(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱に敏感な液体食品（Ｐ）の処理を制御および／または調節するための方法であって、
蒸気（Ｄ；Ｄ１、Ｄ２）が、注入器容器（１０）内に無菌状態を確立させるために前記液体食品（Ｐ）を直接加熱し、
前記先に供給された蒸気（Ｄ；Ｄ１、Ｄ２）の量に相当する量の水（Ｗ）が、低圧におけるフラッシュ蒸発によって前記液体食品（Ｐ）から除去され、
前記液体食品（Ｐ）は、加熱とフラッシュ蒸発との間を遠心ポンプ（１４）によって送られ、
前記液体食品（Ｐ）は、この流路の少なくとも一部分において、前記注入器容器（１０）の下部領域への進入に始まって最大で前記遠心ポンプ（１４）に進入するまで、この流路を境界付けている関連の壁の各々によって冷却（Ｋ）を被り、
前記遠心ポンプ（１４）は、ポンプ室（６８）に回転可能に収容されたインペラホイール（１４．３）を有し、ハウジングカバー（６４）に向かって開き、ハウジング後壁（６６）に対しては前記インペラホイールの後面（７０）によって閉じられるように設計され、
前記遠心ポンプ（１４）は、
入口（６０）と、
出口（６２）と、
少なくともハウジングカバー（６４）およびハウジング後壁（６６）によって形成されたポンプハウジング（１４．２）と、
前記ポンプハウジング（１４．２）内に形成され、前記入口（６０）および前記出口（６２）に連通した前記ポンプ室（６８）と、
前記ハウジングカバー（６４）と前記インペラホイール（１４．３）との間に設けられた前側インペラホイールギャップ（ｓ２）と、
前記ハウジング後壁（６６）と前記インペラホイール（１４．３）との間に設けられた後ろ側インペラホイールギャップ（ｓ１）と、を有し、
・前記前側インペラホイールギャップ（ｓ２）は、前記インペラホイール（１４．３）の幅を減らすことによって、前記遠心ポンプ（１４）の機械的機能を保証する最小前側インペラホイールギャップ（ｓ２＊）と比べて増やされ、
・前記前側インペラホイールギャップ（ｓ２）は、前記インペラホイール（１４．３）の外径（ＤＬ）において最大に増加し、前記インペラホイール（１４．３）のブレードチャネル（７４）への入口の領域へと最小前側インペラホイールギャップ（ｓ２＊）に減少し、
・前記インペラホイール（１４．３）の前記外径（ＤＬ）における前記インペラホイール（１４．３）の前記幅の前記減少は、水力学に関して最適化されたインペラホイールの幅の４０〜５０％であり、
以下のステップ（ａ）〜（ｅ）、すなわち
（ａ）注入器で加熱された液体食品（Ｐ’）の前記遠心ポンプ（１４）の下流で検出される製品温度（Ｔ２）が、蒸気温度（Ｔ１）の蒸気（Ｄ；Ｄ１、Ｄ２）を前記注入器容器（１０）の上部領域へと供給することによって、指定のとおりに達成されるべき製品ごとの製品温度設定点（Ｔ２（Ｓ））に調節され、前記製品温度（Ｔ２）の低下が前記蒸気温度（Ｔ１）の上昇を生じさせ、前記製品温度（Ｔ２）の上昇が前記蒸気温度（Ｔ１）の低下を生じさせるステップと、
（ｂ）前記液体食品（Ｐ）の処理の初期段階において、前記遠心ポンプ（１４）が、前記遠心ポンプ（１４）の定格回転速度（ｎ（Ｎ））を所定の量だけ下回る初期回転速度（ｎ（ｏ））で運転され、前記初期回転速度（ｎ（ｏ））は、前記液体食品（Ｐ）および／または前記遠心ポンプ（１４）の設計に依存するステップと、
（ｃ）前記遠心ポンプ（１４）の体積流量の減少が、前記減少が前記製品温度（Ｔ２）の温度低下（ΔＴ２）と同時に生じたときに、前記初期回転速度（ｎ（ｏ））を増加させることによって相殺されるステップと、
（ｄ）前記初期回転速度（ｎ（ｏ））が、前記製品温度（Ｔ２）の前記温度低下（ΔＴ２）および／または前記蒸気温度（Ｔ１）の温度上昇（ΔＴ１）に応じて増加させられ、前記初期回転速度（ｎ（ｏ））の増加の程度は、少なくとも前記製品温度（Ｔ２）を一定に保つ調節の要件からもたらされ、
（ｅ）指定のとおりに達成されるべき前記指定の製品温度設定点（Ｔ２（Ｓ））および／または処理の開始時の前記製品温度設定点（Ｔ２（Ｓ））を達成するために必要な前記蒸気温度（Ｔ１）が一貫して生じるまで、ステップ（ｃ）および（ｄ）が繰り返し実行されるステップと、
がもたらされる、方法。
【請求項２】
前記初期回転速度（ｎ（ｏ））の増加は、着実に生じる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記初期回転速度（ｎ（ｏ））の前記着実な増加の勾配は、調節の要件からもたらされ、前記温度低下（ΔＴ２）、および／または前記温度上昇（ΔＴ１）、および／または製品ごとの要件に応じて設定される、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記初期回転速度（ｎ（ｏ））の増加は、調節の要件からもたらされる回転速度差（Δｎ）による少なくとも１つの不連続な段階にて生じる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記回転速度差（Δｎ）は、前記温度低下（ΔＴ２）、および／または前記温度上昇（ΔＴ１）、および／または製品ごとの要件に応じて設定される、ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記初期回転速度（ｎ（ｏ））および／または前記製品温度設定点（Ｔ２（Ｓ））は、前記液体食品（Ｐ）に特有のデフォルトパラメータに応じて設定され、「デフォルトパラメータ」は、前記液体食品（Ｐ）の密度、粘性、および熱伝導度などの物理的変数、ならびに／あるいは脂肪およびたんぱく質の割合などの組成であると理解される、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記初期回転速度（ｎ（ｏ））および／または前記製品温度設定点（Ｔ２（Ｓ））は、当該方法が被る物理的な境界条件に応じて調整され、当該方法の前記「物理的な境界条件」は、圧力および温度などの当該方法のプロセス関連のデフォルトパラメータであると理解される、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記初期回転速度（ｎ（ｏ））、および／または前記製品温度設定点（Ｔ２（Ｓ））、および／または前記回転速度差（Δｎ）、および／または前記回転速度差（Δｎ）に代わる前記初期回転速度（ｎ（ｏ））の前記着実な増加の前記勾配は、当該方法の開始前または開始中に試験および保存された較正関数によって調整される、ことを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記液体食品（Ｐ）は、環状に供給され、内側蒸気（Ｄ２）が内側から衝突し、外側蒸気（Ｄ１）が外側から衝突し、
前記外側蒸気（Ｄ１）の供給は、前記注入器容器（１０）の前記上部領域における前記内側蒸気（Ｄ２）の必要な供給圧力に応じて、差圧の調節によって調整される、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
上部空間に蒸気（Ｄ；Ｄ２）用の蒸気ライン（２４．１）および製品導入部（２０）の末端が位置している注入器容器（１０）と、接続ライン（３０）によって前記注入器容器（１０）に連通した真空チャンバ（１６）と、前記接続ライン（３０）に配置された遠心ポンプ（１４）と、前記注入器容器（１０）の容器下部（１０．２）に配置された出口開口部（１０．３）と、前記出口開口部（１０．３）につながり、前記遠心ポンプ（１４）に末端を有しているドレン管（１２）とを備え、
・容器下部側冷却剤チャンバ（１０．４）
を備え、
・ポンプハウジング側冷却剤チャンバ（１４．１）、および／または
・ドレン管側冷却剤チャンバ（１２．１）
をさらに備えている、熱に敏感な液体食品（Ｐ）の処理を制御および／または調節するためのシステム（１００）であって、
前記遠心ポンプ（１４）は、ポンプ室（６８）に回転可能に収容されたインペラホイール（１４．３）を有し、ハウジングカバー（６４）に向かって開き、ハウジング後壁（６６）に対しては前記インペラホイールの後面（７０）によって閉じられるように設計され、
前記遠心ポンプ（１４）は、
入口（６０）と、
出口（６２）と、
少なくともハウジングカバー（６４）およびハウジング後壁（６６）によって形成されたポンプハウジング（１４．２）と、
前記ポンプハウジング（１４．２）内に形成され、前記入口（６０）および前記出口（６２）に連通した前記ポンプ室（６８）と、
前記ハウジングカバー（６４）と前記インペラホイール（１４．３）との間に設けられた前側インペラホイールギャップ（ｓ２）と、
前記ハウジング後壁（６６）と前記インペラホイール（１４．３）との間に設けられた後ろ側インペラホイールギャップ（ｓ１）と、を有し、
・前記前側インペラホイールギャップ（ｓ２）は、前記インペラホイール（１４．３）の幅を減らすことによって、前記遠心ポンプ（１４）の機械的機能を保証する最小前側インペラホイールギャップ（ｓ２＊）と比べて増やされ、
・前記前側インペラホイールギャップ（ｓ２）は、前記インペラホイール（１４．３）の外径（ＤＬ）において最大に増加し、前記インペラホイール（１４．３）のブレードチャネル（７４）への入口の領域へと最小前側インペラホイールギャップ（ｓ２＊）に減少し、
・前記インペラホイール（１４．３）の前記外径（ＤＬ）における前記インペラホイール（１４．３）の前記幅の前記減少は、水力学に関して最適化されたインペラホイールの幅の４０〜５０％であり、
・前記遠心ポンプ（１４）のすぐ下流において、製品温度（Ｔ２）を調節するように構成され、前記蒸気ライン（２４．１）に配置された制御弁（４６）と相互作用する温度調節装置（４４）が、前記接続ライン（３０）に設けられ、
・前記制御弁（４６）の下流において、蒸気温度（Ｔ１）の温度測定装置（４０）が、前記蒸気ライン（２４．１）に設けられ、
・前記遠心ポンプ（１４）に、前記遠心ポンプ（１４）の回転速度（ｎ）を調節するための回転速度調節装置（４２）が割り当てられ、
・前記遠心ポンプ（１４）の製品ごとの初期回転速度（ｎ（ｏ））および前記蒸気温度（Ｔ１）を調整し、前記温度調節装置（４４）、前記制御弁（４６）、前記温度測定装置（４０）、および前記回転速度調節装置（４２）との関連において前記初期回転速度（ｎ（ｏ））の増加を実行する制御および調節装置（５０）が設けられている、
ことを特徴とするシステム（１００）。
【請求項１１】
前記容器下部側冷却剤チャンバ、前記ドレン管側冷却剤チャンバ、および前記ポンプハウジング側冷却剤チャンバ（１０．４、１２．１、１４．１）は、互いに別個に冷却（Ｋ）を被る、ことを特徴とする請求項１０に記載のシステム（１００）。
【請求項１２】
少なくとも２つの冷却剤チャンバ（１０．４、１２．１、１４．１）が、互いに直列接続され、注入器で加熱された食品（Ｐ’）に対する逆流にて冷却（Ｋ）を被る、ことを特徴とする請求項１０に記載のシステム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホエーたんぱく質濃縮物、ベビーフード、液体ベビーフード濃縮物、栄養飲料、または牛乳などの熱に敏感な液体食品の処理を制御および／または調節するための方法およびシステムであって、蒸気が、注入器容器内に無菌状態を確立させるために液体食品を直接加熱し、先に供給された蒸気の量に相当する量の水が、低圧におけるフラッシュ蒸発によって液体食品から除去され、液体食品は、加熱とフラッシュ蒸発との間を遠心ポンプによって送られ、液体食品は、この流路の少なくとも一部分において、注入器容器の下部領域への進入に始まって最大で遠心ポンプに進入するまで、この流路を境界付けている関連の壁の各々によって冷却を被る方法およびシステムに関する。さらに、本発明は、そのようなシステムのための遠心ポンプに関する。
【０００２】
上述の種類の熱に敏感な液体食品は、比較的大量のたんぱく質と、大量の乾燥質量と、少量の水とを含み、低い粘性、平均的な粘性、または高い粘性を有し得る。「熱に敏感」という用語は、以下において、これらの食品が、好ましくは１００℃を上回る温度において、これらの条件下の重要な壁、すなわち注入器容器の壁、それらを運ぶ遠心ポンプ、および注入器容器を遠心ポンプに接続する流路の壁に集まって焼き付き、すなわち被膜を形成する傾向にあることを意味すると理解されるべきである。この被膜の形成は、製品の付着とも呼ばれる。製品の付着は、使用期間を短くし、あるいは２回の洗浄サイクルの間の注入器容器、とくには遠心ポンプの稼働時間を短くする。重要な壁における加熱された液体食品の焼き付きは、これらの壁を冷却することによって対処される。
【背景技術】
【０００３】
注入器容器と、任意のやり方で設計され、注入器容器の下流に配置される送出装置とを備える加熱システムのとくに重要な領域は、出口開口部へと下方に先細りである注入器容器の下部領域および送出装置である。送出装置は、ギアポンプ、ベーンポンプ、インペラポンプ、または回転ポンプなど、それ自体は公知の回転容積型ポンプであってよい。回転容積型ポンプは、一般に、この形式のポンプの特有の回転速度依存の体積流量ゆえに、注入器容器の所望の最小充てんレベルの調節が問題なく可能であるため、出口開口部に直接配置される。ギアポンプの配置が、特許文献１から知られており、そのハウジングは、冷却システムを有し、ハウジングは、注入器容器の出口開口部に直接隣接している。設計に応じて、ギアポンプは、歯車が互いにしっかりと噛み合い、関連するハウジング壁をこすることによって、次第に蓄積する被膜（製品の付着）の形成を防止するため、自己洗浄機能を備えている。
【０００４】
しかしながら、遠心ポンプとして設計された送出装置を使用することがすでに提案されており、これは、一般に、出口開口部に末端を有して下方へと延びているドレン管の上方に配置され、したがって注入器容器から或る距離に位置する。そのような距離は、出口開口部と遠心ポンプへの入口との間のドレン管における追加の液体リザーバを呈するが、注入器容器内の充分に信頼できる充てんレベルの調節を達成するために必要である。注入器容器の下部領域において充てんレベルが変動すると、その場所において滞留時間が不都合にも不定となり、充てんレベルが遠心ポンプの入口まで下がると、蒸気が遠心ポンプに吸い込まれ、望ましくないキャビテーションが発生する可能性がある。不定の滞留時間およびキャビテーションは、液体食品の品質低下を引き起こす。
【０００５】
特許文献２において、特許文献１から知られる熱に敏感な液体食品を熱処理するためのシステムが改良されており、システムの個々のアセンブリの他の点では変更されていない構成において、注入器容器の下部を囲んでこの下部を冷却するように機能する冷却ジャケットが、ポンプの下方に延びており、好都合な実施形態によればポンプハウジングへと延びている。ポンプは、容積型ポンプであり、好ましくはギアポンプまたはピストンポンプである。しかしながら、遠心ポンプも、この遠心ポンプがどのように設計されるかは示されていないが、記載されている。したがって、専門家にとって公知の基本設計を有する従来からの水力学的に最適化された遠心ポンプが設けられると考えることができる。
【０００６】
問題のない水などの液体食品のための遠心ポンプは、充分に知られた基本設計を有する。最大の水力学的効率を有するように設計および構成され、すなわち所与の駆動エネルギにおいて体積流量と吐出量との積が最大になるように設計および構成される。少なくとも２つのハウジング部品で構成される一般的なポンプハウジングにおいて、ブレードを備えたインペラホイールがシャフト上に配置される。ポンプハウジング内で、例えばらせん状ハウジングまたはブレードのない環状空間の形態のガイド装置が、リング形状の周囲のインペラホイール出口断面の外側に隣接している。吸込側のハウジング部分、すなわちハウジングカバーに、インペラホイールと同軸であり、通常はいわゆる吸い込み口として設計される入口と、通常はいわゆる圧力ポートとして設計され、好ましくは周囲において接線方向に吐出をもたらす出口とが位置している。インペラホイールの圧力側は、吸込側とは反対側のハウジング部分、すなわちハウジング後壁と、いわゆる後ろ側ホイール側チャンバを形成し、ホイール後ろ側チャンバは、一般に、遠心ポンプの水力学的効率を良好にするために軸方向の広がりが小さい。この軸方向またはギャップ幅の広がりは、一般に、適切な製造公差に鑑みて遠心ポンプの機械的機能を確保するために充分に短く寸法付けられる。同様に、この場合には開いたインペラホイールの前端面ブレードエッジであるインペラホイールの前側も、きわめて狭いギャップでハウジングカバーの輪郭に合わせられる。インペラホイールの両側に作用する圧力に起因する軸方向の力を低減するために、比較的小さな直径を有する複数の圧力補償穴が、インペラホイールのハブ領域に配置され、その円周に分布している。
【０００７】
上述の種類の熱に敏感な液体食品においては、製品が遠心ポンプによって送り出されているときの遠心ポンプの壁への付着の傾向を最小限に抑えることが主な目標である。例えば、注入器容器においてきわめて熱に敏感な液体食品を直接加熱し、次いで通常の設計、すなわち水力学的に最適化された設計の下流の遠心ポンプによって注入器容器から加熱された液体食品を排出する場合、この遠心ポンプが製品の付着によってきわめて短い時間で詰まり、すなわち数秒から数分で詰まり、動作を停止することが明らかになっている。とくに重要な領域は、溶解していない気体、とくには非凝縮蒸気によって製品の付着が促進されるインペラホイールの吸込領域、および狭いギャップ幅の後ろ側ホイール側チャンバである。
【０００８】
熱に敏感な液体食品を処理するためのシステムであって、熱に敏感な液体食品を料理用蒸気によって直接加熱するシステムにおいて、遠心ポンプの具体的な設計に関して、満足できる解決策は依然として未知である。
【０００９】
遠心ポンプがドレン管によって注入器容器の出口開口部に接続されている既知のシステムにおいては、システムの動作段階を制御および／または調節するために使用される充てんレベルの調節が、出口開口部およびドレン管の領域において必要である。この種の制御および／または調節において、ドレン管の充てんレベルの変動が不可避的に発生し、防止が不可能であることが明らかになっている。これらの充てんレベルの変動は、注入器容器および注入器容器につながったドレン管において、直接加熱される液体食品のこの領域における滞留時間の１５〜２０％になる滞留時間の変動を引き起こす。充てんレベルが高すぎる場合、この必然的に小さくなる落下高さによって液体食品の蒸気への曝露時間が不充分になり、所望の製品温度設定点に到達せず、不充分な加熱の液体食品に蒸気泡が含まれたままになる。充てんレベルが低すぎると、一方では、製品温度設定点を超えることになり、他方では、蒸気が遠心ポンプに吸い込まれてキャビテーションを発生させ、液体食品および遠心ポンプに有害な結果をもたらす危険が存在する。
【００１０】
充てんレベルの変動、したがって滞留時間の変動に起因する蒸気泡の混入は、とくには遠心ポンプのブレードへの製品の付着の増加につながる。製品の付着は、一般に、システムの動作段階の短縮を引き起こし、動作段階の持続時間は、システムの使用期間とも呼ばれる。使用期間は、製品の付着を除去するためのシステムの２つの清掃サイクルの間の時間の長さと同等である。しかしながら、使用期間の延長は、一般に、上述の理由で動作段階が長くなるがゆえに望ましいだけでなく、製品の経時的付着の量が少なくなることによる使用期間の延長は、液体食品中のたんぱく質および脂肪について損傷または影響が少なくなるため、製品品質の向上ももたらす。
【００１１】
遠心ポンプの冷却も、使用期間に大きく影響する。上述のように、製品の付着がこの位置において生じ、とくには溶解していない気体、とりわけ非凝縮蒸気によって製品の付着が促進されるインペラホイールの吸込領域と、狭いギャップ幅の後ろ側ホイール側チャンバとにおいて生じる。これらの領域を冷却すると、使用期間は長くなるが、遠心ポンプのブレードへの製品の付着を防ぐことはでず、代わりに製品の付着の成長を抑制できるにすぎない。この製品の付着は、通路の断面を減少させ、壁に近い流れの領域における摩擦抵抗を増大させるがゆえに、遠心ポンプのスループットを低下させ、すでに問題であるシステムの関連部分における充てんレベルの変動、したがって滞留時間の変動をさらに著しくする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】欧州特許第０７９４７０６号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１６/０１２０２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、熱に敏感な液体食品の処理を制御および／または調節するための方法、この方法を実行するためのシステム、ならびにこのシステムのための遠心ポンプであって、遠心ポンプにおいて製品の付着が成長する場合に、注入器容器の充てんレベルの調節の改善を実現し、したがって加熱されるべき液体食品の滞留時間を一定にする方法、システム、ならびに方法を生み出すことである。さらなる目的は、好ましくは市販の遠心ポンプを、製品の付着の成長を抑制し、使用期間の延長に寄与するように改造することからなる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、請求項１の特徴を備える方法によって達成される。本発明による方法の好都合な実施形態が、関連の従属請求項の主題である。この方法を実行するためのシステムが、独立請求項１０の主題である。本発明によるシステムの好都合な実施形態が、関連の従属請求項の主題である。請求項１０に記載のシステムのための遠心ポンプが、請求項１３の主題である。本発明による遠心ポンプの好都合な実施形態が、関連の従属請求項の主題である。
【００１５】
プロセス工学に関して、本発明は、熱に敏感な液体食品の処理を制御および／または調節するための方法であって、蒸気が、注入器容器内に無菌状態を確立させるために液体食品を直接加熱し、先に供給された蒸気の量に相当する量の水が、低圧におけるフラッシュ蒸発によって液体食品から除去される方法に基づく。この方法において、液体食品は、加熱とフラッシュ蒸発との間を遠心ポンプによって送られ、液体食品は、この流路の少なくとも一部分において、注入器容器の下部領域への進入に始まって最大で遠心ポンプに進入するまで、この流路を境界付けている関連の壁の各々によって冷却を被る。
【００１６】
本発明の根底にある目的は、この一般的な種類の方法において、直接加熱されるべき液体食品のそれ自身は公知の処理の最中に、一方では、インペラホイールをポンプ室に回転可能に収容して備える遠心ポンプが使用され、この遠心ポンプが、インペラホイールによって送られる液体食品の体積流量の一部が、インペラホイール自体およびインペラホイールに直接隣接する指定のとおりのポンプ室の領域をすすぐ役割を果たすように設計される場合に達成される。
【００１７】
他方で、本発明による以下の処理ステップ（ａ）〜（ｅ）が提供される。
（ａ）注入器で加熱された液体食品の遠心ポンプの下流で検出される製品温度が、蒸気温度の蒸気を注入器容器の上部領域へと供給することによって、指定のとおりに達成されるべき製品ごとの製品温度設定点に調節される。そのようにするとき、それ自身は公知のやり方で、製品温度の低下が蒸気温度の上昇を生じさせ、製品温度の上昇が蒸気温度の低下を生じさせる。
（ｂ）液体食品の処理の初期段階において、遠心ポンプが、遠心ポンプの定格回転速度を所定の量だけ下回る初期回転速度で運転される。この初期回転速度は、液体食品ならびに／あるいは遠心ポンプの設計、すなわち指定されたすすぎの程度、またはポンプ室およびインペラホイール自体のすすぎの体積流量に依存する。
（ｃ）次いで、遠心ポンプの体積流量の減少が、この減少が製品温度の低下と同時に生じたときに、初期回転速度を増加させることによって相殺される。
（ｄ）初期回転速度は、製品温度の低下および／または蒸気温度の上昇に応じて増加させられる。そのようにする際に、初期回転速度の増加のそれぞれの程度は、それぞれの適用の最中に少なくとも製品温度を一定に保つという調節の必要性からもたらされる。それぞれの初期回転速度は、一般に、それぞれの液体食品について事前に実験的に得られた経験値によって決定される。
（ｅ）達成されるべき前記指定の製品温度設定点（Ｔ２（Ｓ））および／または処理の開始時の製品温度設定点（Ｔ２（Ｓ））を達成するために必要な蒸気温度（Ｔ１）が一貫して生じるまで、ステップ（ｃ）および（ｄ）が繰り返し実行される。
【００１８】
本発明の基本的な考え方は、充てんレベルの変化が外乱変数の結果であり、それらの外乱変数のうちで、遠心ポンプのブレードへの製品の付着がきわめて重要な外乱変数であるという洞察に基づく。この製品の付着は、必然的に遠心ポンプの体積流量を減少させ、所望の体積流量を維持する目的で遠心ポンプの駆動性能を向上させるなどの対策を講じないと、注入器容器の充てんレベルの上昇につながる。これらの条件下で指定の体積流量を維持するために、回転速度を高める必要があり、したがって駆動性能の顕著な向上が必要である。充てんレベルのこの避けがたい上昇は、製品温度の低下を間接的に介し、結果として、注入器容器の温度上昇を間接的に介して生じる。要約すると、本発明による方法は、以下の因果関係を利用する。
・注入器容器の出口開口部と遠心ポンプからの出口との間の壁への徐々に成長する製品の付着が、この領域を通過する体積流量の減少につながる。
・システムが一定の体積流量で動作することになっている場合、この領域における製品の付着は、必要な回転速度の増加による駆動性能の増大を引き起こし、必要とされる回転速度の増加が生じない場合、体積流量の減少を引き起こす。
・これらの条件下での体積流量の減少は、注入器容器の充てんレベルの上昇をもたらし、したがって蒸気が、利用可能な落下時間または曝露時間内にエンタルピーを加熱されるべき液体食品へと以前のように伝えることができないため、注入器で加熱された液体食品の温度低下につながる。
・注入器で加熱された液体食品の温度低下の結果として、蒸気温度が上昇し、したがって制御工学の理由により、注入器容器内の温度上昇が必然的に生じる。
【００１９】
したがって、検出にコストのかかる注入器容器自体の充てんレベルの変化を単に使用するのではなく、むしろはるかに容易に検出することが可能であるこれらの充てんレベルの変化の影響を、単独または本発明による充てんレベルの調節に加えて使用することができ、したがって関連のシステムにおける熱に敏感な液体食品の処理を制御および／または調節することができる。
【００２０】
本発明において、初期回転速度の増加は着実に生じ、別の提案によれば、その増加は、初期回転速度の着実な増加の勾配が調節の要件からもたらされ、すなわちそれぞれの特定の適用における所与の制御要件からもたらされ、製品温度の温度低下、および／または蒸気温度の温度上昇、および／または製品ごとの要件に応じて調整されるように実行される。
【００２１】
初期回転速度を着実に増加させる代わりに、本発明は段階的増加を提案し、その増加は、調節の要件からもたらされ、すなわちそれぞれの特定の適用における所与の制御要件からもたらされる回転速度差による少なくとも１つの不連続な段階にて実行される。これに関して、別の提案は、回転速度差を製品温度の温度低下および／または蒸気温度の温度上昇、ならびに／あるいは製品ごとの要件に応じて調整することを提供する。
【００２２】
本発明は、初期回転速度および／または製品温度設定点が液体食品に特有のデフォルトパラメータに応じて設定される別のプロセス工学の実施形態を提案し、「デフォルトパラメータ」は、液体食品の密度、粘性、および熱伝導度などの物理的変数、ならびに／あるいは脂肪およびたんぱく質の割合などの組成であると理解される。したがって、この提案による方法は、加熱されるべき液体食品の特有のニーズに適合させることが可能である。
【００２３】
本発明による方法は、対象となる物理的な境界条件から切り離して動作させることができないため、さらに別のプロセス工学の実施形態においては、初期回転速度および／または製品温度設定点が、本方法が対象とする物理的な境界条件に応じて調整され、本方法の「物理的な境界条件」は、圧力および温度などの本方法のプロセス関連のデフォルトパラメータであると理解される。
【００２４】
本方法の別の実施形態においては、初期回転速度、および／または製品温度設定点、および／または回転速度差、および／または回転速度差に代わる初期回転速度の着実な増加の勾配が、本方法の開始前または開始中に試験および保存された較正関数によって調整される。これにより、得られた製品固有の経験値に沿った液体食品の処理の本発明による制御および／または調節を、時間およびコストを節約したやり方でサポートし、液体食品の高い品質で動作させることができる。
【００２５】
本発明による方法は、液体食品が環状に供給され、この液体食品に主請求項の主題である内側蒸気が内側から衝突し、外側蒸気が外側から衝突する注入器容器にも使用することができる。この場合、外側蒸気の供給は、注入器容器の上部領域における内側蒸気の必要な供給圧力に応じて、差圧の調節によって調整される。
【００２６】
熱に敏感な液体食品の処理を制御および／または調節するための本発明によるシステムは、上部空間に蒸気用の蒸気ラインおよび製品導入部の末端が位置している注入器容器と、接続ラインによって注入器容器に連通した真空チャンバと、接続ラインに配置された遠心ポンプと、注入器容器の下部に配置された出口開口部と、出口開口部につながり、遠心ポンプに末端を有しているドレン管とに、それ自身は公知のやり方で基づく。冷却のために、容器下部側冷却チャンバが設けられ、さらにポンプハウジング側冷却チャンバおよび／またはドレン管側冷却チャンバが設けられる。
【００２７】
本発明の根底にある目的は、一般的な特徴を超える本発明による以下の特徴を特徴とするシステムによって達成される。
・インペラホイールをそれ自身は公知のやり方でポンプ室に回転可能に収容して有している遠心ポンプが設けられ、インペラホイールは、本発明に従って、インペラホイールによって送られる液体食品の体積流量の一部が、インペラホイール自体およびインペラホイールに直接隣接する指定のとおりのポンプ室の領域をすすぐ役割を果たすように設計される。
・遠心ポンプのすぐ下流において、製品温度を調節するように構成され、蒸気ラインに配置された制御弁と相互作用する温度調節装置が、接続ラインに設けられる。
・制御弁の下流において、蒸気温度の温度測定装置が、蒸気ラインに設けられる。
・遠心ポンプに、遠心ポンプの回転速度を調節するための回転速度調節装置が割り当てられる。
・遠心ポンプの製品ごとの初期回転速度および蒸気温度を調整し、温度調節装置、制御弁、温度測定装置、および回転速度調節装置との関連において初期回転速度の増加を実行する制御および調節装置が設けられる。
【００２８】
加熱された液体食品のシームレスな冷却が、容器下部側冷却チャンバ、ドレン管側冷却チャンバ、およびポンプハウジング側冷却チャンバが互いに別個に冷却を被る場合に、この点について初期の提案に提示されたとおりに達成される。冷却に関して、冷却の苦労を軽減する第２の提案においては、少なくとも２つの冷却剤チャンバが互いに直列に接続され、注入器で加熱された食品に対する逆流にて冷却を被る。
【００２９】
熱に敏感な液体食品の処理を制御および／または調節するためのシステムに適した本発明による遠心ポンプは、入口と、出口と、少なくともハウジングカバーおよびハウジング後壁によって形成されたポンプハウジングとを有するそれ自身は公知の遠心ポンプに基づく。さらに、ポンプハウジング内に形成され、入口および出口に連通したポンプ室と、ポンプ室に回転可能に収容され、ハウジングカバーに向かって開き、ハウジング後壁に対してはインペラホイール後面によって閉じられるように設計されたインペラホイールと、ハウジングカバーとインペラホイールとの間にもたらされた前側インペラホイールギャップと、ハウジング後壁とインペラホイールとの間にもたらされた後ろ側インペラホイールギャップとに基づく。
【００３０】
本発明の基本的な考え方は、注入器で加熱すなわち処理された送出されるべき液体食品で、インペラホイール自体およびその隣接する重要な領域を、インペラホイール前側およびインペラホイール後ろ側の直近のポンプハウジング側エッジまですすぐことからなり、これにより、前記ポンプハウジング側エッジが本発明によるすすぎの最中にそれ自身は公知の様相で同時に冷却され、あるいは冷却され得るため、その場所における製品の付着が抑制される。
【００３１】
したがって、処理後の液体食品が、インペラホイールにおいてもたらされる体積流量の一部で指定のとおりにポンプハウジングおよびインペラホイール自体をすすぐように機能する。そのようにする際に、指定されたすすぎの体積流量は、遠心ポンプの通常の水力学に関して最適化された設計から生じるポンプハウジング内の必要な補償の流量を数倍超える。液体食品が遠心ポンプの壁に焼き付く傾向が、冷却によって減少する。これは、最適な水力学的効率の特定の犠牲によって達成される。本発明による遠心ポンプにおいては、吸込口によって引き込まれる体積流量よりもすべての多少なりとも再循環するすすぎの体積流量の合計だけ増加した体積流量が、インペラホイールにおいてもたらされる。指定されたすすぎの際に生じるすすぎの体積流量は、体積をブレードチャネルのコアからポンプハウジングの冷却された壁へと導き、そこから再びインペラホイールへと導き、冷却作用  によって非凝縮蒸気を凝縮させることにより、製品の付着の傾向を軽減する。
【００３２】
上述の相互関係から、自身が送出する液体食品によって本発明に従ってすすぎが行われる遠心ポンプが、インペラホイールに関する水力学的出力が圧力ポートにおいて実際に最終的に生じる遠心ポンプの水力学的出力よりも大きくなければならないインペラホイールを有することが明らかである。水力学的に最適化された遠心ポンプが、関連の種類のすすぎ式の遠心ポンプを実現するために選択される場合、その定格出力は、上述の出力の差だけ相応に高くなるように選択されなければならない。したがって、同じ定格出力であれば、すすぎ式の遠心ポンプのインペラホイール外径は、水力学的に最適化された遠心ポンプのインペラホイール外径よりも大きくなければならない。
【００３３】
上述の本発明の基本概念を実施するための特定の解決策は、インペラホイールを、それ自身は公知のやり方で、ハウジングカバーに向かって開き、ハウジング後壁に対してはインペラホイール後面によって閉じられるように設計されたインペラホイールとして設計することからなる。さらに、前側インペラホイールギャップが、インペラホイールの幅を減らすことによって、遠心ポンプの機械的機能を保証する最小の前側インペラホイールギャップと比べて数倍まで増やされる。この増加は、前側インペラホイールギャップがインペラホイールの外径において最も大きくなり、インペラホイールのブレードチャネルへの入口の領域へと最小前側インペラホイールギャップまで着実に減少するように構成され、インペラホイールの外径におけるインペラホイールの幅の縮小は、水力学的に最適化されたインペラホイールの幅の４０〜５０％である。前側インペラホイールギャップの領域において、インペラホイールの出口の領域から入口の領域へと延びる第２のすすぎ流が形成される。前側インペラホイールギャップの拡大ゆえに、インペラホイールギャップが狭い場合でも存在する開いたインペラホイールのブレードの前縁の周りの流れが、ブレードの圧力側と吸込側との間の圧力差によって駆動されて大幅に増加し、指定のとおりの第３のすすぎ流を発生させる。
【００３４】
２つの隣接するブレードの間のインペラホイールの各々のブレードチャネルは、インペラホイール後面を貫通する少なくとも１つのすすぎ穴によって、後ろ側インペラホイールギャップに、隣接するインペラホイール後面の領域において連通する。すすぎ穴の位置、設計形状、および寸法は、関連の第１のすすぎ流をその半径方向の進入深さ、形状、および定量的強度に関して確立させる特徴である。すすぎ穴が各々のブレードチャネルに配置される場合、これらのすすぎ穴のすべてが対応する間隔で穴の円上に配置されると、流れおよび製造に関して有用である。すすぎ穴の位置に関して、穴の円の直径も決定するインペラホイール後面のすすぎ穴のそれぞれの貫通部位の幾何学的位置が、以下のように決定されると好都合であることが明らかになっている。
・貫通部位におけるブレードの距離に対してブレードチャネルのほぼ中央を通る。
・ブレードチャネルの入口と出口との間の最大フロースレッド長のほぼ中央を通る。
【００３５】
後ろ側インペラホイールギャップの寸法に関しては、遠心ポンプの機械的機能を保証するインペラホイールの外径において始まる最小の後ろ側の半径方向を向いたインペラホイールギャップへのアクセスが、インペラホイールの外径を減らすことによって最大５ｍｍ増やされると有用であることが明らかになっている。さらに、本発明によれば、後ろ側インペラホイールギャップが、インペラホイール後面がすすぎ穴とインペラホイールのハブとの間の領域において最大２ｍｍの軸方向深さの環状の切除を被ることで拡大される。
【００３６】
所望かつ必要な第１および第２のすすぎ流の生成は、このインペラホイールギャップの拡大によってのみ可能になる。前側および後ろ側インペラホイールギャップのそれぞれの幅を、液体食品の特定の特性に応じて寸法付けることができる。
【００３７】
最も一般的な場合のすすぎ穴は、任意の形状の通路を含み、すなわち製造が容易な円形は、必須ではない。すすぎ穴は、或る穴径にて円形に設計され、あるいは円形から外れた形状を有し、この形状に必須の水力直径を有する。穴径または水力直径が、貫通部位におけるブレードの間隔の３０〜５０％であり、この領域において好ましくは４０〜５０％であると、有用であることが分かっている。
【００３８】
本発明のさらに詳細な提示が、以下の説明および図面における添付の図、ならびに特許請求の範囲から明らかである。本発明は、上述の種類の方法の広範囲の設計およびこの方法を実行するためのシステムの広範囲の実施形態にて実現されるが、本発明によるシステムの好ましい典型的な実施形態、本発明によるその制御および調節、ならびにそのようなシステムのための本発明による遠心ポンプが、以下で図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】先行技術による熱に敏感な液体食品を処理するためのシステムの概略図を示している。
【図２】本発明による熱に敏感な液体食品の処理を制御および／または調節するためのシステムについて、遠心ポンプに直接接続された液体食品の直接加熱のための注入器容器の領域の一部分の概略図を示している。
【図３】図２によるシステムからの一部分の概略図をやはり示しており、本発明による熱に敏感な液体食品の処理の制御および／または調節が示されている。
【図４】本発明による制御および／または調節の状況における図３および図４によるシステムの遠心ポンプのそれぞれのポンプ特性とパイプライン特性との相互作用を示す概略図を示している。
【図５】本発明による制御および調節の状況における図４による特性の相互作用に基づく製品温度の特性を定性的に示す概略図を示している。
【図６】本発明による制御および調節の状況における図４による特性の相互作用に基づく蒸気温度の特性を定性的に示す概略図を示している。
【図７】本発明による制御および調節の状況における図４による特性の相互作用に基づく第１の送出装置の消費電力を定性的に示す概略図を示している。
【図８】特別な液体食品に適用された本発明による方法におけるグラフィック測定記録からの画面部分を示している。
【図９】図２による本発明による遠心ポンプのインペラの子午線断面の側面図を示しており、第１、第２、および第３のすすぎ流が大まかに示されている。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１による先行技術（国際公開第２０１６／０１２０２６号パンフレットなど）から公知のシステム１００は、例えば国際公開第２０１０／０８６０８２号パンフレットに記載のとおりの注入器容器１０を含み、注入器容器１０は、その上部空間に、熱処理されるべき液体食品Ｐをこの注入器容器１０へと中央において環状に供給するための製品導入部２０を有する。このようにして供給される液体食品Ｐに、注入器容器１０のヘッドスペースを介して直接加熱のための蒸気Ｄも供給され、すなわち第１の蒸気Ｄ１が外側蒸気導入部２２を通って外側から半径方向に供給され、第２の蒸気Ｄ２が内側蒸気導入部２４を通って内側から半径方向に供給される。
【００４１】
注入器容器１０は、出口開口部に向かって下方へと先細りになる下部において、容器下側冷却剤チャンバ１０．４によって境界付けられている。注入器容器１０の出口開口部は、ドレン管側冷却剤チャンバ１２．１によって囲まれたドレン管１２によって第１の送出装置１４へと接続され、第１の送出装置１４は、容積型ポンプとして設計され、好ましくは回転容積型ポンプとして設計され、第１の送出装置１４から真空チャンバ１６への入口へと続く接続ライン３０に配置される。第１の送出装置１４は、ポンプハウジング側冷却剤チャンバ１４．１を備える。
【００４２】
ポンプハウジング側冷却剤チャンバ１４．１に、ポンプハウジング側冷却剤チャンバ１４．１の冷却Ｋを行うために、ポンプ側冷却剤入口２６を通って冷却剤が供給され、次いで冷却剤は、ドレン管側冷却剤チャンバ１２．１を通って流れ、ドレン管側冷却剤チャンバ１２．１の冷却Ｋをもたらし、最後に容器下側冷却剤チャンバ１０．４に進入して、注入器容器１０の下部の冷却Ｋをもたらす。冷却剤は、注入器側冷却剤出口２８から排出される。
【００４３】
送出装置１４は、注入加熱後の液体食品Ｐ’を注入器容器１０から真空チャンバ１６へと送出する。真空チャンバ１６は、この場合には第１の蒸気Ｄ１および第２の蒸気Ｄ２からなる蒸気Ｄの形態で注入器容器１０へと供給された水Ｗを、圧力の低下から温度が下がる注入加熱後の液体食品Ｐ’から、いわゆるフラッシュ蒸気として除去するように設計される。水Ｗは、好ましくは真空チャンバ１６の上部領域に配置される蒸気出口３２を通って取り出される。このようにして処理された液体食品Ｐ＊は、好ましくは先細りの下部の下部領域に配置されるドレン管３４を通り、好ましくは遠心ポンプとして設計される第２の送出装置１８を通る経路に沿って、真空チャンバ１６を出る。
【００４４】
図２が、本発明による熱に敏感な液体食品Ｐの処理を制御および／または調節するためのシステム１００について、液体食品Ｐの直接加熱のための注入器容器１０の領域の一部分の概略図を示している。一例として選択された注入器容器１０は、図１による事例と同じ設計の注入器容器であり、蒸気Ｄ、またはＤ１、Ｄ２のそれぞれと、液体食品Ｐとが、同じやり方で供給される。注入器容器１０は、好ましくは円筒形の容器ジャケット１０．１と、容器ジャケット１０．１に隣接し、出口開口部１０．３へと下方に先細りである容器下部１０．２とを有し、容器下部１０．２は、容器下部側冷却剤チャンバ１０．４によって境界付けられている。出口開口部１０．３は、ドレン管側冷却剤チャンバ１２．１に囲まれたドレン管１２によって、遠心ポンプとして設計された第１の送出装置１４に接続されている。ポンプハウジング側冷却剤チャンバ１４．１が、インペラホイール１４．３を回転可能に収容する遠心ポンプ１４のポンプハウジング１４．２へと延びている。
【００４５】
冷却剤チャンバ１０．４、１２．１、および１４．１は、好ましくは互いに直列接続され、接続ライン３０によって遠心ポンプ１４を出て真空チャンバ１６に向かって流れる注入器において加熱された液体食品Ｐ’に対する逆流にて、冷却Ｋを被る。第１の冷却Ｋ１が、第１の冷却剤入口１４．１．１から第１の冷却剤出口１４．１．２への道程におけるポンプハウジング側冷却剤チャンバ１４．１を含む。第２の冷却Ｋ２が、第２の冷却剤入口１２．１．１から第２の冷却剤出口１２．１．２への道程におけるドレン管側冷却剤チャンバ１２．１に関する。第３の冷却Ｋ３が、第３の冷却剤入口１０．４．１から第３の冷却剤出口１０．４．２への道程における容器下部側冷却剤チャンバ１０．４を含む。
【００４６】
蒸気Ｄまたは内側蒸気Ｄ２を注入器容器１０へと供給するための内側蒸気導入部２４が、蒸気ライン２４．１に接続されている。遠心ポンプ１４（図３）のすぐ下流において、製品温度Ｔ２または製品温度設定点Ｔ２（Ｓ）の調節（「Ｃ」）を行うように構成されるとともに、温度（「Ｔ」）の表示（「Ｉ」）を行うさらなる能力を有している温度調節装置４４（→ＴＩＣ）が接続ライン３０に存在し、制御および調節装置５０を介して蒸気ライン２４．１に配置された制御弁４６と相互作用する。制御弁４６の下流において、温度（「Ｔ」）の表示（「Ｉ」）を行い、この件についてのエラーメッセージ（「Ａ」）を生じさせることができる蒸気温度Ｔ１または蒸気温度設定点Ｔ１（Ｓ）の温度測定装置４０（→ＴＩＡ）が、蒸気ライン２４．１に設けられている。遠心ポンプ１４には、遠心ポンプ１４の回転速度ｎ（「Ｓ」）の調節（「Ｃ」）を行うための回転速度調節装置４２（→ＳＣ）が割り当てられている。制御および／または調節のための信号は、信号線を通って伝えられ、そのうちの１つの信号線４８が例として図示されている。
【００４７】
注入器で加熱された液体食品Ｐ’の液体レベルＮが、注入器容器１０内に例として描かれており、ドレン管１２へと延びることもできる液体レベルの変化Δｈが、本発明による方法によって最小化される。本発明に従って可能な限り一定に維持されるべきである加熱されるべき液体食品Ｐについて利用可能な落下高さｈが、液体レベルＮの位置または液体レベルの変化Δｈから必然的にもたらされる。遠心ポンプ１４は、接続ライン３０における遠心ポンプ１４の圧力側出口に、遠心ポンプ吐出圧力ｐ（１４）を生成する。
【００４８】
制御および調節装置５０は、接続部ａ、ｂ、ｃ、ｄを有し、接続部ａ、ｂ、ｃ、ｄによって、信号の伝達および制御のために、温度測定装置４０、回転速度調節装置４２および温度調節装置４４、ならびに制御弁４６の関連する接続部ａ、ｂ、ｃ、ｄに接続される。制御および調節装置５０は、温度測定装置、回転速度調節装置、および温度調節装置４０、４２、４４、ならびに制御弁４６と協働して、製品ごとの遠心ポンプ１４の初期回転速度ｎ（ｏ）および蒸気温度Ｔ１を設定し、初期回転速度ｎ（ｏ）から始まる回転速度ｎの増加を実行する。
【００４９】
図３と関連する図４〜図７の定性的な図が、熱に敏感な液体食品Ｐの処理を制御および／または調節するための本発明による方法を説明する役に立ち、この方法は、一例として図２に従って設計される本発明によるシステム１００によって達成することができる。蒸気による液体食品Ｐの直接加熱のための基本的な方法は、導入としてすでに充分に説明済みである。目的、すなわち充てんレベルの調節の改善を達成し、したがって遠心ポンプ１４において製品の付着Ｆが増加する場合に加熱されるべき液体食品Ｐの一定の滞留時間を達成するための解決策を、以下で説明する。
動作段階
【００５０】
システム１００（図３を参照）のトラブルの生じていない動作段階においては、遠心ポンプ１４の下流で検出される注入器で加熱された液体食品Ｐ’の製品温度Ｔ２が、指定のとおりに達成されるべき製品ごとの製品温度設定点Ｔ２（Ｓ）へと調節される。これは、この場合には蒸気温度設定点Ｔ１（Ｓ）に対応する蒸気温度Ｔ１の蒸気ＤまたはＤ１、Ｄ２の供給を調節することによって達成される。供給は、制御および調節装置５０ならびに制御弁４６と協働する温度調節装置４４によって、注入器容器１０の上部領域において生じる。それ自体は既知の様相で、製品温度設定点Ｔ２（Ｓ）からの製品温度Ｔ２の低下が、蒸気温度Ｔ１の上昇を生じさせ、製品温度設定点Ｔ２（Ｓ）に対する製品温度Ｔ２の上昇が、蒸気温度の低下を生じさせ、すなわち調整されるべき指定の蒸気温度設定点Ｔ１（Ｓ）からのそれぞれの逸脱を生じさせる。
初期段階
【００５１】
とりわけ図４において見て取ることができる液体食品Ｐの処理の初期段階において、製品の付着Ｆはまだ発生していない。図４は、吐出圧力ｐ、遠心ポンプ１４の２つのポンプ特性ＰＫＬ、およびシステム１００の標準パイプライン特性ＲＫＬに依存する体積流量Ｑの図を示している。初期段階において、遠心ポンプ１４は、製品の付着がない割り当てられたポンプ特性ＰＫＬ（ｏ）において所与の量だけ遠心ポンプ１４の定格回転速度ｎ（Ｎ）を下回る初期回転速度ｎ（ｏ）で運転される。標準パイプライン特性ＲＫＬとの組み合わせにおいて、製品の付着のない動作点Ｂ（ｏ）が設定される。この動作点Ｂ（ｏ）において、遠心ポンプ１４は、製品の付着のない遠心ポンプ吐出圧力ｐ（１４）（ｏ）に対して、製品の付着のない体積流量Ｑ（ｏ）を送出する。
【００５２】
この点で、時間ｔの関数としての蒸気温度Ｔ１（図６）、時間ｔの関数としての製品温度Ｔ２（図５）、および時間ｔの関数としての消費電力Ｌ（図７）の図において、初期段階は、例えば製品の付着Ｆが始まるであろう第１の時点ｔ１の左側に常に位置する。図６において、指定のとおりに設定された蒸気温度設定点Ｔ１（Ｓ）に対応する製品の付着のない蒸気温度Ｔ１１がもたらされる。図５において、指定のとおりに達成されるべき製品温度設定点Ｔ２（Ｓ）に対応する製品の付着のない製品温度Ｔ２１がもたらされる。図７において、製品の付着のない動作点Ｂ（ｏ）において製品の付着のない初期回転速度ｎ（ｏ）から生じる遠心ポンプ１４の製品の付着のない消費電力Ｌ１がもたらされる。
【００５３】
製品の付着Ｆが第１の時点ｔ１において始まると、図４に示されるように、製品付着時の遠心ポンプ吐出圧力ｐ（１４）（Ｆ）１は、吐出圧力差Δｐ（１４）だけ低くなり、遠心ポンプ１４を通る体積流量が、製品付着時の体積流量Ｑ（Ｆ）１へと体積流量差ΔＱだけ減少する。製品付着時の第１の動作点Ｂ（Ｆ）１が、製品付着時の関連のポンプ特性ＰＫＬ（Ｆ）１において生じる一方で、初期回転速度ｎ（ｏ）は、ほぼ不変のパイプライン特性ＲＫＬとの関連において最初は変化しない。例として選択された第２の時点ｔ２における製品付着時の体積流量Ｑ（Ｆ）１へと製品の付着のない体積流量Ｑ（ｏ）が体積流量差ΔＱだけ減少することにより、製品温度Ｔ２の温度低下ΔＴ２が生じ、すなわち製品の付着がない製品温度Ｔ２１から製品付着時の製品温度Ｔ２２への温度低下ΔＴ２が生じる（図５）。
【００５４】
示されている時間差ｔ２−ｔ１は、有限の時間差Δｔであってよいが、差分時間間隔ｄｔであってもよく、制御および／または調節は、任意の所与の数の連続する時間間隔ｄｔで実行されてよい。本発明による制御および／または調節は、両方の場合に合わせて構成されるべきである。図５に示される温度低下ΔＴ２の状況において、蒸気温度Ｔ１の温度上昇ΔＴ１が、第１の時点ｔ１を起点に第２の時点ｔ２まで生じ、すなわち製品の付着のない蒸気温度Ｔ１１から製品付着時の蒸気温度Ｔ１２へと生じる（図６）。本発明による改善策がない場合、図５および図６の温度状態が現れ、不変の初期回転速度ｎ（ｏ）および不変の製品付着時消費電力Ｌ１を有する図７における製品付着時の第１の動作点Ｂ（Ｆ）１が、第２の時点ｔ２に位置すると考えられる。
制御段階
【００５５】
第１の時点ｔ１において製品の付着Ｆが始まると、本発明による方法は、遠心ポンプ１４の体積流量の減少に、この減少が製品温度Ｔ２の温度低下ΔＴ２と同時に生じたときに初期回転速度ｎ（ｏ）を増加させることによって対処する。初期回転速度ｎ（ｏ）は、製品温度（Ｔ２）の温度低下ΔＴ２および／または蒸気温度Ｔ１の温度上昇ΔＴ１に応じて増やされる。温度低下ΔＴ２および／または温度上昇ΔＴ１の関数としての初期回転速度ｎ（ｏ）の増加は、指定のとおりに達成されるべき製品温度設定点Ｔ２（Ｓ）および／または処理の開始時の製品温度設定点Ｔ２（Ｓ）を達成するために必要な蒸気温度Ｔ１が一貫して生じるまで続けられる。
【００５６】
制御段階の結果は、図４および図７から明らかである。初期回転速度ｎ（ｏ）を回転速度差Δｎだけ増加させることで、関連の製品付着時ポンプ特性ＰＫＬ（Ｆ）２の製品付着時の第２の動作点Ｂ（Ｆ）２における製品付着時回転速度ｎ（Ｆ）２＝ｎ（ｏ）＋Δｎがもたらされる。製品付着時の第２の動作点Ｂ（Ｆ）２において、製品付着時体積流量Ｑ（Ｆ）２および製品付着時吐出圧力ｐ（１４）（Ｆ）２が生じ、ここで、Ｑ（Ｆ）２＝Ｑ（ｏ）かつｐ（１４）（Ｆ）２＝ｐ（１４）（ｏ）である（図４）。図７において、第１および第２の時点ｔ１、ｔ２の間の問題の期間において、初期回転速度ｎ（ｏ）を回転速度差Δｎだけ増加させることにより、製品の付着のない消費電力Ｌ１から製品付着時消費電力Ｌ２（製品付着時回転速度ｎ（Ｆ）２における製品付着時の第２の動作点Ｂ（Ｆ）２）へと、電力差ΔＬだけ遠心ポンプ１４による消費電力Ｌが増えることが認められることが、明らかである。
【００５７】
製品付着時の第２の動作点Ｂ（Ｆ）２および関連の製品付着時ポンプ特性ＰＫＬ（Ｆ）２の両者は、それぞれ製品の付着がない動作点Ｂ（ｏ）または製品の付着のないポンプ特性ＰＫＬ（ｏ）と同じである。これは、目的に応じて、上述のとおりの上首尾な制御および／または調節の後で、注入器容器１０および隣接する遠心ポンプ１４を通る体積流量Ｑ、液体レベルＮ、したがって遠心ポンプ１４の内部までの注入器容器１０における滞留時間が、一定に保たれ、製品温度Ｔ２および蒸気温度Ｔ１が、それぞれ指定された設定点Ｔ２（Ｓ）またはＴ１（Ｓ）へと戻されるため、必然的な結果である。
【００５８】
好都合な実施形態において、本発明による方法は、初期回転速度ｎ（ｏ）の増加をリアルタイム調節の意味において着実に生じさせる。この点に関し、初期回転速度ｎ（ｏ）の着実な増加の勾配を、調節の要件からもたらし、温度低下ΔＴ２、および／または温度上昇Ｔ１、および／または製品ごとの要件に応じて設定することが、さらに提案される。
【００５９】
上記の提案の代わりに、別の実施形態は、初期回転速度ｎ（ｏ）の増加を、調節の要件からもたらされる回転速度差Δｎによる少なくとも１つの不連続な段階にて行う。さらに、この点に関して、回転速度差Δｎは、温度低下ΔＴ２、および／または温度上昇ΔＴ１、および／または製品ごとの要件に応じて設定される。
【００６０】
図８は、約３時間の処理期間（時間軸ｔの８時３３分〜１１時３３分を参照）において３５，０００Ｌのクリームを処理するために使用される本発明による方法のグラフ測定記録の画面部分を示している。測定記録の一番上の線は、システム１００の動作の準備ができていることを示しており、この点に関し、おおむね８時２０分までの階段状の始まりは、水によるシステム１００の起動段階を示している。使用した遠心ポンプ１４は、本発明に従って修正された遠心ポンプであり、１５ｋＷの定格出力、ｎ（Ｎ）＝２，９００ｒｐｍの定格回転速度、および後述の意味でポンプ室６８およびインペラホイール１４．３自体をすすぐために２０５ｍｍから１９５ｍｍへと機械加工されたインペラホイールの外径を有する。
【００６１】
クリームの処理は、定格回転速度ｎ（Ｎ）＝２，９００ｒｐｍを下回る７３％の初期回転速度ｎ（ｏ）＝２，１１７ｒｐｍ（請求項１のステップ（ｂ）による定格回転速度ｎ（Ｎ）を下回る所与の量）で始まる。動作段階の終わりにおいて、回転速度ｎは、本発明に従って回転速度を増加させることによって定格回転速度の７７％まで上昇し、したがってｎ＝２２３３ｒｐｍである。回転速度の増加は、流量に関する制御変数（グラフにおける下方の線「制御変数−（１４）−流量」）によって示されるとおり着実に実行された。遠心ポンプ１４の回転速度調節式駆動モータの消費電力は、駆動モータ、したがって遠心ポンプ１４の回転速度ｎにほぼ比例する。「１４−流量」によって識別される幅の広いバーは、駆動モータの実際の消費電力を表し、消費電力の変動幅は、駆動モータ自体の回転速度の調節によって説明される。回転速度の調節は、遠心ポンプ１４、関連の回転速度調節装置４２（ＳＣ）、ならびに制御および調節装置５０（図３）に保存された製品ごとのデフォルトパラメータによって実現される。
【００６２】
さらに、図８による図は、製品の付着Ｆにもかかわらず製品温度Ｔ２を一定に保つという要件が、Ｔ２＝１４４°Ｃで３時間の処理期間の全体にわたってきわめて良好に満たされることを明確に示している。そこに関与する構成要素は、温度調節装置４４（ＴＩＣ）、制御および調節装置５０に保存された製品ごとのデフォルトパラメータ、および制御弁４６（図３）である。
【００６３】
一定の製品温度Ｔ２で、３時間の処理期間の全体にわたって、蒸気温度Ｔ１を、処理期間の初めにおいて必要とされ、終わりにおいても必要とされる値（Ｔ１（８時３３分）＝１４６．２°Ｃ）へと戻すという本明細書による解決策が想定するあらゆる事象において追求されるべき目標は、Ｔ１（１１時３３分）＝１４７．７°Ｃ、したがって関連の温度差ΔＴ１＝１．５°Ｃで達成されていない。この状況において、顧客の希望に応じてクリーム製品を保護するために、製品の付着Ｆによる遠心ポンプ１４の体積流量の減少が、必要かつ可能な回転速度の増加によって、完全には克服されなかったという第１の説明を提供することができる。第２の説明は、この領域でも生じる注入器で加熱された液体食品Ｐ’の再加熱が、注入器容器１０の出口開口部１０．３と遠心ポンプ１４からの出口との間の予想外に強力な製品の付着Ｆによって、この点に関する遠心ポンプの体積流量Ｑの減少の完全な補償にもかかわらず制限され、この制限は、本発明による方法の文脈におけるΔＴ１＝１．５°Ｃだけ高い蒸気温度Ｔ１によってのみ恒久的に補償することができるという説明であり得る。それにもかかわらず、製造設備の実際の条件下で得られ、顧客の熱に敏感な液体食品Ｐの穏やかな処理という顧客の要求を考慮した図８に示される結果は、本発明による方法にいかなる疑問も投げかけず、むしろ反対に、本発明による解決策の手法の有効性を裏付けている。
【００６４】
図９に示される本発明による遠心ポンプ１４の配置位置は、水平方向に向けられたポンプシャフトの回転軸を有する。注入器容器１０に関連して、ポンプシャフトの回転軸が好ましくは重力方向に向けられることにより、この遠心ポンプ１４を、好都合に、吸い込み口として設計されてよい入口６０によって、注入器容器１０の出口開口部１０．３から出るドレン管１２の下端に直接接続することができる。本発明による実施形態における遠心ポンプ１４は、入口６０を通って進入して圧力ポートとして設計された出口６２から出る熱に敏感な液体食品Ｐの送出にとくに適する。それ自体は公知のやり方で、遠心ポンプ１４は、少なくともハウジングカバー６４とハウジング後壁６６とによって形成されるポンプハウジング１４．２をさらに有する。入口６０および出口６２に連通するポンプ室６８は、ポンプハウジング１４．２内に形成され、インペラホイール１４．３を収容する。ブレード７２およびブレード７２によって形成されたブレードチャネル７４を有するインペラホイール１４．３は、ハウジングカバー６４に向かって開き、インペラホイール後面７０によってハウジング後壁６６に対して閉じるように設計されている。インペラホイール後面７０は、後ろ側インペラホイールギャップｓ１だけハウジング後壁６６から離れている。ブレード７２の前縁によって実質的に形成されるインペラホイール１４．３の前側も、前側インペラホイールギャップｓ２だけハウジングカバー６４から離れている。入口６０、ハウジングカバー６４、およびハウジング後壁６８の全体または一部分を、例えば、第１の冷却Ｋ１の目的のためのポンプハウジング側冷却剤チャンバ１４．１の形態で境界付けることができる。
【００６５】
前側インペラホイールギャップｓ２は、インペラホイール１４．３の幅を減らすことによって遠心ポンプ１４の機械的機能を保証する最小の前側インペラホイールギャップｓ２＊と比較して大きくされ、すなわちインペラホイール１４．３の外径ＤＬにおいて最も大きく、好ましくはブレードチャネル７４への入口の領域へと連続的に減少して最小の前側インペラホイールギャップｓ２＊となり、外径ＤＬにおけるインペラホイール１４．３の幅の減少は、水力学に関して最適化されたインペラホイールの幅の４０〜５０％である。
【００６６】
２つの隣接するブレード７２の間のインペラホイール１４．３の各々のブレードチャネル７４は、インペラホイール後面７０を貫通する少なくとも１つのすすぎ穴７６によって、後ろ側インペラホイールギャップｓ１に、隣接するインペラホイール後面７０の領域において連通する。インペラホイール後面７０のすすぎ穴７６のそれぞれの貫通部位の幾何学的位置は、貫通部位でのブレード７２の間隔に対するブレードチャネル７４の中央によって決定され、入口と出口との間のブレードチャネル７４の最大フローストリング長の中央によってほぼ決定される。この場合に、好ましくはすべてのすすぎ穴７６が穴の単一の円上に配置される。
【００６７】
別の好ましい実施形態においては、遠心ポンプ１４の機械的機能を保証するインペラホイール１４．３の外径ＤＬにおいて始まる最小の後ろ側の半径方向を向いたインペラホイールギャップｓ１＊へのアクセスが、外径ＤＬを減らすことによって最大５ｍｍ増やされる。後ろ側インペラホイールギャップｓ１の必要かつ望ましい拡大が、インペラホイール後面７０がすすぎ穴７６とインペラホイール１４．３のハブとの間の領域において最大２ｍｍの軸方向深さの環状の切除７８を被ることで存在する。
【００６８】
すすぎ穴７６は、好ましくは穴径Ｄｂの円形に設計され、あるいは円形から逸脱した形状であって、この形状についての標準である水力直径Ｄｈを有する形状を有し、ここで水力直径Ｄｈは、すすぎ穴７６の通路断面積の４倍およびすすぎ穴７６の外周からの既知のやり方での商として寸法付けられる。この場合、好ましくは、穴径Ｄｂまたは水力直径Ｄｈが、すすぎ穴７６の貫通部位におけるブレード７２の間隔の３０〜５０％であることが推奨される。
【００６９】
最後に、図９は、大まかに図式的に示された以下でさらに詳しく説明される本発明による第１のすすぎ流Ｓ１、第２のすすぎ流Ｓ２、および第３のすすぎ流Ｓ３を示している。
【００７０】
先行技術による遠心ポンプ、好ましくは市販の遠心ポンプを、本発明に従って修正するための以下の手段が、互いに組み合わせられ、あるいは単独で考慮されても、本発明によるインペラホイール１４．３のすすぎを保証する。
・インペラホイール１４．３を両側において削り取ること、または
ポンプシャフトの方向の軸方向に有効なスペーサ要素を、ハウジングカバー６４とハウジング後壁６６との間の接続点に配置する（ここで、インペラホイール１４．３は、ハウジング後壁６６に対して軸方向にオフセットされず、あるいはポンプ室６８においてポンプシャフト上で相応に軸方向にオフセットされ、もしくはポンプシャフトとともに相応に軸方向にオフセットされる）こと
のいずれかにより、後ろ側インペラホイールギャップｓ１および／または前側インペラホイールギャップｓ２（図９を参照）を広げる。
・上述のすすぎ穴７６を上述のやり方で配置する。
【００７１】
後ろ側インペラギャップｓ１を広げ、あるいは後ろ側インペラギャップｓ１へのアクセスを拡大することによって、関連の後ろ側ホイール側チャンバに、インペラホイール外径ＤＬを有する位置にあるインペラホイール１４．３の出口側において支配的な静圧が、あまり制限されることなく、半径方向の拡がりの領域の全体に衝突する。ブレードチャネル７４において、それぞれのすすぎ穴７６における静圧は、後ろ側ホイール側チャンバの静圧よりも小さい。これが、ブレードチャネル７４において、内側から外側へと向いた第１のすすぎ流Ｓ１をもたらす。後ろ側ホイール側チャンバに位置する処理後の液体食品Ｐ＊が、ハウジング後壁６６において、ハウジング後壁６６に適宜もたらされる第１の冷却Ｋ１ゆえに適宜冷却されるとき、第１のすすぎ流Ｓ１によって恒久的に冷却された処理後の液体食品Ｐ＊は、好ましくはブレードチャネル７４内の流れのコア領域へと到達する。
【００７２】
前側インペラホイールギャップｓ２の上述の拡大により、ブレード７２のそれぞれの端面前縁およびそれらの軸方向の延長領域を越えて見られる第３のすすぎ流Ｓ３を形成することができる。この第３のすすぎ流Ｓ３の推進力は、ブレード上部側、すなわち圧力側の静圧と、ブレード下部側、すなわち吸い込み側の静圧とから存在する各々のブレード７２における圧力差からもたらされる。第３のすすぎ流Ｓ３は、関連のブレードチャネル７４内の流れのコア領域に出入りする処理後の液体食品Ｐ＊の交換をもたらす。
【００７３】
より大きな前側インペラホイールギャップｓ２ゆえに、多少なりとも垂直な様相で第３のすすぎ流Ｓ３に重なる半径方向を向いた第２のすすぎ流Ｓ２を、インペラホイール１４．３の出口における静圧と、インペラホイール１４．３の吸い込み側入口における静圧との差によって形成することができる。ここでも同様に、この第２のすすぎ流Ｓ２は、関連のブレードチャネル７４内の流れのコア領域に出入りする処理後の液体食品Ｐ＊の交換をもたらす。
【符号の説明】
【００７４】
図１（先行技術）
１００        システム
１０          注入器容器-（一般的な）  
１０.４       容器下側冷却剤チャンバ
１２          ドレン管
１２.１       ドレン管側冷却剤チャンバ
１４          第１の冷却剤入口
１４.１       ポンプハウジング側冷却剤チャンバ
１６          真空チャンバ  
１８          第２の送出装置
２０          製品導入部
２２          側蒸気導入部
２４          内側蒸気導入部
２６          ポンプ側冷却剤入口
２８          注入器側冷却剤出口
３０          接続ライン
３２          蒸気出口
３４          ドレン管-(処理後の食品)
Ｄ            蒸気
Ｄ１          外側の蒸気
Ｄ２          内側の蒸気
Ｋ            冷却
Ｐ            液体食品
Ｐ’          注入加熱後の液体食品
Ｐ*           処理後の液体食品
Ｗ            水
図２及び３
(１０         注入器容器)
１０.１       容器ジャケット
１０.２       容器下部
１０.３       出口開口部
(１０.４      容器下側冷却剤チャンバ)
１０.４.１    第３の冷却剤入口
１０.４.２    第３の冷却剤出口
(１２         ドレン管)
(１２.１      ドレン管側冷却剤チャンバ)
１２.１.１    第２の冷却剤入口
１２.１.２    第２の冷却剤出口
１４          遠心ポンプ
(１４.１      ポンプハウジング側冷却剤チャンバ)
１４.１.１    第１の冷却剤入口
１４.１.２    第１の冷却剤出口
１４.２       ポンプハウジング
１４.３       インペラホイール
２４.１       蒸気ライン
４０          温度測定装置
４２          回転速度調節装置
４４          温度調節装置
４６          制御弁-（蒸気Ｄ,Ｄ２のため）
４８          信号線
５０          制御および調節装置
Ｋ１          第１の冷却（ポンプハウジング１４．２の）
Ｋ２          第２の冷却（ドレン管１２の）
Ｋ３          第３の冷却（容器下部１０．２の）
Ｎ            液体レベル
ＳＣ          回転速度調節装置
Ｔ１          蒸気温度-（蒸気Ｄ,Ｄ２）
Ｔ１(Ｓ)      蒸気温度設定点（蒸気Ｄ,Ｄ２）
ＴＩＡ        温度測定装置
Ｔ２          製品温度（注入加熱後の液体食品Ｐ’）
Ｔ２(Ｓ)      製品温度設定点
ＴＩＣ        温度調節装置
a、b、d、d    接続部（制御および調節装置５０及び（４０、４２、４４、４６））
ｈ            落下高さ
Δｈ          液体レベルの変化
ｐ(１４)      遠心ポンプの吐出圧力
ｎ            回転速度（ｒｐｍ又はｒｐｓでの回転周波数）
図４から８
Ｆ            製品の付着
Ｂ（ｏ）      製品の付着のない動作点
Ｂ（Ｆ）１    製品付着時の第１の動作点-（ｎ（ｏ）における）
Ｂ（Ｆ) ２    製品付着時の第２の動作点-(ｎ（Ｆ）２＝ｎ（ｏ）＋Δｎにおける)
Ｌ            消費電力（遠心ポンプ１４）
Ｌ１          製品の付着のない消費電力-(ｎ（ｏ）における)
Ｌ２          製品付着時消費電力-(ｎ（Ｆ）２＝ｎ（ｏ）＋Δｎにおける)
ΔＬ         電力差
ＰＫＬ       ポンプ特性
ＰＫＬ（ｏ）  製品の付着のないポンプ特性-（ｎ（ｏ）における）
ＰＫＬ（Ｆ)１ 製品付着時ポンプ特性-（ｎ（ｏ）における）
ＰＫＬ（Ｆ)２ 製品付着時ポンプ特性-（ｎ（Ｆ）２＝ｎ（ｏ）＋Δｎにおける)
Ｑ            体積流量-(一般的な)
Ｑ（ｏ）      製品の付着のない体積流量-(ｎ（ｏ）における)
Ｑ（Ｆ)１     製品付着時の体積流量-（ｎ（ｏ）における）
Ｑ（Ｆ)２     製品付着時の体積流量-（ｎ（Ｆ）２＝ｎ（ｏ）＋Δｎにおける）
ΔＱ         体積流量差
ＰＫＬ       パイプライン特性
Ｔ１１        製品の付着のない蒸気温度（＝Ｔ１(Ｓ)）
Ｔ１２        製品付着時の蒸気温度
ΔＴ１        温度上昇-（製品の付着による）
Ｔ２１        製品の付着のない製品温度（＝Ｔ２(Ｓ)）
Ｔ２２        製品付着時の製品温度
ΔＴ２        温度低下-（製品の付着による）
ｎ（ｏ）      初期回転速度(製品の付着のない)
ｎ（Ｆ)２     第２の動作点での製品付着時回転速度-（Ｂ（Ｆ)２における）
ｎ（Ｎ）      定格回転速度(設計点における遠心ポンプの)
Δｎ           回転速度差
ｐ             吐出圧力(一般的な)
ｐ(１４)(ｏ)  製品の付着のない吐出圧力（Ｂ（ｏ）における）
ｐ(１４)(Ｆ)１製品付着時吐出圧力(Ｂ（Ｆ）１における)
ｐ(１４)(Ｆ)２製品付着時吐出圧力(Ｂ（Ｆ）２における)
Δｐ(１４)     吐出圧力差
ｔ             時間軸-（一般的な）
ｔ１           第１の時点-（製品の付着の始まり）
ｔ２           第２の時点-（製品の付着の増加）
△t            有限の時間差
ｄｔ           差分時間間隔
図９
(１４          遠心ポンプ)
(１４．１      パンプハウジング側冷却剤チャンバ)
(１４．２      パンプハウジング)
(１４．３      インペラホイール) 
６０           入り口（仕切りポート）
６２           出口(圧力ポート)
６４           ハウジングカバー
６６           ハウジング後壁
６８           ポンプ室
７０           インペラホイール後面
７２           ブレード
７４           ブレードチャネル
７６           すすぎ穴
７８           環状の切除
ＤＬ           インペラホイール外径
Ｄｂ           穴径
Ｄｈ           水力直径
(Ｋ１          第１の冷却（ポンプハウジング１４.２の）)
Ｓ１           第１のすすぎ流
Ｓ２           第２のすすぎ流
Ｓ３           第３のすすぎ流
ｓ１           後ろ側インペラギャップ
ｓ１*          最小の後ろ側インペラホイールギャップ
ｓ２          前側インペラホイールギャップ
ｓ２*          最小の前側インペラホイールギャップ
【図１】
0006964683.tif 000002
【図２】
0006964683.tif 000003
【図３】
0006964683.tif 000004
【図４】
0006964683.tif 000005
【図５】
0006964683.tif 000006
【図６】
0006964683.tif 000007
【図７】
0006964683.tif 000008
【図８】
0006964683.tif 000009
【図９】
0006964683.tif 000010