JPH0550835B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流動する液体もしくは溶液の均質熱
処理法に関するものである。本発明は、また、こ
の方法を実施する装置に関するものである。

イ 従来の技術 液体が、たとえば、製品を混合し処理を促進さ
せる機能をもつ羽根または刃を備えた反応器内で
均質熱処理されうることは公知である。この形式
の装置は、いくつかの欠点をもつており、使用が
難しい。その理由は、製品を機械式にかき取る羽
根もしくは刃が存在することで、構造が複雑にな
ることが多く、技術的欠点をともないやすく、加
えて、機械式の構成部分が摩耗しやすいので、材
料にも制限があり、人件費もかかる。他面、この
形式の装置は、その実際の技術面の機能が必ずし
も十分ではなく、とりわけ、粘度の比較的高い製
品の場合、それが著しい。その理由は、かき取り
作業が反応器の壁部に対して行なわれるのではな
いため、製品の一部が壁部に付着したまま残り、
かさぶたを形成し、焼け焦げが生じるからであ
る。こうしたことのため、均質な熱処理が妨げら
れ、反応器全体の停止とクリーニングを余儀なく
される。一方、羽根や刃というものを備えていな
い垂直円筒管で成る反応器を用いると、円筒管の
囲壁に近い流れは遅くなり、中心部分の流れは速
くなつてしまう。一方、マイクロ波のエネルギ
ー・パワーは円筒管の周囲から中心部分に向かつ
て減衰している。かような理由によつて、円筒管
の周壁に近い液体の流れは中心部分の流れに対比
してより強く加熱されてしまう。かくては、円筒
管の出口における液体の温度は決して均等にはな
らない。

ロ 問題点を解決するための手段 本発明の液体を加熱する方法は、液体を垂直の
円筒管の入口端に送る段階と、該円筒管内に配置
された少なくとも１つの有孔プレートを通して前
記円筒管を貫通して液体を移動させ、前記入口端
から前記円筒管の高さ方向の少なくとも一部分に
対して前記円筒管の中心部分における液体の流れ
を制限する段階と、前記円筒管を貫通して移動す
る液体をマイクロ波エネルギーの場にさらす段階
と、前記円筒管の出口端から加熱された液体を受
領する段階とを含むことを特徴とする。

本発明の方法によれば、垂直の円筒管内におい
て、液体の移動速度が修正され且つら旋状の渦流
が生ぜしめられて、この結果、円筒管の出口にお
いて液体が均等な温度にされるのである。

被処理液体が垂直の円筒管内を流れるとき、入
口端から円筒管の高さ方向の少なくとも一部分に
対して円筒管の中心部分における液体の流れを制
限することによつて、中心部分における液体にマ
イクロ波のエネルギー・パワーをより効率良く提
供することができる。このことは、円筒管の周壁
に近い液体と、中心部分の液体とを均等に加熱す
るために稗益する。

次に、被処理液体流は垂直の円筒管内で２つの
力にさらされる。一方の力は液体の流束の流速に
基づく力であり、他方の力はマイクロ波のエネル
ギーの浸透力を示す水平方向の力である。流束の
流速に基づく力は、円筒管内の高さ方向の位置に
関係なく一定である。マイクロ波のエネルギーの
浸透力を示す力は液体の温度が上昇すると、それ
に応じて大となる。従つて、流束の流速に基づく
力とマイクロ波のエネルギーの浸透力を示す力と
の合成力により、液体は単純には垂直方向へは流
れず、次第に平らな渦状の流れとなつてくる。こ
のら旋状渦運動によつて、液体は良好に混合さ
れ、温度がほぼ均等になつて垂直の円筒管の出口
に達する。本発明の方法によれば、中心部分にお
ける液体の流れが制限されているから、前記のら
旋状渦運動によつてこの中心部分における液体の
流れも良好に混合され得るのであつて、垂直の円
筒管の出口における液体は、中心部分の液体をも
含めてより均等に加熱されるのである。

本発明による方法は、実際面でいくつかの応用
が可能である。すなわち、所望の対象が、液体ま
たは溶液を殺菌する必要がある場合、全媒体が所
望温度にされるので、完全な殺菌が達成される。
また、液体媒体を所定の温度にして、特殊な感覚
受容的特徴を与えたり、所望の最終均一温度で後
処理が行なわれうるようにすることが望まれる場
合にも用いられる。

本発明によれば、50℃で3.10⁴センチポワズ以
下の粘度をもつあらゆる種類の液体もしくは溶液
を処理可能である。たとえば、水、砂糖含有溶
液、糖みつ、純ココア・ペースト、クリーム、ミ
ルクなどを、本発明の方法により処理可能であ
る。

本発明による方法の実地応用のさいには、２つ
の重要なパラメータがある。これらのパラメータ
は、所定の液体もしくは溶液に、言いかえると流
量とマイクロ波エネルギーに適合させねばならな
い。なぜなら、これら２つのパラメータは、液体
に作用する合力を決定するものだからである。上
方へ流れる液体もしくは溶液の場合、流量とマイ
クロ波エネルギーは次のように選ばれる。すなわ
ち、該液体もしくは溶液が、十分に長時間にわた
りマイクロ波エネルギーにさらされ、均一な最終
熱状態およびコンスタントな最終温度に達しうる
に選ばれるのである。これら２つの変数は、もち
ろん、液体の初期温度と該液体に与えられるべき
最終温度の関数である。すなわち、双方の温度差
が大きければ大きいだけ、流量は低下し、マイク
ロ波エネルギー吸収率は高くなる。

本発明は、また、流動する液体または溶液を均
一に熱処理するための装置に関するものてある。
この装置は、液体用の垂直循環式円筒管を有して
いる。この円筒管は、マイクロ波アプリケータ内
に配置され、中心コラムと、この中心コラムの軸
線に対して直角に配置された少なくとも１つの有
孔プレートとを有している。この装置は、また少
なくとも１つのマイクロ波エネルギー源を有して
いる。

中心コラムと有孔プレートの機能は、液体の流
束の速度が、垂直円筒管の全高および全直径にわ
たつて均一に分布するようにすることにある。円
筒管が空の場合は、液体の流速は中心部で最大と
なり、緑辺部ではゼロに近くなる。これでは熱の
均一性は達せられない。垂直円筒管は、中心コラ
ムと有孔プレートともども、マイクロ波エネルギ
ーを吸収しない材料、たとえばガラス、セラミツ
ク、テフロン、磁器、グラスフアイバー補強テフ
ロンのいずれかで造られている。垂直円筒管はガ
ラス製にするのが有利である。

マイクロ波エネルギー源はアプリケータ外側に
横に配着されている。このエネルギー源の数と出
力は重要ではなく、所望の温度上昇の度合に応じ
て決められる。有利な１実施例では、２つのマイ
クロ波エネルギー源が垂直円筒管に沿つて間隔を
おいて、円筒管軸線に対し互いに直径方向で反対
側に配置されている。これらのエネルギー源は、
また、円筒管軸線に対して直角の共通平面内に配
置しておいてもよい。この場合には、但し、条件
が１つある。すなわち、２つのエネルギー源を対
応位置に配置せず、並べて配置するのである。

本発明による装置は、有利には２つの有孔プレ
ートを有している。この場合、第２のプレートの
機能は、泡が出て温度の不均一が生じるのを防止
するため、熱流を制限することにある。

プレートは、周辺部には最大直径の孔を、中心
部には中等直径の孔を、これらの中間部には最小
直径の孔を有している。プレートの全横断面積に
対する孔の横断面積の比は、1/8のオーダーであ
る。

垂直円筒管の厚さは、該円筒管の内径の10％を
超えないようにする。

中心コラムは、該円筒管内に、有利には円筒管
全高を超えない高さで配置される。但し、第２の
有孔プレートが、円筒管の高さのほぼ2/3のとこ
ろに位置する場合にかぎる。２つの有孔プレート
の間隔は、円筒管の高さの1/3のオーダーである。

本発明による装置により、液体は、簡単に手ぎ
わよく、効果的かつ迅速に、しかも再現可能に初
期温度から最終的な均一温度にされる。そのさ
い、機械式の混合作業も行なわれなければ、壁部
にかさぶたが形成されることもない。

次に、図面につき本発明の詳細を説明する： 本発明による装置は、有利にはガラス製の垂直
円筒管１を有している。円筒管１には送入パイプ
２と送出パイプ３が備えられている。送出パイプ
３はスチール製のふた１０とカツプリング４を介
して、円筒管１に結合されている。円筒管１はマ
イクロ波アプリケータ５内に配置されている。全
体は支持台６上に据えられている。円筒管１の上
部と上部のふた１０は、ハウジング２１内で分離
されている。円筒管１は中心コラム７と２つの有
孔プレート８とを有している。温度計１１は、液
体の出口温度をモニターすることができる。２つ
のマイクロ波エネルギー源９は、円筒管１の側面
に配置されている。第２図は、円筒管１内のプレ
ート８の孔の配分を示したものである。プレート
８には、縁辺部に最大の孔１２が、中心コラム７
に近いところに中等度の直径の孔１３が、孔１２
と孔１３との間のところに最小の孔１４が形成さ
れている。これらの孔の数は可変であり、有利に
は、タイプに応じて５個から15個のオーダにす
る。

この装置の操作は次のように行なう： 液体１７は、支持台１９上のタンク１６内に入
れられてある。弁１８が開放されると、ポンプ１
５がスイツチオンされ、液体が円筒管１内へ送ら
れる。液体のレベルが円筒管高さの2/3のところ
に達すると、２つのマイクロ波エネルギー源９の
スイツチが入る。液体は円筒管１内を上行し、マ
イクロ波エネルギー場にさらされ、パイプ３を流
過し、受け容器２０に入る。言うまでもなく、液
体は一定時間後、たとえば10分間のオーダーて所
望温度に達する。水の場合、その時間の間に50℃
〜100℃に加熱される。したがつて、液体は、殺
菌目的、後処理、特殊な感覚受容特性の賦与など
のための所望温度に達することができる。

第１図には、被処理液体流がさらされる力が示
されている。既述のように、マイクロ波エネルギ
ーの滲透力は液体の温度とともに増大する。液体
の運動に関連する力は、円筒管１内での液体の高
さが増すにつれて、F₂，F₃からF₄へと増大する。
液体の運動と関連する力F₁は、円筒管１の全高
にわたつてコンスタントにとどまるので、合力
F₅，F₆，F₇の強さは増大するが、水平面に対す
る角度は減少する。これらの異なる合力F₅，F₆，
F₇によつて、液体が円筒管１の出口に近づくに
つれて液体はより平らな渦状の流れとなる。かよ
うなら旋状の渦運動によつて液体は良好に混合さ
れ、また、円筒管１の中心部分における液体の流
れが制限されていることで、前記ら旋状の渦運動
によりこの中心部分における液体も良好に混合さ
れ、全体としての液体の温度はより均等になるの
である。更に本発明を下記の実施例によつて説明
する。

ハ 実施例 使用された装置は、第１図に示された装置で、
２体の各5Kwのマイクロ波エネルギー源、1m高
さで18cm直径の円筒管を備えており、円筒管内に
は、２枚のプレートと３cm直径で60cm高さの中心
コラムが備えられている。プレートの孔は、それ
ぞれ15mm、８mm、12mmの直径をもち、各直径の孔
が８個ずつ形成されている。

被処理液体は、この場合は糖みつで、２バール
の圧力を受けて１時間70Kgの割合で流動し、70℃
の初期温度から150℃の最終温度に加熱される。
公知形式の装置では、糖みつの温度は80℃以上に
上昇させることができない。これは、その温度に
なると、糖みつが泡を生じ、それ以上の温度上昇
は不可能となるためである。

糖みつは、特殊な感覚受容特性を与えるために
は、150℃の温度でカラメル化するのが有利であ
る。このように処理された糖みつは、粉末コーヒ
ーに混入するのに用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置の縦断面図、第２
図は、第１図の２−２線に沿つた断面図である。 図において：１……垂直の円筒管、２……送入
パイプ、３……送出パイプ、７……中心コラム、
８……有孔プレート、９……マイクロ波エネルギ
ー源、１６……液体タンク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体を加熱する方法であつて、液体を垂直の
   円筒管の入口端に送る段階と、該円筒管内に配置
   された少なくとも１つの有孔プレートを通して前
   記円筒管を貫通して液体を移動させ、前記入口端
   から前記円筒管の高さ方向の少なくとも一部分に
   対して前記円筒管の中心部分における液体の流れ
   を制限する段階と、前記円筒管を貫通して移動す
   る液体をマイクロ波エネルギーの場にさらす段階
   と、前記円筒管の出口端から加熱された液体を受
   領する段階とを含む方法。 ２ 3.10⁴センチポワズ以下の粘度をもつ液体と
   して糖みつ、純ココア・ペースト、クリーム、ミ
   ルクが用いられることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ３ 液体が上方へ流動し、かつまた流量とマイク
   ロ波エネルギー・パワーが、次のように選ばれて
   いること、すなわち前記液体が十分に長時間にわ
   たりマイクロ波にさらされ、これらより均質な最
   終熱状態とコンスタントな最終温度とを有する製
   品が得られるように選ばれていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の方
   法。 ４ マイクロ波アプリケータ内に配置され、中心
   コラム７と、該中心コラム７の軸線に対して直角
   に配置された少なくとも１つの有孔プレート８と
   を備えた液体用循環式垂直円筒管１及び少なくと
   も１つのマイクロ波エネルギー源９を有している
   ことを特徴とする液体を加熱する装置。 ５ ２つの有孔プレート８と２つのマイクロ波エ
   ネルギー源９とをもち、これらのエネルギー源９
   が、横方向に、垂直円筒管１に沿つて間隔をおい
   て、前記円筒管１の軸線に対してほぼ直径方向で
   反対側に配置されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第４項に記載の装置。 ６ プレート８が、その周辺部に最大直径の孔１
   ２を、また中心部に中等直径の孔１３を、さらに
   これら２つの種類の孔の間に最小直径の孔１４を
   有していることを特徴とする特許請求の範囲第４
   項又は第５項に記載の装置。