JPH075133A

JPH075133A - 熱伝達率ターゲットモデュール

Info

Publication number: JPH075133A
Application number: JP4185631A
Authority: JP
Inventors: Donald P Smith; ピースミスドナルド; Jarald E High; イーハイジェラルド; John R Norris; アールノーリスジョン
Original assignee: Patentsmith II Inc
Current assignee: Patentsmith II Inc
Priority date: 1991-06-03
Filing date: 1992-06-03
Publication date: 1995-01-10
Also published as: ATE158411T1; EP0517496A1; CA2070345C; CA2070345A1; EP0517496B1; DE69222227D1; US5161889A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】伝熱処理における熱伝達率を測定する装置を
提供する。【構成】知られた質量及び熱容量を有する材料で形成
され、露出面を少なくとも１つ有し、非露出面を少なく
とも１つ有するターゲット１０と、前記ターゲットと同
じ材料で形成され、該ターゲットと同じ熱容量を有する
縁シールド７０とを有し、該縁シールドは、少なくとも
前記ターゲットの露出面に隣接する該ターゲットの前記
非露出面を完全に囲むが、前記縁シールド及び前記ター
ゲットの間の伝導熱伝達を最少にし、前記ターゲットの
縁効果を最少にすべく、前記ターゲットと物理的に接触
せず、該ターゲット及び前記縁は、両者の間に狭い間隙
を形成し、前記縁シールド及び前記ターゲットの間に前
記狭い間隙が形成されるように、前記ターゲットを前記
縁シールドに隣接して支持するための支持手段５０を更
に有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、一般にヒータ、オーブ
ン、冷蔵庫、及び冷凍装置のような伝熱装置における温
度及び熱伝達率を測定し、記録する装置に関する。特
に、本発明は単一または複数ゾーンオーブン、及び冷凍
装置における時間ごとの熱伝達率を測定し、記録する装
置に関する。

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】加熱及
び冷却処理の温度と時間は、化学及び食品工業における
重要なファクターであるが、この二つのファクターは、
伝熱についてのほんの一部の情報を与えるに過ぎない。
食品処理工業を例にとれば、ベーカーは、ひとかま分の
パン生地を用意し、これを二つに分けて、同じ温度と時
間で違うオーブンでその二つのものをそれぞれ焼く。そ
のオーブンの仕様が類似してたとしても、得られたパン
はかなり異なるものとなるかもしれない。あるパンは、
軽くて内部に湿りがあり、外面は金褐色で、極めて良い
香りがするかもしれない。別のものは、重くて、焦げつ
きのある乾燥したもので、刺すようなにおいがするかも
しれない。たいていのベーカーは各オーブンの独特の特
性を試行錯誤によって学ばなけれはならないフラストレ
ーションを経験している。ケーキ、ピザ、キシュその他
の全てのベークする食品の場合にも同様の困難性に出会
う。オーブンオーブン冷凍器の特性を決定することにつ
いての問題は食品工業に限定されるものではない。たと
えば、プラスチックの熱硬化やペンキの乾燥は、オーブ
ンやその他の加熱装置で行うことができる。冷凍処理、
特にフラッシュ冷凍処理は、時間と温度のファクターに
よって完全に特徴づけることは不可能である。大半の市
販のパン焼きオーブンは放射加熱と対流加熱の組み合わ
せで食品を加熱する。放射伝熱は、熱源からその製品ま
での距離の３乗に比例して変化する。対流熱伝達率は空
気流速、空気の流れ状態、たとえば、空気の衝突などに
関連して変化する。温度は、ただ一つのファクターであ
る。ベーキングサイクルの間に付加されるエネルギーの
形態と大きさを変化させるコンピュータプログラム付の
オーブンは単なる温度時間特性以上の解析が必要とな
る。食品用オーブンのベーキング特性の開発において、
現実的かつ極めて重大な問題は、予測不能な状態でベー
キング中に食品が変化するため、これらの特性を“標
準”として使用することが、不可能ではないにしても、
困難になるということである。伝熱を標準かする方法及
び装置を実現することに対して長年の要請がある。さら
に、加熱、冷却の際に、温度とその処理温度の相対硬化
を記録する正確な方法を実現することについても長年に
わたる要請がある。

【課題を解決するための手段】本発明の装置は、一般
に、ターゲットモジュールとデータ記録モジュールとを
有する。ターゲットモジュールは一般に少なくとも１つ
のターゲットと少なくとも１つの線シールドを有する。
ターゲットは、既知の質量及び既知の温度特性を有する
材料からなる。ターゲットの少なくとも１つの表面は、
熱交換器内の加熱エネルギー入力に晒される。本発明の
好ましい態様では、ターゲットは、純アルミニウムから
なる。ターゲットについて、熱交換器内にあるターゲッ
トとその周囲の雰囲気との間の放射、伝導、対流熱伝達
率が測定される。エッジ効果は、ターゲットのエッジの
部分におけるターゲットの形状変化のために黒体放射の
放射率の変化によって生じるものであるが、これは線シ
ールドによって解消される。線シールドは、ターゲット
に隣接して配置され、これにによって、ターゲットと線
シールドは加熱エネルギー入力にさらすことができる実
質的に一様な表面を作りだす。空気間隙はターゲットを
線シールドから遮熱するので、ターゲットは熱伝達の熱
量測定のための正確な放熱子として使用することでで
き、物の製造あるいは処理を行う間の所定時間において
吸収または発生した熱量を正確に支持することができ
る。ターゲットは、温度センサを有しているので、ター
ゲットの温度は測定することができる。ターゲットの既
知の質量及び温度特性と組み合わせることによって、そ
の温度変化から、ターゲットからの及びターゲットへの
熱伝達及び熱伝達率を正確に測定することができる。タ
ーゲットモジュールも温度センサを備えており、ターゲ
ットモジュールのまわりの雰囲気の温度測定することが
できる。本発明の好ましい態様では、温度センサは熱電
対である。温度センサは、データ記録モジュールに接続
されている。温度センサのリード線は、任意の適当な手
段によってデータ記録モジュールのデータ入力端子に接
続されている。好ましい態様では、温度データは、リー
ド線によって電気的にデータ記録モジュールに伝送され
る。リード線は接続チューブによって遮熱等がなされて
いる。このチューブはデータ記録モジュールの近傍にタ
ーゲットモジュール物理的に接続し、支持する役割も有
する。しかし、温度データはたとえば、無線で遠隔デー
タ記録モジュールに伝送することできる。データ記録モ
ジュールは一般には、データ自動記録器を備えている。
データ自動記録器は、クロック、温度データ入力端子、
データ記録装置及び電源を有する。クロックは、蓄積さ
れるデータの間隔を決定する。データ記録装置は、アナ
ログでもデジタルでもよい。データ記録装置が、たとえ
ばコンピュータチップのようにデジタルの場合には、そ
して、温度データがアナログで与えられる場合には、デ
ータ自動記録器には、アナログーデジタル変換器が必要
となる。電源はバッテリあるいは、その他の適当な電源
である。データ自動記録器はターゲットモジュールの近
傍に配置することも、遠くに配置することも可能であ
る。データ記録モジュールは、データ記録モジュールの
熱量測定特性がターゲットモジュールとその周囲の物と
の間の熱交換を生じさせる程ターゲットモジュールに近
づけて配置してはならない。好ましい態様では、データ
記録モジュールは、断熱ケースを備えており、これによ
って、熱交換率を測定する環境にターゲットモジュール
を配置する間に異常温度に晒されないように遮断するこ
とができる。本発明の目的は、伝熱処理における熱伝達
率を測定する装置を提供することである。本発明の別の
目的は、伝熱処理における時間に対する熱伝達率の特性
を測定する装置を提供することである。そのような伝熱
処理には、食品処理工業におけるベーキング処理及び化
学処理工業における熱硬化、フラッシュ冷凍が含まれ
る。本発明のさらに別の目的は、熱交換処理における伝
熱と熱伝達率を測定する方法を提供することである。

【実施例】以下、熱伝達率ターゲットモジュールの好ま
しい実施例の各部の協働関係について説明した後、装置
の動作について説明する。図１及び図２を参照すると、
参照符号１００は熱伝達ターゲットモジュールを示し、
この熱伝達ターゲットモジュール１００は、ターゲット
モジュール１０、データ記録モジュール２０及びターゲ
ット支持組立体５０で構成されている。米国特許第４，
８３１，２３８号明細書は、大容量強制対流トンネルオ
ーブンを開示し、そのオーブンは、複数の隔置された調
理用区画室を有し、それを通って食品がコンベヤにより
搬送されるようになっている。各調理室の上部には空気
分配室が形成されてコンベヤから垂直に隔離されてい
る。ブロワーが調理室から空気を引き出してコンベヤと
ほぼ平行な平面内にある空気分配室へ排出している。コ
ンベヤの一縁部に隣接したキャビネット内の一対のプレ
ナムが、空気分配室から複数の空気分配ダクトへ空気を
送り、この空気分配ダクトがコンベヤの両側でプレナム
と連通して空気をコンベヤの両側へ分配するようになっ
ている。米国特許第４，８３１，２３８号明細書はダン
パーを組み込んでおり、このダンパーは隔置した上部空
気分配ダクトを通る空気流を他の空気分配ダクトの各々
に対して独立して調節しかつ下部空気分配ダクトの各々
からの空気を他の下部分配ダクトの各々に対して調節で
きるように調節可能である。空気室から上部及び下部の
プレナム内への空気流を調節するためのゲートが設けら
れ、他方、ダンパーがコンベヤの上方及び下方の個々の
ダクトを通る空気流を調節するために手動操作される。
従って、上部及び下部の空気分配ダクトからの流れの中
を送られる空気若しくは他の熱伝達媒体の流れは、オー
ブンを通してコンベヤにより運ばれる食品の上面及び下
面に当たる温度調節された空気の流れを制御するように
調節可能である。熱伝達ターゲットモジュール１００
は、オーブンの種々の構成要素を校正して、焼く又は他
の食品処理動作の幾つかの段階の間における食品の上面
及び下面への熱伝達率を正確に規定するために用いられ
る。後で詳しく説明するように、熱伝達率ターゲットモ
ジュール１００は便利な装置であり、注意深く標準化さ
れた熱シンクモジュール及び内蔵記録器から成り、この
内蔵記録器は、任意の加熱及び冷却処理を経る食品とと
もに配置されて温度及び熱伝達率を時間について正確に
記録する。熱伝達率モジュール１００は、任意のオーブ
ン又はクーラの有効熱伝達係数ｈ，ＢＴＵ／（ｈｒ．）
（ｓｑ．ｆｔ．）（°Ｆ）を測定する。この概念は各種
物品に適するオーブン又は冷却装置の設計、開発、加工
及び選択に非常に重要である。動作の制御及び保守の分
析値は明白であるべきである。ターゲットモジュール１
０は、ターゲット３０及び線シールド７０から成り、ほ
ぼ正反対の二方向から、同時にではあるが別々に、熱伝
達率を測定するよう構成されている。これらに限定する
ものではないが、説明の都合上、これら二つの正反対の
方向はターゲットモジュールの上部及び底部と呼ばれ
る。ターゲットモジュール１０は通常、図１に示すよう
に、オーブン内にて一定の方向に向けられているからで
ある。しかしながら、この装置は、どのような方向にで
も物理的に回転されあるいは移動されるということを理
解すべきである。図３及び図４に示した実施例におい
て、ターゲットモジュール１０は一般に、ターゲット支
持組立体５０及び２つのターゲット３０から成る。便宜
上、これら２つのターゲット３０を上部ターゲット３２
及び底部ターゲット３４と呼ぶ。ターゲット支持組立体
５０は、一般に、絶縁物質６２及び２つの線シールド７
０から成る。必要のため、特にこれら２つの線シールド
７０を上部線シールド７２及び底部線シールド７４と呼
ぶ。ターゲット３０は既知の質量と既知の熱特性を有す
る物質で形成される。熱特性には熱容量及び熱伝導率が
含まれる。ターゲット３０は、熱エネルギー入力に対し
て露出された少なくとも１つの表面３１を有するヒート
シンクを形成する。ターゲット３０の少なくとも１つの
表面は、熱伝達処理装置（図示せず）内の熱エネルギー
入力に対して露出されている。以下に詳細に説明する
が、ターゲットの質量及び熱特性を知ることにより、タ
ーゲット３０を熱量測定のために使用して、熱交換装置
とターゲット間の熱伝達量「ｑ」及び熱交換装置とター
ゲット３０間の熱伝達率「ｒ」を測定することができ
る。ターゲットの熱特性は既知のものとすべきであり、
高い熱伝導率も有することが好ましい。また、ターゲッ
トがより等温のままであるよう、即ち、ターゲット３０
における温度分散が可能な限り一様であるよう、一様な
物質で形成されることが好ましい。これらの熱特性を有
する物質は多数知られており、特に純粋な金属及びアロ
イがある。本発明のより好ましい実施例では、ターゲッ
ト３０は純粋なアルミニウムで形成される。ターゲット
３０に適当な他の物質として、銅、ステンレス鋼があ
る。ターゲット３０は伝導と線源から熱を測定すること
ができる。伝導は、原子、分子、電子の短期の相互作用
による熱エネルギーの伝達である。伝導には対流処理に
よってターゲット３０へ伝達される熱が含まれる。対流
処理とは流動混合と伝導との結合メカニズムのことであ
り、例えばこのような流体として、熱交換チャンバ内の
大気がある。対流はベーク処理において、特に通常の対
流、強制対流、及び熱風衝突炉において、熱エネルギー
伝達の方法として最も重要なものの１つである。ターゲ
ットモジュール１０及びデータ記録モジュール２０が充
分な圧力強度を持つ場合には、熱エネルギーが液体対流
によって伝達されるような熱交換装置でも熱伝達率ター
ゲットモジュールを使用できる。冷却及び凍結処理で
は、ターゲットモジュール１０を用いてシュミレート可
能な周囲大気と加工品との温度差は熱処理における温度
差よりも度々小さい。Ｃｈａｒｌｅｓの法則（Ｇａｙ−
Ｌｕｓａｃの法則としても知られる）によれば、大気と
等しいもの以外は全て、より低い温度においてはより密
であるため、対流性の熱伝達率は、より高い温度の熱伝
達率に対するものよりも高いものであろう。放射は、電
磁波の過程による熱エネルギーの伝達である。物体に入
る放射は、吸収され、反射され、分散され、また透過さ
れる。表面が研磨されているか、または光沢があればあ
るほど、入る放射のうち吸収されるよりも反射され、そ
して分散される割合が益々多くなる。絶対温度零以上の
全ての物体はエネルギーを放射する。加熱された物体
は、質量、形状、そして特に物体の温度に依存する割合
でエネルギーを喪失する。吸収されるエネルギーと放出
されるエネルギーとの比は、物体の温度変化の割合であ
る。加熱された物体からの熱放出は、理想的な黒体また
は理想的な放射体に関して極めてよく理解される。黒体
は、その表面に入射する全ての放射を吸収する。理論的
には、その黒体が放出する放射の性質及び強度は、その
温度のみによって決定される。同一温度において、理想
的な黒体表面の全放出電力に対する実際の表面の全放出
電力の比が放射率と呼ばれる。物質によって吸収される
表面に入射する放射の部分が吸収率と呼ばれる。キルヒ
ホッフの法則によれば、同一の温度の環境において、物
体の表面の放射率と吸収率とは等しい。しかし、物体の
表面とその周囲との温度が異なるときは、物体の表面の
放射率と吸収率とは等しくならい。そして、熱エネルギ
ーは物体とその周囲との間で転送される。熱エネルギー
の獲得または喪失は、温度変化として検出される。質
量、物質の熱容量が既知であり、そして物質の温度がそ
の物質の質量に渡って均一ならば、温度変化は、次の式
１の熱エネルギー転送を計算するために使用される。ｑ＝（質量）（熱容量）（Δ 温度）式１多くの熱交換過程に対しては、以下に詳細に説明するよ
うに、単位面積につき熱交換がより有用な情報である。
目標モジュール１０の目標３０の露呈された表面領域の
ような等温の表面に対しては、目標３０の露呈された表
面の単位面積についての熱エネルギー転送ｑ_ａは、次の
式２によって計算される。ｑ_ａ＝ｑ／面積、すなわちｑ_ａ＝（質量）（熱容量）（Δ 温度）／（面積）式２時間についての熱転送ｑ、または単位面積についての熱
転送ｑ_ａを測定すると、熱転送の割合が得られる。この
記載の目的のため、ｒは、目標３０の単位表面面積につ
いての熱転送の割合であり、次の式３によって計算され
る。ｑ＝ｑ_ａ／（Δ 時間）、すなわち式１−３に使用された熱容量は、物質の単位質量におけ
る温度の単位変化を生ずるために必要な熱量である。す
なわち、熱容量は比熱容量に関係しており、比熱容量は、標準、
通常水に対する物質の熱容量である。熱容量及び比熱
は、一定ではなく、温度と共に変化することを指摘した
い。例えば、食物の多くの調理過程において、温度変化
は、室温から４５０°Ｆまでである。アルミニウムの熱
容量はこの温度範囲の約１０−１５％だけ変化する。数
学の計算を用いる場合、変化する熱容量を考慮すべきで
ある。熱エネルギーは、カロリー、ＢＴＵ、ジュール等
のような適切なエネルギー単位で示される。同様に、質
量、温度変化、表面面積及び時間は、どんな便利な測定
単位を用いてもよい。これらの熱量計算の精度は、ター
ゲット材料が等温的であるとの仮定に基づいている。し
かしながら、上述した様に、加熱体の形状が、放射過程
によって周囲に熱エネルギーをどの様にして失うかのに
ついての幾つの影響を及ぼす。不均一な表面は黒体エネ
ルギーを不均一に放射し、対流と不均一に関連し、放射
エネルギーを不均一に吸収する。従って、不均一な表面
は、理想的な黒体に温度勾配を引き起こす場合がある。
端部効果はターゲット３０の様な実際の物体においては
より大きい。更に、実際の物体は導電的放射エネルギー
を完全には吸収しない。熱エネルギーの吸収は、ターゲ
ット３０の表面内の不均一性によっても影響される。タ
ーゲット３０の様な円筒体に対しては、得られる温度勾
配は体の端部に向かって際立ち、この効果は端部効果と
呼ばれる。端部効果を除去する最良な方法は、ターゲッ
ト３０の端部を除去するか、又は最小にすることであ
る。従って、端部７０の最も重要な目的は、ターゲット
３０の端部を実質的に除去することにある。端部シール
ド７０の他の目的は、ターゲット取付けアッセンブリ５
０内に組み込まれた時特に、ターゲットの表面を所望の
方向に向け、ターゲットの他の表面を異なる向きある熱
交換器から絶縁することにある。後でより詳細に説明さ
れる様に、ターゲット取付けアッセンブリ５０はターゲ
ットの露出表面の方向から熱をターゲットに吸収させ、
また、端部シールド７０はターゲットに端部効果によっ
て引き起こされる変動を実質的に伴うことなしに均一な
温度を維持させる。図面の図１乃至４に示される本発明
の好適な実施例において、ターゲット３０は約直径６イ
ンチ且つ高さ１／４インチの一般的に円筒平板状であ
る。矩形又は他の多角形を採用するとこができるが、円
筒状が好ましい。これは、表面の不均一性の数がより少
ないからである。多くの応用において、ターゲット３０
の厚さは薄され、ターゲット３０が熱エキルギー交換に
直ちに応答するようにすべきである。ターゲット３０の
厚さは熱交換工程を経る製品を模擬試験することにより
調整することができる。ターゲット３０の好適な実施例
は多くの焼料理製品に対して好適である。ターゲット３
０に対する好適な実施例が以下に詳細に説明される。端
部シールド３０は好適にはリング状の形状を有してい
る。端部シールド７０は好適には同じ厚さを有してお
り、ターゲットと同じ材質から形成されている。従っ
て、端部シールド７０はターゲット３０と略同じ速度で
加熱又は冷却する。ターゲット３０は端部シールド７０
と組み合わさって、実質的に均一な表面を熱交換環境に
提供すべきである。形状及び材質及びターゲットに隣接
するエッジシールド７０の位置はターゲット３０の端部
での加熱又は冷却における如何なる端部効果も減少す
る。しかし、以下に更に詳細に説明される様に、ターゲ
ット３０と端部シールド７０との間に最小の物理的接触
が存在し、これらの間に最小の間隙が存在すべきことが
重要である。端部シールド７０は、端部シールド７０の
外部端部、即ち、ターゲット３０から最も遠い、図４に
最も良く示される丸め表面７６及び７８の様な丸められ
た表面を有している。この丸め表面７６及び７８は、端
部シールド７２及び７４の様な、端部シールド７０の端
部効果を最小にする。端部効果はこれによって、丸め表
面７６及び７８の形状及びターゲット３２及び３４から
丸め表面７６及び７８が離れていることの両方により最
小にされる。ターゲット３０及び端部シールド７０の設
計された組み合わせは、高精度のヒートシンクを与え
る。ターゲット３０の温度は、ターゲット３０の端を含
んだターゲット３０の表面に渡って全て殆ど同じとな
る。端部効果が、端シールド７０によって殆ど除去され
る時、ターゲット３０の端部は熱的にターゲット３０の
中心と同様に振る舞う。本発明の１つの好ましい実施例
では、縁シールド７０は、ターゲット３０と同じく、１
／４インチ鋳造アルミニウム原料で成る。ターゲット３
０はシート状の原料アルミニウムで形成され、縁シート
７０とターゲット３０は、熱容量や伝熱性等の熱特性に
おいて同じである。ターゲット３０と縁シールド７０は
相互に極めて近接して嵌合しているが、両部材の間には
物理的な間隙４６があり、物理的接触は最小である。間
隙４６の目的は、ターゲット３０と縁シールド７０との
間の全熱伝達を最小にすることにある。ターゲット３０
と縁シールド７０とは、間隙４６の間での顕著な熱伝達
がなければ、２〜３の点で物理的に接触してもよい。勿
論、ターゲット３０と縁シールド７０とがともに溶接さ
れる場合、伝熱性が相当に大きく有効になり、ターゲッ
ト３０の熱量測定は実質的に変更され、基本的にはター
ゲット３０に縁シールド７０の質量を加算することにな
る。間隙４６が狭いことにより、ターゲット３０と縁シ
ールド７０との間の伝熱は低い。物理的接触が最小なの
で、本質的には、ターゲット３０と縁シールド７０との
間の直接的な熱の伝達がなくなる。間隙４６は、ターゲ
ット３０と縁シールド７０との間の実質的なエネルギー
の対流的な伝達に対して十分に狭い。縁シールド７０の
厚さはターゲット３０と同じであるのが好ましく、ター
ゲット３０と縁シールド７０が同じ温度である場合、間
隙４６の間の放射熱流れが殆どなくなる。間隙４６を挟
んで縁シールド７０に対面するターゲット３０の表面の
黒体放射は、殆ど縁シールド７０によって吸収される。
同様に、間隙４６を挟んでターゲット３０に対面する縁
シールド７０の表面の黒体放射は、殆どターゲット３０
によって吸収される。このエネルギーの放射交換は実質
的に相殺される。従って、間隙４６は最小にできる。こ
の間隙４６は、約１／１０００インチ〜２５／１０００
インチの間であるのが好ましい。更に好ましくは約５／
１０００インチ〜１０／１０００インチ（５〜１０ミク
ロン）の間である。あとで詳しく述べるように、ターゲ
ット３０の表面がコーティングされる場合、間隙４６は
更に狭くなる。時には、ターゲット３０を縁シールド７
０に嵌合するようにターゲット３０の縁部を研磨するこ
とが必要になる。図３及び図４に示すように、位置決め
ピン５２がターゲット３０を縁シールド７０に隣接して
且つ両部材の間に間隙４６を形成するように保持してい
る。この好ましい実施例では、位置決めピン２５はステ
ンレス鋼の中空の円筒ロール形状のピンであり、回転で
きる。位置決めピン５２にはねじが形成され、ねじ穴５
４にねじ込んで縁シールド７０に隣接するターゲット３
０の位置を調整できる。位置決めピン５２は中空に形成
されるのが好ましく、これにより、その質量を小さく
し、熱容量を小さくし、ターゲット３０と縁シールド７
０の間の伝熱を小さくする。この実施例では、ターゲッ
ト３０と縁シールド７０とは、容易に離れないように組
み立てられる。あとで詳細に述べるように、熱電対セン
サはターゲット３０と縁シールド７０とを分離しない
で、置き換え得る。少なくとも１つの温度センサがター
ゲット３０に熱的に接続されている。図１〜図４に示す
ターゲット３２及び３４のように、複数のターゲット３
０がある場合、ターゲット毎に少なくとも１つの温度セ
ンサが設けられる。本実施例では、温度センサは熱電対
３６で構成される。この温度センサはターゲット３０の
中心に正確に位置決めされる必要はないが、中心付近に
置き、縁シールド７０が完全に無視しえないというエッ
ジ効果を最小にするべきである。図５に示すように、熱
電対３６は、ターゲット３０の内側に該ターゲットの円
筒壁に形成されたドリル穴４２を通って入っている。穴
４２は、ターゲット３０の直径の約１／３、すなわち直
径６インチのターゲット３０の場合２インチの長さ延び
ている。穴４２の直径は、熱電対の対線がその中に入る
のに十分な程度にされている。熱電対３６の端部とター
ゲット３０の内側本体との間の物理的接触は重要であ
る。ターゲットモデュール１０が、コンベヤベルトのよ
うな移動又は振動する表面上に配置されているとする
と、熱電対３６はターゲット３０の本体と物理的に接触
しなくなり、ターゲット３０の熱は効果的に熱電対３６
に伝導されなくなる。その結果、熱電対３６は、誤った
温度測定を行うことになる。熱電対３６をホール４２の
内側端部においてターゲット３０の本体に確実に接触さ
せることが可能な組立技術が幾つかある。最も単純な方
法としては、ホール４２の中に熱電対３６をできるだけ
奥まで、即ち熱電対３６のジョイント端部がホール４２
の内側端部においてターゲット３０の本体に接触するま
で挿入する方法がある。スズ箔４４などの伝導性パッキ
ング材を、１インチ程度の薄いロールになるように巻い
てもよい。ロール状に巻かれたスズ箔４４は、熱電対３
６に隣接してホール４２に挿入され、プローブ工具（ｐ
ｒｏｂｅｔｏｏｌ）によってホール４２の端部まで押
し込まれる。これによって熱電対３６は、ホール４２の
端部において、ターゲット３０の本体との確実な物理的
接触が保たれる。熱電対３６の接触が外れたり、正常に
作動しなくなった場合には、ホール４２からターゲット
３０中に突き出したままの熱電対ワイヤの他端を引っ張
って、熱電対３６とスズ箔４４をホール４２から引き出
すことができる。熱電対ワイヤのリード線は、以下に詳
述するように、データ記録モデュール２０に接続されて
いる。図１乃至図４に示す本発明の好ましい実施例は、
２つのターゲット３０、即ち上側ターゲット３２と下側
ターゲット３４を有しており、これによって対向する２
方向からの熱伝達率を測定する。上側ターゲット３２と
下側ターゲット３４が、それぞれ反対の方向からの熱エ
ネルギの入射から断熱されている場合には、各ターゲッ
トからより正確な情報が得られる。２つのターゲット３
２，３４と２つの縁シールド７２，７４は、ターゲット
の露出した面の反対側の周辺部分からの熱伝達から、タ
ーゲット３２，３４のそれぞれを物理的に遮断する。し
かし、２つのターゲット３２，３４の間に絶縁材６２が
配置されていない場合には、ターゲット３２，３４は、
伝導、対流及び輻射によって相互に熱エネルギを交換す
る。上側及び下側ターゲット３２，３４がそれぞれ縁シ
ールド７２，７４に隣接して配置され、熱電対３６がタ
ーゲット３２，３４に取り付けられた後に、ターゲット
支持組立体５０を閉じる前に、ターゲット３２，３４の
間に絶縁材６２が挟み込まれる。その後、ターゲット支
持組立体５０の２つの縁シールド７２，７４は、幾つか
のナット・ボルト体５６によってボルト締めされるか、
あるいは取り外しができるように接続される。ターゲッ
ト支持組立体５０は、ターゲット３２，３４の内部の熱
電対３６にアクセスができるように、取り外しができる
ように接続される。図１乃至図４に示す本発明の好まし
い実施例においては、縁シールド７２，７４は、手で触
れるには極端に高温又は低温になるターゲットモデュー
ル１０を容易に取り扱えるように構成されたハンドリン
グ・リング５８を有している。勿論、ハンドリング・リ
ング５８は、専用のはさみや断熱グラブでつかむのに適
していれば、どのような寸法、形状であってもよい。図
１から４に示す本発明の好ましい実施例においては、ま
た縁シールド７２及び７４は、相互に接続された場合に
は、チューブ６４を受け入れて保持する受容部６０を有
する。熱電対ワイヤ３６のリード線は、チューブ６４を
通ってデータ記録モデュール２０まで延びていてもよ
い。ターゲット３０上のコーティングはプロセス製品の
温度特性をシュミレートするために用いることができ
る。例えば、食物産業において、ケーキ及びピザのよう
な食品の黒体輻射能が近似されるべきである。食品は約
０．８の黒体輻射能を有している。明るい、磨かれた金
属表面は放射エネルギーを反射するであろうし、一方暗
い表面は放射エネルギーを吸収するであろう。暗い灰色
をもつ表面が酸化されたアルミは食品に似せるのに適し
ている。食品はかなりの水分を含んでおり、電磁スペク
トラムの放射に対してかなりの吸収物質を含んでいる。
また食品は放射熱エネルギーを強く吸収する熱による黒
ずんだ皮相を形成する有機物質を含んでいる。ターゲッ
ト３０上のコーティングは好ましくは実際には消すこと
のできず、且つかき落とせない硬い被覆材料であるのが
よい。従ってターゲットモデュール１０はクリーニング
もきるし、完成品を保護するために注意して扱う必要も
ない。コーティングに代えて、バイブレータにあるロッ
クでターゲット３０を処理することによって、非常に滑
らかで光沢のある完成品にターゲットを仕上げることが
可能である。大きさと粗さの異なるロックによってター
ゲット３０の表面を滑らかで、光沢のあるものにでき
る。最初にクリーニング又は美感ののために、エッジシ
ールド７０に同様な光沢のある表面を作ることができ
る。例えば、食品は表面が高い水分量を含有しているた
めに、約０．８の黒体輻射能を有している。黒く塗られ
或いは被覆された物体は同様に高い輻射能を有してい
る。又他のプロセス製品の黒体輻射能はターゲット３０
に対し種々のコーティングでシミュレートできる。前述
のように、熱交換器内の周囲環境の温度は一つの価値の
ある情報である。以下詳細に述べるように、熱伝達率と
呼ばれる“ｈ”値の計算、即ち単位面積、単位時間及び
周囲温度に関しての温度の単位変化のＢＴＵは熱伝達率
プロフィールを比較するときの重要な情報である。従っ
て、本発明の好適実施例において、少なくとも一つの周
囲環境温度センサ８０が周囲環境の温度を測定する熱伝
達率ターゲットモデュール装置内に含まれる。図１−４
に示されている好適実施例において、熱伝達率ターゲッ
トモデュールは余分の周囲環境温度センサ８２を有して
いる。本発明の好適実施例において、周囲環境温度セン
サ８０と８２は以下詳細に述べられる理由により、それ
ぞれ熱電対３８と３９から成る。もし可能なら熱電対３
８と３９は最大の感度と精度を得るため周囲環境に直接
曝されるべきである。従って、熱電対３８と３９はター
ゲット３０の近くの周囲環境内に支持されなければなら
ない。好適実施例において、アンテナ８４と８６はそれ
ぞれ熱電対３８と３９を支持するために働いている。一
つの実施例において、アンテナ８４と８６は実質的に真
っ直ぐな硬い中空チューブを形成するために皮下注射針
に用いられるタイプの中空チューブ材料から作られてい
る。熱電対３８と３９は中空アンテナ８４と８６を容易
に通すことができ、また熱電対３８と３９の接合端近く
に熱電対３８と３９のワイヤに結び目が付けられるの
で、熱電対３８と３９はそれぞれアンテナ８４と８６の
端から突き出しているが、中空アンテナ８４と８６を通
して引き戻されることはない。本発明の好ましい実施態
様においては、アンテナ８４、８６は、データ記録モジ
ュール２０に取付けてもよいが、アンテナ８４、８６
は、ターゲットモジュール１０とともに、ターゲットモ
ジュール１０の近傍を移動可能に構成される。図１ない
し図４に示されるように、アンテナ８４、８６は、水平
面内において、ターゲットモジュール１０の各々の側に
延びている。アンテナ８４、８６は、ターゲット３０の
近傍において、それぞれ、熱電対３８、３９を支持する
ようにするとよいが、ターゲットモジュール１０が周囲
雰囲気の温度測定にほとんど悪影響を与えることがない
ように、熱電対３８、３９を、ターゲットモジュール１
０の放熱器から十分に離すようにするとよい。そうしな
いと、ターゲットモジュール１０を押しやるようにはず
ませるエアージェットまたは対流する流れにより、誤っ
た周囲温度データが生じ得る。また、ターゲットモジュ
ール１０は、周囲雰囲気の温度を実際に変化させること
ができる位に大きな放熱器から構成されていてもよい。
データ記録モジュール２０を、ターゲットモジュール１
０よりも小さな放熱器によって構成して、周囲雰囲気温
度センサ８０、８２を、データ記録モジュール２０に取
付けるようにしてもよい。好ましくは、アンテナ８４、
８６が、ターゲットモジュール１０と同一面内に延びる
ようにするとよい。そうしないと、ターゲットモジュー
ル１０の高さおよび足跡が、非常に大きなものとなり、
ターゲットモジュール１０を、ある熱交換設備に使用す
ることができなくなる。図１ないし図４に示された好ま
しい実施例に係るターゲットモジュール１０は、ターゲ
ット支持組立体５０のために、８インチを越える径と、
約２インチを越える高さを有している。ある種のクッキ
ーオーブンのようなある熱交換設備の場合には、ターゲ
ットモジュール１０を小さくすることが必要になるであ
ろう。トップターゲット３２の頂面３１およびボトムタ
ーゲット３４の底面３３は、上方熱源および下方熱源か
ら、処理されるべき物の上表面および下表面と、ほぼ等
距離に配置されていることが重要である。こうすること
により、ターゲットモジュール１０の厚みを、処理すべ
き物の厚みと、ほぼ等しくすることができ、好ましい。
一貫した方法により、測定がおこなわれているかぎり、
アンテナ８４および冗長アンテナ８６を、いかなる方向
に向けることもできる。したがって、一旦、ターゲット
モジュール１０およびアンテナ８４、８６の向きをある
向きに設定すれば、その向きのまま、データの収集およ
びデータの処理をおこなってもよい。理論的には、ター
ゲット３０の中心線に沿って温度を測定するようにアン
テナ８４、８６を構成するのが望ましい。例えば、ター
ゲットモデュール１０を、図面の図１に示すように、移
動コンベヤベルトに置くと、アンテナ８４、８６は、熱
電対３８、３９を熱交換装置に位置決めし、熱電対３
８、３９は、同じ箇所で、異なる２つの時間に、すなわ
ち、ターゲット３０が運動の方向と垂直な垂直平面の伝
熱を測定する前に一度、ターゲット３０が運動の方向と
垂直な垂直平面の伝電を測定した後に一度、温度を測定
する。他方、図面の図１に示す熱伝達率ターゲットモデ
ュールを垂直軸線を中心に９０度に配向するならば、次
いで、２つの熱電対３８、３９は、ターゲットの中央が
２つの熱電対３８、３９間の伝熱を測定しているのとほ
ぼ同じ時間に、ターゲット３０の両側で周囲大気の温度
を測定する。熱交換装置に従って、２つの熱電対３８、
３９によって測定された温度は、同じであるかもしれな
いが、必ずしも同じである必要はない。２つの熱電対３
８、３９が、時間遅れを除いて、著しく異なる温度を示
すならば、その差異は、熱電対の問題、或いは、熱交換
装置の温度帯域の問題を示す。勿論、全てのオーブン
が、例えば、帯域全体に亘って同じ温度を有するとは限
らない。インピンジメント（ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ）
オーブンの戻り空気が、入口開口部及び出口開口部の端
に隣接したオーブンの一方側に吸い込まれてオーブンに
入ると、調理室全体に亘る空気流が均一でない。コンベ
ヤの中心線の各側部から間隔を隔てたセンサ３８、３９
の異なる温度読みは、空気分配開口部からの空気流、或
いは、空気戻りダクトへの空気流が、性能を向上させる
調節、或いは、調整を必要とすることを示す。本発明に
使用される種々の熱電対は、従来技術で良く知られてい
る。熱電対は、高感度温度センサであり、高精度にされ
ている。同時に、熱電対は、シンプルであり、耐熱性が
高い。熱電対は、一般に、一端が接合された、異なる金
属、或いは、合金で作られた２つのワイヤを有する。ワ
イヤは、一端で小溶接部で接合される。一方のワイヤは
或る材料から作られ、別のワイヤは別の材料から作られ
る。好ましい実施例では、クロム−アルメル熱電対であ
る、Ｋタイプ熱電対が使用される。或る適用では、Ｋタ
イプは、鉄−コンスタンタンである、Ｊタイプよりも良
好であった、というのは、鉄は錆びるからである。しか
しながら、Ｋタイプが、作用することになる唯一のタイ
プではなく、あらゆるタイプの熱電対が作用することに
なる。通常、ターゲット３０の正確な方向又は位置は、
ターゲット３０の面積が増加するとき限界以下になる。
ターゲット３０は単位表面積当たりの平均熱伝達を測定
する。例えば、６インチ（１５．２４ｃｍ）の面径を有
するターゲット３０は、熱風衝撃炉内の単一ジェット作
用の熱伝達を測定しないであろう。大きなターゲット
は、パンのローフ又はパイのような食品をシミュレート
する。ターゲットの変更例では、以下に説明したよう
に、ターゲット３０の面積がより小さくなり、熱風衝撃
炉の単一ジェットの熱伝達を測定できる分離センサを形
成するのに十分小さい。前述したように、小さな又は大
きなターゲット３０を製造することができる。又は、単
一の大きな縁シールド７０に隣接して配置された多数の
小さなターゲット３０を有するターゲットモジュール１
０を製造することが望ましい。例えば、整列して並んで
いる１／４インチ（０．６３５ｃｍ）の直径のターゲッ
ト３０は、熱風衝撃炉のいくつかの単一ジェットの単一
の熱伝達効果を測定する。縁効果は、本発明の同じ基本
的な設計によって、すなわち、ターゲットの縁を取り囲
むことによって、排除される。縁シールド７０の外面の
均一の曲線は、対乱流又は鋭い縁から生じる縁効果を最
小にする。しかし、多数の小さなターゲット３０を有す
る小さなターゲットモジュール１０とともに、縁シール
ド７０の縁効果は、比較的遠くに取り除かれ、このゆえ
に、重要でない。幾つかの点で、他の機能的な特徴、又
は美学的なものでさえ、丸みの付いた面７６，７８のよ
うな縁シールド７０の丸みの付いた面のために望まれる
ことに打ち勝つであろう。以下に更に詳細に説明するよ
うに、ターゲットモジュール１０を、対流又は組合せ対
流と放射状熱風内の熱伝達率を測定するのに用いてもよ
い。ターゲットモジュール１０の重要な特徴は、ターゲ
ット３０上の縁効果をより大きく減らす縁シールド７０
である。図１−図４に示すターゲットモジュール１０の
好ましい実施例は、対流又は熱風衝撃炉中のほぼ垂直な
熱伝達を測定でき、熱伝達状態の形式を示して、食品の
頂部や底部の領域をさらす。今、図６及び図７を参照す
ると、データ記録モジュール２０は、データ自動記録器
９２を保持するための受け器を備えた断熱ケース９０を
一般的に有する。断熱ケース９０によって、ターゲット
モジュール１０を備えた熱交換装置に、データ自動記録
器９２を送ることができる。溶接部９８は、管６４を断
熱ケース９０に連結する。管の内部は、断熱ケース９０
及びターゲット支持組立体５０の内部と連通し、熱電対
のリード線は、データ自動記録器９２まで貫通して延び
る。データ自動記録器９２は、ターゲットの少なくとも
１つの内部の少なくとも１つのターゲット熱電対３６の
温度測定値を最小限記録できる必要がある。好ましい実
施例では、データ自動記録器９２は、多重ターゲット３
０の熱電対３６の温度測定値及び大気温度用熱電対３８
及び３９の温度測定値を記録できるのがよい。なおさら
に好ましい実施例では、データ自動記録器９２は、別の
熱電対４０を有する断熱ケース９０内の温度を記録でき
るのがよい。この種類の温度データを記録するデータ自
動記録器９２は、業界では周知であり、電子データ捕捉
装置は、登録商標”Ｍ．Ｏ．Ｌ．Ｅ”としてミルオーキ
イ、オレゴンのＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌ
ｓＤｅｓｉｇｎ株式会社から、さらに温度履歴のよう
なプロセスパラメータを測定し、記録し、処理し、そし
て表示するための事前に記録されたコンピュータプログ
ラムも、商品として入手可能である。Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃＣｏｎｔｒｏｌｓＤｅｓｉｇｎ株式会社の”Ｂ
ａｋｅｒｓＳｕｐｅｒＭ．Ｏ．Ｌ．ＥＴｈｉｎｌ
ｉｎｅ”は、５個のＴＹＰＥ―Ｋ０．００５インチ熱
電対を一組、５個のＴＹＰＥ−Ｋ０．０２１インチ熱
電対を一組、ＩＢＭＰＣコンパティブルインターフェイ
スケーブルを一つ、３．５インチ及び５．２５インチデ
ィスク上のソフトウェアを２コピイ、非接触式開始用ワ
ンドを一つ、６ボルトのリチウムバッテリーを一つ、ア
ルミニウム製運搬用ケースを一つ、銀製スリッパーを一
つ、高温用手袋を一対、そして操作用マニュアルを一つ
備える。このキットは、商品番号ＳＥ３０―０２８０−
００．として入手できる。”ＤＡＴＡＭＡＮＡＧＥＲ
ＳＯＦＴＷＡＲＥ”と称する任意のソフトウェアは、
商品番号ＳＥ５０―２８８７―６０．として入手でき
る。装置を使用するのに有効な付属品は、５個の０．０
１０インチマイクロサイズのＴＹＰＥ−Ｋのコネクター
付一般用途向き熱電対を一組、商品番号ＳＹ１５―０２
１６―１０．として取り付けられた一般的な”コレクタ
ー”、及び商品番号ＳＥ００−２７８７−２６．として
特定される９−ＤＩＢＭ直列インターフェイスコネクタ
ーへの”ＳｕｐｅｒＭ．Ｏ．Ｌ．ＥＴｈｉｎｌｉｎ
ｅ”を有する。”ＳｕｐｅｒＭ．Ｏ．Ｌ．Ｅ”は、−
１００°Ｆから１２００°Ｆまでの温度表示履歴を提供
し、次いで数を特定の時間間隔の”スナップショット”
に変換する。装置の精度は、１°Ｆから１００°Ｆの範
囲である。チャンネルからチャンネルへのコンプライア
ンスは、１°Ｆ以内である（Ｓｕｐｅｒ．Ｍ．Ｏ．Ｌ．
Ｅの操作マニュアル）。”Ｍ．Ｏ．Ｌ．Ｅ”記録器は、
所定の間隔で記録し、パーソナルコンピュータにプラグ
することができ、情報をコンピュータに送ることができ
る。コンピュータに送られた記録済温度履歴は、”Ｄａ
ｔａＭａｎａｇｅｒＳｏｆｔｗａｒｅ”を用いて、
縦軸を°Ｆによる温度、横軸を分による時間で示すグラ
フとして、表示し或いは印刷することができる。「Ｍ．
Ｏ．Ｌ．Ｅ．」（多チャンネルオカレントロガーエバリ
ュエータ）は、エレクトロニックコントロールズデザイ
ン社の登録商標である。「Ｍ．Ｏ．Ｌ．Ｅ．」データ自
動記録器は、本明細書中に開示された他の構造との組み
合わせを除き、本発明を形成するものではない。データ
自動記録器９２は、全体に、クロック９４、データ入力
リード線、データ記録装置１１０、及び電源１１４を有
する。適当なデータ記録装置１１０の例には「Ｍ．Ｏ．
Ｌ．Ｅ．」が含まれる。「Ｍ．Ｏ．Ｌ．Ｅ．」は、市販
の記録装置の商標名である。電子機器は、壊れ易い電子
回路及びクロックを最大８２．２℃（１８０°Ｆ）の温
度から保護するのを補助する絶縁材料の厚い層１１８で
保護されているため、「Ｍ．Ｏ．Ｌ．Ｅ．」はこの装置
に適する。クロック９４は、データを記録しなければな
らないとき及びデータを記録したときにトリガするのに
使用され、そのため、予め設定した時間にデータを記録
できる。データ自動記録器９２は、データ自動記録器９
２の作動後、データを任意の所望の間隔で記録するよう
に予めプログラムできる。データ自動記録器９２は、デ
ータロギング順序の開始をデータ自動記録器９２の作動
後所定期間に亘って遅延させるようにプログラムしても
よく、そのため、データ自動記録器９２を断熱ケース９
０のソケット内に配置するのがよく、熱伝達率ターゲッ
トモジュールを熱交換装置内に配置でき、熱交換装置の
熱交換工程を開始できる。データ自動記録器上の磁気感
知ドット９６は、データ自動記録器９２を作動するのに
使用される。Ｍ．Ｏ．Ｌ．Ｅ．には磁気ワンド（図示せ
ず）が設けられ、この磁気ワンドは、その磁気端が磁気
感知ドット９６上を通過したときＭ．Ｏ．Ｌ．Ｅ．を始
動させる。データ自動記録器９２を作動するのに他の種
類のスイッチを使用してもよい。本発明の好ましい実施
例では、データ記録装置１１０は少なくとも一つのコン
ピュータ記憶チップを含み、このチップはデジタルデー
タを記憶している。熱電対温度センサはアナログデータ
を提供する。従って、本発明の好ましい実施例では、ア
ナログ−データコンバータ１１２が熱電対の導線のデー
タ入力リード線とデータ記憶装置１１０との間に電子的
に介在されている。コンピュータチップ上のデータは揮
発性であり、これは、電源１１４を切るとデータが消失
するということを意味する。本発明の好ましい実施例で
は、電源１１４は電池を有する電池電源によりデータ記
録モジュール２０は所定の電源とは独立して作動でき
る。従って、電源１１４の電池を外す前に、又はこの電
池が消耗する前に、データを他の永久的な記憶装置に伝
達しなければならない。データ記憶装置１１０の記憶チ
ップは五つの異なるデータ入力の各々について少なくと
も２００データ点及びこれらのデータ点を計測した時間
を記憶できなければならない。データ入力線１０１、１
０２、１０３、１０４及び１０５は、トップターゲット
３２から３６、ボトムターゲット３４から３７、周囲雰
囲気温度センサ８０から３８、過剰周囲雰囲気温度セン
サ８２から３９、断熱ケース９０の内部から４０に、夫
々、熱電対３６のリード線に接続している。熱電対３
６、３７、３８、３９、４０の種々のリード線は、デー
タ入力線１０１、１０２、１０３、１０４、１０５に、
夫々、対応するコネクタ１２１、１２２、１２３、１２
４、１２５の回りに離れて巻回されている。コネクタ１
０１〜１０５は、余剰の熱電対ワイヤを包囲するため
に、適当なスピンドル形状を有している。熱電対が時々
ブレークするため、上記コネクタは、また、余剰の熱電
対ワイヤを蓄える。多くの問題は、２つの上記ワイヤが
共に結合あるいは接合された熱電対の端部で発生する。
上記周囲雰囲気温度センサの熱電対３８、３９は、熱電
対の接続端が全体的に露出しているため、特にブレーク
の攻撃を受け易い。熱電対の修理のために、熱電対の端
部で古いジョイントあるいは接合点を切断し、適当なコ
ネクタから僅かな余剰ワイヤを引き出してこれらワイヤ
を接続し、新しい熱電対の接続を形成する。シリアルコ
ンピュータインターフェス１１６を、標準シリアルケー
ブルで、コンピュータのシリアルポートと接続するもの
であってもよい。シリアルインターフェス１１６がコン
ピュータの上記シリアルポート内へ差し込まれるとき、
データロガー９２のデータ記憶器１１０からコンピュー
タの記憶システムへデータをダウンロードすることが可
能である。そのとき、コンピュータ内のプログラムが測
定データを所望のようにプロセスする。データの最も効
果的な使用法は、ターゲット３０の質量及び熱特性と関
連し、これにより熱伝達と熱伝達率が計算され得る。そ
の結果は、所望ならば、製表あるいは図表化され得る。
断熱ケース９０は、断熱ケース９０の内部を約１８０°
Ｆよりも低い温度に保持するために、十分に断熱され
る。データ記録器９２の電気回路は、多分、やや高い温
度に耐えるが、電源１１４であるバッテリーは耐えられ
ないであろう。データ記録モデュール２０内の絶縁体１
０８はガラスファイバあるいは他の物質で形成でき、デ
ータ記録モデュール２０のサイズを縮小することのでき
る最も高い絶縁要素を提供する。オーブン内での時間が
長ければ長い程また熱ければ熱い程、上記断熱がより効
果的であり、また絶縁体１０８が一層必要となる。本発
明の好ましい実施例において、熱電対４０は断熱ケース
９０内の温度を測定する。所望ならば、熱交換プロセス
器から離れた箇所で、データロガー９２をプログラムす
ることができ、夜通し便により前記装置で送り、ターゲ
ットモデュール１０でデータを記録し、また上記離れた
箇所へ戻すことができる。そのデータを、上記離れた箇
所で取り戻しまた分析し得る。演算方法本発明は、等式１―４に示されるように、熱伝達ｑと、
単位面積当たりの熱伝達ｑ_ａと、単位面積当たりの熱伝
達率ｒとを計算するための計算及びコンピュターソフト
ウエアの開発を含む。コンピュターソフトウエアは、タ
ーゲット３０の熱容量がターゲット３０の温度と共に変
化するという事実を考慮した計算法を含む。前述したよ
うに、熱伝達係数ｈは、熱伝達プロセスを測定し、標準
化するうえで有用な値である。熱伝達係数ｈは、以下の
式に従って計算される。ｈ＝（ｒ）（較正期間）／（平均雰囲気温度―平均ターゲット温度）・・・等式５ここでｒは等式３から得られ、較正期間はｈを測定する
のにかかる時間、平均雰囲気温度は特定の実験における
測定時間の間にわたる周囲の空気の平均気温、平均ター
ゲット温度は特定の実験における測定時間の間にわたる
ターゲット３０の平均温度である。計算を単純化するた
めに、各ターゲット３０に対する定数ｋを計算すること
ができ、その結果、ｈ＝（ｋ）（較正期間）／（実際の時間）×（平均空気温度―平均ターゲット温度）・・・・等式６となる。ここで、ｋ＝（質量）（熱容量）／（面積）・・・・等式７であり。ここで、質量はターゲット３０の質量、熱容量
はターゲット３０の熱容量、面積はターゲット３０の露
出面の面積である。ｋは、それぞれの特定のターゲット
について特定の値である。所望なら、較正期間は一定に
組み込んでも良い。較正期間は、都合のよい期間で良
く、例えば２分間でも良い。しかし、較正期間は、典型
的な現実の測定時間とほぼ等しいことが好ましい。最も
正確な寸法及び値が定数を算出するために使用される。
ｈの値は、ターゲット３０に関する値である。このｈの
値は工程製品に関するこれらの値に接近し、作業条件と
熱交換装置とを比較するばらつきのない科学的データを
与える。図１乃至図４に示された本発明の好ましい実施
例において、ｈの値は上及び下ターゲット３３、３４に
関して別々に測定できる。我々は、３００グラムの質量
を有するアルミニウムのターゲットに関し、典型的な熱
対流炉の温度範囲においてｈの値が約５−１０であると
決定した。熱風衝突炉（ｈｏｔ−ａｉｒｉｍｐｉｎｇ
ｅｍｅｎｔｏｖｅｎ）に関しては、ｈの値は３０又は
これより大きい。データロッガーからのデータは、連続
的な温度の一覧表とされたり、時間に対する温度のよう
なグラフにできる。ターゲット３０の質量と熱容量とを
知ることによって、Ｈの値（等式１）、ｑ_ａの値（等式
２）、ｒの値（等式３）又はｈの値（等式５又は６）
は、全て温度と時間のデータから容易に算出できる。図
８は、特定のベーキングオーブンにおける、時間に対す
るｈの値を示したグラフである。図８のグラフは、本発
明の熱伝達率ターゲットモデュール１００がベーキング
オーブンに関して提供できるデータのタイプの１例であ
る。時間に対する温度の変化の計算による一次の微分係
数、又は、時間に対するｈの値の変化の計算による一次
の微分係数もまた有益である。図８は、ライン１３２に
よって示されるように上ターゲット３２に関する時間に
対するｈの値と、ライン１３４によって示されるように
下ターゲット３４に関する時間に対するｈの値とを示
す。上及び下の熱伝達率は、そらせ板、ファンモーター
の速度やその他の熱対流炉の流れ制御装置や熱風衝突炉
のジェットを変化させることによって加減することがで
きる。図８は、ライン１３６に示されるようにオーブン
における時間に対する温度の値も示す。熱伝達が行われ
ているところを、温度は示さない。図８に示すグラフ
は、熱伝達率モデュールが「大量生産強制対流トンネル
オーブン」（“ＨＩＧＨＶＯＬＵＭＵＦＯＲＣＥＤ
ＣＯＮＶＥＣＴＩＯＮＴＵＮＮＥＬＯＶＥＮ”）
という名称の１９８９年９月２２日出願のスミスの米国
特許第４８３１２３８号に開示されているタイプのオー
ブンを通してコンベヤによって運ばれる間にこの熱伝達
率モデュールによって記録されたデータを表すグラフで
ある。上記のスミスの米国特許第４８３１２３８号の開
示内容は、言及することでそのすべてがあらゆる目的の
ために本明細書に組み入れられる。スミスの米国特許第
４８３１２３８号に開示されているタイプの大量生産強
制対流トンネルオーブンが図面の図９及び図１０におい
て全体が参照番号２１０によって示されている。調理装
置２１０は、概して、間隔を隔てて配置された複数のキ
ャビネット２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃからなる。各
キャビネット２１２は、前壁２１６、後壁２１８、頂壁
２２０、底壁２２２、間隔を隔てて配置された端壁２２
４及び２１６によって構成された調理チャンバ２４４を
有する。コンベヤ２３０が各キャビネットに設けられた
入口開口２２５及び出口開口２２７を通して食品を搬送
する。コンベヤ２３０は好ましくは、制御された速度で
コンベヤ２３０を回転させるためコンベヤの搬出端に隣
接して位置決めされた変速駆動モータによって駆動され
る金網コンベアベルトである。前壁２１４はドア２３６
を備え、後壁２１８はドア２３８を備える。キャビネッ
ト２１２の頂部２２０と、吸気口２４４′が形成されて
いるほぼ水平に配置された壁２４２との間にはほぼ水平
に配置された分配チャンバ２４０が形成されている。キ
ャビネットの前壁２１８に隣接してほぼ垂直に配置され
た２つのプレナム２５２及び２５４が形成されており、
第１のプレナム２５２は、垂直壁２４５と２４６の間に
形成され、第２のプレナム２５４は、垂直壁２４６とキ
ャビネットの後壁２１８の間に形成されている。ゲート
２５０が中央垂直壁２４６の上端に隣接して第１のプレ
ナム２５２と第２のプレナムの間に枢着されており、ゲ
ート２５０は、分配チャンバ２４０から垂直に配置され
たプレナム２５２及び２５４を通る空気流を調整するた
め図１０に実線で示されている位置から破線で示されて
いる位置まで移動できる。上側フィンガ２７０が、これ
らの上側フィンガの各々に固着されたほぼ長方形のフレ
ームに下端が固着されているロッド２５６のような上下
方向に移動可能なハンガー部材から吊り下げられてい
る。各ハンガー２５６は、油圧シリンダ２５８のような
適当な昇降手段によって上下に移動される。図１０に最
もよく示されているように、中央プレナム壁２４６と前
プレナム壁２４８には各々滑り嵌め２４８が形成されて
おり、この滑り嵌めによって、上側チャンバに対する分
配ダクト２７０の列の昇降が調節できるようになってい
る。チャンバ２３０にはファンすなわちブロワ２６０が
回転可能に配置されておりブロワ２６０は頂壁２２０に
取り付けられた変速ブロワモータ２６５によって駆動さ
れる。プレナム２５２を通して送られてきた空気をコン
ベヤ２３０によって運ばれる食品２３５の上面に分配す
るためプレナム２５２の内部と連通している間隔を隔て
て配置された開口には水平方向に間隔を隔てて配置され
た複数の上側空気分配ダクト２７０が取り付けられてい
る。複数の下側ブレナム２８０が調理コンパートメント
２４４の長さ方向に間隔を隔てて配置されており、下側
プレナム２８０は、プレナム２５４を通して流れる空気
が下側分配ダクト２８０に入り、コンベヤ２３０で運ば
れる食品２３５の下面に分配されるようにプレナム２５
４の壁２４６の開口２８２と連通している。間隔を隔て
た上分給ダクト２７０の各々を通る空気流量を他の上分
給ダクト２７０の各々に対して独立に調節しまた下分給
ダクト２８０の各々からの空気流量を他の下分給ダクト
２８０の各々に対して独立に調節するために、ダンパー
２７５及び２８５が、プレナム２５２及び２５４と連通
する開口部２７２及び２８２に隣接して調節自在に位置
決めされるのが好ましい。ゲート２５０及びダンパー２
７５、２８５は、ダンパー２７５、２８５の方が短い点
を除けば、実質的に等しい構造のものである。例えば、
内部端壁２２４と２２６との間の間隔が６フィートであ
れば、ゲート２５０は長さほぼ６フィートであり、ダン
パー２７５、２８５は長さたった６インチである。ゲー
ト２５０を操作して、チャンバ２４０からプレナム２５
２、２５４への空気の流れを調節することができ、また
ダンパー２７５、２８５を操作して個々のダクト２７
０、２８の中を通る流れを調節し、食品２３５の上面及
び下面への熱の伝達の順序及び強さを正確に調節するこ
とができることは容易に明らかである。ガス燃焼加熱器
２９２のような空気加熱要素が加熱した空気を各キャビ
ネット２１２の調理区画室２４４へ供給する。加熱した
空気ははブロワー２６０の吸い込み開口部に隣接して分
与されるのが好ましい。例えば、生パンを最も良く焼く
ことに挑むことができる。オーブンの温度及び熱伝達率
が焼いた製品の品質を決定するばかりでなく、焼く生パ
ンの複雑な化学反応を決定する。熱伝達率ターゲットモ
ジュールを用いてパン焼き用オーブンの熱伝達率を正確
に決定することができる。同じ品質の材料について同じ
生パン調理を使用する場合には、熱伝達率ターゲットモ
ジュールは、以前には決して達成できなかった一貫性の
ある高品質の焼きパンを生産することを可能にする。熱
交換プロファイルを検討し、必要に応じて修正する。底
ターゲット３４のｈ−値対時間のプロファイルは、熱が
最初に約５分間パンの底へ入ってパン（ｐａｎ）を加熱
し、パンの化学反応を生じさせ、化学反応の殆どを達成
させることを示す。その後、約５分から約１０分の時間
の間の頂ターゲット３２についてのｈ−値対時間のプロ
ファイルによって示すように、ｈ−値は底方向から減じ
るが、頂方向から増大する。約１０分から１５分の時間
の間の焼き工程の終わりに向かう高い熱伝達は皮を褐色
にし、香りの高い有機製品を造りだす。本発明の第２の
実施例を図面の図１１及び１２に示す。装置は、頂ター
ゲットプレート３２’及び底ターゲットプレート３４’
が互いに横に片寄せられている点を除けば上述の装置と
同様である。頂縁シールド７２’が頂ターゲットプレー
ト３２’の周囲に延び、底縁シールド７８’が底ターゲ
ットプレート３４’の周囲に延びる。キヤリヤの内部は
適当な断熱材料１０８’で満たされ、熱が頂ターゲット
プレート３２’の上面３１’に、また底ターゲットプレ
ート３４’の下面３３’に供給される。隙間４６’がタ
ーゲットプレートの各々の周囲に延びる。図面の図１１
及び１２に示す本発明の実施例では、ターゲットプレー
ト３２’、３４’はキヤリヤの一端の近くに設けられ、
データ自動記録器２０’はキヤリヤの反対側の端に設け
られる。ヒンジ止めしたカバーがキヤリヤに形成され、
データ自動記録器に近ずけるようにする。１つ以上のタ
ーゲットプレート３１’をキヤリヤの上面に採用し、複
数の底ターゲットプレート３４’をキヤリヤの底に採用
して入力をさらに得るようにしても良いことは容易に明
らかである。特許請求の範囲に記載の発明の範囲及び精
神から逸脱することなくここに記載の発明の設計に多く
の変形、修正及び変更をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱風照射オーブン内のコンベヤベルト上に図解
的に示された熱伝達率ターゲットモジュールの好ましい
実施例の上面の斜視図である。

【図２】熱伝達率モジュールの底面の斜視図である。

【図３】ターゲット組立体の上平面図である。

【図４】図３の線４−４に沿って切り取った断面図であ
る。

【図５】ターゲット平面内に取り付けられたセンサを示
す熱伝達率ターゲットモジュールの一部の拡大部分断面
図である。

【図６】図３の線６−６に沿って切り取った断面図であ
る。

【図７】図６の線７−７に沿って切り取った断面図であ
る。

【図８】熱伝達率ターゲットモジュールにより測定した
ケーキを焼くプロセスにおける熱伝達率の時間分布の例
を示すグラフである。

【図９】モジュールが使用されるオーブンの立面図であ
る。

【図１０】図１０の線９−９に沿って切り取った断面図
である。

【図１１】第２実施例の斜視図である。

【図１２】図１１のほぼ線１２−１２に沿って切り取っ
た断面図である。

【符号の説明】

１０ターゲットモジュール２０データ記録モジュール５０ターゲット支持組立体１００熱伝達率ターゲットモジュール

フロントページの続き (72)発明者ジョンアールノーリスアメリカ合衆国テキサス州 75075 プラノファーリンドン 1500

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲットとターゲットの周囲環境との
間の熱伝達を決定する装置であって、（ａ）知られた質
量及び熱容量を有する材料で形成され、前記ターゲット
の環境とエネルギー交換を行うための露出面を少なくと
も１つ有し、非露出面を少なくとも１つ有するターゲッ
トと、（ｂ）前記ターゲットと同じ材料で形成され、該
ターゲットと同じ熱容量を有する縁シールドとを有し、
該縁シールドは、少なくとも前記ターゲットの露出面に
隣接する該ターゲットの前記非露出面を完全に囲むが、
前記縁シールド及び前記ターゲットの間の伝導熱伝達を
最少にし、前記ターゲットの縁効果を最少にすべく、前
記縁シールドは、前記ターゲットと物理的に接触せず、
該ターゲット及び前記縁は、両者の間に狭い間隙を形成
し、（ｃ）前記縁シールド及び前記ターゲットの間に前
記狭い間隙が形成されるように、前記ターゲットを前記
縁シールドに隣接して支持するたの支持手段を更に有
し、該支持手段は、前記縁シールド及び前記ターゲット
の間の伝導熱伝達を最少にし、（ｄ）前記ターゲットの
温度を測定する手段を更に又、有することを特徴とする
装置。
【請求項２】前記ターゲットがアルミニウムで形成さ
れることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】前記ターゲットが円筒状であり、約１
５．２ｃｍ（６インチ）直径及び約０．６ｃｍ（１／４
インチ）の長さを有することを特徴とする請求項１に記
載の装置。
【請求項４】前記縁シールドは、約０．６ｃｍ（１／
４インチ）の厚さを有することを特徴とする請求項３に
記載の装置。
【請求項５】前記ターゲットの非露出面に隣接して配
置された前記縁シールドの表面が、前記ターゲットの非
露出面と略同じ表面積を有することを特徴とする請求項
１に記載の装置。
【請求項６】前記ターゲットは、硬質の皮膜で被覆さ
れ、該硬質皮膜は、色が暗色であり、表面が、入射輻射
に対する吸収性を白色面よりも有し、前記ターゲット
を、より吸収性を有する加工製品に適用可能にしたこと
を特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】前記ターゲットの露出面は、高い反射性
の加工製品に適用すべく、入射輻射に対する高い反射性
を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】前記ターゲット及び縁シールドの間の間
隙は、約０．００２５ｃｍ（１／１０００インチ）乃至
約０．０６４ｃｍ（２５／１０００インチ）に略設定さ
れることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】前記縁シールドは、前記ターゲットの露
出面の周囲に実質的に均一な表面を形成することによっ
て、前記ターゲットに対する縁効果を最少にすることを
特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】前記縁シールドは、該縁シールドが前
記ターゲット付近に最少限の対流をもたらすように、前
記ターゲットに隣接して配置された表面から離れた、丸
みが付いた表面を有することを特徴とする請求項１に記
載の装置。
【請求項１１】前記支持手段は、前記縁シールドに支
持された複数の位置決めピンを有することを特徴とする
請求項１に記載の装置。
【請求項１２】前記ターゲットの温度を測定する手段
は、熱電対であることを特徴とする請求項１記載の装
置。
【請求項１３】前記ターゲットは、前記熱電対の接合
した端を収容する穴を有することを特徴とする請求項１
２に記載の装置。
【請求項１４】前記ターゲットの温度を測定する手段
は、データ記録装置に連結されることを特徴とする請求
項１に記載の装置。
【請求項１５】熱交換装置における熱伝達及び熱伝達
率を測定するための装置であって、ターゲットモデュールとデータ記録モデュールとを有
し、前記ターゲットモデュールは、（ａ）知られた質量
及び熱容量を有する材料で形成された放熱子と、（ｂ）
前記放熱子と同じ材料で形成され、該放熱子と同じ熱容
量を有する縁シールドとを有し、該縁シールドは、前記
放熱子を囲むように形作られ、前記放熱子は、少なくと
も１つの露出面と少なくとも１つの非露出面とを有し、
該非露出面は、前記露出面と隣接し、（ｃ）前記放熱子
及び縁シールドの間に物理的な直接接触を最少にして、
該放熱子及び前記縁シールドの間に狭い間隙を形成する
とともに、前記縁シールドに隣接する前記放熱子を支持
する手段と、（ｄ）前記放熱子の温度を検出する手段と
を更に又、有し、前記データ記録モデュールは、（ａ）
データ記録装置と、（ｂ）該データ記録装置に電気的に
接続されたクロックと、（ｃ）少なくとも１つのデータ
入力リード線とを有し、前記放熱子の温度を測定するた
めの前記手段が、前記データ入力リード線に接続され、
該データ入力リード線が前記データ記録装置に電気的に
接続され、（ｄ）前記クロック及びデータ記録装置に電
気的に接続された電源を更に有し、前記放熱子が熱交換装置において働くときに、前記デー
タ記録モデュールにより、前記放熱子の温度変化を記録
可能にしたことを特徴とする装置。
【請求項１６】前記データ記録モデュ−ルは、前記タ
ーゲットモデュールに物理的に連結されることを特徴と
する請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】前記データ記録モデュールは更に、前
記データ記録装置、前記クロック、前記データ入力リー
ド線及び前記電源を保持し且つ絶縁する断熱ケースを有
することを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】少なくとも２つのデータ入力リード線
を有することを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】前記ターゲットモデュールを囲む温度
を測定する温度測定手段を更に有し、該温度測定手段
は、前記データ記録モデュールの前記入力リード線の１
つに接続されていることを特徴とする請求項１８に記載
の装置。
【請求項２０】前記温度測定手段は、アンテナによっ
て支持された熱伝対であり、該アンテナは、前記ターゲ
ットモデュール又は前記データ記録モデュールに接続さ
れていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項２１】前記放熱子は、円筒状であることを特
徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項２２】縁シールドは、円筒形放熱子の両方の平
らな面が露出面であるように、放熱子を取り囲んでお
り、これにより、放熱子が、両方の面の熱伝達を測定す
るのを可能にすることを特徴とする、請求項２１記載の
装置。
【請求項２３】ターゲットモデュールは、少なくとも２
つの放熱子と、各放熱子の温度を測定するための手段
と、少なくとも２つのデータ入力用リード線とを有して
おり、データ入力用リード線は、放熱子及びデータ記録
装置の温度を測定するための前記手段の間に電気的に接
続されていることを特徴とする、請求項１５記載の装
置。
【請求項２４】ターゲット手段によってシミュレートさ
れる食品と熱伝達媒体との熱伝達を制御するための方法
であって、所定時間におけるターゲット手段の温度を決
定する段階と、所定時間における熱伝達媒体とターゲッ
ト手段との間の熱伝達率を決定する段階と、各時間にお
いて決定された熱伝達率を、記録されたデータと比較し
て、各時間において決定された熱伝達率と記録されたデ
ータとの変動を決定する段階と、各時間における熱伝達
媒体の熱伝達率を調節するように熱伝達媒体を制御し
て、所定範囲内における各所定時間での、記録されたデ
ータと熱伝達率との変動を維持する段階とを含むことを
特徴とする方法。
【請求項２５】熱伝達媒体とターゲット手段との間の熱
伝達率を決定する段階を含み、該段階は、熱伝達媒体と
ターゲット手段の頂部との熱伝達率を決定する段階と、
熱伝達媒体とターゲット手段の底部との熱伝達率を決定
する段階とを有することを特徴とする請求項２４記載の
方法。
【請求項２６】熱伝達媒体の周囲温度を決定する段階を
さらに有することを特徴とする請求項２４記載の方法。
【請求項２７】変動を比較する前記段階は、所定時間に
おける熱伝達媒体とターゲット手段との熱伝達率をグラ
フ表示する段階と、前記グラフ表示を、熱伝達媒体とタ
ーゲット手段との熱伝達率の記録されたグラフ表示と比
較する段階とを含むことを特徴とする請求項２４記載の
方法。
【請求項２８】パン内の食品を料理するための方法であ
って、パンの底部への熱伝達率が、所定時間の間、食品
の頂面への熱伝達率よりも大きいように、食品の上面及
びパンの底面に熱を加える段階と、食品の頂部への熱伝
達率とは無関係に、パンの底部への熱伝達率を調節する
段階と、所定時間の間、食品の頂部及びパンの底部への
所定の熱伝達率を維持する段階と、パンの底部への熱伝
達率とは関係に、所定時間の間、食品の頂部への熱伝達
率を調節する段階と、食品の頂部及びパンの底面への熱
伝達率を、所定時間の間、記録する段階と、特定の時間
における記録された熱伝達率を、第２のオーブンおける
所定時間での測定された熱伝達率と比較する段階と、第
２のオーブンにおけるそれぞれの時間での熱伝達率を調
節して、記録されたデータによって示された熱伝達率に
対する、特定範囲内における所定時間での熱伝達率間の
変動を維持する段階とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２９】それぞれの熱伝達率を記録する前記段階
は、所定時間において、熱伝達率のグラフを食品の頂面
に、熱伝達率をパンの底面に、そして周囲温度を熱伝達
チャンバに印刷してグラフを形成する段階を含むことを
特徴とする請求項２８記載の方法。