JP5858340B2 - マイクロ波高温加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波を用いて大量のレトルトパウチ食品を高温で加熱するマイクロ波高温加熱装置に関する。

マイクロ波加熱は電子レンジなどに用いられている技術であり、対象物を装置内に設置し、加熱するものであった。（例えば特許文献１〜４）そしてマイクロ波加熱のみでは、水の沸点が１００℃となってしまうため、加圧して水を１００℃以上に加熱することができる、マイクロ波加熱器が開発されている。

例えば、特許文献１〜４には、加熱対象物をマイクロ波で加熱する技術が開示されている。しかしながら、これらの技術では大量の加熱対象物に対して加熱ムラ（局所的加熱）が発生しないように高温加熱することは困難であった。例えば、包装された加熱加圧食品（より具体的にはレトルトパウチ食品）の殺菌は、１００℃以上の高温加熱を用いる。そして、マイクロ波の局所的加熱は、包装体内部の食品を焦がしてしまうという問題があった。

特開平６−３４３４３６号公報

特開２００１−９００９号公報

特開平１１−３１９０４１号公報

特開２０００−３２５０５８号公報

そこでこの発明は、大量のレトルトパウチ食品をマイクロ波で高温加熱する場合であったとしても、加熱ムラ（局所的加熱）が発生しないように高温加熱することができるマイクロ波高温加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本件発明は以下の手段を用いた。
（請求項１記載の発明）
請求項１記載のマイクロ波高温加熱装置は、耐圧チャンバーと、収納室と、回転装置と、加圧装置と、マイクロ波発振装置と、蒸気発生装置と、冷却装置とを備えており、耐圧チャンバーは、チャンバー本体と、チャンバー蓋部とを備えており、収納室は、レトルトパウチ食品を収納し、チャンバー本体内に出し入れされ、回転装置によって耐圧チャンバー内で縦回転され、回転中心側に反射板を備えるものであり、反射板は、円形または多角形であり、マイクロ波を乱反射させるものであり、収納室の回転中心から半径の３０〜６０％の領域は、反射板および回転装置に使用されており、収納室の回転中心から離れた領域には、２０〜１００枚の載置板が間隔を空けて放射状に設置されており、これらの載置板の間にレトルトパウチ食品を収納するものであり、加圧装置は、耐圧チャンバー内の気体圧力を上昇させるものであり、マイクロ波発振装置は、マイクロ波を発生させるものであり、前記マイクロ波は、耐圧チャンバー内のレトルトパウチ食品を加熱するものであり、蒸気発生装置は、前記マイクロ波によるレトルトパウチ食品の加熱を均一化させるものであり、冷却装置は、前記加熱後のレトルトパウチ食品を冷却するものであることを特徴とする。

（請求項２記載の発明）
請求項２は、請求項１に記載のマイクロ波高温加熱装置において、マイクロ波発振装置は、導波管を備えており、導波管は、少なくとも２つ以上のマイクロ波発振装置を耐圧チャンバーに接続するものであり、導波管内に遮蔽板を備えており、遮蔽板は、ポリテトラフルオロエチレンを材質とし、マイクロ波を通過させると共に水蒸気を遮るものであることを特徴とする。
（請求項３記載の発明）
請求項３は、請求項２に記載のマイクロ波高温加熱装置において、前記蒸気発生装置は、１００℃〜３００℃の蒸気を発生させるものであり、前記１００℃以上の蒸気は、レトルトパウチ食品を加熱するものであり、前記蒸気による加熱は、マイクロ波による加熱中またはその前後に行われることを特徴とする。

本発明は、上述の手段を用いたことにより、次のような効果を奏するものである。
（請求項１記載の発明の効果）
請求項１記載の発明であると、導入されるマイクロ波は、レトルトパウチ食品と共に水蒸気を加熱する態様となる。さらに、加圧雰囲気内で加熱された水蒸気は、収納室の縦回転によって、熱対流方向に強制的に混合される。これにより、大量のレトルトパウチ食品であったとしても、加熱ムラ（局所的加熱）が発生せず、均一に加圧・加熱することが可能となる。また、乱反射したマイクロ波により、広範囲でレトルトパウチ食品と水蒸気の温度を上昇させることができる。これにより、マイクロ波が水分子に熱を与える段階においても、満遍なく熱を与えることができる。さらに、この発明であると、レトルトパウチ食品が小分けにされ大量に数がある加熱加圧食品の殺菌工程であっても、加熱加圧食品の包装体を均一に配置することが可能となる。

（請求項２記載の発明の効果）
請求項２記載の発明であると、水および熱が与えるマイクロ波発振装置への悪影響を防ぐことができる。
（請求項３記載の発明の効果）
請求項３記載の発明であると、マイクロ波に加え蒸気を用いて加熱加圧を行うので、滅菌をより確実なものとすることができる。

図１は、マイクロ波高温加熱装置の断面図である。 図２は、マイクロ波高温加熱装置の側面図である。 図３は、マイクロ波高温加熱装置の上面図である。 図４は、チャンバー内台車の正面図である。 図５は、チャンバー内台車の側面図である。

以下にこの発明のマイクロ波高温加熱装置を各図と共に実施例を説明する。

〔１．マイクロ波高温加熱装置１について〕
図１は、マイクロ波高温加熱装置１の断面図である。図２は、マイクロ波高温加熱装置１の側面図であり、図２において、チャンバー蓋部２１は閉じられている。図３は、マイクロ波高温加熱装置１の上面図であり、図３において、チャンバー蓋部２１は開けられている。
図１〜３に示す本件発明のマイクロ波加熱装置１の大きさは、全長１８００〜２５００ｍｍ、全幅１８００〜２５００ｍｍ、全高１０００〜２０００ｍｍを想定している。
マイクロ波高温加熱装置１は、図１〜３に示すように、耐圧チャンバー２と、収納室３と、回転装置４と、加圧装置５と、マイクロ波発振装置６と、蒸気発生装置７と、冷却装置８とを備えている。
また、マイクロ波高温加熱装置１は、これらの装置を制御する制御盤１０と、加圧を解除する為の安全弁１１とを備えている。

〔２．耐圧チャンバー２について〕
図１〜３に示す耐圧チャンバー２の大きさは、直径８００〜１２００ｍｍ、全長１０００〜２５００ｍｍを想定している。
耐圧チャンバー２は、チャンバー本体２０と、チャンバー蓋部２１とを備えている。耐圧チャンバー２内に設けられる収納室３は、レトルトパウチ食品９を収納し、チャンバー本体２０内に出し入れされるものである。図２に示すように、加圧・加熱を行う際には、チャンバー蓋部２１は閉じられるものであり、図３に示すようにレトルトパウチ食品９の出し入れを行う際には、チャンバー蓋部２１を開けるものである。
前記出し入れを容易なものとする為、図４、図５に示すように台車２２を使用し、この台車２２に車輪２３を設けるのが好ましい。

〔３．収納室３について〕
収納室３は、円柱形状の容器を長手軸略水平に設置されたものであり、耐圧チャンバー２内で縦回転するものであり、回転中心側に反射板３０を備えている。反射板３０は、円形や多角形などを製品に対応するように選択し、マイクロ波の反射をより最適に乱反射するものである。反射板３０を正八角形キャビティーとすると、マイクロ波が均一に拡散し、好ましい。
また、収納室３の回転中心から半径の３０〜６０％の領域は、反射板３０および回転装置４に使用されるものである。収納室３の回転中心から離れた領域には、２０〜１００枚、さらに好ましくは３０〜８０枚の載置板３１が、間隔を空けて放射状に設置される。そして、レトルトパウチ食品９は、載置板３１の間に収納される。より好ましくは、収納室３半径外側の４０〜５０％の領域に４０〜５０毎程度の載置板３１を設置すると、収納室３に複数の長方形に近い等脚台形（上辺３５〜４５ｍｍ、底辺６０〜７０ｍｍ、高さ１８０〜２００ｍｍ）の載置箇所とすることができる。さらに耐圧チャンバー２の全長１０００〜２５００ｍｍに対する仕切り板を設けても良い。
前述の載置板３１および仕切り板は、３〜１０ｍｍ厚のＰＴＦＥ板（ポリテトラフルオロエチレン板）を用いた。これにより、レトルトパウチ食品９を仕分けして載置した状態であっても、マイクロ波による加熱を可能とする。

〔４．回転装置４について〕
回転装置４は、収納室３を耐圧チャンバー２内で縦回転させるものである。前記縦回転は、図１に示すように、回転装置４が備える動力シャフト４０をモーター４１が回し、動力シャフト４０は、内部ギア３２と噛み合い、収納室３を回動させるものである。
前記縦回転とは、例えば、アナログ時計を略垂直に立てた場合における時計針の時計回り及び反時計回りを縦回転と表現している。実施例１記載の回転装置４においては、略水平に設けられた動力シャフト４の回転を利用して、収納室３を縦回転させている。収納室３の縦回転は、その他の方法を用いてもよく、縦回転の回転数は毎分１〜２回とするのが好ましい。

〔５．加圧装置５について〕
加圧装置５は、耐圧チャンバー２内の気体圧力を上昇させるものであり、耐圧チャンバー２と通気管５２で接続されている。気体圧力の上昇は、圧力ゲージ５０で確認することができ、前記制御盤１０を用いて調節することができる。また、気体圧力を小さくする為のエアー抜き５１を、チャンバー本体２０に設けることもできる。

〔６．マイクロ波発振装置６について〕
マイクロ波発振装置６は、マイクロ波を発生させるものであり、前記マイクロ波は、耐圧チャンバー２内のレトルトパウチ食品９を加熱するものである。実施例１においてマイクロ波発振装置６は、２４５０ＭＨｚ、１５００Ｗの装置を用いた。この発明は、家庭用ではなく業務用の加圧・加熱装置として想定されている為、マイクロ波発振装置６の電力は１５００Ｗ〜５０００Ｗとするのが好ましい。
また、１５００Ｗのマイクロ波発振装置であっても、図１、２に示すように、マイクロ波発振装置６は、導波管６０を備えている。導波管６０は、耐圧チャンバー２の少なくとも２箇所以上に接続されている。図１においては、３個のマイクロ波発振装置６（１５００Ｗ）を取り付け、合計電力を４５００Ｗとしている。格安の１５００Ｗ装置３台の合計金額は、一台の４５００Ｗ装置金額よりも遥かに小さいものであるから、コストパフォーマンスの良いマイクロ波高温加熱装置１とすることができる。その他、少なくとも２つ以上のマイクロ波発振装置６を耐圧チャンバー２に接続する態様として、複数のマイクロ波発振装置６から伸びる複数の導波管６０を、一本の集合管とする態様も例示できる。
導波管６０同士の接続部６１に遮蔽板６２を取り付けるのが好ましい。遮蔽板６２は、ポリテトラフルオロエチレンを材質とし、マイクロ波を通過させると共に水蒸気および圧力を遮るものである。水蒸気および圧力を遮ることによって、水、熱および圧力によるマイクロ波発振装置への悪影響を防ぐことができる。

〔７.蒸気発生装置７について〕
蒸気発生装置７は、前記マイクロ波によるレトルトパウチ食品９の加熱を均一化させるものである。蒸気発生装置７が発生させる蒸気は、１００℃〜２００℃のスチーム、または２００℃〜３００℃の過熱蒸気である。レトルトパウチ食品９を徹底的に殺菌・滅菌することができる過熱蒸気を用いるのが好ましい。
蒸気発生装置７とチャンバー本体２０とは蒸気管７０を用いて接続されており、この蒸気管７０内を蒸気が通過するものである。蒸気管７０にヒーター７１を設けても良い。

〔８．冷却装置８について〕
冷却装置８は、加熱後のレトルトパウチ食品９を冷却するものである。冷却装置８として空冷式チラー機を例示することができる。冷却装置８は水冷式であってもよい。空冷式である場合、図３に示すように加圧装置５と冷却装置８とを一台とすることができる。例えば、エアー抜き５１を開放しつつ加圧装置５かられ冷却空気を送る態様などである。

〔９.レトルトパウチ食品９について〕
レトルトパウチ食品９として、加熱加圧食品を例示することができる。加熱加圧食品は、収納室３を前述の長方形に近い等脚台形（上辺３５〜４５ｍｍ、底辺６０〜７０ｍｍ、高さ１８０〜２００ｍｍ）の収納箇所とした場合、満遍なく配置することができる。
また、レトルトパウチ食品９が、加熱加圧食品以外のもの（例えば加圧・加熱を必要とする医薬品など）である場合、前述の収納室３の設計を最適化することもできる。

〔１０．マイクロ波高温加熱装置１の使用例について〕
マイクロ波高温加熱装置１の構成は上述の通りである。次に、レトルトパウチ食品９が加熱加圧食品である場合の具体的な使用例を述べる。
マイクロ波高温加熱装置１の使用は、搬入工程、加圧工程、加熱工程、冷却工程、常圧工程、搬出工程からなる。

〔１１.搬入工程について〕
図３に示す態様でチャンバー蓋部２１を開け、図４、５に示す台車２２と収納室３とを、チャンバー本体２０から取り出す。
図４に示す載置板３１の隙間全てに、図１に示すようにレトルトパウチ食品９（包装された加熱加圧食品）を載置する。載置板３１の隙間全てにレトルトパウチ食品９を載置するのが好ましい。
レトルトパウチ食品９の載置が終了すると、台車２２をチャンバー本体２０内に移動させ、チャンバー蓋部２１を閉じる。

〔１２．加圧工程について〕
チャンバー本体２０とチャンバー蓋部２１とを密閉状態とし、耐圧チャンバー２内の圧力を上昇させる。
前記圧力の上昇は、加圧装置５を用いて２．０〜３．０気圧とするものである。２．０〜２．２気圧とするのが好ましい。
このように加圧すると、加熱加圧食品を１２０℃に加熱しても、袋内容物は沸騰せず、加熱加圧食品包装体の破裂を回避することができる。

〔１３．加熱工程〕
耐圧チャンバー２内の圧力を目的圧力にまで加圧した後、回転装置４を用いて収納室３を縦回転させつつ、マイクロ波発振装置６を用いてレトルトパウチ食品９にマイクロ波加熱を行う。
このマイクロ波加熱工程は、レトルトパウチ食品９の内容量が１００〜２５０ｇである場合、４５００Ｗのマイクロ波によって３０〜６０秒で１２０℃を越えるあたりまで加熱する工程である。
上述のマイクロ波加熱を行う時及び／又は前記マイクロ波加熱を行う時の前後に、蒸気発生装置７は、耐圧チャンバー２内に蒸気を導入する。
そして、導入された蒸気は水分子であるからマイクロ波を受けて熱を受ける。次に、熱を受けた水分子は対流すると共にレトルトパウチ食品９に熱を与える。これによりマイクロ波はレトルトパウチ食品９を局所的に加熱することが無くなる。また、収納室３が縦回転している為、熱対流と相乗的に作用して、収納室３全体が満遍なく加熱され、加熱ムラ（局所的加熱）が発生しない。

〔１４．冷却工程〕
加圧雰囲気下で目的温度にまで加熱した後、レトルトパウチ食品９は冷却される。圧力釜での加熱および自然冷却であると、長時間においてレトルトパウチ食品９が高温となる為、加熱加圧食品である場合、包装体の有機溶媒のような臭いが内部の食品に移るという問題がある。したがって、レトルトパウチ食品９は、マイクロ波を用いて短時間で加熱された後、気体または液体を用いて短時間で冷却されるのである。
冷却工程は、冷却装置８を用いて、冷却風または冷却液を耐圧チャンバー２内に導入するものである。この冷却において、加圧装置５から冷風を送ることも可能である。

〔１５．常圧工程〕
冷却工程が終了すると、耐圧チャンバー２内の圧力を常圧にまで下げる常圧工程を行う。
レトルトパウチ食品９が加熱加圧食品である場合、容器内での沸騰が生じないように、９０〜９５℃にまで冷却した後、耐圧チャンバー２内空気を抜気し、常圧に下げる。

〔１６．搬出工程〕
所定の温度に下がった後、チャンバー蓋部２１を開け、台車２２を引き出した後、収納室３からレトルトパウチ食品９を取り出す。

実施例においては、加熱加圧食品を加熱し殺菌および滅菌について記載した。しかしながら、この発明は、大量のレトルトパウチ食品をマイクロ波で高温加熱する場合であったとしても、加熱ムラ（局所的加熱）が発生しないように高温加熱することができるマイクロ波高温加熱装置であり、医薬品の加熱・殺菌・滅菌などにも応用することができる。

１ マイクロ波高温加熱装置
１０ 制御盤
１１ 安全弁
２ 耐圧チャンバー
２０ チャンバー本体
２１ チャンバー蓋部
２２ 台車
２３ 車輪
３ 収納室
３０ 反射板
３１ 載置板
３２ 内部ギア
４ 回転装置
４０ 動力シャフト
４１ モーター
５ 加圧装置
５０ 圧力ゲージ
５１ エアー抜き
５２ 通気管
６ マイクロ波発振装置
６０ 導波管
６１ 接続部
６２ 遮蔽板
７ 蒸気発生装置
７０ 蒸気管
７１ ヒーター
８ 冷却装置
９ レトルトパウチ食品

Claims (3)

1. マイクロ波高温加熱装置（１）は、耐圧チャンバー（２）と、収納室（３）と、回転装置（４）と、加圧装置（５）と、
   マイクロ波発振装置（６）と、蒸気発生装置（７）と、冷却装置（８）とを備えており、
   耐圧チャンバー（２）は、チャンバー本体（２０）と、チャンバー蓋部（２１）とを備えており、
   収納室（３）は、レトルトパウチ食品（９）を収納し、チャンバー本体（２０）内に出し入れされ、回転装置（４）によって耐圧チャンバー（２）内で縦回転され、回転中心側に反射板（３０）を備えるものであり、
   反射板（３０）は、円形または多角形であり、マイクロ波を乱反射させるものであり、
   収納室（３）の回転中心から半径の３０〜６０％の領域は、反射板（３０）および回転装置（４）に使用されており、
   収納室（３）の回転中心から離れた領域には、２０〜１００枚の載置板（３１）が間隔を空けて放射状に設置されており、これらの載置板（３１）の間にレトルトパウチ食品（９）を収納するものであり、
   加圧装置（５）は、耐圧チャンバー（２）内の気体圧力を上昇させるものであり、
   マイクロ波発振装置（６）は、マイクロ波を発生させるものであり、
   前記マイクロ波は、耐圧チャンバー（２）内のレトルトパウチ食品（９）を加熱するものであり、
   蒸気発生装置（７）は、
   前記マイクロ波によるレトルトパウチ食品（９）の加熱を均一化させるものであり、
   冷却装置（８）は、前記加熱後のレトルトパウチ食品（９）を冷却するものである
   ことを特徴とするマイクロ波高温加熱装置。
2. マイクロ波発振装置（６）は、導波管（６０）を備えており、
   導波管（６０）は、少なくとも２つ以上のマイクロ波発振装置（６）を耐圧チャンバー（２）に接続するものであり、導波管（６０）内に遮蔽板（６２）を備えており、
   遮蔽板（６２）は、ポリテトラフルオロエチレンを材質とし、マイクロ波を通過させると共に水蒸気を遮るものである
   ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波高温加熱装置。
3. 前記蒸気発生装置（７）は、１００℃〜３００℃の蒸気を発生させるものであり、
   前記１００℃以上の蒸気は、レトルトパウチ食品（９）を加熱するものであり、
   前記蒸気による加熱は、マイクロ波による加熱中またはその前後に行われる
   ことを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波高温加熱装置。