(57)【要約】【課題】高粘度の食材を変質させることなく、迅速に加熱でき、またコンパクト化を図ることのできるジュール加熱装置を提供する。【解決手段】加熱対象物の流動方向で流入側の１本もしくは複数本の加熱管２は、上限温度より低い温度を第１目標温度とし、かつ１本の加熱管２を通過する間の上昇温度が所定の値となるように加熱対象物を加熱するように構成され、流入側の１本もしくは複数本の加熱管２よりも加熱対象物の流動方向で流出側の加熱管３は、第１目標温度と上限温度との間の温度を第２目標温度とし、かつ１本の加熱管３を通過する間の上昇温度が流入側の１本の前記加熱管２での上昇温度より小さい値となるように加熱対象物を加熱するように構成されている。【選択図】図１
2020057495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性を有しかつ上限温度が決められた加熱対象物を流す絶縁管に前記加熱対象物の流動方向に所定の間隔を空けて少なくとも２つの加熱用電極が設けられた複数の加熱管を有し、少なくともいずれか一対の前記加熱管の間に前記加熱対象物を撹拌する撹拌器が設けられ、前記加熱管の内部で前記加熱対象物に通電することにより前記加熱対象物で発熱させて前記加熱対象物を加熱し、加熱された前記加熱対象物を前記撹拌器で撹拌するジュール加熱装置において、
前記加熱対象物の流動方向で流入側の１本もしくは複数本の加熱管は、前記上限温度より低い温度を第１目標温度とし、かつ流入側の１本の前記加熱管を通過する間の上昇温度が所定の値となるように前記加熱対象物を加熱するように構成され、
前記流入側の１本もしくは複数本の前記加熱管よりも前記加熱対象物の流動方向で流出側の加熱管は、前記第１目標温度と前記上限温度との間の温度を第２目標温度とし、かつ流出側の１本の前記加熱管を通過する間の上昇温度が流入側の１本の前記加熱管での上昇温度より小さい値となるように前記加熱対象物を加熱するように構成されている
ことを特徴とするジュール加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載のジュール加熱装置において、
前記加熱対象物の流速は一定で、かつ前記各加熱管に印加される電圧は一定であり、
流出側の前記加熱管は、流入側の前記加熱管より短いことにより、流出側の１本の前記加熱管を通過する間の上昇温度が流入側の１本の前記加熱管での上昇温度より小さい値となるように構成されている
ことを特徴とするジュール加熱装置。
【請求項３】
請求項１に記載のジュール加熱装置において、
前記加熱対象物の流速は一定で、かつ前記流入側および流出側の各加熱管の長さが同一であり、
流出側の前記加熱管は、印加される電圧が、流入側の前記加熱管に印加される電圧より低いことにより、流出側の１本の前記加熱管を通過する間の上昇温度が流入側の１本の前記加熱管での上昇温度より小さい値となるように構成されている
ことを特徴とするジュール加熱装置。
【請求項４】
請求項１に記載のジュール加熱装置において、
前記各加熱管に印加される電圧は一定で、かつ前記流入側および流出側の各加熱管の長さが同一であり、
流出側の前記加熱管は、前記加熱対象物が流れる内部の流路断面積が流入側の前記加熱管の内部の流路断面積より小さいことによって前記加熱対象物の流速が流入側の前記加熱管における前記加熱対象物の流速より速いことにより、流出側の１本の前記加熱管を通過する間の上昇温度が流入側の１本の前記加熱管での上昇温度より小さい値となるように構成されている
ことを特徴とするジュール加熱装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載のジュール加熱装置において、
前記加熱対象物は、粘度が０．５Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下であり、
前記加熱用電極は、環状の金属製の電極によって構成され、かつ冷却媒体を強制循環させる冷却手段を有していない
ことを特徴とするジュール加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流動性のある食材などの加熱対象物に電圧を印加して発熱させることにより加熱を行う装置に関するものであり、特に高粘度あるいは高粘稠性の流動物を加熱する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ジュール加熱装置は、加熱対象物自体を発熱させて加熱するように構成されているので、加熱対象物の有する熱伝導率に影響されにくく、高温部分と低温部分との温度偏差を小さくすることができる。本出願人はこの種のジュール加熱装置を既に種々提案しており、その基本的な構成は、環状の加熱用電極を一定間隔に配置するとともに、それらの電極の間に絶縁性のスペーサ管体を配置し、さらに流入側および流出側に絶縁性の管体を接続して設けた構成である。これらの管体の内部に食材などの流動性のある加熱対象物を強制的に流通させ、その状態で各電極に所定の電圧を印加することにより加熱対象物に電流を流して発熱させる。
【０００３】
ジュール加熱装置によれば、加熱対象物を流動させつつ加熱することになるので、連続的に、かつ効率良く加熱し、また殺菌することができる。これは、加熱対象物自体を発熱させることに起因している。しかしながら、その発熱は、必ずしも均一に生じることはなく、電流密度の相違や加熱時間の相違などの影響を受けて発熱量が部分的に異なることがある。また加熱対象物は発熱のみによって加熱される訳ではなく、熱伝導あるいは熱伝達も生じており、隣接する箇所の温度や熱伝導率もしくは熱伝達率の相違などによって温度の上昇の程度が異なることがある。このような加熱ムラを生じさせる要因として、電流密度の部分的な相違、温度に応じた電気抵抗（伝導率）の相違、加熱対象物の部分的な流速の相違、さらには電極の温度などが考えられる。
【０００４】
ジュール加熱装置における電極は、加熱対象物が流れる管路と同様に環状もしくは中空状に構成されている。そのため、電流密度は管壁側で高くなり、したがって管壁側での発熱量が多く、管壁側で加熱が促進される。また、加熱対象物の流速は、中心側より管壁側で遅くなるから、管壁側での加熱時間が長くなり、この点でも管壁側での加熱が中心側より促進される。さらに、加熱対象物の温度が高いほど電流が流れやすくなるから、温度が上昇しやすい管壁側での電流密度が高くなり、管壁側での加熱が促進される。
【０００５】
結局、ジュール加熱では、一般的な傾向として、中心側で温度が低く、管壁側で温度が高くなる。加熱ユニットの内部を加熱対象物が流れている間は、このような温度偏差が継続的に生じ、かつ加熱時間に応じて温度偏差が大きくなる。これを是正するために、加熱ユニット（加熱管）の内部に撹拌翼を設けることが考えられるが、そのような撹拌翼は、加熱対象物を流れる電流に影響を及ぼし、新たな加熱ムラあるいは温度偏差の原因となることがある。また、撹拌翼を強制的に回転させた場合には、その撹拌翼と管壁との間に異物が挟まると加熱ユニットが損傷する虞がある。
【０００６】
そこで、本出願人は、特許文献１によって、同一構成の複数の加熱ユニットを直列に配列するとともに、各加熱ユニットの間に撹拌部材を配置した構成のジュール加熱装置を提供している。この装置によれば、加熱ユニットを通過した加熱対象物が撹拌部材によって撹拌されるので、次の加熱ユニットに流入して加熱される前に、加熱対象物の温度偏差が是正され、その結果、加熱ムラやそれに起因する部分的な糊化や変色などの変質を回避もしくは抑制することができる。
【０００７】
また一方、ジュール加熱装置における電極は、チタンやその合金あるいは白金など、もしくはこれらいずれかをコーティングした構成が通常である。この電極には、常時、多量の電流が流れるから、加熱対象物に熱を奪われるとしても、次第に温度が高くなる。このようにして電極の温度が高くなると、電極に接触した加熱対象物の温度が高くなりすぎて糊化したり、変色したりし、さらには継続して加熱を行っていると電極の表面に加熱対象物が焦げ付いてスケールが発生することがある。このような不都合を解消するために、電極を冷却水路を設けて電極を冷却することも行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４３１０５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ジュール加熱装置における加熱ムラや加熱ムラによる最高温度などをコントロールすることは困難であるから、特許文献１に記載されているように、加熱対象物の温度偏差が大きくなる前に撹拌することが好ましい。頻繁に撹拌すれば、温度偏差が解消され、加熱ムラが生じているとしても温度の最も高い部分の温度が、加熱対象物が糊化するなどの変質温度に達することを未然に回避できる。しかしながら、特許文献１に記載されている装置では、加熱対象物の流動方向で最も下流側（加熱装置での流出側）の加熱ユニットには、既にある程度加熱されて温度が高くなっている加熱対象物が流入し、その温度から加熱するから、加熱対象物を変質させない範囲での上限温度との温度差（温度幅）が小さくなる。すなわち、加熱ユニットでの加熱幅あるいは上昇温度が小さくなる。特許文献１の装置では、同一構成の加熱ユニットを撹拌部材を挟んで直列に連結した構成であるから、各撹拌ユニットでの加熱幅（上昇温度）が小さいことにより、必要とする加熱ユニットならびに撹拌部材の数が多くならざるを得ない。そのため、加熱装置の流入部から流出部までの全長が長くなり、加熱対象物を所定の目標温度にまで加熱するのに要する時間が長くなってしまう。このように特許文献１の装置では、全体しての構成をコンパクト化し、また加熱時間を短縮して効率の良い加熱を行う点で改良の余地がある。
【００１０】
また、加熱対象物が山芋やとろろなどの高粘度の食材の場合、加熱ユニットの内部での流動の態様が液体とは異なると思われる。したがって、加熱ムラの生じ方も高粘度材あるいは高粘稠材と粘度の低い液体とでは大きく異なる。従来では、このような粘度が高いことを考慮した構成とすることに特には配慮されておらず、その点においても改良の余地があった。
【００１１】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、高粘度あるいは高粘稠性の加熱対象物を変質させることなく迅速に加熱することができ、またコンパクト化を図ることのできるジュール加熱装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、上記の目的を達成するために、流動性を有しかつ上限温度が決められた加熱対象物を流す絶縁管に前記加熱対象物の流動方向に所定の間隔を空けて少なくとも２つの加熱用電極が設けられた複数の加熱管を有し、少なくともいずれか一対の前記加熱管の間に前記加熱対象物を撹拌する撹拌器が設けられ、前記加熱管の内部で前記加熱対象物に通電することにより前記加熱対象物で発熱させて前記加熱対象物を加熱し、加熱された前記加熱対象物を前記撹拌器で撹拌するジュール加熱装置において、前記加熱対象物の流動方向で流入側の１本もしくは複数本の加熱管は、前記上限温度より低い温度を第１目標温度とし、かつ流入側の１本の前記加熱管を通過する間の上昇温度が所定の値となるように前記加熱対象物を加熱するように構成され、前記流入側の１本もしくは複数本の前記加熱管よりも前記加熱対象物の流動方向で流出側の加熱管は、前記第１目標温度と前記上限温度との間の温度を第２目標温度とし、かつ流出側の１本の前記加熱管を通過する間の上昇温度が流入側の１本の前記加熱管での上昇温度より小さい値となるように前記加熱対象物を加熱するように構成されていることを特徴としている。
【００１３】
この発明では、前記加熱対象物の流速は一定で、かつ前記各加熱管に印加される電圧は一定であり、流出側の前記加熱管は、流入側の前記加熱管より短いことにより、流出側の１本の前記加熱管を通過する間の上昇温度が流入側の１本の前記加熱管での上昇温度より小さい値となるように構成されていてよい。
【００１４】
あるいはこの発明では、前記加熱対象物の流速は一定で、かつ前記流入側および流出側の各加熱管の長さが同一であり、流出側の前記加熱管は、印加される電圧が、流入側の前記加熱管に印加される電圧より低いことにより、流出側の１本の前記加熱管を通過する間の上昇温度が流入側の１本の前記加熱管での上昇温度より小さい値となるように構成されていてよい。
【００１５】
さらには、この発明では、前記各加熱管に印加される電圧は一定で、かつ前記流入側および流出側の各加熱管の長さが同一であり、流出側の前記加熱管は、前記加熱対象物が流れる内部の流路断面積が流入側の前記加熱管の内部の流路断面積より小さいことによって前記加熱対象物の流速が流入側の前記加熱管における前記加熱対象物の流速より速いことにより、流出側の１本の前記加熱管を通過する間の上昇温度が流入側の１本の前記加熱管での上昇温度より小さい値となるように構成されていてよい。
【００１６】
一方、この発明では、前記加熱対象物は、粘度が０．５Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下であり、前記加熱用電極は、環状の金属製の電極によって構成され、かつ冷却媒体を強制循環させる冷却手段を有していない構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明に係るジュール加熱装置では、各加熱管の内部を加熱対象物が流れる際に、各加熱用電極に所定の電圧が印加されることにより加熱対象物に電流が流れ、それに伴うジュール熱によって加熱対象物が加熱される。流入側の加熱管においては、加熱対象物が変質しない範囲で設定された目標温度などの上限温度より低い第１目標温度に向けて加熱対象物を加熱し、またその加熱管を通過する間に上昇する温度が所定値となるように加熱対象物を加熱する。加熱管を通過した加熱対象物は撹拌器で撹拌されるので、加熱ムラによる温度偏差が解消され、全体としてほぼ均一な温度に昇温された状態で次の加熱管に送り込まれ、再度加熱される。流出側の加熱管においても同様に通電加熱されるが、その場合の加熱目標である第２目標温度は、上記の第１目標温度より高くかつ上限温度より低い。また、流出側の加熱管を通過する間の上昇温度が、流入側の加熱管における上昇温度より低くなるように加熱される。このような流出側の加熱管における加熱は、加熱管の長さを短くして加熱時間を流入側の加熱管によるよりも短縮し、あるいは電圧を低くして発熱量を低下させ、もしくは加熱管を細くするなどのことにより加熱対象物の流速を増大させて加熱時間を短くするなどのことによって行われる。上昇温度を低くするために、電圧を低くし、あるいは流速を速くすれば、単位時間当たりの上昇温度である昇温率を、流入側の加熱管における昇温率より小さくすることになる。したがって、流出側の加熱管で加熱対象物を加熱する際に不可避的な加熱ムラが生じるとしても、加熱対象物における温度偏差が小さくなって、高温部分の温度が加熱対象物の変質を来すほどには高くなることが回避される。これに対して、流入側の加熱管においては、加熱開始温度が低いうえに、第１目標温度が上限温度より低い第２目標温度よりも更に低い第１目標温度に向けて加熱対象物を加熱するから、昇温率を大きくして迅速に温度を上昇させることができる。また、その場合、加熱ムラによる温度偏差が生じるとしても、目標とする温度が上限温度よりもかなり低いので、加熱対象物を変質させるほどに高温になる部分が生じない。したがって、この発明の装置によれば、加熱対象物を変質させることなく、迅速に目標温度まで加熱することができる。また、流入側の加熱管では昇温率を大きくすることができるので、流入側の加熱管の本数を少なくでき、もしくは短くすることができるので、装置の全体としての構成をコンパクト化することができる。
【００１８】
さらに、この発明の装置では、高粘度の加熱対象物を加熱するに当たり、加熱用電極を強制冷却しないので、加熱管の内部を流れる加熱対象物における温度偏差（温度の不均一）を助長することが回避もしくは抑制される。すなわち、加熱対象物の粘度が高いと、加熱管の内部を流れる加熱対象物は層流とはならず、管壁側の流速と中心部の流速との差が僅かになる。そのため、流速の違いによる加熱ムラあるいは温度偏差が生じにくい。したがって、加熱用電極を強制的に冷却すると、却って温度偏差を拡大してしまうことになるが、この発明では、このような場合、加熱用電極を強制的には冷却しないので、加熱ムラや温度偏差を防止もしくは抑制して均一な加熱を行うことができる。ひいては局部的に高温になったり、それに伴って加熱対象物を変質させたりすることを回避もしくは抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明に係るジュール加熱装置の全体的な構成を模式的に示す図である。
【図２】加熱管の基本的な構成を説明するための概略的な断面図である。
【図３】撹拌器の一例を示す断面図である。
【図４】加熱管の内部での加熱対象物の流速分布を示す図である。
【図５】加熱対象物の温度の上昇の様子を模式的に示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。図１にこの発明に係るジュール加熱装置１の全体的な構成を模式的に示してある。ジュール加熱装置１は、摺り下ろした山芋あるいはとろろなどの高粘度で流動性のある物質あるいは食材を連続的に加熱する装置であり、直列に接続した流入側のジュール加熱管（以下、加熱管と記す）２と流出側のジュール加熱管（以下、加熱管と記す）３とによって構成されている。流入側の加熱管２と流出側の加熱管３とは、それぞれ１本の加熱管であってもよいが、図１に示す例では、流入側の加熱管２は３本の加熱管２Ａ，２Ｂ，２Ｃによって構成され、同様に、流出側の加熱管３は３本の加熱管３Ａ，３Ｂ，３Ｃによって構成されている。
【００２１】
流入側および流出側の各加熱管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃのそれぞれは、例えば本出願人が特開２０１６−２９６１４号公報で提案した加熱管と同様であって、絶縁管に複数の加熱用電極を軸線方向に一定の間隔を空けて配置して構成されている。図２に一例を示してあり、複数（奇数個）の環状の加熱用電極５０が同一軸線上に一定の間隔で配置され、それらの加熱用電極５０の間にスペーサ管５１が配置されている。さらに軸線方向での両端部側にエンドスリーブ５２が同一軸線上に配置されている。これら加熱用電極５０およびスペーサ管５１ならびにエンドスリーブ５２を挟み付けるように左右一対の接続パイプ５３が配置されている。これらの接続パイプ５３は加熱用電極５０やスペーサ管５１の外径より大径のクランプ用のフランジ５４を有しており、それらのフランジ５４を貫通して各接続パイプ５３を連結するタイバー（タイロッド）５５が設けられている。なお、一方の接続パイプ５３（図２では左側の接続パイプ５３）を挟んでエンドスリーブ５２とは反対側に、クランププレート５７が同一軸線上に配置されており、タイバー５５はそのクランププレート５７を貫通している。タイバー５５の図２における右側の端部は図２の右側の接続パイプ５３に固定され、またクランププレート５７を貫通している端部にはロックナットが取り付けられ、さらにクランププレート５７とこれに対向する接続パイプ５３のフランジ５４との間に締め付け用のコイルスプリングもしくはダイヤフラムスプリングなどのスプリング５８が配置されている。したがって、加熱用電極５０およびスペーサ管５１ならびにエンドスリーブ５２、接続パイプ５３、クランププレート５７は一括して締結されている。
【００２２】
同一軸線上に配列されている上記の加熱用電極５０およびスペーサ管５１ならびにエンドスリーブ５２、接続パイプ５３、クランププレート５７は、加熱対象物を流通させる管路を形成しており、その管路の内周面が可及的に滑らかになるようにそれぞれの内径は全て同一になっている。加熱用電極５０はチタンやチタン合金あるいは白金など、もしくはこれらのいずれかをコーティングした金属製であって、交流電源５９に接続されている。なお、左右両端側の加熱用電極５０およびこれらの加熱用電極５０に対して一つおきの他の加熱用電極５０は、交流電源５９における基準電位側の出力端子に接続され、またこれらの基準電位側の出力端子に接続されている加熱用電極５０の間に配置されている他の加熱用電極５０は、交流電源５９における他の出力端子に接続されている。また、各加熱用電極５０は温度が上昇した場合、自然放熱によって冷却するようになっており、冷却水などの冷却媒体を強制循環させる冷却手段は設けられていない。
【００２３】
これらの加熱用電極５０を挟み付けた状態で保持している上記のスペーサ管５１ならびにエンドスリーブ５２は、絶縁性であって、例えばＰＥＩ樹脂やＰＥＥＫ樹脂などの硬質樹脂によって形成されている。
【００２４】
流入側の３本の各加熱管２Ａ，２Ｂ，２Ｃのそれぞれは、７つの加熱用電極５０を設けた加熱管であり、これに対して流出側の３本の各加熱管３Ａ，３Ｂ，３Ｃのそれぞれは、３つの加熱用電極５０を設けた加熱管であり、したがって流入側の加熱管２に対して流出側の加熱管３の長さが短くなっている（約半分になっている）。
【００２５】
これらの各加熱管２Ａ〜２Ｃ，３Ａ〜３Ｃの流出側に撹拌器４が接続されている。これらの撹拌器４は、各加熱管２Ａ〜２Ｃ，３Ａ〜３Ｃに接続された管路の途中に設けられており、その内部の加熱対象物を流動させつつ撹拌するように構成されている。撹拌器４は、適宜の撹拌翼を外部動力で強制的に回転させるよう構成された装置であってもよく、あるいは加熱対象物の流動を利用して撹拌するように構成された装置であってもよい。後者の装置はスタティックミキサー（もしくはスタティックスタラー）と称され、その一例は本出願人が特許第４３１０５１０号で提案した撹拌器であってよい。その構成を図３を参照して簡単に説明すると、パイプ４０の内部に二種類の捻り片４１Ａ，４１Ｂが軸線方向に並べて配置されている。一方の捻り片４１Ａは、長方形状の板材を右ネジ方向に１８０°捻った右捻り片であり、他方の捻り片４１Ｂは、これとは反対に、長方形状の板材を左ねじ方向に１８０°捻った左捻り片である。これらの捻り片４１Ａ，４１Ｂがその端部同士を付き合わせてパイプ４０の内部に直列に配列されている。なお、各捻り片４１Ａ，４１Ｂは、付き合わせた端部同士の位相が９０°ずれるように配置されている。したがって、加熱対象物は、各捩り片４１Ａ，４１Ｂによって旋回させられて螺旋状に流れるとともに、一方の捻り片４１Ａ（４１Ｂ）から他方の捻り片４１Ｂ（４１Ａ）に入り込む際に旋回方向が逆転させられ、その結果、旋回方向の逆転による剪断作用が、螺旋運動による撹拌作用に付加されて、加熱対象物は流動しつつ撹拌される。なお、各加熱管における接続パイプ５３に接地電極を設け、その接地電極を地面に差し込んだアース棒に接続することにより、撹拌器４に漏れ電流が流れることを回避できる。
【００２６】
ここで説明しているジュール加熱装置１によって加熱する加熱対象物は、摺り下ろしあるいは細かく切り刻んだ山芋やとろろ芋などの高粘度の食材であり、その供給のための装置は以下の構成であってよい。図１に示すように、加熱対象物を入れるホッパー６０が所定の架台６１によって保持されており、そのホッパー６０にポンプ６２が接続されている。そして、そのポンプ６２の吐出口がバルブ６３および供給管６４を介して流入側の最初の加熱管２Ａに接続されている。
【００２７】
図１において、流入側の加熱管２用の交流電源５９Ａと流出側の加熱管３用の交流電源５９Ｂが設けられている。これらの交流電源５９Ａ，５９Ｂは例えば２０ｋＨｚの高周波電流を上述した各電極に供給する電源であり、電圧を一定に維持してＯＮ・ＯＦＦ制御し、あるいは電圧を必要に応じて変更するように構成されている。その制御のために加熱対象物の温度を検出するセンサが設けられている。第１のセンサＳ１が流入側の加熱管２の出口部、すなわち３番目の加熱管２Ｃから送り出された加熱対象物の温度を検出する位置に設けられている。また、第２のセンサＳ２が流出側の加熱管３の出口部、すなわち３番目の加熱管３Ｃから送り出された加熱対象物の温度を検出する位置に設けられている。
【００２８】
第１のセンサＳ１は、流入側の加熱管２用の交流電源５９Ａに検出信号を入力するように構成されている。具体的には、第１のセンサＳ１は、加熱対象物が糊化するなど変質する上限温度より低い温度を目標温度（第１目標温度）として設定し、その目標温度が検出された場合に交流電源５９Ａに検出信号を出力して、各加熱管２Ａ〜２Ｃへの電流を一時的に遮断し、あるいは電圧を下げるように構成されている。同様に第２のセンサＳ２は、流出側の加熱管３用の交流電源５９Ｂに検出信号を入力するように構成されている。具体的には、第２のセンサＳ２は、上記の流入側の加熱管２による加熱目標温度より高くかつ上記の上限温度より低い温度を目標温度（第２目標温度）として設定し、その目標温度が検出された場合に交流電源５９Ｂに検出信号を出力して、各加熱管３Ａ〜３Ｃへの電流を一時的に遮断し、あるいは電圧を下げるように構成されている。
【００２９】
加熱対象物が山芋やとろろなどの食材の場合、その食材は低温で保存されているのが通常であるから、流入側の加熱管２に供給される食材の温度は一例として１０℃程度である。また、上記の第１目標温度は、山芋やとろろの場合、一例として５０℃であり、第２目標温度は、一例として６３．５℃である。したがって流入側の加熱管２による加熱対象物の上昇温度は約４０℃（＝５０℃−１０℃）であり、３本の加熱管２Ａ，２Ｂ，２Ｃによって加熱するから１本の加熱管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ当たりの上昇温度は１３℃前後である。また、流出側の加熱管３による加熱対象物の上昇温度は約１３．５℃（＝６３．５℃−５０℃）であり、３本の加熱管３Ａ，３Ｂ，３Ｃによって加熱するから１本の加熱管３Ａ，３Ｂ，３Ｃ当たりの上昇温度は４℃前後である。したがって、ここで説明しているジュール加熱装置１では、流入側の加熱管は、前記上限温度より低い温度を第１目標温度とし、かつ１本の前記加熱管を通過する間の上昇温度が所定の値となるように加熱対象物を加熱するように構成され、かつ流出側の加熱管は、前記第１目標温度と前記上限温度との間の温度を第２目標温度とし、かつ１本の前記加熱管を通過する間の上昇温度が流入側の１本の前記加熱管での上昇温度より小さい値となるように前記加熱対象物を加熱するように構成されている。
【００３０】
つぎに摺り下ろした山芋あるいはとろろを、上述したジュール加熱装置１で加熱する場合の作用について説明する。この種の加熱対象物は適度の粘度あるいは粘り気を有しており、そのような粘り気が品質になっている。摺り下ろしてホッパー６０に入れた時点の粘度は、水分量などによって区々であるが、ほぼ０．５Ｐａ・ｓ〜１０Ｐａ・ｓの範囲に入っている。少なくともこの範囲の粘度を有する食材を加熱対象物とすることができる。ホッパー６０内の加熱対象物はポンプ６２によって先ず、流入側の加熱管２に供給される。加熱対象物は加熱管２の内部を満たすから、内周面に露出している加熱用電極５０に接触し、加熱対象物に電流が流れる。その結果、加熱対象物で電流値および抵抗値に応じたジュール熱が発生し、その熱によって加熱対象物が加熱される。したがって電流が流れている間、すなわち加熱管２の内部を流れている間、加熱対象物を加熱することになるので、加熱対象物の流速が加熱の程度に影響する。一方、加熱対象物の粘度が上述したように高い場合には、加熱管２の内部における加熱対象物の流速ｖの分布は図４に模式的に示すようになり、管壁側の流速と中心部の流速との差が小さくなる。そのため、流速ｖによる加熱ムラは特には大きくならない。また、上述したジュール加熱装置１では、加熱用電極５０が強制冷却されていない。そのため、加熱用電極５０の部分で加熱対象物から熱が奪われることがないので、上述した流速の差異が殆どないことと相まって、加熱対象物の温度偏差（高温部分と低温部分との温度差）が小さくなる。少なくとも、加熱対象物の温度偏差が拡大することが防止される。
【００３１】
加熱対象物は、流入側の加熱管２における第１番目の加熱管２Ａを通過している間、通電されて加熱され、したがってその温度が次第に上昇する。その加熱の過程で、前述した電流密度の偏りや固形分の有無あるいは水分の偏りなどの種々の要因で加熱ムラが不可避的に生じる。このようにして第１番目の加熱管２Ａで加熱された加熱対象物は、撹拌器４に流入する。撹拌器４が図３に示す構成であれば、加熱対象物はその捻り片４１Ａ，４１Ｂに案内されて螺旋流となり、またその螺旋方向が逐次反転させられ、こうして加熱対象物が撹拌される。その結果、加熱対象物の温度が平均化され、温度偏差が解消される。
【００３２】
撹拌器４によって温度偏差が解消された加熱対象物は、第２番目の加熱管２Ｂに流入し、上述した第１番目の加熱管２Ａにおけるのと同様にして加熱される。その場合、加熱対象物は第１番目の加熱管２Ａで加熱されかつ撹拌器４で撹拌された後の温度を加熱開始温度として加熱される。また、第１番目の加熱管２Ａでの温度の上昇と同程度で温度が上昇する。
【００３３】
第２番目の加熱管２Ｂによって加熱された加熱対象物は、第２番目の加熱管２Ｂと第３番目の加熱管２Ｃとの間に設けられている撹拌器４によって撹拌され、加熱対象物の温度が平均化され、温度偏差が解消される。さらに、撹拌器４で撹拌されて温度偏差が解消された加熱対象物は第３番目の加熱管２Ｃに流入し、上述した第１番目の加熱管２Ａあるいは第２番目の加熱管２Ｂにおけるのと同様にして加熱される。その場合、加熱対象物は第２番目の加熱管２Ｂで加熱されかつ撹拌器４で撹拌された後の温度を加熱開始温度として加熱される。また、この場合においても、第１番目の加熱管２Ａあるいは第２番目の加熱管２Ｂでの温度の上昇と同程度で温度が上昇する。
【００３４】
第３番目の加熱管２Ｃから送り出される加熱対象物の温度が第１のセンサＳ１によって検出されており、その検出温度が前述した第１目標温度より低ければ、各加熱管２Ａ〜２Ｃの各加熱用電極５０には予め決めた電圧が印加され、加熱対象物の加熱が継続される。これに対して第１のセンサＳ１によって検出された温度が第１目標温度以上であれば、その検出信号に基づいて交流電源５９Ａから流入側の加熱管２に印加する電圧が低下させられる。すなわち、交流電源５９Ａによる加熱対象物の加熱が、第１のセンサＳ１が検出する温度によってフィードバック制御され、加熱対象物はほぼ第１目標温度まで加熱されて昇温される。このような流入側の加熱管２による加熱対象物の温度の上昇の様子を線図で模式的に表せば、図５のようになる。なお、図５では各撹拌器４の部分での温度は省略してあり、それに替えて、各加熱管２Ａ，２Ｂ，２Ｃの出口側では温度が平均化されて僅かに下がるように記載してある。
【００３５】
流入側の各加熱管２Ａ，２Ｂ，２Ｃによって加熱対象物をいわゆる通電加熱する場合にも、前述した不可避的な加熱ムラおよびそれに伴う温度偏差が生じることがある。しかしながら、第１目標温度が前述したように、上限温度や流出側の加熱管３での目標温度より低い温度であるから、加熱ムラによって高温部分が生じるとしても、加熱対象物が変質するまでには到らない。また、流入側の加熱管２によって加熱対象物を例えば１０℃から５０℃まで加熱して昇温するとしても、３本の加熱管２Ａ〜２Ｃによって分割して加熱するので、１本の加熱管２Ａ〜２Ｃ当たりの上昇温度が特には高くなく、また各加熱管２Ａ〜２Ｃの出口側で撹拌して均温化するから、不可避的に生じる温度偏差を拡大させたり、加熱対象物の変質を生じさせたりすることがない。
【００３６】
流入側の加熱管２によって加熱されかつ撹拌器４によって撹拌された加熱対象物は、流出側の加熱管３に流入する。流出側の３本の加熱管３Ａ，３Ｂ，３Ｃのそれぞれは、流入側の３本の加熱管２Ａ，２Ｂ，２Ｃの長さのほぼ半分の長さであり、それ以外は流入側の各加熱管２Ａ，２Ｂ，２Ｃと同様の構成になっている。したがって、加熱対象物の流速ｖは流入側の加熱管２での流速ｖと同じである。この流出側の加熱管３における第１番目の加熱管３Ａに流入した加熱対象物は、上記の流入側の加熱管２で加熱されて昇温した温度を加熱開始温度として更に加熱される。その場合、加熱対象物の流速ｖが流入側の加熱管２における流速ｖと同じであるのに対して、加熱管３Ａの長さが流入側の各加熱管２Ａ〜２Ｃの長さの半分であるから、加熱時間が流入側の各加熱管２Ａ〜２Ｃによる加熱時間の半分になる。
【００３７】
第１番目の加熱管３Ａによって加熱された加熱対象物は、第２番目の加熱管３Ｂとの間に設けられている撹拌器４によって撹拌されて温度偏差が解消され、均温化される。これと同様に、第２番目の加熱管３Ｂおよびその下流側の撹拌器４、ならびに第３番目の加熱管３Ｃおよびその下流側の撹拌器４によって加熱と撹拌とが順次行われる。これら流出側の各加熱管３Ａ〜３Ｃによる加熱は、前述した第１目標温度より高くかつ前述した上限温度より低い温度を第２目標温度として行われる。例えば第２の交流電源５９Ｂによって各加熱管３Ａ〜３Ｃに印加する電圧を予め定めておき、第２のセンサＳ２で検出した温度が第２目標温度になった場合に、交流電源５９Ｂから各加熱管３Ａ〜３Ｃに印加する電圧を低下させ、あるいは通電を止める。このように流出側の各加熱管３Ａ〜３Ｃによって加熱した場合の加熱対象物の温度の上昇の様子を図５に併記してある。
【００３８】
流出側の各加熱管３Ａ〜３Ｃの長さが、流入側の各加熱管２Ａ〜２Ｃの長さの半分程度であるから、流出側の各加熱管３Ａ〜３Ｃに印加する電圧が流入側の各加熱管２Ａ〜２Ｃに印加する電圧と同じである場合、流出側の各加熱管３Ａ〜３Ｃでの加熱対象物の上昇温度は、流入側の各加熱管２Ａ〜２Ｃでの上昇温度のほぼ半分になる。すなわち、既にある程度加熱されている加熱対象物を、最終的な目標温度に加熱昇温するための流出側の加熱管３による加熱は、加熱と撹拌とを繰り返し行って徐々に温度を上げることにより行われる。そのため、流出側の各加熱管３Ａ〜３Ｃで不可避的な加熱ムラが生じるとしても、加熱ムラによる温度偏差が大きくなる前に撹拌を行って均温化することになる。流出側の加熱管３に流入する加熱対象物は、既に加熱されてある程度温度が高くなっていて、前述した上限温度との差が小さくなっているが、加熱ムラに起因する温度偏差が生じても、高温部分の温度が上限温度になる前に加熱が一旦止められて撹拌されるので、加熱対象物の変質あるいは焦げ付きなどの異常を未然に回避できる。なお、このような状況は、加熱ムラだけでなく、加熱のオーバーシュートが生じた場合も同様である。このようにして加熱されて流出側の加熱管３から送り出された加熱対象物は、袋つめや冷却などの次工程に送られる。
【００３９】
上述したようにこの発明に係るジュール加熱装置１は、流出側の加熱管３で徐々に加熱昇温するが、それより前段の流入側の加熱管２では、大きく加熱昇温する。そのため、初期段階の加熱を迅速に行うことができ、それに伴って最終的な目標温度までの加熱に要する時間を短くすることができる。また、加熱ムラなどによる温度偏差を抑制して加熱対象物の変質を回避するために、上述した流出側の加熱管３Ａ〜３Ｃのような短い加熱管で加熱装置の全体を構成することができるが、そうすると、加熱管の種類が少なくて良いものの、その本数や撹拌器の数が増えてしまう。これに対して上述したこの発明に係るジュール加熱装置１では、流入側に長さが長い加熱管、あるいは加熱温度を高くすることのできる加熱管を使用しているので、加熱管の必要数や撹拌器の数を少なくして全体としての構成をコンパクト化できる。
【００４０】
なお、この発明に係るジュール加熱装置は上述した構成に限らないのであって、要は、流出側の加熱管の１本当たりの上昇温度が、流入側の加熱管の１本当たりの上昇温度より低くなるように構成されていればよい。その上昇温度は、加熱エネルギ量および加熱時間に関係しているから、これらに関係するパラメータを適宜に設定することにより、流出側の加熱管の１本当たりの上昇温度を低くすることとしてもよい。その一例は、流入側の加熱管および流出側の加熱管の長さや内径ならびに加熱用電極の数を同じにして、流出側の加熱管に印加する電圧を、流入側の加熱管に印加する電圧より低くする。あるいは電圧は流入側および流出側で同じにし、加熱用電極の数を流出側で少なくする。こうすることにより加熱エネルギ量が流出側で少なくなって流出側の加熱管の１本当たりの上昇温度が低くなる。また、他の例は、流出側の加熱管の長さを短くする替わりに、内径すなわち流路断面積を小さくして加熱対象物の流速を速くし、これによって加熱時間を短くする。その場合、電圧や加熱用電極の数などは流入側と流出側とで同じにする。
【００４１】
また一方、この発明に係る流入側および流出側の加熱管の本数は３本に限られないのであって、３本より少なくてもよく、あるいは反対に４本以上であってもよい。また、流入側の加熱管の本数と流出側の加熱管の本数とは異なっていてもよく、例えば流出側の加熱管の本数を流入側の加熱管の本数より少なくしてもよい。このような構成では、更に迅速に加熱することができる。またさらに、この発明では交流電源を２台設ける必要はなく、１台の電源で異なる電圧を発生するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…ジュール加熱装置、  ２…加熱管、  ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…加熱管、  ３…加熱管、  ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…加熱管、  ４…撹拌器、  ４０…パイプ、  ４１Ａ…捻り片、  ４１Ｂ…捻り片、  ５０…加熱用電極、  ５１…スペーサ管、  ５２…エンドスリーブ、  ５３…接続パイプ、  ５４…フランジ、  ５５…タイバー、  ５７…クランププレート、  ５８…スプリング、  ５９…交流電源、  ５９Ａ…交流電源、  ５９Ｂ…交流電源、  ６０…ホッパー、  ６１…架台、  ６２…ポンプ、  ６３…バルブ、  ６４…供給管、  Ｓ１，Ｓ２…センサ。
【図１】
2020057495.tif 000003
【図２】
2020057495.tif 000004
【図３】
2020057495.tif 000005
【図４】
2020057495.tif 000006
【図５】
2020057495.tif 000007