JP2006305192A - 高圧液体殺菌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧による殺菌処理ができるとともに、作業効率がよく、かつエネルギ消費も少ない高圧液体殺菌装置を提供する。
【解決手段】高圧液体殺菌装置１１は、回転体としての中空の容器１３と、この容器の回転中心Ｐに設けられた回転軸１４とを含む。容器１３の内部には、仕切板３１，３２，３３が、容器１３の内壁２５（側壁）から回転軸１４の方向へ突設され、これにより複数の貯留小室３４，３５，３６，３７が区画形成される。さらに、整流板４１，４２，４３，４４が、回転軸１４から水平に貯留小室３４，３５，３６，３７に突設されている。これにより、容器１３に供給された被処理液体１５は、容器１３を上方から下方へ流通する間に繰り返し加圧・減圧されて、殺菌される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体を高圧に加圧することで殺菌する高圧液体殺菌装置に関する。

従来より殺菌方法には、加熱殺菌や薬剤殺菌が広く一般的に用いられて来たが、加熱殺菌によれば変質して風味を損なったりビタミンや栄養素を破壊してしまうという問題がある。また、薬剤殺菌では、薬剤の残留による副作用や耐性菌の増加などの問題がある。そこで、図１２に示すように、特許文献１に記載される高圧液体殺菌装置１００が考案された。この高圧液体殺菌装置１００では、液送ポンプ１０１、弁１０２、管路１０３（液体供給手段）により供給され、圧力容器１０４に収容された被処理液体１０５を油圧シリンダ１０６、ピストン１０７により加圧・殺菌した後に弁１０８、管路１０９（液体排出手段）から排出するものであった。このようにピストン１０７により加圧することで被処理液体１０５の品質劣化を生じさせずに高い殺菌効果を得ることができるという効果があった。

さらに、特許文献２では、この方法の効率を高めるために加圧し、減圧する操作を繰返すことで、殺菌効果が飛躍的に増大するという加圧減圧殺菌方法が開示されている。
特開昭６２−６６８６２ 特開昭６３−８２６６７

しかしながら、従来のピストンを用いた発明では、殺菌に際して、その都度被処理液体１０５を圧力容器１０４に充填し、殺菌処理後に排出するというバッチ処理を繰り返さなければならず、連続処理ができない。そのため、処理効率が悪いという問題があった。特に大量の被処理液体、例えば飲料用水を大量に処理するような場合には不向きであった。

また、被処理液体１０５が付着したまま放置しておけば微生物がかえって増加したり、場合によっては腐敗するため、容器内の清浄が必要となるが、このような圧力容器１０４は洗浄しにくく、処理作業が極めて煩雑で作業効率を著しく悪化させるという問題があった。

さらに、従来の発明では、２，０００〜４，０００ｋｇｆ／ｃｍ^２（およそ２×１０^８〜４×１０^８Ｐａ）の高圧で加圧後、常圧に減圧するサイクルを数秒間ないしは数分間、数回繰り返していた。そのため有効な加圧までのリードタイムが必要となり、さらに加圧のたびに使われる莫大なエネルギは回収されず捨てられており、エネルギ効率という点においても無駄が大きかった。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的としては、高圧による殺菌処理ができるとともに、作業効率がよく、かつエネルギ消費も少ない高圧液体殺菌装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、被処理液体を高圧下で殺菌する高圧液体殺菌装置において、内部が中空の回転体からなり、回転時に前記被処理液体を貯留する貯留室を有する容器と、当該容器の回転中心に設けられた回転軸と、前記容器の回転軸を回転させて前記貯留室において被処理液体に遠心力を与える駆動手段と、前記容器に被処理液体を供給する供給手段と、前記容器から被処理液体を排出する排出手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高圧液体殺菌装置において、前記排出手段を、前記容器の回転時に、前記供給手段から供給された被処理液体の量が、前記貯留室の貯留容量を超えたときに溢出させることで前記容器から排出するように構成したことを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の高圧液体殺菌装置において、前記容器内の前記回転軸に設けられ、前記回転中心から所定の距離より近接した位置での前記被処理液体の流通を規制する整流手段を備えることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の高圧液体殺菌装置において、前記容器の内壁に設けられ、前記回転中心から所定の距離より離間した位置での前記被処理液体の流通を規制する仕切板を備え、当該仕切板により前記貯留室を区画して複数の貯留小室を形成したことを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の高圧液体殺菌装置において、前記仕切板は複数設けられ、当該複数の仕切板は、下流側の仕切板の前記被処理液体の流通を規制する位置が、上流側の仕切板の前記被処理液体の流通を規制する位置よりも前記回転中心から離間するように構成されたことを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載の高圧液体殺菌装置において、前記整流手段と前記仕切板を備え、少なくとも１の前記整流手段の前記被処理液体の流通を規制する位置が、少なくとも１の前記仕切板が前記被処理液体の流通を規制する位置よりも前記回転中心から離間した位置となるように設定されたことを要旨とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の高圧液体殺菌装置において、前記容器は、外形が円柱形状に形成されたことを要旨とする。
請求項８に記載の発明は、請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の高圧液体殺菌装置において、前記仕切板を前記回転中心と垂直な円環状に形成したことを要旨とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の高圧液体殺菌装置において、前記容器の回転中心を鉛直方向に配置したことを要旨とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の高圧液体殺菌装置において、前記供給手段が前記容器の上部に配置され、前記排出手段が前記容器の下部に配置されたことを要旨とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載の高圧液体殺菌装置において、前記供給手段が前記容器の下部に配置され、前記排出手段が前記容器の上部に配置されたことを要旨とする。

本発明の高圧液体殺菌装置では、高圧による殺菌処理ができるとともに、作業効率がよく、かつエネルギ消費も少ないという効果がある。

以下、本発明の高圧液体殺菌装置を具体化した実施形態について図１〜図６にしたがって説明する。
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。なお、以下の説明において方向を示す場合は、図１における上方を「上」、右方を「右」として説明するものとする。また、被処理液体１５の流れに沿って上流、下流という。

図１は、本実施形態の高圧液体殺菌装置１１の概略を示す正面断面図である。図１に示すように、この実施形態の高圧液体殺菌装置１１は、被処理液体貯留タンク１２と、回転体としての中空の容器１３と、この容器の回転中心Ｐに設けられた回転軸１４とを備える。そして、被処理液体貯留タンク１２から容器１３へ被処理液体１５を流通させる管路１６と、回転軸１４に支持された容器１３を回転駆動するモータ１７と、処理済液体貯留タンク１８とを含んで構成されている。

管路１６には容器１３への被処理液体１５の供給量を調整するための弁２１が設けられている。また、容器１３の高速回転による振動を吸収できるように、管路の一部外周にはフレキシブルカップリング２２が取り付けられている。

容器１３の上下には所定の位置に摩擦低減のためのベアリング２３（玉軸受）が複数個（本実施形態では４位置）設けられ、回転軸１４がこのベアリング２３によって回転可能に支持されている。また、回転軸１４は、ベルト２７及びプーリ２８を介してモータ１７からの駆動力が伝達可能に構成されている。

本実施形態では、被処理液体貯留タンク１２、容器１３、処理済液体貯留タンク１８が、それぞれこの順序で上方から配置され、被処理液体１５がこの順序に移送されて処理される。図１に実線矢印で示すように、被処理液体貯留タンク１２に貯留された被処理液体１５が、管路１６（回転軸１４の一部の内部を含む）、管路１６の先端に位置する供給口２４を介して容器１３内へ供給される。そして、容器１３内で遠心力による加圧減圧が繰り返される高圧殺菌処理を経た後、処理済液体貯留タンク１８に処理済液体１９が貯留されるようになっている。

なお、被処理液体１５としては、本実施形態では、一例として、飲料水におけるバクテリアや細菌等の微生物に関する殺菌処理を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、果汁などの食品、薬品や洗浄用の液体等に広く利用できる。

次に、容器１３の構成について詳述する。
（容器）
容器１３は、その外形及び内側中空部分が共に円柱形状に形成されており、その内側中空部分の内径（直径）は２０ｃｍ程度となっている。この容器１３は、高速回転に耐え得るように、その強度及び回転バランスが保たれている。

（仕切板）
容器１３の内部の内壁２５には、仕切板３１，３２，３３が回転軸１４（回転中心Ｐ）と垂直に設けられる。図２に示すように、仕切板３１は、回転軸１４に向かう方向に周状に突設され、回転軸１４との間に中心開口部３８を有するフランジ状の円環形状の板である。仕切板３２，３３も同様に構成されているが、中心開口部３９，４０の大きさが異なる。

図４は、図１において破線で囲む部分の拡大図である。図４に示すように、各仕切板３１，３２，３３の円形状の中心開口部３８，３９，４０の回転中心Ｐを中心とする半径ｒ１，ｒ２，ｒ３を比較すると、ｒ１＜ｒ２＜ｒ３となっており、上方の仕切板３１から下方の仕切板３２，３３へいくほど徐々に開口が大きくなるように形成されている。

このように構成された仕切板３１，３２，３３は、回転中心Ｐから半径ｒ１，ｒ２，ｒ３の距離より近接した位置での被処理液体１５の流通を許容するとともに、回転中心Ｐから半径ｒ１，ｒ２，ｒ３の距離より離間した位置での被処理液体１５の流通を規制する本発明の仕切板として機能する。

（貯留室）
これらの各仕切板３１，３２，３３と、容器１３の内部の上底面と下底面とにより、容器１３内が区画されて複数（本実施形態では４つ）の貯留小室３４，３５，３６，３７が形成されている。

また、仕切板３１，３２，３３は、それぞれ下流側の仕切板の被処理液体１５の流通を規制する位置が、上流側の仕切板の被処理液体１５の流通を規制する位置よりも回転中心Ｐから離間するように構成されている。

容器１３が回転しているときには回転中心Ｐを中心とした遠心力が生じ、容器１３内の被処理液体１５は、より回転中心Ｐから離間する方向に加速度がかかる。このとき例えば、仕切板３１，３２の中心開口部３８，３９の半径ｒ１，ｒ２を比較すると、ｒ２がｒ１より大きく、仕切板３２の内縁３２ａが仕切板３１の内縁３１ａより回転中心Ｐから離間している。このため、貯留小室３５に流入される被処理液体１５が貯留小室３５を満たし貯留小室３５が溢れたときには、被処理液体１５は、仕切板３２を越えて貯留小室３６に移動することになる。したがって、容器１３内の被処理液体１５は、貯留小室３４から貯留小室３７に移動していく。また、被処理液体１５は、遠心力のため半径ｒ１の開口部を有する仕切板３１を越えることはできない。よって、被処理液体１５が上流側に戻ることはない。この繰り返しにより、容器１３内に供給された被処理液体１５は、順次下流（下方）に移動していく。

（整流板）
また、容器１３内の回転軸１４には、整流板４１，４２，４３，４４が回転軸１４（回転中心Ｐ）と垂直に設けられる。図３に示すように、整流板４１は、回転軸１４からフランジ状に突設された回転中心Ｐを中心とする半径ｒ４の円盤であり、容器１３との間に円環状の隙間ｓを有する。

また、図４に示すように、整流板４２，４３，４４も同様に回転軸１４からフランジ状に突設された回転中心Ｐを中心とする半径ｒ４の円盤として構成されている。
このように構成された整流板４１，４２，４３，４４は、回転中心Ｐから半径ｒ４の距離より離間した被処理液体１５の流通を許容するとともに、回転中心Ｐから半径ｒ４の距離より近接した位置での被処理液体１５の流通を規制する本発明の整流手段として機能する。

（仕切板と整流板の関係）
このように構成された各整流板４１，４２，４３，４４と各仕切板３１，３２，３３とは、上下方向（回転中心Ｐと平行な方向）に互い違いに配置されている。このとき各整流板４１，４２，４３，４４の半径ｒ４と各仕切板３１，３２，３３の半径ｒ１，ｒ２，ｒ３を比較すると、ｒ１＜ｒ２＜ｒ３＜ｒ４となっている。したがって、整流板４１，４２，４３，４４の被処理液体１５の流通を規制する位置が、仕切板３１，３２，３３が被処理液体１５の流通を規制する位置よりも回転中心Ｐから離間した位置となるように設定されている。つまり、それぞれの整流板４１，４２，４３，４４は、貯留小室３４，３５，３６，３７内にそれぞれ突出するように配置される。

また、図１に示すように、それぞれの整流板４１，４２，４３，４４の回転中心Ｐに沿った上下方向の位置が、それぞれ貯留小室３４，３５，３６，３７の略中央位置になるように配置されている。

（排出口）
容器１３の下面には、処理済液体１９に連通する円環状の排出口２６が形成されている。この排出口２６の位置から回転中心Ｐ間での距離は、仕切板３３の中心開口部４０の回転中心Ｐからの距離より大きくなるように配置されており、貯留小室３７が被処理液体１５で満たされると、この排出口２６から高圧殺菌処理が完了した処理済液体１９として容器１３から溢出されて外部に排出される。回転する容器１３から排出された遠心力のかかった処理済液体１９は、一旦固定された受水器２０により受け止められ、処理済液体貯留タンク１８に貯留される。

以上のように構成される容器１３は、回転軸１４がモータ１７により駆動され、図１に破線矢印で示す方向に３００ｒｐｍ〜３０，０００ｒｐｍ程度で連続回転が可能に構成されている。

次に、以上のように構成される高圧液体殺菌装置１１の作用について詳述する。まず、あらかじめ管路１６の弁２１を閉めた状態で、ポンプ等（図示略）により被処理液体貯留タンク１２に被処理液体１５を貯留しておく。そして、モータ１７を駆動し、回転軸１４及び容器１３を目的に応じて例えば３００ｒｐｍ〜３０，０００ｒｐｍの回転数で回転させる。回転させたその状態で弁２１を開くと、被処理液体１５は重力により管路１６を流通して、供給口２４から容器１３内部へ供給される。このとき、被処理液体１５は、被処理液体貯留タンク１２から連続的に供給できる。このため大量の飲料水でも容器内の被処理液体１５の入れ替え作業や洗浄作業は必要がない。

ただし、必ずしも連続的に供給する必要はなく、被処理液体１５の種類等によっては、処理時間を調整したり、或いは容器１３内の被処理液体１５の液面の安定を図る場合があるので、弁２１の開閉により供給量を適宜調節したり、断続的に供給してもよい。

容器１３内へ供給された被処理液体１５は、まず、最も上方位置の貯留小室３４へ進入する。このとき、管路１６の下端も容器１３とともに高速連続回転しているため、進入した被処理液体１５は、遠心力で半径方向に移動するが、十分な遠心力がない場合は整流板４１上に流下して、回転している整流板４１とともに被処理液体１５が回転させられる。回転させられた被処理液体１５は、回転中心Ｐから離間する方向（容器１３の外周方向、図１において実線矢印で示す左方向）への遠心力を受ける。そして、この遠心力により、貯留小室３４の内壁２５ａに張り付けられる。被処理液体１５は、供給されるに従い貯留小室３４内に徐々に貯留されていく。このときの貯留小室３４に貯留された被処理液体１５は、受ける遠心力が釣り合う状態、即ち、被処理液体１５は概ね円筒形状に保持され、回転中心Ｐから等しい距離に液面が形成される。もちろん、高速回転に伴う、波や振動により、液面のうねりや飛沫が生じることはあるが、概ね、円柱状の空間を形成しながら、徐々に液面が回転中心Ｐに近接してくる。

続いて、その液面が、最も上方位置にある仕切板３１の内縁３１ａまで達すると（図１において破線で示す液面Ｌ１）、貯留小室３４の貯留容量を超える。このとき、円柱形状の容器１３の上部の内底面に対して、仕切板３１の内縁３１ａと回転軸１４との間には中心開口部３８による隙間が形成されている。このとき重力は当然に鉛直方向（下方向）にかかっているが、貯留小室３４内の被処理液体１５には高速回転により遠心力が働く。この遠心力は貯留小室３４内の水面近傍の水圧が仕切板３１を越える力として働く。そのため、被処理液体１５は仕切板３１を越え中心開口部３８を通過して、上から２番目の貯留小室３５側に溢れて進入する。また、遠心力に由来する水平方向の加速度が重力加速度と比較できない程大きいため、被処理液体１５は下方には流下せず、貯留小室３５の内壁２５ｂに張り付くように貯留される。

貯留小室３５へ進入した被処理液体１５は、上記貯留小室３４へ進入した場合と同様に、回転中心Ｐから容器１３の外周方向への遠心力を受けて、また内壁２５ｂに張り付いた状態で、貯留小室３５内に徐々に貯留される。そして、その液面が、上から２番目の仕切板３２の内縁３２ａまで達すると（図１において破線で示す液面Ｌ２）、被処理液体１５は仕切板３２の中心開口部３９を通過して、続いて上から３番目の貯留小室３６へ進入する。これは、仕切板３２の中心開口部３９の半径ｒ２（回転中心Ｐから仕切板３２の内縁３２ａまでの距離）が、仕切板３２の上方に位置する仕切板３１の中心開口部３８の半径ｒ１より大きくなっており、貯留小室３５に貯留される被処理液体１５が仕切板３２の中心開口部３９から溢れ出るようにして流動するためである。

前述したように、各仕切板３１，３２，３３は、それぞれの中心開口部の半径ｒ１，ｒ２，ｒ３が徐々に大きくなるように形成されているため、上記と同様の作用により、被処理液体１５は、貯留小室３６、貯留小室３７に貯留されつつ、最終的には、処理済液体１９として排出口２６から処理済液体貯留タンク１８へ排出される。このように、高圧殺菌処理において容器１３を連続高速回転させている状態では、被処理液体１５は各貯留小室３４，３５，３６，３７を上方から下方へ順次移送されていく。

続いて整流板の作用について説明する。各貯留小室３４，３５，３６，３７には、整流板４１，４２，４３，４４が回転軸１４から突設されているため、被処理液体１５は、各貯留小室３４，３５，３６，３７を通過する際に、整流板４１，４２，４３，４４と内壁２５との隙間ｓを必ず通過して下方へ流れていくことになる。すなわち、被処理液体１５は、隙間ｓと仕切板３１，３２，３３の中心開口部３８，３９，４０を交互に通過して、図１において、蛇行するようにして容器１３内を流通する。

上記流通経路において、被処理液体１５が整流板４１，４２，４３，４４を超えていく際には、被処理液体１５は、より回転中心Ｐから遠い距離となるため、遠心力により高い圧力がかかる。本実施形態では、被処理液体１５は、整流板４１，４２，４３，４４の外縁より回転中心Ｐに近接した位置での被処理液体１５の流通が規制されている。このため、被処理液体１５は、少なくとも整流板４１，４２，４３，４４の外縁より離間した位置を通過するため、最低でも整流板４１，４２，４３，４４の半径ｒ４における遠心力に相当する圧力を受けることになる。もちろん、整流板４１，４２，４３，４４の外縁よりももっと回転軸１４から遠い地点を通過する場合もあり、各位置に応じた遠心力により、高圧状態とされることになる。

例えば、図４において、貯留小室３６の容器の内壁２５における遠心力の効果による圧力Ｆは、圧力のかかる被処理液体１５の微小部分を回転中心Ｐから内壁２５に向う微小な四角柱と近似すると、下式により求められる。

Ｆ＝１／２×ρ｛（ｓ＋ｒ４）^２−ｒ３^２｝ω^２（但し、ρ：被処理液体１５の密度、ω：角速度）
ここで、本実施形態では、極めて高速度で回転可能な構成のため、ωの値を容易に大きくでき、高圧を発生させることができる。具体的には、回転軸１４の回転数に応じて５×１０^７Ｐａ〜１×１０^９Ｐａ（およそ５００ｋｇｆ／ｃｍ^２〜１０，０００ｋｇｆ／ｃｍ^２）程度の高圧とすることができる。５×１０^７Ｐａ〜１×１０^９Ｐａの高圧を実現するための回転数は、装置の半径や仕切板３１，３２，３３の中心開口部３８，３９，４０の大きさに依存する。例えば、装置の内壁２５の半径と仕切板３１，３２，３３の中心開口部３８，３９，４０の半径ｒ１，ｒ２，ｒ３との差が０．１ｍの場合、３×１０^４ｒｐｍ〜１．２×１０^５ｒｐｍである。

一方、被処理液体１５が貯留小室３５，３６，３７へと移送される際には、仕切板３１，３２，３３を超えていく。この際には、仕切板３１，３２，３３の端部より回転中心Ｐより離間した位置での被処理液体１５の流通が規制されており、仕切板３１，３２，３３の端部より回転中心Ｐに近接した位置を流通する。遠心力は、その半径に比例し、中心開口部３８，３９，４０の半径ｒ１，ｒ２，ｒ３は整流板４１，４２，４３，４４の半径ｒ４より小さい。つまり、一旦整流板４１，４２，４３，４４を通過するときに高圧状態にされた被処理液体１５は、仕切板３１，３２，３３を通過するときに減圧される。

この加圧及び減圧の繰り返しにより、単純に高圧をかけるだけよりも細胞膜の破壊などが促進され、微生物は死滅しやくすくなり、効率的な殺菌ができる。このように、容器１３を上方から下方へ流通する被処理液体１５は、高圧・低圧の状態変化を複数回繰り返され（すなわち、加圧・減圧され）、排出された処理済液体１９は、高度に殺菌処理が施された清浄化された液体となる。また、殺菌処理された処理済液体１９は、連続的に生成できる。

上記実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、容器１３を回転させることで、遠心力により被処理液体１５に容易に高い圧力をかけ、効率的な殺菌処理ができるという効果がある。具体的には、５×１０^７〜１×１０^９Ｐａ（およそ５００ｋｇｆ／ｃｍ^２〜１０，０００ｋｇｆ／ｃｍ^２）程度の高圧をかけることで、微生物を短時間で確実に破壊して死滅させることが可能である。

また、上方に設置された被処理液体貯留タンク１２から下方に設置された処理済液体貯留タンク１８まで被処理液体１５を供給するだけで、容器内で流通され連続的に殺菌処理が可能となる。そのため、従来のピストンによるバッチ処理の加圧方法と比較して、飛躍的に処理能力を向上させることができるという効果がある。

また、従来のピストンを用いたような密閉容器は必要なく、装置構成が容易かつコンパクトにできるという効果がある。
（２）上記実施形態では、仕切板３１，３２，３３を設けることで容器１３内を区画して複数の貯留小室３４，３５，３６，３７を形成し、整流板４１，４２，４３，４４を設けることでより大きな遠心力が生じる部位（隙間ｓ）を被処理液体１５が通過するように構成されている。このため、容器１３を通過する被処理液体１５に、高圧・低圧の状態変化を複数回繰り返すことができるとともに、被処理液体１５に対してもれなく所定値以上（半径ｒ４に対応する遠心力相当）の加圧を行うことができ、殺菌漏れがないようにできるという効果がある。

（３）上記実施形態では、仕切板３１，３２，３３の中央開口の半径ｒ１、ｒ２、ｒ３が徐々に小さくなるように構成されているため、ポンプ等をあえて使用せずに被処理液体１５を殺菌段階に応じて隣接する下方の貯留小室に順次移送することができるという効果がある。

（４）上記実施形態では、モータ１７により容器１３を回転させて、所定の回転数まで駆動してやれば、その後は、少ないエネルギーで一定の回転数を維持できる。そのため、少ないエネルギーで殺菌処理が継続される。このため、例えば、従来例で述べたようなピストンによって加圧・減圧行程を繰り返す処理と比較して、消費エネルギが極端に少なくて済み、エネルギ効率を向上させることができるという効果がある。

（５）上記実施形態では、容器１３の外形形状は円柱形状であるため、内壁２５での加圧段階で、同程度の圧力を繰り返し安定して得られるという効果がある。また、製作が容易で生産性が高く、コストを低くできるという効果がある。さらに、形状的に高い強度を得られるという効果がある。

（６）上記実施形態では、容器１３の回転軸１４を鉛直方向となるように配置している。このため、重力の影響が少なく均等な加圧を行いやすいので、バランスのよい装置構成にできるという効果がある。

（７）上記実施形態では、例えば被処理液体１５としての飲料用水に固形物が含まれていた場合、遠心分離機としての作用により固形物は貯留小室３４，３５，３６，３７の内壁側に分離され、殺菌処理と共にこうした固形物を除去できるという副次的効果がある。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図５を参照して説明する。本実施形態の高圧液体殺菌装置５１は、第１の実施形態の高圧液体殺菌装置１１と略同一の構成であって、回転軸１４の軸受とモータ１７を含む駆動系の構成のみが異なっている。第１実施形態と同一又は等価の部分は同一の符号を付して、又は付さないで説明を省略する。本実施形態では、図５に示すように、回転軸１４は、２つのラジアル磁気軸受５２と２つのスラスト磁気軸受５３とで支持されている。そして、回転軸１４と非接触のモータ５４の駆動によって高速回転を実現する。

この構成によれば、回転が非接触で行われるため、軸受の摩耗といった問題も生じ得ず、また、玉軸受の上限回転数に制限されることなく、３００ｒｐｍ〜５０，０００ｒｐｍ程度の超高速回転処理が可能となる。第１実施形態の効果に加えて、さらなる殺菌処理能力の飛躍的向上を図ることができるという効果がある。

（第３実施形態）
図６は、第１実施形態及び第２実施形態とは異なる第３実施形態を示す図である。第１実施形態と同一又は等価の部分は同一の符号を付して、又は付さないで説明を省略する。上記実施形態（図１又は図５）では、供給口２４が容器１３の上部に形成され、排出口２６が容器１３の下部に形成されるようにしたが、逆に、供給口２４を下部に、排出口２６を上部に形成してもよい。この場合、図６に示すように、第１実施形態における容器１３を上下を逆に設置することで実施できる。この高圧液体殺菌装置７１によれば、容器１３の最下部の貯留小室３４にさえ被処理液体１５を進入させれば、第１実施形態と同様の原理により、重力加速度の向きにかかわらず、被処理液体１５は遠心力により上方へ向って供給口７２から排出口７３まで移送される。この場合容器１３の下部を外部の液面より下方に配置し、弁７４の開閉によって貯留小室３４への被処理液体１５の供給量を調整すれば、容器１３への被処理液体１５の供給用のポンプは不要である。これによれば、殺菌処理はもちろん、装置全体がポンプ的機能を果し、排出口７３から流出する処理済液体の位置エネルギや流勢を利用して、放水や他の場所への移送、その後濾過処理を行う等の活用ができる。また、池のエアレーション（曝気）や、噴水として利用してもよい。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態は、図示は省略するが、容器を横置き、つまり回転中心Ｐを水平にした状態で用いてもよい。適当な方法で、被処理液体１５を容器１３に供給さえすればよい。重力は遠心力から見ると無視できる程小さいため、回転中心Ｐの方向は自由に設定できる。

・上記実施形態では、被処理液体１５を飲料用水としたが、本発明では、河川の汚泥水等も被処理液体１５として処理可能である。なお、被処理液体中に固形成分を含むものは、本実施形態の遠心分離器としての作用により、殺菌をするとともにその固形成分を除去するような処理としてもよい。また、処理後攪拌等をして、固形成分を元に戻すようにしてもよい。その他、ジャムのような粘性を有する液体も処理可能である。このようなものを処理後に洗浄の必要が生じても、容易に洗浄することができる。

（容器の変形例）
・容器１３の径の大きさは、処理対象、設置場所、殺菌条件等により種々選択されるが、容器１３の内壁の半径が１ｃｍ〜１０００ｃｍ程度が、高速で回転できるとともに、容量的にも効率的に採用できるが、この範囲に限定されるものではない。また、容器１３の内壁２５の半径が１０ｃｍ〜１００ｃｍ程度であれば、処理容量や遠心力の効果による圧力を十分に確保できる点で、さらには装置全体がコンパクトにできる点で好適な実施態様となる。

・また、容器の長さも、容器の容量、加圧減圧の繰り返しの回数、殺菌時間等に応じて適宜変更できる。
・容器１３の形状は、円柱形状であることは容器全体の安定な回転の維持や製造の容易さという点で好ましく、その内側中空部分が円柱形状であることは被処理液体の安定な回転の維持という点で好ましい。しかし、これに限定されるものではなく、直径の異なる円柱形状の組み合わせや、円錐台などの回転体であればよく、段階により加圧力を変化させたり、貯留させる被処理液体１５の量を変化させる場合には好ましいものである。

（整流手段の変形例）
・上記実施形態では、円盤状の整流板４１〜４４が半径が同一なものが例示されているが、これに限らず、異なる半径の物であってもよい。

・さらに、整流板は円盤状のものに限定されるものではない。本発明の整流手段は容器１３内の回転軸１４に設けられ、回転中心Ｐから所定の距離より近接した位置での被処理液体１５の流通を規制するものであればよく、整流板及び隙間の形状、位置等はこれに限定されない。たとえば、回転軸に周状に突設された部分以外の部分をすべて開口してもよいし、一部だけ開口したものであってもよいが、回転中心から離れ、かつ、容器の内壁に近い位置に設けるのが、隙間ｓを流通する被処理液体を高圧下に供することができる点で好ましい。

・一部だけ開口したものとしては、例えば、図８に示すように回転軸１４から容器１３の内壁まで円形状に一体に繋がった整流板１４１が設けられ、隙間ｓとして内壁近くの整流板に複数の貫通孔を設けたようなものでもよい。このように構成することで、整流板１４１自体とともに容器１３の強度を補強することができる。

・また、図９に示すように、整流板１４２の厚みが回転中心Ｐ付近で厚くなっていてもよい。この場合、整流板１４２の強度を補強することができる。
・本実施形態の整流板４１〜４４は、４枚で構成されているが、その枚数は４枚に限定されない。被処理液体１５の種類や殺菌の目的により適宜枚数を選択できる。

・なお、本発明では整流手段は好ましい構成であるが必須の構成ではなく、目的によってはこれを省略することもできる。
（仕切板の変形例）
・また、本実施形態の円環状の仕切板３１，３２，３３により形成される中心開口部３８〜４０の半径ｒ１，ｒ２，ｒ３は、ｒ１＜ｒ２＜ｒ３となっているが、ｒ１＝ｒ２＝ｒ３として、等しく形成してもよい。この場合、多少流れは悪くなるが、構造が単純で、かつ、半径を最大のｒ１に揃えることで貯留小室の容量を大きくすることができる。この場合でも、整流板４１〜４４と相まって効果的な殺菌をすることができる。

・上記実施形態では、３枚の仕切板３１，３２，３３と、それにより区画形成される４つの貯留小室３４，３５，３６，３７を例示しているが、仕切板及び貯留小室の数はこれに限定されるものではなく、適宜設定可能である。

・また、中心開口部３８〜４０は、被処理液体１５が流通できれば形状に制限はなく、例えば、図１０に示すように回転軸１４から容器１３の内壁まで円形状に一体に繋がった仕切板１３１が設けられ、回転軸１４近くの仕切板１３１に設けられた中心開口部３８に代わる穿孔１３８を形成したようなものでもよい。

・また、図１１に示すように、仕切板１３２の厚みが容器１３の内壁付近で厚くなっていてもよい。この場合、仕切板１３２の強度を補強することができる点で好ましい。
・また、仕切板はこれを省略することもできる。図７は、整流板４１（整流手段）を設置した以外は、仕切板及び整流板を設置しない別の実施形態を示す図である。この場合、高圧液体殺菌装置６１は、容器６２によって単一の貯留室６５が形成され、供給口６３から流入した被処理液体１５が貯留室６５内で上記実施形態と同様に高圧殺菌され、排出口６４から排出される。このように、本発明は、遠心力を用いて連続的に殺菌する点に特徴があり、最小限の構成としてこのような態様であっても実施可能である。また、この態様においても、従来の遠心分離器とは異なり、連続的な殺菌処理ができるというこれまでにない効果がある。

・なお、本発明は上記開示にかかわらず当業者により特許請求の範囲を逸脱しない範囲で改良し変更して実施できることは言うまでもない。

第１の実施形態の高圧液体殺菌装置を示す正面断面図。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図。 図２のＢ−Ｂ線矢視断面図。 図１において破線で囲む部分の拡大図。 第２実施形態の高圧液体殺菌装置を示す正面断面図。 第３実施形態の高圧液体殺菌装置を示す正面断面図。 別の実施形態の高圧液体殺菌装置を示す正面断面図。 整流板の変形例を示す図。 整流板の変形例を示す図。 仕切板の変形例を示す図。 仕切板の変形例を示す図。 従来の高圧液体殺菌装置を示す図。

符号の説明

Ｐ…回転中心、ｓ…隙間、１１，５１，６１，７１…高圧液体殺菌装置、１２…被処理液体貯留タンク、１３，６２…容器、１４…回転軸、１５…被処理液体、１６…管路（供給手段）、１７，５４…モータ（駆動手段）、１８…処理済液体貯留タンク、１９…処理済液体、２１，７４…弁、２２…フレキシブルカップリング、２３…ベアリング（玉軸受）、２４，６３，７２…供給口（供給手段）、２５，２５ａ，２５ｂ…内壁、２６，６４，７３…排出口（排出手段）、２７…ベルト、２８…プーリ、３１，３２，３３，１３１，１３２…仕切板、３１ａ，３２ａ…内縁（回転中心Ｐから最も離間した隙間ｓの端部）、３４，３５，３６，３７…貯留小室（貯留室）、３８，３９，４０…中心開口部（隙間）、４１，４２，４３，４４…整流板（整流手段）、５２…ラジアル磁気軸受、５３…スラスト磁気軸受、６５…貯留室

Claims (11)

1. 被処理液体を高圧下で殺菌する高圧液体殺菌装置において、
   内部が中空の回転体からなり、回転時に前記被処理液体を貯留する貯留室を有する容器と、
   当該容器の回転中心に設けられた回転軸と、
   前記容器の回転軸を回転させて前記貯留室において被処理液体に遠心力を与える駆動手段と、
   前記容器に被処理液体を供給する供給手段と、
   前記容器から被処理液体を排出する排出手段と
   を備えたことを特徴とする高圧液体殺菌装置。
2. 前記排出手段を、前記容器の回転時に、前記供給手段から供給された被処理液体の量が、前記貯留室の貯留容量を超えたときに溢出させることで前記容器から排出するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の高圧液体殺菌装置。
3. 前記容器内の前記回転軸に設けられ、前記回転中心から所定の距離より近接した位置での前記被処理液体の流通を規制する整流手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高圧液体殺菌装置。
4. 前記容器の内壁に設けられ、前記回転中心から所定の距離より離間した位置での前記被処理液体の流通を規制する仕切板を備え、
   当該仕切板により前記貯留室を区画して複数の貯留小室を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の高圧液体殺菌装置。
5. 前記仕切板は複数設けられ、当該複数の仕切板は、下流側の仕切板の前記被処理液体の流通を規制する位置が、上流側の仕切板の前記被処理液体の流通を規制する位置よりも前記回転中心から離間するように構成されたことを特徴とする請求項４に記載の高圧液体殺菌装置。
6. 前記整流手段と前記仕切板を備え、少なくとも１の前記整流手段の前記被処理液体の流通を規制する位置が、少なくとも１の前記仕切板が前記被処理液体の流通を規制する位置よりも前記回転中心から離間した位置となるように設定されたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の高圧液体殺菌装置。
7. 前記容器は、外形が円柱形状に形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の高圧液体殺菌装置。
8. 前記仕切板を前記回転中心と垂直な円環状に形成したことを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の高圧液体殺菌装置。
9. 前記容器の回転中心を鉛直方向に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の高圧液体殺菌装置。
10. 前記供給手段が前記容器の上部に配置され、前記排出手段が前記容器の下部に配置されたことを特徴とする請求項９に記載の高圧液体殺菌装置。
11. 前記供給手段が前記容器の下部に配置され、前記排出手段が前記容器の上部に配置されたことを特徴とする請求項９に記載の高圧液体殺菌装置。

Images