ジュール加熱食品加工におけるセンサレス制御に関する研究

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ジュール加熱食品加工法は,容器内に食品と2枚の電極板を入れ,加熱対象である食品に直接交流電気を印加することにより,食品自身が電気抵抗体として発生するジュール熱を利用する方法である.しかし,食品の加熱加工における発熱現象を解明するため,これまで伝熱加熱法による熱移動に関する理論や実験のデータはたくさんの報告がなされてきたが,ジュール加熱法における発熱や熱移動解析については,2次元での非定常温度分布解析,3次元非定常温度分布解析などがある程度で報告例は少ない.また,加熱操作に対する容器内温度は,実際には測定することができない場合が多いが,センサレスで加熱操作を行うための研究は行われていない.そこで,本研究では,ジュール加熱法における食品内部の温度分布を非破壊的かつ連続的に観察し,その現象を熱伝導および電位分布を考慮した数値解析を行うことにより再現することを検討した.本研究では,温度により発色が異なる感温液晶マイクロカプセルを用いて,容器内の発熱現象を直接観察し,また容器内の電位分布を測定して実験データを取得した.また,差分法を用いた熱伝導および電位分布を考慮した数値解析を行い,実験結果を再現するモデルの作成を行った.その結果,実験結果と解析結果は,非常に良く一致しており,ジュール加熱法における発熱および熱移動現象解明の基礎を構築することができた.また,ジュール加熱はエネルギ変換効率が非常に高い特徴を生かし,容器内に流れる電流から発熱量を求め,発熱量から加熱対象の温度を推定するセンサレス制御について検討した.その結果,容器サイズが異なる場合などにおいて温度を推定することが可能であることが確認できた.