JPH02504331A - 導電性流動可能媒体を加熱するための装置およびこのような装置の使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 導電性流動可能媒体を加熱するための装置およびこのような装置の使用方法 本発明は、導電性流動可能媒体を加熱するための装置およびこのような装置を使 用する方法に関するものである。

高められた温度まで流動可能媒体を加熱するのが必要な状況が多くある０例えば 、料理するための、または殺菌するための食料の加熱および化学反応を行なうた めの化学反応物の加熱である。

電極間の媒体において電流を直接流すことにより、流動可能媒体を加熱すること は知られている。媒体のこのような直接電気抵抗加熱の利点は、比較的迅速な加 熱速度が得られ、かつ最初の近似値まで、加熱が、材料を通じて均一の速度であ ることである。これは、媒体の加熱が、熱い表面から熱を伝達することにより行 なわれ、かつ表面と、より直接的に接触する媒体と、その媒体の残りの部分との 間の温度勾配が避けられない熱交換器、オーブンおよび蒸気または湯ジャケット 容器のような加熱システムとは対照的である。申し分のない加熱速度を得る際に 、このような加熱システムは、加熱表面と最も接触する媒体の過熱を生じる可能 性がある。

しかしながら、抵抗加熱法においても加熱装置の内部、特に加熱電極上へ流動可 能材料からの付着物が滞積するので、いくつかの流動可能材料、特に食料の抵抗 加熱に難点がある。

英国特許第２０６７３９０Ｂ号明細書は抵抗加熱装置を述べていて、そこでは、 加熱されるべき流動可能媒体を介して導電されるパイプの縦方向に電極が間隔を 置き、電極が、典型的には円筒形であり、かつパイプの拡大部分を介して横方向 に通過する。これは、各電極の露呈表面における電界強度が、電界上の材料の滞 積に関連すると思われる電界強度不連続性を最小限にするために、パイプ自体か ら間隔を置いた電極の露呈表面の滑らかな部分から実質的にすべての電流が流れ るようなものにされることが意図されている。汚れを除去するように電極の表面 をかき取るために、パイともまた、提案されている。電極区域が小さく、電極間 の間隔が大きいので、高電圧が採用される。従って、電極表面における高い電流 密度が採用される。

電極上よりもむしろパイプの壁面上の流動可能媒体の付着物の問題は、これ以上 述べない。

それらをかき取るために電極を往復運動させるための手段は、詳細には述べない 、その種の装置の構造は、必要となる非常に高い電流を搬送し得る可撓性リード 線を設けるか、または摺動コンタクトが汚染および酸化されないように維持する ことが困難であるために、恐らく複雑なものとなる。

かき取るための電極移動のこのようなシステムは、その縦方向に間隔を１（より もむしろ、流体の流出方向を横切り、電極が互いに向い合うタイプの抵抗加熱装 置に適用することはできない、前者の種類のシステムは、電極区域がよりずっと 限定されているために、比較的低い電圧および高い電流でこのような装置を作動 する選択権を有するという点で都合好い、装置の構造およびその動作の安定性の 平易さの見地から、数千ポルトよりもむしろ数百ポルトのオーダの電圧を使用す るのがかなり都合好い。

従って、本発明は、導電性流動可能媒体の抵抗加熱のための装置を提供し、その 装置は、このような媒体が、それを介して流れるように配置され得るパイプ手段 を備え、そのパイプ手段は、使用中、流動可能媒体の抵抗加熱をそこに与えるた めに十分低い導電率を有する材料から作られるか、または内部でそれと一列に並 べられ、さらにパイプ手段内で間隔を置き、それを介して流れる媒体とともに使 用する際に、電気接触するように配置された少なくとも２個の電極と、その電極 、およびもしあれば、流動可能媒体が加熱されると流動可能材料からそこに配置 する傾向のある材料をそこから除去するか、またはそらせるように、流動可能媒 体の加熱が使用中に生じるパイプ手段内の１個以上のゾーン内で、流動可能媒体 と接触するパイプ手段の内部壁表面の電極に使用するための、パイプ手段内で移 動可能な手段とを備える。

移動可能除去手段が、パイプ手段の内部との接触部をかき取るために据付けられ た１個以上のかき取り部材から成るスクレーパであるのが好ましい。

このようなスクレーバは、上記パイプ手段の上流端部から延び、上記パイプ手段 内の上記スクレーバのかき取り移動を生じるための手段に接続された部分から成 る。

スクレーパは、パイプ手段の縦方向に間隔を置いた複数個のかき取り部材を備え てもよい、このようなかき取り部材は、例えば、往復運動可能キャリヤ部材に接 続されてもよく、その部分は、パイプ手段の上流端部から延び、上記スクレーパ 部材の往復運動を生じるための手段に接続される。

例えば、キャリヤ部材は、パイプ手段に沿って延び、かつパイプ手段の内部壁に 、またはそれに向けて延びる突出しかき取り部材を保持するロッドまたは同等の 手段であってもよい。

−しかしながら、キャリヤ部材は、かき取り部材がその上に保持されるロッドま たは同等の手段のような、好ましくは平行で長手のキャリヤ手段の保持器である のが好ましい、少なくともいくつかのかき取り部材が、対の長手のキャリヤ手段 間で架橋するのが好ましい。

かき取り部材の他のものは、一方の長手のキャリヤ手段から他方の長手のキャリ ヤ手段に向けて延びてもよいが、それに到達しなくてもよく、特にその場合、下 記のように、対向する電極間にシールド部材が存在する。

パイプ手段の内部断面が矩形である場合、かき取り部材の組が、パイプ手段の、 異なる対向する対の壁面を連続してかき取るために、キャリヤ部材の長さ方向に 沿って配置されてもよい。

しかしながら、他の形のスクレーパが採用されてもよい０例えば、もしパイプ手 段の内部の断面が一般に円形であるならば、スクレーバは、必要なかき取り作用 を生じるためにパイプ手段内で回転可能なオーガらせんの形をとってもよい。

このようなオーガらせんは、パイプ手段の上流端部から延びる駆動部材に接続さ れ、かつ回転運動を生じるための手段に接続されてもよい。

代わりに、スクレーバは、複数個のブラシ部材、半径方向に延びるブレードまた は必要なかき取り運動を生じるよ、うにパイプ手段内で回転するために適合され たキャリヤ部材に据付けられ、かつそこから延びる他の半径方向に延びる部材を 備えてもよい、キャリヤ部材は、必要な運動を生じるための手段との接続のため に、パイプ手段の上流端部からもう一度延びてもよい。

上記に関連のかき取り手段は、流動可能媒体がスクレーバ上に配置する傾向を妨 げるように、パイプ手段内部の材料の付着を妨げるのを援助するために、媒体内 に高度の乱流を生じるように設計されてもよく、それらは該流動可能媒体が固着 しないか、または減じられた程度にのみ固着する材料から作られるか、またはそ れで被覆されてもよい、このようなスクレーパの表面に適する材料は、多くの場 合、例えばシリコーンラバーまたはポリテトラフルオロエチレンである。

かき取り部材は、電極の短絡を避け、かつ有効な電極区域の変更を避けるために 、絶縁材料から作られるのが好ましい。

パイプ手段の内部が多角形の断面、例えば矩形の断面であり、かき取り部材がそ れに作用してもよく、かつそこで電極が、任意の対の電極の区域全体にわたり一 定の電極間距離を設けるように据付けられてもよい複数個の平坦な表面を設ける のが好ましい。

パイプ手段に接触するかき取り部材の代わりに、そこから材料を除去するために 流動可能媒体内に乱流を生じるように、電極および内部のパイプ手段に近接する が、それらとは接触しないで通過するように据付けられた一般に類似の部材を採 用してもよい。

上記電極が１個以上の電極の対を形成し、各対の電極の部材が、パイプ手段の幅 を横切って互いに向かい合うのが好ましい。

少なくとも３対の電極が存在するのが好ましい。

３相交流電圧電源のうちの１相とアースとの間に上記３個の電極対の各々を接続 するための手段を、設けてもよい。

しかしながら、電極、電源間の接続の他の構造が用いられてもよい。

例えば、パイプ手段の端部で中性の電極が、位相間に接続されてもよい。

しかしながら、電極上の端縁電流密度が、電極の寿命における重要な原因である ことがわかり、使用中に電極を介して通過される最大を流を制限し得る０例えば 、３対の電極がパイプ手段に沿って連続的に配置された多段システムにおいて、 各電極は、その対における対向電極のみならず、パイプ手段に沿った次の、およ び／または前の電極を見る。隣接する電極は、いかにして電極に電力が供給され るかに依存して、考慮中の電極の端縁電流密度にかなりの影響を及ぼす可能性が ある。連続電極間に位相差がある場合、端縁電流密度に実質的に貢献し得る、か なり大きい電位差が、隣接する電極間に生じる。従って、パイプ手段の一方例の 電極すべてが位相で供給されるのが好ましく、個々の電極への供給の振幅が別個 にコントロールされるのが好ましい、これにより、電極組間の間隙が最小にされ る。

装置が６５０ボルト未満の電極対間の電圧、好ましくはおよそ２４０ボルトで作 動されるのが好ましい。

上記電圧が、低周波のＡ（ｌ圧、好ましくはおよそ５０サイクルであるのが好ま しい。

装置が、１ｅＩ！あたりの０．２５ｄｍｐｓから１．２ｄｍｐ　ｓ、より好まし くは１ｄあたり０．４ｄｍｐｓから０．５ｄｍｐｓ、例えば１ｃｉあたり０．５ ｄｍｐＳの電流密度で都合好く動作するのが好ましい。

比較的低い電圧の使用の利点は、酸素の電解製造が生じる可能性があまりないこ とである０食品内の酸素の１！解製造は、恐らく加熱される材料中の硫黄の酸化 により硫黄二酸化物を生成するために、風味を損ないがちである。

任意には、パイプ手段の縮方向に測定された電極の長さは、連続する対の電極間 で、流れの方向に減少し、それによって、温度増加に伴う、流動可能媒体の導電 率増加にもかかわらず、上記電極対の各々にわたり等しい電圧が与えられると、 比較的均一の電流配分が使用中に得られる。

流動可能媒体がミルクである時、連続対間の百分率長さの減少が５から１５％、 例えばおよそ１０％であるのが好ましい、電極長さの最適変化は、流動可能媒体 の性質および生じられる温度変化に依存する０例として、ミルクに対して、８０ °Ｃから１４０℃に加熱するのに好適の長さは８９．８０および７１ｃｍである 。

各電極が、パイプ手段の縫方向に長手であるのが好ましい。

各電極が、それぞれの電極に隣接する、パイプ手段の内部表面区域と実質的に同 一平面になるように、上記表面に埋め込まれるのが好ましい。

パイプ手段の内部表面が、絶縁プラスチック材料のライニングにより形成される のが好ましい。

を極が、上記プラスチック材料内に埋め込まれるのが好ましい。

上記プラスチック材料が、それぞれの電極をそこにそう人する前に弾性的に引き 伸ばされ、それから、その端縁上に優れたシールを形成するように上記電極をつ かむようにゆるめられるのが好ましい、装置を組立てる時にその流れの方向に上 記引き伸ばしを行なうのが好ましい。

パイプ手段の内部から材料を除去するための上記手段が、使用中に抵抗加熱が生 じる長さの実質的全体にわたって、パイプ手段の内部から材料を除去するように されるのが好ましい。

上記電極が、全体として、電流の流れのために露呈された表面区域を有し、その 表面区域が、使用中に抵抗加熱が生じる上記パイプ手段のその部分の内部表面区 域の１０％よりも大きいのが好ましい。

上記全表面区域が、上記内部表面区域の３０％よりも大きいことが好ましい。

上記全表面区域が、上記内部表面区域のおよそ４０％であることが好ましい。

上記のように、！極の端縁における電流密度は、通過され得る最大を流、かつそ れゆえに得ることができる加熱の最大速度を決定する限定要因であってもよい。

しかしながら、電極の形および位置によっては、最大電流密度が端縁点以外のも のであってもよい。

本発明による装置において、１個以上のシールド部材が含まれるのが好ましく、 各々の上記シールド部材が、装置内の電流経路の長さに関して薄く、シールド部 材の不在下で、最高のｉｆＬ密度を見出す電極表面の一つ以上の部分で電流密度 を減じるように、それぞれの電極または電極対に関して位置決めされるのが好ま しく、シールド部材はそれによって、１個以上の電極の電流搬送容量を増大する 働きをする。

本発明による装置内の電極は、プレート状、円筒形また球形を含む実゛に様りな 形を有してもよい０通常、最大電流密度を見出す電極上の区域は、電極の形、時 には電極が電流経路を定めるカウンタ電極の性質に依存する。最大電流密度は、 電極とカウンタ電極とを最も接近させたときに生じ、その場合、電流経路は最も 短い、それは、電極とその対向電極間の直接経路の外部の流動可能媒体が付加的 電流経路となる場合、電極の＠緑にしばしば生じる。一般に、シールド部材は、 電極とその対向電極間に位置決めされ、別の方法で最大電流密度を被る電極表面 のその区域上に横たわる。

残りの電極表面に関して、これらの区域における電流密度を制限することにより 、逆説的に言えば、装置のｔ流搬送能力が増大され得る。最大電流密度が許容範 囲を越えることなく平均電流密度を高めることができる。

シールド部材が、電極のシールドされる区域と面と向かって、かつそれから間隔 を置いて延びるのが好ましい。

シールド部材が、実質的に、シールドされるべき電極の区域を越えて延びるのが 好ましい。

シールド部材が、電流の流れのために露呈された電極区域の上記端縁領域に重な る、すなわち上記電極区域の外側の上記端縁領域を越えて、かつ電極の中央に向 けて延びるのが好ましい。

シールド部材が、電極、対向電極間の間隔の１０％から３００％までの距離だけ 、電流の流れのために露呈された電極区域の端縁領域に重なるのが好ましい。

上記型なりが、上記間隔の１０％から１００％まで、より好ましくは２０％から ５０％まで、例えばおよそ３０％であるのがより好ましい。

シールド部材が、電極、その対向電極間の間隔と少なくとも等しい距離だけ、よ り好ましくは上記間隔の少なくとも２倍の距離だけ、例えば上記間隔の少なくと も４倍の距離だけ、ｉｉｔ流の流れのために露呈された電極区域を越えて外側に 延びるのが好ましい。

電極は、いかなる形であってもよく、かついかなる数の端縁、またはいかなる形 の端縁を与えてもよい。

シールド部材が、使用中、流動可能媒体により境界をつけられた電極の端縁に重 なって設けられるのが好ましい。

通常、その、または各々のシールド部材が、それぞれの電極と対向電極との実質 上中間に位置決めされるのが好ましい。

しかしながら、その、または各々の上記シールド部材は、対向電極よりも、それ ぞれの電極近くに位置決めされてもよく、かつ任意には、電極に関連のその、ま たは各々の前記シールド部材に対して、対向電極のために、対応するシールド部 材が設けられてもよい。

その、または各々のシールド部材が、実質上平面状の部材であるのが好ましい。

−ａ的に言えば、電極間方向のシールド部材の厚さはＨ２界ではないが、装置を 介する材料の流れを妨害しないように最小にされてもよい、シールド部材は、電 池に印加される実質上すべての電圧に耐えなければならないかもしれず、それゆ えに、該電圧に耐えるのに十分なｍＮ強度を有さなければならない。

各電極の端縁の最大電流密度は、装置が使用中である時、平均電流密度の２倍以 下、ある場合には平均の１．５倍以下、またある場合には０．６５倍に制限され てもよい。

抵抗加熱室外部の装置への電流の漏れを防止するのが望ましい、中立リングまた はコレクタ電極がヒータれ電流が外部装置に到達する前の中立位置への漏れ電流 に分路を作る。中立装置へのこの正味を流は、装置内で事実上除去することがで き、そこでは、装置のパイプ手段の端部の対の電極が、対称的に対向するＡ。

Ｃ１！圧により駆動される場合、パイプ手段に沿って対向する対に電極が配置さ れ、かつシールド部材が、対の電極の外部に重なり、かつ中立コレクタ電極また はリングに到達する前のある距離で停止して設けられる。電流がそれから、一方 の電極から、シールド部材の外部端部の周囲に、かつ中立コレクタよりもむしろ 対向電極に戻って通過する。中立コレクタ電極に到達する電流のうち、はとんど すべては対向を極に戻る。

適当な電源は、例えば、６バルス整流器システム、中心中立単相変換器、または ６組電源により電力を与えられるインバータであってもよい。

このような構造の利点は、パイプ手段内の端部容量（電極の上流および下流の容 量）が最小にされ得ることである。大規模下流端部容量は容量を浪費するだけで なく、あいにく、最短一時待機時間を高温で増大させる可能性がある。また、よ り小さく、あまり厳密には特定されていない中立接続を採用してもよい。

装置はさらに、上記パイプ手段の下流端部に接続され、熱交換により上記流動可 能媒体を冷却剤の流れで冷却するための熱交換器を含んでもよい。

装置はさらに、上記熱交換器を介する上記流動可能媒体のための流出経路の下流 に圧力解放弁（安全弁）を含んでもよい、圧力解放弁を使用することにより、加 熱装置内に維持された超大気圧が、沸騰しないで解放されるので加熱され、再冷 却された媒体が、バッキングのような後の処理において、およそ大気圧で処理で きるようになる。

抵抗加熱装置により生じられる加熱が、他の形態の加熱装置における加熱よりも 、本質的にずっと均一であるが、均一な加熱からの逸脱が生じることが見出され ている。ヒータ内の材料が達する温度は、材料が電流に露呈される時間の長さと 、電流密度に依存する。

液体およびスラリーは、均一速度でパイプを移動しない、パイプ部分を横切る速 度配分は、加熱される材料の流動特性に依存する。ある材料、特に食品でわずか に加熱することにより、有害となる恐れがある。均一でない流れによる効果は、 温度に敏感な材料が加熱されている時、実際に重要となる。

上記スクレーパの一つの効果は、流動可能材料に乱流を生じ、それによって均一 な流量および加熱さえも助長することであるとわかった。均一でない加熱を避け ることにより、パイプ壁土に材料を付着させる傾向は、多くの場合、かき取りが 必要ないほど、かなり減じられる可能性がある。また、食品の風味や栄養値をあ まり損なわなくなった。従って、電極およびパイプ手段の壁をかき取らないで、 パイプ手段内の流動可能媒体の高度のかくはんを生じることに価値があることが わかった。

従って、第２の主たる局面において、本発明は、導電性流動可能媒体の抵抗加熱 のための装置を提供し、その装置はこのような媒体がそれを介して流れるように 配置され得るパイプ手段を備え、このパイプ手段は、使用中、流動可能媒体の抵 抗加熱がそこで与えられるように十分に低いｉｔ性を有する材料から作られ、ま たはそれと内部で一直線であり、さらにパイプ手段内で間隔を置き、それを介し て流れる媒体と使用中に電気接触するように配置された少なくとも２個の電極と 、すべての流動可能材料に対して、実質的に均一の、パイプ手段通過時間を与え るように、流動可能材料のかくはんまたは乱流を生じるための手段とを備える。

このようなか（はん手段は、固定された流量変流器であってもよいが、移動か（ はん部材、たとえば上記のようなかき取り部材であるのがより好ましい。

このようなかくはん手段は一般に、パイプ手段の壁からパイプ手段の中央に材料 をそらせ、十分に混合するように設計されるべきである。

上記のように、食料を加熱する際に、温度制御がかなり重要となる。

従って、本発明による装置は、上記流動可能材料の流量を測定するための手段と 、上記パイプ手段に入る上記流動可能材料の温度を測定するための手段と、上記 流量および温度測定値に応答し、加熱電流の通過を規定するための制御手段と、 上記流動可能材料が上記パイプ手段内で加熱される出口温度で測定するだめの手 段とを含むのが好ましく、上記制御手段は、上記出口温度にさらに応答し、電流 の通過を規定する。

入口温度および流量により供給される加熱エネルギーをまず調整し、それから性 能をさらに規定するために、フィードバックループ内の出口温度を用いることに より、温度が、均一性および絶対レベルの両方に関し、より厳密に制御されるこ とがわかった。抵抗ヒータにおいて、温度制御の必要条件は、ガスまたは液体の 熱交換により制御される従来のヒータよりずっと重要である。

上記制御手段は、マイクロプロセッサ制御手段であるのが好ましい。

本発明は、上記のような発明の装置のパイプ手段を介して流動可能媒体を通過さ せる段階と、流動可能媒体を加熱するために、上記電極間で流動可能媒体を介し て電流を通過させる段階とから成る流動可能媒体の加熱方法を含む。

上記のような加熱装置は、装置から流動媒体を直接に受けることができる包装機 械に直接連結されるか、または、流動可能媒体を冷却するために設けられた熱交 換器を介して、冷却された流動可能媒体を受けて、所望の態様で流動媒体を包装 することができる包装機械に結合されてもよい。

流動可能媒体を前もって加熱する装置が、本発明による抵抗加熱装置の上流に設 けられてもよい、流動可能媒体が、料理を必要とする食品である場合、食品は、 さらに加熱するために、たとえば殺菌するために、本発明による抵抗加熱装置に 導入される前に部分的に料理されてもよい。

本発明は、添付の図面を参照し、好ましい実施例の以下の発明により、さらに説 明されかつ例示されている。

第１図は、食品殺菌装置の一部として取付けられた、本発明による装置の概略図 である。

第２図は、第１図の抵抗加熱装置の正面断面図である。

第３図は、第２図の装置のパイプ手段の正面断面図である。

第４図は、第３図のラインｒＶ−ｍＶの断面図である。

第５図は、第２図のライン■−■の断面図である。

第６図は、第２図のラインＶｌ−Ｖｌ上の対応する部分である。

第７図は、第１図の装置の熱交換器の横断面図である。

第８図は、本発明による加熱装置の第２の実施例の概略側面図である。

第９図は、電極への電気接続部の詳細を省いた、第８図の装置の中央エレメント を介する面単な１！断面である。

第１０図は、第９図のラインｘｘ−ｘｘ上の横断面図である。

第１１図は、−個の電極の電気接続部を示す、第８図および第９図に示されたエ レメントの平面図である。

第１２図は、第１１図のライン■−■上の縦断面図である。

第１３図は、第８図ないし第１２図の装置の入口端部領域を介する縦断面図であ る。

第１４図は、第８図ないし第１３図の装置の出口端部領域を介する縦断面図であ る。

第１５図は、第８図ないし第１４図の装置の等位配分のコンピュータシミュレー ションである。

第１６図は、中央電極対がオフに切換えられた状態で使用中の、第８図ないし第 １４図の装置の等位配分のコンピュータシミュレーションである。

第１図に示されるように、流出可能食品を殺菌するための装置は、食品が殺菌さ れるための入口２と、加圧大気のための入口３とを存する第１の食品保持タンク １を備えてもよい、この装置は、食品のための類似の入口５と、予圧ガスのため の入口６とを有する、別の食品保持タンク４を備えてもよい。

食品保持タンク１および４は、切替弁７を介して、以下でより詳細に述べられる 本発明の抵抗加熱装置８の入口に連結されてもよい。

加熱装置は、パイプ手段を有し、かつ流動可能食品のための入口ｌＯおよび殺菌 される食品のための出口端部１１を有するチューブ９を備える。

加熱装Ｗｔ８の出口端部１１は、以下でより詳細に達文換器には、液体の冷却剤 が流れるための入口１３と、食品保持タンク４内の加熱コイル１５に連結された 、冷却剤が流れるための出口１４とを有する。

熱交換器１２からの食品用出口は、食品が包装機械に連結されるための出口１７ と、ガス加圧用入口１８とを有する無菌保持タンク１６に連結される。

本発明による抵抗加熱装置は、第２図ないし第６図でより詳細に例示されている 。この装置は、第４図を参照すると最も良くわかる態様で組立てられた、パイプ を構成する断面矩形のチューブ９を備える。

チューブ９は、絶縁内部ライニングプレート２０が設けられる、金属であっても よい上方および下方プレート１９を備える。第２図かられかるように、電極２１ はライニング２０の内部表面に埋め込まれている。

プレート１９、ライニング２０および存在するのであれば電極２１の上方および 下方アセンブリは、絶縁スペーサ壁部材２２により間隔をあけられている。それ らは、プレート１９の、横方向に延びる端部部分間にある、横方向に延びた上方 および下方フランジを有する金属壁部材２３により支持される。ポルト２４は、 組立てられた部品を共に封止関係に保持するために、プレート１９内の整列した 開口および壁部材２３のフランジを通過する。

例示の加熱装置は、第３図に最も良く示されているように、長さ方向に沿って間 隔を置いた３対の電極２１を含む、各を極２１は、絶縁ライナ２ｏの内部表面内 に埋め込まれているので、パイプの内部表面は滑らかで、中断されない。

電源と電極２１との接続は、電源から接続がなされる接触プレート３７と電極を 接続する接触部材３６を通過させる壁１９内の開口３５を介してなされる。

図示された３対の電極の各々は、アースと３相電源の１相との間に接続されても よ（、その３相電源は、英国においては標準であるように、従来の４４０ボルト 、５０Ｈｚ３相主電源であるか、または他の国においても標準となるような本質 的に同等の主電源であってもよい、異なる位相、しかし等しい電圧が、それゆえ に、各層の電極を横切って印加される。

図示されるように、電極はすべて同じ長さである。

処理される液体または他の流動可能材料の導電性が温度に伴なって上がる場合、 より上流の電極対よりも下流の電極対間の方が多くの電流が流れる傾向がある。

これは、電極が下流に行くに従って長さを減じるようれによって電源の３相関の ｔ流消費を平均化できる。

ロフト２５がパイプ９が軸方向に延び、第２図、第５図および第６図に最良に示 される複数個のかき取り部材２６および２７を保持する。各かき取り部材は、中 央ボス２８、一対の半径方向に延びるアーム１９、ならびにパイプ９のそれぞれ の壁の露呈された全表面区域を一掃するようにされた絶縁材料の一対のブレード 部材３０から成る。かき取り部材２６においては、半径方向アーム２９が水平に 、かつブレード端縁が垂直に延びる。かき取り部材２７においては、半径方向ア ームは垂直に、かき取り部材端縁は水平に延びる。

他の形のスクレーパを採用してもよい、スクレーパに作用する力により生ずる、 それ自体の偏向を最小限にし、材料が詰まるのを防ぎ、材料をパイプ手段の端縁 からその中央に向けるための手段を組入れるような設計であるのが望ましい。

ロッド２５が、パイプ９の上流端部から、パイプ９に取付けられたＬ膨大口部材 １０の壁内のブシュ３１を介して延びる。第１図でわかるように、ロッド２５は 、ここでは、その端部に、ロッド３３により偏心的に接続されたモータ駆動フラ イホイール３２として略図で例示された、口７ドの往復運動を生じるための手段 に接続される。ロッド２５が使用中に往復運動される距離は、パイプ９内の連続 スクレーパ２７により一掃される区域と重なり、かつ同様に、連続スクレーパ２ ７により一掃される区域も重なるようなものでなければならない、第１の電極の 最も上流から、最終電極の最も下流の端部に下るパイプの内部全長は、それゆえ に、４つの壁すべてに作用するスクレーパによって一掃されなければならない。

ロッド２５は、加熱パイプ９の上流端部から装置に導入されるので、ブシュ３１ において常に完全無菌封止を維持することは重大なことではない、なぜなら、口 ２ド２５に沿ってシステムに入る可能性のあるわずかな汚染物が、すでに材料中 に存在する、殺菌されるべきバクテリア汚染物に最低県別わるのみだからである 。

この装置は、入口熱電対３８、出口熱電対３９、およびコントロールユニット（ 図示せず）に連接された、ドツプラー流量測定装置のような流量モニタ４０を含 み、そこでは入口熱電対および流量モニタからの信号が、ヒータ内のエネルギー 人力を規定するために電極への電圧印加を規定する出口信号を得るために使用さ れる。出口熱電対３９から得られた信号はフィードバックループ内で活用されて 、制御手段により行なわれる温度制御を洗練するために使用される。

第１図および第７図に例示された熱交換器には、冷却剤液のための経路にカウン タ電流を流す、殺菌される食品のための経路を備える。熱交換器は、分割プレ８ を備え、そのプレート３４は各々、シェル３８の一方の端部から隣接する他方の 端部に延び、プレート３４の端部とシェル３８との間の他方の端部に間隙を残す 、各プレート３４は、プレートの積層を下って作用するように先行のプレートか らのシェル３８の異なる端部から始まるので、プレートは、入口１３から出口１ ４に至る冷却剤液用の曲がりくねった経路となっている。プレート３４間の空間 内で、殺菌される食品用経路が、プレート３４間の各層内の曲がり（ねった経路 に沿って走り、かつプレート３４とシェル３８の端部間の空間を介して、一つの 層から次の層へと通過するように構成されたチューブにより設けられる。チュー ブは、殺菌される食品用の、熱交換器からの出口に連続して各層を介して延びる 熱交換器を介する全流動経路を形成する。

上記の本発明による装置は、様々な方法で使用できる。迅速に加熱したり、迅速 に冷却する必要のあるミルクのような食品は、保持タンク１に導入され、入口３ を介して導入される空気または窒素により、例えば５気圧の圧力まで加圧されて もよい、ミルクは、その後、ミルクを介する電流の直接経路により、チューブ９ を通過するとき加熱される。ミルクはそれから、その出口が、図示された保持タ ンクに接続されるか、または減圧バルブを介して包装機械に直接接続されても来 ると、たとえばカートンに直接包装される。

ペットフードのような、流動可能高充実製品のような材料に対しては、製品が料 理され、その後、段面のために、より高い温度まで簡単に加熱されてもよい。

これは保持タンク４内に食品を通過させることにより達成できる。そこでは、加 熱コイル１５を通過する、熱交換器１２からもたらされる暖められた冷却剤によ り加熱される。製品は、加熱装置８の入口に導入されるべく切替弁７を通過する 前に、この加熱により予め料理されてもよく、その後、加熱装置８は加熱殺菌す るべく、食品の温度をさらに上げるために特使用される。

熱交換Ｂ１２で取出された熱は、同一工場内において、装置８内に導入されない 異なる食品などの他の食品処理作業に使用されてもよい。

装置は、定期的に清掃し、殺菌する必要がある。このような清掃および殺菌作業 においては、きれいな水ですすいで終わるのが常であるが、この種の抵抗加熱装 置内では、導電媒体がチューブ９を充填しなければ、加熱が再開され得ないとい う点で問題となる。従って、殺菌工程に続いて、装置が水酸化ナトリウムまたは 塩化ナトリウム液のような導電溶液で充填され、抵抗加熱の開始後、パイープ９ の入口１０を介して処理されるべき材料の導入により、溶液が次第に置換される のが好ましい、これは、機械の始動中に、流動可能材料の浪費を最小限にする。

図示されるように、かき取りブレード部材３０は、パイプ手段内で液体の流れの 方向に、末広がりに傾斜している。かき取りブレード部材３０を反対方向に傾斜 させることにより、材料の流れが、かき取りブレードをパイプ手段と密接させる ようにして、材料の流れがかき取りブレード部材に対して作用し、かつパイプ内 部に偏向を生じさせることにより、より多くの乱流が生じるようにしてもよい、 この構造のさらなる利点は、ロッド２５が、最も荷重をかけられている時、緊張 しておりゆえに座屈荷重に対して抵抗力がより小さいことである。

加熱するパイプの内部表面全体に作用するスクレーパを提供することは、材料が パイプの壁に付着しないように防止しようとする際に、それらを冷却する（例え ば第２０６８２００Ｂ号明細書に前もって提案されている）必要がないことを意 味する。これも例示の実施例の利点の一つである。パイプ壁の冷却は、当然、加 熱装置の一般的目的と矛盾し、エネルギーを浪費するからである。

パイプ９の角断面により、パイプ９は平板状部品から組立てることができ、その ため１．従来の円形パイプに基づくシステムを用いては可能でなかった、検査お よび徹底した清掃のための分解が可能となる。

パイプの縦方゛向に走る大きな電極を使用することにより、比較的安全な低電圧 の使用、ゆえに、より安価で簡単な構築方法の使用が可能となる。

第８図ないし第１４図に示された、本発明による抵抗加熱装置の第２の実施例は 、フランジで接続された５つの主要素から組立てられたパイプ手段１０９（第８ 図参照）を備える。これらの要素は、入口端部要素２０１、第１、第２および第 ３の加熱要素２０２．２０３．２０４ならびに出口端部要素２０５である。これ らの要素の構造は、後の図面に、より詳細に示されている。第８図に見られるよ うに、パイプ手段１０９は、入口１１０と出口１１１とを有する。

第９図は、３つの加熱要素の中央のもの２０３を断面で示す、他の２つは、同じ ものである。各々は、第１０図に示されるように矩形の断面であり、１対の対向 するスペーサ壁部材１２３の端縁に当接し、かつそれらによって分けられた１対 の対向する外部壁部材１１９を有する。パイプ手段のこれらの壁部材はアルミニ ウムであるのが好ましい、封止ガスケットが設けられ、そこではスペーサ壁部材 １２３が壁部材１１９に当接する。壁部材１１９の直接の内部には、スペーサ壁 部材１２３の内部に直接横たわる絶縁スペーシングライニングプレート１２２に より間隔を置かれた絶縁ライニングプレート１２０が設けられている。電極１２ １は、ライニングプレート１２０の各々の内部表面に埋め込まれているように見 え、その各々の表面は、それぞれのライニングプレート１２０の境界面と同一平 面にある。壁部材１１９および１２３内の開口を通過するボルト１２４は、パイ プ手段の内部室胴を封止するように、スペーシングライニングプレート１２２に 対して、ライニングプレート１２０を圧縮する働きをする。封止を改良するため に、スペーシングライニングプレート１２２の各端縁に沿つて、縦方向に走る溝 ２０６が設けられる。

断面に見られるように、矩形のコーナに配置された１組の４個の平行ロッド１２ ５が入口端部からパイプ手段１０９に延びる。

パイプ手段の入口端部の外側のプレート２０７内に４個のロッドが据付けられる （第１３図）、単−ロッド２０８は、ロッド１２５から離れて、かつプレート２ ０７の中心から、それに平行に延びる。

ロッド１２５は、口、ラド２０８の移動により往復運動可能となるように、パイ プ手段の鏡板内のブシュを介してパイプ手段に入る。

かき取りブレード２１０を保持する運搬具２０９が、ロッド１２５の各々上で、 均等間隔で支持される。運搬具２Ｑ９は一般に、それぞれのロッド１２５を受け るような直径の穴を有し、かつそれぞれのかき取りブレード２１０が据付けられ た突出し首を有する球形である。かき取りブレード２１０は、流れの方向に、パ イプ手段１０９を下ってゆき、電極内蔵壁をかき取り、かつそれと間隔を置いた 壁をかき取ることを交互に行なうために設けられている。

ワンド１２５０ケージの往復運動の長さは、特定の壁に作用するかき取りブレー ド２１０の作業区域が、加熱領域内のパイプ手段の内部区域がかき取られたまま になるように重なるのに十分である。

かき取りブレードを保持するために、４個のロッド１２５のケージを使用するこ とにより、ブレードかき取りのために壁に押し付けられて自然ばね作用が与えら れる。

対向電極１２１の中間で、パイプ手段に沿って一定間隔で、絶縁シールド部材２ １１が設けられる。４個のこのようなシールド部材が設けられる。第１のものは 、第１の加熱要素２０１の電極の上流部分に重なるように、入口端部要素２０１ 内から延びる。第２のものは、第２の加熱要素２０２の電極の上流端部に重なる ように、第１の加熱要素の電極の下流端部に重なる位置から延びる。第３のもの は、第３の加熱要素２０３の電極の上流端部に重なるように、第２の加熱要素２ ０２の電極の下流端部の重なり部分から延びる。最後のものは出口要素２０４内 への最終加熱要素２０３の電極の下流端部の重なり部分から延びる。各シールド 部材は、スペーシングライニングプレート１２２の内部表面内の対向する縦方向 に走る溝間で架橋する絶縁プラスチック材料の比較的１いプレートである。英国 特許出願第８８０９７５０．６号に、より十分に開示されるように、シールド部 材の目的は、電流密度が電極の上流および下流端縁で増加する傾向を減じるよう に、電極の端縁で、かつその囲りで、電流経路を減じることである。その結果、 シールド部材が不在である場合のように、これらの端縁の電流密度が実質的に高 くなるときに可能である以上の平均電流密度で、電極を走行させることができる 。

シールド部材が、電極の区域のおよそ７０％を被覆することがわかる。

ライニングプレート１２２がシールド部材２１１を保持する領域で、それらのプ レートの内面をかき取るために、かき取りブレード２１０が配置された場合、か き取りブレード２１０は、シールド部材２１１の存在を調節するように中断され る。他の領域では、かき取りブレードは、対の運搬具部材２０９間で架橋されて いる。

ライニングプレート１２１および１２２は、ポリエーテルスルフォンまたはポリ エーテルエーテルケトンのような、耐湿の食品認可プラスチック材料から成るの が好ましい、電極は、画業界に既知の、エルチックＥＣ６１０コーテイングのよ うな適当な電極コーティングでコーティングされたチタニウムであるのが好まし い０食品が電極と壁の間の接合部に入らないように、電極とそれが受けられる壁 との接合部を設けるのは問題である０例示の実施例においては、ライニングプレ ート１２０は、縦方向に引き延ばされた状態である間に、電極１２１を受けるよ うに切削加工され、かつその後、電極の端縁に対してゆるめられ、そのため、電 極とライニングプレートの熱膨張の差がその後、ライニングプレート１２０内の 弾性応力を変化させて調節され、こうして、電極の端縁とライニングプレート１ ２０間の間隙を開放する機会を避けることができる。

これは、第１１図および第１２図を参照して最良に述べられている方法により達 成される。第１２図に示されるように、パイプ手段の壁部材１１９は、その上流 端部に、壁部材１１９の内部表面に置かれた一対の当接部材２１２が設けられて いる。壁部材１１９の対向端部で、一対のねじ調整可能当接部材２１３が、壁部 材１１９の端部でフランジを介して延びる調整ねじ２１４に接続されて設けられ る。ライニングプレート１２０には、当接部２１２および２１３上で係合するた めにくぼみが設けられ、ライニングプレートが壁部材１１９と接触して配置され た後、当接部２１３が、装置の流れの方向に、ライニングプレート１２０を弾性 的に引張るように外側にねじで締付けられる。を極１２１を受けるための開口が その後、ライニングプレート１２０内で切削加工され、電極１３６およびスタッ ド２１３を据付ける複数個の電極を受けるための孔が、ライニングプレート１２ ０内に穴あけされる。電極はその後、電極１２１により保持されたスタッド２１ ３により所定位置に据付けられ、そのスタッド２１３は、絶縁カラーにより絶縁 される壁部材１１９の外側でナツトにより固定される。これは、電極を、ライニ ングプレート１２０の内部表面に対して平らに保つ。

移動可能当接部２１３の調整ねじ２１４は、その後ゆるめられ、それによって電 極１２１の端部と、ライニングプレート１２０内の電極を受ける（ぼみの端部と の間の接合部が、ライニングプレート１２０内の弾性応力が解放されるにつれて 閉じるようにされる。

第１３図に示されたパイプ手段１０９の入口端部要素は、かき取り機構のロッド １２５を通過させるブシュを介する円形鏡板２１５と円形外部壁２１４から成る 外部金属ケーシングを有する。壁２１４の下流端部は、第１の加熱要素２０２の 上流端部に裾付けられたフランジである０円筒形壁２１４内に、ＰＴＦＥ２１６ のブロックが設けられる。

第１４図に示された下流端部要素２０４は一般に、ロッド１２５が端部要素の鏡 板を通過しないコースを除いて、同じ構造を有する。

出口チューブ２１７は、端部要素２０４の鏡板から延び、電気的に絶縁関係にあ る冷却装置の入口チューブ２１Ｂにフランジ接合されている。

装置への電源は、６バルス整流器システムか、または中央中性点単相変圧器また は６相電漉により電力を与えられるインバータの形をとる。それらは、パイプ手 段の一方側の電極が、個別に振幅制御されてもよい、中性点に対称的な電源によ り駆動されるものであり、中立コレクタ電極は、コネクタ端子２１９が設けられ た下流端部要素２０５の端面により構成される。シールド部材２１１の最も下流 のものは、端部要素２０５内への最後の対の電極の下流端縁と重なって延び、中 性点コレクタ電極の短絡を停止することが第１４図かられかる。

流動可能製品のヒータ内での加熱制御は、１個以上の対の電極に印加される電圧 の振幅の変化により達成できる。

制御のために、１個以上の対の電極を、瞬間的にオフに切り換えてもよい。

また、電位差がある時、パイプ手段の同じ側で隣接する電極からの電流の流れに 対し電極の薄片のみをかき取り部材が露呈している電極部分で、高い電気負荷を 生じる潜在的危険性がある場合、かき取り部材位置を感知し、その結果性じる信 号を使用し、電極を保護するために潜在的臨界点で電源を瞬間的に切るための手 段を含むことができる。

上記シールド部材の使用効果は、第１５図および第１６図に例示され、それらは 、コンピュータシミュレーションにより生じられる等電位のプロットである。

第１５図は、通常の使用において、パイプ手段の同じ側の電極間で、事実上電流 が流れず、いずれかの電極における最大を流密度と、平均電流密度との比がおよ そ１．５であることを示す、これは、平均電流密度が、エツジ電流密度が過大と なることのないシールドの存在下の場合よりもずっと高くなり得ることを意味す る。

加熱効果は、等電位が最も近接している場合最も大きく、それゆえに加熱効果が ヒータの中心軸にそって最高となることがわかる。ｆＬ動可能材料が中心軸に沿 って最高に速く流れる可能性があるので、電流配分は、より均一な加熱を生じる 可能性がある。さらに、中心軸に沿ったシールドの位置決めは、それ自体、パイ プ手段の中心に沿って流量を減じる傾向があり、今一度、均一な加熱を生巳るよ うに助ける。

第１６図は、中心電極で電流がオフに切換えられる時、瞬間的に生じる状態を例 示する。プロットは、上流および下流電極と、中心の対の電極との間を流れる電 流が多すぎないことを示し、かつまた上流および下流の対の電極における最大電 流密度がこれらの条件の下でさえ、平均電流密度に比例して高くなりすぎないこ とも示す。

両プロットは、パイプ手段の端部の中立電極に電流が事実上流れないことを示す 。

第８図ないし第１４図を参照して述べられたかき取りシステムの利点は、パイプ 手段の流れに対する障害物が、第１図ないし第７図に例示された機構と比較して も減じられることである。これは、流れの方向に垂直に延びる比較的長いアーム の存在が回避されるためである。流れる材料が詰まり、その結果過熱の危険のあ る区域を回避するという点で、この設計は優れている。かき取り部材は、長い支 持ロッドのため、弱い力でかき取られるべき表面と接触するように組み込まれた ばねとしても機能する。

かき取り部材は、加熱が生じるパイプ手段境界領域のこれらの区域すべてに作用 する。また、本設計は、パイプ手段の内部が、加熱される流動可能媒体に露呈さ れ、かつ端部要素２０４におけるようにかき取られず、流れが加速され、上記内 部上への付着を防ぐ傾向があるようなものである。

第８図ないし第１４図の装置の設計は、導電率が異なる流動可能材料の加熱に対 処するために装置の調整を容易にするようなものである。シールド部材を縦方向 にシフトするか、または、異なる程度まで電極をマスキングするべく、例示のシ ールド部材を取り外し、それらを異なる長さのシールド部材と交換することによ り、電源上の任意の電流制限に基づく任意の電力で、パイプ手段内で加熱され得 る流動可能材料の最小または最大抵抗率を変えることが可能である。

本発明は、特定の実施例の説明により例示されたが、発明の範囲内で多くの修正 および変更が可能であることが認められるべきである。

ミ 手続補正書（方式） 平成２年　１月１９日ぼ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．導電性流動可能媒体の抵抗加熱のための装置であって、このような媒体がそ れを介して流れるように配置され得るパイプ手段（９）を備え、パイプ手段（９ ）は、使用中、流動可能媒体の抵抗加熱がそこで与えられるように十分に低い導 電性を有する材料（２０、２１）から作られるか、またはそれを内部的に一直線 となり、さらに、パイプ手段内で間隔を置き、それを介して流れる媒体と使用中 電気接触するように配置された少なくとも２個の電極（２１）を備え、装置が、 電極、およびもしあれば、加熱されると流動可能材料からそこに付着する傾向の ある材料をそこから除去するか、または偏向させるように、流動可能媒体の加熱 が使用中生じるパイプ手段内の１個以上のゾーン内で流動可能媒体と接触するパ イプ手段の内部壁表面のものに使用するように、前記パイプ手段内で移動可能な 手段（２５、２６、２７）を含むことを特徴とする導電性流動可能媒体を抵抗加 熱するための装置。
2. ２．移動可能除去手段がスクレーパであり、パイプ手段の内部との接触部をかき 取るために据付けられた１個以上のかき取り部材（２６、２７）を備える、請求 項１記載の装置。
3. ３．スクレーパが、往復可能キャリヤ部材（２５）に接続されたパイプ手段の縦 方向に間隔を置いた複数個のかき取り部材（２６、２７）を備え、その一部分は 、パイプ手段の上流端部から延び、かつ前記かき取り部材を往復運動させるため の手段（３２、３３）に接続される、請求項２記載の装置。
4. ４．往復運動可能キャリヤ部材が、長手のキャリヤ手段（１２５）のケージと、 前記長手のキャリヤ手段の対の間に、少なくともいくつかのかき取り部材（２１ ０）を備える、請求項３記載の装置。
5. ５．パイプ手段の内部から材料を除去するための前記手段が、使用中抵抗加熱が 生じる長さの実質的全体にわたって作用するようにされる、先行の請求の範囲い ずれかに記載の装置。
6. ６．前記電極（２１）が、１個以上の電極対を形成し、電極の各対の部材が互い にパイプ手段を横切り、かつその幅と面する、先行の請求の範囲いずれかに記載 の装置。
7. ７．各電極（２１）が、それぞれの電極に隣接する前記表面の区域と実質的に同 一平面上になるように、パイプ手段の内部表面内に埋め込められている、請求項 ６記載の装置。
8. ８．前記電極がすべて、前記内部表面区域の３０％以上の電流の流れのために露 呈された表面区域を有する、先行の請求の範囲いずれかによって記載の装置。
9. ９．パイプ手段がまっすぐで、かつ中空矩形断面であり、パイプ手段の内部表面 が実質的に平らである、先行の請求の範囲のいずれかに記載の装置。
10. １０．移動可能除去手段が、パイプ手段の内側との接触部をかき取るために据付 けられ、かつすべての流動可能材料のためのパイプ手段を介する通過時間が実質 的に均一となるように、流動可能材料のかくはん、または乱流を生じるようなス クレーパである、先行の請求の範囲のいずれかに記載の装置。
11. １１．導電性流動可能媒体の抵抗加熱のための装置であって、このような媒体が それを介して法れるように配置され得るパイプ手段（９）を備え、パイプ手段は 、使用中、流動可能媒体の抵抗加熱がそこで与えられるように十分に低い導電性 を有する材料（２０、２１）から作られるか、またはそれと内部的に一直線とな り、さらにパイプ手段内で間隔を置き、それを介して流れる媒体と使用中電気接 触するように配置された少なくとも２個の電極を備え、装置が、すべての流動可 能材料のためのパイプ手段を介する通過時間が実質的に均一となるように、流動 可能材料のかくはん、または乱流を生じるための手段（２５、２６、２７）を含 むことを特徴とする、導電性流動可能媒体を抵抗加熱するための装置。