JP2004330176A

JP2004330176A - 溶液の酸化還元加熱殺菌方法並びに連続酸化還元加熱殺菌システム

Info

Publication number: JP2004330176A
Application number: JP2003167166A
Authority: JP
Inventors: Chikashi Kamimura; 親士上村
Original assignee: JOHO KAGAKU KENKYUSHO KK; Information Science Research Institute
Current assignee: JOHO KAGAKU KENKYUSHO KK; Information Science Research Institute
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【目的】殺菌効率の高い、酸化・還元殺菌技術を提供する目的で、水素による還元処理、酸素による酸化処理、酸化・還元高温殺菌、ボイラーによる加熱殺菌、高温還元処理、高温還元殺菌の工程を有する殺菌の方法を開発し、更に殺菌後も製品の高品質を維持できる効率の高い完全殺菌システムを開発した。本技術は高圧を掛けないでも強い殺菌作用が得られ、しかも連続的に大量の溶液を処理することを可能としている。特にウイルスによる疾病等の予防には効率的な加熱殺菌が重要である。
【構成】
１酸化・還元処理装置
２酸化・還元高温殺菌装置
３加熱殺菌装置（加熱装置）
４高温還元処理装置
５高温還元殺菌槽装置
６殺菌溶液貯蔵槽
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は殺菌を要する溶液を連続的に供給し、酸化処理及び還元処理を行った後、流動させながら加熱殺菌と冷却を並行して行う殺菌技術である。
溶液は酸素ガスまたは水素ガスを溶存させて液体の反応性を高め、酸化殺菌を必要とする殺菌には水素ガスを、還元殺菌を必要とする殺菌には酸素ガスを用いて短時間で完全殺菌を行うシステムで、
酸化、還元処理が終った溶液は熱交換槽へ送られ、ここでヒーターで加熱殺菌した後の高温溶液と擦れ違いながら熱交換により溶液自体が持つ温度で予備加熱と冷却を同時に行う原理である。
飲料水、医療用殺菌水、薬用殺菌水、果汁飲料、清涼飲料、コーラ、乳製品、肉汁、アルコール飲料、各種乳化液、油類等の液状物質等の殺菌に使用される。
【０００２】
殺菌技術に関しては、飲料水である水道水は塩素、次亜塩素酸処理に依って殺菌されているが、これを連続酸化還元加熱殺菌システムによる殺菌に置き換えることが可能である。
飲料水である水道水は塩素、次亜塩素酸処理に依って殺菌することが義務付けられているが、通常の細菌の多くはこれによって殺菌される。しかし、ウイルスは塩素系殺菌剤ではわずかに不活化する程度で完全ではない。
今世界的に問題となっているＳＡＲＳはウイルスにより発病するが他にもウイルスによる病原は多いのが実情である。現状ではウイルスに対しては加熱かホルマリンによってのみ不活化することが可能であるが、自己冷却方式連続酸化還元加熱殺菌システムが最も経済的で且つ人体に無害である。
【０００３】
【従来の技術】
医療施設、医薬分野においては清浄な殺菌水が重要で、薬剤の添加に依らない殺菌水を使用することは人体や病人患者にとって重要な事項である。
現状では大型のオートクレーブ殺菌等の回分式のもの、熱湯吹き付け等の技術が用いられている。
【０００４】
飲料加工分野では、大量の水を使用するので殺菌は加工中の加熱処理の他、各種の殺菌技術が用いられる。
低温殺菌は低コストであるが、時間が掛かり、完全な殺菌が期待されない。
超高温が用いられるプレート式殺菌、チューブラー式殺菌、オートクレーブ殺菌、レトルト殺菌等は殺菌は完全であるが、高圧と１２０℃の超高温を必要とし、多大のエネルギー消費をうのでランニングコストが高い。殺菌能率の上で自己冷却方式連続酸化還元加熱殺菌システムは、温度低減が可能でエネルギー効率も良いので燃料の消費が少なく経済効率が高い。
【０００５】
酸化還元技術に関しては、発明者が過去に発明した「食品等の還元性水素水とその製造方法並びに製造装置」（特開平８−５６６３２）は回分式で溶液を脱気後水素を飽和させ、溶液に還元性の機能を与える技術であった。
また、「洗濯水、風呂水等へ供給する飽和水素水大量連続供給装置」（特開２０００−３５４６９６）では分子レベルで水分子を個化させ、洗浄能力を高める技術で、用水を連続的に飽和水素水に変換する装置であった。
更に、「ガス溶存液状媒体の生産方法およびガス溶存液状媒体の生産システム」（特開２００３−０１９４２６）では一定流量の液状媒体へ供給する酸素ガス及び水素ガスの量を調整することにより、酸化還元電位を調整する原理を用い、酸化還元電位の計測手段から発した信号を中央演算処理装置へ送り、ガス供給量を調整するシステムであった。
しかし、以上の技術はいずれも、液状体に対し酸素ガス、水素ガスの飽和状態までの範囲で酸化状態、還元状態の強度を調整する技術であって、本技術のように酸化殺菌、還元殺菌を行う技術ではない。
【０００６】
【問題を解決するための手段】
連続的に多量の溶液の殺菌冷却を行うために、本技術では
【図１】に示す基本原理で、矢印の方向へ連続的に溶液を流動させながら酸化還元処理装置Ａで酸化処理または還元処理を行い、加熱殺菌装置Ｃで加熱を行うに先立ち熱交換装置Ｂで処理した溶液の予備加熱を行うと同時に、加熱殺菌終了の溶液を新たに送られて来る冷たい溶液と熱交換して、熱い殺菌溶液を冷却し、溶液配送部Ｄへ送り、溶液配送部Ｄから大量の殺菌溶液を連続して供給する。
【０００７】
まず、溶液の前処理について説明を加える。装置全体の詳細は
【図２】に蛇管循環熱交換自己冷却方式による連続酸化還元加熱殺菌装置の側面図を示し、
【図３】には多段循環熱交換自己冷却方式による連続酸化還元加熱殺菌装置の測面図を示し、
【図４】には多段循環熱交換自己冷却方式による連続還元加熱殺菌装置の平面図を示した。
【０００８】
酸化及び還元処理装置Ａは先願（特願２００３−０１９４２６）と同一原理のもので、今回の特許請求項には含まれないが、本装置で酸化処理及び還元処理した溶液が殺菌能力を向上させる事項に関する機能は本特許願の請求項に含まれている。
【０００９】
酸化還元処理装置Ａは、溶液導入バルブ２を開き、溶液導入口１から溶液を取り入れ、酸化還元撹拌槽及び水流ポンプへ送る。
酸化用の酸素ガス及び還元用の水素ガスはガスボンベ３からガス圧、流量調整装置を組合せたガス供給装置４を経て撹拌槽注入口５へ送る。
ガス撹拌装置は撹拌槽７と水流ポンプ６から成り、ガス撹拌装置から排出される溶液は、過剰のガスを除くガストラップ８へ送られ、過剰のガスはガス除去パイプ及びガス排気口９から系外へ排出される。
【００１０】
蛇管式熱交換装置Ｂは新しく供給される溶液が通過する熱交換槽１６とその内部に殺菌槽から送られ来る熱水を通す熱交換用の蛇管パイプ１５を内蔵する。新しく供給される溶液はガストラップ８を経て、熱交換装置への導入バルブ１０を経て熱交換装置Ｂへ送られる。
熱交換装置Ｂでは熱交換装置導入口１１から供給され、熱交換槽内１６を通って、加熱殺菌装置Ｃへの送付連絡パイプ２２へ送る送出口１７へ達する。
熱交換装置Ｂでは他に洗浄用のコックを装着したドレンパイプ１２と同排出口１３を装備し、外周を槽保温用の外装保温材２０で包囲している。
熱交換装置Ｂでは導入口１１から供給される溶液と殺菌終了後に加熱殺菌装置Ｃとの返送連絡パイプ２４から送られて来る加熱殺菌溶液が蛇管１５を通して新しく供給される溶液と逆方向で擦れ違い、新しく供給される溶液は徐々に加熱され、高温の殺菌終了の溶液は徐々に冷却される。殺菌冷却が終了した溶液は、熱交換装置Ｂ外への排出口１９から排出バルブ２０を経て配送部Ｄと連絡する送付連絡パイプ２１へ送られる。
【００１１】
多段式熱交換装置Ｂは新しく供給される溶液が通過する熱交換槽１６とその内部に殺菌槽から送られ来る熱水を通す熱交換用の多段熱交換装置ではパイプ連結システム１４と連結した熱交換パイプ１５を内蔵する。
新しく供給される溶液はガストラップ８を経て、熱交換装置への導入バルブ１０を経て熱交換装置Ｂへ送られる。
熱交換装置Ｂでは熱交換装置導入口１１から供給され、熱交換槽内１６を通って、加熱殺菌装置Ｃへの送付連絡パイプ２２へ送る送出口１７へ達する。
熱交換装置Ｂでは他に洗浄用のコックを装着したドレンパイプ１２と同排出口１３を装備し、外周を槽保温用の外装保温材２０で包囲している。
熱交換装置Ｂでは導入口１１から供給される溶液と殺菌終了後に加熱殺菌装置Ｃとの返送連絡パイプ２４から送られて来る加熱殺菌溶液が多段熱交換パイプ１５を通して新しく供給される溶液と逆方向で擦れ違い、新しく供給される溶液は徐々に加熱され、高温の殺菌終了の溶液は徐々に冷却される。殺菌冷却が終了した溶液は、熱交換装置Ｂ外への排出口１９から排出バルブ２０を経て配送部Ｄと連絡する送付連絡パイプ２１へ送られる。
【００１２】
熱交換装置Ｂと加熱殺菌装置Ｃの連絡部は、送付連絡パイプ２２と返送連絡パイプ２４からなり、それぞれ外周を断熱材２３、２５で覆っている。
また、両パイプにはそれぞれ温度センサー２６を装備し、殺菌温度を確認する。温度センサーは必要によって熱交換装置Ｂと加熱殺菌装置Ｃの各部へ設置することが可能である。
【００１３】
蛇管式加熱殺菌装置Ｃは溶液の加熱蛇管殺菌パイプ２８、２９とこれを包む加熱槽・燃焼槽４２、燃焼槽壁４３、燃料送付系統と燃焼バーナー３５、外壁３２と燃焼室壁３１の間の空間の空気送入・排気の燃焼室換気系統４０、４１から成っている。
送付連絡パイプ２２から送られて来る予備加熱された溶液は加熱槽への送付パイプ２７内を通過して加熱槽・燃焼槽４２内の蛇管パイプ２８、２９内で加熱殺菌され、返送連絡パイプ２４へ送られる。
燃焼系統では、燃料タンクまたはボンベ３３から燃料送付パイプ３４を通して燃焼バーナー３５へ送られる。
燃焼室換気系統では、空気取入れ口３６から送風ファン３７で強制送風し、燃焼ガス排気筒４３とこれを囲む送気筒３８関の通気部３９及び燃焼室４２を取り囲む燃焼室壁３１と外壁３２の間の通気部４０を通過し、下側の燃焼室吸気口４１から燃焼室４２に入り、燃料を燃焼させた後排気筒４４を通して排気口４５から排出する。
【００１４】
多段熱交換式加熱殺菌装置Ｃは溶液の加熱多段熱交換殺菌パイプ２８、２９とこれを包む加熱槽・燃焼槽４２、燃焼槽壁４３、燃料送付系統と燃焼バーナー３５、外壁３２と燃焼室壁３１の間の空間の空気送入・排気の燃焼室換気系統４０、４１から成っている。
送付連絡パイプ２２から送られて来る予備加熱された溶液は加熱槽への送付パイプ２７内を通過して加熱槽・燃焼槽４２内の多段熱交換殺菌パイプ２８、２９内で加熱殺菌され、返送連絡パイプ２４へ送られる。
燃焼系統では、燃料タンクまたはボンベ３３から燃料送付パイプ３４を通して燃焼バーナー３５へ送られる。
燃焼室換気系統では、空気取入れ口３６から送風ファン３７で強制送風し、燃焼ガス排気筒４３とこれを囲む送気筒３８関の通気部３９及び燃焼室４２を取り囲む燃焼室壁３１と外壁３２の間の通気部４０を通過し、下側の燃焼室吸気口４１から燃焼室４２に入り、燃料を燃焼させた後排気筒４４を通して排気口４５から排出する。
【００１５】
以上述べたように、本技術では酸素ガスを溶解した酸化殺菌と水素ガスを溶解した還元殺菌で殺菌効果を高めて１２０℃の超高温に依らず、熱交換による予備加熱の段階から殺菌を開始し、殺菌時間も短縮し、完全殺菌をおこなう。
さらに連続的に新しく送入する溶液と加熱殺菌した高温の殺菌溶液と熱交換することにより、消費するエネルギーを削減し、低コスト化を図るものである。
【００１６】
【発明の効果】
飲料水に対する塩素、次亜塩素酸等の消毒ではウイルスを完全に除去することはできない。
ウイルスの機能を不活化するには加熱殺菌が完全であり、ジュース、その他の飲料では、超高温が用いられるプレート式殺菌、チューブラー殺菌、オートクレーブ殺菌、レトルト殺菌が用いられている。しかし、超高温で大量の溶液を殺菌するには多大の燃料を必要とし、製品の品質低下を起し、処理装置も極めて高価なものである。
以上に述べた自己冷却方式連続酸化還元加熱殺菌方法は、一般細菌に対する完全殺菌に於いても超高温を必要としないので低コストであり、品質低下もなく、ウイルスの完全不活化に対しても極めて効果が高いことから用途が広い。
【図面の簡単な説明】
【図１】は自己冷却方式連続酸化還元加熱殺菌方法の基本原理を示す装置の配置図である。
【図２】は蛇管式熱交換器、加熱殺菌装置による代表的な自己冷却方式連続酸化還元加熱殺菌システムの側面配置図である。
【図３】は多段循環式熱交換器、加熱殺菌装置による代表的な自己冷却方式連続酸化還元加熱殺菌システムの側面配置図である。
【図４】は多段循環式熱交換器、加熱殺菌装置による代表的な自己冷却方式連続酸化還元加熱殺菌システムの平面配置図である。
【符号の説明】
＜基本原理系統＞
Ａ−酸化及び還元処理装置
Ｂ−熱交換装置（蛇管式熱交換装置及び多段循環式熱交換装置）
Ｃ−加熱殺菌装置（蛇管式加熱装置及び多段循環式加熱装置）
Ｄ−溶液配送部
＜溶液供給系統及びガス制御系統＞
１−溶液導入口
２−溶液導入バルブ
３−ガスボンベ
４−ガス供給装置
５−撹拌槽注入口
６−水流ポンプ
７−撹拌槽
８−ガストラップ
９−ガス除去パイプ及びガス排気口
１０−熱交換装置への導入バルブ
＜熱交換装置系統＞
１１−熱交換装置導入口の位置
１２−ドレンバルブ
１３−ドレン排出口
１４−熱交換パイプ連結パイプ
１５−熱交換蛇管または熱交換パイプ
１６−新供給溶液の熱交換槽
１７−新供給溶液の熱交換装置から加熱装置への連絡パイプ送出口の位置
１８−加熱装置連絡パイプから熱交換装置への溶液還入口の位置
１９−冷却殺菌終了溶液の熱交換槽からの出口の位置
２０−熱交換槽から冷却殺菌終了溶液排出バルブ
２１−冷却殺菌終了溶液の溶液配送部Ｄへの送付連絡パイプ
＜熱交換装置と加熱殺菌装置の連絡系統＞
２２−加熱殺菌装置への送付連絡パイプ
２３−加熱殺菌装置への送付連絡パイプ断熱材
２４−加熱殺菌装置からの返送連絡パイプ
２５−加熱殺菌装置からの送付連絡パイプ断熱材
２６−温度センサー
＜加熱殺菌装置系統＞
２７−熱交換槽からの溶液の加熱殺菌槽への送付パイプ
２８−加熱殺菌槽内の溶液下降パイプまたは下降送付加熱パイプ装置
２９−加熱殺菌槽の溶液の上昇加熱殺菌蛇管または上昇送付加熱パイプ装置
３０−殺菌終了溶液の加熱殺菌槽から熱交換装置への返送パイプ
３１−加熱殺菌槽燃焼室壁
３２−外壁
３３−燃料タンクまたはボンベ
３４−燃料送付パイプ
３５−燃焼バーナー
３６−空気取入れ口
３７−送風ファン
３８−燃焼ガス排気筒を囲む送気筒
３９−燃焼ガス排気筒を囲む熱交換送気道
４０−燃焼室を囲む熱交換送気道
４１−燃焼室への送気口
４２−燃焼室吸気口
４３−燃焼ガス排気筒（煙凸）
４４−燃焼ガス排気道
４５−排気口

Claims

溶液の連続加熱殺菌において、酸素による酸化条件で殺菌効率を高め、完全に殺菌を完了する目的と
低い殺菌温度と短い殺菌時間で加熱エネルギーの効率を高める目的と
併せて飲料として取り出す段階で常温に冷却する目的で、
装置は酸化処理槽、蛇管式熱交換装置及び蛇管式加熱殺菌装置を配置し、
酸化処理槽では、溶液に酸素ガスを溶解して酸化還元電位を著しく高める構造、熱交換装置では、新しく供給する冷たい溶液が、熱伝導の良い素材でできた熱交換蛇管パイプの外側を取り巻いて加熱殺菌装置へ向けて流動し、加熱殺菌装置から出てくる加熱殺菌溶液が、熱伝導の良い素材でできた熱交換蛇管パイプの内側を逆方向へ通過し、新しく供給する冷たい溶液を予備加熱の段階でも殺菌する構造、
加熱殺菌装置では、熱交換装置で予備的に暖められた溶液を加熱槽内の熱交換蛇管パイプを通して加熱し、高温加熱で殺菌が終了した溶液を再度熱交換装置へ送り返す構造、
再度送られる蛇管式熱交換装置では、装置への供給初期の冷たい溶液と加熱殺菌後の高温の溶液を熱交換装置内で交互に蛇管パイプを介して熱交換し、冷却する構造、の各行程で連続して供給する溶液の殺菌と冷却を並行し、塩素の不快臭がない殺菌水を供給することを特徴とする蛇管循環熱交換自己冷却方式連続酸化加熱殺菌方法。
溶液の連続加熱酸化殺菌において、【請求項１】より装置製作を容易にし、さらに強い殺菌効果と熱交換の効率を高める目的で、
装置は酸化処理槽、多段循環式熱交換装置及び多段循環式加熱殺菌装置を配置し、酸化処理槽では、溶液に酸素ガスを溶解して酸化還元電位を著しく高める構造と熱交換装置では、新しく供給する冷たい溶液が、熱伝導の良い素材でできた熱交換多段循環式熱交換パイプの外側を取り巻いて加熱殺菌装置へ向けて流動し、加熱殺菌装置から出てくる加熱殺菌溶液がた多段循環式熱交換パイプの内側を逆方向で通過し、新しく供給する冷たい溶液を予備加熱する構造と
加熱殺菌装置では、熱交換装置で予備的に暖められた溶液を加熱槽内の多段循環式熱交換パイプを通して加熱し、高温加熱で殺菌が終了した溶液を再度熱交換装置へ送り返す構造と
再度送られる蛇管式熱交換装置では、装置への供給初期の冷たい溶液と加熱殺菌後の高温の溶液を熱交換装置内で交互に蛇管パイプを介して熱交換し、冷却する構造の各行程で供給する溶液の殺菌と冷却を並行し、連続して冷たい殺菌水を供給することを特徴とする多段循環熱交換自己冷却方式連続酸化加熱殺菌方法。
溶液の連続酸化加熱殺菌において、【請求項１】及び【請求項２】において、酸素ボンベからの酸素、電気分解により発生する酸素、オゾン発生器を通過した酸素のいずれの酸素供給装置からの酸素をも使用する酸化殺菌。
溶液の連続加熱殺菌において、水素による還元条件で殺菌効率を高め、完全に殺菌を完了する目的と
低い殺菌温度と短い殺菌時間で加熱エネルギーの効率を高める目的と
併せて飲料として取り出す段階で常温に冷却する目的で、
装置は還元処理槽、蛇管式熱交換装置及び蛇管式加熱殺菌装置を配置し、
還元処理槽では、溶液に水素ガスを溶解して酸化還元電位を著しく低下する構造、熱交換装置では、新しく供給する冷たい溶液が、熱伝導の良い素材でできた熱交換蛇管パイプの外側を取り巻いて加熱殺菌装置へ向けて流動し、加熱殺菌装置から出てくる加熱殺菌溶液が、熱伝導の良い素材でできた熱交換蛇管パイプの内側を逆方向へ通過し、新しく供給する冷たい溶液を予備加熱の段階でも殺菌する構造、
加熱殺菌装置では、熱交換装置で予備的に暖められた溶液を加熱槽内の熱交換蛇管パイプを通して加熱し、高温加熱で殺菌が終了した溶液を再度熱交換装置へ送り返す構造、
再度送られる蛇管式熱交換装置では、装置への供給初期の冷たい溶液と加熱殺菌後の高温の溶液を熱交換装置内で交互に蛇管パイプを介して熱交換し、冷却する構造、の各行程で連続して供給する溶液の殺菌と冷却を並行し、塩素の不快臭がない殺菌水を供給することを特徴とする蛇管循環熱交換自己冷却方式連続還元加熱殺菌方法。
溶液の連続加熱還元殺菌において、【請求項４】より装置製作を容易にし、さらに強い殺菌効果と熱交換の効率を高める目的で、
装置は還元処理槽、多段循環式熱交換装置及び多段循環式加熱殺菌装置を配置し、還元処理槽では、溶液に水素ガスを溶解して酸化還元電位を著しく低下する構造と熱交換装置では、新しく供給する冷たい溶液が、熱伝導の良い素材でできた熱交換多段循環式熱交換パイプの外側を取り巻いて加熱殺菌装置へ向けて流動し、加熱殺菌装置から出てくる加熱殺菌溶液がた多段循環式熱交換パイプの内側を逆方向で通過し、新しく供給する冷たい溶液を予備加熱する構造と
加熱殺菌装置では、熱交換装置で予備的に暖められた溶液を加熱槽内の多段循環式熱交換パイプを通して加熱し、高温加熱で殺菌が終了した溶液を再度熱交換装置へ送り返す構造と
再度送られる蛇管式熱交換装置では、装置への供給初期の冷たい溶液と加熱殺菌後の高温の溶液を熱交換装置内で交互に蛇管パイプを介して熱交換し、冷却する構造の各行程で供給する溶液の殺菌と冷却を並行し、連続して冷たい殺菌水を供給することを特徴とする多段循環熱交換自己冷却方式連続還元加熱殺菌方法。
【請求項４】及び【請求項５】の溶液の加熱還元殺菌において、水素ボンベからの水素、電気分解により発生する水素、稀酸と金属元素の化学反応により発生する水素のいずれの水素供給装置からの水素をも使用する還元殺菌。
【請求項１】、【請求項２】、【請求項４】及び【請求項５】において、
一度で完全に殺菌を完了するため酸化殺菌では酸化条件、還元殺菌では還元条件を与えて殺菌効率を高めるガス溶解過程と
新しく供給する冷たい溶液を予備加熱する行程と
加熱殺菌装置では、熱交換装置で予備加熱された溶液を木材、木炭、石炭、石油、ガス、電気、太陽熱等による熱源と耐熱性の素材でできた熱交換パイプを通して加熱する行程と
高温加熱で殺菌が終了した溶液を再度熱交換装置で新しく供給する冷たい溶液により冷却する行程の４行程を経過して、
溶液を連続的に供給し、殺菌、冷却を完了ことを特徴とする自己冷却方式連続酸化還元加熱殺菌システム。
【請求項７】の自己冷却方式連続酸化還元加熱殺菌方法並びに同システムにおいて、
溶液が飲料水、医療用殺菌水、薬用殺菌水、果汁飲料、清涼飲料、コーラ、乳製品、肉汁、アルコール飲料、各種乳化液、油類等の液状物質である殺菌方法。