(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性を有する飲食物を被加熱物としてジュール熱により加熱する加熱装置であって、
前記被加熱物を案内する管路と、
前記管路に設けられる複数対の電極と、
前記飲食物の温度を検出する温度センサと、
前記飲食物の変曲点温度よりも高い温度に加熱する電極対に、この電極対よりも上流側に配置されて前記変曲点温度よりも低い温度に加熱する電極対よりも低い電圧を供給する電力供給部と、
前記温度センサからの検出信号に基づいて、前記電力供給部に制御信号を送ってそれぞれの前記電極対に供給される電圧をフィードバック制御する制御部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、前記制御部はそれぞれの前記電極対に対して同一の比例ゲインで電圧をフィードバック制御することを特徴とする加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流動性を有する飲食物を加熱する加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジュースやスープなどの飲食物や、蜂蜜、ジャムおよび味噌などのように粘性の高いペースト状の食品などのように流動性を有する飲食物を加熱するために、たとえば、特開平7-39320 号公報および特開平7-250760号公報に開示されるように、飲食物自体に通電してジュール熱により加熱するようにした技術が開発されている。
【０００３】
流動性を有する飲食物をジュール熱により加熱する場合には、パイプの中に飲食物を流しながら、パイプに所定の間隔毎に配置された電極から飲食物に電流を流すようにしており、１本の加熱パイプには通常複数対の電極が設けられるようになっている。飲食物の特性に応じ、１本のみの加熱パイプで加熱処理を行う場合のみならず、複数本の加熱パイプが使用される場合もあるが、従来では、対をなす電極間の電圧は全ての電極間で同一となるように設定している。
【０００４】
従来、加熱パイプ内で飲食物を所望の温度に設定するために、飲食物の温度を検出し、その温度に応じて電圧値を変化させるようにフィードバック制御しており、電力値と加熱温度との関係つまり制御動作としては、比例動作と積分動作と微分動作とを組み合わせたＰＩＤ動作を行わせるようにしたＰＩＤ制御が採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、制御温度と設定温度とには大きな誤差つまりオフセットが発生し、加熱温度にばら付きが発生することがある。
【０００６】
ジュール熱により種々の飲食物を加熱し、ばら付き発生の原因を追求したところ、飲食物の電気抵抗値は温度の変化に直線的に変化することなく、多くの飲食物には温度の変化率が変化する変曲点温度が存在し、変曲点温度を超えるとそれまでよりも温度変化率が上昇することが判明した。飲食物によっては変曲点温度が複数段存在するものがあり、飲食物特有の変曲点温度の存在が設定温度に対して大きなオフセットを発生させていると考えられる。
【０００７】
たとえば、蜂蜜をジュール加熱する場合には、常温から加熱を開始して、４０〜６０℃程度までは、同じ温度上昇率で上昇するが、この変曲点温度を超えると、上昇率が大幅に高くなって温度上昇することが判明した。また、味噌をジュール加熱した場合には、３０℃を超えると常温から３０℃までの温度上昇率よりも上昇率が高くなり、７０℃を超えると、さらに上昇率が高くなるという特性を有しており、変曲点温度が２段階存在することが判明した。
【０００８】
本発明の目的は、流動性を有する飲食物を高い精度で設定温度にジュール加熱し得るようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の加熱装置は、流動性を有する飲食物を被加熱物としてジュール熱により加熱する加熱装置であって、前記被加熱物を案内する管路と、前記管路に設けられる複数対の電極と、前記飲食物の温度を検出する温度センサと、前記飲食物の変曲点温度よりも高い温度に加熱する電極対に、この電極対よりも上流側に配置されて前記変曲点温度よりも低い温度に加熱する電極対よりも低い電圧を供給する電力供給部と、前記温度センサからの検出信号に基づいて、前記電力供給部に制御信号を送ってそれぞれの前記電極対に供給される電圧をフィードバック制御する制御部とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の加熱装置においては、前記制御部はそれぞれの前記電極対に対して同一の比例ゲインで電圧をフィードバック制御することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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。
【００１３】
図１（Ａ）は本発明の一実施の形態である加熱装置の全体構成を示す概略正面図であり、図１（Ｂ）は本発明の他の実施の形態である加熱装置の全体構成を示す概略正面図である。
【００１４】
図１（Ａ）に示す加熱装置は、被加熱物である流動性の飲食物を収容するホッパー１１と、飲食物を加熱する加熱ユニット１２とを有している。ホッパー１１内の飲食物は、ホッパー１１の吐出口と加熱ユニット１２の流入口とを接続する流路１３に設けられたポンプ１４によって加熱ユニット１２に供給されるようになっている。加熱ユニット１２は上下方向を向いて設置されており、下側が流入口となり、上側が流出口となっており、加熱処理後の被加熱物は加熱ユニット１２の上端部に設けられた案内パイプ１５により次の処理工程や製品タンクなどに搬送される。
【００１５】
図１（Ｂ）に示す加熱装置は、図１（Ａ）に示す加熱ユニット１２を３つ配置し、加熱ユニット１２を相互に配管１６によって接続するようにしたタイプの加熱装置であり、他の構造は図１（Ａ）に示す場合と同様となっている。
【００１６】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示す加熱ユニット１２はいずれも垂直方向つまり上下方向に配置されているが、傾斜させて配置するようにしても良い。
【００１７】
図２（Ａ）は加熱ユニット１２の一部を拡大して示す一部切り欠き斜視図であり、筒状の補強部材２０の内部には加熱用の管路２１が組み込まれている。この管路２１は樹脂などの絶縁材料からなる円筒形状のスペーサ２２とリング状の電極２３とを交互に取り付けることにより形成され、管路２１内に被加熱物が案内されて搬送されるようになっており、被加熱物が流れる方向に隣り合う２つの電極２３が相互に電極対となっている。
【００１８】
スペーサ２２の形状としては角形の筒体としても良く、内周面が円形で外周面が矩形となった筒体を用いても良く、その場合には、リング状の電極２３の断面形状もスペーサ２２の断面形状に対応させた形状にすることになる。スペーサ２２と電極２３との間にはシール材２４が組み込まれて、管路２１の外部に被加熱物が漏出するのを防止している。
【００１９】
それぞれのリング状の電極２３に、前述した特開平7-39320 号公報に開示されるように、冷却液循環用の空洞ないし流路を形成し、冷却液によって電極２３を冷却するようにしても良い。
【００２０】
図２（Ｂ）は加熱ユニット１２の変形例の一部を拡大して示す一部切り欠き斜視図であり、この場合には管路２１は断面四角形となり、管路２１内の流路は４つの壁面により囲まれており、全体が合成樹脂などの絶縁材料により形成されている。管路２１の相互に対向し合う内壁面には、相互に対となって板状の電極２３が配置されており、被加熱物が流れる方向に所定の間隔おきに複数対の電極２３が配置されている。
【００２１】
図３は加熱ユニット１２の補強部材２０の内部に組み込まれた管路２１の全体を示す断面図であり、管路２１は図２（Ａ）に示された形状となっている。この管路２１は６つの円筒形状のスペーサ２２と、７つのリング状の電極２３とを有しており、スペーサ２２には図３において左側から右側に向けて順次、符号ａ〜ｆが付され、電極２３には同様に左側から右側に向けて順次、符号ａ〜ｇが付されている。管路２１の両端部には樹脂製のスペーサ２５を介してアース電極２６が配置され、さらに、両方のアース電極２６の端面には樹脂製のスペーサ２７を介してジョイントつまり継手２８ａ，２８ｂが取り付けられている。
【００２２】
継手２８ａは管路２１の流入側となっており、継手２８ｂは流出側となっており、被加熱物である飲食物は矢印で示す方向に管路２１内を流れることになる。管路２１は前述したように垂直方向あるいは傾斜して配置されることになるが、図３においては便宜的に水平となって示されている。
【００２３】
７つの電極２３ａ〜２３ｇは被加熱物の流れる方向に隣り合って対となっており、電極２３ａとその隣の電極２３ｂとが対となり、この電極２３ｂとその隣の電極２３ｃとが対となり、同様にして電極２３ｃとその隣の電極２３ｄとが対となっている。したがって、図３に示すように、７つのリング状の電極を有する管路２１にあっては、合計６対の電極対が形成されることになる。ただし、電極およびスペーサの数は、被加熱物である飲食物の種類などに応じて任意に設定することができる。
【００２４】
図３に示すように、それぞれの電極は高周波トランス３０の二次側コイル３２の端子に接続されており、二次側コイル３２の共通端子３２ａは両端の電極２３ａ，２３ｇとこれらの中間の１つおきの電極２３ｃ，２３ｅとに接続されている。電極２３ｂと電極２３ｄは、二次側コイル３２の高圧端子３２ｂに接続されており、流入側の電極２３ａから電極２３ｅまでの５つの電極の相互間の電圧は、共通端子３２ａと高圧端子３２ｂとの間の電圧Ｖ1 に設定される。
【００２５】
二次側コイル３２の低圧端子３２ｃは電極２３ｆに接続されており、この電極２３ｆと対となる両側の電極２３ｅ，２３ｇとの電圧は、共通端子３２ａと低圧端子３２ｃとの間の電圧Ｖ2 に設定される。
【００２６】
高周波トランス３０の一次側コイル３１に電源３３から高周波電力を供給するために、商用電流を直流電流に変換する直流発生部３４が電源３３に接続されている。直流発生部３４は高周波発生部３５に接続されており、この高周波発生部３５によって直流電流から高周波電流が生成され、生成された高周波電流は制御部３６を介して高周波トランス３０の一次側コイル３１に供給される。この高周波発生部３５によって２０ｋHz程度の周波数の電力が生成される。
【００２７】
制御部３６には管路２１内で搬送しながら加熱された被加熱物の温度を検出する温度センサ３７からの検出信号がフィードバック信号として送られるようになっている。この制御部３６はＰＩＤ制御を行う機能を有し、温度センサ３７によって検出された加熱後の飲食物の温度つまり出力温度と、設定温度との偏差に応じて高周波トランス３０の一次側コイル３１に供給される電圧を制御する。
【００２８】
温度センサ３７からの信号に基づいて設定温度と出力温度とに差が存在しているときには、その差に応じて一次側コイル３１に供給される電圧Ｖ0 が比例動作で制御されるようになっている。
【００２９】
比例動作は比例偏差ｅと出力ｍとが、ｍ＝Ｋ・ｅ＋ｍ0 の関係となっている。ここで、Ｋは比例ゲインであり、ｍ0 は偏差ゼロのときの操作量であり、ｍおよびｍ0 を出力の全変化範囲に対する割合で表したときの比例ゲインの逆数を比例帯といい％で表示する。
【００３０】
図示する場合には、比例帯が７０％となるように比例ゲインＫが設定されており、電圧Ｖ0 は７０％の範囲で比例制御されることになり、二次側の高圧と低圧の何れの電圧Ｖ1 ，Ｖ2 も７０％の範囲で制御されることになる。この比例ゲインＫの値は、入力操作部３８に設けられたキーなどの入力手段の操作によって任意に設定することができる。また、一次側の電圧Ｖ0 の値も入力操作部３８を用いて任意に設定することができる。
【００３１】
図３に示す加熱装置にあっては、高電圧Ｖ1 と低電圧Ｖ2 の２種類の電圧を二次側コイル３２から出力させるようにしているが、出力端子の数を増加させることによって、３種類あるいはそれ以上の電圧を出力させるようにしても良い。
【００３２】
図４（Ａ）は被加熱物としてジャムを図３に示した加熱装置によって加熱した場合の温度の変化を示す特性線図である。この図において破線は従来のように、全ての電極間の電圧を高電圧Ｖ1 （１０００Ｖ）したときの被加熱物の温度変化を示す線図であり、ジャムの場合温度が４０〜６０℃の変曲点温度ＴA 以上となると、ジャムの電気抵抗は急激に低下することになる。この結果、電圧を一定とすると、変曲点温度ＴA を過ぎると温度上昇率が大きくなる。
【００３３】
したがって、従来のように、全ての電極間の電圧を同一に設定した場合には、変曲点温度以上となると、制御系における目標温度ＴM と実際の温度ＴN との偏差が急に大きくなる。
【００３４】
これに対して、図３に示すように、管路２１の上流側に位置する電極対には高電圧Ｖ1 （１０００Ｖ）を供給し、下流側の電極対には低電圧Ｖ2 （６００Ｖ）を供給すると、図４（Ａ）において実線で示すように、変曲点温度を超えてからの温度上昇率は破線で示す場合よりも低くなるが、目標温度ＴM と実際の温度ＴN との偏差は小さくなる。これにより、被加熱物は管路２１の入口から出口の間で加熱される過程で、目標温度つまり設定温度を大きく超えて過加熱されることが防止され、飲食物の加熱品質を向上させることができる。
【００３５】
図４（Ｂ）は味噌を被加熱物として加熱装置により加熱処理した場合の温度の変化を示す特性線図であり、破線は従来のように、全ての電極間に同一の高電圧Ｖ1 （４００Ｖ）を供給した場合であり、味噌の場合には、変曲点温度ＴA （３０℃）と変曲点温度ＴB （５０℃）との２つの変曲点温度を有している。
【００３６】
したがって、従来のように、全ての電極間の電圧を同一に設定した場合には、それぞれの変曲点温度を超えたときには、図４（Ａ）に示した場合と同様に目標温度と実際の温度との偏差が急に大きくなる。
【００３７】
これに対して、本発明のように、電極に供給する電圧を高電圧Ｖ1 （３００Ｖ）と、中電圧Ｖ2 （２００Ｖ）と低電圧Ｖ3 （１００Ｖ）との３種類に設定し、管路２１の上流側から下流側に向けて電圧を低下させるようにすると、実線で示すように、変曲点温度ＴA に至るまでの温度上昇率で最終温度になるまで温度が上昇するので、偏差を小さくして過加熱の発生を防止することができる。その場合には、前述したように、高電圧、中電圧および低電圧の３種類の電圧を出力するように、出力端子を二次側コイル３２に設けることになる。
【００３８】
管路２１に設けられる複数対の各々の電極に対して供給する電圧値は、被加熱物である飲食物の変曲点温度を予め測定しておき、管路２１内に流す飲食物の流速などに応じて、設定される。
【００３９】
図３に示すように、高周波トランス３０の一次側コイル３１に供給される一次側電圧ｖ0 を温度センサ３７からの信号によってフィードバック制御することにより、同時に、二次側の出力電圧Ｖ1 とＶ2 とを制御することができるので、１つの高周波トランス３０によって複数種類の電圧を同時に制御することができ、装置全体の製造コストを低減することができる。ただし、高周波トランス３０を複数個設置し、複数の電圧値に対応させてそれぞれの電極に別々に電圧を制御するようにしても良い。その場合には、それぞれの出力電圧に対応させて制御部３６の比例ゲインＫを相違させるようにすることができる。
【００４０】
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ことはいうまでもない。
【００４１】
たとえば、被加熱物である飲食物としては、流動性を有するものであって温度が上昇するに従って温度の変化率が高くなる変曲点温度を有するものであれば、種々の飲食物の加熱のために本発明を適用することができ、カレールーのように、固形物を含む食品の加熱にも本発明を適用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、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熱により加熱する場合に、過加熱あるいは加熱不足を発生させることなく、高い精度で設定温度に加熱することができる。これにより、高品質の飲食物を歩留り良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の一実施の形態である加熱装置の全体構成を示す概略正面図であり、（Ｂ）は本発明の他の実施の形態である加熱装置の全体構成を示す概略正面図である。
【図２】（Ａ）は加熱ユニットの一部を拡大して示す一部切り欠き斜視図であり、（Ｂ）は加熱ユニットの変形例の一部を拡大して示す一部切り欠き斜視図である。
【図３】加熱ユニットを構成する管路の全体を示す断面図である。
【図４】（Ａ）および（Ｂ）は被加熱物〜加熱装置によって加熱した場合の温度の変化を示す特性線図である。
【符号の説明】
１１      ホッパー
１２      加熱ユニット
１３      流路
１４      ポンプ
１５      案内パイプ
１６      配管
２０      補強部材
２１      管路
２２，２２ａ〜２２ｆ    スペーサ
２３，２３ａ〜２３ｇ    電極
２４      シール材
２５      スペーサ
２６      アース電極
２７      スペーサ
２８ａ，２８ｂ    継手
３０      高周波トランス（電力供給部）
３１      一次側コイル
３２      二次側コイル
３３      商用電源
３４      直流発生部
３５      高周波発生部
３６      制御部
３７      温度センサ
３８      入力操作部
【図１】
0004275840.tif 000002
【図２】
0004275840.tif 000003
【図３】
0004275840.tif 000004
【図４】
0004275840.tif 000005