ジュール加熱方法および装置
【課題】流動性食品材料に対する連続通電加熱において、食品材料全体を目的とする処理に応じた適切な温度に加熱することで食品材料の品質低下を抑制し、環状電極およびスペーサ管体の寿命をのばし、洗浄を容易且つ適時に実施することを可能とし、ひいてはクラックの発生を防止することができるジュール加熱方法および装置の提供。
【解決手段】複数の電極体および複数のスペーサ管体を有し、内部に被加熱流路が形成される加熱ユニットを複数設け、被加熱流路内で食品材料を流動移送させながら通電加熱するジュール加熱方法において、電極体の温度を計測する電極温度センサを加熱ユニット毎に設け、電極温度センサの測定温度に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行うことを特徴とするジュール加熱方法およびその装置。
【解決手段】複数の電極体および複数のスペーサ管体を有し、内部に被加熱流路が形成される加熱ユニットを複数設け、被加熱流路内で食品材料を流動移送させながら通電加熱するジュール加熱方法において、電極体の温度を計測する電極温度センサを加熱ユニット毎に設け、電極温度センサの測定温度に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行うことを特徴とするジュール加熱方法およびその装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続的に流動移送可能な程度の流動性を有する食品材料、より具体的には液状食品材料（例えば、ジュースやマヨネーズ）、固体・液体混合食品材料（例えば、ジャムやメカブ）、ゲル状食品材料（例えば、ゼリー）などについて、殺菌や調理などのために流路内を連続的に流動移送させながら通電加熱する、ジュール加熱方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流動性を有する食品材料を殺菌や調理等のために加熱する方法の一つとして、その流動性食品を、ポンプ等の圧力によってパイプ内を連続的に流動移送させつつ、そのパイプ内で連続的に加熱する技術が知られている。パイプ内を連続的に流動移送される食品材料を連続的に加熱するための方法として、食品材料の有する電気抵抗を利用して、食品材料に直接通電して発熱させる通電加熱（ジュール加熱）を利用する方法が実用化されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１に記載される装置では、管路の上流側から下流側へ向けて所定間隔を置いて少なくとも２以上の部分に、管路の中心軸線に対して同心状となるように、管路の少なくとも内面に相当する部分に導電材料からなる環状の電極体を設け、管路の上流側の電極体と下流側の電極体との間で電圧を加えて、その間で管路内の流動性食品材料中に電流を流し、連続的に通電加熱することとしている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載される装置においては、均一加熱の点で改善の余地があった。すなわち、管路内を流れる流動性食品材料を加熱する場合、管路の中心軸線位置付近の部分と管路の内周面近くの部分では加熱が不均一になるという問題があった。一般に電流が媒体中を流れるときには、媒体の固有抵抗が均一であれば、電流は最も電気抵抗が小さくなるような経路、すなわち最短距離を流れるのが通常である。そのため、管路内に流動性食品材料を流した状態で、上流側の環状電極体と下流側の環状電極体との間に通電加熱のための電圧を加えれば、電流は上流側の環状電極体と下流側の環状電極体との間において管路の内周面に近い部分を通って流れる傾向を示す。ゆえに食品材料が流れる管路の内面近くの部分では電流密度が大きくなる一方、管路の中心軸線の付近では電流密度が極端に小さくなってしまい、その結果管路の内周面近くでは食品材料が過加熱されやすくなるのに対し、中心軸線の近くでは食品材料が加熱されにくくなる事態が生じやすい。
【０００４】
かかる問題は、特にマヨネーズや卵白、フルーツソース、ジャム等の粘度の高い食品材料を加熱する場合にその傾向が顕著となる。その原因は、管路内の食品材料に対して電流が不均一に流れること、および管路の内面と流動性食品材料との間の粘性抵抗（ずり）に由来すると考えられる。粘度の高い流動性食品材料の場合、管路の内面と食品材料との間の粘性抵抗によって、管路の内面近くでは中心軸線位置と比較して流速が極端に小さくなり、そのため管路の内面近くでは中心軸線位置と比較して流動性食品材料に通電電流が流れる時間が極端に長くなってしまい、そのため内面付近での過加熱が一層生じやすくなってしまうのである。
【０００５】
さらに、通電加熱においては、流動性食品材料は一般にその温度が高くなるほど電流が流れやすくなることから、管路の内周面近くで過加熱されて温度上昇した食品材料には電流が一層集中して流れ、その結果管路の内周面近くを流れる食品材料は、急激に温度上昇して、中央部付近を流れる食品材料との温度差が大きくなってしまうという問題がある。
【０００６】
また、食品材料が過加熱された場合、殺菌は充分に行なえても、食品の食感や風味が損なわれたり、変色が生じたり、さらには栄養成分の破壊が生じたりするおそれがあるから、優れた品質の食品を得るためには、過加熱を避ける必要がある。
一方、食品材料が充分に加熱されない場合には、殺菌が充分に行われず、食品衛生上の問題が生じたり、また調理が充分に行なわれないなどの問題が生じる。したがって、食品材料全体を目的とする処理に応じた適切な温度に加熱することが食品加熱装置では重要である。
【０００７】
さらに、管路の内周面近くを流れる流動性食品材料が過加熱されれば、管路の内面に食品材料がその変性（固化）や焦げ付き(焼き付き)などによって固着してしまうというスケーリングの問題がある。その場合には食品材料の風味が損なわれるばかりでなく、固着部分の炭化などによって局部的に大電流が流れたり、スパークが発生したりして、スペーサ管体が局部的に溶融もしくは損傷したりしてしまったり、通電状態が不安定となって、適切な温度制御が困難となってしまうことがある。特にマヨネーズ、卵白、あるいは豆乳などの蛋白質を多量に含む流動性食品材料など、過加熱によって変性して固化しやすい流動性食品材料の場合はその問題が顕著となる。したがってスケーリング（管路の内面への食品材料の固着）の防止も重要な解決すべき課題である。
【０００８】
そこで、本発明者らは、通電加熱用の環状電極体の相互の間において管路内を流れる食品材料を撹拌するための撹拌手段を設けた連続通電加熱装置を提案した（特許文献２，３）。
管路内に食品材料を撹拌するための撹拌手段を設けることによって、管路内中心付近と管路内周面付近との間で食品材料が混合、撹拌されることから、管路内を流れる食品材料全体を均一加熱することが可能となる。
【０００９】
また、本発明者らは、上流側電源ユニットと下流側電源ユニットと、上流側の通電加熱部に流入する被加熱物の温度を検出する第１の温度センサと、上流側の通電加熱部から流出する被加熱物の温度を検出する第２の温度センサとを設け、第１の温度センサの検出値と第２の温度センサの検出値との上流側偏差に基づいて、下流側の通電加熱部に設けられた電極に下流側の電源ユニットから供給される電力をフィードフォワード制御する制御手段とを有することを特徴とする加熱装置を提案している（特許文献４）。
【００１０】
【特許文献１】特公平５−３３０２４号公報
【特許文献２】特開平１１−８９５２２号
【特許文献３】特開２００３−３３９５３７号公報
【特許文献４】特開２００６−３２０４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ジュール加熱装置により流動性食品材料を加熱した場合、電極間に配設されたスペーサ管体にクラックが生じるという問題があった。特に、管路の内周面の流れと中心の流れに流速の差が生じる、高粘度の非ニュートン性食品材料を高温加熱した場合においてクラック発生の傾向が高い。
【００１２】
また、管路内の均一加熱に関しては、依然として改良の余地があり、加熱温度ムラはスケーリングの原因となる。特にタンパク質を含む食品材料においては、食品材料が一定以上の温度となるとタンパク質が熱変性を起こすので、スケーリングが生じやすい。
スケーリングは過加熱の原因となるものであり、管壁部分が高温になることでクラック発生の原因にもなり、また、スケールの混入による食品材料の品質低下やスパーク発生を招くことなどの問題がある。
撹拌手段を設けても、撹拌手段自体にスケーリングは生じるという課題がある。
一方で、管路内のクリーニングを短いタイミングで定期的に行うことにより、スケールの成長を未然に防ぐことができるが、適切なタイミングでクリーニングを把握することは難しく、クリーニングの頻度を増やすことによる生産性低下の問題もある。
【００１３】
本発明は、上記課題を鑑みなされたものであって、流動性食品材料に対する連続通電加熱において、食品材料全体を目的とする処理に応じた適切な温度に加熱することで食品材料の品質低下を抑制し、環状電極およびスペーサ管体の寿命をのばし、洗浄を容易且つ適時に実施することを可能とし、ひいてはクラックの発生を防止することができるジュール加熱方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
スペーサ管体に生じるクラックの問題は、スペーサ管体の材料を射出成型した際の熱歪みが、該管体を通過する食品材料が高温となることにより助長されることが一因であろうと考えられるが、その具体的な原因は長年にわたり解明されていない。
本発明者らがクラックの原因を鋭意検討したところ、クラックが生じる頻度は高くなく、何日間かの使用の後に生じること、洗浄が不充分で管路内の汚れが充分に落ちていない場合には、クラックが生じやすいことの知見を得た。本発明者らは、クラックの発生と管路内の温度との間に因果関係があると考え、従来のジュール加熱装置により温度制御を試みたが、工業的に満足の行くレベルでクラックの問題を解決することはできなかった。
【００１５】
ところで、従来のジュール加熱装置においては、図７に示すごとく、電源ユニットの単位で温度センサが設けられ、電源ユニット毎に温度制御がなされていた。また、温度センサの設置位置も、加熱ユニットの下流側の配管に設けられていた。
しかしながら、図７に示す構成においては、電源ユニットの単位でしか温度制御が行われないため、上流側の加熱ユニットと下流側の加熱ユニットとで加熱温度ムラが生じていても、加熱温度ムラを無くすための温度制御が適切に行われない場合があった。
さらには、加熱ユニットの出口端近傍に温度センサを設ける構成においては、管路の内周面を流れる食品材料の温度が過加熱の温度域に達している場合があった。すなわち、食品材料の粘度等の条件により、管路の内周面を流れる食品材料（内周面の流れ）と管路の中心軸線付近を流れる食品材料（中心の流れ）の流速が異なる場合があるが、加熱ユニット８の下流に接続された配管では、既に内周面の流れと中心の流れが混ざり合った状態にあるため、実際に測定される温度は内周面の流れよりも低温になると考えられるからである。
【００１６】
本発明者は、各加熱ユニットに少なくとも１つ以上の温度センサを設けること、管路の出口端近傍のみならず、電極体にも温度センサを設けることにより、前述の課題を解決することができると考え、本発明をなした。
【００１７】
すなわち、第１の発明は、複数の電極体および複数のスペーサ管体を有し、内部に被加熱流路が形成される加熱ユニットを複数設け、被加熱流路内で食品材料を流動移送させながら通電加熱するジュール加熱方法において、電極体の温度を計測する電極温度センサを加熱ユニット毎に設け、電極温度センサの測定温度に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行うことを特徴とするジュール加熱方法である。
第２の発明は、第１の発明において、前記加熱ユニットに前記電極温度センサを複数設けることを特徴とする。
第３の発明は、第１または２の発明において、前記加熱ユニット毎に異なる電圧となる電力が供給される場合において、同一電圧を使用する電極体のうち最下流の電極体に電極温度センサを設けることを特徴とする。
第４の発明は、第１ないし３のいずれかの発明において、前記加熱ユニット内で、電極体間に異なる電圧となる電力が供給される場合において、電圧の変わり目となる電極体に電極温度センサを設けることを特徴とする。
第５の発明は、第１ないし４のいずれかの発明において、各加熱ユニットの出口端近傍の食品材料の温度を計測する出口温度センサを設け、出口温度センサと電極温度センサの温度差に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行うことを特徴とする。
各加熱ユニットの出口端近傍の食品材料の温度を計測する出口温度センサを設け、出口温度センサと電極温度センサの温度差に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行うことを特徴とする。
第６の発明は、第５の発明において、前記出口温度センサと前記電極温度センサの温度差に基づいてクリーニング警報を発し、或いは、供給電力を遮断することを特徴とする。
【００１８】
第７の発明は、複数の電極体および複数のスペーサ管体を有し、内部に被加熱流路が形成される加熱ユニットを複数設け、被加熱流路内で食品材料を流動移送させながら通電加熱するジュール加熱装置において、加熱ユニット毎に設けられた電極体の温度を計測する電極温度センサと、電極温度センサの測定温度に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行う制御手段とを備えることを特徴とするジュール加熱装置である。
第８の発明は、第７の発明において、前記加熱ユニットに前記温度センサを複数設けることを特徴とする。
第９の発明は、第７または８の発明において、前記加熱ユニットは、加熱ユニット毎に電極体間に異なる電圧となる電力が供給される加熱ユニットであって、同一電圧を使用する電極体のうち最下流の電極体に設けられた電極温度センサを備えることを特徴とする。
第１０の発明は、第７ないし９のいずれかの発明において、前記加熱ユニットは、電極体間に異なる電圧となる電力が供給される加熱ユニットであって、電圧の変わり目となる電極体に設けられた電極温度センサを備えることを特徴とする。
第１１の発明は、第７ないし１０のいずれかの発明において、各加熱ユニットの出口端近傍の食品材料の温度を計測する出口温度センサを設け、制御手段が出口温度センサと電極温度センサの温度差に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行うことを特徴とする。
第１２の発明は、第１１の発明において、制御手段が前記出口温度センサと前記電極温度センサの温度差に基づいてクリーニング警報を発し、或いは、供給電力を遮断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、食品材料全体を目的とする処理に応じた適切な温度に加熱することで食品材料の品質低下を抑制することができ、また、環状電極およびスペーサ管体の寿命をのばし、しかも、洗浄を容易且つ適時に実施することを可能とし、ひいてはクラックの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態の一例を、図１ないし図６を参照しながら説明する。
図１は、本発明のジュール加熱装置１３の全体構成を示す図である。
ジュール加熱装置１３は、下流側に配置された加熱ユニット８ａと、その上流に位置する加熱ユニット８ｂと、その上流に位置する加熱ユニット８ｃとを主たる構成要素とする。
加熱ユニット８ａ〜８ｃは、交互に配置された複数の電極体４３と、複数のスペーサ管体４４とからなり、プレート６およびフランジ７ａ〜７ｄにより固定されている。複数の電極体４３と複数のスペーサ管体４４の集合体が通電加熱部４２を構成する。電極体４３とスペーサ管体４４の内周径は同径となっており、通電加熱部４２には、食品材料を流す被加熱流路４１が形成されている。
【００２１】
最良の形態の電極体４３は、環状のリング電極である。リング電極の特徴は、配管同様の内面形状であるためサニタリー性に優れている。リング状の電極体４３とスペーサ管体４４を交互に配置し各電極間を食品が通過して電気的回路が構成される（図２参照）。
電極体４３は、良導電性の材料で構成され、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、または白金、ステンレス鋼等の金属を用いることができるが、耐食性等の観点からはチタン、チタン合金、または白金を用いることが好ましい。電極体４３のうち、両端の電極体４３は漏洩電流阻止のためのアース電極とされ、残りの電極体４３は通電加熱用電極とされている。すなわち、アース電極としての両端側の電極体４３は電気的に接地されており、残りの電極体４３には、電源ユニット５６によって交互に高周波電圧が加えられるようになっている。（なお、図１においては電源ユニット５６からの配線は図示省略）
【００２２】
スペーサ管体４４は、電極体４３と交互に設けられ、被加熱流路となる管路を構成する絶縁材料である。スペーサ管体４４は、非導電性のプラスチック、例えば、テトラフルオロエチレン、ｐｅｅｋ（ポリエーテルエーテルケトン）、ポリエーテルイミド、ポリサルフォンなどの樹脂によって作製される。
スペーサ管体４４の形状は、角形の筒体としてもよく、内周面が円形で外周面が矩形となった筒体を用いてもよく、その場合には、電極体４３の断面形状もスペーサ管体４４の断面形状に対応させた形状にすることになる。スペーサ管体４４と電極体４３との間にはシール材が組み込まれて、被加熱流路４１の外部に被加熱物が漏出するのを防止している。
スペーサ管体４４の長さが電極間の距離となる。電極間の距離Ｌは、電極体４３の内径Ｒ（被加熱流路４１の直径）に対する比（Ｌ／Ｒ）が２倍以上であることが好ましい。
【００２３】
図２は、ジュール加熱装置１３を構成する３つの加熱ユニット８ａ〜８ｃのいずれか１つを示す拡大断面図である。加熱ユニット８ａ〜８ｃはいずれも同一構成であるので、以下ではこれらを総称して加熱ユニット８と言う場合がある。
加熱ユニット８は、食品材料を案内する被加熱流路４１が形成された断面円形の通電加熱部４２を有している。上述のとおり、通電加熱部４２は、複数のリング状の電極体４３とこれらの間に配置される複数のスペーサ管体４４とにより構成されている。
図２に示す如く、通電加熱部４２の両端部には流入側と流出側のジョイント部４５，４６が設けられている。それぞれの電極体４３は、食品材料の流れる方向に隣り合って電極体４３が相互に逆極性となるように電源ユニット５６に接続される。
なお、加熱ユニット８に設けられる電極体４３の数は加熱温度等に応じて任意に設定される設計事項である。対をなす偶数個の電極体４３により通電加熱部４２を構成してもよい。
【００２４】
通電加熱部４２は傾斜をつけて設置し、食品材料を下から上へ送液するようなセッティングを標準とする。通電加熱部４２内に空間があると電極体４３での通電を阻害し食品に与える電気エネルギーが均一にならない状況になってしまうという問題が生じるからである。なお、立ち下げによるエアだまりの問題が無い場合には、垂直に設置してもよい。
【００２５】
最良の形態の加熱ユニット８は、被加熱流路４１の出口部分に設けられた出口温度センサ４と、少なくとも１つの電極温度センサ５とを有している。すなわち、従来は電源ユニット単位で設けていた温度センサを、本発明では加熱ユニット毎に設け、加熱ユニット単位で温度を測定することを可能としている。本発明は、加熱ユニットが複数の場合に有利な効果を奏するが、加熱ユニットの数が３つ以上である場合には、特に有利な効果を奏する。
スケーリングは、食品材料が一定の温度以上になると生じやすいため、複数段の加熱ユニットからなる構成においては、最も高温となる最終段でスケーリングが生じやすいのが通常である。しかし、汚れが充分に除去されていない場合などには、最終段以外の加熱ユニットにもスケーリングが生じる場合があるため、本発明のように加熱ユニット単位で温度を測定することが好ましい。
出口温度センサ４と電極温度センサ５のいずれかのみを設ける場合には、電極温度センサ５のみを設ける。出口部分と比べ電極体４３の方が高温となるからであり、管路の内周面を構成する電極体４３に電極温度センサ５を設けることにより被加熱流路４１の外周面（通電加熱部４２の内周面）の温度を捉えることが可能だからである。
なお、出口温度センサ４および電極温度センサ５は、いずれも熱電対等の公知の温度センサを用いることができる。
【００２６】
また、最良の形態の加熱ユニット８は、出口温度センサ４と電極温度センサ５の温度差が所定値以上になっているかの監視も行っている。いわゆる層流が生じる非ニュートン性流体（例えば、マヨネーズや卵白、フルーツソース、ジャム等）の場合には、被加熱流路４１の内周面の温度が中心軸線付近よりも高くなることを考慮した構成である。１つの加熱ユニット８あたりの上昇温度が大きい場合、例えば１０℃を越える場合、より具体的には１５℃を越える場合には、特に有利な効果を奏する。
出口温度センサ４と電極温度センサ５の温度差が所定値以上になっている加熱ユニット８には、スケーリングが発生していることが考えられるので、クリーニングを促す警報を発するか、電力供給を遮断する制御を行う。
【００２７】
また、スケーリングの発生は、電極体間に供給される電圧が異なる部分で生じやすいという発明者は経験則に照らすと、電圧の変わり目となる部分に温度センサを設けることが好ましい。かかる経験則が適用される構成は二つある。一つは、加熱ユニット８ａに５００Ｖの電力を供給し、加熱ユニット８ｂに４００Ｖの電力を供給し、加熱ユニット８ｃに３００Ｖの電力を供給する場合のように、各加熱ユニット８への供給電圧に差異を設ける構成である。この構成の場合、同一電圧を使用する電極のうち、最高温となる最下流の電極体に電極温度センサを設けることが好ましいことになる（図２の符号５参照）。
もう一つは、一つの加熱ユニット８において、異なる電力を供給する構成であり、例えば、図３に示すように、下流側に４００Ｖの電力を供給し、上流側に２００Ｖの電力を供給する構成である。かかる構成では、同一電圧を使用する電極のうち最下流の電極体４３１に電極温度センサ５１を設けるだけでなく、電圧の変わり目となる電極体４３２にも電極温度センサ５２を設けることが好ましいことになる。
【００２８】
図４は、給電用のネジ穴４３３と、絶縁された電極温度センサ５を装着するための挿入穴４３４とを電極体４３に設けた態様を開示するものである。嵌着部４３５には、スペーサ管体４４がシール部材を介して嵌着される。挿入穴４３４は、加熱対象となる食品材料の特性に応じて、電極体４３の上方、側方または下方に設けることができる。
【００２９】
ところで、スペーサ管体４４に挿入穴を設け、そこに電極温度センサ５を配置することも考えられるが、熱伝導率が悪いこと、挿入穴等を設けた箇所からクラックが生じるおそれがあることから、好ましくない。また、スペーサ管体４４に貫通孔を設け、そこに電極温度センサ５を配置し、被加熱流路４１内に突出させることも考えられるが、突出した電極温度センサ５が流れの抵抗になり、スケーリングが生じやすいこと、耐圧性が低下することなどから、好ましくない。
【００３０】
電極温度センサ５の取り付け位置としては、一般に、下流側よりは上流側の方が、被加熱時間が長く高温となることから、最下流の電極体４３に設けることが例示される。両端のアース電極に電極温度センサ５を設けてもよいが、接触抵抗等により電極自体が加熱される場合を考慮すると、アース電極以外の最下流の電極体４３に温度センサを設けることが好ましい。なお、食品材料によっては、クラックが加熱ユニット８の中流ないしは下流に発生することがあるが、かかる場合にはクラック発生が想定される箇所に最も近い位置にある電極体４３に電極温度センサ５を設けてもよい。
【００３１】
電極温度センサ５は、温度測定器１０５に接続されている。温度測定器１０５は、検出時刻記憶手段を備えており、検出した電極体４３の温度および検出時刻を記憶することができる。温度測定器１０５は、コントロールユニット５４に接続されており、温度測定器１０５からの信号を受けたコントロールユニット５４により電極体４３に供給する電力が制御される。
コントロールユニット５４は、電極体４３に供給される電力をＰＩＤ制御する。ＰＩＤ制御における比例動作（Ｐ動作）や積分動作（Ｉ動作）の値は、オーバーシュートやサイクリングを起こさないように、通電加熱部４２の全長や食品材料の流速等に応じて適宜最適に設定する。
コントロールユニット５４には、表示手段を有する操作パネル５５が設けられており、設定値等入力することが可能である。また、コントロールユニット５４は、発報手段を有しており、後述のクリーニング警報を発報することが可能である。
【００３２】
図５は、本発明の加熱ユニット８毎の測定温度に基づく通電制御手順の一例を示すフローチャートある。以下では層流が生じる場合を前提に電極温度センサ５の検出温度により加熱ユニット８毎の温度検出を説明する。
温度測定器１０５により電極温度センサ５の温度が検出され（ステップＳ１）、温度検出時の時刻が記憶されると共にコントロールユニット５４に測定情報が送信される（ステップＳ２）。続いて、コントロールユニット５４において、検出温度が基準値以上であるか否かの判定を行う（ステップＳ３）。検出温度が予め設定された基準値以下である場合には、再びステップＳ１に戻る。
ステップＳ３において、検出温度が基準値以上である場合には、検出温度が危険値未満であるか否かの判定を行い（ステップＳ４）、危険値未満である場合には、クリーニング警報を発する（ステップＳ５）。スケーリングの発生等により部分的に過加熱が生じ、そのために電極体４３の温度が上昇しやすい状態になっていることが想定されるからである。
ステップＳ４において、検出温度が危険値以上である場合には、電源ユニット５６がＯＦＦとされる（ステップＳ６）。スケーリングが成長状態にあることが想定されるからである。
【００３３】
図６は、本発明の出口温度センサ４と電極温度センサ５との温度差に基づく通電制御手順の一例を示すフローチャートある。
温度測定器１０４により出口温度センサ４の温度が検出され、温度測定器１０５により電極温度センサ５の温度が検出され（ステップＳ１１）、温度検出時の時刻が記憶されると共にコントロールユニット５４に測定情報が送信される（ステップＳ１２）。続いて、コントロールユニット５４において、出口温度センサ４と電極温度センサ５の温度差が基準値以上であるか否かの判定を行う（ステップＳ１３）。温度差が予め設定された基準値以下である場合には、再びステップＳ１１に戻る。
ステップＳ１３において、温度差が基準値以上である場合には、検出温度が危険値未満であるか否かの判定を行い（ステップＳ１４）、危険値未満である場合には、クリーニング警報を発する（ステップＳ１５）。スケーリングの発生等により部分的に過加熱が生じ、そのために電極体４３の温度が上昇しやすい状態になっていることが想定されるからである。
ステップＳ１４において、検出温度が危険値以上である場合には、電源ユニット５６がＯＦＦとされる（ステップＳ１６）。スケーリングが成長し、スパーク等の危険が想定されるからである。
以上の通電制御を行うことにより、スケーリングの発生を防止し、またスケーリングの発生等を原因とするクラック発生の問題を回避することが可能となる。図５および図６では、電源ユニット５６をＯＦＦとする制御手法を説明したが、電圧を下げて対応してもよく、また、ジュール加熱後に貯留用タンク等を備える製造ラインにおいては、電力制御と併せて流量の制御を行ってもよい。
【００３４】
以下では、本発明の詳細を実施例により説明するが、本発明は何ら実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３５】
本実施例の飲食物の製造システムを、乳化ドレッシングを被加熱物とする場合の例で説明する。
図８は、本実施例のジュール加熱装置１３を備えた飲食物製造システムの全体構成を示す概略図である。本実施例のシステムは、乳化ドレッシング等の流動性を有する飲食物を被加熱物としてこれを加熱処理して飲食物を製造するために使用され、予め流動状態に調合された飲食物が投入されて飲食物を所定量収容するホッパ１１と、ホッパ１１からジュール加熱装置１３に被加熱物を連続的に一定の流量（例えば、毎時３００リットル）で供給するポンプ１６と、被加熱物を所定の温度まで加熱するジュール加熱装置１３とを有している。ジュール加熱装置１３により所定の加熱温度まで加熱された被加熱物は、包装工程６０においてホットパックシールされた後、浸漬冷却される。
【００３６】
ジュール加熱装置１３は、図８に示す如く、接続管により直列に接続された第１段目から第５段目までの４つの加熱ユニット８ａ〜８ｅを有している。ジュール加熱装置１３による加熱目標温度は７０℃であり、１つの加熱ユニットあたり約１０℃の昇温を見込んでいる。各加熱ユニット８ａ〜８ｅの出口部分には、出口温度センサ４ａ〜４ｅが接続管に設けられている。出口温度センサ４ａ〜４ｅは、表示部を有する温度測定器１０４ａ〜１０４ｅに接続されており、各センサの温度を目視確認することが可能である。
また、ジュール加熱装置１３には、図２示す通電加熱部４２と同様に、最下流の電極体４３に電極温度センサ５ａ〜５ｅが設けられている。電極温度センサ５ａ〜５ｅは、表示部を有する温度測定器１０５ａ〜１０５ｅに接続されており、各センサの温度を目視確認することが可能である。
なお、ジュール加熱装置は、５つの加熱ユニットの構成に限定されず、被加熱物である飲食物の種類や搬送流量等に応じて任意の数の加熱ユニットにより構成できることは言うまでもない。
【００３７】
電源ユニット５６から電極体４３に供給する電力は、制御手段としてのコントロールユニット５４により制御される。加熱ユニット８ａ〜８ｅは、各々個別に制御される。本実施例では、加熱ユニット８ａ，８ｂには５００Ｖの電力が供給され、加熱ユニット８ｃ，８ｄには４００Ｖの電力が供給され、加熱ユニット８ｅには３００Ｖの電力が供給される設定となっている。
【００３８】
本実施例では電極温度センサ５ａ〜５ｅのいずれかが８０℃の検出温度を記録した際にクリーニング警報を発し、９０℃の検出温度を記録した際に電源ユニット５６がＯＦＦとされる設定としている。後者の９０℃は、被加熱物である乳化ドレッシングの物性に変化を与えない最高温度である。
また、出口温度センサ４ａ〜４ｅと電極温度センサ５ａ〜５ｅとの温度差が１０℃を越えた際にクリーニング警報を発し、温度差が１５℃を越えた際に電源ユニット５６がＯＦＦとされる設定としている。
本実施例では加熱ユニット８ａ〜８ｅの設定値を全て同一としたが、加熱ユニット毎に設定値を変更できることは言うまでもない。
【００３９】
本実施例のシステムにおいて、クリーニング警報が発報される前の検出温度は下記表１のとおりであった。表１からは、なお、出口温度センサ４については、最終段にのみセンサ４ｅを設けて試験を行った。
【００４０】
【表１】
【００４１】
以上の通電制御を行う本実施例のシステムよれば、スケーリングの発生を防止し、またスケーリングの発生等を原因とするクラックの発生を回避することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、ポンプにより管路内に送ることのできる全ての液体食品材料のジュール加熱に適用することが可能であり、例えば、しょうゆ、つゆ、たれ、ドレッシング、ジュース、野菜ペースト、根菜ペースト（おろし生姜、わさび、山芋等）、千切り根菜、果実ペースト、ジャム、マヨネーズ、液卵、あんこ、フラワーペースト、固形物入り液体製品、カレー、シチュー、海藻類、魚卵等の加熱に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のジュール加熱装置の概要構成図である。
【図２】本発明の通電加熱部の拡大断面図である。
【図３】図２の通電加熱部の変形例である。
【図４】本発明の電極体の拡大断面図である。
【図５】本発明の加熱ユニット毎の測定温度に基づく通電制御手順の一例を示すフローチャートある。
【図６】本発明の出口温度センサと電極温度センサとの温度差に基づく通電制御手順の一例を示すフローチャートある。
【図７】従来のジュール加熱装置の概要構成図である。
【図８】実施例１に係る飲食物の製造システムの全体構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
４ 出口温度センサ
５ 電極温度センサ
８ 加熱ユニット
１３ ジュール加熱装置
１５ プレート
１６ フランジ
４１ 被加熱流路
４２ 通電加熱部
４３ 電極体（リング状電極）
４４ スペーサ管体
５６ 電源ユニット
５４ コントロールユニット
５５ 操作パネル
１０４，１０５ 温度測定器
４３１，４３２ 電極体（リング状電極）
４３３ ネジ穴
４３４ 挿入穴
１０５１，１０５２ 温度測定器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続的に流動移送可能な程度の流動性を有する食品材料、より具体的には液状食品材料（例えば、ジュースやマヨネーズ）、固体・液体混合食品材料（例えば、ジャムやメカブ）、ゲル状食品材料（例えば、ゼリー）などについて、殺菌や調理などのために流路内を連続的に流動移送させながら通電加熱する、ジュール加熱方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流動性を有する食品材料を殺菌や調理等のために加熱する方法の一つとして、その流動性食品を、ポンプ等の圧力によってパイプ内を連続的に流動移送させつつ、そのパイプ内で連続的に加熱する技術が知られている。パイプ内を連続的に流動移送される食品材料を連続的に加熱するための方法として、食品材料の有する電気抵抗を利用して、食品材料に直接通電して発熱させる通電加熱（ジュール加熱）を利用する方法が実用化されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１に記載される装置では、管路の上流側から下流側へ向けて所定間隔を置いて少なくとも２以上の部分に、管路の中心軸線に対して同心状となるように、管路の少なくとも内面に相当する部分に導電材料からなる環状の電極体を設け、管路の上流側の電極体と下流側の電極体との間で電圧を加えて、その間で管路内の流動性食品材料中に電流を流し、連続的に通電加熱することとしている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載される装置においては、均一加熱の点で改善の余地があった。すなわち、管路内を流れる流動性食品材料を加熱する場合、管路の中心軸線位置付近の部分と管路の内周面近くの部分では加熱が不均一になるという問題があった。一般に電流が媒体中を流れるときには、媒体の固有抵抗が均一であれば、電流は最も電気抵抗が小さくなるような経路、すなわち最短距離を流れるのが通常である。そのため、管路内に流動性食品材料を流した状態で、上流側の環状電極体と下流側の環状電極体との間に通電加熱のための電圧を加えれば、電流は上流側の環状電極体と下流側の環状電極体との間において管路の内周面に近い部分を通って流れる傾向を示す。ゆえに食品材料が流れる管路の内面近くの部分では電流密度が大きくなる一方、管路の中心軸線の付近では電流密度が極端に小さくなってしまい、その結果管路の内周面近くでは食品材料が過加熱されやすくなるのに対し、中心軸線の近くでは食品材料が加熱されにくくなる事態が生じやすい。
【０００４】
かかる問題は、特にマヨネーズや卵白、フルーツソース、ジャム等の粘度の高い食品材料を加熱する場合にその傾向が顕著となる。その原因は、管路内の食品材料に対して電流が不均一に流れること、および管路の内面と流動性食品材料との間の粘性抵抗（ずり）に由来すると考えられる。粘度の高い流動性食品材料の場合、管路の内面と食品材料との間の粘性抵抗によって、管路の内面近くでは中心軸線位置と比較して流速が極端に小さくなり、そのため管路の内面近くでは中心軸線位置と比較して流動性食品材料に通電電流が流れる時間が極端に長くなってしまい、そのため内面付近での過加熱が一層生じやすくなってしまうのである。
【０００５】
さらに、通電加熱においては、流動性食品材料は一般にその温度が高くなるほど電流が流れやすくなることから、管路の内周面近くで過加熱されて温度上昇した食品材料には電流が一層集中して流れ、その結果管路の内周面近くを流れる食品材料は、急激に温度上昇して、中央部付近を流れる食品材料との温度差が大きくなってしまうという問題がある。
【０００６】
また、食品材料が過加熱された場合、殺菌は充分に行なえても、食品の食感や風味が損なわれたり、変色が生じたり、さらには栄養成分の破壊が生じたりするおそれがあるから、優れた品質の食品を得るためには、過加熱を避ける必要がある。
一方、食品材料が充分に加熱されない場合には、殺菌が充分に行われず、食品衛生上の問題が生じたり、また調理が充分に行なわれないなどの問題が生じる。したがって、食品材料全体を目的とする処理に応じた適切な温度に加熱することが食品加熱装置では重要である。
【０００７】
さらに、管路の内周面近くを流れる流動性食品材料が過加熱されれば、管路の内面に食品材料がその変性（固化）や焦げ付き(焼き付き)などによって固着してしまうというスケーリングの問題がある。その場合には食品材料の風味が損なわれるばかりでなく、固着部分の炭化などによって局部的に大電流が流れたり、スパークが発生したりして、スペーサ管体が局部的に溶融もしくは損傷したりしてしまったり、通電状態が不安定となって、適切な温度制御が困難となってしまうことがある。特にマヨネーズ、卵白、あるいは豆乳などの蛋白質を多量に含む流動性食品材料など、過加熱によって変性して固化しやすい流動性食品材料の場合はその問題が顕著となる。したがってスケーリング（管路の内面への食品材料の固着）の防止も重要な解決すべき課題である。
【０００８】
そこで、本発明者らは、通電加熱用の環状電極体の相互の間において管路内を流れる食品材料を撹拌するための撹拌手段を設けた連続通電加熱装置を提案した（特許文献２，３）。
管路内に食品材料を撹拌するための撹拌手段を設けることによって、管路内中心付近と管路内周面付近との間で食品材料が混合、撹拌されることから、管路内を流れる食品材料全体を均一加熱することが可能となる。
【０００９】
また、本発明者らは、上流側電源ユニットと下流側電源ユニットと、上流側の通電加熱部に流入する被加熱物の温度を検出する第１の温度センサと、上流側の通電加熱部から流出する被加熱物の温度を検出する第２の温度センサとを設け、第１の温度センサの検出値と第２の温度センサの検出値との上流側偏差に基づいて、下流側の通電加熱部に設けられた電極に下流側の電源ユニットから供給される電力をフィードフォワード制御する制御手段とを有することを特徴とする加熱装置を提案している（特許文献４）。
【００１０】
【特許文献１】特公平５−３３０２４号公報
【特許文献２】特開平１１−８９５２２号
【特許文献３】特開２００３−３３９５３７号公報
【特許文献４】特開２００６−３２０４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ジュール加熱装置により流動性食品材料を加熱した場合、電極間に配設されたスペーサ管体にクラックが生じるという問題があった。特に、管路の内周面の流れと中心の流れに流速の差が生じる、高粘度の非ニュートン性食品材料を高温加熱した場合においてクラック発生の傾向が高い。
【００１２】
また、管路内の均一加熱に関しては、依然として改良の余地があり、加熱温度ムラはスケーリングの原因となる。特にタンパク質を含む食品材料においては、食品材料が一定以上の温度となるとタンパク質が熱変性を起こすので、スケーリングが生じやすい。
スケーリングは過加熱の原因となるものであり、管壁部分が高温になることでクラック発生の原因にもなり、また、スケールの混入による食品材料の品質低下やスパーク発生を招くことなどの問題がある。
撹拌手段を設けても、撹拌手段自体にスケーリングは生じるという課題がある。
一方で、管路内のクリーニングを短いタイミングで定期的に行うことにより、スケールの成長を未然に防ぐことができるが、適切なタイミングでクリーニングを把握することは難しく、クリーニングの頻度を増やすことによる生産性低下の問題もある。
【００１３】
本発明は、上記課題を鑑みなされたものであって、流動性食品材料に対する連続通電加熱において、食品材料全体を目的とする処理に応じた適切な温度に加熱することで食品材料の品質低下を抑制し、環状電極およびスペーサ管体の寿命をのばし、洗浄を容易且つ適時に実施することを可能とし、ひいてはクラックの発生を防止することができるジュール加熱方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
スペーサ管体に生じるクラックの問題は、スペーサ管体の材料を射出成型した際の熱歪みが、該管体を通過する食品材料が高温となることにより助長されることが一因であろうと考えられるが、その具体的な原因は長年にわたり解明されていない。
本発明者らがクラックの原因を鋭意検討したところ、クラックが生じる頻度は高くなく、何日間かの使用の後に生じること、洗浄が不充分で管路内の汚れが充分に落ちていない場合には、クラックが生じやすいことの知見を得た。本発明者らは、クラックの発生と管路内の温度との間に因果関係があると考え、従来のジュール加熱装置により温度制御を試みたが、工業的に満足の行くレベルでクラックの問題を解決することはできなかった。
【００１５】
ところで、従来のジュール加熱装置においては、図７に示すごとく、電源ユニットの単位で温度センサが設けられ、電源ユニット毎に温度制御がなされていた。また、温度センサの設置位置も、加熱ユニットの下流側の配管に設けられていた。
しかしながら、図７に示す構成においては、電源ユニットの単位でしか温度制御が行われないため、上流側の加熱ユニットと下流側の加熱ユニットとで加熱温度ムラが生じていても、加熱温度ムラを無くすための温度制御が適切に行われない場合があった。
さらには、加熱ユニットの出口端近傍に温度センサを設ける構成においては、管路の内周面を流れる食品材料の温度が過加熱の温度域に達している場合があった。すなわち、食品材料の粘度等の条件により、管路の内周面を流れる食品材料（内周面の流れ）と管路の中心軸線付近を流れる食品材料（中心の流れ）の流速が異なる場合があるが、加熱ユニット８の下流に接続された配管では、既に内周面の流れと中心の流れが混ざり合った状態にあるため、実際に測定される温度は内周面の流れよりも低温になると考えられるからである。
【００１６】
本発明者は、各加熱ユニットに少なくとも１つ以上の温度センサを設けること、管路の出口端近傍のみならず、電極体にも温度センサを設けることにより、前述の課題を解決することができると考え、本発明をなした。
【００１７】
すなわち、第１の発明は、複数の電極体および複数のスペーサ管体を有し、内部に被加熱流路が形成される加熱ユニットを複数設け、被加熱流路内で食品材料を流動移送させながら通電加熱するジュール加熱方法において、電極体の温度を計測する電極温度センサを加熱ユニット毎に設け、電極温度センサの測定温度に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行うことを特徴とするジュール加熱方法である。
第２の発明は、第１の発明において、前記加熱ユニットに前記電極温度センサを複数設けることを特徴とする。
第３の発明は、第１または２の発明において、前記加熱ユニット毎に異なる電圧となる電力が供給される場合において、同一電圧を使用する電極体のうち最下流の電極体に電極温度センサを設けることを特徴とする。
第４の発明は、第１ないし３のいずれかの発明において、前記加熱ユニット内で、電極体間に異なる電圧となる電力が供給される場合において、電圧の変わり目となる電極体に電極温度センサを設けることを特徴とする。
第５の発明は、第１ないし４のいずれかの発明において、各加熱ユニットの出口端近傍の食品材料の温度を計測する出口温度センサを設け、出口温度センサと電極温度センサの温度差に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行うことを特徴とする。
各加熱ユニットの出口端近傍の食品材料の温度を計測する出口温度センサを設け、出口温度センサと電極温度センサの温度差に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行うことを特徴とする。
第６の発明は、第５の発明において、前記出口温度センサと前記電極温度センサの温度差に基づいてクリーニング警報を発し、或いは、供給電力を遮断することを特徴とする。
【００１８】
第７の発明は、複数の電極体および複数のスペーサ管体を有し、内部に被加熱流路が形成される加熱ユニットを複数設け、被加熱流路内で食品材料を流動移送させながら通電加熱するジュール加熱装置において、加熱ユニット毎に設けられた電極体の温度を計測する電極温度センサと、電極温度センサの測定温度に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行う制御手段とを備えることを特徴とするジュール加熱装置である。
第８の発明は、第７の発明において、前記加熱ユニットに前記温度センサを複数設けることを特徴とする。
第９の発明は、第７または８の発明において、前記加熱ユニットは、加熱ユニット毎に電極体間に異なる電圧となる電力が供給される加熱ユニットであって、同一電圧を使用する電極体のうち最下流の電極体に設けられた電極温度センサを備えることを特徴とする。
第１０の発明は、第７ないし９のいずれかの発明において、前記加熱ユニットは、電極体間に異なる電圧となる電力が供給される加熱ユニットであって、電圧の変わり目となる電極体に設けられた電極温度センサを備えることを特徴とする。
第１１の発明は、第７ないし１０のいずれかの発明において、各加熱ユニットの出口端近傍の食品材料の温度を計測する出口温度センサを設け、制御手段が出口温度センサと電極温度センサの温度差に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行うことを特徴とする。
第１２の発明は、第１１の発明において、制御手段が前記出口温度センサと前記電極温度センサの温度差に基づいてクリーニング警報を発し、或いは、供給電力を遮断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、食品材料全体を目的とする処理に応じた適切な温度に加熱することで食品材料の品質低下を抑制することができ、また、環状電極およびスペーサ管体の寿命をのばし、しかも、洗浄を容易且つ適時に実施することを可能とし、ひいてはクラックの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態の一例を、図１ないし図６を参照しながら説明する。
図１は、本発明のジュール加熱装置１３の全体構成を示す図である。
ジュール加熱装置１３は、下流側に配置された加熱ユニット８ａと、その上流に位置する加熱ユニット８ｂと、その上流に位置する加熱ユニット８ｃとを主たる構成要素とする。
加熱ユニット８ａ〜８ｃは、交互に配置された複数の電極体４３と、複数のスペーサ管体４４とからなり、プレート６およびフランジ７ａ〜７ｄにより固定されている。複数の電極体４３と複数のスペーサ管体４４の集合体が通電加熱部４２を構成する。電極体４３とスペーサ管体４４の内周径は同径となっており、通電加熱部４２には、食品材料を流す被加熱流路４１が形成されている。
【００２１】
最良の形態の電極体４３は、環状のリング電極である。リング電極の特徴は、配管同様の内面形状であるためサニタリー性に優れている。リング状の電極体４３とスペーサ管体４４を交互に配置し各電極間を食品が通過して電気的回路が構成される（図２参照）。
電極体４３は、良導電性の材料で構成され、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、または白金、ステンレス鋼等の金属を用いることができるが、耐食性等の観点からはチタン、チタン合金、または白金を用いることが好ましい。電極体４３のうち、両端の電極体４３は漏洩電流阻止のためのアース電極とされ、残りの電極体４３は通電加熱用電極とされている。すなわち、アース電極としての両端側の電極体４３は電気的に接地されており、残りの電極体４３には、電源ユニット５６によって交互に高周波電圧が加えられるようになっている。（なお、図１においては電源ユニット５６からの配線は図示省略）
【００２２】
スペーサ管体４４は、電極体４３と交互に設けられ、被加熱流路となる管路を構成する絶縁材料である。スペーサ管体４４は、非導電性のプラスチック、例えば、テトラフルオロエチレン、ｐｅｅｋ（ポリエーテルエーテルケトン）、ポリエーテルイミド、ポリサルフォンなどの樹脂によって作製される。
スペーサ管体４４の形状は、角形の筒体としてもよく、内周面が円形で外周面が矩形となった筒体を用いてもよく、その場合には、電極体４３の断面形状もスペーサ管体４４の断面形状に対応させた形状にすることになる。スペーサ管体４４と電極体４３との間にはシール材が組み込まれて、被加熱流路４１の外部に被加熱物が漏出するのを防止している。
スペーサ管体４４の長さが電極間の距離となる。電極間の距離Ｌは、電極体４３の内径Ｒ（被加熱流路４１の直径）に対する比（Ｌ／Ｒ）が２倍以上であることが好ましい。
【００２３】
図２は、ジュール加熱装置１３を構成する３つの加熱ユニット８ａ〜８ｃのいずれか１つを示す拡大断面図である。加熱ユニット８ａ〜８ｃはいずれも同一構成であるので、以下ではこれらを総称して加熱ユニット８と言う場合がある。
加熱ユニット８は、食品材料を案内する被加熱流路４１が形成された断面円形の通電加熱部４２を有している。上述のとおり、通電加熱部４２は、複数のリング状の電極体４３とこれらの間に配置される複数のスペーサ管体４４とにより構成されている。
図２に示す如く、通電加熱部４２の両端部には流入側と流出側のジョイント部４５，４６が設けられている。それぞれの電極体４３は、食品材料の流れる方向に隣り合って電極体４３が相互に逆極性となるように電源ユニット５６に接続される。
なお、加熱ユニット８に設けられる電極体４３の数は加熱温度等に応じて任意に設定される設計事項である。対をなす偶数個の電極体４３により通電加熱部４２を構成してもよい。
【００２４】
通電加熱部４２は傾斜をつけて設置し、食品材料を下から上へ送液するようなセッティングを標準とする。通電加熱部４２内に空間があると電極体４３での通電を阻害し食品に与える電気エネルギーが均一にならない状況になってしまうという問題が生じるからである。なお、立ち下げによるエアだまりの問題が無い場合には、垂直に設置してもよい。
【００２５】
最良の形態の加熱ユニット８は、被加熱流路４１の出口部分に設けられた出口温度センサ４と、少なくとも１つの電極温度センサ５とを有している。すなわち、従来は電源ユニット単位で設けていた温度センサを、本発明では加熱ユニット毎に設け、加熱ユニット単位で温度を測定することを可能としている。本発明は、加熱ユニットが複数の場合に有利な効果を奏するが、加熱ユニットの数が３つ以上である場合には、特に有利な効果を奏する。
スケーリングは、食品材料が一定の温度以上になると生じやすいため、複数段の加熱ユニットからなる構成においては、最も高温となる最終段でスケーリングが生じやすいのが通常である。しかし、汚れが充分に除去されていない場合などには、最終段以外の加熱ユニットにもスケーリングが生じる場合があるため、本発明のように加熱ユニット単位で温度を測定することが好ましい。
出口温度センサ４と電極温度センサ５のいずれかのみを設ける場合には、電極温度センサ５のみを設ける。出口部分と比べ電極体４３の方が高温となるからであり、管路の内周面を構成する電極体４３に電極温度センサ５を設けることにより被加熱流路４１の外周面（通電加熱部４２の内周面）の温度を捉えることが可能だからである。
なお、出口温度センサ４および電極温度センサ５は、いずれも熱電対等の公知の温度センサを用いることができる。
【００２６】
また、最良の形態の加熱ユニット８は、出口温度センサ４と電極温度センサ５の温度差が所定値以上になっているかの監視も行っている。いわゆる層流が生じる非ニュートン性流体（例えば、マヨネーズや卵白、フルーツソース、ジャム等）の場合には、被加熱流路４１の内周面の温度が中心軸線付近よりも高くなることを考慮した構成である。１つの加熱ユニット８あたりの上昇温度が大きい場合、例えば１０℃を越える場合、より具体的には１５℃を越える場合には、特に有利な効果を奏する。
出口温度センサ４と電極温度センサ５の温度差が所定値以上になっている加熱ユニット８には、スケーリングが発生していることが考えられるので、クリーニングを促す警報を発するか、電力供給を遮断する制御を行う。
【００２７】
また、スケーリングの発生は、電極体間に供給される電圧が異なる部分で生じやすいという発明者は経験則に照らすと、電圧の変わり目となる部分に温度センサを設けることが好ましい。かかる経験則が適用される構成は二つある。一つは、加熱ユニット８ａに５００Ｖの電力を供給し、加熱ユニット８ｂに４００Ｖの電力を供給し、加熱ユニット８ｃに３００Ｖの電力を供給する場合のように、各加熱ユニット８への供給電圧に差異を設ける構成である。この構成の場合、同一電圧を使用する電極のうち、最高温となる最下流の電極体に電極温度センサを設けることが好ましいことになる（図２の符号５参照）。
もう一つは、一つの加熱ユニット８において、異なる電力を供給する構成であり、例えば、図３に示すように、下流側に４００Ｖの電力を供給し、上流側に２００Ｖの電力を供給する構成である。かかる構成では、同一電圧を使用する電極のうち最下流の電極体４３１に電極温度センサ５１を設けるだけでなく、電圧の変わり目となる電極体４３２にも電極温度センサ５２を設けることが好ましいことになる。
【００２８】
図４は、給電用のネジ穴４３３と、絶縁された電極温度センサ５を装着するための挿入穴４３４とを電極体４３に設けた態様を開示するものである。嵌着部４３５には、スペーサ管体４４がシール部材を介して嵌着される。挿入穴４３４は、加熱対象となる食品材料の特性に応じて、電極体４３の上方、側方または下方に設けることができる。
【００２９】
ところで、スペーサ管体４４に挿入穴を設け、そこに電極温度センサ５を配置することも考えられるが、熱伝導率が悪いこと、挿入穴等を設けた箇所からクラックが生じるおそれがあることから、好ましくない。また、スペーサ管体４４に貫通孔を設け、そこに電極温度センサ５を配置し、被加熱流路４１内に突出させることも考えられるが、突出した電極温度センサ５が流れの抵抗になり、スケーリングが生じやすいこと、耐圧性が低下することなどから、好ましくない。
【００３０】
電極温度センサ５の取り付け位置としては、一般に、下流側よりは上流側の方が、被加熱時間が長く高温となることから、最下流の電極体４３に設けることが例示される。両端のアース電極に電極温度センサ５を設けてもよいが、接触抵抗等により電極自体が加熱される場合を考慮すると、アース電極以外の最下流の電極体４３に温度センサを設けることが好ましい。なお、食品材料によっては、クラックが加熱ユニット８の中流ないしは下流に発生することがあるが、かかる場合にはクラック発生が想定される箇所に最も近い位置にある電極体４３に電極温度センサ５を設けてもよい。
【００３１】
電極温度センサ５は、温度測定器１０５に接続されている。温度測定器１０５は、検出時刻記憶手段を備えており、検出した電極体４３の温度および検出時刻を記憶することができる。温度測定器１０５は、コントロールユニット５４に接続されており、温度測定器１０５からの信号を受けたコントロールユニット５４により電極体４３に供給する電力が制御される。
コントロールユニット５４は、電極体４３に供給される電力をＰＩＤ制御する。ＰＩＤ制御における比例動作（Ｐ動作）や積分動作（Ｉ動作）の値は、オーバーシュートやサイクリングを起こさないように、通電加熱部４２の全長や食品材料の流速等に応じて適宜最適に設定する。
コントロールユニット５４には、表示手段を有する操作パネル５５が設けられており、設定値等入力することが可能である。また、コントロールユニット５４は、発報手段を有しており、後述のクリーニング警報を発報することが可能である。
【００３２】
図５は、本発明の加熱ユニット８毎の測定温度に基づく通電制御手順の一例を示すフローチャートある。以下では層流が生じる場合を前提に電極温度センサ５の検出温度により加熱ユニット８毎の温度検出を説明する。
温度測定器１０５により電極温度センサ５の温度が検出され（ステップＳ１）、温度検出時の時刻が記憶されると共にコントロールユニット５４に測定情報が送信される（ステップＳ２）。続いて、コントロールユニット５４において、検出温度が基準値以上であるか否かの判定を行う（ステップＳ３）。検出温度が予め設定された基準値以下である場合には、再びステップＳ１に戻る。
ステップＳ３において、検出温度が基準値以上である場合には、検出温度が危険値未満であるか否かの判定を行い（ステップＳ４）、危険値未満である場合には、クリーニング警報を発する（ステップＳ５）。スケーリングの発生等により部分的に過加熱が生じ、そのために電極体４３の温度が上昇しやすい状態になっていることが想定されるからである。
ステップＳ４において、検出温度が危険値以上である場合には、電源ユニット５６がＯＦＦとされる（ステップＳ６）。スケーリングが成長状態にあることが想定されるからである。
【００３３】
図６は、本発明の出口温度センサ４と電極温度センサ５との温度差に基づく通電制御手順の一例を示すフローチャートある。
温度測定器１０４により出口温度センサ４の温度が検出され、温度測定器１０５により電極温度センサ５の温度が検出され（ステップＳ１１）、温度検出時の時刻が記憶されると共にコントロールユニット５４に測定情報が送信される（ステップＳ１２）。続いて、コントロールユニット５４において、出口温度センサ４と電極温度センサ５の温度差が基準値以上であるか否かの判定を行う（ステップＳ１３）。温度差が予め設定された基準値以下である場合には、再びステップＳ１１に戻る。
ステップＳ１３において、温度差が基準値以上である場合には、検出温度が危険値未満であるか否かの判定を行い（ステップＳ１４）、危険値未満である場合には、クリーニング警報を発する（ステップＳ１５）。スケーリングの発生等により部分的に過加熱が生じ、そのために電極体４３の温度が上昇しやすい状態になっていることが想定されるからである。
ステップＳ１４において、検出温度が危険値以上である場合には、電源ユニット５６がＯＦＦとされる（ステップＳ１６）。スケーリングが成長し、スパーク等の危険が想定されるからである。
以上の通電制御を行うことにより、スケーリングの発生を防止し、またスケーリングの発生等を原因とするクラック発生の問題を回避することが可能となる。図５および図６では、電源ユニット５６をＯＦＦとする制御手法を説明したが、電圧を下げて対応してもよく、また、ジュール加熱後に貯留用タンク等を備える製造ラインにおいては、電力制御と併せて流量の制御を行ってもよい。
【００３４】
以下では、本発明の詳細を実施例により説明するが、本発明は何ら実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３５】
本実施例の飲食物の製造システムを、乳化ドレッシングを被加熱物とする場合の例で説明する。
図８は、本実施例のジュール加熱装置１３を備えた飲食物製造システムの全体構成を示す概略図である。本実施例のシステムは、乳化ドレッシング等の流動性を有する飲食物を被加熱物としてこれを加熱処理して飲食物を製造するために使用され、予め流動状態に調合された飲食物が投入されて飲食物を所定量収容するホッパ１１と、ホッパ１１からジュール加熱装置１３に被加熱物を連続的に一定の流量（例えば、毎時３００リットル）で供給するポンプ１６と、被加熱物を所定の温度まで加熱するジュール加熱装置１３とを有している。ジュール加熱装置１３により所定の加熱温度まで加熱された被加熱物は、包装工程６０においてホットパックシールされた後、浸漬冷却される。
【００３６】
ジュール加熱装置１３は、図８に示す如く、接続管により直列に接続された第１段目から第５段目までの４つの加熱ユニット８ａ〜８ｅを有している。ジュール加熱装置１３による加熱目標温度は７０℃であり、１つの加熱ユニットあたり約１０℃の昇温を見込んでいる。各加熱ユニット８ａ〜８ｅの出口部分には、出口温度センサ４ａ〜４ｅが接続管に設けられている。出口温度センサ４ａ〜４ｅは、表示部を有する温度測定器１０４ａ〜１０４ｅに接続されており、各センサの温度を目視確認することが可能である。
また、ジュール加熱装置１３には、図２示す通電加熱部４２と同様に、最下流の電極体４３に電極温度センサ５ａ〜５ｅが設けられている。電極温度センサ５ａ〜５ｅは、表示部を有する温度測定器１０５ａ〜１０５ｅに接続されており、各センサの温度を目視確認することが可能である。
なお、ジュール加熱装置は、５つの加熱ユニットの構成に限定されず、被加熱物である飲食物の種類や搬送流量等に応じて任意の数の加熱ユニットにより構成できることは言うまでもない。
【００３７】
電源ユニット５６から電極体４３に供給する電力は、制御手段としてのコントロールユニット５４により制御される。加熱ユニット８ａ〜８ｅは、各々個別に制御される。本実施例では、加熱ユニット８ａ，８ｂには５００Ｖの電力が供給され、加熱ユニット８ｃ，８ｄには４００Ｖの電力が供給され、加熱ユニット８ｅには３００Ｖの電力が供給される設定となっている。
【００３８】
本実施例では電極温度センサ５ａ〜５ｅのいずれかが８０℃の検出温度を記録した際にクリーニング警報を発し、９０℃の検出温度を記録した際に電源ユニット５６がＯＦＦとされる設定としている。後者の９０℃は、被加熱物である乳化ドレッシングの物性に変化を与えない最高温度である。
また、出口温度センサ４ａ〜４ｅと電極温度センサ５ａ〜５ｅとの温度差が１０℃を越えた際にクリーニング警報を発し、温度差が１５℃を越えた際に電源ユニット５６がＯＦＦとされる設定としている。
本実施例では加熱ユニット８ａ〜８ｅの設定値を全て同一としたが、加熱ユニット毎に設定値を変更できることは言うまでもない。
【００３９】
本実施例のシステムにおいて、クリーニング警報が発報される前の検出温度は下記表１のとおりであった。表１からは、なお、出口温度センサ４については、最終段にのみセンサ４ｅを設けて試験を行った。
【００４０】
【表１】
【００４１】
以上の通電制御を行う本実施例のシステムよれば、スケーリングの発生を防止し、またスケーリングの発生等を原因とするクラックの発生を回避することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、ポンプにより管路内に送ることのできる全ての液体食品材料のジュール加熱に適用することが可能であり、例えば、しょうゆ、つゆ、たれ、ドレッシング、ジュース、野菜ペースト、根菜ペースト（おろし生姜、わさび、山芋等）、千切り根菜、果実ペースト、ジャム、マヨネーズ、液卵、あんこ、フラワーペースト、固形物入り液体製品、カレー、シチュー、海藻類、魚卵等の加熱に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のジュール加熱装置の概要構成図である。
【図２】本発明の通電加熱部の拡大断面図である。
【図３】図２の通電加熱部の変形例である。
【図４】本発明の電極体の拡大断面図である。
【図５】本発明の加熱ユニット毎の測定温度に基づく通電制御手順の一例を示すフローチャートある。
【図６】本発明の出口温度センサと電極温度センサとの温度差に基づく通電制御手順の一例を示すフローチャートある。
【図７】従来のジュール加熱装置の概要構成図である。
【図８】実施例１に係る飲食物の製造システムの全体構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
４ 出口温度センサ
５ 電極温度センサ
８ 加熱ユニット
１３ ジュール加熱装置
１５ プレート
１６ フランジ
４１ 被加熱流路
４２ 通電加熱部
４３ 電極体（リング状電極）
４４ スペーサ管体
５６ 電源ユニット
５４ コントロールユニット
５５ 操作パネル
１０４，１０５ 温度測定器
４３１，４３２ 電極体（リング状電極）
４３３ ネジ穴
４３４ 挿入穴
１０５１，１０５２ 温度測定器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極体および複数のスペーサ管体を有し、内部に被加熱流路が形成される加熱ユニットを複数設け、被加熱流路内で食品材料を流動移送させながら通電加熱するジュール加熱方法において、
電極体の温度を計測する電極温度センサを加熱ユニット毎に設け、電極温度センサの測定温度に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行うことを特徴とするジュール加熱方法。
【請求項２】
前記加熱ユニットに前記電極温度センサを複数設けることを特徴とする請求項１記載のジュール加熱方法。
【請求項３】
前記加熱ユニット毎に異なる電圧となる電力が供給される場合において、同一電圧を使用する電極体のうち最下流の電極体に電極温度センサを設けることを特徴とする請求項１または２記載のジュール加熱方法。
【請求項４】
前記加熱ユニット内で、電極体間に異なる電圧となる電力が供給される場合において、電圧の変わり目となる電極体に電極温度センサを設けることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のジュール加熱方法。
【請求項５】
各加熱ユニットの出口端近傍の食品材料の温度を計測する出口温度センサを設け、出口温度センサと電極温度センサの温度差に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のジュール加熱方法。
【請求項６】
前記出口温度センサと前記電極温度センサの温度差に基づいてクリーニング警報を発し、或いは、供給電力を遮断することを特徴とする請求項５記載のジュール加熱方法。
【請求項７】
複数の電極体および複数のスペーサ管体を有し、内部に被加熱流路が形成される加熱ユニットを複数設け、被加熱流路内で食品材料を流動移送させながら通電加熱するジュール加熱装置において、
加熱ユニット毎に設けられた電極体の温度を計測する電極温度センサと、電極温度センサの測定温度に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行う制御手段とを備えることを特徴とするジュール加熱装置。
【請求項８】
前記加熱ユニットに前記温度センサを複数設けることを特徴とする請求項７記載のジュール加熱装置。
【請求項９】
前記加熱ユニットは、加熱ユニット毎に電極体間に異なる電圧となる電力が供給される加熱ユニットであって、同一電圧を使用する電極体のうち最下流の電極体に設けられた電極温度センサを備えることを特徴とする請求項７または８記載のジュール加熱装置。
【請求項１０】
前記加熱ユニットは、電極体間に異なる電圧となる電力が供給される加熱ユニットであって、電圧の変わり目となる電極体に設けられた電極温度センサを備えることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか一項に記載のジュール加熱装置。
【請求項１１】
各加熱ユニットの出口端近傍の食品材料の温度を計測する出口温度センサを設け、制御手段が出口温度センサと電極温度センサの温度差に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行うことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか一項に記載のジュール加熱装置。
【請求項１２】
制御手段が前記出口温度センサと前記電極温度センサの温度差に基づいてクリーニング警報を発し、或いは、供給電力を遮断することを特徴とする請求項１１記載のジュール加熱装置。
【請求項１】
複数の電極体および複数のスペーサ管体を有し、内部に被加熱流路が形成される加熱ユニットを複数設け、被加熱流路内で食品材料を流動移送させながら通電加熱するジュール加熱方法において、
電極体の温度を計測する電極温度センサを加熱ユニット毎に設け、電極温度センサの測定温度に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行うことを特徴とするジュール加熱方法。
【請求項２】
前記加熱ユニットに前記電極温度センサを複数設けることを特徴とする請求項１記載のジュール加熱方法。
【請求項３】
前記加熱ユニット毎に異なる電圧となる電力が供給される場合において、同一電圧を使用する電極体のうち最下流の電極体に電極温度センサを設けることを特徴とする請求項１または２記載のジュール加熱方法。
【請求項４】
前記加熱ユニット内で、電極体間に異なる電圧となる電力が供給される場合において、電圧の変わり目となる電極体に電極温度センサを設けることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のジュール加熱方法。
【請求項５】
各加熱ユニットの出口端近傍の食品材料の温度を計測する出口温度センサを設け、出口温度センサと電極温度センサの温度差に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のジュール加熱方法。
【請求項６】
前記出口温度センサと前記電極温度センサの温度差に基づいてクリーニング警報を発し、或いは、供給電力を遮断することを特徴とする請求項５記載のジュール加熱方法。
【請求項７】
複数の電極体および複数のスペーサ管体を有し、内部に被加熱流路が形成される加熱ユニットを複数設け、被加熱流路内で食品材料を流動移送させながら通電加熱するジュール加熱装置において、
加熱ユニット毎に設けられた電極体の温度を計測する電極温度センサと、電極温度センサの測定温度に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行う制御手段とを備えることを特徴とするジュール加熱装置。
【請求項８】
前記加熱ユニットに前記温度センサを複数設けることを特徴とする請求項７記載のジュール加熱装置。
【請求項９】
前記加熱ユニットは、加熱ユニット毎に電極体間に異なる電圧となる電力が供給される加熱ユニットであって、同一電圧を使用する電極体のうち最下流の電極体に設けられた電極温度センサを備えることを特徴とする請求項７または８記載のジュール加熱装置。
【請求項１０】
前記加熱ユニットは、電極体間に異なる電圧となる電力が供給される加熱ユニットであって、電圧の変わり目となる電極体に設けられた電極温度センサを備えることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか一項に記載のジュール加熱装置。
【請求項１１】
各加熱ユニットの出口端近傍の食品材料の温度を計測する出口温度センサを設け、制御手段が出口温度センサと電極温度センサの温度差に基づいて加熱ユニットに供給する電力の制御を行うことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか一項に記載のジュール加熱装置。
【請求項１２】
制御手段が前記出口温度センサと前記電極温度センサの温度差に基づいてクリーニング警報を発し、或いは、供給電力を遮断することを特徴とする請求項１１記載のジュール加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−７２１４１（Ｐ２００９−７２１４１Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４５３８６（Ｐ２００７−２４５３８６）
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【出願人】（０００１３６６４２）株式会社フロンティアエンジニアリング (30)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【出願人】（０００１３６６４２）株式会社フロンティアエンジニアリング (30)
【Ｆターム（参考）】
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