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技術 供給流量および供給温度の乱れに対するエネルギー収支制御のための方法およびシステム

出願人 ネステクソシエテアノニム
発明者 カミングス,ダニエルルイス
出願日 2013年9月20日 (7年5ヶ月経過) 出願番号 2015-532561
公開日 2015年12月24日 (5年2ヶ月経過) 公開番号 2015-536640
状態 特許登録済
技術分野 食品の保存(凍結・冷却・乾燥を除く) フィードバック制御一般
主要キーワード 加熱構成要素 蒸気熱源 フィードフォワードシステム フィードフォワード制御システム フィードフォワード利得 入力熱量 本制御方式 医薬品メーカ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年12月24日)のものです。
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図面 (5)

課題・解決手段

本開示は、製品流量、原産物温度、または無菌殺菌処理における他の乱れの変化に起因する、最終製品温度過渡を軽減する方法およびシステムを提供する。本方法およびシステムは、エネルギー収支フィードフォワード制御方式を、無菌殺菌処理に適用し、原産物温度変化および製品流量の変化を補償することを含む。本方法およびシステムは、最終製品への損傷が、無菌殺菌処理におけるヒータおよびクーラの有害な過渡の温度応答に基づいて生じることを防ぐ。

概要

背景

[0002]製品の製造には、殺菌段階が含まれることが多い。無菌殺菌器または他の殺菌処理の動作には、処理の最適化、殺菌器率と他の製造段階とのバランス、および殺菌状態喪失防止などのために、製品流量の変化を必要とする可能性がある。しかしながら、これらの変化は、望ましくない製品温度変動をもたらす可能性がある。原産物温度などの他の要因もまた、変動を引き起こす可能性がある。

概要

本開示は、製品流量、原産物温度、または無菌殺菌処理における他の乱れの変化に起因する、最終製品温度過渡を軽減する方法およびシステムを提供する。本方法およびシステムは、エネルギー収支フィードフォワード制御方式を、無菌殺菌処理に適用し、原産物温度変化および製品流量の変化を補償することを含む。本方法およびシステムは、最終製品への損傷が、無菌殺菌処理におけるヒータおよびクーラの有害な過渡の温度応答に基づいて生じることを防ぐ。

目的

[0004]製品温度の変化を最小にする方法およびシステムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

無菌殺菌処理の間の最終製品温度の変化を最小にする方法であって、エネルギー収支フィードフォワード制御方式を、無菌殺菌処理に適用するステップを備える、方法。

請求項2

前記最終製品が、離乳食である、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記最終製品が、不均質食品である、請求項1または2に記載の方法。

請求項4

前記エネルギー収支フィードフォワード制御方式が、付加的なフィードフォワード制御器を備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。

請求項5

前記付加的なフィードフォワード制御器が、エネルギー収支から、蒸気需要量を計算する、請求項4に記載の方法。

請求項6

前記付加的なフィードフォワード制御器が、エネルギー収支から、冷却剤需要量を計算する、請求項4に記載の方法。

請求項7

前記エネルギー収支フィードフォワード制御方式が、フィードバックトリムをもたらす温度指示制御器を備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。

請求項8

前記エネルギー収支フィードフォワード制御方式が、熱指示制御器を備える、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。

請求項9

前記エネルギー収支フィードフォワード制御方式が、流量指示を備える、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。

請求項10

前記エネルギー収支フィードフォワード制御方式が、温度指示を備える、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。

請求項11

前記エネルギー収支フィードフォワード制御方式が、前記無菌殺菌処理の加熱構成要素に適用される、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。

請求項12

前記エネルギー収支フィードフォワード制御方式が、フィードバック温度制御によって計算される調整値と組み合わされ、ヒータでの第一原理エネルギー収支から計算される熱源調整値を備える、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。

請求項13

前記エネルギー収支フィードフォワード制御方式が、前記無菌殺菌処理の冷却構成要素に適用される、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。

請求項14

前記エネルギー収支フィードフォワード制御方式が、フィードバック温度制御によって計算される調整値と組み合わされ、冷却剤での第一原理エネルギー収支から計算される冷却源調整値を備える、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。

請求項15

前記エネルギー収支フィードフォワード制御方式により、フィードフォワード補正を、少なくとも1つの入力変数の動的調整を介して、乱れと同時に前記最終製品に到達させる、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。

請求項16

前記少なくとも1つの入力変数が、前記製品密度製品流量、前記製品の熱容量、前記製品の温度、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項15に記載の方法。

請求項17

無菌処理システムにおける変化の最終製品への影響が低減される、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。

請求項18

無菌製品製造の方法であって、バッチタンク内の原材料を準備するステップと、前記原材料のバッチを無菌殺菌処理に導入するステップと、前記原材料を、殺菌ヒータに通すステップと、エネルギー収支フィードフォワード制御方式を使用して、バッチ間の温度差を調整することによって、無菌殺菌処理の間の最終製品温度の変化を最小にするステップと、を備える、方法。

請求項19

無菌殺菌処理の間の最終製品温度の変化を最小にする前記ステップが、請求項1〜17のいずれか一項に記載された方法からなる方法の群から選択される、請求項28に記載の方法。

請求項20

食品製造システムであって、製品供給と、熱源および殺菌ヒータを備える無菌殺菌処理の間の最終製品温度の変化を最小にするための処理と、前記無菌殺菌処理に適用されるエネルギー収支フィードフォワード制御方式と、を備える、食品製造システム。

請求項21

無菌殺菌処理の間の最終製品温度の変化を最小にする前記ステップが、請求項1〜17のいずれか一項に記載された方法からなる方法の群から選択される、請求項20に記載のシステム。

技術分野

0001

[0001]本開示は、殺菌および包装充填に関する。すなわち、本開示は、エネルギー収支フィードフォワード制御方式を無菌殺菌処理に適用することによって、製品流量および原産物温度の変化に起因する最終製品温度過渡を軽減する方法およびシステムに関する。

背景技術

0002

[0002]製品の製造には、殺菌段階が含まれることが多い。無菌殺菌器または他の殺菌処理の動作には、処理の最適化、殺菌器率と他の製造段階とのバランス、および殺菌状態喪失防止などのために、製品流量の変化を必要とする可能性がある。しかしながら、これらの変化は、望ましくない製品温度変動をもたらす可能性がある。原産物温度などの他の要因もまた、変動を引き起こす可能性がある。

発明が解決しようとする課題

0003

[0003]したがって、エネルギー収支フィードフォワード制御方式による温度変動を最小にし、最終製品への何らかの負の影響を防ぎ、原産物の各バッチを精密に温度制御する必要性を減らすことが望ましい。

課題を解決するための手段

0004

[0004]製品温度の変化を最小にする方法およびシステムを提供する。エネルギー収支フィードフォワード制御方式を使用して、製品温度の変化を最小にする方法およびシステムもまた提供する。一実施形態において、無菌殺菌処理の間の最終製品温度の変化を最小にする方法を提供する。本方法は、エネルギー収支フィードフォワード制御方式を、無菌殺菌処理に適用することを含む。

0005

[0005]一実施形態において、無菌殺菌処理は、食品の無菌殺菌を備える。

0006

[0006]一実施形態において、最終製品は、大人向け食料品である。

0007

[0007]一実施形態において、最終製品は、離乳食である。

0008

[0008]一実施形態において、最終製品は、果物野菜たんぱく質穀物乳製品、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。一実施形態において、最終製品は、野菜を含む。

0009

[0009]一実施形態において、最終製品は、ただ1つの原材料を含む。最終製品は、2つ以上の原材料を含んでもよい。原材料は、スイートポテトおよびニンジンである可能性がある。

0010

[0010]一実施形態において、最終製品は、均質な製品である。最終製品はまた、不均質である可能性がある。

0011

[0011]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、付加的なフィードフォワード制御器を備える。

0012

[0012]一実施形態において、付加的なフィードフォワード制御器は、エネルギー収支から、蒸気需要量を計算する。

0013

[0013]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、フィードバックトリムをもたらす温度指示制御器を備える。

0014

[0014]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、熱指示制御器を備える。

0015

[0015]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、流量指示を備える。

0016

[0016]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、温度指示を備える。

0017

[0017]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、最終製品の温度変化を軽減することを可能にする。

0018

[0018]一実施形態において、最終製品の温度変化は、流量の変化に起因する。

0019

[0019]一実施形態において、最終製品の温度変化は、原産物温度の変化に起因する。

0020

[0020]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、無菌殺菌処理の加熱構成要素に適用される。

0021

[0021]一実施形態において、加熱構成要素は、蒸気熱源を備える。

0022

[0022]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、フィードバック温度制御によって計算される調整値と組み合わされ、ヒータでの第一原理エネルギー収支から計算される熱源調整値を備える。

0023

[0023]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、フィードバック温度制御によって計算される調整値と組み合わされ、冷却剤での第一原理エネルギー収支から計算される冷却源調整値を備える。

0024

[0024]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、無菌殺菌処理の冷却構成要素に適用される。

0025

[0025]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式により、フィードフォワード補正を、少なくとも1つの入力変数の動的調整を介して、乱れと同時に最終製品に到達させる。

0026

[0026]一実施形態において、少なくとも1つの入力変数は、製品の密度、製品流量、製品の熱容量、製品の温度、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される。

0027

[0027]他の実施形態において、無菌処理システムにおける変化の最終製品への影響を低減する方法を提供する。本方法は、無菌殺菌処理で使用される熱源のための目標設定の設定、およびエネルギー収支フィードフォワード制御システムからの計算に基づく目標設定の調整を含む。目標設定は、製品の製造のために適切な温度で最終製品を生成する設定であることを、当業者は理解するであろう。

0028

[0028]さらに他の実施形態において、無菌処理システムにおける変化の最終製品への影響を低減する方法を提供する。本方法は、無菌殺菌処理で使用される冷却処理のための目標設定の設定、およびエネルギー収支フィードフォワード制御システムからの計算に基づく目標設定の調整を含む。

0029

[0029]一実施形態において、目標設定に対する調整は、製品流量の変化に起因する。製品流量に対する変化は、製品流量と包装充填率とのバランスをとるための流量調整、殺菌状態の喪失防止のための調整、追加の最適化処理のための調整、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される無菌殺菌処理への乱れによって引き起こされる。

0030

[0030]またさらに他の実施形態において、無菌製品製造の方法を提供する。本方法は、バッチタンク内の原材料の準備、無菌殺菌処理への原材料のバッチの導入、殺菌ヒータに原材料を通すこと、およびエネルギー収支フィードフォワード制御方式を使用してバッチ間の温度差を調整することを含む。

0031

[0031]一実施形態において、無菌殺菌処理は、食品の無菌殺菌を備える。

0032

[0032]一実施形態において、最終製品は、大人向け食料品である。

0033

[0033]一実施形態において、最終製品は、離乳食である。

0034

[0034]一実施形態において、最終製品は、果物、野菜、たんぱく質、穀物、乳製品、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。一実施形態において、最終製品は、野菜を含む。

0035

[0035]一実施形態において、最終製品は、ただ1つの原材料を含む。最終製品は、2つ以上の原材料を含んでもよい。原材料は、スイートポテトおよびニンジンである可能性がある。

0036

[0036]一実施形態において、最終製品は、均質な製品である。最終製品はまた、不均質である可能性がある。

0037

[0037]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、付加的なフィードフォワード制御器を備える。

0038

[0038]一実施形態において、付加的なフィードフォワード制御器は、エネルギー収支から、蒸気需要量を計算する。

0039

[0039]一実施形態において、付加的なフィードフォワード制御器は、エネルギー収支から、冷却剤需要量を計算する。

0040

[0040]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、フィードバックトリムをもたらす温度指示制御器を備える。

0041

[0041]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、熱指示制御器を備える。

0042

[0042]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、流量指示を備える。

0043

[0043]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、温度指示を備える。

0044

[0044]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、最終製品の温度変化を軽減することを可能にする。

0045

[0045]一実施形態において、最終製品の温度変化は、流量の変化に起因する。

0046

[0046]一実施形態において、最終製品の温度変化は、原産物温度の変化に起因する。

0047

[0047]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、無菌殺菌処理の加熱構成要素に適用される。

0048

[0048]一実施形態において、加熱構成要素は、蒸気熱源を備える。

0049

[0049]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、フィードバック温度制御によって計算される調整値と組み合わされ、ヒータでの第一原理エネルギー収支から計算される熱源調整値を備える。

0050

[0050]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、無菌殺菌処理の冷却構成要素に適用される。

0051

[0051]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、フィードバック温度制御によって計算される調整値と組み合わされ、冷却剤での第一原理エネルギー収支から計算される冷却源調整値を備える。

0052

[0052]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式により、フィードフォワード補正を、少なくとも1つの入力変数の動的調整を介して、乱れと同時に最終製品に到達させる。

0053

[0053]一実施形態において、少なくとも1つの入力変数は、製品の密度、製品流量、製品の熱容量、製品の温度、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される。

0054

[0054]他の実施形態において、製品供給、熱源および殺菌ヒータを備える無菌殺菌処理、ならびに無菌殺菌処理に適用されるエネルギー収支フィードフォワード制御方式を含む食品製造システムを提供する。

0055

[0055]さらに他の実施形態において、製品供給、冷却処理を備える無菌殺菌処理、および無菌殺菌処理に適用されるエネルギー収支フィードフォワード制御方式を含む食品製造システムを提供する。

0056

[0056]一実施形態において、製品は、大人向け食料品である。

0057

[0057]一実施形態において、製品は、離乳食である。

0058

[0058]一実施形態において、製品は、果物、野菜、たんぱく質、穀物、乳製品、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される。

0059

[0059]一実施形態において、製品は、ただ1つの原材料を含む。製品は、2つ以上の原材料を含んでもよい。原材料は、スイートポテトおよびニンジンである可能性がある。

0060

[0060]一実施形態において、製品は、均質な製品である。代わりに、不均質な製品であってもよい。

0061

[0061]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、付加的なフィードフォワード制御器を備える。

0062

[0062]一実施形態において、付加的なフィードフォワード制御器は、エネルギー収支から、蒸気需要量を計算する。

0063

[0063]一実施形態において、付加的なフィードフォワード制御器は、エネルギー収支から、冷却剤需要量を計算する。

0064

[0064]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、フィードバックトリムをもたらす温度指示制御器を備える。

0065

[0065]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、熱指示制御器を備える。

0066

[0066]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、流量指示を備える。

0067

[0067]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、温度指示を備える。

0068

[0068]一実施形態において、熱源は、蒸気熱源である。

0069

[0069]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式により、フィードフォワード補正を、少なくとも1つの入力変数の動的調整を介して、乱れと同時に最終製品に到達させる。少なくとも1つの入力変数は、製品の密度、製品流量、製品の熱容量、製品の温度、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される可能性がある。

0070

[0070]本開示の利点は、製造処理において、原産物のすべてのバッチを精密に温度制御する必要性を無くすことである。

0071

[0071]本開示の他の利点は、制御方式を提供して、最終製品温度での原材料の温度における流量の変化または変動の影響を減らすことである。

0072

[0072]本開示のさらに他の利点は、最終製品の殺菌状態に対するリスクを減らす方法を提供することである。

0073

[0073]本開示のまたさらに他の実施形態は、製造処理におけるフレキシビリティを高め、流量の変化を必要とする状況への対処を提供することである。

0074

[0074]本開示の他の利点は、自動制御を通じて原産物温度変化を補償し、したがって、供給材料のすべてのバッチを精密に温度制御する必要性を減らす能力を提供することである。

0075

[0075]さらなる特徴および利点が本明細書で説明され、以下の詳細な説明および図面から明らかになるであろう。

図面の簡単な説明

0076

本開示の一実施形態によるエネルギー収支フィードフォワード制御方式のブロック図である。
本開示の一実施形態による、突然の流量変化に対する製品温度応答に対する傾向を実証する、スイートポテトおよびニンジンを使用する実験から得られた試験結果であり、フィードフォワード制御システムがオフの場合の流れ変化と、システムがオンであった場合の流れ変化の傾向の変化の対比である。
本開示の一実施形態による、突然の流量減少に対する製品温度応答に対する傾向を実証する、水を使用した実験から得られた試験結果であり、フィードフォワード制御システムがオフの場合と、システムがオンの場合との傾向の変化の対比である。
本開示の一実施形態による、突然の流量増加に対する製品温度応答に対する傾向を実証する、水を使用した実験から得られた試験結果であり、フィードフォワード制御システムがオフの場合と、システムがオンの場合との傾向の変化の対比である。

実施例

0077

[0080]本明細書で使用する場合、単数形“a”、“an”、および“the”は、文脈から明らかにそうでないことが示されていなければ、複数のものを含むものとする。したがって、例えば、「ポリペプチド」への言及は、2以上のポリペプチドの混合物などを含む。

0078

[0081]本明細書で使用する場合、「約」は、ある範囲の数に関することが理解される。さらに、本明細書におけるすべての数値範囲は、その範囲内のすべての整数、全体または分数を含むことが理解されよう。

0079

[0082]食品製造処理では、食品の殺菌処理が含まれることが多い。これらの処理は、食品を無菌包装充填する前に、無菌殺菌することを含む。殺菌処理は、食品製造処理全体のさまざまなポイントで行う可能性があることが、当業者には理解されよう。

0080

[0083]殺菌は、さまざまな理由で必要である。例えば、高品質で、安全な、常温保存可能食品を製造するために、その食品は、包装される前に、殺菌されなければならない(例えば、超高温/無菌処理や容器内殺菌など)。製品は、適切に殺菌され、消費するのに安全であることを確実にするべきであるが、同時に、過剰調理または過剰処理すべきではない。したがって、適切な殺菌は、食品製造処理における重要な段階である。

0081

[0084]無菌殺菌では、連続的な流れ処理において、無菌殺菌器を使用する。食品製造中に無菌殺菌器を止めることは、深刻な悪影響であり、動作上および経済上の影響を含む。これは、殺菌器が使用可能な製品を再び製造開始することが可能になる前に、殺菌状態を維持および/または再確認しなければならないためであることが当業者には理解されよう。これは、殺菌水噴射煮沸消毒蒸気殺菌、または完全なクリーンインプレーサイクル(clean−in−place cycle)を必要とすることもあり得る。これらのすべての選択項目により、製造時間の喪失、製造者への時給、労働者、および費用を発生させる。

0082

[0085]無菌殺菌は、食品をパッケージ内に導入する前に行う。包装充填マシンは、無菌殺菌器と違い、連続的な流れ処理ではなく、代わりに、さまざまな理由のために定期的に停止する離散デバイスである。これらのマシンが停止すると、製造におけるバックアップが行われ、無菌殺菌器も停止させられる。無菌殺菌器または他の連続的製造を止めないために、典型的に、殺菌器と充填マシンとの間に殺菌製品バッファタンクが配置され、充填マシンが停止している間の一定期間にわたって、殺菌器が動作することを可能にする。あるいは、平均レベル制御方法または当業者に既知の他の技術を使用して、包装充填率と無菌殺菌器流量とのバランスをとってもよい。

0083

[0086]包装率と無菌殺菌流量とのバランスをとる方法には、製造流量の変動が含まれることが多いことが当業者には明らかであろう。流量の変動が、殺菌器流量と包装率とのバランス以外の理由から起こることも、当業者には明らかであろう。流量操作はまた、他の処理最適化の結果もたらされる可能性がある。さらに、流量操作は、殺菌状態を喪失するリスクとなる混乱に対処するのに必要になる可能性がある。

0084

[0087]しかしながら、流量操作、すなわち、製品流量を変えることは、典型的に、最終製品に負の影響を及ぼす可能性があるので望ましくない。例えば、流量操作により、製品温度に対する望ましくない変化が生じる。

0085

[0088]本出願人は、エネルギー収支フィードフォワード制御方式を、無菌殺菌に適用することで、有害な過渡の温度変動を最小化することが可能であることを発見した。例えば、エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、無菌処理におけるヒータの有害な過渡の温度応答を最小化することができる。エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、冷却処理における冷却剤の有害な過渡の温度応答も最小化することができる。

0086

[0089]フィードフォワードエネルギー収支の制御技術は、他の産業でも確立されている方法である。しかしながら、フィードフォワードエネルギー収支制御方式は、無菌殺菌には適用されなかった。これは、典型的な処理ラインが、わずかな製品のためだけに設計され、この制御方式を実現するために必要な器具欠如のため、比較的融通が利かないためである。本明細書で開示する方法は、無菌殺菌における、供給流量および供給温度の乱れに対してエネルギー収支をもたらすことによって、有害な過渡の温度応答を軽減するために効果的な方法を提供する。フィードフォワードエネルギー収支制御方式を、無菌殺菌処理に適用することで、加熱処理中の温度変動の防止を実現することができる。本制御方式は、本処理の冷却部分にも拡張可能であることが、当業者には理解されよう。

0087

[0090]エネルギー収支フィードフォワード制御方式により、供給流量および/または供給温度の変化による有害な過渡の温度応答を軽減することができる。供給流量変化と同様に、供給温度変化もさまざまな理由で発生する可能性があることが、当業者によって理解されよう。一実施形態において、原産物温度の違いは、温度変化の原因となる可能性がある。無菌殺菌製造の性質により、望ましくない温度変動が発生する可能性のある状況が作り出される。

0088

[0091]無菌製品の製造には、調理場および無菌殺菌器を必要とする。調理場では、殺菌器に供給される原材料のバッチを準備する。各バッチタンクが空になると、本処理は、次のバッチタンクに切り替わる。次のバッチタンクは、前のタンクと同じ温度であってもよいし、なくてもよい。何らかの温度差が、殺菌ヒータを通過する際の製品温度が乱れる原因となるであろう。このことは、無菌処理における共通問題である。フィードフォワード制御方式を無菌処理に適用することで、最終製品温度への影響および殺菌状態に対するリスクを減らす。

0089

[0092]一実施形態において、エネルギー収支フィードフォワード制御方式を、無菌殺菌に適用して、製品の流れおよび原産物温度の変化に起因する最終製品温度過渡を軽減する。無菌殺菌処理には、殺菌ヒータを含むことができる。エネルギー収支フィードフォワード制御システムを無菌殺菌処理に適用することにより、供給流量および/または供給温度の変化による、無菌処理におけるヒータまたは冷却剤の有害な過渡の温度応答を最小化する。

0090

[0093]ヒータにおける熱源は、当分野で既知の、任意の適切な熱源とすることができることが、当業者には明らかであろう。エネルギー収支フィードフォワード制御システムを、無菌殺菌と共に使用するのと同じ考え方を、必要な器具を有する任意の熱源に適用する。熱源は、蒸気熱源または電気的熱源とすることができる。一実施形態において、熱源は、蒸気熱源である。この考え方は、冷却処理にも適用する。当分野で既知のどのような冷却剤および冷却源も、エネルギー収支フィードフォワード制御システムで使用することができることが、当業者には明らかであろう。

0091

[0094]温度変動を管理するためのフィードフォワードエネルギー収支制御方式は、熱源または冷却源のための目標設定の処理を含む。殺菌ヒータへの熱源のための目標設定または冷却源のための目標設定は、フィードフォワード制御によって操作され、製品流量および/または製品供給温度の変化が起こる状況において、製品温度過渡を最小にする。

0092

[0095]図1は、蒸気式エネルギー収支フィードフォワード制御方式のブロック図を示す。一実施形態において、フィードフォワードエネルギー収支制御方式は、付加的なフィードフォワード制御器部分と、本方式全体に追加の制御をもたらすフィードバックトリム部分とを含む。付加的なフィードフォワード制御器は、エネルギー収支から、蒸気需要量を計算する。付加的なフィードフォワード制御器はまた、製品密度(RhoP)、製品の熱容量(Cp,P)、流量指示(FI)からの情報などの入力変数を含む。フィードフォワード制御器は、最終製品における負の温度変動を引き起こす可能性のある流れにおける乱れを軽減する。本方式はまた、計算された一般的な入力熱量GI)、および熱指示制御器(QIC)を含み、QICは、一実施形態において、図1に示すように、エネルギー収支フィードフォワード制御方式から計算された蒸気需要量に基づき、蒸気熱源を制御する。やはり図1に示すように、一実施形態において、流れにおける乱れは、製品特性と共に測定され、フィードフォワード利得掛け合わされ、動的補償のために進み遅れLL)ブロックを通過する。エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、何らかの測定可能な乱れの先行補正を引き起こす能力を提供する。

0093

[0096]フィードフォワード制御方式のフィードバックトリム部分は、温度指示制御器(TIC)および温度指示(TI)を含む。動的補償は、原産物温度部分でも生じ、進み遅れブロックおよびデッドタイム(DT)を通る経路を含む。フィードバックトリム部分と付加的なフィードフォワード制御器との組み合わせ動作により、フィードバックトリムのない純粋フィードフォワードシステムよりも良好な、本制御方式における変動の管理を可能にする。

0094

[0097]エネルギー収支フィードフォワード制御システムは、流量、圧力、および温度などの乱れを補償するために、乱れが製品品質に重要な影響を及ぼす前に適用することができることが、当業者には明らかであろう。一実施形態において、フィードフォワードエネルギー収支制御方式は、温度の変動を補償する。フィードフォワード制御方式を使用して、処理を先制して動かし、何らかの所与の製品に対する処理における流量と他の条件とを整合させることができる。本制御方式は、製造処理における予期せぬ乱れから、製品に損傷が生じないよう補助する。一実施形態において、本処理は、無菌殺菌を含み、製造された製品は、食品である。

0095

[0098]製造される製品は、大人向け食料品または離乳食とすることができる。ペットまたは他の動物に与える製品としてもよい。食品は、何らかの既知の果物、野菜、穀物、肉、または乳製品としてもよい。一実施形態において、食品は、スイートポテトおよびニンジンである。他の実施形態において、食品は穀物である。本方法は、純粋な食品を超えて拡張してもよい。一実施形態において、本方法および処理は、医薬品メーカまたは栄養補助食品メーカも使用する。

0096

[0099]無菌殺菌と共に使用されるエネルギー収支フィードフォワード制御方式はまた、均質な製品および不均質な製品に適用してもよい。一実施形態において、本方式は、均質な製品に適用される。本方式は、さまざまな質感を有する製品で使用してもよいことが、当業者には明らかであろう。一実施形態において、製品は、ピューレ状にされる。代わりに、製品は、まるごと、千切り、または処理済みとしてもよい。

0097

[00100]エネルギー収支フィードフォワード制御方式は、無菌殺菌処理の一部である、殺菌ヒータへの熱源のための目標設定または冷却剤および冷却源のための目標設定を含むことができる。一実施形態において、殺菌ヒータへの熱源のための目標設定または冷却剤および冷却源のための目標設定は、フィードフォワード制御によって操作され、製品流量および/または製品供給温度の変化が起こる状況において、製品温度過渡を最小にする。エネルギー収支フィードフォワード制御方式に含まれる熱源調整値または冷却源調整値は、ヒータでの第一原理エネルギー収支から計算され、フィードバック温度制御によって計算される調整値と組み合わされる。本計算への入力変数は、動的調整を受け、その結果、フィードフォワード補正は、乱れと同時に製品に到達し、その乱れの影響を相殺する。

0098

[00101]自動制御を介して供給流量変化を補償する能力は、殺菌状態の喪失のリスクなどの流量の変化または他の処理最適化を実現するための意図的な流量変化を必要とする可能性のある状況に応じて、フレキシビリティを高めることを可能にする。自動制御を通じて原産物温度変化を補償するための能力により、供給材料のすべてのバッチを精密に温度制御する必要性を減らす。

0099

[00102]例えば、限定するものではないが、以下の例は、本開示のさまざまな実施形態の例である。以下の定式化および処理は、例示目的のみのために提供され、定式化および処理は、所望される特別な機能に応じて、必要な範囲で、当業者によって修正することができる。

0100

[00103]実施例1−スイートポテトおよびニンジンを使用する無菌殺菌処理に適用される、エネルギー収支フィードフォワード制御方式の試験実行

0101

[00104]流量の変化に起因する最終製品の温度変化を軽減するためのエネルギー収支フィードフォワード制御方式の有益な効果を、スイートポテトおよびニンジンを使用して実証した。製品は、約230秒間、殺菌システムを2回通され、各回、突然の流量変化がシステムに課せられる。流量変化は、1回目はエネルギー収支フィードフォワード制御方式がオフであり、2回目はエネルギー収支フィードフォワード制御方式がオンであることを除き、同一の条件下で課される。図2は、試験の結果を時系列で示す。垂直線は、流量変化の瞬間を識別する。流量が5.0から2.8gpmに減少した場合、エネルギー収支フィードフォワード制御方式がない場合、スイートポテトおよびニンジンの温度は、約226から234度に激しく上昇した。これに対して、エネルギー収支フィードフォワード制御方式がオンの状態で同じ流量変化を課した場合、温度は激しく変化せず、約230度で安定していた。

0102

[00105]実施例2−エネルギー収支フィードフォワード制御方式を、水の流量を減らして、無菌殺菌処理に適用した試験実行

0103

[00106]本システムにおける製品として水を使用して、流量の変化に起因する最終製品の温度変化を軽減するためのエネルギー収支フィードフォワード制御方式の有益な効果を実証するために、同様の実験を行った。図3は、本実験の結果を示す。図2と同様に、本グラフは、エネルギー収支フィードフォワード制御方式をオンにした場合とオフにした場合との流量変化の後の製品温度の差を示す。流量は、4.0から2.8gpmに減らした。本制御方式がオフの場合、温度は235秒が進むにつれて、約230から232.5度に上昇した。本制御方式がオンの場合、温度は、時間枠全体を通じて、230度付近で維持された。

0104

[00107]実施例3−エネルギー収支フィードフォワード制御方式を、水の流量を増やして、無菌殺菌処理に適用した試験実行

0105

[00108]図4は、図2と同様の実験の結果を示す。エネルギー収支フィードフォワード制御方式を、殺菌処理と共に使用した試験実行を、水を使用して実行した。流量変化が本システムに課せられた。本変化は、エネルギー収支フィードフォワード制御方式がオンの場合に一度、本制御方式がオフの場合に一度、課せられた。流量は、2.8から4.0gpmに増加した。図4は、本制御方式が、流量が減少ではなく増加した場合でも、より一定の温度を維持するために働くことを実証する。本制御方式がオフの場合、191秒では、水の温度は、約230から228.5度に減少した。本制御方式がオンの場合、水の温度は、約230から231度の間を維持した。

0106

[00109]本明細書で説明する好適な実施形態に対するさまざまな変更および修正は、当業者に明らかであろうことを理解すべきである。そのような変形および修正は、本発明の主題の主旨および範囲から逸脱せず、所期の利点を損なわずに行うことができる。したがって、そのような変形および修正は、添付の特許請求の範囲によってカバーされることが意図される。

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