JP5256116B2 - 加熱殺菌装置 - Google Patents

Description

本発明は缶詰やレトルト食品など、食品を包装容器に収容した後に、包装容器内の食品を加熱殺菌する加熱殺菌装置に関するものである。

缶詰やレトルト食品は、密封包装後に容器ごしに内部食品の加熱殺菌を行うことで、調理済み食品の常温での長期保存を可能にしている。加熱殺菌を行う場合、殺菌槽内に被殺菌物を収容しておき、被殺菌物に高温水を噴射することで被殺菌物を加熱する。被殺菌物に対する加熱に過不足があると、十分な殺菌が行われないことによって腐敗が発生したり、過剰な加熱によって食品に変質が発生することがあるため、精密な加熱制御を行う必要がある。加熱殺菌装置では、殺菌槽内の温度を検出しておき、槽内温度が目標値となるように加熱量の調節を行う。槽内温度が目標値よりも低い場合には噴射している高温水の温度を上昇させることで槽内温度を高くし、槽内温度が目標値よりも高い場合には噴射している高温水の温度を低下させることで槽内温度を低くして、温度の調節を行っている。高温水を加熱する熱源としては蒸気が一般的であり、高温水に蒸気を供給すると高温水の温度は上昇し、蒸気の供給を停止すると高温水の温度は低下する。

特開平７−２３１７７０号公報には、アナログ圧力調整弁を設けておき、アナログ圧力調整弁の開度を調整することで蒸気供給の制御を行うことが記載されている。また開度を比例的に制御する調整弁はコストが高いために、配管径の異なるラインを複数設け、段階的に蒸気供給量を調節するということも行われている。しかし、槽内温度を検出して蒸気供給量の制御を行う場合、蒸気供給量の変更と槽内温度の変化にはタイムラグが発生するため、目標値を通り過ぎるオーバーシュート及びアンダーシュートが発生していた。槽内温度が目標値を大きく通り過ぎることによる偏差が大きくなると、被殺菌物に対する加熱に過不足が生じることになっていた。

特開平７−２３１７７０号公報

本発明が解決しようとする課題は、被殺菌物に対する加熱の過不足をなくし、適正な加熱殺菌を行うことのできる加熱殺菌装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、殺菌槽内の被殺菌物に高温水を噴射することで被殺菌物を加熱殺菌する加熱殺菌装置であって、殺菌槽内の温度を検出し、殺菌槽内の温度が目標値になるように前記高温水に対する熱の供給を制御している加熱殺菌装置において、高温水への熱供給量の変更から殺菌槽内の温度変化に影響を与えるまでに要する時間ｔを設定しておき、槽内温度が目標値になるよりも時間ｔだけ先行させて高温水への熱供給の増減を行うものであることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の加熱殺菌装置において、
目標値＞現在の槽内温度＋（現在の槽内温度−単位時間前の槽内温度）×（ｔ／単位時間）が成り立つ場合には、高温水への熱供給を増やし、
目標値＜現在の槽内温度＋（現在の槽内温度−単位時間前の槽内温度）×（ｔ／単位時間）が成り立つ場合には、高温水への熱供給を減らす制御を行うものであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記の加熱殺菌装置において、高温水への熱供給を停止しても殺菌槽内の温度が上昇する時間をｔ１、高温水への熱供給開始から殺菌槽内の温度が上昇し始めるまでに要する時間をｔ２として設定しておき、
目標値＞現在の槽内温度＋（現在の槽内温度−１秒前の槽内温度）×ｔ１（秒）
が成り立つ場合には、高温水への熱供給を行い、
目標値＜現在の槽内温度＋（現在の槽内温度−１秒前の槽内温度）×ｔ２（秒）
が成り立つ場合には、高温水への熱供給を行わない、という制御を行うものであることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記の加熱殺菌装置において、殺菌槽内へ噴射する前の高温水温度を検出しておき、
槽内温度の目標値より設定温度Ｔだけ低い値よりも、現在の槽内温度が高い場合には、
噴射前の高温水温度が上昇中であれば高温水への熱供給量を増やさない、という第２の条件設定を行っていることを特徴とする。

発明を実施することで、槽内温度の目標値からの偏差が小さくなるため、配管径の異なる複数の蒸気供給ラインを設けたり、蒸気導入制御弁に比例弁を用いたりしなくても、槽内温度の目標値に対するふらつきを小さく抑えることができるようになり、加熱殺菌装置のコスト低減することができる。

本発明を実施している加熱殺菌装置のフロー図 本発明の一実施例での槽内温度変化と蒸気供給制御の説明図 本発明の他の一実施例での槽内温度及び循環水温度変化と蒸気供給制御の説明図 従来例での槽内温度変化と蒸気供給制御の説明図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施している加熱殺菌装置のフロー図である。加熱殺菌装置は、円筒形の殺菌槽１内に缶詰やレトルト食品などの被殺菌物２を収容しておき、殺菌槽１内で被殺菌物２を加熱することで殺菌を行うものである。殺菌槽１の下部には、蒸気を導入する蒸気導入管３と給水を導入する給水導入管５を接続している。蒸気導入管３には蒸気導入制御弁６、給水導入管５には給水制御弁７を設けており、各制御弁の開閉を制御することで殺菌槽１内への蒸気と給水の導入を制御するようにしている。殺菌槽１の底部には循環配管８を接続しており、循環配管８の他端は殺菌槽内に設けている噴射ノズル９に接続している。循環配管８の途中に循環ポンプ４を設けており、循環ポンプ４を作動すると殺菌槽１底部の水は循環配管８を通して噴射ノズル９へ送られ、噴射ノズル９から殺菌槽１内へ循環水を噴射するようになっている。殺菌槽１の上部には槽内温度を検出する槽内温度検出器１１、殺菌槽１の底部には循環水温度を検出する循環水温度検出器１２を設けておく。蒸気導入制御弁６、給水制御弁７、循環ポンプ４の作動は、運転制御装置１０によって行うようにしており、運転制御装置１０は槽内温度検出器１１及び循環水温度検出器１２とも接続している。

被殺菌物２の加熱殺菌を行う場合、ます被殺菌物２をトレイに並べ、トレイを積み重ねた状態で殺菌槽１内に収容しておく。次に殺菌槽１の底部へ水を導入しておき、底部にためた水に蒸気を吹き込むことで水を加熱して高温水とし、循環ポンプ４を作動することで噴射ノズル９から被殺菌物２へ向けて高温水を噴射する。加熱殺菌では、被殺菌物２を殺菌温度まで上昇させる昇温工程、被殺菌物２を殺菌温度に維持する加熱工程、被殺菌物２を冷却する冷却工程を行う。昇温工程及び加熱工程では、蒸気導入管３からの蒸気供給を行うと噴射ノズル９から噴射する高温水の温度が上昇、蒸気供給を停止すると高温水温度は低下することになり、冷却工程では給水導入管５から冷却用水を導入することで被殺菌物の冷却を行う。

運転制御装置１０には、運転開始からの経過時間とその時の槽内温度の目標値を設定しておき、槽内温度検出器１１で検出している槽内温度が目標温度になるように、蒸気導入制御弁６の開閉を制御することで温度調節を行う。殺菌槽１への蒸気供給を行うと殺菌槽内底部に溜めておいた水の温度が上昇し、殺菌槽１内底部の水温が上昇すると循環配管８内の水温が上昇し、循環配管８での水温が上昇すると噴射ノズル９から噴射する噴射水温度が上昇するため、殺菌槽１内の温度が上昇する。逆に殺菌槽１への蒸気供給を停止すると殺菌槽内底部の水温が低下し、殺菌槽１内底部の水温が低下すると循環配管８内の水温が低下し、循環配管８での水温が低下すると噴射ノズル９から噴射する噴射水温度が低下するため、殺菌槽１内の温度が低下する。このように、温度変化は波及的に広がっていくものであるため、蒸気導入制御弁６を閉じて蒸気供給を停止してもしばらくの間は槽内温度の上昇が続き、蒸気導入制御弁６を開いて蒸気供給を開始してもしばらくの間は槽内温度の低下が続く。そのため、槽内温度が目標温度に到達したことを検出して蒸気導入制御弁６の操作を行った場合、槽内温度は目標温度を通り過ぎるために、槽内温度を目標値に保つことができないということになる。

そこで運転制御装置１０には、蒸気導入制御弁６を閉じても槽内温度が上昇し続ける時間ｔ１と、蒸気導入制御弁６を開いてから槽内温度が上昇し始めるまでに要する時間ｔ２をあらかじめ入力しておき、その時間分先行させて蒸気導入制御弁６の制御を行う、とした第１の条件を設定しておく。ただし、設定時間分先行させて制御を行うといっても、未来の槽内温度を検出することはできない。そのため、運転制御装置１０では、現在の槽内温度と単位時間前の槽内温度を比較し、槽内温度の変化がその後も継続するとして、現時点で蒸気導入制御弁６の操作が必要であるか否かを判別することとし、下記判別式を使用して蒸気供給の制御を行う。
目標値＞現在の槽内温度＋（現在の槽内温度−１秒前の槽内温度）×ｔ１（秒）
が成り立つ場合には、蒸気導入制御弁を開とする。
目標値＜現在の槽内温度＋（現在の槽内温度−１秒前の槽内温度）×ｔ２（秒）
が成り立つ場合には、蒸気導入制御弁を閉とする。

なお、時間ｔ１と時間ｔ２は、加熱殺菌装置の容量や循環水量など、加熱殺菌装置の仕様によって異なるため、性能試験を行うことで計測して設定しておく。ある加熱殺菌装置では、時間ｔ１は８秒、時間ｔ２も８秒であったため、本実施例ではｔ１＝８秒、ｔ２＝８秒とする。この場合、現在の槽内温度と１秒前の槽内温度を検出しておき、１秒前から現在までの槽内温度変化を８倍した値を現在の槽内温度に加えることで、８秒後の槽内温度の推定値を算出することになる。そして、８秒後の槽内温度の推定値が目標値より小さくなる場合は蒸気導入制御弁６を開き、８秒後の槽内温度の推定値が目標値より大きくなる場合には蒸気導入制御弁６を閉じる操作を行う。なお、前記の推定値が目標値と等しくなった場合は、蒸気導入制御弁６を閉じることにしておく。

図２は槽内温度変化と蒸気供給制御の一例であり、運転開始からの経過時間が１０００秒から１０２０秒における２秒ごとの状態を示している。このときの目標温度は１２０℃であり、槽内温度が１２０℃を保つことを目指して蒸気導入制御弁６の開閉を制御する。経過時間１０００秒の時点では、槽内温度１２０．１℃、１秒前の槽内温度も１２０．１℃である。これを蒸気導入制御弁６の操作を行う前記判別式に当てはめると、１２０．１＋（１２０．１−１２０．１）×８＝１２０．１となり、推定値は目標値より大きな値となる。推定値が目標値より大であるということは、蒸気導入制御弁を閉とする式が成り立つため、蒸気導入制御弁６は閉とし、蒸気の供給は停止している。

１００４秒までは槽内温度は１２０．１℃で変化しておらず、推定値は目標値より大で変わらないため、その間は蒸気供給停止を継続している。１００６秒になると、現在温度は１２０．０℃となり、１秒前の１２０．１℃に比べると低下している。この値を前記判別式に入れると、１２０．０＋（１２０．０−１２０．１）×８＝１１９．２となり、推定値は目標値より小さな値になる。推定値が目標値より小になるということは、この変化が８秒継続した場合の槽内温度は目標値より低くなるということであり、運転制御装置１０はこの時点で蒸気導入制御弁６を開いて蒸気供給を開始する。

蒸気の供給を開始してもすぐに槽内温度が上昇するわけではなく、１００８秒での槽内温度は１２０．０℃であり、１００６秒及び１００７秒の１２０．０℃から変化していない。この値を前記判別式に入れると、１２０．０＋（１２０．０−１２０．０）×８＝１２０となる。推定値が目標値と等しい場合は蒸気供給を行わないとしているため、運転制御装置１０は蒸気導入制御弁６を閉じて蒸気の供給を停止する。

１００６秒で行った蒸気供給の作用は１０１０秒でも現れておらず、槽内温度は１１９．９℃となっており、１秒前の１２０．０℃から更に低下している。この場合の推定値は１１９．１℃であって目標値より小さいため、運転制御装置１０は蒸気導入制御弁６を開き蒸気の供給を行っている。

その後の１０１２秒〜１０１４秒には、１００６秒ごろに行った蒸気供給の影響が現れており、槽内温度は上昇している。この時期における蒸気供給判別式の推定値は目標値より大きくなっているため、運転制御装置１０では蒸気導入制御弁６を閉じて蒸気供給を停止している。

１０１６秒になると、再び槽内温度の低下が始まっている。１０１６秒の時点での槽内温度はまだ１２０．０℃であって目標値以上の温度であるが、判別式の推定値は目標値より小さくなっており、この槽内温度変化が８秒続いた場合に推定される槽内温度は、目標値よりも低くなるために蒸気供給を行う。１０１８秒では蒸気供給による槽内温度の上昇はまだ現れておらず、蒸気供給は行っているが槽内温度は低下している。この時も推定値は目標値より小さくなっているために蒸気供給を行う。１０２０秒での槽内温度は１１９．８℃であり、槽内温度の低下は止まっており、１秒前の槽内温度と同じになっている。槽内温度の変化がない場合であっても、現在の槽内温度が目標値よりも低ければ、推定値は目標値より小さくなるため、蒸気の供給は行う。ここでの槽内温度の値である１１９．８℃が、この期間内で槽内温度が目標値から最も大きく下がった温度であって、目標値からの差は０．２℃となっている。

これに対し、図４は槽内温度が目標温度より高くなった時点で蒸気供給を停止し、目標温度より低くなった時点で蒸気供給を開始する従来例における槽内温度と制御例を示している。図４でも１００６秒の時点では図２と同じ１２０．０℃であるが、この時点では槽内温度は目標値を下回っていないために蒸気供給は行っていない。蒸気供給を行うのは、槽内温度は１１９．９℃となり目標値を下回ることになる１０１０秒になってからとなる。１０１０秒で蒸気の供給を開始しても、槽内温度の低下は蒸気供給開始後しばらくは続くため、１０１６秒で１１９．６℃まで低下している。本発明の実施例である図２では、１００６秒の時点で蒸気供給を行っているが、従来例である図４では１０１０秒になるまで蒸気供給は行っていないために、図４での槽内温度は図２の場合よりも大きく低下しており、この期間内での目標値からの差の最大値は０．４℃となっている。このように従来例では、蒸気供給の制御が遅れることで、槽内温度の目標値から偏差が大きくなっていたが、本発明を実施することで槽内温度の目標値から偏差を小さくすることができる。

また、運転制御装置１０では、槽内温度の目標値が一定であって、槽内温度の目標値より設定温度Ｔだけ低い値よりも、現在の槽内温度が高い場合（現在の槽内温度≧目標値−ΔＴ）には、循環水温度の状態で蒸気導入制御弁６の動作制御を行う第２の条件を設定しておく。第２の条件は、前記の判別式による推定値が目標値より小さくなっていても、循環水温度が上昇している場合には蒸気導入制御弁６を開かない、というものである。これは、槽内温度の変化は循環水温度の変化に少し遅れて現れるため、循環水温度が上昇している場合には槽内温度が低下傾向にあってもその後すぐに上昇することになり、この状態では蒸気供給の必要はない、槽内温度が目標値に近い又は目標値より高い場合には、かえって蒸気供給を行うことでその後に槽内温度が目標値よりも大幅に高くなるという弊害があるため、蒸気は供給しない方がよい、ということで定めておくものである。

図３は第２の条件での作用を説明するものであり、槽内温度変化は図２と同じであったとしている。Ｔ（設定温度幅）＝０．５℃に設定しておいた場合、現在の槽内温度が目標値の１２０℃からＴの０．５℃を引いた値である１１９．５℃よりも高い時期には、循環水温度の状態によっても蒸気導入制御弁６の開閉判断を行うことになり、循環水温度の状態による制御は、槽内温度の状態による制御よりも優先して行う。

図３に記載のように循環水温度が変化した場合、１０１６秒及び１０１８秒では、槽内温度は低下傾向にあって第１の条件での推定値は目標値より小さくなるため、槽内温度に基づく蒸気供給制御では蒸気を供給することになる。しかしその時の循環水温度が上昇していたとすれば、第２の条件により蒸気供給は行わない。現在の槽内温度≧目標値−ΔＴかつ、現在の循環水温度＞１秒前の循環水温度の場合は、蒸気導入制御弁６を開かないとすることで、その後に槽内温度が目標値よりも大幅に高くなることを防止することができ、より槽内温度を目標値近くに保持することができるようになる。

なお、実施例では１秒前の槽内温度と現在の槽内温度を比較するとしたが、この単位時間は任意に設定することができる。１秒以外の時間を単位時間とする場合は、目標値＞現在の槽内温度＋（現在の槽内温度−単位時間前の槽内温度）×（ｔ１／単位時間）が成り立つ場合には高温水への熱供給を増やし、目標値＜現在の槽内温度＋（現在の槽内温度−単位時間前の槽内温度）×（ｔ２／単位時間）が成り立つ場合には高温水への熱供給を減らす制御を行うようにすればよい。例えば単位時間が２秒であった場合、図２での１００６秒では、現在の槽内温度１２０．０℃、２秒前の槽内温度１２０．１℃であるため、１２０．０＋（１２０．０−１２０．１）×（８／２）＝１１９．６となり、熱供給を増やす必要があるとなる。

以上説明した通り、本発明を実施した場合には、従来に比べて槽内温度の目標値からの偏差が小さくなるため、配管径の異なる複数の蒸気供給ラインを設けたり、蒸気導入制御弁に比例弁を用いなくても、目標値に対する温度のふらつきを小さく抑えることができるようになり、加熱殺菌装置のコストを低く抑えることができる。

１ 殺菌槽
２ 被殺菌物
３ 蒸気導入管
４ 循環ポンプ
５ 給水導入管
６ 蒸気導入制御弁
７ 給水制御弁
８ 循環配管
９ 噴射ノズル
１０ 運転制御装置
１１ 槽内温度検出器
１２ 循環水温度検出器

Claims (4)

1. 殺菌槽内の被殺菌物に高温水を噴射することで被殺菌物を加熱殺菌する加熱殺菌装置であって、殺菌槽内の温度を検出し、殺菌槽内の温度が目標値になるように前記高温水に対する熱の供給を制御している加熱殺菌装置において、
   高温水への熱供給量の変更から殺菌槽内の温度変化に影響を与えるまでに要する時間ｔを設定しておき、槽内温度が目標値になるよりも時間ｔだけ先行させて高温水への熱供給の増減を行うものであることを特徴とする加熱殺菌装置。
2. 請求項１に記載の加熱殺菌装置において、
   目標値＞現在の槽内温度＋（現在の槽内温度−単位時間前の槽内温度）×（ｔ／単位時間）が成り立つ場合には、高温水への熱供給を増やし、
   目標値＜現在の槽内温度＋（現在の槽内温度−単位時間前の槽内温度）×（ｔ／単位時間）
   が成り立つ場合には、高温水への熱供給を減らす制御を行うものであることを特徴とする加熱殺菌装置。
3. 請求項２に記載の加熱殺菌装置において、高温水への熱供給を停止しても殺菌槽内の温度が上昇する時間をｔ１、高温水への熱供給開始から殺菌槽内の温度が上昇し始めるまでに要する時間をｔ２として設定しておき、
   目標値＞現在の槽内温度＋（現在の槽内温度−１秒前の槽内温度）×ｔ１（秒）
   が成り立つ場合には、高温水への熱供給を行い、
   目標値＜現在の槽内温度＋（現在の槽内温度−１秒前の槽内温度）×ｔ２（秒）
   が成り立つ場合には、高温水への熱供給を行わない、という制御を行うものであることを特徴とする加熱殺菌装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の加熱殺菌装置において、殺菌槽内へ噴射する前の高温水温度を検出しておき、
   槽内温度の目標値より設定温度Ｔだけ低い値よりも、現在の槽内温度が高い場合には、噴射前の高温水温度が上昇中であれば高温水への熱供給量を増やさない、という第２の条件設定を行っていることを特徴とする加熱殺菌装置。

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