。
図５に示すように、食品加工装置２００は、制御部１５を備えていてもよい。制御部１５は、食品加工装置２００の動作を制御する。制御部１５は、反応槽温度検知部１１および反応管温度検知部１６の検知結果を取得し、取得した検知結果に応じて、撹拌部２、光源８および冷却部１０の少なくとも１つを制御する。制御部１５は、例えば、反応管温度検知部１６により検知された温度に基づき、光源８の発光強度および／または発光時間を制御する。制御部１５は、例えば、プロセッサ、および、プロセッサにより実行されるプログラムを格納しているメモリにより実現されてもよい。制御部１５は、例えば、専用回路により実現されてもよい。
次に、食品加工装置２００の動作について、図６を用いて説明する。図６は、実施の形態２の食品加工装置２００の動作の第１の例を示すフローチャートである。
まず、制御部１５は、光触媒処理を開始する（Ｓ１１）。光触媒処理は、実施の形態１で説明した処理と同様であるため説明を省略する。
次に、制御部１５は、反応管温度検知部１６により検知された第１検知温度が予め定められた第１基準温度より低いか否かを判定する（Ｓ１２）。
制御部１５は、反応管温度検知部１６により検知された第１検知温度が予め定められた第１基準温度より低いと判定した場合（Ｓ１２でＹｅｓ）、光源８の発光強度を第１基準温度より高い場合の発光強度よりも上げる、および／または、光源８の発光時間を所定の発光時間よりも長くする制御を行う（Ｓ１３）。
制御部１５は、例えば、光源８へ供給する電力を、第１検知温度が第１基準温度以上である場合に光源８へ供給する電力よりも増加させることで、光源８の発光強度を上げてもよい。第１基準温度は、反応管温度検知部１６により検知された第１検知温度と、光源８の発光強度とを予め測定しておき、光触媒へ照射する発光強度が所定の強度よりも低下する温度を基準にして設定された温度であってもよい。なお、制御部１５は、光源８の発光時間を所定の発光時間よりも長くする場合、所定の発光時間よりも長い発光時間に、光触媒処理において設定されている発光時間を更新する。光源８による発光時間を増加させることは、反応時間を増加させることを意味する。制御部１５は、発光強度が初期の発光強度の１／２になった場合、発光時間を初期に設定されている発光時間の２倍の長さに変更することで、発光強度が低下しても同等の反応性を確保できる。なお、制御部１５は、光源８の発光強度を上げる制御と、光源８の発光時間を所定の発光時間よりも長い発光時間に増加させる制御とのいずれか１つの制御を行ってもよいし、両方の制御を併用してもよい。
制御部１５は、反応管温度検知部１６により検知された第１検知温度が予め定められた第１基準温度以上であると判定した場合（Ｓ１２でＮｏ）、または、ステップＳ１３の後で、光触媒処理が開始されてから所定時間経過したか否かを判定する（Ｓ１４）。具体的には、制御部１５は、光触媒処理が開始されるとカウントを開始しており、カウントが所定時間と等しいか否かを判定することで、光触媒処理が開始されてから所定時間経過したか否かを判定する。なお、所定時間は、光触媒処理において設定されている発光時間であり、制御部１５が有する図示しないメモリに記憶されている。
制御部１５は、光触媒処理が開始されてから所定時間経過したと判定した場合（Ｓ１４でＹｅｓ）、光触媒処理を停止する（Ｓ１５）。制御部１５は、光触媒処理が開始されてから所定時間経過してないと判定した場合（Ｓ１４でＮｏ）、ステップＳ１２に戻る。
なお、制御部１５は、ステップＳ１３が行われて、発光強度が上げられた、または、発光時間が長く設定された後で、ステップＳ１２において、第１検知温度が第１基準温度以上となった場合、光源８の発光強度を第１基準温度より低い場合の発光強度よりも下げる、および／または、光源８の発光時間を所定の発光時間以下にする制御を行ってもよい。この場合、制御部１５は、光源８の発光強度をステップＳ１３が行われる前の元の発光強度に戻す、および／または、光源８の発光時間をステップＳ１３が行われる前の元の発光時間に戻す制御を行ってもよい。
なお、制御部１５は、ステップＳ１１とステップＳ１２との間において、第１検知温度が第１基準温度とは異なる基準温度以上となったか否かを判定し、第１検知温度が異なる基準温度以上となった場合に、上述した光源８の発光強度を下げる、および／または、光源８の発光時間を所定の発光時間以下にする制御を行ってもよい。この制御部１５による判定は、ステップＳ１４でＮｏと判定された場合に行われてもよい。
反応物が極低温になると、反応管７が冷却され、実施の形態１での触媒反応部６のように断熱部１４を設けた場合でも、光源８の温度が大きく低下する場合がある。その結果、光源８の発光強度が低下して光触媒における励起子の発生状態が変化することで、反応物の反応性に影響が出るおそれがある。本実施の形態に係る食品加工装置２００の動作の第１の例によれば、反応管７の内側の温度に基づいて、光源８を制御するため、食品の反応物の反応量をより適切に制御することができる。
本実施の形態に係る食品加工装置２００において、制御部１５は、反応管温度検知部１６により検知された第１検知温度が予め定められた第１基準温度より低い場合、光源８の発光強度を上げる、および／または、光源８の発光時間を所定の発光時間よりも長くする制御を行う。このため、食品の反応物の反応量の低下を適切に抑制することができる。
次に、食品加工装置２００の動作の第２の例について説明する。第２の例は、反応物の反応に必要な発光強度が得られないほど光源８の発光強度が低下する温度に低下した場合に、光触媒処理が開始されてから所定時間経過していなくても光源８による発光を停止する制御を行う例である。
食品加工装置２００の制御部１５は、冷却部１０を動作させることで、反応物の温度を第１基準温度より低い第２基準温度に調整している。第２基準温度は、実施の形態１で説明したように、冷却部１０において目標とされる予め設定される温度であり、例えば５℃である。
図７は、実施の形態２の食品加工装置２００の動作の第２の例を示すフローチャートである。
まず、制御部１５は、光触媒処理を開始する（Ｓ２１）。
次に、制御部１５は、第１検知温度が第１基準温度より低いか否かを判定する（Ｓ２２）。
制御部１５は、第１検知温度が第１基準温度より低いと判定した場合（Ｓ２２でＹｅｓ）、光源８の発光強度を上げる、および／または、光源８の発光時間を所定の発光時間よりも長くする制御を行う（Ｓ２３）。
なお、ステップＳ２１～Ｓ２３は、それぞれ、ステップＳ１１～Ｓ１３と同じである。
制御部１５は、第１検知温度が第１基準温度以上であると判定した場合（Ｓ２２でＮｏ）、または、ステップＳ２３の後で、第１検知温度が第３基準温度より低いか否かを判定する（Ｓ２４）。第３基準温度は、第１基準温度と第２基準温度との間の温度である。第３基準温度は、反応物の反応に必要な発光強度が得られなくなる光源８の温度と、反応管温度検知部１６での検知温度との相関を予め測定し、光源８により反応物の反応に必要な発光強度が得られなくなる温度を基準にして設定された温度であってもよい。
制御部１５は、第１検知温度が第３基準温度以上であると判定した場合（Ｓ２４でＮｏ）、光触媒処理が開始されてから所定時間経過したか否かを判定する（Ｓ２５）。
制御部１５は、第１検知温度が第３基準温度より低いと判定した場合（Ｓ２４でＹｅｓ）、または、光触媒処理が開始されてから所定時間経過したと判定した場合（Ｓ２５でＹｅｓ）、光触媒処理を停止する（Ｓ２６）。制御部１５は、光触媒処理が開始されてから所定時間経過してないと判定した場合（Ｓ２５でＮｏ）、ステップＳ２２に戻る。なお、ステップＳ２５およびＳ２６は、それぞれ、ステップＳ１４およびＳ１５と同じである。
本実施の形態に係る食品加工装置２００の第２の例の動作によれば、制御部１５は、反応槽温度検知部１１により検知された温度が予め定められた第２基準温度となるように冷却部１０を動作させる。制御部１５は、反応管温度検知部１６により検知された温度が予め定められた第３基準温度より低い場合、光源８の発光を停止する。このため、反応管７の内側の温度が第３基準温度となった場合に、例えば異常が発生したと判断して、光源８の発光を停止することができる。これにより、反応物の反応が促進されにくい条件で、光触媒処理を継続することを抑制することができる。
第２基準温度は、第１基準温度より低い温度であり、第３基準温度は、第１基準温度と第２基準温度との間の温度である。このため、制御部１５は、齟齬なく運転制御を実行することができる。
（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る食品加工装置について説明する。実施の形態３に係る食品加工装置では、実施の形態２に係る食品加工装置２００における光源８の発光強度および／または発光時間を変更する制御を行う代わりに、撹拌部２の動作量を変更する制御を行う。
実施の形態３に係る食品加工装置の構成は、実施の形態２に係る食品加工装置２００と同様である。なお、触媒反応部６ａの代わりに、実施の形態１の触媒反応部６が用いられてもよい。
実施の形態３に係る食品加工装置２００の動作について、図８を用いて説明する。図８は、実施の形態３の食品加工装置２００の動作を示すフローチャートである。
まず、制御部１５は、光触媒処理を開始する（Ｓ３１）。
次に、制御部１５は、第１検知温度が第１基準温度より低いか否かを判定する（Ｓ３２）。
なお、ステップＳ３１およびＳ３２は、それぞれ、図６のステップＳ１１およびＳ１２と同じである。
制御部１５は、第１検知温度が第１基準温度より低いと判定した場合（Ｓ３２でＹｅｓ）、撹拌部２の動作量を第１基準温度より高い場合の動作量よりも増加させる制御を行う（Ｓ３３）。なお、撹拌部２の動作量とは、動作速度であり、例えば、撹拌部２の回転速度である。
制御部１５は、第１検知温度が第１基準温度以上であると判定した場合（Ｓ３２でＮｏ）、または、ステップＳ３３の後で、光触媒処理が開始されてから所定時間経過したか否かを判定する（Ｓ３４）。なお、制御部１５は、第１検知温度が第１基準温度と等しいと判定した場合、ステップＳ３３およびステップＳ３４のいずれか一方が行われていればよい。
制御部１５は、光触媒処理が開始されてから所定時間経過したと判定した場合（Ｓ３４でＹｅｓ）、光触媒処理を停止する（Ｓ３５）。制御部１５は、光触媒処理が開始されてから所定時間経過してないと判定した場合（Ｓ３４でＮｏ）、ステップＳ３２に戻る。
なお、制御部１５は、ステップＳ３３が行われて、撹拌部２の動作量が増加された後で、ステップＳ３２において、第１検知温度が第１基準温度以上となった場合、撹拌部２の動作量を第１基準温度より低い場合の動作量よりも減少させる制御を行ってもよい。この場合、制御部１５は、撹拌部２の動作量をステップＳ３３が行われる前の元の動作量に戻す制御を行ってもよい。
反応物が極低温になると、反応管７が冷却され、実施の形態１での触媒反応部６のように断熱部１４を設けた場合でも、光源８の温度が大きく低下する場合がある。その結果、光源８の発光強度が低下して光触媒における励起子の発生状態が変化することで、反応物の反応性に影響が出るおそれがある。本実施の形態に係る食品加工装置２００によれば、反応管７の内側の温度が第１基準温度よりも低い場合に、撹拌部２の動作量を増加させるため、反応物と触媒反応部６との間の接触性を向上させることができる。これにより、光源８の温度が低下した場合であっても、光触媒で発生させた励起子と反応物との反応確率を大きくさせることで、反応物の反応性を維持することができる。よって、食品の反応物の反応量をより適切に制御することができる。
以上、本開示の一つまたは複数の態様に係る食品加工装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
本開示の一態様は、例えば、食品の原料を改質する光触媒を用いた食品加工装置に利用できる。
１ 反応槽
２ 撹拌部
３ 回転軸
４ 撹拌体
５ 蓋部
６、６ａ 触媒反応部
７ 反応管
７ａ ガラス基材
７ｂ 薄膜
７ｃ 底面
８ 光源
８ａ 収容部
１０ 冷却部
１０ａ 外壁
１１ 反応槽温度検知部
１３ 封止部
１４ 断熱部
１５ 制御部
１６ 反応管温度検知部
１００、２００ 食品加工装置

Claims (4)

  1. 食品加工装置に用いられる触媒反応管であって、
    反応管、前記反応管の内部に設けられた光源、前記反応管と前記光源の間に設けられた断熱部を含み、
    前記反応管の外表面に光触媒が設けられ、
    前記反応管は前記光源から照射された光を透過し、
    前記反応管は第１端を有し、前記第１端は閉じられており、
    前記断熱部の熱伝導率は前記反応管の熱伝導率よりも小さい、
    触媒反応管。
  2. 前記断熱部は、プラスチック、および、グラスウールのうちの少なくとも１つにより構成される
    請求項１に記載の触媒反応管。
  3. 前記光源は、紫外線を発光するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）および／または紫外線を発光する蛍光灯を含む
    請求項１または２に記載の触媒反応管。
  4. 前記光源は、前記蛍光灯を含み、
    前記蛍光灯は、水銀化合物が収容され、前記反応管の前記第１端である底面と対向する収容部を有し、
    前記断熱部は、前記底面および前記収容部と接触している
    請求項３に記載の触媒反応管。
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