(57)【要約】【課題】容器内の食品を精度良く設定温度に加熱することのできる食品加熱装置を提供する。【解決手段】ペットボトル飲料Ｘが格納される保管筒１３と、保管筒１３に格納されたペットボトル飲料Ｘのペットボトル外面の温度を測定する温度測定ユニット１４とを備え、保管筒１３に格納されたペットボトル飲料Ｘをマイクロ波により設定温度に加熱する食品加熱装置において、保管筒１３内の気温を測定する保管筒温度センサ１６を有し、ペットボトル飲料Ｘの加熱前に測定された保管筒１３内の気温と設定温度とに基づいて加熱停止温度を算出する算出手段と、ペットボトル飲料Ｘの加熱中に測定されたペットボトル外面の温度が加熱停止温度になったとき、ペットボトル飲料Ｘの加熱を停止する制御部とを備える。【選択図】図２
2008108595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器入り食品が格納される格納部と、格納部に格納された食品の容器外面の温度を測定する温度測定手段とを備え、格納部に格納された容器入り食品をマイクロ波により設定温度に加熱する食品加熱装置において、
温度測定手段が格納部内の気温を測定する気温測定手段を有し、
容器入り食品の加熱前に、気温測定手段により測定された格納部内の気温と設定温度とに基づいて加熱停止温度を算出する算出手段と、
容器入り食品の加熱中に温度測定手段により測定された容器外面の温度が算出手段により算出された加熱停止温度になったとき、容器入り食品の加熱を停止する加熱制御手段とを備えた
ことを特徴とする食品加熱装置。
【請求項２】
前記温度測定手段が、外気温を測定する外気温測定手段を有し、
算出手段が、容器入り食品の加熱前に外気温測定手段により測定された外部の気温と容器入り食品の加熱前に気温測定手段により測定された格納部内の気温と設定温度とに基づいて、加熱停止温度を算出する手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の食品加熱装置。
【請求項３】
前記温度測定手段が、気温測定手段により測定される格納部内の気温として格納部内の所定の壁面の温度を測定する赤外線放射温度センサを有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の食品加熱装置。
【請求項４】
前記所定の壁面としてマイクロ波を透過可能な遮蔽板を設けた
ことを特徴とする請求項３に記載の食品加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビン飲料、ペットボトル飲料等のボトル形状の容器に収容された食品を加熱する食品加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ビン飲料、ペットボトル飲料等の容器入りの食品を加熱する場合は、これらの食品をショーケースに収納して加熱したり、自動販売機に貯蔵して加熱したりして、これらの食品を販売するようにしている。
【０００３】
しかし、このようなショーケースや自動販売機では、収納し又は貯蔵する食品を常時加熱して保管するので、エネルギー効率上、必ずしも有効な加熱手段ではなかった。また、長時間の高温加熱保管は食品の品質劣化を招き、食品を早期に廃棄したり消費期限を短期化させたりするという問題点もあった。
【０００４】
このような問題点に対し、加熱手段としてマイクロ波による食品加熱装置を備えた自動販売機において、自動販売機本体の上部に設けられた収納部から搬出された容器入り食品が緩やかな傾斜部を転動しながら自動販売機本体の下部に設けられた取出部に搬送される間に、マイクロ波により設定温度まで加熱するようにしたものが知られている（例えば特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−２７５２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の食品加熱装置では、加熱中の容器内の食品の温度をリアルタイムに測定することは困難であるので、容器内の食品を設定温度に加熱するために容器外面の温度を測定している。
【０００６】
しかしながら、容器内の食品の熱が容器内面に熱伝達し、容器内面から容器外面に熱伝導した温度を測定するため、測定した容器外面の温度は容器内の食品の温度よりも低くなる。また、容器内の食品の温度が同じときでも、測定した容器外面の温度はマイクロ波照射室内の温度により異なるので、容器外面の温度に基づいて容器内の食品を設定温度に加熱するのは困難であるという問題点があった。
【０００７】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、容器内の食品を精度良く設定温度に加熱することのできる食品加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は前記目的を達成するために、容器入り食品が格納される格納部と、格納部に格納された食品の容器外面の温度を測定する温度測定手段とを備え、格納部に格納された容器入り食品をマイクロ波により設定温度に加熱する食品加熱装置において、温度測定手段が格納部内の気温を測定する気温測定手段を有し、容器入り食品の加熱前に、気温測定手段により測定された格納部内の気温と設定温度とに基づいて加熱停止温度を算出する算出手段と、容器入り食品の加熱中に温度測定手段により測定された容器外面の温度が算出手段により算出された加熱停止温度になったとき、容器入り食品の加熱を停止する加熱制御手段とを備えた食品加熱装置を提案する。
【０００９】
この食品加熱装置によれば、容器入り食品の加熱中に測定された容器外面の温度が加熱停止温度になったとき、容器入り食品の加熱が停止される。
【００１０】
ここで、対流等により容器内の食品の熱が容器内面に熱伝達し、容器内面から容器外面に熱伝導するとともに、マイクロ波照射室内の温度により容器外面の放熱量又は吸熱量が異なるので、実験等によって加熱前の格納部内の気温と加熱停止時の容器外面の温度と加熱停止後の容器内の食品の温度との関係式をあらかじめ求めておき、関係式に容器入り食品の加熱前に測定した格納部内の気温と食品の設定温度とを代入することにより、加熱停止後の容器内の食品の温度が設定温度になる場合における加熱停止時の容器外面の温度、すなわち加熱停止温度を算出することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る食品加熱装置によれば、実験等によって加熱前の格納部内の気温と加熱停止時の容器外面の温度と加熱停止後の容器内の食品の温度との関係式をあらかじめ求めておき、関係式に容器入り食品の加熱前に測定した格納部内の気温と食品の設定温度とを代入することにより、加熱停止後の容器内の食品の温度が設定温度になる場合における加熱停止時の容器外面の温度、すなわち加熱停止温度を算出することができるから、容器入り食品の加熱中に測定された容器外面の温度が加熱停止温度になったとき容器入り食品の加熱を停止することで、加熱前の格納部内の気温による容器外面の温度変化を加熱時間に反映することができ、容器内の食品を精度良く設定温度に加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１乃至図５は本発明の第１実施形態を示すもので、図１は食品加熱装置にペットボトル飲料を格納する状態を説明する側面図、図２は図１に示した食品加熱装置にペットボトル飲料を格納した状態を説明する断面図、図３は図２に示した食品加熱装置の上面図、図４は図１に示したパイプ及び温度測定ユニットの拡大断面図、図５は加熱前の保管筒内の気温、加熱停止時のペットボトル外面の温度、及び加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度を測定する実験の結果を示す図である。なお、以下の説明において、特に明記した場合を除き、容器入りの食品としてペットボトル飲料Ｘを用いて説明する。
【００１３】
図１、図２、及び図３に示すように、食品加熱装置１０は、加熱器１１、導波管１２、格納部である保管筒１３（マイクロ波照射室）、温度測定手段である温度測定ユニット１４、パイプ１５、及び保管筒温度センサ１６を備えている。
【００１４】
加熱器１１は周知のマグネトロンであり、電源（図示せず）から供給された電力によりマイクロ波を発生させ、アンテナ１１ａから放出するようになっている。
【００１５】
導波管１２は、上板面１２ａの一部を開口して保管筒１３と接続しており、加熱器１１から放出されたマイクロ波を筒１３の方向に伝播させている。
【００１６】
保管筒１３は上面及び下面が開口した円筒形状からなり、下面開口部が導波管１２と接続している。また、保管筒１３の上面開口部には上蓋１３ａが開閉自在に設けられており、上蓋１３ａを開閉することにより、ペットボトル飲料Ｘを上面開口部から格納可能とするとともに、保管筒１３からマイクロ波が漏洩するのを防止するようになっている。本実施形態では、ペットボトル飲料Ｘの注ぎ口Ｘ２側から、すなわちペットボトル飲料Ｘの胴部Ｘ３を上にして保管筒１３に格納している。また、本実施形態では保管筒１３を円筒形状としたが、これに限定されず、円筒以外の形状、例えば楕円や多角形であってもよい。
【００１７】
孔１２ｂは、導波管１２の上板面１２ａの一部を開口して設けられており、加熱器１１（マグネトロン）のアンテナ１１ａが挿入されている。
【００１８】
スタブ１２ｃは、上板面１２ａの内側に設けられており、アンテナ１１ａから放出されたマイクロ波を効率良くペットボトル飲料Ｘに入射させるための整合器として機能している。
【００１９】
保管筒温度センサ１６は周知のサーミスタから構成されており、保管筒１３の上面開口部付近の内側に設けられ、保管筒１３内の気温を測定している。
【００２０】
図４に示すように、温度測定ユニット１４は周知の赤外線放射温度センサ１４ａ、ケース１４ｂ、及びネジ１４ｃから構成されており、筒１３に格納されたペットボトル飲料Ｘの絞り部Ｘ１の温度を測定している。ここで、ペットボトル飲料Ｘは注ぎ口Ｘ２側から保管筒１３に投入されるので、ペットボトル内の空気層はペットボトルの底面に存在し、絞り部Ｘ１には存在しない。また、一般に、絞り部Ｘ１にはペットボトルを覆うラベルが存在しないか又は存在しても隙間（空気層）がない。さらに、絞り部Ｘ１の厚さは他の部分、例えば底面やキャップ等と比較して厚いこともない。従って、ペットボトル飲料Ｘの絞り部Ｘ１の温度を測定することにより、他の部分と比較してペットボトル外面の温度を正確に測定することができる。
【００２１】
赤外線放射温度センサ１４ａは、測定角度φを変化させることが可能であり、絞り部Ｘ１の測定範囲Ａから放射された赤外線を受光して温度信号を制御部（図示せず）に出力している。
【００２２】
ケース１４ｂは赤外線放射温度センサ１４ａを覆っており、ネジ１４ｃでパイプ１５に取り付けられている。このように、ケース１４ｂによって赤外線放射温度センサ１４ａを覆うことにより測定範囲Ａ以外の赤外線の影響を低減することができるとともに、ケース１４ｂをパイプ１５にネジ１４ｃで取り付けることにより着脱が容易になる。
【００２３】
また、ケース１４ｂをパイプ１５に取り付けたときに、赤外線放射温度センサ１４ａはパイプ１５の中心軸Ｃ上に配置されている。これにより、測定角度φを最大にすることができる。
【００２４】
パイプ１５は、保管筒１３に格納されたペットボトル飲料Ｘの水平方向に設けられており、保管筒１３と温度測定ユニット１４とを連通している。これにより、ペットボトル飲料Ｘの水平方向から絞り部Ｘ１の温度が測定されるので、その測定範囲Ａは楕円形状になる。
【００２５】
このように構成された食品加熱装置１０において、ペットボトル飲料Ｘの注ぎ口Ｘ２側から、すなわちペットボトル飲料Ｘの胴部Ｘ３を上にして保管筒１３に格納し、制御部（図示せず）によってアンテナ１１ａからペットボトル飲料Ｘの絞り部Ｘ１にマイクロ波を照射することにより、ペットボトル内の飲料の対流を効率良く導くことが可能となり、ペットボトル飲料Ｘを均一に加熱することができる。なお、本実施形態では加熱器１１及び導波管１２をそれぞれ１つずつ設けるようにしたが、これに限定されず、それぞれ複数設けるようにしてもよい。これにより、ペットボトル飲料Ｘに複数方向からマイクロ波が照射され、より短時間で加熱することが可能となる。また、本実施形態ではペットボトル飲料Ｘを注ぎ口Ｘ２側から保管筒１３に格納しているが、これに限定されず、底面方向から保管筒１３に格納して絞り部Ｘ１の温度を測定するようにしてもよい。
【００２６】
ここで、ペットボトル飲料Ｘの加熱中に赤外線放射温度センサ１４ａにより測定されたペットボトル外面の温度が所定の一定温度に達したとき、制御部（図示せず）が加熱を停止する場合において、加熱前の保管筒１３内の気温、加熱停止時のペットボトル外面の温度、及び加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度を測定する実験の結果を図５に示す。
【００２７】
図５に示すように、加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度（ｙ）は、ペットボトル外面の所定の一定温度によらず、加熱停止時のペットボトル外面の温度と加熱前の保管筒１３内の気温との差（ｘ）に比例してほぼ直線的に変化しており、以下の式（１）で表すことができる。
【００２８】
ｙ＝ａｘ＋ｂ  …（１）
但し、ａ，ｂは定数
従って、対流によりペットボトル内の飲料の熱がペットボトル内面に熱伝達し、ペットボトル内面からペットボトル外面に熱伝導するとともに、保管筒１３内の温度によりペットボトル外面の放熱量又は吸熱量が異なるので、実験等によって加熱前の保管筒１３内の気温と加熱停止時のペットボトル外面の温度と加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度との関係式（１）をあらかじめ求めておき、関係式（１）にペットボトル飲料Ｘの加熱前に保管筒温度センサ１６により測定された保管筒１３内の気温と飲料の設定温度とを代入することにより、加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度が設定温度になる場合における加熱停止時のペットボトル外面の温度、すなわち加熱停止温度を算出することができる。
【００２９】
このように、本実施形態によれば、実験等によって加熱前の保管筒１３内の気温と加熱停止時のペットボトル外面の温度と加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度との関係式（１）をあらかじめ求めておき、関係式（１）にペットボトル飲料Ｘの加熱前に保管筒温度センサ１６により測定された保管筒１３内の気温と飲料の設定温度とを代入することにより、加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度が設定温度になる場合における加熱停止時のペットボトル外面の温度、すなわち加熱停止温度を算出することができるから、ペットボトル飲料Ｘの加熱中に測定されたペットボトル外面の温度が加熱停止温度になったときペットボトル飲料Ｘの加熱を停止することで、加熱前の保管筒１３内の気温によるペットボトル外面の温度変化を加熱時間に反映することができ、ペットボトル内の飲料を精度良く設定温度に加熱することができる。
【００３０】
図６乃至図８は本発明の第２実施形態を示すもので、図６は食品加熱装置の上面図、図７は加熱前の保管筒内の気温、加熱停止時のペットボトル外面の温度、及び加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度を測定する実験の結果を示す図、図８は加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度のｙ切片と外気温との関係を示す図である。
【００３１】
第２実施形態と第１実施形態との相違点は、保管筒１３内の気温に加え、食品加熱装置１０の外部の気温も測定するようにしたことである。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。
【００３２】
すなわち、図６に示すように、保管筒１３の外部に周知のサーミスタから構成される外部温度センサ１７が設けられており、食品加熱装置１０の外部の気温を測定している。なお、本実施形態では外部温度センサ１７を保管筒１３の外部に設けるようにしたが、これに限定されず、食品加熱装置１０の外部の気温を測定することができればどこに設けてもよい。
【００３３】
ここで、ペットボトル飲料Ｘを加熱中に赤外線放射温度センサ１４ａにより測定されたペットボトル外面の温度が所定の一定温度に達したとき、制御部（図示せず）が加熱を停止する場合において、加熱前に外部温度センサ１７により測定された外気温ごとに、加熱前の保管筒１３内の気温、加熱停止時のペットボトル外面の温度、及び加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度を測定する実験の結果を図７に示す。
【００３４】
図７に示すように、前記式（１）で表すことができる加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度（ｙ）は、ペットボトル外面の所定の一定温度によらず、加熱停止時のペットボトル外面の温度と加熱前の保管筒１３内の気温との差（ｘ）に比例し、外気温によらず傾き（ａ）が等しく、外気温ごとにｙ切片（ｂ）が異なるようにほぼ直線的に変化している。なお、傾き（ａ）は飲料の容量にもよらず、ほぼ一定であった。
【００３５】
また、外気温ごとの加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度（ｙ）のｙ切片と外気温との関係を示す図８に示す。これにより、ｙ切片（ｂｎ）は飲料の容量（ｎ）ごとに外気温（ｚ）にほぼ比例して変化しており、以下の式（２）で表すことができる。
【００３６】
ｂｎ＝ｃｎｚ＋ｄｎ  …（２）
但し、ｃｎ，ｄｎは飲料の容量（ｎ）ごとに異なる定数、ｎは正の整数
よって、飲料の容量（ｎ）ごとの加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度（ｙｎ）は、式（１）及び式（２）から以下の式（３）で表すことができる。
【００３７】
ｙｎ＝ａｘ＋ｃｎｚ＋ｄｎ  …（３）
但し、ｃｎ，ｄｎは飲料の容量（ｎ）ごとに異なる定数、ｎは正の整数
従って、加熱前の食品加熱装置１０の外部の気温が加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度に影響を与えるので、実験等によって加熱前の外気温と加熱前の保管筒１３内の気温と加熱停止時のペットボトル外面の温度と加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度との関係式（３）をあらかじめ求めておき、関係式（３）にペットボトル飲料Ｘの加熱前に外部温度センサ１７により測定された外気温とペットボトル飲料Ｘの加熱前に保管筒温度センサ１６により測定された保管筒１３内の気温と飲料の設定温度とを代入することにより、加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度が設定温度になる場合における加熱停止時のペットボトル外面の温度、すなわち加熱停止温度を算出することができる。
【００３８】
なお、本実施形態では、実験においてペットボトル飲料Ｘの加熱前に食品加熱装置の外部の気温を測定したが、これに限定されず、マイクロ波による加熱の影響をほとんど受けないので、加熱中に測定するようにしてもよい。また、飲料の容量ごとに関係式（３）を求めるようにしたが、これに限定されず、例えば飲料の種類若しくは形状、又はこれらの組み合わせごとに関係式を求めるようにしてもよい。
【００３９】
このように、本実施形態によれば、実験等によって加熱前の外気温と加熱前の保管筒１３内の気温と加熱停止時のペットボトル外面の温度と加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度との関係式（３）をあらかじめ求めておき、関係式（３）にペットボトル飲料Ｘの加熱前に外部温度センサ１７により測定された外気温とペットボトル飲料Ｘの加熱前に保管筒温度センサ１６により測定された保管筒１３内の気温と飲料の設定温度とを代入することにより、加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度が設定温度になる場合における加熱停止時のペットボトル外面の温度、すなわち加熱停止温度を算出することができるから、ペットボトル飲料Ｘの加熱中に測定されたペットボトル外面の温度が加熱停止温度になったときペットボトル飲料Ｘの加熱を停止することで、加熱前の外気温及び保管筒１３内の気温によるペットボトル外面の温度変化を加熱時間に反映することができ、ペットボトル内の飲料をさらに精度良く設定温度に加熱することができる。
【００４０】
図９は本発明の第３実施形態を示すもので、同図は食品加熱装置にペットボトル飲料を格納する前の状態を説明する断面図である。
【００４１】
第３実施形態と第１実施形態との相違点は、保管筒温度センサ１６に代えて遮蔽板１８を設け、赤外線放射温度センサ１４ａが保管筒１３内の気温を測定するようにしたことである。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。
【００４２】
すなわち、図９に示すように、保管筒１３内の壁面を形成するように、導波管１２の開口端にマイクロ波を透過可能なテフロン（登録商標）製の遮蔽板１８が設けられている。なお、遮蔽板１８は導波管１２の開口端を隙間なく塞ぐように設けることが望ましい。また、遮蔽板１８の材質はテフロン（登録商標）が望ましいが、ペットボトルと同じ材質等であってもよい。この場合、上記式（１）〜（３）における定数や加熱器（マグネトロン）１１の出力を調整するようにする。
温度測定ユニット１４内の赤外線放射温度センサ１４ａは、保管筒１３にペットボトル飲料Ｘが格納される前に、遮蔽板１８から放射された赤外線を受光して保管筒１３内の気温を測定している。これにより、マイクロ波により放電するおそれのある保管筒温度センサ１６を保管筒１３内に突設することなく、保管筒１３内の気温を測定することができる。
【００４３】
本実施形態では、保管筒１３内の壁面を形成するように遮蔽板１８を設けるようにしたが、これに限定されず、例えば図１０に示すように、保管筒１３にペットボトル飲料Ｘを格納する前に温度測定ユニット１４を移動させ、赤外線放射温度センサ１４ａが保管筒１３の内壁面から放射された赤外線を受光して保管筒１３内の気温を測定するようにしてもよい。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加え、保管筒１３内の壁面を形成するように、導波管１２の開口端にマイクロ波を透過可能なテフロン（登録商標）製の遮蔽板１８を設け、保管筒１３にペットボトル飲料Ｘが格納される前に、遮蔽板１８から放射された赤外線を受光して保管筒１３内の気温を測定するので、マイクロ波により放電するおそれのある保管筒温度センサ１６を保管筒１３内に突設することなく、保管筒１３内の気温を測定することができるから、安全にペットボトル飲料Ｘを加熱することができるとともに、ペットボトル外面の温度測定と保管筒１３内の気温測定を赤外線放射温度センサ１４ａで兼用することができる。
【００４５】
なお、本発明の構成は、前記各実施形態の構成を組み合わせたり或いは一部の構成部分を入れ替えたりしてもよい。
【００４６】
また、本発明の構成は、前記各実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】食品加熱装置にペットボトル飲料を格納する状態を説明する側面図
【図２】図１に示した食品加熱装置にペットボトル飲料を格納した状態を説明する断面図
【図３】図２に示した食品加熱装置の上面図
【図４】図１に示したパイプ及び温度測定ユニットの拡大断面図
【図５】加熱前の保管筒内の気温、加熱停止時のペットボトル外面の温度、及び加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度を測定する実験の結果を示す図
【図６】図６は食品加熱装置の上面図
【図７】加熱前の保管筒内の気温、加熱停止時のペットボトル外面の温度、及び加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度を測定する実験の結果を示す図
【図８】加熱停止後のペットボトル内の飲料の温度のｙ切片と外気温との関係を示す図
【図９】食品加熱装置にペットボトル飲料を格納する前の状態を説明する断面図
【図１０】図９に示した食品加熱装置の変形例を示す上面図
【符号の説明】
【００４８】
１０…食品加熱装置、１３…保管筒、１４…温度測定ユニット、１４ａ…赤外線放射温度センサ、１６…保管筒温度センサ、１７…外部温度センサ、１８…遮蔽板、Ｘ…ペットボトル飲料。
【図１】
2008108595.tif 000003
【図２】
2008108595.tif 000004
【図３】
2008108595.tif 000005
【図４】
2008108595.tif 000006
【図５】
2008108595.tif 000007
【図６】
2008108595.tif 000008
【図７】
2008108595.tif 000009
【図８】
2008108595.tif 000010
【図９】
2008108595.tif 000011
【図１０】
2008108595.tif 000012