特開 2017-215191 シミュレーション方法、シミュレーションプログラム、及びこのプログラムを内蔵した記憶媒体を含むシミュレーション装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-215191(P2017-215191A)

(43)【公開日】2017年12月7日

(54)【発明の名称】シミュレーション方法、シミュレーションプログラム、及びこのプログラムを内蔵した記憶媒体を含むシミュレーション装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/18 20060101AFI20171110BHJP

   A61L 2/04 20060101ALN20171110BHJP

   A23L 3/00 20060101ALN20171110BHJP

   A23L 3/10 20060101ALN20171110BHJP

   A23L 5/10 20160101ALN20171110BHJP

【ＦＩ】

   G01N25/18 L

   A61L2/04

   A23L3/00 101C

   A23L3/10

   A23L5/10 Z

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-108863(P2016-108863)

(22)【出願日】2016年5月31日

(11)【特許番号】特許第6163590号(P6163590)

(45)【特許公報発行日】2017年7月12日

(71)【出願人】

【識別番号】000152480

【氏名又は名称】株式会社日阪製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100074332

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 昇

(74)【代理人】

【識別番号】100114432

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 寛昭

(72)【発明者】

【氏名】根来 大和

(72)【発明者】

【氏名】向井 勇

(72)【発明者】

【氏名】鵜飼 宏太

【テーマコード（参考）】

2G040

4B021

4B035

4C058

【Ｆターム（参考）】

2G040AA01

2G040BA14

2G040CA02

2G040ZA05

4B021LA05

4B021LP02

4B021LT06

4B035LC16

4B035LP01

4B035LT01

4C058AA12

4C058AA21

4C058BB02

4C058DD13

(57)【要約】

【課題】対象物の殺菌の観点のみならず殺菌以外の観点でも加熱条件を評価し得るシミュレーション方法を提供する。
【解決手段】シミュレーション方法は、対象物の加熱条件が設定されるステップＳ０２と、加熱条件に基づき、対象物における中心部の温度としての第１推定温度Ｔ_１ｎを演算するステップＳ０３と、第１推定温度Ｔ_１ｎに基づき、対象物における中心部の第１領域を囲む第２領域内の温度としての第２推定温度Ｔ_２ｎを演算するステップＳ０４とを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物の加熱条件が設定されるステップと、
前記加熱条件に基づき、前記対象物における中心部の温度としての第１推定温度を演算するステップと、
前記第１推定温度に基づき、前記対象物における前記中心部の第１領域を囲む第２領域内の温度としての第２推定温度を演算するステップとを含む
ことを特徴とするシミュレーション方法。

【請求項2】

前記第１推定温度、前記第２推定温度、前記対象物の体積に対する前記第１領域の体積の割合、及び前記対象物の体積に対する前記第２領域の体積の割合に基づき、前記対象物の温度履歴を評価するステップをさらに含む
請求項１に記載のシミュレーション方法。

【請求項3】

前記対象物の温度履歴を評価するステップでは、前記第１推定温度、前記第２推定温度、前記対象物の体積に対する前記第１領域の体積の割合、及び前記対象物の体積に対する前記第２領域の体積の割合に基づき第３推定温度を演算し、該第３推定温度により前記対象物の温度履歴を評価する
請求項２に記載のシミュレーション方法。

【請求項4】

前記加熱条件は、雰囲気温度と前記対象物の加熱時間とを含み、
前記第２推定温度は、前記対象物における前記第１推定温度と前記雰囲気温度との平均値である
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシミュレーション方法。

【請求項5】

演算装置に、加熱対象物の推定温度の演算を実行させるためのシミュレーションプログラムであって、
演算装置に、
対象物の加熱条件の設定を受け付けるステップと、
前記加熱条件に基づき、前記対象物における中心部の温度としての第１推定温度を演算するステップと、
前記第１推定温度に基づき、前記対象物における前記中心部の第１領域を囲む第２領域内の温度としての第２推定温度を演算するステップとを実行させる
シミュレーションプログラム。

【請求項6】

請求項５に記載のシミュレーションプログラムを内蔵した記憶媒体を含み、前記プログラムを演算装置が実行させるシミュレーション装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加熱中の処理対象物の温度変化を計算するシミュレーション方法、シミュレーションプログラム、及びこのプログラムを内蔵した記憶媒体を含むシミュレーション装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、缶詰やレトルト食品といった包装食品を製造する際に、製造された包装食品の加熱殺菌が行われている。特定の加熱条件が食品の殺菌に適しているか否かは、一般に、温度と時間との関係で表される殺菌値であるＦ値により評価されている。特定の加熱条件下における食品の温度履歴が定められたＦ値を満たす場合には、加熱条件が食品の殺菌に適していると評価できる。例えば、レトルト食品のＦ値は、食品衛生法により、１２０．０℃４分相当以上とされている。

【0003】

食品の温度履歴は、加熱中の食品の温度をセンサー等により実測することでも確認できるが、形状や大きさの異なる食品に対する温度履歴を実測により確認するためには、コスト及び時間が必要である。このようなコスト及び時間を低減するために、コンピュータを用いて加熱中の食品の推定温度を演算するシミュレーション方法が普及している（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

雰囲気からの伝熱により食品の温度が上昇することを前提とすると、食品全体のうちの中心部が、最も熱が伝わりにくく殺菌されにくい。従って、従来のシミュレーション方法を用いて加熱条件を評価する場合、食品の中心部の推定温度を指標として、加熱条件が評価されていた。なお、ここでいう中心部とは、物体の物理的中心ではなく、温度の上昇又は下降の最も遅れる部分を指す。

【0005】

さらに、食品の加熱は、殺菌だけでなく食品に含まれるたんぱく質やビタミンの分解等にも影響する。また、食品以外の加熱についても同様であり、例えば、医薬品や医療機器の加熱は、医薬品に含まれる成分や医療機器を構成する材料等に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、処理対象物の加熱条件を、殺菌以外の観点でも評価することが求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第３０７１４１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、斯かる実情に鑑み、対象物の殺菌の観点のみならず殺菌以外の観点でも加熱条件を評価し得るシミュレーション方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明にかかるシミュレーション方法は、対象物の加熱条件が設定されるステップと、前記加熱条件に基づき、前記対象物における中心部の温度としての第１推定温度を演算するステップと、前記第１推定温度に基づき、前記対象物における前記中心部の第１領域を囲む第２領域内の温度としての第２推定温度を演算するステップとを含むことを特徴とする。

【0009】

上記シミュレーション方法により演算される第１、第２推定温度は、殺菌の観点や殺菌以外の観点で加熱条件を評価する際に用いられる。第１推定温度は、対象物の中心部の推定温度であるため、殺菌の観点で加熱条件を評価する際の指標に適している。一方、第２推定温度は、対象物における中心部の領域を囲む領域内の温度であるため、殺菌以外の観点で加熱条件を評価する際の指標として好ましい。このように、上記シミュレーション方法により、対象物の殺菌のみならず殺菌以外の観点でも加熱条件をより正確に評価することができる。

【0010】

本発明にかかるシミュレーション方法の一態様として、前記第１推定温度、前記第２推定温度、前記対象物の体積に対する前記第１領域の体積の割合、及び前記対象物の体積に対する前記第２領域の体積の割合に基づき、前記対象物の温度履歴を評価するステップをさらに含んでもよい。

【0011】

上記シミュレーション方法において、対象物の体積に対する第１、第２領域の体積の割合を考慮することで、より正確に（対象物の実物の温度に近似した値で）温度を求めることができ、加熱条件をより正確に評価することができる。

【0012】

本発明にかかるシミュレーション方法の一態様として、前記対象物の温度履歴を評価するステップでは、前記第１推定温度、前記第２推定温度、前記対象物の体積に対する前記第１領域の体積の割合、及び前記対象物の体積に対する前記第２領域の体積の割合に基づき第３推定温度を演算し、該第３推定温度により前記対象物の温度履歴を評価してもよい。

【0013】

上記シミュレーション方法において、第３推定温度という一つの温度を用いることで、第１、第２推定温度という複数の温度を用いる場合よりも、加熱条件をより簡単に評価することができる。

【0014】

本発明にかかるシミュレーション方法の一態様として、前記加熱条件は、雰囲気温度と前記対象物の加熱時間とを含み、前記第２推定温度は、前記対象物における前記第１推定温度と前記雰囲気温度との平均値であってもよい。

【0015】

上記シミュレーション方法において、第２推定温度は、第１推定温度と雰囲気温度との平均値であるため、熱収支等の複雑な関係式を用いて演算される場合よりも、より簡単に演算される。

【0016】

本発明にかかるシミュレーションプログラムは、演算装置に、加熱対象物の推定温度の演算を実行させるためのシミュレーションプログラムであって、演算装置に、対象物の加熱条件の設定を受け付けるステップと、前記加熱条件に基づき、前記対象物における中心部の温度としての第１推定温度を演算するステップと、前記第１推定温度に基づき、前記対象物における前記中心部の第１領域を囲む第２領域内の温度としての第２推定温度を演算するステップとを実行させることを特徴とする。

【0017】

第１推定温度は、対象物の中心部の推定温度であるため、殺菌の観点で加熱条件を評価する際の指標に適しており、第２推定温度は、対象物における中心部の領域を囲む領域の温度であるため、殺菌以外の観点で加熱条件を評価する際の指標として好ましい。このように、上記シミュレーションプログラムにより、殺菌のみならず殺菌以外の観点でも加熱条件を評価することができる。

【0018】

本発明にかかるシミュレーション装置は、上記シミュレーションプログラムを内蔵した記憶媒体を含み、前記シミュレーションプログラムを演算装置が実行させることを特徴とする。

【0019】

第１推定温度は、対象物の中心部の推定温度であるため、殺菌の観点で加熱条件を評価する際の指標に適しており、第２推定温度は、対象物における中心部の領域を囲む領域の温度であるため、殺菌以外の観点で加熱条件を評価する際の指標として好ましい。このように、上記シミュレーション装置により、殺菌のみならず殺菌以外の観点でも加熱条件を評価することができる

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、対象物の殺菌の観点のみならず殺菌以外の観点でも加熱条件を評価し得るシミュレーション方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本発明の一実施形態にかかるシミュレーション方法のフローチャート図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態にかかるシミュレーション方法により推定温度を演算する対象物のモデル図である。

【図3】図３は、本発明の別の実施形態にかかるシミュレーション方法により推定温度を演算する対象物のモデル図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明のシミュレーション方法について、添付図面を参酌して説明する。本実施形態のシミュレーション方法は、図１のフローチャート図に示すように、対象物の各種条件又は物性がシミュレーション装置に設定されるステップ（Ｓ０１）と、加熱条件がシミュレーション装置に設定されるステップ（Ｓ０２）と、シミュレーション装置が第１推定温度Ｔ_１ｎを演算するステップ（Ｓ０３）と、シミュレーション装置が第２推定温度Ｔ_２ｎを演算するステップ（Ｓ０４）と、シミュレーション装置が第３推定温度Ｔ_３ｎを演算するステップ（Ｓ０５）とを含む。本実施形態のシミュレーション方法は、シミュレーション方法を実施できるプログラムを内蔵した記憶媒体と、プログラムを実行させる演算装置（ＣＰＵ）とを含むシミュレーション装置で実施される。シミュレーションの結果は、例えば、シミュレーション装置に設けられたディスプレイに表示されるとともに、メモリーカードに保存される。以下、本実施形態のシミュレーション方法に含まれる各ステップについて、順に説明する。なお、本実施形態では、対象物の中心部の温度を演算する方法として、ＡＴＳ法（Ａｍｂｉｅｎｔ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｌｉｄｅ ｍｅｔｈｏｄ）を採用した場合について説明する。

【0023】

そこで、まず、ＡＴＳ法の概略について説明する。ＡＴＳ法では、雰囲気からの伝熱により対象物の温度が上昇することを前提とする。また、「雰囲気が対象物に与える熱量」と「対象物が雰囲気から受け取る熱量」とが一致することを前提として計算が行われる。ここで、単位時間をΔｔとし、対象物の中心点を中心点Ｐとし、雰囲気温度及び対象物の中心点温度をそれぞれＴ_ｗｎ、Ｔ_ｐｎとし（下添え字ｎは時間刻みのｎ番目を示す）、対象物の表面温度が雰囲気温度Ｔ_ｗｎと一致することとし、対象物の内部の温度勾配を直線とし、対象物の表面から中心点までの距離をＬとし、対象物の熱伝導率をｋとし、対象物の表面積をＡとすると、単位時間当たりに「雰囲気が対象物に与える熱量」即ち下記式の左辺が得られる。

【0024】

また、対象物の体積をＶとし、対象物の密度をρとし、対象物の比熱をｃ_ｐとし、中心点温度Ｔ_ｐｎは体積平均温度Ｔ_ｐ^＊_ｎと一致するものとすると、単位時間当たりに「対象物が雰囲気から受け取る熱量」即ち下記式の右辺が得られる。
ｋＡ（Ｔ_ｗｎ−１−Ｔ_ｐｎ−１）Δｔ/Ｌ＝Ｖρｃ_ｐ（Ｔ_ｐ^＊_ｎ−Ｔ_ｐ^＊_ｎ−１)

【0025】

上記式においてｋ/（ρｃ_ｐ)を熱拡散係数αとして整理すると、下記式が得られる。
Ｔ_ｐ^＊_ｎ＝Ｔ_ｐ^＊_ｎ−１＋αΔｔ（Ｔ_ｗｎ−１−Ｔ_ｐｎ−１）／Ｌ^２

【0026】

実際には、中心点温度Ｔ_ｐｎは体積平均温度Ｔ_ｐ^＊_ｎと異なるため、中心点温度Ｔ_ｐｎと体積平均温度Ｔ_ｐ^＊_ｎとのずれ率βを用いて、Ｔ_ｐｎ＝Ｔ_ｐ^＊_ｎβとすると、下記式が得られる。
Ｔ_ｐｎ＝Ｔ_ｐｎ−１＋αβΔｔ（Ｔ_ｗｎ−１−Ｔ_ｐｎ−１）／Ｌ^２

【0027】

さらに、αβΔｔ／Ｌ^２を伝熱係数τとすると、下記式が得られる。下記式では、単位時間あたりに、対象物の表面温度Ｔ_ｗｎ−１と中心点温度Ｔ_ｐｎ−１との差分に伝熱係数τを乗じた分だけ、中心点温度が上昇することが表されている。
Ｔ_ｐｎ＝Ｔ_ｐｎ−１＋τ（Ｔ_ｗｎ−１−Ｔ_ｐｎ−１）

【0028】

ところが、実際の対象物では表面と中心点とが離れているため、中心点の温度変化が表面の温度変化よりも遅れるが、この遅れは上記式に反映されていない。これに対して、上記式において、表面温度として、雰囲気温度Ｔ_ｗｎ−１の代わりに、雰囲気温度Ｔ_ｗｎ−１の時間変化をδ_１だけ遅らせた仮想的な雰囲気温度Ｔ_ｗ^†_ｎ−１を用いると、下記式が得られる。
Ｔ_ｐｎ＝Ｔ_ｐｎ−１＋τ（Ｔ_ｗ^†_ｎ−１−Ｔ_ｐｎ−１）

【0029】

従って、ＡＴＳ法を採用する場合には、ステップＳ０１において、例えば、ユーザーの入力により、伝熱係数τ及び遅れ時間δ_１がシミュレーション装置に設定される。伝熱係数τ及び遅れ時間δ_１は、対象物を構成する材料や対象物の形状により異なる。ユーザーは、対象物の伝熱係数τ及び遅れ時間δ_１のデータを所持している場合、このデータをシミュレーション装置に入力する。ユーザーは、対象物の伝熱係数τ及び遅れ時間δ_１のデータを所持していない場合、伝熱係数τ及び遅れ時間δ_１を求め、これをシミュレーション装置に入力する。伝熱係数τ及び遅れ時間δ_１を求めるには、ユーザーが、適当な伝熱係数τ及び遅れ時間δ_１を予測し、この予測値に基づきＡＴＳ法により第１推定温度Ｔ_１ｎを演算し、この第１推定温度Ｔ_１ｎと実測温度とを比較して、伝熱係数τ及び遅れ時間δ_１の予測値を調整し、調整した伝熱係数τ及び遅れ時間δ_１に基づき第１推定温度Ｔ_１ｎを再度演算し、実測温度に近づくまでこれを繰り返すことにより適切な伝熱係数τ及び遅れ時間δ_１を求めることができる。即ち、トライアルアンドエラーの手法を採用し得る。なお、対象物の実測温度は、例えば、サーミスタのような温度検出センサーを用いて測定される。

【0030】

例えば、伝熱係数τが不明である場合、予測した伝熱係数τ’_１に基づき第１推定温度Ｔ’_１ｎを演算し、第１推定温度Ｔ’_１ｎと実測温度との差を計算する。第１推定温度Ｔ’_１ｎと実測温度との差が、所望の値以下である場合、伝熱係数τ’_１をシミュレーション装置に入力する。

【0031】

第１推定温度Ｔ’_１ｎと実測温度との差が所望の値よりも大きい場合、伝熱係数τ’_１に近い四つの伝熱係数τ’’_１…を予測し、四つの伝熱係数τ’’_１…各々に基づき第１推定温度Ｔ’’_１ｎ…を演算し、四つの第１推定温度Ｔ’’_１ｎ…と実測温度との差を計算する。

【0032】

第１推定温度Ｔ’’_１ｎ…と実測温度との差の最小値が、第１推定温度Ｔ’_１ｎと実測温度との差よりも小さく、且つ、所望の値よりも小さい場合、第１推定温度Ｔ’’_１ｎ…と実測温度との差の最小値の演算に用いた伝熱係数τ’’_１をシミュレーション装置に入力する。

【0033】

第１推定温度Ｔ’’_１ｎ…と実測温度との差の最小値が、第１推定温度Ｔ’_１ｎと実測温度との差よりも小さく、且つ、所望の値よりも大きい場合、第１推定温度Ｔ’’_１ｎ…と実測温度との差の最小値の演算に用いた伝熱係数τ’’_１に近い四つの伝熱係数τ’’’_１…を予測し、四つの伝熱係数τ’’’_１…各々に基づき第１推定温度Ｔ’’’_１ｎ…を演算する等の一連の計算を繰り返す。

【0034】

第１推定温度Ｔ’’_１ｎ…と実測温度との差の最小値が、第１推定温度Ｔ’_１ｎと実測温度との差よりも大きい場合、伝熱係数τ’_１にさらに近似した四つの伝熱係数τ’’’_１…を予測し、四つの伝熱係数τ’’’_１…各々に基づき第１推定温度Ｔ’’’_１ｎ…を演算する等の一連の計算を繰り返す、又は、伝熱係数τ’_１をシミュレーション装置に入力する。

【0035】

ステップＳ０２では、例えば、ユーザーの入力により、シミュレーション装置に対象物の加熱条件が設定される。加熱条件は、例えば、雰囲気温度Ｔ_ｗｎ及び加熱時間である。

【0036】

ステップＳ０３では、シミュレーション装置が、ステップＳ０１及びステップＳ０２において設定された各種条件に基づき、対象物における中心部の温度である第１推定温度Ｔ_１ｎを演算する。ここでいう「対象物における中心部」として、対象物の中心点Ｐ又はその近傍を採用し得るが、本実施形態では、対象物の中心点Ｐを採用する。この場合、第１推定温度Ｔ_１として、対象物の中心点温度Ｔ_ｐｎが用いられる。なお、対象物の中心点Ｐとして、対象物の質量中心、即ち、対象物の重心を採用し得る。対象物の重心の位置は、公知の方法により求めることができる。

【0037】

中心点温度Ｔ_ｐｎは、上述したように、ＡＴＳ法で導出される下記式により演算される。
Ｔ_ｐｎ＝Ｔ_ｐｎ−１＋τ（Ｔ_ｗ^†_ｎ−１−Ｔ_ｐｎ−１）

【0038】

ステップＳ０４では、シミュレーション装置が、第１推定温度Ｔ_１ｎ及び雰囲気温度Ｔ_ｗｎに基づき、前記第２領域内の温度としての第２推定温度Ｔ_２ｎを演算する。本実施形態では、第２推定温度Ｔ_２ｎは、中心点温度Ｔ_ｐｎ（第１推定温度Ｔ_１ｎに相当）及び雰囲気温度Ｔ_ｗｎの単純平均値として表され、具体的には、下記式により演算される。
Ｔ_２ｎ＝（Ｔ_ｐｎ＋Ｔ_Ｗｎ）／２

【0039】

ステップＳ０５では、シミュレーション装置が、第１推定温度Ｔ_１ｎ、第２推定温度Ｔ_２ｎ、対象物１００の体積に対する第１領域ＡＲ１の体積Ｖ_ＡＲ１の割合、及び対象物１００の体積に対する第２領域ＡＲ２の体積Ｖ_ＡＲ２の割合に基づいて、第３推定温度Ｔ_３ｎを演算する。具体的には、第３推定温度Ｔ_３ｎは、第１領域ＡＲ１と第２領域ＡＲ２との体積平均温度Ｔ_ｐ^＊_ｎとして演算される。第１推定温度Ｔ_１ｎとしては、上述したように、中心点温度Ｔ_ｐｎが用いられる。第２推定温度Ｔ_２ｎとしては、上述したように、中心点温度Ｔ_ｐｎ及び雰囲気温度Ｔ_ｗｎの単純平均値が用いられる。これにより、体積平均温度Ｔ_ｐ^＊_ｎは、下記式により、中心点温度Ｔ_ｐｎ及び雰囲気温度Ｔ_ｗｎに基づき演算される。
Ｔ_ｐ^＊_ｎ＝０．２９６Ｔ_ｐｎ＋０．７０４（Ｔ_ｗｎ＋Ｔ_ｐｎ）／２

【0040】

対象物の形状としては、立方体形状、直方体形状、その他の形状が考えられるが、本実施形態では、対象物の形状が、図２に示すような立方体形状であると仮定する。対象物１００は、対象物１００の中心部の領域である第１領域ＡＲ１と、第１領域ＡＲ１を囲む第２領域ＡＲ２とを含む。第１領域ＡＲ１が中心部の領域であれば、対象物をどのように二分割してもよいが、本実施形態では、対象物１００を中心部分と表層部分とに二分割し、中心部分を第１領域ＡＲ１とし、表層部分を第２領域ＡＲ２としている。

【0041】

上記式の導出は、以下のように行う。対象物１００における一辺の長さは、図２に示すように、何れもＬ_１とする。これにより、対象物１００の体積ＶはＬ_１^３と表され、対象物１００の表面積Ａは６Ｌ_１^２と表される。ここで、第１領域ＡＲ１の表面から第２領域ＡＲ２の表面までの距離をＬ_２とすると、距離Ｌ_２は対象物１００における表層厚み（Ｖ／Ａ）と一致するため、距離Ｌ_２は下記のように演算される。
Ｌ_２＝Ｖ／Ａ＝Ｌ_１／６

【0042】

この場合、第１領域ＡＲ１の体積Ｖ_ＡＲ１は、下記のように演算される。
Ｖ_ＡＲ１＝（Ｌ_１−２・Ｌ_２）^３＝（２／３）^３Ｌ_１^３

【0043】

一方、体積平均温度Ｔ_ｐ^＊_ｎは、中心点温度Ｔ_ｐｎに、対象物１００の体積Ｖに対する第１領域ＡＲ１の体積Ｖ_ＡＲ１の比率を乗じたものと、中心点温度Ｔ_ｐｎ及び雰囲気温度Ｔ_ｗｎの単純平均値に、対象物１００の体積Ｖに対する第２領域ＡＲ２の体積Ｖ_ＡＲ２の比率を乗じたものとを足し合わせることで得られる。具体的には、体積平均温度Ｔ_ｐ^＊_ｎは、下記式により演算される。
Ｔ_ｐ^＊_ｎ＝Ｔ_ｐｎ・Ｖ_ＡＲ１／Ｖ＋（（Ｔ_ｗｎ＋Ｔ_ｐｎ）／２）・（Ｖ−Ｖ_ＡＲ１）／Ｖ
上記式に、Ｖ_ＡＲ１＝（２／３）^３Ｌ_１^３、及び、Ｖ＝Ｌ_１^３を代入することで、体積平均温度Ｔ_ｐ^＊_ｎを演算する下記式が得られる。
Ｔ_ｐ^＊_ｎ＝（２／３）^３Ｔ_ｐｎ＋（１−（２／３）^３）・（Ｔ_ｗｎ＋Ｔ_ｐｎ）／２
上記式における数値を、小数点第４位で四捨五入すると下記式が得られる。
Ｔ_ｐ^＊_ｎ＝０．２９６Ｔ_ｐｎ＋０．７０４（Ｔ_ｗｎ＋Ｔ_ｐｎ）／２

【0044】

このように、本実施形態に係るシミュレーション方法を実施することで、第１、第２、第３推定温度を演算することができる。演算された第１、第２、第３推定温度は、例えば、対象物がレトルト食品である場合、この食品の加熱条件を、殺菌の観点等の複数の観点で評価する場合の指標として用いられる。以下、殺菌の観点及びたんぱく質の分解の観点という２つの観点で、第１、第２、第３推定温度を指標として、食品の加熱条件を評価する場合について説明する。

【0045】

特定の加熱条件が食品の殺菌の観点で適切か否かは、一般に、加熱時の食品の温度履歴が、殺菌評価積算値であるＦ値を満たすか否かで評価される。また、殺菌の観点では、最も殺菌されにくい食品の中心部の温度を評価することが好ましい。そのため、殺菌の観点で加熱条件を評価するには、第１推定温度Ｔ_１ｎから第１推定温度履歴Ｔ_１を求めて、この第１推定温度履歴Ｔ_１が定められたＦ値に相当するか否かを評価する。

【0046】

特定の加熱条件がたんぱく質の分解の観点で適切か否かは、例えば、加熱時の食品の温度履歴が、温度と時間との関係で表されるたんぱく質分解評価積算値であるＣ値を満たすか否かで評価される。また、たんぱく質の分解の観点では、加熱中の食品全体の温度を評価することが好ましい。そのため、たんぱく質の分解の観点で加熱条件を評価するには、第３推定温度Ｔ_３ｎから第３推定温度履歴Ｔ_３を求めて、この第３推定温度履歴Ｔ_３が定められたＣ値を満たすか否かを評価する。

【0047】

このように、殺菌の観点で加熱条件を評価する際には、第１推定温度Ｔ_１ｎが指標として用いられ、たんぱく質の分解の観点で加熱条件を評価する際には、第３推定温度Ｔ_３ｎが指標として用いられる。以下、本実施形態の効果をまとめて説明する。

【0048】

本実施形態のシミュレーション方法により演算される第１推定温度Ｔ_１ｎは、上述のように、殺菌の観点で加熱条件を評価する際の指標に適している。一方、第２推定温度Ｔ_２ｎは、対象物における中心部の領域を囲む領域内の温度であるため、殺菌以外の観点で加熱条件を評価する際の指標として好ましい。このように、本実施形態のシミュレーション方法により、対象物の殺菌のみならず殺菌以外の観点でもより正確に加熱条件を評価することができる。

【0049】

本実施形態のシミュレーション方法において、対象物１００の体積Ｖに対する第１、第２領域ＡＲ１、ＡＲ２の体積Ｖ_ＡＲ１、Ｖ_ＡＲ２の割合を考慮することで、より正確に（対象物１００の温度に近似した値で）温度を求めることができ、加熱条件をより正確に評価することができる。

【0050】

第３推定温度Ｔ_３ｎという一つの温度を用いることで、第１、第２推定温度Ｔ_１ｎ、Ｔ_２ｎという複数の温度を用いる場合よりも、加熱条件をより簡単に評価することができる。

【0051】

第２推定温度Ｔ_２ｎは、第１推定温度Ｔ_１ｎと雰囲気温度Ｔ_ｗｎとの平均値として算出されることにより、熱収支等の複雑な関係式等を用いて演算される場合よりも、より簡単に演算される。

【0052】

なお、本発明のシミュレーション方法は、上記実施形態の方法に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0053】

上記実施形態では、対象物の形状が立方体形状であると仮定したが、これに限定されない。例えば、対象物の形状が直方体形状、円柱形状や球形状等その他の形状である仮定してもよい。図３に示すように、対象物２００の形状が直方体形状であると仮定すると、以下のように、中心点温度Ｔ_ｐｎ及び雰囲気温度Ｔ_ｗｎに基づく体積平均温度Ｔ_ｐ^＊_ｎ、即ち、第３推定温度Ｔ_３ｎを演算することができる。

【0054】

対象物２００が、中心部の領域である第１領域ＡＲ１と、第１領域ＡＲ１を囲む第２領域ＡＲ２とを含むものとする。第２領域ＡＲ２は、対象物２００における表層部分とする。対象物２００において、底面の短辺の長さをｗ_ａとし、底面の長辺の長さをｗ_ｂとし、高さをＨとする。この場合、対象物２００の体積ＶはＶ＝ｗ_ａ・ｗ_ｂ・Ｈで表される。また、対象物２００の表面積Ａは、２（ｗ_ａ・ｗ_ｂ＋ｗ_ａ・Ｈ＋ｗ_ｂ・Ｈ）で表される。一方、第１領域ＡＲ１の表面から第２領域ＡＲ２の表面までの距離Ｌ_２とすると、第１領域ＡＲ１の体積Ｖ_ＡＲ１は、下記式で表される。
Ｖ_ＡＲ１＝（ｗ_ａ−２Ｌ_２）・（ｗ_ｂ−２Ｌ_２）・（Ｈ−２Ｌ_２）

【0055】

距離Ｌ_２としては表層厚み（Ｖ／Ａ）を採用できるため、距離Ｌ_２は下記式により演算される。
Ｌ_２＝Ｖ／Ａ＝ｗ_ａ・ｗ_ｂ・Ｈ／（ｗ_ａ・ｗ_ｂ＋ｗ_ａ・Ｈ＋ｗ_ｂ・Ｈ）

【0056】

さらに、体積平均温度Ｔ_ｐ^＊_ｎは下記式で表される。
Ｔ_ｐ^＊_ｎ＝Ｔ_ｐｎ・Ｖ_ＡＲ１／Ｖ＋（（Ｔ_ｗｎ＋Ｔ_ｐｎ）／２）・（Ｖ−Ｖ_ＡＲ１）／Ｖ

【0057】

上記式に、体積Ｖ及び体積Ｖ_ＡＲ１の数値を代入することで、中心点温度Ｔ_ｐｎ及び雰囲気温度Ｔ_ｗｎに基づき、体積平均温度Ｔ_ｐ^＊_ｎが演算される。

【0058】

このように、体積平均温度Ｔ_ｐ^＊_ｎ、即ち、第３推定温度Ｔ_３ｎを求めることで、対象物２００の形状により適した推定温度が演算される。

【0059】

また、上記実施形態では、第２推定温度Ｔ_２ｎとして、中心点温度Ｔ_ｐｎと雰囲気温度Ｔ_ｗｎとの単純平均値を用いていたが、これに限定されない。例えば、第２推定温度Ｔ_２ｎとして、別の平均値を用いてもよい。具体的には、第２推定温度Ｔ_２ｎとして、第２領域内の温度勾配を考慮した平均値、第２領域内の形状や比熱を考慮した平均値、第２領域を任意に二分割しこれらの体積を考慮した平均値等を用いてもよい。第２推定温度Ｔ_２ｎとして、このような平均値を用いることで、対象物の実物の温度により近似した温度を得ることができる。

【0060】

上記実施形態では、第３推定温度Ｔ_３ｎを演算し、この第３推定温度Ｔ_３ｎから求めた第３推定温度履歴Ｔ_３を指標として、殺菌以外の観点で加熱条件を評価していたが、これに限定されない。例えば、第３推定温度Ｔ_３ｎを演算せず、第１推定温度Ｔ_１ｎ及び第２推定温度Ｔ_２ｎを指標として、殺菌以外の観点で加熱条件を評価してもよい。第１推定温度Ｔ_１ｎ及び第２推定温度Ｔ_２ｎを指標とすれば、第３推定温度を指標する場合よりも、第１、第２領域の温度履歴をそれぞれ個別に評価できるため、対象物の実物の温度履歴に近似したより正確な加熱条件の評価が可能となる。

【0061】

上記実施形態では、対象物を二分割して第３推定温度を演算していたが、これに限定されない。例えば、対象物を三以上の複数の領域に分割し、それぞれの領域における推定温度を演算してもよい。また、各推定温度から求めた推定温度履歴を指標として加熱条件を評価してもよい。三以上の複数の領域の各々における推定温度履歴を指標とすることで、対象物の温度履歴により適した加熱条件の評価が可能となる。

【0062】

上記実施形態では、第１推定温度をＡＴＳ法により演算したが、これに限定されない。例えば、Ｂａｌｌの数式法等の別の方法によって、第１推定温度を演算してもよい。

【0063】

上記実施形態のシミュレーション装置は、対象物を加熱する装置と別の装置であってもよいし、対象物を加熱する装置に組み込まれていてもよい。

【0064】

上記実施形態では、対象物はレトルト食品であったが、これに限定されない。例えば、缶詰等の他の包装食品や食品以外のもの、例えば、医薬品、注射器などの医療機器等であってもよい。

【0065】

上記実施形態では、対象物は食品であり、対象物を加熱する際の加熱条件を、殺菌とたんぱく質の分解との２つの観点で評価したが、これに限定されない。例えば、対象物が食品である場合、殺菌以外の評価の観点として、ビタミンの分解、酵素の分解、テクスチャーや色の劣化などが挙げられる。また、対象物が医薬品や医療機器等である場合、殺菌以外の評価の観点として、医薬品に含まれる成分や医療機器を構成する材料の変質が挙げられる。

【産業上の利用可能性】

【0066】

本発明のシミュレーション方法は、レトルト食品、缶詰、医薬品、医療機器等の加熱による温度変化を計算する際に利用することができる。

【符号の説明】

【0067】

１００…対象物、ＡＲ１…第１領域、ＡＲ２…第２領域、Ｐ…中心点

【図1】

【図2】

【図3】