(57)【要約】【課題】配線系統を簡易なものとできる冷媒管、電極体および連続式通電加熱装置の提供。【解決手段】内部に冷却媒体流路を設けた複数の電極体、電極体に冷却媒体を供給する冷媒管および複数のスペーサ管体を有し、電極体およびスペーサ管体の内壁が食品材料を流動移送させながら通電加熱するための加熱流路を形成する連続式通電加熱装置において、前記冷媒管が前記電極体に電力を供給可能であることを特徴とする冷媒管、当該冷媒管を取り付け可能な取付部を備えた電極体および当該冷媒管を備えた連続式通電加熱装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷却媒体流路を設けた複数の電極体、電極体に冷却媒体を供給する冷媒管および複数のスペーサ管体を有し、電極体およびスペーサ管体の内壁が食品材料を流動移送させながら通電加熱するための加熱流路を形成する連続式通電加熱装置において、前記冷媒管が前記電極体に電力を供給可能であることを特徴とする冷媒管。
【請求項２】
冷媒を流通させる流路と、当該流路の外周を構成する給電部とを含んで構成される請求項１に記載の冷媒管。
【請求項３】
前記加熱流路の長さ方向の伸縮に応じて可変な形状に構成された請求項１または２に記載の冷媒管。
【請求項４】
外周が絶縁被覆されている請求項１ないし３のいずれかに記載の給電兼用冷媒管。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の冷媒管を取り付け可能な取付部を備えた電極体。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載の冷媒管を備えた連続式通電加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電線を兼ねた冷媒管、電極体および連続式通電加熱装置に関する。本発明は、被加熱材に均一に電流を通すことを可能とし、通電加熱可能な材料（主に食品材料）の特性に応じて適切な加熱処理を施すことを可能とするものであり、加熱技術分野、特に食品加工分野において有用な加熱手段を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
流動性を有する食品材料などを殺菌や調理等のために加熱する方法の一つとして、その食品材料をパイプ内で連続的に流動移送させながら、食品材料の有する電気抵抗を利用して、食品材料に直接通電することにより食品材料自体を発熱させる加熱技術（通電加熱、ジュール加熱）が実用化されている（例えば、特許文献１）。この装置では、食料品輸送管路の上流側から下流側へ向けて所定間隔を置いて少なくとも２以上の部分に、管路の中心軸線に対して同心状となるように、この管路の内面に導電材料からなる環状の電極体を設け、管路の上流側に設置した電極体と下流側に設置した電極体との間で電圧を印加して、その間を移動する流動性食品材料中に電流を流し、ジュール熱を発生させることにより連続的に加熱する。
【０００３】
しかしながら、こうした形式の加熱装置においては、均一加熱の点で改善の余地があった。すなわち、管路内を流れる流動性食品材料を加熱する場合、管路の中心軸線位置付近の部分と管路の内周面近くの部分では加熱が不均一になるという問題があった。一般に電流が媒体中を流れるときには、媒体の固有抵抗が均一であれば、電流は最も電気抵抗が小さくなるような経路、すなわち最短距離を流れるのが通常である。そのため、管路内に流動性食品材料を流した状態で、上流側の環状電極体と下流側の環状電極体との間に通電加熱のための電圧を印加すれば、電流は管路の内周面に近い部分を通って流れる傾向を示す。そうすると、食品材料が流れる管路の内面近くの部分では電流密度が大きくなる一方、管路の中心軸線の付近では電流密度が極端に小さくなってしまい、その結果管路の内周面近くでは食品材料が過加熱されやすくなるのに対し、中心軸線の近くでは食品材料が加熱されにくくなる現象が生じやすい。
【０００４】
こうした食品材料の均一加熱が困難であるとの問題は、特にマヨネーズや液卵、フルーツソース、ジャム等の粘度の高い食品材料を加熱する場合にその傾向が顕著となる。その原因は、管路内の食品材料に対して電流が不均一に流れることに加え、管路の内面と流動性食品材料との間の粘性抵抗に由来する。特に、粘度の高い流動性食品材料の場合、管路の内面と食品材料との間の粘性抵抗によって、管路の内面近くでは中心軸線位置と比較して流速が極端に小さくなるため、管路の内面近くでは流動性食品材料に電流が流れる時間が極端に長くなってしまい、管路の内面付近では過加熱が一層生じやすくなってしまうのである。
【０００５】
さらに、通電加熱においては、流動性食品材料は一般にその温度が高くなるほど電流が流れやすくなることから、管路の内周面近くで過加熱されて温度上昇した食品材料には電流が一層集中して流れ、その結果管路の内周面近くを流れる食品材料は、急激に温度上昇して、中央部付近を流れる食品材料との温度差が大きくなってしまうという問題がある。こうして、食品材料が過加熱された場合、殺菌は充分に行なえても、食品の食感や風味が損なわれたり、変色が生じたり、さらには栄養成分の破壊が生じたりするおそれがあるから、優れた品質の食品を得るためには、過加熱を避ける必要がある。
【０００６】
さらに、管路の内周面近くを流れる流動性食品材料が過加熱されれば、食品材料が熱変性による固化や、焦げ付きなどによって管路の内面に固着してしまうというスケーリングの問題がしばしば発生する。その場合には、食品材料の風味が損なわれるばかりでなく、固着部分の炭化などによって局部的に大電流が流れたり、スパークが発生したりして、スペーサ管体が局部的に溶融もしくは損傷したりしてしまったり、通電状態が不安定となって、適切な温度制御が困難となってしまうことがある。特に、マヨネーズ、液卵、あるいは豆乳などの蛋白質を多量に含む流動性食品材料は過加熱によって変性して固化しやすいのでこのような現象の発生が顕著となる。したがって管路の内面への食品材料の固着の防止は重要な解決すべき課題として認識されている。
【０００７】
そこで、出願人は、流動性を有する食品材料を案内する内周面が形成された筒体と、前記内周面に対応した内周面を有し、前記筒体の両端開口部に設けられた環状の電極とにより加熱部材を形成し、前記電極の内部に前記食品材料が当該電極からの伝導熱で加熱されないようにするための冷媒を流通する中空部を形成し、前記加熱部材を一組以上連設してなる流動性を有する食品材料のジュール加熱ユニットを提案した（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平５−３３０２４号公報
【特許文献２】特許第２６５９３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２に記載のジュール加熱装置においては、電極を冷却するための冷媒を流通させることが可能である。しかしながら、電力を供給するための給電線に加え、冷媒を供給するためのホースを電極に取り付けなくてはならず、配線が非常に複雑になるという課題があった。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決することができる、冷媒管、電極体および連続式通電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】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
［１］内部に冷却媒体流路を設けた複数の電極体、電極体に冷却媒体を供給する冷媒管および複数のスペーサ管体を有し、電極体およびスペーサ管体の内壁が食品材料を流動移送させながら通電加熱するための加熱流路を形成する連続式通電加熱装置において、前記冷媒管が前記電極体に電力を供給可能であることを特徴とする冷媒管。
［２］冷媒を流通させる流路と、当該流路の外周を構成する給電部とを含んで構成される［１］に記載の冷媒管。
［３］前記加熱流路の長さ方向の伸縮に応じて可変な形状に構成された［１］または［２］に記載の冷媒管。
［４］外周が絶縁被覆されている［１］ないし［３］のいずれかに記載の給電兼用冷媒管。
［５］［１］ないし［４］のいずれかに記載の冷媒管を取り付け可能な取付部を備えた電極体。
［６］［１］ないし［４］のいずれかに記載の冷媒管を備えた連続式通電加熱装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、冷媒により電極体を冷却する連続式通電加熱装置において配線系統を簡易なものとすることができ、ひいては生産コスト低下し、稼働後のメンテナンス性を良好なものとすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の連続式通電加熱装置全体の概要構成図である。
【図２】本発明の加熱ユニットの拡大断面図である。
【図３】（ａ）実施例１の加熱ユニット上面概要構成図と、（ｂ）側面概要構成図である。
【図４】（ａ）実施例１の電極体の要部を透過させた正面図と、（ｂ）側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態の一例を図１および図２を参照しながら具体的に説明する。
本実施の形態は、冷却媒体流路が設けられた電極体４３および絶縁スペーサ４４を有し、該電極体と該スペーサを交互に連結し連通させることにより、内部に被加熱材料が連続して流通する加熱流路４１を形成する加熱ユニット３を複数設け、加熱流路４１内に被加熱材料を流通させながら電極体間に電力を供給して被加熱材料を通電加熱するジュール加熱装置を含む連続式通電加熱装置である。
【００１５】
連続式通電加熱装置の全体構成は、例えば図１に示すように、複数の加熱ユニット３からなるジュール加熱装置１３、その下流に接続された撹拌冷却器１２、コントロールユニット５４、操作パネル５５、電源ユニット５６、冷媒ポンプ５７および温度測定器５８を主要な構成要素とする。加熱ユニット３は、交互に配置された複数の電極体４３と、複数のスペーサ管体４４とからなり、プレート３１、フランジ３２ａ〜３２ｄおよびタイロッド３３により固定されている。ここで、フランジ３２ａと３２ｄの距離は、熱よる膨張・収縮により異なるものとなるため、タイロッド３３のプレート側端部には図示しないスプリングを設けている。電極体４３の内径とスペーサ管体４４の内径は同径となっており、交互に連結し連通させることにより食品材料などを通電加熱処理する被加熱材料の加熱流路４１が形成されている。
【００１６】
複数の加熱ユニット３のうち、上流側を予熱用のユニットとし、下流側を加熱用のユニットとしてもよい。この場合、通常、予熱部には高い電圧を印加し、加熱部には低い電圧を印加して発熱量を制御して加熱が行われる。単一の加熱ユニット内の電極体を予熱用、加熱用に区別して使用してもよい。特に高温となる加熱用のユニットには本発明の冷却媒体流路を有する電極体が使用されるが、冷却される電極体の使用個数およびその配設位置などは加熱条件に応じて適宜決定される。また、加熱ユニット３の全部を冷却媒体流路が設けられた電極体４３により構成する必要はなく、アースが設けられた電極体や温度計が設けられた電極体との組み合わせにより構成してもよい。
【００１７】
１つの加熱ユニット当たりの好ましい昇温幅は一般に１０〜１５℃である。これは、昇温幅が大きくなるのに伴い、被加熱流路の中心軸線部分および内周面部分の温度差（ΔＴ）が大きくなるからである。この原因の一つとして、流量を多くしたり昇温幅を一定以上大きくすると、供給電力量の増加に伴い電極体がより加熱されることが挙げられる。しかし、本発明の電極体のように、冷媒を流通させる冷却媒体流路を有する電極体においては、冷却媒体流路を備えない電極体と比べて昇温幅を比較的高く設定することが可能である。
【００１８】
電極体４３は、リング状であることが望ましいが、多角形、楕円などその形状には特に制限はない。リング状の電極４３はスペーサ管体４４に一致した内面形状を有し、スペーサ管体４４を交互に配置することにより各電極間を食品が通過する際に電気的回路が構成され通電加熱される（図２参照）。電極体４３は、良導電性の材料で構成され、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、または白金、純鉄等の金属を用いることができるが、耐食性等の観点からはチタン、チタン合金、または白金を用いることが好ましい。なお、加熱ユニット３における電極体４３のうち、両端の電極体４３を漏洩電流阻止のためのアース電極としてもよい。
また、電極体４３の内部には冷却媒体流路４３１が設けられている。各電極体４３の冷却媒体流路は、同電位の組毎に給電兼用冷媒管４６により接続されている。
【００１９】
給電兼用冷媒管４６は銅やアルミ等の導体であり、内部に冷媒を流通させることができる流路が形成され、その流路の外周部分に導電層（給電部）を構成している。給電兼用冷媒管４６で各電極体４３を接続する際には、加熱流路４１の膨張収縮に追従できるようにゆとり部分をもって構成すること（別の言い方をすれば、２つの電極体４３を接続する給電兼用冷媒管４６は、１つ以上の湾曲部分を有する形状に構成すること）が好ましく、例えばアーチ型、Ｕ字型または蛇腹型（一部蛇腹型含む）に構成する。給電兼用冷媒管４６の外周は安全のために絶縁被覆することが好ましく、例えばポリ塩化ビニルやポリエチレン、フッ素樹脂、ポリエステルで被覆する。なお、給電兼用冷媒管４６の内径（流路）を絶縁被覆してもよい。
加熱ユニット３の両端の電極体４３と接続される冷媒管は、導電層を有しない絶縁冷媒管４７であり、図２では点線で図示している。
冷却媒体は、任意のガスまたは液状の絶縁冷媒を用いることができるが、安全性および冷却性能が高い液状絶縁冷媒を用いるのが好ましく、例えば、シリコ−ンオイル（食品添加用含む）、純水を用いる。冷却媒体は、ポンプ等の公知の冷却媒体送給手段により冷却媒体流路を流通させる。
【００２０】
スペーサ管体４４は絶縁材料からなり、電極体４３と交互に設置されることにより被加熱材料流路となる管路を構成する。スペーサ管体４４は、非導電性のプラスチック、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリサルフォンなどの樹脂によって作製される。スペーサ管体４４の形状は、角形の筒体としてもよく、内周面が円形で外周面が矩形となった筒体を用いてもよくその形状に制限はないが、電極体４３の断面形状とスペーサ管体４４の断面形状を対応させた形状にすることが必要である。スペーサ管体４４と電極体４３との接続面間にはシール材を組み込んで被加熱材料流路４１の外部に被加熱物が漏出することを防止している。スペーサ管体４４の長さが電極間の距離となるが、電極間の距離Ｌは、電極体４３の内径Ｒ（被加熱材料流路４１の直径）に対する比（Ｌ／Ｒ）が２倍以上であることが好ましく、さらに好ましくは、４倍以上１２倍以下であることにより均一な加熱が促進される。
【００２１】
図２は、ジュール加熱装置１３を構成する加熱ユニット３の拡大断面図である。加熱ユニット３は、食品材料を案内する加熱流路４１が形成された断面円形の通電加熱部４２を有している。上述のとおり、通電加熱部４２は、複数のリング状の電極体４３とこれらの間に配置される複数のスペーサ管体４４とにより構成されている。図２に示す如く、通電加熱部４２の両端部には流入側と流出側のジョイント部４５ａ、４５ｂが設けられている。それぞれの電極体４３は給電兼用冷媒管４６を介して、被加熱材料の流れる方向に隣り合った電極体４３、４３間が相互に逆極性となるように電源ユニット５６に接続される。なお、加熱ユニット３に設けられる電極体４３の数は加熱温度等に応じて任意に設定される設計事項である。
【００２２】
加熱流路４１は傾斜をつけて設置し、食品材料などの被加熱材量を下から上へ送液するようなセッティングを標準とする。これは、加熱流路４１内に空間があると電極体間での通電を阻害し食品に与える電気エネルギーが均一にならない状況になってしまうという問題が生じることがあるためである。なお、立ち下げによるエアだまりの問題が無い場合には、例えば平行に設置してもよい。
【００２３】
加熱ユニット３は、加熱流路４１の出口部分に設けられた出口温度センサ４を有している。熱電対等の温度センサを、加熱ユニット毎に設けることにより、加熱ユニット単位内での各位置の精密な温度を測定することを可能である。なお、別途に電極温度センサを特定の電極体に設けてもよい。これらの温度センサは、流路内でのスケーリングは、食品材料が一定の温度以上になると生じやすいため、複数段の加熱ユニットからなる構成においては、最も高温となる最終段ないしは最下流の電極体に設けるのが通常である。しかし、熱変性が生じ易い食品材料を用いる場合などには、最終段以外の加熱ユニットにもスケーリングが生じる場合があるため、温度センサを複数箇所に設けることが好ましい。
【００２４】
コントロールユニット５４は、電極体４３に供給される電力をＰＩＤ制御する。ＰＩＤ制御における比例動作（Ｐ動作）や積分動作（Ｉ動作）の値は、オーバーシュートやサイクリングを起こさないように、通電加熱部４２の全長や食品材料の流速等に応じて適宜最適に設定する。コントロールユニット５４には、表示手段を有する操作パネル５５が設けられており、設定値等入力することが可能である。また、コントロールユニット５４は、発報手段を有しており、クリーニング警報を発報することが可能である。
このように、食品の加熱温度および過加熱による焦げ付き、スケールの発生などを制御するべく、検知温度に応じて電力の制御および冷却媒体の制御を行うのであり、設定条件に応じた精密な制御を可能である。
【００２５】
本発明の加熱装置は、１０２ｍＰａ．ｓ以上の粘性を有する材料または熱変性を受けやすい被加熱材料に好適である。また、冷却媒体としては、絶縁性、衛生上、冷却能力、経済性などを勘案すると純水を最も好ましい例としてあげることができる。
【００２６】
本発明は、主に層流に起因する熱変性が生じる場合に適用されるが、層流に起因する熱変性が生じ易い被加熱材料とその粘性とには相関関係がある。例えば、食品材料は粘度により以下の３グループに分類することができるが、本発明は、特に第二グループ（中粘度）以上の粘性を有する材料に好適である。但し、第一グループ（低粘度）の中でも、豆乳、卵や、タンパク質含有物質のように極端に熱変性を生じやすいものには、本発明は好適である。  
（第一グループ（低粘度、１０２ｍＰａ・ｓ未満））
飲料類（日本茶、果汁、豆乳、トマトジュース等）、タレ・ツユ類（漬け物汁、めんつゆ等）、低粘性ドレッシング類（醤油ベース、ノンオイル系等）、スープ類（コンソメスープ、エキス等）、全卵液卵
（第二グループ（中粘度、１０２〜１０５ｍＰａ・ｓ））
ソース類（中濃ソース、フルーツソース、パスタソース、マヨネーズ等）、粘性スープ類（コーンスープ、カレーペースト等）、粘性タレ・ツユ類（蒲焼きのタレ、ゴマだれ等）、粘性ドレッシング類（ゴマ等）、チーズ類、加塩液卵
（第三グループ（高粘度、１０５ｍＰａ・ｓを超える））
海草類（めかぶ、もずく等）、あんこ、味噌類、サラダ類（ポテトサラダ等）、サンドイッチ具材類（卵フィリング等）、フラワーペースト類
【００２７】
以下では、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００２８】
図３ａは、本実施例の加熱ユニット３の要部を透過的に記載した上面図であり、図３ｂはその側面図（ｂ）である。この加熱ユニット３は、絶縁性材料からなる所定長さの１０のスペーサ管体４３と、これらのスペーサ管体４３の間に配置された９つの環状の電極体４４ａ〜４３ｉとを有している。スペーサ管体４３および電極体４４ａ〜４３ｉは同径の筒状であり、シール部材を介して接合され、それらの内部に飲食物等が通過する加熱流路４１が形成される。加熱流路４１の両端部には、継手部３４ａ、３４ｂが配置されており、被加熱材料が流入・流出する配管に接続される。加熱流路４１を構成するスペーサ管体４３等の部品は、プレート３１、フランジ３２ａ〜３２ｄおよび４本のタイロッド３３により固定されている。プレート３１とフランジ３２ａの間に位置するタイロッド３３は、スプリング３５に挿通されており、加熱流路４１が熱による膨張・収縮より長さが変化するのに対応可能な構成となっている。また、本実施例では、継手部３４ａ、３４ｂがアース電極を構成する。
【００２９】
図４に示すように、電極体４４ａ〜４３ｉには、冷却媒体流路４３１が設けられている。また、各電極体には冷媒を供給するための供給口４３４と冷媒を排出するための排出口４３５が設けられており、ここに給電兼用冷媒管４６を取り付けるための取付部材４３６、４３７が螺着されている。取付部材４３６、４３７は冷媒を電極体に供給するための流路と、電力を電極体に供給する導電部を有している。一端が取付部材４３６、４３７に接続された給電兼用冷媒管４６の他端は、商用電源または高周波電源に接続されており、それぞれの電極体４４には相互に隣り合う電極体の極性が逆極性となるように電源から電力が供給される。
なお、図４において、供給口４３４と排出口４３５は同形状であるため、符号４３４を排出口とし、符号４３５を供給口とすることもできる。
【００３０】
給電兼用冷媒管４６は、冷媒を流通させる流路と、当該流路の外周を構成する給電層（導電部）とを含んで構成される。電極体４３同士を接続する給電兼用冷媒管４６は、隣り合う電極体４３が相互に逆極性となるように接続される。例えば、図３において符号４６ａと符号４６ｂとは逆極性である。２つの電極体４３を接続する給電兼用冷媒管４６は、湾曲部分を含んで構成される。これは、加熱流路４１の長さ方向の伸縮に追従して可変とするためである。
【００３１】
図４ａは電極体４３の要部を透過的に記載した正面図であり、図４ｂはその側面図である。電極体４３には加熱流路４１の内面に沿って冷却媒体の流路４３７が同心状に設けられている。冷却媒体は電極体に設けられた供給口４３４から供給され、反対側に設けられた排出口４３５から排出される。この電極体４３によれば、冷却媒体流路４３１に冷却媒体を流通させることにより、電極体４３の温度上昇を抑え、電極内壁表面の食品が過加熱されることを防止することが可能である。冷却媒体流路４３１はできるだけ被加熱材料に近い位置に設置して効率よく被加熱材料を冷却する必要があるため、冷却媒体流路４３１は、電極体の外周面と比べ加熱流路４１に近い側に設けられることが好ましい。したがって、少なくとも電極体４３の半径方向の厚さＴの半分よりも加熱流路４１に近い側の範囲に設けられることが好ましく、電極体４３の厚さＴの１／３よりも加熱流路４１に近い側の範囲に設けられることがより好ましい。冷却効率を高めるためには、冷却媒体流路と加熱流路を隔てる壁である内周部４３２の厚さは薄くすることが好ましく、その厚さは、電極体４３の材質、強度、熱伝導率や、被過熱材量の加熱特性、流動性、流速、冷却媒体の温度などに応じてより適宜決定されるものであるが、例えば電極体４３の厚さＴの５％から２５％までの範囲とするのが好ましい。
【００３２】
以上詳述した本実施例の加熱ユニットは、粘性の高い流動食品や熱変性が生じやすい食品類、例えば、マヨネーズ、液卵などのたんぱく質類を熱処理するのに好適である。
【符号の説明】
【００３３】
３  加熱ユニット
４  出口温度センサ
１１  被加熱材料用配管
１２  撹拌冷却器
１３  ジュール加熱装置（連続式通電加熱装置）
２１  冷却器
２２  撹拌器
３１  プレート
３２  フランジ
３３  タイロッド
３４  継手部
３５  弾性部材（スプリング）
４１  加熱流路
４２  通電加熱部
４３  電極体（リング状電極）
４４  スペーサ管体（絶縁筒体）
４５  ジョイント部  
４６  給電兼用冷媒管
４７  絶縁冷媒管
５４  コントロールユニット
５５  操作パネル
５６  電源ユニット
５７  冷媒ポンプ
５８  温度測定器
４３１  冷却媒体流路
４３２  内周部
４３３  外周部
４３４  供給口
４３５  排出口
４３６、４３７  取付部
４６１  給電線接続部材
【図１】
2010238639.tif 000003
【図２】
2010238639.tif 000004
【図３】
2010238639.tif 000005
【図４】
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