(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性を有する被加熱物を流路内に連続的に搬送しながらジュール熱により加熱する加熱装置であって、
絶縁材料からなり前記流路を形成する管状部材および当該管状部材に対をなして設けられる電極を有する加熱器と、
前記加熱器の入口における被加熱物の入口温度を測定する入口温度測定手段と、
前記入口における被加熱物の初期電気伝導度および前記入口温度に基づいて前記加熱器内における被加熱物の平均電気伝導度を演算する電気伝導度演算手段と、
前記平均電気伝導度および前記電極に供給される電圧に基づいて前記加熱器の発熱量を演算する発熱量演算手段と、
前記発熱量、前記入口温度および被加熱物の比熱に基づいて前記加熱器の出口における被加熱物の出口温度を演算する出口温度演算手段と、
被加熱物の目標温度と前記出口温度とを比較して前記出口温度が前記目標温度となるように前記電極に供給される出力電圧を制御する電圧制御手段とを有することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の加熱装置において、
前記加熱器に供給される被加熱物の初期電気伝導度を測定する電気伝導度測定手段と、
被加熱物の前記比熱の値を記憶する比熱記憶手段とを有し、
前記電気伝導度測定手段により測定された前記入口における被加熱物の初期電気伝導度に基づいて前記平均電気伝導度を演算し、前記比熱記憶手段に記憶された比熱値に基づいて前記出口温度を演算することを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
請求項１記載の加熱装置において、
前記加熱器に供給される被加熱物を案内する測定流路を形成する管状部材および当該管状部材に対をなして設けられる測定電極を有する物性測定器と、
前記測定電極への測定用印加電圧を測定する電圧測定手段と、
前記測定電極への測定用印加電流を測定する電流測定手段と、
前記測定用印加電圧、前記測定用印加電流に基づいて前記加熱器の前記入口における被加熱物の前記初期電気伝導度を演算する初期電気伝導度演算手段とを有することを特徴とする加熱装置。
【請求項４】
請求項３記載の加熱装置において、
前記物性測定器の入口における被加熱物の測定器入口温度を測定する測定器入口温度測定手段と、
前記物性測定器の出口における被加熱物の測定器出口温度を測定する測定器出口温度測定手段と、
前記測定用印加電圧、前記測定用印加電流、前記測定器入口温度および前記測定器出口温度に基づいて前記比熱を演算する比熱演算手段とを有することを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の加熱装置において、前記加熱器の温度を測定する加熱器温度測定手段を有し、前記加熱器を始動させたときには、前記加熱器の温度に応じて出力電圧を補正することを特徴とする加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流動性を有する飲食物を被加熱物としてこれを連続的に搬送しながら通電加熱する加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流動性を有する被加熱物を連続的に流路内で搬送しながらジュール熱により加熱するために、特許文献１に記載されるような通電加熱装置が開発されている。この通電加熱装置は上流側と下流側の通電加熱部を有しており、上流側の温度偏差に基づいて下流側の通電加熱部の電極に供給される電力をフィードフォワード制御し、上流側の温度偏差が所定値以下のときには下流側の温度偏差に基づいて下流側の通電加熱部の電極に供給される電力をフィードバック制御するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６０３９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ジュースやジャムなどの流動性を有する飲食物を被加熱物としてこれをジュール加熱装置により目標温度に通電加熱するための通電制御方式は、フィードバック制御方式が基本となっており、被加熱物が目標温度となるように電力を制御している。一方、上記特許文献１に記載されるように、加熱装置の立ち上げ時にはフィードフォワード制御を行い、定常状態となったときにはフィードバック制御を行うようにすると、定常状態に迅速に移行させることができる。いずれの制御方式においても、従来では、電力制御を行うために、被加熱物の温度に基づいて電極に供給される電圧を制御している。
【０００５】
流動性を有する飲食物を被加熱物としてこれを通電加熱する場合には、被加熱物の物性や加熱条件をプリセット値として定める必要がある。物性値としては被加熱物の電気伝導度、比熱があり、加熱条件としては加熱装置により加熱される前の被加熱物の温度および目標温度と、加熱装置により搬送させる被加熱物の流量がある。被加熱物の電気伝導度については、予め電気伝導度センサにより測定しておき、その値を加熱装置の制御条件値として入力するようにしている。
【０００６】
しかしながら、被加熱物の電気伝導度は温度によって変化するので、加熱前の被加熱物の電気伝導度を制御条件として使用すると、加熱されているときの被加熱物の実際の電気伝導度は予め設定された入力値と相違することになる。このため、加熱精度の向上には限度がある。熱交換器を用いて被加熱物を加熱する場合と相違して、ジュール熱により被加熱物を通電加熱する場合には、ジュール加熱器の入口温度が急に変化した場合には、加熱器からの出口温度が大幅に変動することになる。設定温度よりも高く変動した場合には、被加熱物が過加熱されて品質を損なうことになり、設定温度まで加熱されなかった場合には、再加熱する必要がある。
【０００７】
ジュール加熱装置が使用される食品製造工場においては、同一の加熱装置によって複数種類の流動性食品が加熱処理されており、加熱装置の操作盤に設けられた入力キーを操作して加熱処理される被加熱物に応じた電気伝導度の値を入力するようにしている。このため、作業者の入力ミスにより実際とは相違した電気伝導度の値が入力されると、加熱熱量が設定値と大きく相違してしまう。例えば、電気伝導度の低い被加熱物を通電加熱する際に、電気伝導度の高い被加熱物の値が入力されると、被加熱物は過加熱されることになり、製品品質を劣化させることになる。
【０００８】
本発明の目的は、被加熱物を設定温度に高精度で通電加熱し得るようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の加熱装置は、流動性を有する被加熱物を流路内に連続的に搬送しながらジュール熱により加熱する加熱装置であって、絶縁材料からなり前記流路を形成する管状部材および当該管状部材に対をなして設けられる電極を有する加熱器と、前記加熱器の入口における被加熱物の入口温度を測定する入口温度測定手段と、前記入口における被加熱物の初期電気伝導度および前記入口温度に基づいて前記加熱器内における被加熱物の平均電気伝導度を演算する電気伝導度演算手段と、前記平均電気伝導度および前記電極に供給される電圧に基づいて前記加熱器の発熱量を演算する発熱量演算手段と、前記発熱量、前記入口温度および被加熱物の比熱に基づいて前記加熱器の出口における被加熱物の出口温度を演算する出口温度演算手段と、被加熱物の目標温度と前記出口温度とを比較して前記出口温度が前記目標温度となるように前記電極に供給される出力電圧を制御する電圧制御手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の加熱装置は、前記加熱器に供給される被加熱物の初期電気伝導度を測定する電気伝導度測定手段と、被加熱物の前記比熱の値を記憶する比熱記憶手段とを有し、前記電気伝導度測定手段により測定された前記入口における被加熱物の初期電気伝導度に基づいて前記平均電気伝導度を演算し、前記比熱記憶手段に記憶された比熱値に基づいて前記出口温度を演算することを特徴とする。本発明の加熱装置は、前記加熱器に供給される被加熱物を案内する測定流路を形成する管状部材および当該管状部材に対をなして設けられる測定電極を有する物性測定器と、前記測定電極への測定用印加電圧を測定する電圧測定手段と、前記測定電極への測定用印加電流を測定する電流測定手段と、前記測定用印加電圧、前記測定用印加電流に基づいて前記加熱器の前記入口における被加熱物の前記初期電気伝導度を演算する初期電気伝導度演算手段とを有することを特徴とする。本発明の加熱装置は、前記物性測定器の入口における被加熱物の測定器入口温度を測定する測定器入口温度測定手段と、前記物性測定器の出口における被加熱物の測定器出口温度を測定する測定器出口温度測定手段と、前記測定用印加電圧、前記測定用印加電流、前記測定器入口温度および前記測定器出口温度に基づいて前記比熱を演算する比熱演算手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の加熱装置は、前記加熱器の温度を測定する加熱器温度測定手段を有し、前記加熱器を始動させたときには、前記加熱器の温度に応じて出力電圧を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、加熱器内の被加熱物の平均電気伝導度を演算して電極に印加される電圧を制御するようことにより、高精度で設定温度にまで被加熱物を加熱することができる。加熱装置に供給される前の被加熱物の初期電気伝導度を求めることにより、被加熱物の初期電気伝導度を操作盤を用いて予め入力することが不要となる。
【００１３】
電気伝導度を求めることなく、通電に必要な電力を求めてその電力となるように電極に印加する電圧を制御することにより、高精度で設定温度にまで被加熱物を加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態である加熱装置を示す概略図である。
【図２】図１に示した加熱器の拡大断面図である。
【図３】図１に示された加熱装置の制御部を示すブロック図である。
【図４】被加熱物をジュール加熱する際における加熱制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図５】加熱器の出口温度演算ステップのサブルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施の形態である加熱装置を示す概略図である。
【図７】図６に示した物性測定器の拡大断面図である。
【図８】図６に示された加熱装置の制御部を示すブロック図である。
【図９】物性測定器による被加熱物の物性値決定のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の他の実施の形態である加熱装置を示す概略図である。
【図１１】図１０に示した加熱器の拡大断面図である。
【図１２】図１０に示された加熱装置の制御部を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示す加熱装置１０ａは、例えば、ジュースやジャム等のように流動性を有する飲食物を被加熱物としてこれを加熱するために使用される。加熱装置１０ａは、４つの加熱器１１ａ〜１１ｄを有しており、これらの加熱器１１ａ〜１１ｄは接続配管１２により直列に接続されている。第１番目の加熱器１１ａの入口は、被加熱物Ｂを収容するホッパ１３に対し供給配管１４により接続されている。ホッパ１３内の被加熱物Ｂをそれぞれの加熱器１１ａ〜１１ｄに供給するために、供給配管１４にはポンプ１５が設けられている。第４番目の最終段の加熱器１１ｄの出口には吐出配管１６が接続されており、加熱処理された被加熱物Ｂは図示しない回収タンクに吐出配管１６により供給される。
【００１６】
図１に示す加熱装置１０ａにより、流動性の飲食物を加熱処理するときには、特許文献１に記載されるように、ホッパ１３と第１番目の加熱器１１ａの間に熱交換式の予熱器を配置し、第４番目の加熱器１１ｄと回収タンクとの間に冷却器を配置しても良い。
【００１７】
図２は図１に示した加熱器１１ａの拡大断面図であり、他の加熱器１１ｂ〜１１ｄも加熱器１１ａと同様の構造となっている。加熱器１１ａは、図２に示されるように、被加熱物Ｂを案内する流路２１が形成された断面円形の加熱パイプつまり管状部材２２を有している。管状部材２２は複数のリング状の電極２３とこれらの間に配置される複数の円筒体２４とにより構成されている。このように、それぞれの加熱器つまり加熱ユニットは電極２３と円筒体２４とにより構成される管状部材２２を有し、管状部材２２にはこれに対をなして電極２３が設けられている。それぞれの電極２３はチタンやステンレス等の導体により形成され、それぞれの円筒体２４は樹脂等の絶縁性材料により形成されている。管状部材２２の両端部には流入側と流出側のジョイント部２５，２６が取り付けられている。それぞれの電極２３には電源ユニット２７がケーブルを介して接続されており、被加熱物Ｂの流れる方向に隣り合って対をなす電極２３が相互に逆極性となるように電源ユニット２７から高周波電流が供給される。なお、図１に示されたそれぞれの加熱器１１ａ〜１１ｄに設けられる電極２３の数は加熱温度等に応じて任意に設定される。
【００１８】
供給配管１４には、図１に示すように、加熱器１１ａの入口における被加熱物Ｂの温度つまり入口温度Ｔ0を測定するための入口温度センサ３１が入口温度測定手段として設けられている。供給配管１４にはさらに、ホッパ１３から加熱装置１０ａに供給される被加熱物Ｂの流量Ｑを測定するための流量センサ３２が流量測定手段として設けられ、加熱器１１ａの入口における被加熱物Ｂの電気伝導度つまり初期電気伝導度Ｃ0を測定するための電気伝導度センサ３３が初期伝導度測定手段として設けられている。
【００１９】
図３は加熱装置１０ａの制御部を示すブロック図であり、制御部はコントロールユニット４０を有している。このコントロールユニット４０には、４台の加熱器１１ａ〜１１ｄのそれぞれの電源ユニット２７が接続されており、コントロールユニット４０からの信号によりそれぞれの加熱器１１ａ〜１１ｄの電源ユニット２７が制御され、電極２３に供給される出力電圧Ｅが制御される。第１段目の加熱器１１ａの電極には出力電圧Ｅ1が供給され、それぞれの加熱器１１ａ〜１１ｄにはそれぞれ所定の出力電圧Ｅ1〜Ｅ4が供給される。ただし、加熱装置１０ａの形態によっては、４台全てあるいは２台の加熱器の電極２３に単一の電源ユニット２７から電力を供給するものもある。
【００２０】
コントロールユニット４０には操作盤３４が接続されており、被加熱物の物性値である比熱の値は操作盤３４のキー操作により入力される。同様に、加熱器１１ａ〜１１ｄの特性データについても操作盤３４のキー操作により入力される。加熱器の特性データとしては、それぞれの加熱器の口径Ｊ、電極間距離Ｋ、および加熱セクション数Ｌがある。加熱器の口径Ｊは加熱器の流路２１の内径であり、電極間距離Ｋは図２に示される電極２３相互間の距離であり、加熱セクション数Ｌは隣り合う電極２３により形成される電極対の数である。図２に示されるように、６つの電極２３を有する加熱器においては、加熱セクション数Ｌは５つとなる。加熱装置１０ａにより最終的に加熱される被加熱物の温度の目標値つまり目標温度ＴEの値も操作盤３４のキー操作により入力される。それぞれの入力値はコントロールユニット４０内に記憶部に格納される。上述した口径Ｊ、電極間距離Ｋ、セクション数Ｌは、図１において第１番目の加熱器１１ａから第４番目の加熱器１１ｄに、添え字１〜４を付して示されている。ただし、４つの加熱器の全てが同一サイズであれば、これらの値は同一である。
【００２１】
コントロールユニット４０には、図１に示した入口温度センサ３１，流量センサ３２および電気伝導度センサ３３が接続されており、それぞれのセンサからの測定信号つまり検出信号がコントロールユニット４０に入力される。コントロールユニット４０には、制御信号を演算するマイクロプロセッサＣＰＵと、制御プログラム、演算式およびデータが格納されるＲＯＭと、一時的にデータを格納するＲＡＭとが設けられている。コントロールユニット４０は、電気伝導度演算部４１、発熱量演算部４２、出口温度演算部４３、電圧制御部４４および比熱記憶部４５を有している。
【００２２】
電気伝導度演算部４１はそれぞれの加熱器１１ａ〜１１ｄにおける被加熱物Ｂの平均電気伝導度を、それぞれの加熱器の入口における電気伝導度と入口温度に基づいて演算する。発熱量演算部４２は平均電気伝導度と電極に供給される電圧に基づいてそれぞれの加熱器の発熱量を演算する。出口温度演算部４３は発熱量、入口温度および比熱に基づいて加熱器の出口における被加熱物の温度つまり出口温度を演算する。電圧制御部４４は被加熱物の目標温度ＴEと出口温度とを比較して出口温度が目標温度となるように電極に供給される出力電圧を制御する。図３においては、コントロールユニット４０が有する機能を電気伝導度演算部４１等のようにブロックにより表示している。
【００２３】
図１に示す加熱装置１０ａにおいては、第１番目の加熱器１１ａにおける平均電気伝導度Ｃ1は、電気伝導度センサ３３により測定された被加熱物Ｂの初期電気伝導度Ｃ0と、加熱器１１ａの入口温度Ｔ0とに基づいて以下の式(1)により算出される。
【００２４】
Ｃ1＝Ｃ0／（1＋（（Ｔ0−25））・Ｓ）・（１＋（（Ｔ0＋Ｔ1）・0.5−25）・Ｓ）  …式(1)
式(1)において、符号Ｓは被加熱物の電気伝導度の温度勾配を示し、その値は予め測定されて記憶部に記憶されている。温度Ｔ1は加熱器１１ａにより加熱された被加熱物の出口温度を示す。式(1)により平均電気伝導度Ｃ1を演算する際には、出口温度が不明であるので、出口温度を入口温度と仮定して、Ｔ0＝Ｔ1として計算する。
【００２５】
式(1)により第１番目の加熱器１１ａの平均電気伝導度Ｃ1が求められると、平均電気伝導度Ｃ1と加熱器１１ａの電極に供給される電圧Ｅ1とに基づいて加熱器１１ａによる発熱量Ｗ1が以下の式(2)により算出される。
【００２６】
Ｗ1＝（Ｅ1・Ｘ）2・Ｃ1／（πＪ12／4）／Ｋ1・Ｌ1  …式(2)
式(2)において、符号Ｘは出力係数を示しており、通常の通電加熱において電極に印加される電圧の最大値に対する出力率を１００で除した値である。例えば、電極に印加される最大値が８００Ｖとすると、出力係数が１であれば、電極には８００Ｖの電圧が印加され、出力係数か０．５であれば、４００Ｖの電圧が印加される。符号Ｊ1は加熱器１１ａの口径、符号Ｋ1は電極間距離、符号Ｌ1は加熱のセクション数をそれぞれ示す。
【００２７】
式(2)により第１番目の加熱器１１ａの発熱量Ｗ1が求められると、第１番目の加熱器１１ａにおける出口温度Ｔ1は、発熱量Ｗ1と入口温度Ｔ0と比熱Ｃpに基づいて以下の式(3)により算出される。
【００２８】
Ｔ１＝Ｔ0＋Ｗ1／（Ｑ・Ｃp・Ｄ）  …式(3)
式(3)において、符号Ｄは被加熱物の密度であり、単位はｋｇ／ｍ3である。符号Ｑは図１に示した流量センサ３２により得られる被加熱物の体積流量であり、単位はｍ3／ｈである。流量センサ３２としては体積流量を測定する体積流量センサに代えて、質量流量を測定する質量流量センサを使用することにより、式(3)における（Ｑ・Ｄ）の代わりに質量流量（kg/h）を使用しても良い。
【００２９】
式(1)により第１番目の加熱器１１ａの平均電気伝導度Ｃ1を演算するには、出口温度Ｔ1の値が必要であり、まずは、上述のように入口温度Ｔ0を出口温度Ｔ1として用いて平均電気伝導度Ｃ1を演算している。入口温度Ｔ0を出口温度Ｔ1として演算した出口温度の値は正確ではないので、式(3)により演算された出口温度Ｔ1を再度式(1)の出口温度として入力して、発熱量Ｗ1と出口温度Ｔ1とを演算する。このようにして演算された出口温度Ｔ1の値を使用して出口温度を再度演算する。この演算を複数回繰り返し、出口温度の演算値と、出口温度として仮定した温度との差が判定値よりも小さくなったときには、そのときの出口温度Ｔ1を第１番目の加熱器１１ａの出口温度とし、その出口温度として式(1)で演算した平均電気伝導度Ｃ1を加熱器１１ａ内の被加熱物の平均電気伝導度とする。
【００３０】
次いで、第２番目の加熱器１１ｂから第４番目の加熱器１１ｄについて同様にして出口温度を演算する。第ｋ番目の加熱器についての式(1)〜(3)は以下の通りである。
【００３１】
第ｋ番目の加熱器における被加熱物の平均電気伝導度Ｃkは、
Ｃk＝Ｃ0／(1＋((Ｔk-1＋Ｔk）・0.5）−25）・Ｓ)・(１＋((Ｔk-1＋Ｔk）・0.5−25）・Ｓ)  …式(1k)であり、発熱量Ｗkは、
Ｗk＝（Ｅk・Ｘ）2・Ｃk／（πＪk2／4）／Ｋk・Ｌk  …式(2k)であり、出口温度Ｔkは、
Ｔk＝Ｔk-1＋Ｗk／（Ｑ・Ｃp・Ｄ）  …式(3k)である。
【００３２】
したがって、第２番目の加熱器１１ｂについて、上記式(1k)により加熱器１１ｂ内の被加熱物の平均電気伝導度Ｃ2を演算し、式(2k)により加熱器１１ｂの発熱量Ｗ2を演算し、式(3k)により加熱器１１ｂの出口温度Ｔ2を演算する。加熱器１１ｂについて上述した値を演算するときには、式(1k)〜式(3k)におけるKを２として演算する。加熱器１１ｂについても、出口温度Ｔ2の演算を複数回繰り返し、出口温度Ｔ2の演算値と、出口温度Ｔ2として仮定した温度と差が判定値よりも小さくなったときには、そのときの出口温度Ｔ2を第２番目の加熱器１１ｂの出口温度Ｔ2とし、その出口温度として演算した平均電気伝導度Ｃ2を加熱器１１ｂ内の被加熱物の平均電気伝導度とする。
【００３３】
図１に示す加熱装置１０ａは４つの加熱器１１ａ〜１１ｄを有しているので、上述した演算を最終の第４番目の加熱器１１ｄについてまで行う。加熱器１１ｄの被加熱物の出口温度Ｔ4は加熱装置１０ａの被加熱物の出口温度である。この出口温度Ｔ4が予め設定された目標温度ＴEとなっているか否かを判定し、出口温度Ｔ4が目標温度ＴEとなるように、各加熱器１１ａ〜１１ｄに印加される電圧が制御される。電圧の制御は出力係数Ｘを変化させることにより行われる。それぞれの加熱器１１ａ〜１１ｄに対する出力係数の制御は、同じ係数を変化させるようにしても良く、それぞれの加熱器によって出力係数を変化させるようにしても良い。
【００３４】
図１には４つの加熱器を有する加熱装置１０ａが示されているが、加熱器の数は任意に設定することができ、加熱装置１０ａの形態としては、１つの加熱器のみからなるものと複数の加熱器を有するものがある。１つの加熱器１１ａのみの場合には、その加熱器１１ａの出口温度が加熱装置１０ａの出口温度となる。
【００３５】
図４は図１に示した加熱装置１０ａにより被加熱物をジュール加熱する際における加熱制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【００３６】
ステップＳ１においては被加熱物の物性値を決定する。加熱制御に必要な被加熱物の物性値は、ホッパ１３から加熱装置１０ａに供給される被加熱物の初期電気伝導度Ｃ0と、比熱Ｃpである。初期電気伝導度Ｃ0は図１に示された電気伝導度センサ３３により測定され、比熱Ｃpは予め被加熱物を測定して格納されている比熱の値を比熱記憶部４５から呼び出すことにより決定される。次いで、加熱器１１ａの入口温度つまり加熱器１１ａにより加熱が開始される前の被加熱物の温度が入口温度センサ３１により測定され、さらに、加熱装置１０ａに送られる被加熱物の流量Ｑが流量センサ３２により測定される（ステップＳ２，Ｓ３）。ステップＳ４においては電圧の出力係数Ｘが初期値に設定され、ステップＳ５においては、第１番目の加熱器１１ａの出口温度Ｔ1が演算される。
【００３７】
図５はステップＳ５の加熱器の出口温度を演算するためのサブルーチンを示フローチャートである。
【００３８】
出口温度Ｔ1を演算するには、まず、ステップＳ２２において式(1)により加熱器１１ａ内における被加熱物の平均電気伝導度を演算することになるが、その際にはステップＳ２１に示すように、式(1)の出口温度Ｔ1としては入口温度Ｔ0の値と仮定し、この値を式(1)に代入する。次いで、式(2)により加熱器１１ａの発熱量Ｗ1を演算し、式(3)により出口温度Ｔ1を演算する（ステップＳ２３，Ｓ２４）。ステップＳ２５においては、ステップＳ２４で演算された出口温度Ｔ1が加熱器１１ａの昇温幅の値に十分に近いか否かが判定される。昇温幅が所定値以内であると判定されると、その出口温度Ｔ1が出口温度として設定される。これに対し、ステップＳ２５において昇温幅が所定値よりも大きくなっていると判定されたときには、出口温度の仮定値を増加してステップＳ２２に戻る。
【００３９】
出口温度の演算を第１番目の加熱器１１ａから順次第４番目の加熱器１１ｄについて行う。図１に示すように、加熱装置１０ａが４台の加熱器により構成されている場合には、加熱器の数Ｎは４となる。第４番目の加熱器の出口温度Ｔ4の演算が終了して、Ｋ＝ＮがステップＳ７において判定されると、ステップＳ８においては加熱装置１０ａの出口温度Ｔnが目標温度ＴEとなっているか否かが判定される。目標温度であると判定されると、その目標温度となる出力係数Ｘが決定される。これに対し、ステップＳ８において目標温度ＴEとなっていないと判定されたときには、出力係数Ｘが１つまり電圧出力が１００％となっているか否かがステップＳ１０で判定される。電圧出力が１００以下であれば、ステップＳ１１において出力係数Ｘを例えば０．１程度つまり１０％増加させる。一方、ステップＳ１０において、電圧出力が１００％であっても目標温度に到達していないと判定された場合には、ステップＳ１２において警報を出力する。
【００４０】
上述のように、電気伝導度センサ３３により加熱装置１０ａに供給される被加熱物Ｂの電気伝導度つまり初期電気伝導度Ｃ0を測定し、この値に基づいて加熱装置１０ａによる最終的な被加熱物の加熱温度が演算される。最終的な加熱温度が目標温度ＴEとなっているか否かに基づいて、出力係数Ｘを変化させて電源ユニット２７から電極２３に印加させる電圧Ｅが制御される。これにより、被加熱物Ｂの初期電気伝導度Ｃ0を測定してそのデータを入力することなく、被加熱物Ｂの電気伝導度に応じた電圧が電極に自動的に印加されることになり、被加熱物の加熱操作を容易に行うことができる。しかも、加熱器内における平均電気伝導度を演算して電圧制御を行うので、被加熱物Ｂを高精度で通電加熱することができる。
【００４１】
図６は本発明の他の実施の形態である加熱装置１０ｂを示す概略図であり、図７は図６に示された物性測定器の拡大断面図である。
【００４２】
加熱装置１０ｂは図１に示したものと同様に４つの加熱器１１ａ〜１１ｄを有しており、それぞれは図２に示した構造となっている。ホッパ１３と第１番目の加熱器１１ａとを接続する供給配管１４には、被加熱物Ｂの物性を測定する物性測定器１７が配置されている。この物性測定器１７により被加熱物Ｂの初期電気伝導度Ｃ0と比熱Ｃpが求められる。
【００４３】
物性測定器１７は加熱器１１ａ〜１１ｄと同様のジュール加熱器により形成されている。物性測定器１７は、図７に示されるように、被加熱物Ｂを案内する流路５１が形成された断面円形の加熱パイプつまり管状部材５２を有している。管状部材５２は３つのリング状の電極５３とこれらの間に配置される複数の円筒体５４とにより構成されている。このように、物性測定器１７は電極５３と円筒体５４とにより構成される管状部材５２を有し、管状部材５２にはこれに対をなして電極５３が設けられている。それぞれの電極５３はチタンやステンレス等の導体により形成され、それぞれの円筒体５４は樹脂等の絶縁性材料により形成されている。管状部材５２の両端部には流入側と流出側のジョイント部５５，５６が取り付けられている。それぞれの電極５３には電源ユニット５７がケーブルを介して接続されており、被加熱物Ｂの流れる方向に隣り合って対をなす電極５３が相互に逆極性となるように電源ユニット５７から高周波電流が供給される。なお、図７に示される物性測定器１７としては、上述した加熱器１１ａ〜１１ｄの電極数が同一のものを使用することもできる。
【００４４】
第１番目の加熱器１１ａの入口における被加熱物Ｂの温度を測定するため、供給配管１４には入口温度センサ３１が設けられており、流量を測定するために流量センサ３２が設けられている。さらに、供給配管１４には物性測定器１７の入口側の温度つまり測定器入口温度Ｔmを測定するための測定器入口温度センサ３５が温度測定手段として設けられている。
【００４５】
物性測定器１７には、図７に示されるように電極５３に供給される測定用印加電圧を測定する電圧測定器３６と、電極５３に供給される測定用印加電流を測定する電流測定器３７とがそれぞれ測定手段として設けられている。
【００４６】
ジュール加熱器の構造となっている物性測定器１７を用いることにより、これに供給される測定用印加電圧Ｅmと測定用印加電流Ｉmとに基づいて、被加熱物Ｂの初期電気伝導度Ｃ0が求められる。さらに、測定用印加電圧Ｅmと測定用印加電流Ｉmとに基づいて被加熱物Ｂの比熱Ｃpをも求めることができる。
【００４７】
初期電気伝導度Ｃ0は、測定用印加電圧Ｅmと測定用印加電流Ｉmに対して以下の式(4)に示す関係があり、比熱Ｃpは以下の式(5)に示す関係がある。
【００４８】
Ｃ0＝Ｉm・Ｋm／Ｅm／（Ｊm2π／４）  …式(4)
Ｃp＝Ｅm・Ｉm／1000／（Ｔ0−Ｔm）／Ｄ／Ｑ・3600  …式(5)
式(4)(5)において、符号Ｋmは物性測定器１７における電極間距離（ｍ）であり、符号Ｊmは物性測定器１７の口径（ｍ）である。
【００４９】
したがって、物性測定器１７を使用してこれに供給される測定用印加電圧Ｅmと測定用印加電流Ｉmとを測定すれば、物性測定器１７内の被加熱物Ｂの電気伝導度Ｃ0が式(4)により演算される。この電気伝導度は加熱装置１０ｂに供給される被加熱物Ｂの初期電気伝導度となる。また、物性測定器１７に流入する被加熱物Ｂの温度を測定器入口温度センサ３５により測定し、物性測定器１７により加熱された被加熱物Ｂの温度Ｔ0を測定すると、式(5)により比熱Ｃpを演算することができる。ただし、比熱Ｃpは被加熱物Ｂの温度が変化しても変動が少ないので、図１に示した場合と同様に、予め記憶部に比熱Ｃpの値を記憶させておくようにしても良い。
【００５０】
図８は図６に示された加熱装置の制御部を示すブロック図であり、図９は物性測定器による被加熱物の物性値決定のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【００５１】
図６に示す加熱装置１０ｂを制御するための図８に示したコントロールユニット４０には、図７に示した電圧測定器３６と電流測定器３７からの信号が送られ、図６に示した測定器入口温度センサ３５からの信号が送られる。コントロールユニット４０は測定用印加電圧Ｅmと測定用印加電流Ｉmとに基づいて、被加熱物Ｂの初期電気伝導度Ｃ0を演算する初期伝導度演算部４６を有している。
【００５２】
図６に示すように、物性測定器１７をホッパ１３と加熱器１１ａとの間に配置すると、加熱器１１ａに供給される被加熱物Ｂの初期電気伝導度Ｃ0を検出することができる。しかも、物性測定器１７は加熱器１１ａ〜１１ｄと同様の構造のジュール加熱器であり、物性測定器１７により電気伝導度を検出することができるだけでなく、被加熱物を加熱することになるので、これを１つの加熱器としても利用することができる。したがって、物性測定器１７と１つの加熱器１１ａとにより加熱装置１０ｂを構成することも可能である。
【００５３】
次に、物性測定器１７を用いて被加熱物の物性値である電気伝導度Ｃ0と比熱Ｃpとを求める手順について図９を参照して説明する。物性測定器１７の電極５３に供給される測定用印加電圧Ｅmを電圧測定器３６により測定し、測定用印加電流Ｉmを電流測定器３７により測定し、それぞれの測定信号がコントロールユニット４０に送られる（ステップＳ３１，Ｓ３２）。さらに、流量センサ３２により測定された被加熱物Ｂの流量Ｑと物性測定器１７に流入する前の測定器の入口温度Ｔmとが測定されてそれぞれコントロールユニット４０に送られる（ステップＳ３３，Ｓ３４）。加熱器１１ａに流入する被加熱物Ｂの温度を測定する入口温度センサ３１は物性測定器１７を通過した被加熱物Ｂの温度を測定する。
【００５４】
したがって、これらの測定値に基づいて、式(4)により電気伝導度つまり加熱器１１ａに流入する前の初期電気伝導度Ｃ0が演算される。また式(5)により比熱Ｃpが演算される。
【００５５】
上述の加熱装置１０ｂにおいてはこの加熱装置１０ｂを構成する加熱器１１ａ〜１１ｄと同様のジュール加熱器からなる物性測定器１７を用いて自動的に被加熱物Ｂの電気伝導度つまり初期電気伝導度Ｃ0を演算し、この値に基づいて加熱装置１０ａによる最終的な被加熱物の加熱温度が演算される。最終的な加熱温度が目標温度ＴEとなっているか否かに基づいて、出力係Ｘを変化させて電源ユニット２７から電極２３に印加させる電圧Ｅが制御される。これにより、被加熱物Ｂの初期電気伝導度Ｃ0を測定してそのデータを入力することなく、被加熱物Ｂの電気伝導度に応じた電圧が電極に自動的に印加されることになり、被加熱物の加熱操作を容易に行うことができる。しかも、加熱器内における平均電気伝導度を演算して電圧制御を行うので、被加熱物Ｂを高精度で通電加熱することができる。
【００５６】
また、加熱装置１０ｂにおいては、物性測定器１７はジュール加熱器により形成されており、被加熱物を加熱することにより物性を測定するようにしているので、物性測定器１７を第１段目の加熱器としても機能させることができる。これにより、加熱器の数を増加させることなく、設定温度まで被加熱物を加熱することができる。
【００５７】
図１０は本発明の他の実施の形態である加熱装置を示す概略図であり、図１１は図１０に示された加熱器を示す拡大断面図であり、図１２は１０に示された加熱装置の制御部を示すブロック図である。
【００５８】
この加熱装置１０ｃは上述した加熱装置１０ａ，１０ｂと同様に４つの加熱器１１ａ〜１１ｄを有している。加熱器１１ａは図１１に示す構造となっており、他の加熱器１１ｂ〜１１ｄも加熱器１１ａと同様の構造となっている。供給配管１４には図１に示した加熱装置１０ａと同様に入口温度センサ３１と流量センサ３２が設けられている。加熱器１１ａには、図１１に示されるように電極２３に供給される加熱用印加電圧Ｉを測定する電流測定器２８が電流測定手段として設けられている。
【００５９】
図１２に示すように、コントロールユニット４０には、加熱ユニット１１ａに供給される被加熱物Ｂの温度を測定する入口温度センサ３１と被加熱物の体積流量Ｑを測定する流量センサ３２からの信号が送られる。さらに、図１１に示した電流測定器２８からの信号もコントロールユニット４０に送られる。コントロールユニット４０の記憶部４７には予め被加熱物Ｂの比熱Ｃpと、密度Ｄのデータと、目標温度ＴEのデータが格納されている。
【００６０】
電力演算手段としての電力演算部４８は、入口温度Ｔ0と目標温度ＴEとの温度差、流量Ｑ、比熱Ｃpおよび密度Ｄに基づいて、被加熱物を目標温度に加熱するための必要電力つまり目標電力Ｗ（ＫＷ）を演算する。目標電力Ｗは以下の式(6)により求められる。
【００６１】
Ｗ＝Ｑ・Ｃp・Ｄ（ＴE−Ｔ0）  …式(6)
必要電力Ｗは電圧Ｅと電流Ｉの積により求められるので、コントロールユニット４０の電圧制御部４４は、Ｅ・Ｘ・Ｉ＝Ｗ  …式(7)となるように、電圧係数Ｘを調節する。
【００６２】
このように、被加熱物を目標温度に加熱するための目標電力Ｗを演算し、目標電力Ｗから印加電圧Ｅを制御するようにしたので、被加熱物の電気伝導度を求めることなく、被加熱物を設定温度にまで高い精度で加熱することができる。
【００６３】
図１０に示す加熱装置１０ｃにおいては、目標電力Ｗを演算する際には、出力上限値の余裕を１０％として、Ｅ・Ｘ・Ｉ＝１．１Ｗとなるように、出力Ｘの上限値を設定する。このように、印加電圧に上限値を設定することにより、加熱装置１０ｃの作動を安定させることができる。
【００６４】
それぞれの加熱装置１０ａ〜１０ｃにおいては、加熱器１１ａ〜１１ｃにそれぞれの加熱器の温度を測定する加熱器温度測定器を設け、加熱器の温度に応じて出力係数Ｘを補正するようにする。このように出力係数Ｘを加熱器の温度に応じて補正するようにすると、加熱装置１０ａ〜１０ｃを始動させたときのように、加熱器の温度が高くなっていないときには、電圧を高めてより迅速に被加熱物を定常温度まで高めることができる。そのための補正後の出力係数Ｘ’は以下の式(8)により求められる。
【００６５】
Ｘ’＝Ｘ・（（Ｔ0＋ＴE）・0.5−ΣＴEK／ｎ）・Ｙ  …式(8)
この式において、ＴEKは第ｋ番目の加熱器の温度を示す。
【００６６】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、加熱器１１ａ〜１１ｃの構造は図示したように、環状電極２３を用いた形態に限られず、特許文献１に示された他の形態の加熱器を使用することができる。その場合には、上述した各式における電極間距離や加熱セクション数等が相違するが、基本式は同様である。
【符号の説明】
【００６７】
１０ａ〜１０ｃ    加熱装置
１１ａ〜１１ｄ    加熱器
１３    ホッパ
１４    供給配管
１５    ポンプ
１６    吐出配管
１７    物性測定器
２１    流路
２２    管状部材
２３    電極
２７    電源ユニット
３１    入口温度センサ
３２    流量センサ
３３    電気伝導度センサ
３５    測定器入口温度センサ
３６    電圧測定器
３７    電流測定器
４０    コントロールユニット
４１    電気伝導度演算部
４２    発熱量演算部
４３    出口温度演算部
４４    電圧制御部
４５    比熱記憶部
４６    初期伝導度演算部
４８    電力演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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