JP3695792B2 - 電気加熱装置および電気加熱方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液体食品および生物学的製品といった流体物質を、電流を流すことにより電気加熱する分野に関し、このような電気加熱処理および電気加熱装置、ならびに、このような電気加熱を用いて細菌学的制御を行う手順に関する。
【０００２】
【従来の技術】
「オーム加熱」、「抵抗加熱」さらに「電気伝導性による加熱」とも称せられる電気加熱は、電気的に伝導性を有する物質を、その物質内に電流を流すことにより加熱し、それによりその物質の抵抗を用いて電気エネルギーを熱に変換する処理である。換言すれば、その物質自身が抵抗加熱器として作用する。典型的には、その物質と接触しており、かつ距離を隔てて配置された複数の電極間に電位を与えることにより、電流をその物質を通して流すことができる。
【０００３】
熱はその物質自身の内部に発散していくので、加熱速度は、その物質の境界を通過する際の熱伝達速度に制限されることはないし、また、その物質自身の内部の伝導速度に制限されることもない。したがって理論上、電気加熱によれば急速で均一な加熱が実現されることになる。
【０００４】
このような電気加熱の重要な用途の一つとして、牛乳、卵全体、卵と牛乳からなる製品、スープ、シチューなどの流体食品および生物学的物質に対する、殺菌および同じような細菌学的な制御処理が挙げられる。このような製品を処理する際の産業上の慣行、および行政上の規制により、このような製品は、典型的には必要最低限の温度にまで下げて処理し、かつその必要最低限の温度以上の温度で所定の最短保存期間の間保存される必要がある。しかしながら、このような製品の多くは熱の影響を受けやすいので、必要最低限の処理温度近傍あるいはそれを超える温度で所定の期間を超えて保存された場合には、その製品の香気、組織あるいは有用性に悪影響がもたらされうる。したがって、このような製品は典型的には、プレート式熱交換器あるいは切り抜かれた面を持つ熱交換器などの従来の熱交換器を用いて必要最低限の温度よりも低い温度に予め加熱される。この予備加熱を行った後で、製品を電気加熱装置の中に通し、それによって必要最低限の温度を超える温度に製品を急速に加熱する。この電気加熱器を通した後で、製品を保存領域に通す。この保存領域は典型的には、長く、断熱されたパイプラインである。この保存領域の出口で製品が適切な温度にある時は、製品を急速に冷却して包装する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱の影響を受けやすい物質を電気加熱するに際しては、実用上相当な困難が伴う。多くの物質では、電流を流すことにより、電解が発生する傾向がある。なぜなら、例えば食料製品中の水および塩が、それらに含まれる成分のガスに変質するからである。このようにして電解が発生すると、今度は食料製品中の二次的な反応の発生が促進されてしまい、その結果香気が失われることになる。さらに、ある種の電極材料を用いる場合には、電解のもたらす影響によって、電極が徐々に溶解したり、その電極材料で製品が汚染されたりする結果がもたらされることがある。米国特許第4,729,140号に開示されているように、電気加熱を行う際の電解のもたらす影響は、幹線電源を通して通常用いられる交流の電流を50〜60サイクルを超える周波数、例えばおよそ100〜450KHzの周波数で与えることにより効果的に抑制することができる。典型的には、100KHz以上のオーダーの周波数、即ち、ラジオ波の周波数（RF）領域にある周波数が用いられる。電気加熱を行うに際してRF電力を用いれば確かに電解は効果的に抑制できるが、高価な周波数変換装置が必要になる。
【０００６】
さらに、製品にもたらされる損害の問題（例えば卵の場合は凝結の問題）を防止し、かつ装置中に局所的にアークが形成される問題を防止するためには、電気加熱装置に入力されるエネルギーは制限を受けることになる。単なる参考例として言及しておけば、PCT特許出願第WO93/19620号では、各電気加熱器内での製品の温度の上昇が約15℃（最も好ましくは約5℃）にとどまるように、電気加熱器を動作させるべきことが具体的に示唆されており、また、「１秒につき１℃」の速度、即ち、従来のプレート式熱交換器で達成可能な速度を上回ることのない速度で製品の温度を上昇させる加熱器が例として教示されている。したがって、従来は、電気加熱を行うに当たって満足のいく結果を達成するために取られてきたある方策によれば、比較的低い電流密度および、典型的には比較的低いエネルギー入力速度で電気加熱器は動作させられてきた。米国特許第5,290,583号は別の電気加熱装置および電気加熱方法を記載している。
【０００７】
有効性を有し得るその他の電気加熱装置は、一連の同心電気加熱セルを備えている。これらの同心電気加熱セルはそれぞれ、ほぼ円筒型の外部電極と、その外部電極と中心を共にする棒状の内部電極とを有している。このようなセルのそれぞれにおいて、中央の棒状の電極と外部電極との間に電位が与えられ、その結果、電位差がほぼ放射状になる。この装置はさらに、細長い「のぞき窓」セルを有し得る。これらの「のぞき窓」セルはそれぞれ、誘電性パイプと、そのパイプの両端において流体と接触する複数の電極とを備えている。特に有効なある構成によれば、加熱される流体はまず、あるのぞき窓セルを通して流入され、複数の同心セルを順次通過し、しかる後にもう一方ののぞき窓セルを通って装置から流出される。これらののぞき窓セルは、例えば7800Ｖの比較的高い電位で動作するが、一方、それらの同心セルはおよそ200Ｖの電位で動作する。これらの同心セルは互いに電気的に並列に接続されている。ラジオ波の周波数(RF)を用いるこの種の装置は、卵全体および卵製品の処理に有効に用いられてきている。この電気加熱装置を用いることにより何百万ポンドの製品が有効に殺菌されており、また、それにより得られる製品も、質の高い香気を有し、かつ貯蔵安定性に優れた製品として広く受容されてきている。
【０００８】
したがって、電気加熱業界では、大変な努力によって大いな進歩が達成されてはきているものの、さらなる改善（装置が安価であること、等）が依然強く要求されている。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、液体食料および生物学的製品といった流体物質を、それらの物質に電流を流すことによって、高温または短時間に加熱することができ、かつ、流体物質の品質を損ないにくい、安価な、電気加熱装置および電気加熱方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気加熱装置は、入口側端部および出口側端部を有する細長い第１の導管を規定する誘電体構造であって、該第１の導管が平均断面積を有している誘電体構造と、該第１の導管の一端に隣接して配置されている第１の電極面であって、該第１の導管を通って流れる導電性流体と接触する第１の電極面を有する第１の電極本体と、該第１の導管の他端に隣接して配置されている第２の電極であって、該第１の導管の隣接する端部の外側に、実質的に均等な距離を隔てて配置されており、それによって該導管を通って流れる該導電性流体と接触する第２の電極面を有する第２の電極において、該第２の電極面は、該導管の該平均断面積よりも大きな面積を有し、それによって、該導管を通って流れる導電性流体が該第２の電極における導電性流体よりも大きな電気抵抗を有し、かつ、該両電極面の間を流れる電流が該導管を通って流れる該導電性流体と同一の方向に流れる、第２の電極と、を有し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１１】
前記第１の電極面が、前記第１の導管の前記隣接する端部の外側に実質的に均等な距離を隔てて配置されており、該第１の電極面は、該導管の前記平均断面積よりも大きな面積を有し、それによって該導管を流れる前記流体が前記両電極における該流体よりも大きな電気抵抗を有し、かつ、該両電極を通して与えられる電気エネルギーが、主に該導管において熱に変換されるようにしてもよい。
【００１２】
また、前記導管が前記端部のそれぞれに中心軸を有し、前記電極面がそれぞれ、該導管の隣接する端部の該中心軸に対して回転する面の形状をおよそ成しているようにしてもよい。
【００１３】
また、前記電極面がそれぞれ、球体の表面領域の形状をおよそ成しているようにしてもよい。
【００１４】
また、前記誘電体構造が前記導管の各端部に連結されている転移部をさらに備えており、該転移部は、該導管の該端部から該連結された電極の前記電極面に向かって延びている壁構造を有しており、かつ該壁構造は、該導管の該端部から該連結された電極に向かう方向に徐々にその断面積を増していく転移経路を規定しするようにしてもよい。
【００１５】
また、前記導管が前記各端部に中心軸を有し、前記電極面がそれぞれ、該導管の隣接する端部の該中心軸に対して回転する面の形状をおよそ成しており、前記壁構造が、該導管の隣接する端部の該中心軸に対して回転する面の形状をおよそ成している前記転移経路のそれぞれと境を接しており、かつ該導管の該端部から該電極面に向かう方向に徐々に増していく直径を有するようにしてもよい。
【００１６】
また、前記転移経路に境を接している前記壁構造が前記第１の導管の前記連結されている端部から前記隣接する電極面に向かって延びており、該壁構造のそれぞれが、該電極面の周縁において前記隣接する電極に接続されているようにしてもよい。
【００１７】
また、前記電気加熱装置であって、前記電極のそれぞれが、該電極の前記電極面を通って延びている少なくとも１つのポートを有しており、それによって、加熱する導電性流体が、一方の該電極のポートから、前記転移経路の一方、前記第１の導管、および該転移経路の他方を通って、他方の該電極のポートに至るように流れるようにしてもよい。
【００１８】
また、前記電極のそれぞれにおける前記少なくとも１つのポートが、前記電極表面の前記軸から離れている前記電極の該電極表面に設けられている複数のポートを備えているようにしてもよい。
【００１９】
また、前記ポートのそれぞれが、前記電極面の前記軸に対して斜めのポート軸を有しており、それによって、該ポートと前記隣接する転移経路との間を流れている流体が該電極面の該軸に対して渦動する傾向を有するようにしてもよい。
【００２０】
また、前記転移経路のそれぞれに境を接する前記壁構造がおよそ円錐状であるようにしてもよい。
【００２１】
また、前記誘電体構造が入口側端部および出口側端部を有する第２の導管をさらに規定しており、該第２の導管の該入口側端部が前記第１の導管の前記出口側端部と連絡している装置であって、該第２の導管の該入口側端部に隣接する第３の電極面と、該第２の導管の該出口側端部に隣接する第４の電極面と、をさらに備えているようにしてもよい。
【００２２】
また、前記第２の電極本体が前記第２の電極面および前記第３の電極面の両方を規定しており、それによって、前記第１の導管および前記第２の導管が前記第２の電極における前記ポートを通して互いに連絡されているようにしてもよい。
また、前記第２の電極本体が前記第２の電極面および前記第３の電極面を通って延びている複数のポートを有しており、それによって、前記第１の導管および前記第２の導管が該第２の電極本体における該複数のポートを通して互いに連絡されているようにしてもよい。
【００２３】
また、前記電極面のそれぞれが、前記導管の前記平均断面積の少なくとも２倍である面積を有するようにしてもよい。
【００２４】
また、前記導管が実質的に一定の断面積を有するようにしてもよい。
【００２５】
また、前記導管の長さ／直径比が少なくともおよそ５：１であるようにしてもよい。
【００２６】
また、本発明の電気加熱装置は、露出された第１の電極面を有する第１の電極、および露出された第２の電極面を有する第２の電極と、該両電極の該両電極面の間に延びている連続する開放経路を規定している誘電体構造であって、該電極面のそれぞれの面積よりも実質的に小さい断面積を有する該両電極面から離れている該経路のある領域を規定している誘電体構造と、導電性流体を該経路中に流入させ、かつ該流体を該経路から排出する手段であって、流入・排出される該流体の少なくとも一部が該領域を通って流れ、かつ該導電性流体の少なくとも一部を該両電極面に接触させる手段において、該導電性流体が該両電極の間に電気的に伝導性を有するパスを形成し、かつ該両電極が、該両電極面に隣接する該パスの電気抵抗よりも実質的に大きい電気抵抗を該領域において有している、手段と、を有し、そのことによって上記目的が達成される。
【００２７】
前記第１の電極面が、前記第２の電極面から実質的に均等な距離を隔てて配置されており、それによって、該第１の電極面上のある点から、前記経路を経由して該第２の電極面上のある点に至る最も短いパスの長さが、該第１の電極面および該第２の電極面上のいかなる点についても実質的に同一であるようにしてもよい。
【００２８】
また、前記経路が第１の端部と第２の端部との間に延びており、前記両電極面が凹面であり、かつ該両端部において前記経路に向かって内側に面しているようにしてもよい。
【００２９】
また、前記経路がおよそ管状であって、各端部において経路の軸を規定しており、また、前記電極面のそれぞれが実質的に球体面の形状を成しているようにしてもよい。
【００３０】
本発明の電気加熱方法は、導電性流体を加熱する方法であって、誘電体構造により規定され、かつ第１および第２の端部を有する連続的経路を通して該流体を流す工程と、該経路の該第１の端部に隣接する第１の電極面と、該経路の該第２の端部に隣接する第２の電極面と、の間に電流を流す工程であって、それによって両電極から離れている該経路のある領域における電流密度が、該両電極面における電流密度よりも実質的に大きくする工程と、を包含し、そのことによって、上記目的が達成される。
【００３１】
前記経路を通して前記流体を流す前記工程が、該経路の前記第１の端部から該経路の前記第２の端部へと該流体が流れるように行われ、それによって、該流体と該電流とが該経路を通して同一方向に流れるようにしてもよい。
【００３２】
また、前記電流密度が前記電極面それぞれにおいて実質的に均一であるようにしてもよい。
【００３３】
また、前記電流密度が、前記電極面のそれぞれにおいておよそ0.25Ａ/cm²未満であるようにしてもよい。
【００３４】
また、前記経路の前記領域における電流密度の、前記電極面のそれぞれにおける電流密度に対する比が、少なくともおよそ５：１であるようにしてもよい。
【００３５】
また、前記導電性流体を通して前記両電極面の間に与えられる電気抵抗が、少なくともおよそ100オームであるようにしてもよい。
【００３６】
また、前記電流が少なくともおよそ1000Ｖの電位で与えられるようにしてもよい。
【００３７】
また、前記電流がおよそ100Hz未満の周波数を有するようにしてもよい。
【００３８】
また、前記導電性流体が食料製品であるようにしてもよい。
【００３９】
また、前記食料製品が前記経路を通過する際に、少なくともおよそ40℃/secの速度で加熱されるようにしてもよい。
【００４０】
また、前記食料製品が本質的に卵からなるようにしてもよい。
【００４１】
また、前記流体が液体相にある粒子を有しているスラリーであるようにしてもよい。
【００４２】
また、前記液体相が前記粒子よりも低い導電性を有するようにしてもよい。
【００４３】
また、前記電流が前記スラリーを通過する以前に、前記粒子の温度が前記液体相の温度よりも高くなるように調整する工程をさらに包含するようにしてもよい。
【００４４】
本発明の卵の加熱方法は、卵の中の電気エネルギーを、少なくともおよそ40kcal/kg-secの速度で導電性を有するように放散する工程を包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【００４５】
前記速度が少なくともおよそ600kcal/kg-secであるようにしてもよい。
【００４６】
また、前記速度が少なくともおよそ2000kcal/kg-secであるようにしてもよい。 本発明の液体卵の電気加熱方法は、少なくともおよそ0.5Ａ/cm²の電流密度で該卵の中に電流を与える一方で、該卵と電流印加電極との間の界面における電流密度を0.25Ａ/cm²未満に制限する工程を包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【００４７】
前記卵と接触している両電極間に電位を与える工程について、それによって該両電極の間に電流が流れ、かつ該卵内部における最大電流密度が該両電極における電流密度の少なくともおよそ５倍になる工程を包含してもよい。
【００４８】
また、前記電位がおよそ100Hz未満の周波数を有するようにしてもよい。
【００４９】
また、前記電位がおよそ50〜60Hzの周波数を有するようにしてもよい。
【００５０】
また、好ましくは、前記液体卵の加熱方法であって、前記電位が少なくともおよそ220Ｖであるようにしてもよい。
【００５１】
また、前記電流が与えられている間に、前記両電極を通過するように前記液体卵を連続的に移動させる工程をさらに包含するようにしてもよい。
【００５２】
また、前記液体卵が前記両電極間を通過した後で、該液体卵を冷却する工程をさらに包含するようにしてもよい。
【００５３】
また、前記液体卵が、およそ0.5秒未満の時間で前記両電極を通過するようにしてもよい。
【００５４】
また、前記液体卵が前記両電極間を通過する際に、該液体卵が少なくともおよそ1.5℃は加熱されるようにしてもよい。
【００５５】
また、前記電極を通過する単位液体卵毎に該液体卵に与えられる前記電流が、およそ2Ａ/kg-sec未満であるようにしてもよい。
【００５６】
また、前記電極間を通過する前記液体卵が、各対の電極面の間に少なくともおよそ100オームの抵抗を規定するようにしてもよい。
【００５７】
また、液体卵は、前記の方法により処理されてもよい。
【００５８】
本発明の電気加熱装置は、入口側端部および出口側端部を有する導管を規定する誘電体構造と、該入口側端部に隣接する第１の電極面と、該出口側端部に隣接する第２の電極面とを規定する電極構造であって、それによって導電性流体物質を該導管を通して連続的に流し、かつ、該導管中の該流体物質を介して該両電極面の間に電流を通過させることにより、該流体物質を加熱しうる電極構造と、該流体物質を該導管を通して流している間に、該導管の幾何学的形状を変動させる手段であって、それによって該導管における該流体物質の電気的インピーダンスを調整する手段と、を備え、そのことによって上記目的が達成される。
【００５９】
前記誘電体構造が、該導管の少なくとも一部を規定している可撓性誘電体管を備えており、かつ、前記変動手段が該可撓性誘電体管を変形させる手段を備えているようにしてもよい。
【００６０】
また、前記管を変形させる前記手段が前記管を包囲するシェルと、制御流体を該シェル中に流入させ、かつ該制御流体を該シェルから放出する手段とを備えているようにしてもよい。
【００６１】
また、該導管内の状態を監視する手段をさらに備えている装置であって、監視した該状態に応じて変動しうるように該手段を作動させるようにしてもよい。
【００６２】
また、前記監視手段が、前記両電極面の間を流れる電流を監視する手段を備えているようにしてもよい。
【００６３】
また、本発明の電気加熱装置は、処理チャンバーを規定する誘電体構造と、加熱する流体を該処理チャンバーを通して流す手段と、該処理チャンバーに対して露出されている表面を有する少なくとも２つの電極を備えている電気加熱装置であって、該露出されている表面が本質的に炭素からなり、そのことによって上記目的が達成される。
【００６４】
前記の電気加熱装置であって、前記露出されている表面が本質的にグラファイトからなるようにしてもよい。
【００６５】
また、本発明の電気加熱方法は、液体加熱方法であって、第１および第２の電極間に流体を通過させる工程であって、それによって本質的に炭素からなる該両電極の表面のみにおいて該流体を該両電極に接触させる工程と、該炭素からなる表面と該流体とを通して該両電極間に電流を流す工程とを包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【００６６】
前記電流が交流電流であるようにしてもよい。
【００６７】
また、前記導電性流体を通して前記炭素からなる両表面間に与えられる電気抵抗は、少なくともおよそ100オームであり、かつ該電流が少なくともおよそ1000Ｖの電位で与えられてもよい。
【００６８】
また、前記流体は液体卵であってもよい。
【００６９】
また、本発明の電気加熱する方法は、電気的に伝導性を有する液体相において温度が上昇するにつれて増大する導電性を有する固体粒子を含んでいるスラリーを電気加熱する方法であって、該液体相の温度あるいは該粒子の温度、またはその両者の温度を調整する工程であって、それによって該粒子が該スラリーよりも暖かい状態になるように該スラリーを加熱する工程と、該スラリーを通して電流を流す工程であって、それによって該電流が該粒子を加熱するのに役立つようにする工程と、を包含し、そのことによって、上記目的が達成される。
【００７０】
また、本発明の電気加熱する方法は、温度が上昇するにつれて増大する導電性を有する粒子を電気加熱する方法であって、各粒子の内部が該各粒子の外側よりも暖かくなるように該粒子の温度状態を調整する工程と、該粒子を通して電流を流す工程であってそれによって該電流が該粒子の中心を通過し、かつ該中心を加熱するのに役立つようにする工程と、を包含し、そのことによって、上記目的が達成される。
【００７１】
前記粒子を通して電流を流す前記工程が、該粒子が電気的に伝導性を有する液体を伴うスラリーの状態にある間に行われてもよい。
【００７２】
また、前記粒子の温度を調整する前記工程が、該粒子が前記スラリーの状態にある間に行われてもよい。
【００７３】
また、前記粒子の温度を調整する前記工程が、該粒子を加熱する工程と、加熱後、該粒子を滞留時間の間保持する工程と、をさらに備えていてもよい。
【００７４】
【作用】
本発明のある局面によれば、導電性流体を加熱する方法が提供される。本発明のこの局面による方法は、誘電体構造により規定され、かつ第１および第２の端部を有する連続的経路を通して流体を通過させる工程と、経路の第１の端部に隣接する第１の電極面と経路の第２の端部に隣接する第２の電極面との間に同時に電流を流す工程と、を包含しうる。好ましくは、流体は第１の端部から第２の端部へと経路に沿って通過し、それによって流体は電流と同じ方向に流れることになる。両電極から離れている、経路のある領域における電流密度が両電極面における電流密度よりも実質的に大きくなるようにこれらの工程は行われる。連続的経路を形成している誘電体構造は、電流を中心に集める働きをする。したがって、各電極面の面積は、両電極から離れている領域における経路の断面積よりも実質的に大きくなりうる。最も好ましくは、各電極面上の電流密度は実質的に均一に維持される。経路の上記高電流密度領域における電流密度の、両電極面における最大電流密度に対する比は、少なくともおよそ５：１であるのが望ましく、より好ましくは少なくともおよそ10：１であり、最も好ましくは少なくともおよそ35：１以上である。
【００７５】
本発明のこの局面によれば、従来電気加熱を行うに当たって遭遇してきた困難のうちの多くは、電極が比較的高い電流密度に曝される際に電極面上あるいはその近辺で発生する現象によるものであることが認識できる。本発明はいかなる動作理論にも制限されるものではないが、処理されている製品の局所的燃焼および固着、アークといった現象は、沸騰あるいは"run away"（電極近辺が局所的に過度に加熱されるために、ある領域における物質の抵抗が低下し、その結果、その領域に電流が集中し、さらに加熱されてしまう）といった局所的不安定性に少なくとも部分的に関連するものと考えられる。従来は、電極表面において発生するこれらの問題の理由とは無関係に、一般に上記難題は高電流密度に関連づけられてきた。したがって従来は、両電極および製品内において、全システムを比較的低電流密度で動作させる必要があった。しかしながら、本発明のこの局面による好ましい方法においては、両電極から離れている、経路の領域における流体物質内の電流密度を、両電極における電流密度よりも実質的に高くすることができる。流体物質内の電流密度は、たとえ総電流が低くても、従来のシステムにおいて達成可能であった電流密度よりも実質的に高くすることができる。
【００７６】
最も好ましくは、処理されている物質は、経路を通して両電極面に対して少なくともおよそ100オームの電気抵抗を持つ。この抵抗値は、より好ましくはおよそ500オームであり、最も好ましくは少なくともおよそ1000オーム以上である。また、両電極間の電位は少なくともおよそ220Ｖであり、より好ましくは少なくともおよそ1000Ｖであり、最も好ましくは少なくともおよそ6000Ｖ以上である。
【００７７】
経路における物質は、両電極間に比較的高い抵抗を有する電流経路を規定するので、相当量の電力放散、およびそれに伴う相当量の加熱が、処理される単位物質毎に比較的低い電流で達成可能である。そのような低い電流レベルにおいては、電解を実質的に排除することができ、また、電流が非常に低い周波数またはゼロ周波数を有する場合でも、システムが良好に動作することができる。この方法において用いられる電流は、望ましくはおよそ400Hz未満の周波数を有し、より好ましくはおよそ100Hz未満の周波数を有する。100Hzを下回る範囲の電流は、通常「幹線周波数(mains frequency)」と称せられる。なぜなら、商業的に利用可能な交流電力が一般にこれらの周波数（最も一般的には50〜60Hz）で供給されているからである。この方法は幹線周波数電力を用いて実施可能であるので、好ましい方法はRF発生器、マイクロ波発生器などの周波数変換装置を用いることなく実施可能である。
【００７８】
本発明の好ましい方法によれば、製品が壊れることなく、相当高い加熱速度を達成することができる。したがって、本発明の別の局面による処理では、電気エネルギーを連続的に製品に供給し、かつ、製品中の電気エネルギーを少なくとも１秒につきおよそ40kcal/kgの速度で伝導的に放散することにより、タンパク質からなる生物学的製品を加熱する方法が提供される。さらに高いエネルギー放散速度およびそれに伴うより高い加熱速度がさらに好ましい。本発明のこの局面による方法は、広範囲のタンパク質製品に適用されうるが、液体卵の場合には特に有効である。
【００７９】
本発明における用語「液体卵」は、液体卵白、液体卵黄、あるいはそれらの混合物（「液体卵全体」と称する）を含んでおり、塩、砂糖、牛乳、安定剤、抗生物質、デキストリン、シクロデキストリン、ペロキシドなどの添加剤、クエン酸などの酸、および固体を含む食料もしくは粒子状食料を含んでいてもいなくてもよい。本明細書においては、コレステロールが除去された液体卵もまた、「卵」を指すものとしてその中に含まれている。したがって、この処理においては、製品に損害を与えることなく非常な高速で卵に電気エネルギーを与えることができるので、例えば１秒につき少なくともおよそ100℃の速度（最も好ましくは１秒につき少なくとも200℃以上の速度）で卵を非常な高速で加熱することが可能になる。
【００８０】
本発明のこの局面による好ましい処理によれば、従来用いられてきた速度よりも何倍も高い速度で電気加熱を行うことができる。加熱速度が高くなれば、処理している物質を高温で短時間に殺菌することが可能になる。これは、製品の質を維持する助けにもなる。本発明のこの局面は、卵などのタンパク質物質の微生物制御処理を含んでいる。さらに、本発明はいかなる動作理論にも限定されるものではないが、電流自身が微生物、特にバクテリアを有効に破壊および／または殺菌する効果を有すると考えられる。即ち、物質を通して電流を流す電気加熱手順を用いて殺菌などの処理の施された製品は、同じ温度で処理されてはいるが電気加熱以外の方法で処理された（これ以外の条件はほぼ同じである）製品よりも、貯蔵寿命が長くなる傾向にある。本発明のこの局面による好ましい処理においては、両電極から離れた物質内に電流を集中させることによりこの効果は一層顕著なものになる。したがって、両電極における電流密度が比較的低くても、両電極から離れた製品内の電流密度は、相当高くなる。さらに、好ましい実施態様においては、物質は細長い導管などの経路を通って流れるので、流れていく電流にこの物質を相当長い時間曝すことができる。
【００８１】
本発明のさらに別の局面によれば、電気加熱装置が提供される。本発明のこの局面による電気加熱装置は、入口側端部と出口側端部とを有する細長い第１の導管を規定する誘電体構造を備えており、また、第１の導管の両端部に隣接して配置された第１および第２の電極面を規定する手段を備えており、それによって、第１の導管を通って流れている導電性流体物質が第１および第２の電極面に接触しうる。望ましくは、両電極面のうち少なくとも１つは、第１の導管の隣接する端部の外側の、第１の導管端部から実質的に均等な距離の位置に配置される。この電極面の面積は、第１の導管の最小断面積よりも大きく、かつ、第１の導管の平均断面積よりも望ましくは大きい。最も好ましくは、電極面が共に、第１の導管の隣接する端部の外側の、第１の導管から実質的に均等な距離の位置に配置され、両電極面の面積がいずれも導管の平均断面積よりも大きい。
【００８２】
この装置においては、導管における流体物質は、両電極面に隣接する流体よりも大きな電気抵抗を有する。両電極を通して与えられる電気エネルギーは、主としてこの導管内において熱に変換される。好ましくは、この導管は各端部に中心軸を有しており、また、各電極面は、導管の隣接する端部の中心軸に対して回転する表面の形状をおよそ成している。最も望ましくは、各電極面は、隣接する導管端部の中心軸上にその中心を有する球体の表面領域の形状をおよそ成している。
【００８３】
この誘電体構造は、望ましくは導管の各端部に連結された転移部を備えている。この転移部は、導管の端部から、このような導管端部に連結された電極の電極面に向かって延びている構造を有する。この壁構造は、望ましくは、転移経路を規定している。この通路は、導管の端部から連結されている電極に向かう方向に徐々にその断面積を増していく。したがって、この壁構造は、導管端部から電極面に向かう方向に徐々にその直径を増していく、円錐、放物面などの回転面の形状をおよそ成しうる。電極手段は、好ましくは第１および第２の電極面を規定している電極本体を備えている。この転移部の壁構造は、望ましくは連結されている電極面にまで延びており、かつ、電極面の周縁において電極に接続されている。この電極は、電極面を通って延びている１つ以上のポートを有しうる。それによって、加熱される導電性流体は、一方の電極のポートから、一方の転移経路、第１の導管、および他方の転移経路を通って、他方の電極のポートへと流れる。これらのポートを、渦巻運動を可能にするように配置し、それによって各端部において、導管の中心軸まわりの回転を流体物質に誘導することもできる。
【００８４】
望ましくは、上記誘電体構造は、入口側端部および出口側端部を有する第２の導管をも規定する。この第２の導管の入口側端部は、第１の導管の出口側端部と連絡されている。この装置は、望ましくは第２の導管の入口側端部に隣接する第３の電極面を規定する手段を備えており、また、第２の導管の出口側端部に隣接する電極面をさらに備えている。この第３の電極面は、同一の電位で第２の電極と接続しうる。実際に、この第３の電極面は、第２の電極面をも規定している中央の電極本体により規定されうる。第３および第４の電極面ならびに第２の導管は、第１および第２の電極面ならびに第１の導管と同様の形状を有しうる。したがって、第３および第４の電極は、第２の導管の最小断面積よりも大きな面積を有する電極面を有することができ、また、最も望ましくは、第２の導管の平均断面積よりも大きな面積を有する電極面を有することができる。典型的には、使用中、第２および第３の電極面は、第１および第２の導管の分岐点に配置され、かつ、交流電源に接続されている。第１および第４の電極面は、第１の導管の入口側端部および第２の導管の出口側端部に配置され、地上に接続されている。
【００８５】
この装置は、装置を解体することなしに１つ以上の導管の幾何学的形状を調整し、導管中の物質の電気抵抗を制御しうる手段を備えうる。好ましくは、この調整手段は、その長さ方向に沿った少なくとも１つのこのような点において、少なくとも１つのこのような導管であるような管の直径を変動させる手段を備えている。最も望ましくは、このような導管を規定する管は可撓性の材料から形成されており、また、この変動手段は、この可撓性管の外部に圧力を与えることによってこの可撓性管の壁を内側に変形させる手段を備えている。後にさらに詳しく述べるように、この制御手段を開ループ制御システム、あるいはより好ましくは閉ループ制御システムを用いて作動させ、それによって所望の処理条件を維持することができる。
【００８６】
本発明のさらに別の局面による電気加熱装置は、露出された第１および第２の電極表面を有する第１および第２の電極を備えており、さらに、これら２つの面の間に延びている連続した開放経路を規定する誘電体構造を備えている。この誘電体構造は、両電極面から離れており、かつこのような電極面それぞれの面積よりも実質的に小さい断面積を有する、経路のある領域を規定している。この装置はさらに導電性流体物質を経路中へと流入させ、かつこの流体を経路から流出する手段をさらに備えている。それによって、この物質の少なくとも一部が経路の前記領域を通過し、またこの導電性流体物質の少なくとも一部が両電極面と接触する。したがって、この導電性流体物質は、経路の前記領域において、両電極面に隣接する経路の電気抵抗よりも実質的に大きな電気抵抗を有する両電極間に電気的に伝導性を有するパスを形成することになる。最も望ましくは、上記第１および第２の電極面は、互いに実質的に均等な距離を隔てて配置され、それによって第１の電極面上のある点から、前記開放経路を経て第２の電極面上のある点までの最も短いパスの長さが、第１および第２の電極面上のどの点についても実質的に等しくなる。換言すれば、両電極面および経路を規定する誘電体構造は、第１の電極上の任意の点から第２の電極上の任意の点までのパスと、第１の電極上の他の任意の点から第２の電極上の他の任意の点までのパスとが実質的に等しい長さを有し、またそれに伴って同じ電気抵抗を有するように構成され、配置されている。これによって、使用中の電極面上に電流を実質的に均等に配給することが促進される。このように均等な長さを有し、かつ均等な抵抗を有する配置は、比較的小さな直径を有する導管の両端の外側に配置されている球体状面により可能になる。ここで、各球体状面の中心は導管の開口部に隣接している。
【００８７】
本発明のさらに別の局面によって、グラファイトなどの炭質電極面を用いれば、電気加熱、特に卵などの食料製品を含むタンパク質物質の電気加熱を行うに際して顕著に優れた成果が得られることが見出された。したがって、本発明のこの局面による電気加熱装置は、チャンバー（いかなる形状でもよいが、望ましくは上述の経路もしくは導管を備えている）と、そのチャンバー内に露出された表面を有する電極（これらの露出された表面は本質的に、炭質の物質、最も好ましくはグラファイトからなる）とを規定する誘電体構造を備えている。本発明のこの局面によれば、両電極の炭質表面のみと流体が接触し、かつ両電極の炭質表面を経由して電流が流体内を流れるような、加熱される流体が両電極と接触している電気加熱方法が提供される。これらの炭質電極は、単に腐食による損害に対する耐性を有するにとどまらず、ガスの形成などの、処理されている流体に及ぼされる電解の影響を最小化する効果を有する。この効果は、上述の本発明のその他の局面による有効な効果と組み合わせることにより特に有益であるが、その他の電気加熱器にも同様に適用しうるものである。
【００８８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。まず本発明の基本原理について説明する。
【００８９】
（システム動作の概略）
本発明のある実施態様による殺菌システムは、処理対象である電気的に伝導性を有する流体物質を保持する保存タンク１０を備えている。平衡タンク１２は保存タンクに接続されており、また、平衡タンクの出口はタイミングポンプ１４の入口に接続されている。タイミングポンプ１４の出口は、プレート型熱交換器２０（以下の説明では、「再生部」と称する）の製品側面１８に接続されている。製品側面１８の出口は、別のプレート型熱交換器２８（以下の説明では、「加熱部」と称する）の製品側面２６に接続されている。製品側面２６の出口は、電気加熱セル３４の入口３２に接続されている。電気加熱セル３４の出口３６は、互いに直列に接続されている１組の保存管３８に接続されている。直列に接続されている管のうちの最後の保存管は、流動切換弁４０の入口に接続されている。この流動切換弁は、保存管から流入されてきた物質の温度が所定の最低温度を下回る場合には、その物質が第１の出口４２を通って流れるように方向づけ、他方で、物質の温度が所定の最低温度を上回る場合には、その物質が第２の出口４４を通って流れるように方向づけるように構成されている。流動切換弁４０の第１の出口４２は、平衡タンク１２に接続されており、他方で、第２の出口４４は、再生部熱交換器２０の加熱側面４６の入口４５に接続されている。加熱側面４６の出口４８は、冷蔵冷却装置５０の入口に接続されている。再生部熱交換器２０の加熱側面４６を通って流れる流体物質は、再生部熱交換器の製品側面１８にある物質と熱交換関係にあるが、その物質と接触してはいない。換言すれば、再生部熱交換器は加熱側面における物質と製品側面における物質との間の熱交換を可能にするが、これらの物質の混合は防止する。加熱部２８もまた、第１の側面２６と熱交換関係にある加熱側面２７を有しているが、再生部と連絡が取られているわけではない。加熱側面２７の入口は温水源（図示せず）に接続されており、また、加熱側面２７の出口は排水口に接続されている。この排水口が温水源へと帰還し、再び加熱を行う。
【００９０】
冷却装置50は、それを通って流れる物質の温度を包装に適した温度に設定しうる構成のものである。冷却装置50の出口は、包装装置52の製品入口に接続されている。冷却装置50は、以前に冷却した物質を、現システムから流入してきた物質と混合する混合器を備えうる。このような混合器は、例えば米国特許第5,290,583号に記載されているように「ｙ型」混合器と呼ばれている。このような装置は２つの入口側導管と、１つの出口側導管とを備えている。これらの入口側導管は混合チャンバー内で互いに結合されており、それによって高温の物質が低温の既に殺菌されている物質と親和的に混合され、急速に冷却される。このような混合装置は、流動切換弁の出口44のすぐ下流側に用いることもできる。それによって、物質が保存管38から流入されてきた時に必要最低限の温度を超える温度を有していても、その物質の温度を瞬時に低下させることが可能になる。
【００９１】
電気加熱セル34を除けば、この装置の前記各要素は概して従来の構成によるものである。処理の対象である物質が食料品、医用製品、体液などの衛生上の配慮が必要な製品である場合には、上述の装置の各要素は従来の衛生技術基準および慣行に従って構成される。
【００９２】
一般に、殺菌システムは以下のように動作する。殺菌する対象の物質を、保存タンク10から、平衡タンク12およびタイミングポンプ14を通して、再生部の製品側面18へと流入させる。この再生部において、流入する物質は流出する物質との熱交換によりまず予備加熱される。再生部の製品側面から流入する物質は、加熱部28において温水からの熱交換によりさらに予備加熱される。この予備加熱が終了すると、物質は電気加熱セル34へと送られる。後にさらに詳述するように、電気加熱セルにおいて、物質は所望の最低殺菌温度を超える温度に急速に加熱される。加熱されたこの物質の温度は、断熱された保存管38を通過する際にもこの最高温度に近い温度に維持される。この物質が電気加熱セルの出口から流動切換弁40に到達するのに要する時間は、このシステムの幾何図形的配列およびタイミングポンプ14により定まる流量により決定される。この物質がセル36から弁40に到達するのに要する時間は、必要最低限の殺菌時間と少なくとも同じ長さを有するように、選択される。したがって、この物質が切換弁40に到達した時に、この物質の温度が最低限の殺菌温度を超える温度である場合には、少なくとも必要な殺菌時間の間この物質が最低限の殺菌温度を超える温度に保持されていたことがわかる。この物質の温度が要求されている温度に等しい場合には、この物質は出口44を通して再生部熱交換器の第２の側面46へと流出される。ここで、この物質は流入する物質に対して熱を放散するので、その温度は最低限の殺菌温度を下回る温度へと急速に低下する。その後、この物質は冷却部50に流入されて、包装するのに適した所望の温度へと冷却される。しかしながら、流動切換弁40に到達した物質の温度が必要最低限温度でない場合には、この物質は出口42を通して平衡タンク12へと戻され、このタンク12から再びタイミングポンプ14を通ってもう一度処理される。
【００９３】
（電気加熱セルの構造）
図２〜図４は電気加熱セル34をより詳細に示す図である。このセルの入口32から出口36へと向かう方向は、以下の説明ではセルの「下流」方向と称し、他方でその逆の方向を以下の説明では「上流」方向と称する。このセルは、第１の細長い円筒型導管62を規定する第１の細長い誘電体管60を有する誘電体構造を備えている。導管62は中心軸64、入口側端部66および出口側端部68を備えている。導管62は円形の断面を有し、一定の直径Ｄ₁を有する（図３）。管60および導管62の長さＬ₁を図２では図示しやすいように短く描いているが、実用上は、導管の長さはその直径の何倍も長くてもよい。この誘電体構造はさらに、第１の、即ち上流側の転移部70を備えている。この転移部70は、導管の第１の端部66において導管62と同軸を成すおよそ円錐状の転移経路72を規定する壁を有している。転移経路72は、入口側端部66から離れていく方向、即ち上流方向においては徐々に増大していく直径を有し、下流方向においては内側に向かって徐々に先細になっていって、導管の入口側端部に直接隣接している導管62の直径に等しい直径Ｄ₁を有する。転移部70は、導管62から離れたその端部において平坦な接触面74を有する。この面74は、導管および転移経路の軸64に対して実質的に垂直である。円錐状転移経路72は、面74において直径Ｄ₂を有する円形の開口部を形成している。
【００９４】
この誘電体構造はさらに、第２の、即ち下流側の転移部76を備えている。この転移部76は、導管62の出口側端部68と連結されており、また、導管の出口側端部68と結合しているほぼ円錐状の第２の転移経路78を規定しており、出口側端部68から離れていく方向、即ち下流方向において徐々に増大していく断面積を有している。第２の転移経路78は、導管から離れた転移部76の端部における平坦面80に設けられた円形開口部において途絶える。第２の転移部および第２の転移経路の形状は、上述の第１の転移部および第１の転移経路の形状と本質的に同一である。
【００９５】
この誘電体構造はさらに、入口側端部86および出口側端部88を有する第２の導管84を規定している第２の細長い誘電体管82を備えており、また、第２の導管84の入口側端部86においておよそ円錐状の転移経路92を規定している第３の転移部90および第２の導管84の出口側端部88において円錐状の転移経路96を規定している第４の転移部94をさらに備えている。第２の管82、第３の転移部90および第４の転移部94は、上述の第１の管60、第１の転移部70および第２の転移部76と実質的に同一であるが、後に詳しく述べる理由により、第２の導管の長さＬ₂は第１の導管62の長さＬ₁よりも僅かに長い点は異なる。
【００９６】
この誘電体構造の各構成要素は、適切な物理的・誘電体強度を有し、かつ処理対象物質と接触するのに適した誘電体物質であれば、本質的にどのような誘電体物質からも製造しうる。食料、飲料、薬物を対象にする場合は、通常これらの物質は適切な行政上の規制に合致するものでなければならない。典型的な食料および薬物の場合には、DuPont Companyにより登録商標DELRINで市販されているアセタールポリマー、およびCelenese Corporationにより登録商標CELCONで市販されているアセタールポリマーなどの物質を用いることができる。また、ガラス、ある種の硬質ゴム組成物、およびフェノール系などの熱硬化性ポリマーなども同様に用いることができる。General Electric Co. of Schnectady, New Yorkにより登録商標ULTEMで市販されているタイプのポリエーテルイミド樹脂を用いるのが特に好ましい。
【００９７】
この電気加熱ユニットはさらに、第１の電極面100を規定する第１の電極本体98を備えている。面100は、円錐状転移経路72の実質的に頂点に位置する軸64上に中心102を有する球体状面の一部である。換言すれば、転移経路72の円錐状面の母線は、球体状電極面100の中心102、またはその近傍を通っている。第１の電極本体98は、第１の転移部70の平坦面74と嵌合している平坦面を有する。球体状面100は、円形境界に沿って電極本体の平坦面と交差している。この円形境界は、中心軸64に対して測定すれば、転移経路の開放端部の直径Ｄ₂と実質的に等しいか、もしくはＤ₂を僅かに下回る直径を有している。したがって、転移部70の壁は、球体状電極面100の周縁において電極本体と結合している。
【００９８】
第１の電極本体98は、中心軸64に対して実質的に垂直で、球体状の第１の電極面100とは反対の方向の上流側に面している入力面102を有している。円錐状の流体拡散器104が面102から中心軸64上に突出している。第１の電極本体98は、面102から面100に向かってその電極本体98を通って延びている４つのポートを有する。各ポート106は、球体状面100の中心軸64から離れた平面上に位置する入力軸108を有する。したがって、図４の一番上に配置されているポート106aの軸108aは、中心軸64の上方の、ほぼそれに対して平行な平面上に位置しているが、図４の右手に配置されているポート106bの軸108bは軸64の右手の、ほぼそれに対して垂直な平面上に位置している。その他のポートについても同様である。各ポート軸108は、中心軸64がポート軸108の平面に向かって突出している方向に対して斜めの角度110で配置されている。換言すれば、すべてのポート106のすべての軸108は、これらのポート106がほぼ螺旋状のパターンをなして配置されるように、中心軸64に対して同一方向に傾斜している。入力面102から電極面100に向かう方向にいずれかのポート106を通って移動する粒子は、電極面の下流側の軸64上の点から見れば、軸64に対して反時計回りに移動することになる。
【００９９】
この装置はさらに、背中合わせに配置される球体状の第２の電極面112と球体状の第３の電極面114とを規定する中心電極本体110を備えている。第２の電極面112は第２の転移経路78に向かって下流側に面しているが、第３の電極面114は第３の転移経路92に向かって上流側に面している。これらの球体状面112および114は、中心軸64上にそれぞれの中心を有する。各球体状面は本質的に同一の形状を有しており、また、第１の電極面100に関して先に述べたのと同様の関係をそれぞれが連結されている転移経路との間に有している。したがって、先に述べたのと同様に、第２の転移部76の壁は第２の電極面112の周縁において中心電極本体110に結合しており、一方、第３の転移部90の壁は第３の電極面114の周縁において中心電極本体110に結合している。中心電極本体110は４つのポート116を有しており、その内のごく一部を図２に示す。このようなポートはそれぞれ、第２の電極面112から第３の電極面114に向かって電極本体を通って延びている。これらのポート116は、第１の、即ち上流側電極本体98のポート106と同様に、ほぼ螺旋状に配置されている。即ち、面112から面114に向かう方向に各ポート106の軸に沿って移動する粒子が、中心電極本体の下流側の中心軸64上の点から見れば、中心軸64に対して反時計回りに移動するように、各ポート116の軸は傾斜している。
【０１００】
この装置はさらに、第４の電極面120を規定している第３の、即ち下流側端部電極本体118を備えている。この本体118に関しても、その電極面120およびそれが連結されている第４の転移部94に対する関係は、上流側の第１の電極本体98およびそれが連結されている第１の転移部70に対する関係と同一である。しかしながら、第４の電極面120が上流に面しているのに対して、下流側電極本体の拡散器124は下流に面している。
【０１０１】
この装置はさらに、第１の、即ち上流側の電極本体98の上流側、即ち入口側面102に取り付けられている入口側カバー126を備えている。この入口側カバー126は、本体98におけるポート166の開口部に向かって延びている円錐状の入口側通路を規定している。入口側パイプ128は入口側カバー126に接続されている。この入口側パイプは、入口側導水路から離れているその端部において従来の管継ぎ手130を有しており、それによってシステムのそれ以外の部分と接続される。対応する入口側各部と実質的に同一の出口側カバー132、出口側パイプ134および出口側パイプ接続部136が、下流側電極本体118の下流側端部において接続されている。
【０１０２】
電極本体98、110および118はそれぞれ、処理する対象の物質と接触可能であり、かつ腐食および電解のもたらす影響に対して耐性を有する電気的伝導性材料であれば、実質的にどのような電気的伝導性材料からも形成しうる。ステンレス鋼、チタン、ニッケルなどの金属および合金を用いることができる。しかしながら、炭質材料、即ち、本質的に炭素からなる材料を用いるのが特に好ましい。このような材料としては、グラファイト、ピッチ、ダイアモンド、およびダイアモンド状の形態の炭素が挙げられる。グラファイトを用いるのが特に好ましい。用いることができるある形態のグラファイトは、Poco Graphite Incorporated of Decatur, Texasにより商品名XT graphiteおよびXT-CF graphiteで市販されているものなどの焼結されたグラファイトである。使用中の水分吸収を最小化するためにアルコール浸漬処理により前処理されたXT-CF graphiteを用いるのが好ましい。好ましい他の材料としては、多孔度を低減する熱分解炭素からなる表面層を有するグラファイトが挙げられる。このような材料は、Poco Graphite Incorporatedにより商品名"PYE COATED"炭素として市販されている。電極全体を焼結されたグラファイトから形成することもできる。あるいは、炭質材料を金属製本体の表面に塗布し、処理している対象の製品と接触している表面を炭質材料から形成することもできる。炭質材料、特にグラファイトは、電解および腐食に対する耐性を使用中に有する。さらに、他の炭質材料と同様に、グラファイトもまた、処理している製品の電解を最小化するのに役立ち、また、特に、ガスの形成を抑制するのに役立つ。炭質電極の有効な特性は、どのような形状の電気加熱装置にも適用しうるものである。各電極本体には銅などの高い導電性を有する材料からなるバンド140が設けられており、このバンド140は処理している物質から離れている電極本体の外部表面を取り巻いている。各バンドはタップ142に接続されており、それによって電極を外部の電位に接続している。
【０１０３】
これらの電極本体は、これらの電極面の周縁の外側において電極内を通るボルト138により隣接する構成要素に固定されている。中心電極本体110およびそれに連結されているボルトは、誘電体材料から成る保護シュラウド146により覆われている。これらの電極表面とその他の構成要素の嵌合面との間にオーリング状あるいはそれに類似した密着部を設けることができる。第１および第２の導管を規定している管60および82は、ネジ止め固定、滑合固定などの従来の固定用構成により転移部に固定することができる。もちろん、食料、薬物などの衛生上の配慮が必要な物質と接触して用いる場合には、食料装填技術の周知の原則、ならびに適切な法律および基準に従って、各種構成要素を設計し、それによって、装置内での汚染された物質の洗浄を容易にし、かつそのビルドアップを避けることができるようにすべきである。
【０１０４】
上流側、即ち入口側端部電極本体98および下流側、即ち出口側端部電極本体118は、いずれも接地電位に接続されているが、中心電極本体110は幹線周波数交流電源148に接続されている。この電源は、所定の周波数（望ましくは100 Hz未満、より望ましくはおよそ50〜60 Hz）で交流する地面を基準とする電位を印加しうる構成のものである。電源148は電極本体110との間に直接接続されている部分を有し得る。また、通常の配線などは、電極110と通常の電源配線との間に配された変圧器（図示せず）を備えていてもよい。
【０１０５】
（電気加熱器の動作）
動作中、処理する対象の物質は、熱交換器（図１）の再生部20および加熱部28で予備加熱され、電気加熱セルの入口32を通して流入され、しかる後に入口側パイプ128および入口側カバー126を通して流入される。流動しているこの物質は、上流側電極本体98の拡散器104の周囲で外側に分流し、ポート106を通って電極本体に流入する。この物質はポートを通過すると、中心軸64に対して反時計回りの方向に渦動して第１の転移経路72に流入し、第１の導管62および第２の円錐状転移経路78を通過して、中心電極本体110に流入する。物質は、中心電極本体の各ポート116を通過して、再び中心軸64に対して渦動しつつ導かれる。物質は、下流方向に向かって、第３の転移部および第２の導管84を通過して第４の転移経路96に至り、その後、下流側電極本体118の各ポートを通過して、出口側カバー132および出口側パイプ134を通り、電極加熱ユニットの出口36に至る。このユニットを通って流れる物質の渦動運動は、この物質がユニット内のどの点においても決して沈滞しないようにする助けとなる。
【０１０６】
電気的に伝導性を有する流体物質がユニットを通って流れる時、この物質は電極表面と接触する。したがって、上流側電極本体98と中心電極本体110との間に一時的に位置するこの物質は、第１の電極面100および第２の電極面112と電気的に接触する。電源148は、これら２つの電極面の間に電位差を与え、それによってこの物質を通って電流が流れ、物質を加熱できるようにする。この電流は、両電極面100および112に対して実質的に均等に供給される。図３を見れば最もよく分かるように、各電極面は導管62の連結されている開口部から実質的に均等な距離に位置している。したがって、第１の電極面100上のどの点も、導管66の第１の、即ち上流側の端部から、面100の半径Ｒ₁とおよそ等しい距離を隔てて位置しているのに対して、第２の電極面112上のどの点も、導管62の端部、即ち下流側の端部68から、実質的に等しい距離を隔てて位置している。
【０１０７】
導管の開口部が限られた直径Ｄ₁を有する円形であるので、電極面上のある与えられた点から開口部内のある点までの距離は、その電極面上の同じ点から同じ開口部の別の点までの距離と僅かに異なったものになりうる。しかしながら、開口部の直径Ｄ₁は、各電極面の半径Ｒ₁よりも実質的に小さい。典型的には、電極面の半径Ｒ₁に対する比は、少なくともおよそ2.5：１であり、最も好ましくはおよそ６：１を上回る値である。電極面がこのような形状を有する場合、電極面100上の任意の点から第２の電極面112上の別の点までの最も短いパスは、これら２つの面上のどのペアの点についても実質的に同一である。即ち、点Ｐ_oから導管62を経て第２の電極面112上の点Ｐ_cに至る最も短いパスは、第１の電極面100上の点Ｐ_bから点Ｐ_cに至る最も短いパスと実質的に同じ長さを有しており、また、これらの長さは、第１の面100上の点Ｐ_oまたは点Ｐ_bから第２の面112上の点Ｐ_dまでの最も短いパスの長さとも同一となる。好ましくは、これら２つの面上の任意の点に対する最も短いパスの長さは、およそ５％未満の差を有する。
【０１０８】
第１の電極面上の任意の点から第２の電極面上の任意の点までのパスの長さが実質的に同一であるので、第１の電極面100上の任意の点から第２の電極面112上の任意の点までの電気抵抗は、これら２つの面上の他のいかなる点に対する電気抵抗とも実質的に同一である。したがって、第１の電極面100と第２の電極面112との間を流れる電流は、これら２つの電極面上に実質的に均等に供給される。電極面上の任意の点における最大電流密度は、全電極面に対する平均電流密度のおよそ105％にすぎない。したがって、電極面における最大・平均電流密度は、総電流を各電極面の面積で割った値に実質的に等しい。
【０１０９】
導管62の断面積は両電極面の断面積よりも実質的に小さいので、軸64に沿った単位長さ当りの電流密度および電気抵抗は、両電極面に隣接する転移経路内においてよりも導管内において実質的に大きい。好ましくは、各電極面の面積の、導管62の平均断面積に対する比は、少なくともおよそ５：１であり、より好ましくは少なくともおよそ10：１であり、かつ最も好ましくは、少なくともおよそ35：１以上である。導管における最大電流密度の、電極表面における電流密度に対する比は、上流／下流軸64に沿った単位長さ当りの抵抗と同様の値となる。上流／下流軸に沿った任意の点において、電力放散速度および熱放出速度はＩ²Ｒである。ここで、Ｉは電流値であり、Ｒはそのような点における抵抗である。Ｉはすべての点において同一であるが、Ｒは両電極に隣接する点では非常に低く、導管62内では非常に高い。したがって、第１の電極面と第２の電極面との間に放散される本質的にすべての電気エネルギーは導管62内において放散される。このシステムを通過する流動可能物質は、導管通過時に内部抵抗加熱により実質的に加熱されるが、両電極面近傍では、実質的に加熱されない。
【０１１０】
第３の電極面114と第４の電極面120との間に一時的に位置する物質に対しても、正確に同じ関係が適用されうる。この場合においても、導管84内で本質的にすべての加熱が行われ、転移経路92および96内では加熱はほとんど行われないか、全く行われない。
【０１１１】
上流側、即ち入口側端部電極本体98および下流側、即ち出口側端部電極本体118はいずれも接地電位に接地されるので、電気加熱ユニットからこのシステムのその他の部分に漏れ電流が発生する可能性は本質的にない。
【０１１２】
（プロセスパラメータ）
実質的に任意の熱量が、電気加熱セルを通過する物質に与えられ得る。プロセスパラメータを選択する方法の１つによると、最初に、電気加熱器に与えられる熱量が決定される。その量は、予熱器３２に与えられる所望の温度、電気加熱器出口３６において所望される温度、単位時間当たりの物質の質量流量、および物質の比熱によって決定される。入口温度と出口温度との差、流量、および比熱の積を求めることによって、電気加熱器全体の単位時間当たりに必要なエネルギー入力が得られる。２つに分離された加熱領域、および４つの電極面を有するシステムについては、エネルギー入力全体を必要に応じて分割することによって、領域毎の単位時間当たりの所望のエネルギー入力が得られる。単位時間当たりの経路へのエネルギー入力は、直接電力に変換される。通常、エネルギー入力は、１時間当たりのキロカロリーで計算され、この数値を８６０で割り算したものがキロワットを単位とする必要な電力である。
【０１１３】
実質的に任意の電圧が用いられ得る。約１００Ｖから約１５ｋＶまでの電圧が、商業電力システムで容易に得られる。約２２０Ｖを上回る電圧が好ましい。印加される電圧は、０Hz（直流）からラジオ波の周波数、通常、約５００kHzまで任意の周波数を有し得る。１００Hz未満の線周波数が好ましく、約５０〜６０Hzの周波数が特に好ましい。電源１４８から得られる電圧が一定であると仮定すると、計算された電力を電圧で割り算することによって、各電極対に必要な電流値が得られる。電極間に必要な抵抗は、仮定された電圧を計算された電流値で割り算することによって計算される。一旦、抵抗が計算されると、セルの寸法は、実際上決定される。電極間の全電気抵抗が実際上導管内にあると仮定すると、抵抗は、実質的に以下の式に等しくなる。
【０１１４】
【数１】

【０１１５】
ここで、Ｒは、オームを単位とする電気抵抗であり、Ｌ_Cは、導管の長さであり、Ａ_Cは、導管の断面積であり、Ｃは、ＭＨＯ／ｃｍ／ｃｍ²で表される、加熱される物質の比電気導電率である。
【０１１６】
断面積は、通常、流体の圧力損失が妥当であるような流量になるように選択される。所定の物質および所定の導管断面積では、Ｌ_Cは、所望の抵抗値Ｒから直接得られる。
【０１１７】
【数２】

【０１１８】
導電率Ｃの値は、物質によって変化し、物質自体の温度によっても変化し得る。したがって、物質が加熱されると、Ｃ値は、通常増加する。通常のプロセスにおいては、各セクションに対するＣ値の妥当に正確な見積もりは、セクションの入口でのＣ値と、その出口でのＣ値との算術平均を取ることによって得られる。物質が非常に広い温度範囲で加熱される場合、または物質の温度に対するＣ値の変化が特に大きい場合には、温度に対するＣ値の対数をプロットし、セクション化される入口温度と、そのセクションからの出口温度との平均値におけるＣ値の対数値を求めることによって得られる。図２に示されるような４面、２セクションユニットの場合、第２セクションを通過する物質は、第１セクション内の物質よりも実質的に高い平均温度を有するため、より高いＣ値を有する。２つのセクション間に等しい電流および等しい電圧を分割して与えるために、第２のセクション、すなわち下流側セクションのＬ_C値は、第１のセクション、すなわち上流側セクションのＬ_C値よりも高くなり得る。たとえば、第２導管８４を第１導管６２よりも長くしてもよい。あるいは、第２導管８４を、幾分かより小さな断面積Ａ_Cを有して形成してもよい。しかし、２つのセクション間で等しく電力が分割されることは重要ではない。多くの場合、下流側セクションは、上流側セクションと等しいか、またはそれよりも短い導管長を有するため、下流側セクションは、より電力を有し、上流側セクションよりも高い加熱率を提供する。
【０１１９】
多くの物質の場合、電極面で許容され得る最大臨界電流密度がある。この臨界電流密度は、電極面でアークが発生するまで、累進的に増加する電流密度で物質をテストすることによって決定され得る。液状卵の場合、以下に定義するように、臨界電流密度は、約０．２５Ａ／ｃｍ²である。全乳の場合、臨界電流密度は、約０．４０Ａ／ｃｍ²であり、０．５％食塩水の場合、臨界電流密度は、約１．０Ａ／ｃｍ²である。したがって、必要な電流は、電極面の面積で割り算される。結果が物質の臨界電流密度未満である場合には、その結果は、良好である。そうでない場合には、電流は、領域の数、すなわち電極の数を増加させることによって、各ステージの抵抗を増加させることによって、または電極の表面積を増加させることによって低下されなければならない。
【０１２０】
電気加熱器の加熱時間は、電気加熱器の容量（主に、導管６２および８４の容量）に比例し、物質の流量に反比例する。加熱器の内部容量は、導管６２および８４の直径を制御することによって制御され得る。導管の直径が減少する、すなわち、導管の断面積が減少すると、電圧が増加すると導管の長さは同一のままでよい場合がある。また、一方、一定の抵抗を維持するように減少することもある。いずれのアプローチでも、滞留時間が短くなる。導管の内径の下限は、システム内に非常に高い圧力、および高いポンピング負荷を導く、比較的小さな直径における流量抵抗の増加を考慮し、および生産物に対する機械的なせん断損傷を考慮することによって設定される。しかし、実際のシステムでは、電気加熱器内の物質の滞留時間は、わずか何分の１秒であり、加熱速度は、１秒当たり数百または数千度であり得る。
【０１２１】
上記の特徴の多数の改変および組み合わせは、本発明から逸脱しないように用いられ得る。
【０１２２】
（その他の構造）
図６に示されるように、このような改変物の１つは、第１電極面２００を規定する上流側電極本体、すなわち入口端電極本体２９８と、第２電極面２１２および第３電極面２１４を規定する中央電極本体２１０と、第４電極面２２０を規定する下流側本体、すなわち出口端電極本体２１８とを有する。これらの電極本体は、図２〜図５を参照して上述した電極と、実質的に同様である。さらに、図６の装置は、第１導管２６２を規定する第１剛直管２６０、および第１導管２６２の端部と、第１電極面２００および第２電極面２１２とを接続する転移セクション２５９および２６１を備えた誘電体構造を有する。これらの要素はまた、上記の第１管および転移セクションと同様である。しかし、図６の誘電体構造は、第３電極面２１４と第４電極面２２０との間に配置され、第２導管２８４を規定する可撓性エラストマー管２８２を有する。第２導管２８４は、剛直な転移セクション２９０および２９４によって、電極本体２１０および２１８に接続されている。転移セクション２９０および２９４も、上記のものと同様である。空洞な誘電体殻２８５は、管２８２の外部を取り囲み、管２８２の外部と、誘電体殻２８５の内部との間の密封されたスペース２８３を規定する。
【０１２３】
スペース２８３は、電空制御システム２８９によって気体源２８６および通気部２８７に接続されている。電流センサ２７１は、下流側電極本体、すなわち出口端電極本体２１８と、地上との間に接続され、同様のセンサ２７３は、上流側電極本体、すなわち入口端電極本体２９８と、地上との間に接続されている。上記の実施態様のように、中央電極本体２１０は、交流電源に接続されている。センサ２７１および２７３は、制御システム２８９に接続されている。動作中、制御システム２８９は、２つのセンサからの測定値を比較する。センサ２７３の測定値は、中央電極本体２１０から上流側電極本体２９８までを介して、導管２６２を流れる第１の加熱領域、すなわち上流側加熱領域内の電流の測定値を与える。センサ２７１は、導管２８４内の第２の加熱領域、すなわち下流側加熱領域内を流れる電流の測定値を示す。センサ２７１によって検出される第２領域内の電流が第１領域内の電流を上回ると、制御手段は、スペース２８３に気体２８６を通し、スペース２８３内の圧力を増加させ、管２８２を内側に変形させ、図６〜図７の破線で示される位置に管２８２を配置する。これにより、導管２８４の断面積が減少し、第２セクション、すなわち下流側セクションの電気抵抗が増加し、電流が低下する。第２セクションの電流が第１セクションの電流を下回る場合には、制御システム２８９は、通気部２８７を動作し、スペース２８３から気体をいくらか放出させる。これにより、圧力を減少させ、管２８２の壁を実線で示される位置よりも外側、またはそれよりもさらに外側に隆起させ、導管２８４の平均断面積を増加させ、第２セクション内の抵抗を減少させ、その電流を増加させる。このように、システムは、装置を解体せず、また生産物の流動を妨げずに、第２セクション内の抵抗を制御する。
【０１２４】
このアプローチにおける改変では、直径可変導管は両セクションに設けられ、制御手段は両導管２６２および２８２の直径を調節するように配置され得る。このような配置では、入ってくる生産物の組成および温度の変化によって引き起こされる生産物の抵抗の変化を補い、必要な加熱量の変化を補い、印加電圧の変化を補い、２つのセクション間の電流流量の均衡を取る必要が生じた際に、直径可変導管を用いて、両セクションの抵抗を調節する。これらの変化はすべて、システムの生産性を妨げずに成し遂げられ得る。
【０１２５】
図６の配置では、導管の断面積は、可撓性管の外部に流体を与えることによって変化する。しかし、断面積は、対向する１対の部材間の可撓性管を機械的にはさむことによっても変化し得る。断面積はまた、導管を互いに離れるように規定する可撓性管の端部を機械的に引っ張り、管を延ばすことによって変化し得る。これにより、管は細長く引き延ばされ、導管の断面積は減少し、導管の長さは増加し、さらに抵抗は増加する。互いに望遠鏡の筒式に引き出せるようになったいくつかのセクションで形成される、導管を規定する管は、長手方向にのみ変形し得る。したがって、導管の長さは、直径をあまり変更せず、解体しないで、増加または減少し得る。この効果は、上記と同様の能力制御を提供する。さらに他の可変幾何学的配置では、１つまたはそれ以上の誘電体要素が、導管の一部を閉塞するように導管内に搭載され得る。これらの要素は、閉塞の度合いを変化させるように、導管に対してまたは互いに、移動するように搭載され、これによって、導管の平均断面積を変化させる。例えば、管には、導管の軸に沿って移動可能な円錐形バルブ要素が、導管内に固定された円錐形弁シートに対して進退するように、円錐形バルブ要素および円錐形弁シートが設けられ得る。
【０１２６】
上記の配置では、導管は、均一な直径で、互いに同軸の直立円柱形である。電極面は、円柱形の単軸に対して同心円の周囲領域である。しかし、他の配置を用いてもよい。図７に示すように、誘電体構造３６０によって規定される導管３６２は、導管３６２の中央軸が、導管３６２の長さに沿って種々の方向に回りくねる、ほぼ円形断面であるが、任意の形状の通路であり得る。さらに、この場合、導管３６２は、中央軸３６４をその入口端として規定し、他の異なる中央軸３６５をその出口端として規定する。回転表面の形状を有する第１電極面３００は、導管３６２の入口端で中央軸３６４と同軸であり、第２電極面３１２は、出口端で導管３６２の中央軸３６５と同軸である。導管３６２はＵ型またはらせん形状などの他の形状を有し、コンパクトな組立構造リを形成し得る。
【０１２７】
導管が円形断面を有することは重要ではない。図８に示されるように、誘電体構造４６０によって規定される導管４６２は、ほぼ長方形断面を有し得る。したがって、導管の一断面は、図８において破線で示される。導管４６２は、入口端４６６および出口端４６８を有する。入口端４６６の開口部は、長軸Ａ_L1および長軸Ａ_L1に対して垂直な短軸Ａ_S1を有する。導管４６２の入口端４６６に隣接した第１電極面４００は、隣接した導管４６２の開口部の長軸Ａ_L1と一致した軸を有する実質的に円筒形の形状をしている。同様に、導管４６２の出口端４６８の開口部は、ほぼ、短軸Ａ_S2および長軸Ａ_L2を有する長く延長した狭い長方形の形状である。第２電極面４２０は、実質的に、開口部４６８の長軸Ａ_L2と一致した軸を有する円形円筒形表面の一部の形状をしている。転移経路のそれぞれは、導管４６２の端部にＶ形状の狭端を有し、Ｖ形状の広端が電極面を交差するようなほぼＶ形状チャネルの形態である。
【０１２８】
ここで再び、導管４６２の長手方向に対して垂直な面４６３のような面に沿って取られた、導管４６２の断面積は、各電極面４００および４２０の面積よりも実質的に小さい。使用時には、導電性物質は、矢印Ｆ₁によって示される流れ方向であって、導管の長手方向を通過し得る。電位は、電極４００および４２０間に与えられ、電極の電流密度よりも実質的に高い導管内の電流密度を与える。ここで再び、経路または導管４６２を介した電極面４００の任意の点と、電極面４２０の任意の点との間の最短通路は、電極面４００の任意の点と、電極面４２０の他の任意の点との間の最短通路と実質的に同一の長さである。すなわち、電極面上の任意の点間の最短通路距離は、選択された特定点に関係なく、実質的に同一である。したがって、電流は、電極面上に実質的に均一に分布され得る。図８の前面に示される転移経路の端部および導管の縁部は、他の誘電体壁（図示されず）によって封鎖され、電極には、適切なポート（図示されず）が設けられている。
【０１２９】
さらに他の実施態様によるシステムでは、電気加熱器は、第１のほぼプレート状の導電性電極５００と、第２のプレート状の導電性電極５２０とを有する。誘電体構造は、電極間を延びる誘電体管５６０と、電極間の中間にある誘電体管５６０内に配置された、誘電体物質で形成された多数の小さな球、片、輪またはその他の断片を有する誘電体パッキングとを有する。誘電体管５６０および誘電体パッキングは、共に、電極５００と電極５２０との間を延びる多数の平行した連続通路５１０を規定している。これらの通路は、誘電体パッキング内の粒子の隙間を延び、誘電体パッキング内の種々の点で互いに接続されている。しかし、種々の通路は、電極間を延びる一体化された連続経路を共に規定し得る。連続経路は、個々の連続通路の集合断面積と等しい、経路の長さに垂直な（電極から電極への方向に垂直な）任意の切り込み面５６３で取られた断面積を有する。この誘電体パッキング内では、この集合断面積は、実質的に誘電体管５６０の断面積よりも小さく、電極５００および５２０によって規定される電極面の表面積よりも実質的に小さい。
【０１３０】
本実施例の装置は上述の方法と実質的に同じ方法で用いられ得る。この場合でも、電極から離れた側の経路の断面積は電極自体の表面積よりも実質的に小さく、経路内（包装粒子間の間隔）の電流密度は電極における電流密度より実質的に大きい。図９では包装粒子の大きさは明瞭化のために誇張して示されている。実用においては、包装粒子は電極の大きさに較べておよび管５６２の直径に較べて極めて小さいものでよい。したがって、包装の表面の様々な連続した通路の開口部は包装の両端部にわたって実質的に均一に配分され、これにより、電極の表面のすべての点の間の通路の長さを実質的に均一にし得る。
【０１３１】
本発明の方法および装置はスラリーおよび粒子を加熱するためにも使用され得る。本明細書で用いる「スラリー」という用語は、液相中に固形粒子を混合したものすべてを意味する。したがって、多くの一般的な産業用製品および食品、例えばシチュー、スープなどはスラリーである。植物または動物の繊維を含む食品は電気加熱装置を通過している間、加圧下で維持されるのが望ましい。圧力により繊維の破壊およびその結果、加熱操作中にきめが失われるのが抑えられる。また、粒子状固体を加熱する必要がある場合、粒子は搬体である液体と混合して、電気加熱のために一時的にスラリーを形成し得る。液相は少なくともある程度の導電性を有するはずであるため、スラリーが電気加熱器を通過するとき、電極から液相を介して粒子へ電流が流れ得る。しかし、電流の流れは、液相を介してではなく、粒子を介しての流れに集中させるのが望ましい。粒子の容量の流体の容量に対する比率は、スラリーを汲み上げる能力に応じてできるだけ高くすべきである。大きな非圧縮性粒子であれば、典型的なスラリーは約７０容量パーセントの粒子を含有し得る。
【０１３２】
液相は粒子より導電率が小さいのが望ましい。これは、液体組成物自体を制御することによって、例えば、液相中のすべてがまたは一部が脱イオン化または蒸留された水を用いることによって実行され得る。あるいは、粒子および流体の相対的な導電率は、これらが電気加熱器に入れられるときの２つの相の温度を制御することによって制御され得る。粒子の導電率が温度の上昇により増大する場合は、予め電気加熱操作を行うことによって、または従来の伝導、マイクロウェーブ、または他の加熱によって予熱され得る。粒子の外層のみを予熱する場合は、電流は外層に集中しやすく、粒子の中心は十分に加熱されないままに残されることがある。したがって、粒子の予熱は先ず粒子に熱を加え、次に粒子を滞留させて電気加熱前に熱的平衡状態にすることによって行われ得る。望ましくは、予熱操作および滞留操作は、滞留時間後、予熱された粒子の中心温度が粒子の外部温度より僅かに高く、これにより、電流が確実に粒子の中心を通って流れるように行われる。
【０１３３】
あるいは、または上記に加えて、液相はスラリーの形成に先だって冷却され得る。粒子および液体が電気加熱器内に滞留する時間は、１秒以下の非常に短い時間とし得る。この時間では、液体と固体粒子間にはそれほどの熱移動はない。液体を冷却することによって比導電率が減少し、したがって電気加熱器内の電流のさらに多くが粒子内に集中するようになる。
【０１３４】
電気加熱プロセスの特質により、電流を粒子内に集中させようとする試みの効果が強化される。すなわち、液体を介してではなく粒子を介して電流が流れるように促進する条件下で、粒子および液体が電気加熱器に導入されるならば、粒子は液体より高い温度に加熱され、これにより粒子の抵抗が液体の抵抗より小さくなり、電流はさらに高い程度まで粒子内に集中する。
【０１３５】
図１０に本発明のさらに別の実施態様の装置を概略的に示す。図１０の装置は、第１電極６００と第２電極６１２とこれら電極間の経路の範囲を画定する誘電体構造６６０とを含む。この場合でも、経路は、第１電極に隣接した第１の先細転移経路６７２と、第２電極に隣接した第２の先細転移経路６７８と、これら転移経路間の比較的狭い導管６６２とを含む。経路は、第１の転移経路６７２と導管６６２との間の上流側多孔バリヤ６０１と、導管と第２の転移経路６７８との間の下流側多孔バリヤ６０３とによって分割され、これにより、これら多孔バリヤは経路を効果的に３つのゾーン、すなわち、第１電極６００に隣接して配置される転移経路６７２よりなる第１ゾーンと、導管６６２よりなる第２ゾーンと、第２電極に隣接する転移経路６７８よりなる第３ゾーンとに分割する。誘電体構造は、中央ゾーンすなわち導管６６２と連通し上流側バリヤ６０１に隣接する流体入口６０５と、中央ゾーンと連通し反対側の下流側バリヤ６０３に隣接する出口６０７とを有する。第１ゾーン６７２はまた入口６７３と出口６７５とを有し、一方、第３ゾーン６７８は入口６７９と出口６８１とを有する。ゾーン６７２の入口および出口は電解質供給装置６８３に接続され、ゾーン６７８の入口および出口は別の電解質供給装置６８５に接続される。
【０１３６】
前述の実施態様におけるように、第１電極６００と第２電極６１２とは電源（図示せず）に接続される。各電解質供給装置は、各装置に関係するゾーンを介して以下に詳述するように電解質を循環させ、各ゾーン内の電解質を予め選択された圧力下に維持するように配置される。
【０１３７】
操作においては、中央ゾーン入口６０５は処理される製品の供給源に接続され、一方、中央ゾーン出口６０７は、例えば上述の熱交換器および冷却装置などの製品受容装置に接続される。処理される製品は通路の中央ゾーンを通過するが第１ゾーン６７２または第３ゾーン６７８は通過しない。これらゾーン内の電解質は電極からの電流を多孔性バリヤ６０１および６０３に伝える。多孔性バリヤもまた電解質のいくつかを含み、したがって、多孔性バリヤ内の電解質は、バリヤを介して中央ゾーン内の処理される物質に電流を伝える。
【０１３８】
電気加熱システムの電極と処理される製品との間に電解質と多孔性バリヤを用いることは、本発明者が前回に出願した共有の同時係属米国特許出願第０８／１２５，９３３号に開示されている。該出願は本明細書に参照により援用されている。該’９３３出願にさらに詳しく示しているように、多孔性バリヤ６０１および６０３は、Coors Ceramic Companyによって市販され、少なくとも約５．０×１０^-2ｃｃ／ｃｍ²−Ｈｒ−ＰＳＩ（ＰＳＩは１平方インチ当たりのポンド数）の多孔率（水に対する）を有するセラミック材料により形成され得る。最大多孔率は約５．０であり、好適な多孔率は約０．３である（多孔率の単位はすべて同じ）。多孔性バリヤは厚さが約３ｍｍであり、望ましくは約１．５ｍｍより小さい。バリヤは構造的に補強され得る。
【０１３９】
好ましくは、ゾーン６７２および６７８の各々の電解質は処理される製品の圧力より僅かに高い圧力下にあり、これにより、製品がバリヤの孔に入り込むことはない。電解質は処理される製品との適合性を有し、これにより、電極を介して浸透により僅少量の電解質が製品に入り込んでも製品の質を損なうことがないようにすべきである。通常は、電解質が多孔性バリヤを通る浸透率は、中央ゾーンすなわち導管６６２を通る製品の流量率よりかなりの桁数小さいため、製品に入り込む電解質の量は百万当たり数部以下に相当する程度である。食品に対しては、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、硫酸カリウム、および硫酸ナトリウムよりなる群から選択される塩を含有する水溶液が好適であり、塩化カリウム溶液が特に好適である。望ましくは、電解質は、電解質に最大の導電性を与えるような濃度で塩を含有する。塩化カリウムの電解質は望ましくは約３０重量パーセントの塩化カリウムを含有する。浸透率をさらに減らすためには、電解質は、例えば、例えば約０．１から約０．５重量％のアルギナートのような食品適合性を有するゲル化剤を含有し得る。
【０１４０】
本発明のさらに別の実施態様の装置を図１１に示す。本装置もまた、比較的狭い導管７６２の一方の端部に形成された第１の先細転移経路７７２と、導管の他方の端部に形成された第２の先細転移経路７７８とを含む経路の範囲を画定する誘電体構造７６０を有する。該構造の上流側端部の流体入口７０５と下流側の流体出口７０７とにより、加熱される導電性流体が転移経路と導管とを通って上流側から下流方向に通過するのが可能となる。
【０１４１】
第１の複合電極構造７００は複数の副電極７０１によって範囲が画定される。各副電極は多孔性ハウジング７０２とハウジング内に配置された内部導電性要素７０３とを有する。各ハウジング７０２内には導電性電解質が維持され、これにより、内部導電性要素７０３から該構造を通って流れる導電性流体に電流が流される。これら副電極７０１の各々は、外部供給源からの電解質が内部循環を行うように配置された一般に棒状の構造を含み得る。これについては、上述の米国特許出願第０８／１２５，９３３号のいくつかの好適な実施態様に開示されている。電解質、セラミック、および電解質の状態については上記におよび’９３３出願で述べた通りである。副電極７０１および特に副電極の外部の多孔性セラミックシェル７０２は、各副電極が電極７００内の他の副電極と、導管７６２の隣接する開口部からの距離が実質的に同じであるように湾曲状に並んで配置される。したがって、副電極は、導管の開口部からの距離が実質的に均一である電極を協動して構成する。同様に、第２の電極７１２は別の副電極７１３によって範囲が画定され、各副電極は上述の副電極７０１と同じ構造を有する。この場合も、副電極７１３のすべては導管７６２の隣接する開口部から実質的に均一な距離に配置され、これにより、導管の開口部からの距離が実質的に均一である電極表面を協動により画定する。
【０１４２】
操作においては、電力供給源または電位供給源７４８が、上述のように、電極７００および７１２間に交流電位などの電位を印加する。電極７００を構成する副電極７０１のすべては電位供給源７４８の同じ極に並列に接続され、これにより、副電極７０１のすべてが同じ電位となる。同様に、電極７１２を構成する副電極７１３のすべては電位供給源７４８の別の極に接続され、これにより、電極７１２を構成する副電極７１３のすべてが同じ電位となる。したがって、電流は電極７００を構成する副電極から電極７１２を構成する副電極へ流れるが、各電極の副電極間には電流は流れない。
【０１４３】
本発明の原理を以下に示す例示的であり非制約的な実施例によって述べる。
【０１４４】
（実施例１）
実質的に図１から図５に示す装置を用いて、液状の全卵（whole egg）を低温殺菌する。卵を、約５５℃の余熱温度および約３kg／secの流量で、熱交換器の加熱部２７の出口から電気加熱セルの入口３２まで通す。電極すべての周部直径Ｄ₂（図３）は約９．１ｃｍである。両方の導管は実質的に剛性であり、約１．９ｃｍの内部直径Ｄ₁を有する。第１および第２導管の長さＬ₁およびＬ₂は各々約２５．４ｃｍである。液状卵の各粒子が、第１電極１０６から第４電極表面１２０までの電気加熱器の能動部内に滞留する平均時間は約０．２８秒であり、実際の加熱が行われる導管６２および８２内に滞留する時間は合計僅か約０．０５６秒である。中央電極体１１０には６０Hzで６０００ボルトの交流電位が印加される。中央電極体から上流側および下流側電極体１０２への全電流量は約１０アンペアＲＭＳである。第１および第２電極表面１００および１１２における電流密度は約０．７７Ａ／ｃｍ²であり、導管６２内の電流密度は約２．６３Ａ／ｃｍ²である。第１および第２電極間の液状卵は約１２００オームのインピーダンスを提供する。導管８４と第３電極表面１１４と第４電極表面１２０とを含む第２セクションは実質的に同じ条件で作動するが、電流量および電流密度は僅かに高い。システム内に放散される全電力は約６０ｋＷである。電気加熱器を通る液状卵の温度は、導管内に０．０５６秒間滞留する間に４．８℃だけ上昇し、したがって卵は約８５℃／secの割合で電気加熱される。電気加熱器を離れるとき液状卵は約６０℃の温度を有し、これは低温殺菌に必要な温度の最小限である。液状卵は保持管３８内に必要な期間、約３〜４分間保持され、長期保存用液状卵を包装するための従来の包装形態で包装される。製品は良好な香り、きめ、および貯蔵寿命特性を有する。電気加熱器は付着物が付くこともなく適切に作動する。
【０１４５】
（実施例２）
タンパク質化合物の血液代用物を、電気加熱器のみを有し別の加熱器は含まない装置で電気加熱する。ここで用いる電気加熱器は一般に図２および図３に示すものである。寸法は以下の通りである。
【０１４６】
Ｄ₁ ．３１８ｃｍ
Ｄ₂ ４ｃｍ
Ｌ₁ １０．８ｃｍ
Ｌ₂ １０．８ｃｍ
流量は約０．０６４kg／secであり、導管内の滞留時間は約０．０２７秒である。血液代用物の温度は電気加熱器を通過する間に５８℃だけ、すなわち２１５０℃／secの加熱速度で上昇した。電気加熱器の出口での血液代用物の温度は約９８℃である。加熱された血液代用物はこの温度で約０．０４秒間保持され、次に急速に冷却される。
【０１４７】
（実施例３〜１５）
実施例１の電気加熱器を、循環中の流体を加熱するために用いる。これにより処理される流体は電気加熱器の出口から貯蔵タンクに通され、貯蔵タンクから電気加熱器に戻る。様々な流量が用いられるが、ほとんどの場合は約４，０００kg／ｈである。他の操作パラメータについては下の表に示す。「全電流」とは、中央電極体に流れる流入電流のことである。この電流は中央電極から上流側電極への電流と、中央電極から下流側電極への電流の合計に等しい。流入温度は電気加熱器に入る流体の温度のことであり、温度上昇は、流入温度と電気加熱器を離れる流体の温度との間の差異のことである。
【０１４８】
実施例３では、水酸化ナトリウム水溶液を加熱する。実施例４〜１５では、全卵を加熱する。これらの実施例のいくつかにおいては、液状卵に塩と水とを添加する。実施例５〜１４では、流入温度を徐々に増加させた場合の効果を示す。電位が一定であれば（実施例７〜１１）、卵の抵抗が小さくなると電流が増加する。これに伴って電力分散、したがって温度上昇が大きくなる。実施例１５は循環する卵を幾分冷却した後取り出したものである。システムは、循環する液状卵に９０ｋＷまでの電気を供給して加熱している。
【０１４９】
【表１】

【０１５０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、両電極から離れている導管のある領域における電流密度を両電極面自身における電流密度よりも実質的に高くできるので、総電流が低くても経路の電流密度を大きくすることができる。したがって、総電流が小さくても、相当量の加熱量を得ることができる。
【０１５１】
また、電流が非常に小さい周波数またはゼロ周波数を有する場合でも、システムを良好に動作することができるため、幹線周波数を利用することができる。したがって、商業的に利用可能な交流電力を利用することができるため、RF発生器、マイクロ波発生器など、高価な周波数変換装置が不要となる。
【０１５２】
また、従来用いられた速度よりも何倍も高い速度で加熱することができるので、短時間に液体卵などを殺菌することが可能になる。したがって、製品の品質を維持することが容易になる。
【０１５３】
また、電流自身が微生物を有効に破壊および／または殺菌する効果を有すると考えられるので、製品の貯蔵寿命を長くすることができる。
【０１５４】
また、この発明によれば、グラファイトなどの炭質電極面を用いるので、腐食による損害に対する耐性を有するとともに、ガスの形成などの、処理されている流体に及ぼされる電解の影響を最小化することができる。したがって、装置の信頼性が増すと同時に、流体物質の品質が維持される。
【０１５５】
以上述べたように、この発明によれば、比較的高い電気抵抗と比較的高い電圧とが用いられ、それによって総電流量が低くても相当大きな加熱効果をもたらすことができる。
【０１５６】
また、本発明によれば、液体食料（液体卵などの食料品など）および生物学的製品といった流体物質を、それらの物質に電流を流すことによって、高温または短時間に加熱することができ、かつ、流体物質の品質を損ないにくい、安価な、電気加熱装置および電気加熱方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のある実施態様による電気加熱装置を備え、かつその電気加熱方法を実施する殺菌システムを示す模式的フロー図である。
【図２】図１に示すシステムにおいて用いられる電気加熱ユニットを示す概略断面図である。
【図３】図２に示す装置の一部を示す概略図である。
【図４】図２の線４−４による断面図である。
【図５】図４の線５−５による平面図である。
【図６】本発明の別の実施態様による装置を示す概略断面図である。
【図７】図３に類似する概略図であるが、本発明のさらに別の実施態様による装置を示す概略図である。
【図８】図３に類似する概略図であるが、本発明のさらに別の実施態様による装置を示す概略図である。
【図９】本発明のさらに別の実施態様による装置を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の別の実施態様による装置を示す別の概略断面図である。
【図１１】図１０に類似するが、本発明のさらに別の局面による装置を示すさらに別の概略断面図である。
【符号の説明】
６０ 誘電体管
６４ 中心軸
７０ 転移部
７２ 円錐状転移経路
９８ 電極本体
１００ 電極面
１０４ 流体拡散器
１０６ ポート
１４８ 電源

Claims (35)

1. （ａ）第１の端部および第２の端部を有する細長い第１の導管を規定する誘電体構造であって、該第１の導管が平均断面積を有している誘電体構造と、
   （ｂ）該第１の導管の該第１の端部に隣接して配置されている第１の電極面であって、該第１の導管を通って流れる導電性流体と接触する第１の電極面を有する第１の電極本体と、
   （ｃ）該第１の導管の該第２の端部に隣接して配置されている第２の電極であって、該導管を通って流れる該導電性流体と接触する第２の電極面を有する第２の電極と
   を備え、
   該第２の電極面は、該第１の導管の該第２の端部の外側にある位置であって、該第２の端部から実質的に均等な距離を隔てた位置に配置されており、
   該第２の電極面は、該導管の該平均断面積よりも大きな面積を有しており、それによって、該導管を通って流れる導電性流体が該第２の電極における導電性流体よりも大きな単位長さあたりの電気抵抗を有し、かつ、該両電極面の間を流れる電流が該導管を通って流れる該導電性流体と同一の方向に流れる、電気加熱装置。
2. 前記第１の電極面が、前記第１の導管の前記第１の端部の外側にある位置であって、該第１の端部から実質的に均等な距離を隔てた位置に配置されており、
   該第１の電極面は、該導管の前記平均断面積よりも大きな面積を有しており、それによって、該導管を流れる前記流体が前記両電極における該流体よりも大きな単位長さあたりの電気抵抗を有し、かつ、該両電極を通して与えられる電気エネルギーが、主に該導管において熱に変換される、請求項１記載の装置。
3. 前記導管が前記端部のそれぞれに中心軸を有し、前記電極面がそれぞれ、該導管の隣接する端部の該中心軸に対して回転する面の形状をおよそ成している、請求項２記載の装置。
4. 前記電極面がそれぞれ、球体の表面領域の形状をおよそ成している、請求項３記載の装置。
5. 前記誘電体構造が前記導管の各端部に連結されている転移部をさらに備えており、該転移部は、該導管の該端部から該連結された電極の前記電極面に向かって延びている壁構造を有しており、かつ該壁構造は、該導管の該端部から該連結された電極に向かう方向に序々にその断面積を増していく転移経路を規定している、請求項２記載の装置。
6. 前記導管が前記各端部に中心軸を有し、前記電極面がそれぞれ、該導管の隣接する端部の該中心軸に対して回転する面の形状をおよそ成しており、前記壁構造が、該導管の隣接する端部の該中心軸に対して回転する面の形状をおよそ成している前記転移経路のそれぞれと境を接しており、かつ該導管の該端部から該電極面に向かう方向に序々にその断面積を増していく直径を有している、請求項５記載の装置。
7. 前記転移経路に境を接している前記壁構造が前記第１の導管の前記連結されている端部から前記隣接する電極面に向かって延びており、前記壁構造のそれぞれが、該電極面の周縁において前記隣接する電極に接続されている、請求項６記載の装置。
8. 前記電極のそれぞれが、該電極の前記電極面を通って延びている少なくとも１つのポートを有しており、それによって、加熱する導電性流体が、一方の該電極のポートから、前記転移経路の一方、前記第１の導管、および該転移経路の他方を通って、他方の該電極のポートに至るように流れる、請求項７記載の装置。
9. 前記電極のそれぞれにおける前記少なくとも１つのポートが、前記電極面の前記軸から離れている前記電極の該電極面に設けられている、複数のポートを備えている、請求項８記載の装置。
10. 前記ポートのそれぞれが、前記電極面の前記軸に対して斜めのポート軸を有しており、それによって、該ポートと前記隣接する転移経路との間を流れている流体が該電極面の該軸に対して渦動する傾向を有する、請求項９記載の装置。
11. 前記転移経路のそれぞれに境を接する前記壁構造がおよそ円錐状である、請求項６記載の装置。
12. 前記誘電体構造が第１の端部および第２の端部を有する第２の導管をさらに規定しており、該第２の導管の該第１の端部が前記第１の導管の前記第２の端部と連絡しており、前記装置は、該第２の導管の該第１の端部に隣接する第３の電極面と該第２の導管の該第２の端部に隣接する第４の電極面とを規定する手段をさらに備えている、請求項１記載の装置。
13. 前記第２の電極は、前記第２の電極面および前記第３の電極面の両方を規定しており、前記第１の導管および前記第２の導管が前記第２の電極におけるポートを通して互いに連絡されている、請求項１２記載の装置。
14. 前記ポートは、前記第２の電極面および前記第３の電極面を通って延びており、前記第１の導管および前記第２の導管が該第２の電極本体における前記ポートを通して互いに連絡されている、請求項１３記載の装置。
15. 前記電極面のそれぞれが、前記導管の前記平均断面積の少なくとも２倍である面積を有する、請求項２記載の装置。
16. 前記導管が実質的に一定の断面積を有する、請求項１５記載の装置。
17. 前記導管の長さ／直径比が少なくともおよそ５：１である、請求項１６記載の装置。
18. （ａ）露出された第１の電極面を有する第１の電極、および露出された第２の電極面を有する第２の電極と、
    （ｂ）該両電極の該両電極面の間に延びている連続する開放経路を規定している誘電体構造であって、該両電極面から離れている該経路の領域であって、該電極面のそれぞれの面積よりも実質的に小さい断面積を有する領域を規定している誘電体構造と、
    （ｃ）導電性流体を該経路中に流入させ、該流体を該経路から排出する手段であって、流入・排出される該流体の少なくとも一部が該領域を通って流れ、該導電性流体の少なくとも一部が該両電極面に接触し、それによって、該導電性流体が該両電極の間に電気的に導電性を有するパスを形成し、該領域における該パスの電気抵抗が、該両電極面に隣接する該パスの電気抵抗よりも実質的に大きい、手段と
    を備えた電気加熱装置。
19. 前記第１の電極面が、前記第２の電極面から実質的に均等な距離を隔てた位置に配置されており、それによって、該第１の電極面上にある点から前記経路を経由して該第２の電極面上にある点に至る最も短いパスの長さが、該第１の電極面および該第２の電極面上のいかなる点についても実質的に同一である、請求項１８記載の装置。
20. 前記経路は、該経路の第１の端部と第２の端部との間に延びており、前記両電極面は、凹面であり、かつ、該経路の該第１の端部と該第２の端部とにおいて該経路に向かって内側に面している、請求項１９記載の装置。
21. 前記経路は、およそ管状であり、かつ、各端部において経路の軸を規定しており、前記電極面のそれぞれが実質的に球体の表面の形状を成している、請求項２０記載の装置。
22. 導電体流体を加熱する方法であって、
    （ａ）誘電体により規定され、かつ第１および第２の端部を有する連続的な経路を通して該流体を流す工程と、
    （ｂ）該経路の該第１の端部に隣接する第１の電極面と、該経路の該第２の端部に隣接する第２の電極面との間に電流を流す工程と
    を包含し、
    該第１の電極面および該第２の電極面のそれぞれは、該経路の平均断面積よりも大きな面積を有しており、それによって、該第１の電極面および該第２の電極面から離れている該経路の領域における電流密度が、該第１の電極面および該第２の電極面における電流密度よりも実質的に大きい、方法。
23. 前記経路を通して前記流体を流す前記工程が、該経路の前記第１の端部から該経路の前記第２の端部に該流体が流れるように行われ、それによって、該流体と該電流とが該経路を通して同一方向に流れる、請求項２２記載の方法。
24. 前記電流密度が前記電極面のそれぞれにおいて実質的に均一である、請求項２３記載の方法。
25. 前記電流密度が、前記電極面のそれぞれにおいておよそ０．２５Ａ／ｃｍ^２未満である、請求項２４記載の方法。
26. 前記経路の前記領域における電流密度の、前記電極面のそれぞれにおける電流密度に対する比が、少なくともおよそ５：１である、請求項２４記載の方法。
27. 前記導電性流体を通して前記両電極面の間に与えられる電気抵抗が、少なくともおよそ１００オームである、請求項２４記載の方法。
28. 前記電流が少なくともおよそ１０００Ｖの電位で与えられる、請求項２４記載の方法。
29. 前記電流がおよそ１００Ｈｚ未満の周波数を有する、請求項２８記載の方法。
30. 前記導電性流体が食料製品である、請求項２４記載の方法。
31. 前記食料製品が前記経路を通過する際に、少なくともおよそ４０℃／ｓｅｃの速度で加熱される、請求項３０記載の方法。
32. 前記食料製品が本質的に卵からなる、請求項３０記載の方法。
33. 前記流体が液体相にある粒子を有しているスラリーである、請求項２２記載の方法。
34. 前記液体相が前記粒子よりも低い導電性を有する、請求項３３記載の方法。
35. 前記電流が前記スラリーを通過する以前に、前記粒子の温度が前記液体相の温度よりも高くなるように調整する工程をさらに包含する、請求項３４記載の方法。

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