(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円錐状底部（３）を有するオートクレーブ（２）を含むタイプの液体食品用インフューザ（１）の装置において、オートクレーブ（２）がその上方領域に位置付けられた製品用入口（４）を有し、前記入口が、オートクレーブ（２）内に進入する製品を小滴（６）に分割するように配置され、インフューザ（１）がさらに、オートクレーブ（２）の下方領域に位置付けられた製品用出口（１０）、ならびに水蒸気用入口（１１）をさらに含む装置であって、オートクレーブ（２）の円錐状底部（３）の大部分が、円錐形状をした本体（１５）で占められ、オートクレーブ（２）の底部（３）の残りのスペース（１６）が緩衝セルを構成することを特徴とする装置。
【請求項２】
製品の滞留ボリュームが、スペース（１６）内に、本体（１５）の上面（１８）の上方の液体レベル（１９、２０）まで滞留する製品からなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
液体レベル（１９、２０）を最低レベル（１９）と最高レベル（２０）の間で変化させることができることにより、滞留ボリュームを変化させることができることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
液体レベル（１９、２０）が、製品用出口（１０）内に配置された出口弁（３０）によって調節され、出口弁（３０）が、製品用出口（１０）内に配置された圧力計（２４）によって測定された圧力と最高レベル（２０）の上方に配置された圧力計（２３）によって測定された圧力との差圧によって制御されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
円錐状の本体（１５）を切換え機器（２５）によってオートクレーブ（２）の円錐状底部（３）の上方または下方に移動させることができることにより、滞留ボリュームを変化させることができることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項６】
円錐状の本体（１５）を切換え機器（２５）によってオートクレーブ（２）の円錐状底部（３）の上方または下方に移動させることができると同時に液体レベル（１９、２０）を最低レベル（１９）と最高レベル（２０）との間で変化させることができることにより、滞留ボリュームを変化させることができることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項７】
本体（１５）の上面（１８）が、中心からその周辺に向かって傾いていることを特徴とする請求項２から請求項６までのいずれかに記載の装置。
【請求項８】
本体（１５）の上面（１８）にはその周辺に沿ってエッジ（２１）が設けられていることを特徴とする請求項２から請求項６までのいずれかに記載の装置。
【請求項９】
本体（１５）が、ガイド・スタッブ・シャフト（１７）によって円錐状底部（３）の正しい位置に保たれるように配置されていることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
本体（１５）が、円錐状底部（３）の円錐角度βよりも大きい円錐角度αを有することを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、液体食品用インフューザの装置であって、円錐状底部を有するオートクレーブを含み、このオートクレーブがその上方領域に位置する製品用入口を有し、この入口が、オートクレーブ内に進入する製品を小滴に分割するように配置されており、このインフューザが、オートクレーブの下方領域に位置する製品用出口、ならびに水蒸気用入口をさらに含んでいるタイプの装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
賞味期間を長くするために食品を熱処理することは周知であり、しばしば使用される方法である。この食品は、例えば牛乳やクリーム、ヨーグルトなどの様々な乳製品でよい。熱処理は、複数の異なる方法で、直接的または間接的に実施することができる。間接的方法とは、例えば、様々なタイプの熱交換器を使用して加熱することである。直接的方法には、２つの主なグループ、すなわち水蒸気の噴射または注入がある。直接的方法を使用することによって極めて急速な加熱が行われることになるが、これは、例えば牛乳などの風味の質を改善するために短時間で製品を高温に加熱することがしばしば意図されることから、今日探し求められている方法である。
【０００３】
本発明は、注入加熱を利用する装置に関する。注入では、微細に分割された液体を水蒸気チャンバ内で加熱する必要がある。液体、例えば液体食品を、水蒸気が充填されたチャンバ内にその液体を噴射することによって加熱する原理が、１９世紀後半から知られている。
【０００４】
原則的にインフューザは、円錐状底部を有するオートクレーブからなる。オートクレーブの上方領域には、熱処理される製品用の入口があり、また、この製品を、後でオートクレーブ内に落下することになる小滴に分割するための機器もある。オートクレーブの底部では、小滴が集められて液体蓄積物が形成され、最後に、オートクレーブの下方領域にある出口を通ってこのオートクレーブから離れる。このオートクレーブには、その上方領域に、あるいはその下方領域に配置することができる水蒸気用入口もある。水蒸気用入口がどこにあるかに関係なく、高温水蒸気の目的は、製品の小滴がオートクレーブ内を流下する途中でその小滴を加熱することにある。
【０００５】
全ての最新の食品熱処理は、一方では製品をある所定温度に加熱し、他方では製品を所与の所定時間この温度に保つという目的を有する。インフューザ内での製品の加熱に関し、通常は、別個の緩衝セルまたはパイプが利用される、すなわちオートクレーブの製品出口に直接接続されているパイプ長のものである。製品がオートクレーブを離れるとき、その温度は沸点に近く、この排出によって適正な圧力降下が生じ、その結果製品が沸騰する。この沸騰によって泡立ちが生じる可能性があり、体積が必然的に減少し、所与の時間、所与の温度で製品をどのように保つことができるかに関する制御が低下する可能性がある。製品が緩衝セルまたはパイプに到達する前に沸騰しないようにするため、数カ国での当局の要件は、製品に圧力を加えてそれによって沸騰を妨げる目的で、いわゆるローブ・ロータ・ポンプをオートクレーブと緩衝セルの間に配置することを要求している。製品は約１４０〜１５０℃の温度にあるので、ローブ・ロータ・ポンプなどの比較的高価なポンプが必要である。
【０００６】
オートクレーブの円錐状底部に集められた、加熱された製品の液体蓄積物では、製品の滞留時間を計算する際に大きな不確かさがもたらされるが、これは関係する体積が比較的大きいので製品がどのくらい長くそこに滞留するか知ることが不可能になるからであり、したがって製品の全ての部分が同じ時間で処理される。
【０００７】
（発明の目的）
本発明の一目的は、インフューザ内の緩衝セルであって、製品に関して信頼性ある制御された滞留時間を与える緩衝セルを実現することである。緩衝セルがインフューザの一部を構成するので、追加の緩衝セルの必要がなくなり、それと共に、インフューザと緩衝セルの間に配置される任意の可能なポンプの必要もなくなる。
【０００８】
本発明の他の目的は、滞留時間に関して異なる時間にするために簡単に調節することができる緩衝セルを実現することであり、この場合、緩衝セルの容積を様々に変えることができる。
【０００９】
（解決策）
これらおよびその他の目的は、オートクレーブの円錐状底部の大部分が円錐形状をした本体によって占められ、かつオートクレーブの底部の残りのスペースが緩衝セルを構成するという特徴が、前置きとして述べたタイプの装置に与えられた本発明によって実現された。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態には、上記特許請求の範囲の従属項で述べた特徴がさらに与えられた。
【００１１】
次に、本発明による装置の好ましい一実施形態について、添付図面を特に参照しながら以下に非常に詳細に記述する。
【００１２】
添付図面は、本発明の理解に欠かせない部分および詳細のみを示す。
【００１３】
（好ましい実施形態の説明）
図１は、現況技術のインフューザ１を示す。インフューザ１は、円錐状底部３を有するオートクレーブ２を含む。オートクレーブ２の上方領域には、熱処理される製品用の入口４が配置されている。製品は、牛乳やクリーム、ヨーグルトなどの任意の液体乳製品からなるものでよい。製品用入口４には、進入する製品を小滴６に分割するための機器５が関連付けられている。製品を微細に分割するための機器は、例えば、その下部壁８に多数の開口または隙間を有するディストリビュータ・チャンバ７からなるものでよい。
【００１４】
製品の小滴６は、オートクレーブ２内を自由落下し、オートクレーブ２の円錐状底部領域３に再度蓄積される。製品が再度蓄積されると、比較的大量の液体ボリューム９が形成され、その後、製品が出口１０を通ってオートクレーブ２を離れる。その後、製品はさらにいくつかの形の緩衝セルまたはパイプ（図示せず）を通過する。従来のインフューザ１では、液体蓄積物を比較的一定のレベルに保つための試みがなされている。液体蓄積物はそれほど少量にはならないと考えられ、これは必然的に、加熱された製品がオートクレーブ２の内壁に飛散する可能性があり、それによって製品が壁の表面で燃焼する可能性があるからである。
【００１５】
インフューザ１は、水蒸気用入口１１をさらに含む。図１では、水蒸気用入口はオートクレーブ２の下方領域に位置し、水蒸気が同心ディストリビュータ・チャンバ１２および同心入口ギャップ１３を通してオートクレーブ２内に広がるように配置されている。あるいは水蒸気用入口１１は、オートクレーブ２の上方領域に、製品用入口４に関連付けた状態で配置することができる。
【００１６】
高温水蒸気はオートクレーブ２内に広がり、落下する製品小滴６がこの水蒸気に接触して、所望の温度に急速に加熱される。熱処理は、製品が所与の時間この温度に保たれるという特徴をさらに含む。大量の液体ボリューム９の滞留時間を計算することが可能ではなかったので、滞留時間は、代わりに製品をインフューザ１の後に配置される緩衝パイプまたは緩衝セル（図示せず）に通すことによって実現された。
【００１７】
従来のインフューザ１は、製品の加熱に関連して放出される、凝縮しにくい気体用のいくつかの形の出口１４も含む。インフューザ１には、熱処理プロセスを制御するためのいくつかの圧力計および温度計も設けられる。
【００１８】
従来のインフューザ１で常に生じる大量の制御できない液体蓄積物９を回避するため、本発明によるインフューザ１（図２）には円錐形状をした本体１５を設けた。本体１５はできる限り滑らかであるべきで、重量を最小限に抑えるために空のキャビティであることがふさわしい。本体またはコーン１５は、オートクレーブ２の円錐状底部３を構成するスペースの大部分を占めるように設計されている。オートクレーブ２の底部領域３の残りのスペース１６は緩衝セルを構成する。本発明による一体型緩衝セルの結果、従来のインフューザで必ず生じる液体蓄積物９である大量の「デッド・ボリューム（ｄｅａｄ  ｖｏｌｕｍｅ）」が回避されることによって、製品の極めて短い滞留時間を実現することが可能である。今日、製品の風味を改善するためにしばしば試みられていることは、製品を１〜１．５秒程度という非常に短い時間、高温で、すなわち約１５０℃で処理することである。
【００１９】
コーン１５の上縁部には、その周辺の周りに分配された少なくとも３つのガイド・スタッブ・シャフト１７がある。ガイド・スタッブ・シャフト１７はオートクレーブ２の壁に達し、コーン１５が傾くのを防止する。
【００２０】
図２に示すように、本体１５の円錐角度αは、底部３の円錐角度βと同じにすることができる。あるいは図３および図４に示すように、本体１５の円錐角度αは、オートクレーブ２の底部３の円錐角度βよりも大きくすることができる。
【００２１】
スペース１６内に蓄積されるボリュームは数学的に計算することができ、所望の流れがスペース１６内に得られるように本体１５の円錐角度αを寸法決めすることによって、スペース１６を通過する製品の正確な滞留時間を計算することが可能になる。本体１５の円錐角度αが底部領域３の円錐角度βよりも大きくなるように寸法決めすることによって、スペース１６内に一定の液体流量を得ることが可能になる。
【００２２】
緩衝セルの容積も計算され、あるわずかなボリュームが、コーン１５上に常に存在しなければならない。これは、製品の小滴６がコーン１５の上面１８に達したときに、高温の製品が早く燃焼しないようにするためである。したがって製品は、コーン１５の上面１８の約５〜１０ｍｍ上方にある、最低限の液体レベル１９を有する。最高の液体レベル２０も含まれる。
【００２３】
コーン１５の上面１８の約５〜１０ｍｍ上方にスライト・エッジ２１を有するコーン１５の上面１８を設計することによって、液面は常に、コーン１５の上面１８の５〜１０ｍｍ上方にあることになる。さらに図３および図４では、コーン１５の上面１８は、より良好な製品の流れを得るために、その中心からエッジ２１に向かって徐々に傾斜している。
【００２４】
滞留時間、すなわち製品がある温度で保たれる間の時間は、インフューザ内の滞留ボリュームがどのくらいであるかに依存する。滞留ボリュームは、２つの方法で変化し、または２つの代替例の組合せによって変化する可能性がある。これは一方では、差圧を測定することによって制御される液体レベルを管理することによる。差圧測定は、２つの圧力計２３および２４からの測定値を受け取る測定装置２２で行われる。１つの圧力計２３は、最高液体レベル２０のすぐ上に配置されており、もう１つの圧力計２４は製品用出口１０内に配置されている。各滞留時間ごとに差圧に関する標準値を計算することによって、滞留時間を段階をつけずに調節することが可能になる。差が大きいとボリュームは増大する。ボリュームは、製品の液面が最低レベル１９に位置するときの最短時間と、製品の液面が最高レベル２０に位置するときの最長時間との間で調節される。液体レベルは、製品用出口１０内に配置された出口弁３０によって管理される。
【００２５】
あるいは、滞留時間は、液体レベル１９、２０を一定に保つがコーン１５を底部領域３で上昇させまたは下降させることによって変化させることができる。この調節は、例えば、切換え用機器２５を用い、スピンドル２６を介してコーン１５全体を上昇させまたは下降させることによって、図３に示すように行うことができる。ガイド・スタッブ・シャフト１７は、コーン１５が常に確実に正しい位置に保たれ、かつ斜めに傾かないようにする。図３および図４に示すように、底部３に関して異なる円錐角度Ｂを使用することによって、緩衝セルを構成するボリュームをある程度まで変更することが可能になる。
【００２６】
これら２つの代替例を組み合わせ、本体またはコーン１５を切換え用機器２５を用いて上昇させまたは下降させると同時に差圧で制御される液体レベル１９、２０を変化させることによって、これらの代替例の両方を別々に実施する場合になされるよりも広い範囲にわたって調節を行うことが可能になる。
【００２７】
図２に示すように、オートクレーブ２の円錐状底部領域３は、二重の壁２７で作製することができる。出口２９を通して排出させることができる冷却剤を入口２８に供給することによって、緩衝セルを離れる流れの流出温度に対し、認め得るほどの冷却作用を少しも及ぼすことなく、凝集した製品が堆積するのを最小限に抑えることができる。
【００２８】
製品を事前に熱処理したら、すなわち製品をある所定の温度に加熱して所与の所定時間この温度に保ったら、製品をできる限り急速に冷却しなければならない。製品を急速に冷却する簡単な方法を図２に示す。出口１０および出口弁３０を通過したら、製品は膨張冷却器３１に入る。製品が占めるスペースが急速に拡大すると、圧力が低下し、温度が低下する。その後、製品は直接真空容器３２内に入る。
【００２９】
図５は、インフューザ１が、注入される熱によって液体食品を熱処理する完全なプラントの構成要素として、どのように含まれているかを示す。進入する製品３３は、バランス・タンク３４およびポンプ３５を経てプラント内に入る。通常は平板熱交換器である熱処理ユニット３６では、製品を予熱して所望の温度、通常は７５〜８２℃にするが、最大１２０℃の温度まで上げることができる。したがって予熱された製品はコンジット内に導かれてインフューザ１に入り、そこで上述の手法により熱処理される。
【００３０】
事前に処理された製品は、インフューザ１から真空容器３２に導かれ、そこで、注入加熱の結果製品が受け取った添加された水が再び除去される。ポンプ３７、および可能ならホモジナイザ３８を経て、製品はさらに冷却器３９に、例えば平板熱交換器に導かれ、そこで所望の温度に冷却される。次いで製品はコンジット４０を通ってプラントから離れ、さらに処理されるかまたは消費者向けのパッケージに最終包装される。
【００３１】
前記の記述から明らかにされるように、本発明によれば、調節可能な緩衝セルがインフューザに一体化されているインフューザの装置が実現される。滞留ボリュームは制御することができ、従来のインフューザの底部に形成される制御できない液体ボリュームは回避される。本発明の結果、製品に関する正確な滞留時間を計算することがより簡単になり、それによって製品が受ける熱衝撃が減少し、製品の風味に有利に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  現況技術のインフューザについて、一部断面で示した側面図である。
【図２】  本発明によるインフューザを、一部断面で示した側面図である。
【図３】  インフューザの下方領域の第１の実施形態を、一部断面で示した側面図である。
【図４】  インフューザの下方領域の第２の実施形態を、一部断面で示した側面図である。
【図５】  注入加熱によって熱処理を行うためのプラントを示す流れ図である。
【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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