JP5360454B2 - 加熱媒体発生方法及び装置 - Google Patents
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(1)加圧下で水を沸騰させて、水蒸気又は水蒸気と水の混合物を発生させて、これをノズルから、ノズル内圧を0.19MPa以上に維持し、且つノズル噴出蒸気流速を音速(450m/s)の臨界状態に維持して、一部排出経路を設けた準密閉状態の加熱室内に噴射することにより、ノズル先端部〜3.5cmの範囲のノズル近傍でマイナス電圧が測定される状態で、高温微細水滴が水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混在した100℃以上に維持された加熱媒体を発生させると共に、前記加熱室内に噴射することにより、高温微細水滴が水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混在した100℃以上に維持された加熱媒体で該加熱室を加熱し、該加熱室内を湿度99.0%以上で且つ酸素濃度0.1%以下に維持することを特徴とする加熱媒体発生方法。
(2)水注入口及び加圧沸騰水出口のノズル付近において、水及び水蒸気の圧力、及び温度を測定し、水、水蒸気の流量及び混合比を算出して、高温微細水滴量を設定する、前記(1)に記載の加熱媒体発生方法。
(3)供給する水の量を調節することにより、水及び水蒸気の温度、及び圧力を制御し、水及び水蒸気の流量、及び混合比を制御することで、水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混入させる高温微細水滴の量を制御する、前記(1)に記載の加熱媒体発生方法。
(4)水注入口及び加圧沸騰水出口のノズル付近において、水及び水蒸気の圧力、及び温度を測定し、水、水蒸気の流量及び混合比を算出して、高温微細水滴量を設定することにより発生させる加熱媒体の高温微細水滴の量を制御する、前記(1)に記載の加熱媒体発生方法。
(5)前記(1)から(4)のいずれかに記載の加熱媒体発生方法に使用する加熱装置であって、加圧下で水を沸騰させて、水蒸気又は水蒸気と水の混合物を発生させる手段と、前記水及び水蒸気の流量、及び混合比を算出して、任意の比率での100℃以上の高温微細水滴が水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混在した加熱媒体を供給する手段と、一部排出経路を設けた準密閉状態の加熱室と、該加熱室内に100℃以上の高温微細水滴が水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混在した加熱媒体を噴射するノズルを備えた噴射手段と、前記加熱室内を加熱する加熱手段と、前記加熱室内雰囲気を湿度99.0%以上且つ酸素濃度0.1%以下に維持した雰囲気下で100℃以上の高温微細水滴が水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混在した加熱媒体で充満させる前記加熱室内の雰囲気制御手段、の各々を具備することを特徴とする加熱装置。
本発明は、加圧下で水を沸騰させて、水蒸気又は水蒸気と水の混合物を発生させて、これをノズルから一部排出経路を設けた準密閉状態の加熱室内に噴射することによる加熱媒体の発生手段であって、高温微細水滴が水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混在した100℃以上に維持された加熱媒体であり、該加熱媒体は、前記加熱室内を湿度99.0%以上で且つ酸素濃度0.1%以下に維持し、該加熱媒体を噴射するノズル近傍でマイナス電圧が測定される、ことを特徴とする高温微細水滴が水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混在した100℃以上に維持された加熱媒体の発生手段を提供するものである。
本発明の加熱媒体発生方法による加熱媒体(sAQG)と、気体水(AQG)、ハイブリッド気体水(hAQG)とを対比すると、以下のように整理される。
1)電圧の測定結果
sAQGでは、ノズル近傍で電圧発生が確認されたが、AQG,hAQG何れからも有意な電圧発生を確認できなかった。
sAQGでは、0.19MPa以上の内圧発生を確認したが、AQG及びhAQGの何れからも0.19MPa以下の内圧しか測定できなかった。
(2)温度(ノズル近傍と庫内中央部)
sAQGでは、中央部は、脈動曲線の下限が、100℃以上を記録し、一方のAQG及びhAQGの何れも、その下限が100℃を割った脈動曲線しか得られなかった。
従来技術(圧力釜で蒸煮、レトルト加熱)では、歩留と食味性で課題を抱えており、これをsAQG加熱でクリアーできることが分かった。
ノズル内圧0.19MPa以上で発生させた「気・液混合高温流体」から形成される100℃以上の「微細水滴・蒸気混合媒体」は、新規で独自の産業上の有用性を有する混合物質であると結論される。
後記する試験例に基づいて、sAQGは、AQGとは別異の加熱媒体であることが分かった。
(1)高温微細水滴が水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混在した100℃以上に維持された新しい加熱媒体を提供することが可能となる。
(2)上記高温微細水滴が水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混在した100℃以上に維持された加熱媒体を発生させるための加熱媒体発生方法を提供することができる。
(3)上記高温微細水滴が水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混在した100℃以上に維持された加熱媒体を発生させるための加熱装置を提供することができる。
(4)水注入口及び加圧沸騰水出口のノズル付近において、水及び水蒸気の圧力、及び温度を測定し、水及び水蒸気の流量、及び混合比を算出することにより、水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混入させる100℃以上の高温微細水滴の量を制御することができる加熱媒体発生方法を提供することができる。
図1に示したスーパーアクアガス加熱装置に水を毎秒0.0〜1.5g供給し、ノズル内圧を1.0〜0.35MPaまで変化させ、沸騰状態の水及び/又は水蒸気を口径1.9mm、1.5mm及び1.3mmのノズルから噴出させた。図2に示したように、通常はノズルから噴出する水蒸気の質量は加熱装置に供給された水の質量に一致し、本発明による装置においても、ノズル内圧が低く水蒸気流速が亜音速である場合は水蒸気流量と供給水量は一致する。
(スーパーアクアガス発生の実証―微細水滴の可視化)
微細水滴の存在について検証するために、顕微鏡レンズ(Z16APO,Leica microsystems,Heerbrugg,Switzerland)を装着した高速度カメラ(FASTCAM−APX 250K,Photron limited,Tokyo,Japan)を用いて、前記図1の装置のノズル出口を観察した。メタルハライドランプ(LS−M210, Sumita Optical Glass,Inc., Saitama,Japan)を用いて、ノズルの正面及び背面から投光した。ノズルにカメラのレンズが近接できるように、加熱チャンバ内に陥没した形状の窓を加熱チャンバに装着した。ノズルとカメラのレンズ間の距離は97mmとした。画像を毎秒1000コマ、シャッター速度1/10,000秒にて撮影した。
(ノズルから噴射される「微細水滴+水蒸気」の混合流体の温度特性)
ノズルより噴射される流体温度の測定を目的として、距離による温度変化の特異性について、アクアガス原型機加熱室内に配備された噴射ノズル(φ1.6)の噴射方向に直線的に、T型熱電対素線φ0.2を1mm,10mm,35mm,60mm,110mm,160mm,210mmの位置に取付、噴射される「微細水滴+水蒸気」の温度を測定した(図5)。
1)加熱室内は該混合流体で充満された均一的空間が形成されている。
2)ノズルからの距離又は噴射後の時間経過により、その空間温度が連続的に変化し、温度の極小点が必ず存在し、その温度幅は、100℃前後である。
3)該極小点以前の混合流体の温度は、100℃以上で、概ね105℃以下である。
4)極小点以降は、加熱室内中心部(110mm〜210mm)以遠においても、「混合流体」の混在が目視で確認される。
(スーパーアクアガスの加熱室内における、微細水滴量変化による温度変化)
供給水量を変化させることにより、加熱室内での微細水滴量の増減を制御する目的として、加熱室中央にT型熱電対素線φ0.2を取付け、噴射ノズル近傍温度の測定にシース熱電対K型(シース径0.5mm)を用いて、この時の噴射ノズル内圧力をKEYENCE AP13にて測定した(図8)。測定に用いた計測器は、KEYENCE 高機能デコーダGR−3000で測定周期を100msecとした。測定結果は、以下の通りである。
アクアガスの発生条件から、アクアガスは、高圧で100℃以上の温度で生成され、初期速度は音速でチャンバー内に排出されると推定される。この時、水分子は、大きなエネルギーにさらされ、ストレスがかり、分子構造になんらかの変化があると推定した。この状態で、分子が解離するだけのエネルギーが得られれば、水分子あるいは液滴は、電荷を持つことも考えられる。そこで、センサーとして同軸ケーブルをチャンバー内に設置して、電気的な計測が可能かどうか、実験を行った。同軸ケーブルの信号ケーブル部分の1cmを剥離し、センサーとし、電圧検出は、キーエンス社製データーロガーを用いた。
1.測定方法
(電圧)
1)センサー:同軸ケーブル 先端1cmの皮膜をとる。
2)測定周期:2ms
3)センサー位置:噴射ノズル先端部より、10mm、35mm、60mm、110mm及び加熱室中央
1)温度:115℃
2)供給水量:130spm(55ml/min)
3.ノズルと圧力
1)ノズル:1.6mm×1個
2)圧力:ノズル内圧力0.19MPa
4.センサー位置模式図(図14)
したがって、ノズル近傍1.0cmでは、測定電圧はマイナスの値を示し、3.5cm以降は、電圧の極性は逆転しプラスになり、距離に比例して減少する(図15〜17)。
試験例5と同様にして行った実用化モデル“AQ−25G−SD5”での測定では、(1)ノズル近傍で、電圧はマイナスを示し最大値はマイナス0.1Vであった。(2)加熱室中央では、ノイズレベルで電圧変化は検出されなかった。(3)飽和蒸気では、電圧変化はノズル近傍及び加熱室中央ともに検出されなかった。(4)加熱蒸気では、電圧変化はノズル近傍及び加熱室中央ともに検出されなかった。
1.測定方法
1)電圧センサー:同軸ケーブル
2)温度センサー:K型シース熱電対φ0.5
3)圧力センサー:KEYENCE AP13
4)測定装置:データーロガー KEYENCE NR−600/測定周期:2msec、アナログユニット KEYENCE NR−HA08
5)電圧センサー位置:噴射ノズル近傍部、加熱室中央部
6)温度センサー位置:噴射ノズル近傍部
7)圧力センサー位置:噴射ノズルヘッダー
1)温度:115℃
2)給水量:360spm(300ml/min)、95spm(80ml/min) 飽和蒸気、30spm(30ml/min) 過熱蒸気
3)噴射ノズル:(1.0mm×3)×2
3.センサー位置模式図
使用装置:AQ−25G−SD5型(図18)
アクアガス(供給水量48ml/min)及びハイブリッド型アクアガス(80ml/min)設定時のノズル近傍及び加熱室中央での電圧変化を測定した。測定方法と設定値を以下に示す。
1)電圧センサー:同軸ケーブル
2)温度センサー:K型シース熱電対φ0.5
3)圧力センサー:KEYENCE AP13
4)測定装置 :KEYENCE NR−600、アナログユニット KEYENCE NR−HA08、温度ユニット KEYENCE NR−TH08
5)電圧センサー位置:噴射ノズル近傍部及び加熱室中央部
6)温度センサー位置:噴射ノズル近傍部
7)圧力センサー位置:噴射ノズルヘッダー
1)温度:115℃
2)給水量:115spm(55ml/min)及び115spmから320spm(135ml/min)へ移行
3.噴射ノズル:1.0mm×3
4.センサー位置模式図(図28)
(アクアガス(rAQG,hAQG)とスーパーアクアガスとの相違点)
気体水とハイブリッド型気体水としてのアクアガス(rAQG,hAQG)とスーパーアクアガスを、噴射ノズル近傍温度と噴射ノズル内圧力に付いて比較を行い、その違いを明らかにする目的で測定を行った。使用した計測器は、噴射ノズル近傍温度の測定にシース熱電対K型(シース径0.5mm)、この時の噴射ノズル内圧力の測定にKEYENCE AP13を用いKEYENCE 高機能デコーダGR−3000で測定周期を100msecとして測定した。測定結果は、以下の通りである(図31〜36)。
図37〜39に示す本実施例の加熱装置を用いて、スーパーアクアガス生成過程におけるチャンバー内の温度、噴射ノズル近傍温度、噴射ノズル内圧力、制御温度を測定した。その結果を図40に示す。
試験条件は下記の通りである。
1)供試「水道水」の処理
北海道北斗市清水川株式会社タイヨー製作所工場内の北斗市営水道を、先ず、30分間放水後、25リットルのポリタンクに20リットル注水して密栓して5時間静置して使用した。
直径145mmのガラスシャーレを使用した。
3)被加熱「水道水」の取り扱い
上記シャーレに100g(液深6mm)を秤量し、特製のトレーに載せてスーパーアクアガス加熱装置内にセットした。
4)被加熱「水道水」の芯温(シャーレの中心部;半径点の深さ3mm)測定方法
上記特製トレー上で専用の熱電対支持装置をセットして、手動でセンサー(OKAZAKIシース熱電対K型シース径0.5mm)を水道水入りシャーレ中心部に固定して自動計測した。
試験例9のものを使用した。尚、温度・時間記録は、既設のKEYENCE社製PCリンク型高機能レコーダーGR−3000を使用した。
6)加熱終了後の処置
芯温95℃到達後、直ちに、予め同一トレー上に準備し、加熱済みのシャーレ蓋を被せてトレーから取り出して重量を測定した。これをクリーンベンチ内に静置・放冷後、無菌容器に取り密栓した。
(1)スーパーアクアガス(sAQG)
給水量は、毎分360ストローク(300g/分)にセットした。
(2)過熱蒸気(SHS)
上記装置で、160℃過熱蒸気発生モードで発生させて使用した。
(3)飽和蒸気
上記装置で、100℃飽和蒸気発生モードで発生させて使用した。
8)媒体毎の加熱試験回数
各々3回繰り返し実施した。
1)供試「水道水」の処理
北海道北斗市清水川株式会社タイヨー製作所工場内の北斗市営水道を、先ず、30分間放水後、25リットルのポリタンクに20リットル注水して密栓して5時間静置して使用した。
直径145mmのガラスシャーレを使用した。
3)被加熱「水道水」の取り扱い
上記シャーレに100g(液深6mm)を秤量し、特製のトレーに載せてスーパーアクアガス加熱装置内にセットした。
4)被加熱「水道水」の芯温(シャーレの中心部;半径点の深さ3mm)測定方法
上記特製トレー上で専用の熱電対支持装置をセットして、手動でセンサー(OKAZAKIシース熱電対K型シース径0.5mm)を水道水入りシャーレ中心部に固定して自動計測した。
試験例9のものを使用した。尚、温度・時間記録は、既設のKEYENCE社製PCリンク型高機能レコーダーGR−3000を使用した。
6)加熱終了後の処置
芯温95℃到達後、直ちに、予め同一トレー上に準備し、加熱済みのシャーレ蓋を被せてトレーから取り出して重量を測定した。
(1)スーパーアクアガス
給水量は、毎分200(170g/分)、250(210g/分)、300(250g/分)及び360ストローク(300g/分)にセットした。
8)加熱試験回数
各々3回繰り返し実施した。
試験条件は下記の通りである。
1)供試「生牛乳」の処理
2本を35℃/95%RHの恒温・恒湿庫で5時間静置後に合一混合して使用した。
直径145mmのガラスシャーレを使用した。
3)被加熱「生牛乳」
上記シャーレに100g(液深6mm)を秤量し、特製のトレーに載せてスーパーアクアガス加熱装置内にセットした。
4)被加熱「生牛乳」の芯温(シャーレの中心部;半径点の深さ3mm)測定方法
上記特製トレー上で専用の熱電対支持装置をセットして、手動でセンサー(OKAZAKIシース熱電対K型シース径0.5mm)を生牛乳入りシャーレ中心部に固定して自動計測した。
前記のものを使用した。尚、温度・時間記録は、既設のKEYENCE社製PCリンク型高機能レコーダーGR−3000を使用した。
6)加熱終了後の処置
芯温95℃到達後、直ちに、予め同一トレー上に準備し、加熱済みのシャーレ蓋を被せてトレーから取り出して重量を測定した。これをクリーンベンチ内に静置・放冷後、無菌容器に取り密栓した。
(1)スーパーアクアガス(sAQG)
給水量は、毎分300ストローク(360g/分)にセットした。
(2)過熱蒸気(SHS)
上記装置で、160℃過熱蒸気発生モードで発生させて使用した。
(3)飽和蒸気
上記装置で、100℃飽和蒸気発生モードで発生させて使用した。
8)媒体毎の加熱試験回数
各々3回繰り返し実施した。
上記実施例2の「生牛乳」の加熱速度比較試験で調製した3種加熱媒体加熱処理「生牛乳」を検体、未加熱「生牛乳」を対照として、一般生菌数測定試験を実施した。その結果を表1に示した。その結果、スーパーアクアガス加熱は、過熱蒸気と飽和蒸気対比で、実に3倍以上の殺菌効果を有することが実証された。即ち、加熱時間が1/3弱にも拘わらず、過熱蒸気及び飽和蒸気加熱に勝るとも劣らない殺菌効果を示した。
納豆用大豆を用いて、スーパーアクアガスとアクアガスでの比較加熱試験を行い、歩留と官能性評価の比較を実施した。各設定条件は、スーパーアクアガスが制御温度115℃、供給水量300ml/min(360spm)、アクアガスが制御温度115℃、供給水量85ml/min(115spm)として、KEYENCE高機能デコーダーGR−3000型を使用して、OKAZAKIシース熱電対K型シース径0.5mmにて大豆芯温の測定を行った。測定結果は以下の通りである(表2、3)。
(1)浸漬:常温3倍水で16時間
(2)加熱時間:2時間
(3)結果:スーパーアクアガスでは歩留の有意性が確認できた。また、色調及び官能性においても良好であった(図44)。
(1)浸漬:常温3倍水で16時間
(2)加熱時間:2時間
(3)結果:スーパーアクアガスでは歩留の有意性が確認できた(表4、5)。また、色調及び官能性においても良好であった(図45)。
(1)浸漬:常温3倍水で3時間
(2)加熱時間:1時間
(3)結果:スーパーアクアガスでは歩留の有意性が確認できた(表6)。また、色調及び官能性においても良好であった(表7、図46)。
4)従来加熱技術である圧力釜処理に対する、スーパーアクアガス処理「極小粒大豆」の色調は顕著に優れた結果となった(図47)。
1 加熱室
2 ドア部
3 操作パネル
4 水蒸気発生蓄熱パネル
5 循環ファン
6 排出口
7 ポンプ
8 噴射ノズルヘッダー
9 噴射ノズル
10 圧力計
11 逆止弁
12 大気開放管
13 給水タンク
14 圧力調整タンク
15 加熱処理トレイ
Claims (5)
- 加圧下で水を沸騰させて、水蒸気又は水蒸気と水の混合物を発生させて、これをノズルから、ノズル内圧を0.19MPa以上に維持し、且つノズル噴出蒸気流速を音速(450m/s)の臨界状態に維持して、一部排出経路を設けた準密閉状態の加熱室内に噴射することにより、ノズル先端部〜3.5cmの範囲のノズル近傍でマイナス電圧が測定される状態で、高温微細水滴が水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混在した100℃以上に維持された加熱媒体を発生させると共に、前記加熱室内に噴射することにより、高温微細水滴が水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混在した100℃以上に維持された加熱媒体で該加熱室を加熱し、該加熱室内を湿度99.0%以上で且つ酸素濃度0.1%以下に維持することを特徴とする加熱媒体発生方法。
- 水注入口及び加圧沸騰水出口のノズル付近において、水及び水蒸気の圧力、及び温度を測定し、水、水蒸気の流量及び混合比を算出して、高温微細水滴量を設定する、請求項1に記載の加熱媒体発生方法。
- 供給する水の量を調節することにより、水及び水蒸気の温度、及び圧力を制御し、水及び水蒸気の流量、及び混合比を制御することで、水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混入させる高温微細水滴の量を制御する、請求項1に記載の加熱媒体発生方法。
- 水注入口及び加圧沸騰水出口のノズル付近において、水及び水蒸気の圧力、及び温度を測定し、水、水蒸気の流量及び混合比を算出して、高温微細水滴量を設定することにより発生させる加熱媒体の高温微細水滴の量を制御する、請求項1に記載の加熱媒体発生方法。
- 請求項1から4のいずれかに記載の加熱媒体発生方法に使用する加熱装置であって、加圧下で水を沸騰させて、水蒸気又は水蒸気と水の混合物を発生させる手段と、前記水及び水蒸気の流量、及び混合比を算出して、任意の比率での100℃以上の高温微細水滴が水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混在した加熱媒体を供給する手段と、一部排出経路を設けた準密閉状態の加熱室と、該加熱室内に100℃以上の高温微細水滴が水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混在した加熱媒体を噴射するノズルを備えた噴射手段と、前記加熱室内を加熱する加熱手段と、前記加熱室内雰囲気を湿度99.0%以上且つ酸素濃度0.1%以下に維持した雰囲気下で100℃以上の高温微細水滴が水蒸気・過熱水蒸気混合気体中に混在した加熱媒体で充満させる前記加熱室内の雰囲気制御手段、の各々を具備することを特徴とする加熱装置。
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