JP4169598B2 - 焙燥工程における送風空気の絶対湿度制御方法及び焙燥装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、ビール、発泡酒、蒸留酒などの製造における麦芽焙燥工程における送風空気の湿度制御方法及び焙燥装置に関する。
背景技術
ビール、発泡酒、蒸留酒などの製造工程においては、大麦を発芽させた緑麦芽を乾燥させ、焙焦させる焙燥工程を有している。この焙燥工程は、原料である緑麦芽を乾燥によって、緑麦芽の生長、溶解作用を止め、腐敗変質を防止して貯蔵可能とする。また、緑麦芽の生臭を除き、かつ色素や香味を生成させるために行われる。
焙燥は１〜２昼夜といった短期間で行われ、麦芽の品質と種類を決定する物理的、化学的変化を与え、製麦工程における最後の工程であり、その工程管理は品質の高いビールを得ることを目的とするビール製造にとっても重要な工程の一つである。特に、焙燥工程において、乾燥温度や速度、焙焦温度に影響を受ける。
焙燥方式としては、焙燥室の麦芽層に直接燃焼ガスを通過させる直火式焙燥方式と、間接的な加熱空気による間接熱気焙燥方式がある。間接加熱方式においては、熱交換機により空気を加熱し、この加熱した空気を送風機により緑麦芽層に吹き込むように供給して行う方式が主流である。空気は外気より取り入れられ、一定の緑麦芽を乾燥するのに必要な空気量は、空気の温度と湿度によって異なる。
緑麦芽の層は通常の高さは一床式で０．８から１．２ｍ、二床、三床式で２０ｃｍ〜３０ｃｍとされ、床上に均一に分配し、送風機により通風弁（ダンパー）を開閉制御しつつ焙燥が進められる。
焙燥工程における乾燥工程では、前述のように、温度、時間、さらには送風量の要因により影響を受けるが、特に、大規模の乾燥設備では外気の空気の乾燥状態に左右される。この外気の乾燥状態は当然天候によって変わり、この天候により乾燥度合いが変わってくるのは空気中の絶対湿度（即ち、空気中に含まれる水分の量；ｇ／Ｌ）が異なるためである。
従来より、乾燥工程において、温度、乾燥時間、送風量などを管理し、一定の品質の焙燥を達成することは行われている。これらの工程の管理は、室内温度や室内相対湿度、または外気の相対湿度に基づき、経験により外気の取り入れ量を調整するなどの方法で行っていたが、外気の絶対湿度に着目し、適正な過熱温度、送風量などの制御を行うことはなされてなく、さらに精緻な制御が可能で所望の焙燥を達成できる乾燥方法が望まれている。
本発明は、焙燥工程において、加熱空気を麦芽層に供給するにあたり、外気の一般の湿度でなく、絶対湿度の変動が乾燥に与える影響が大きいという知見に基づき、外気の絶対湿度を常時監視し、これによって送風量を制御することによりより的確な乾燥を行うようにしたものである。
発明の開示
上記課題は以下の本発明の手段により解決することができる。
本願発明一つの態様は、麦芽原料が積載された麦層に、導入した外気を加熱し、送風空気として前記麦芽原料に供給するとともに、前記麦芽原料を通過した空気の一部を循環空気として外気に混合して再度送風空気として前記麦芽原料に供給して麦芽原料を焙燥する焙燥工程において、
前記麦芽原料に供給する送風空気中の絶対湿度を測定し、測定した絶対湿度の値を予め設定した所定値に保つように、導入する外気と前記循環空気との混合割合を制御することを特徴とする焙燥工程における送風空気の絶対湿度制御方法である。
本発明においては、送風空気の絶対湿度を一定の値に保つように外気空気と循環空気の量が調整されるため、外気の絶対湿度に影響されることなく安定した乾燥環境を達成することができ、品質の安定した焙燥麦芽を得ることができる。
また、本発明の他の態様は、麦芽原料を積層する麦層床の下部より麦芽原料に導入した外気を加熱し、送風空気として前記麦芽原料に供給するとともに、前記麦芽原料を通過した空気の一部を循環空気として外気に混合して再度送風空気として前記麦芽原料に供給して麦芽原料を焙燥する焙燥装置において、
外気の導入量を調整する外気ダンパーと、
前記麦芽原料を通過した循環空気を外部に排出する空気と再循環する空気に分配する循環空気ダンパーと、
前記麦芽原料に供給する送風空気の絶対湿度を測定する湿度センサーと、
測定した絶対湿度の値を予め設定した所定値に保つように、導入する外気と前記循環空気との混合割合を制御する制御装置を備えたことを特徴とする焙燥装置である。
本発明の他の態様は、上記の焙燥装置において、前記制御装置は、前記外気空気ダンパーと前記循環空気ダンパーは、導入される外気の空気と再循環する空気との和が常に一定となるように制御することを特徴とする焙燥装置である。
上記の態様においては、麦芽原料に供給する送風空気の絶対湿度をもとに常に安定した絶対湿度を有する空気を麦芽原料に供給することができ、安定した品質の焙燥麦芽を得ることができる。
発明を実施するための最良の形態
以下には本発明の焙燥方式をより詳細に説明するために実施例を示す。
図１は本発明の焙燥方式を説明するための原理図を示し、緑麦芽を乾燥するための空気の流れを示す。
焙燥装置１００は外部空気１を取り入れるための外気ダンパー２を有し、外気ダンパー２を経由して通路（風道）３に導入される。導入された外気は通路下方に配置されたファン８により下方に導かれ、導入された空気を加熱する熱交換機７を経て焙燥室５の網下室６に送られ、麦層（緑麦芽）１０に送風空気９として供給される。麦層１０を通過した空気１１は循環空気１１として通路３に連通する循環空気ダンパー１２を経て通路３に戻る。
循環空気の一部は再度循環して麦層１０の下方の網下室６に導入される。
なお、焙燥室５の外部の外気導入部に除湿機（図示せず）が設置されており、外気の絶対湿度が高い場合は除湿して外気ダンパー２より空気が導入されるようにしている。また、外気ダンパー２は外気の導入量と通路３内に戻る循環空気の外部に排出される空気量との比率を調整するようにしている。また、循環空気ダンパー１２により、麦芽層１０を通過した循環空気を再循環させる空気量の比率を調整可能としている。
また、乾燥室の網下室６には絶対湿度が測定可能の湿度センサー２０が設けられている。絶対湿度を測定する湿度センサー２０としては、種々の市販のものが使用できる。例えば、湿度センサーとして、１個のジルコニア素子に酸素用電極と水素用電極を設けた構造を有し、所定の電圧下で水素蒸気に比例した電流を取り出すようにしたセンサーが知られている。これにより空気中の絶対湿度の測定が可能となる。
図２は、焙燥装置１００の送風空気量を制御する制御装置３０を示す。
制御装置３０には、湿度センサー２０と外部空気ダンパー２と循環空気ダンパー１２が接続されている。制御装置３０は、また、設定値入力部３１を有し、送風空気の絶対湿度の目標値を設定できるようにしている。そして、制御装置３０は、湿度センサー２０の測定値と設定値とを常に比較し、比較結果によりダンパー２及びダンパー１２の開度を調整する。
ここで、上記構成の焙燥装置１００の本発明による基本的制御方法について説明すると以下のとおりである。
（１）焙燥工程において、緑麦芽１０に送り込む空気（送風空気）の絶対湿度を湿度センサー２０により測定監視する。
（２）湿度の測定データが予め設定しておいた設定値（目標値）になるように、一定時間毎に外気ダンパー２、及び循環空気ダンパー１２の開度を調整する。この調整は、外気空気１と緑麦芽を通り抜けた循環空気１１の混合割合を調整し、これにより送風空気の絶対湿度を目標値に近づける。
なお、この場合、外気空気ダンパー２と循環空気ダンパー１２の合計開度は常に１００％となるように制御する。
焙燥工程では、通常、外気空気の方が絶対湿度が低く、麦層を通過しながら、水分を含んできた循環空気は絶対湿度が高くなっている。従って、送風空気の絶対湿度が目標値よりも高い場合は、外気空気ダンパーを開にして、循環空気ダンパーを絞る制御を行い、逆に目標値より低い場合は、外気空気ダンパーを絞り、循環空気ダンパーを開ける制御を行う。
（３）夏場等で外気空気１の絶対湿度が既に設定値より高い場合には、外気空気を除湿機（図示せず）により、所定の値まで絶対湿度を下げてから外気空気ダンパー２より取り込むようにする。
以上の制御方式を採用することにより、緑麦芽１０には常に目標の絶対湿度を持つ空気を送り込むことができ、例えば、空気理論（Ｍｏｌｌｉｅｒ線図）を用いるなどして除去する水分量を一定にすることが可能となる。これにより、緑麦芽の乾燥速度を安定化し、品質の安定化を図ることが可能となる。
（実施例）
次に本発明の焙燥制御方式を使用して実施した焙燥工程の具体的例を、（ａ）外気空気の絶対湿度が高い場合と、（ｂ）外気空気の絶対湿度が低い場合とについて説明する。
（ａ）外気空気の絶対湿度が高い場合
例えば、気温２５℃、相対湿度が９０％の場合、絶対湿度は、１８．５ｇ／Ｌである。
この外気をそのまま取り込んで、例えば、焙燥温度である６０℃まで熱交換器で昇温すると、絶対湿度はそのまま保持され、温度は６０℃、相対湿度１４％まで低下した空気状態となり、麦層に送風空気として送り込まれる。
次に、この空気は麦層を通過する間に、緑麦芽の水分を除去して、相対湿度が９５％になるまで水分を含んで室内に上がってくる。
この時の室内空気は、温度３２℃、相対湿度９５％、絶対湿度３０．０ｇ／Ｌとなる。
したがって、この絶対湿度の増加分だけ、水分を除去したことになる。
３０．０−１８．５＝１１．５ｇ／Ｌ
なお、絶対湿度の値はモリエール線図を使用して求めることができ、この場合の例が図３Ａに示されている。
このように、送風空気１Ｌ当たりの空気の水分除去量が分かれば、送風量を掛けて時間当たりの緑麦芽の水分除去量、即ち、乾燥の程度を知ることができる。
この時に、設定された送風空気の目標絶対湿度が１５．０ｇ／Ｌの場合は、除湿機による制御で送風空気の絶対湿度を下げて目標値になるようにする。
（ｂ）外気空気の絶対湿度が低い場合
例えば、気温が４℃、相対湿度が６０％の場合、絶対湿度は，３．０ｇ／Ｌである。
この空気を上記（ａ）と同様に６０℃まで上昇させると、相対湿度は２．５％ととなる。更に、この空気が麦層を通過し、相対湿度が９５％になって室内を出てくると、温度２３℃、相対湿度９５％、絶対湿度１７．５ｇ／Ｌとなる。
従って、１７．５−３．０＝１４．５ｇ／Ｌの水分を除去したことになる。
なお、図３Ｂは、この場合のモリエ線図による絶対湿度の求める過程を示している。
以上の（ａ）、（ｂ）の例からもわかるように、外気空気の絶対湿度が異なると、同じ送風温度の空気を送り込んでも麦層から除去する水分量が異なり、その結果、乾燥の度合いが異なってくる。したがって、送風空気の絶対湿度を目標値に通りに制御することで季節や天候による日間変動に影響を受けることなく、安定した乾燥経過を得ることができることとなる。
また、上記（ｂ）の場合に、外気空気の絶対湿度が３．０で、循環空気の絶対湿度が１７．５であり、このとき設定された送風空気の目標絶対値が１５．０の場合には、外気空気混合比率をｘ％ととすると、
３．０ｘ＋１７．５（１００−ｘ）＝１５．０×１００
したがって、ｘ＝１７．２％となる。
つまり、制御開始時には外気空気比率が約１７％でスタートし、徐々にダンパー開度が変化していき、安定時には送風空気の絶対湿度が１５．０になるため、麦層を抜けた循環空気の絶対湿度は２７．０になり、外気空気は３．０のため、外気空気比率は約５０％で安定して行く。
図４は、緑麦芽の焙燥工程における乾燥過程を示す図である。グラフは焙燥室内の麦層を通過した循環空気の相対湿度の変化を示すもので、焙燥工程初期は一定の相対湿度（例えば９５％）で推移し、一定の時間が経過すると、急激に相対湿度が低くなり、乾燥が進んだ状態となることを示している。グラフは、標準的な乾燥経過（ａ）と、絶対湿度が低く、乾燥が早い場合（ｂ）と、絶対湿度が高く、乾燥が遅い場合（ｃ）を示している。本発明によれば、外気空気の絶対湿度に影響されることなく、標準的な経過の乾燥を達成することができる。
なお、麦芽の色度は、主に、糖類とアミノ酸とのメイラード反応による着色によって上昇する。これは、当然、送風空気の温度（焙燥温度）によって影響を受けるが、同じ送風温度で焙燥しても、絶対湿度の違いによる乾燥速度の違いにより色度は変わってくる。
例えば、乾燥が早い場合は、緑麦芽の水分量は早く減少していくため、メイラード反応が抑えられ、麦芽色度が低くなる。（尚、メイラード反応は水分が多い程促進される。）また、乾燥が遅れた場合には、緑麦芽の水分量が高い状態が続くので、メイラード反応が促進され、麦芽色度が高くなる。
以上のように、本発明によれば、焙燥期間を設定した所定の期間とすることが可能となり、麦芽色度を含め、安定した品質の焙燥麦芽を得ることができる。
以上詳述したところから明らかなように、
本発明送風空気の絶対湿度制御方法によれば、送風空気の絶対湿度一定の値に保つように外気空気と循環空気の量が調整されるため、外気の相対湿度に影響されることなく安定した乾燥環境を達成することができ、品質の安定した焦燥麦芽を得ることができる。
また本発明の焙燥装置によれば、麦芽原料に供給する送風空気の絶対湿度をもとに常に安定した絶対湿度を有する空気を麦芽原料に供給することができ、安定した品質の焦燥麦芽を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の焙燥工程を説明する図である。
図２は焙焦装置の制御装置の構成を示す図である。
図３はモリエール線図による絶対湿度を求める過程を示す図である。
図４は焙燥工程における乾燥の進み方を示す図である。

Claims (3)

1. 麦芽原料が積載された麦層に、導入した外気を加熱し、送風空気として前記麦芽原料に供給するとともに、前記麦芽原料を通過した空気の一部を循環空気として外気に混合して再度送風空気として前記麦芽原料に供給して麦芽原料を焙燥する焙燥工程において、
   前記麦芽原料に供給する送風空気中の絶対湿度を測定し、測定した絶対湿度の値を予め設定した所定値に保つように、導入する外気と前記循環空気との混合割合を制御することを特徴とする焙燥工程における送風空気の絶対湿度制御方法。
2. 麦芽原料を積層する麦層床の下部より麦芽原料に導入した外気を加熱し、送風空気として前記麦芽原料に供給するとともに、前記麦芽原料を通過した空気の一部を循環空気として外気に混合して再度送風空気として前記麦芽原料に供給して麦芽原料を焙燥する焙燥装置において、
   外気の導入量を調整する外気ダンパーと、
   前記麦芽原料を通過した循環空気を外部に排出する空気と再循環する空気に分配する循環空気ダンパーと、
   前記麦芽原料に供給する送風空気の絶対湿度を測定する湿度センサーと、
   測定した絶対湿度の値を予め設定した所定値に保つように、導入する外気と前記循環空気との混合割合を制御する制御装置を
   備えたことを特徴とする焙燥装置。
3. 前記制御装置は、前記外気空気ダンパーと前記循環空気ダンパーは、導入される外気の空気と再循環する空気との和が常に一定となるように制御することを特徴とする請求項２に記載の焙燥装置。

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