一粒レベルまで正確に、HBMの小型温度センサでコーヒーを省エネ製造

コーヒー豆、ナッツ、果物を乾燥や焙煎などをするために、ドイツの食品業界は毎年約10億KW・時のエネルギーを消費しています。最適な温度や処理時間を見つけることは、大きなエネルギー節約の鍵となる可能性を持っています。最近、ドイツ国立計量研究所(PTB)は、HBMのコンパクトな温度センサを使用して、コーヒー豆などの小さな物体の熱伝導率や熱拡散率を測定する新しいプロセスを開発しました。

今までは、挽いたコーヒー豆を圧縮して状態で、コーヒー豆の熱容量だけは、決定することができました。材料の形状は、この材料定数に、何の役割も果たしませんが、熱移動特性は、豆の物理的形状にも依存します。したがって、豆が、乾燥・焙煎される状態を十分な精度で計測するためには、コーヒー豆の粒をそのままの形で使用することが必要です。しかし既存の計測技術では、コーヒー豆の熱伝導率や熱拡散率を知るためには、豆が小さすぎるので、大まかにしか推定できませんでした。

非常に小さくて強力

HBMの TT-3/100 温度センサ はわずか 50µm厚で、測定面は 3.1mm x 3.0mm です。この寸法は、この新しいプロセスに使用する数学モデルで想定した、「点状」のセンサに非常に近くなります。-50℃から+180℃までの広い使用温度範囲により、コーヒー豆を凍結乾燥と焙煎の両方に使用できるセンサとなります。

革新的な測定方法

TT-3/100のミニチュア寸法を利用して、PTBは革新的な測定方法を開発しました。コーヒー豆の熱特性を決定するために、この方法は、いくつかのステップがあります。コーヒー豆を半分に分割し、センサをその間に配置します。接触面は良好な熱接触を確実にするために、滑らかにする必要があります。センサは、接着しないで、所定の位置に機械的にクランプします。そして、このセンサを温度センサ熱源の両方として使用します。

8〜10mAの電力消費により、TT-3/100は計測中に発熱します。豆が、熱を内側から外へ伝導する度合いが悪ければ悪いほど、センサの温度と電気抵抗は、より速く、より強く、上昇します。

熱拡散率と熱伝導率の計測結果は、わずか数分で得られます。その密度がわかれば、豆の比熱容量を計算することが可能です。アルキメデスの原理に基づき、その材料特性を簡単に決定することができます。また、熱伝導率の代わりに、豆の湿度を決定することができます。

正確で信頼性の高い結果

既知の熱移動特性を持つ基準サンプルで始まる、この方法の信頼性は、実証されています。この方法でえられた、豆の比熱の計測値を、挽いたコーヒーのものと比較すると、両者がかなり正確に一致することがわかります。

様々なアプリケーションのための効率的な測定

この新しい方法は、様々な業界で新たな用途を開拓できると、PTBの博士ウルフハマーシュミットは確信しています。材料パラメータとしての、熱伝導率と熱拡散率は重要なので、食品業界にとどまらず、いろいろな業界で、応用できます。一例として、建築業界において、新しい断熱材のテスト、モニタリング、および承認をスピードアップできます。数日かかっていたものが、数分以内に信頼性の高い結果を提供できます。建物に組み込まれている建築材の評価は、簡単に設置現場で測定できるようになりました。

イノベーションの基礎としての連携

PTBはライセンスを公開して、その技術を利用できるようにしています。HBMはさらに、PTBのライセンス利用者と協力しています。PTB、ライセンス利用者、HBM間の緊密な連携が、革新的な開発を可能にする理想的な基盤を形成します。

ハマーシュミット博士は、「HBMと一緒に仕事をすることは本当に有益です。HBMは、業界の将来の方向に影響を与えるような、高い技術力と信頼性を持つ、高品質な製品を持っているからです。」と述べています。

 

 

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