JP2010516262A - ヒートポンプが内蔵された低温殺菌装置および低温殺菌方法 - Google Patents

ヒートポンプが内蔵された低温殺菌装置および低温殺菌方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、閉鎖された容器内にある液体を熱で取扱うための低温殺菌装置であって、
加熱領域と、低温殺菌領域と、冷却領域とを備えており、 各領域が１つあるいは複数の区間から成り、充填された液体容器が全区間を通って低温殺菌装置の入口からその出口まで案内され、加熱、低温殺菌および／または冷却を行うために、各区間内には散水装置が設けられており、熱回収を行うために、１つあるいは複数の区間の散水液体が受け容器内に集められ、この散水液体が個々の区間の間で加熱あるいは冷却の目的で適当な方法で熱交換される低温殺菌装置に関する。低温殺菌装置はヒートポンプを備えており、このヒートポンプが低温殺菌領域の一区間および冷却領域の一区間と、導管および搬送ユニットを経由して、冷却領域の一区間の液体容量の熱エネルギーの一部が、このヒートポンプを使用して低温殺菌領域の区間内で移送可能であるように接続している。

Description

本発明は、液体が充填された容器、例えば飲料用瓶あるいは飲料用缶を低温殺菌するための装置および方法に関する。その際、熱交換の一部は、一つあるいはそれより多くの低温殺菌領域の区間と冷却領域の区間の間にヒートポンプが設けられていることにより実行される。
飲料産業で飲食物を保存するための低温殺菌設備および低温殺菌方法は知られており、かつ多方面で使用されている。この設備にあって、瓶、缶、袋等のような、準備された流れの中にある容器あるいは相前後する容器は、基本的に低温殺菌装置により連続的に案内される。
この低温殺菌装置および低温殺菌方法は、加熱と冷却を注意深く行うために、液体を充填された容器が、上昇するかあるいは下降するように温度を調節された区間を通って移送されるように構成されている。分割された加熱領域と冷却領域の間には低温殺菌領域が設けられており、この低温殺菌領域は同様に分割されており、かつこの低温殺菌領域内では温度が基本的に適当に高いレベルで維持される。特許文献１〜５にはこのような低温殺菌装置および低温殺菌方法が記載されている。低温殺菌装置の内部では、加熱、冷却あるいは等温状態を実現するために、容器は液体を噴霧されるか、あるいは液体を注がれる。
低温殺菌工程あるいは水の滅菌は、この場合基本的に温度と滞留時間に依存している。閉鎖した容器の温度は制限された状態でしか上昇できないので、滞留時間を延長しなければならず、したがって低温殺菌装置は構造的に極めて大きい。さらに最大限の熱回収を実現するために、加熱領域及び冷却領域の区間の液体を、適当な方法で導入および導出することが知られている。
理想的な方式形態は、低温殺菌されかつ充填される容器の伝熱的（recuperative）冷却が所望である場合、低温殺菌装置が構造的に極めて大きいことにあるが、理想的な場合、第一の加熱区間の温度を多少上回っている冷却温度にのみ達することができる。
エネルギーを節約しかつ調節をよりし易くするために、特許文献６では、制御モードで低温殺菌領域内の充填された容器に注ぎかけず、かつ収容液体を適切に接続し、かつ収容液体を適切に散水して、自由自在でかつ最適な制御を達成することを提案している。通常運転で低温殺菌領域内におけるエネルギー印加は行われないので、等しい保存を達成するために、匹敵するエネルギー量が加熱領域内で収納されねばならず、従って装置全体が構造的に大きくなることが想定できる。
特許文献７では、充填設備を備えた低温殺菌設備を、容器充填物により予過熱し、閉鎖された容器をわずかに上昇した温度でもって低温殺菌工程を開始するように接続することが提案される。出口での最終温度を下げるような接続は有利である。もっとも運搬可能な熱量は限られている。なぜなら特に激しい泡の形成を阻止するために、充填部の上流側においては充填されるべき液体の温度を任意に上げてはならないからである。
独国特許出願公開第４３１４６６２号明細書 独国実用新案登録第２０３１７４４１号明細書 独国特許出願公開第１００４２５２８号明細書 独国特許出願公開第１９９０８０３５号明細書 欧州特許第０４３０９０７号明細書 欧州特許第６９４１４６１１号明細書翻訳文公報 独国特許出願公開第１０３５１６８９号明細書
従って本発明の課題は、従来技術に比べて経済的な面でかつエネルギーの面で短所が全く無い、構造的に改良された低温殺菌装置を提供することにある。
この課題は本発明により達せられる。本発明は、閉鎖された容器内にある液体を熱で取扱うための低温殺菌装置であって、加熱領域と、低温殺菌領域と、冷却領域とを備えており、各領域が１つあるいは複数の区間から成る低温殺菌装置に関する。充填された液体容器は、規定どおりの運転で全区間を通って低温殺菌装置の入口からその出口まで移送され、加熱、低温殺菌および／または冷却を行うために、各区間内には散水装置が設けられている。熱回収を行うために、１つあるいは複数の区間の散水液体が受け容器内に集められ、この散水液体は個々の区間の間で加熱あるいは冷却の目的で適当な方法で熱交換される。低温殺菌装置がヒートポンプを備えており、このヒートポンプが低温殺菌領域の一区間および冷却領域の一区間と、導管および搬送ユニットを経由して、冷却領域の一区間の液体容量の熱エネルギーの一部が、このヒートポンプを使用して低温殺菌領域の区間内で移送可能であるように接続している。
低温殺菌装置の実施形態は、ａ）低温殺菌区間の受け容器と、搬送ユニットおよび導管が接続しており、その際、導管がヒートポンプの高温側に通じており、このヒートポンプと導管が熱接触しており、この導管がそこから下流側で低温殺菌区間の散水装置の手前に通じており、および
ｂ）低温殺菌区間の受け容器と、別の搬送ユニットおよび導管が接続しており、この導管がヒートポンプの低温側に通じており、このヒートポンプと導管が熱接触しており、この導管がそこから下流側で冷却区間の散水装置の手前に通じていることにある。
この場合、ヒートポンプの高温側とは熱放出のために設けられている側であり、低温側とは熱吸収のために設けられている側である。
下流側で熱交換器は全く使用されないので、散水の一部をこのように直接加熱することは、低温殺菌区間内への極めて効果的な熱印加である。さらに、熱湯を相当する量で混合することにより規準温度を調節することは簡単に実現できる。
改善点は、散水装置の上流側に混合装置あるいは混合区間が設けられており、この混合装置内にはヒートポンプから来る導管と並んで工業用水用導管も通してあることにある。
したがって例えば故障による中断の場合でも、過熱は低温殺菌領域内で有効になり、かつ極めて単純な方法で阻止することができる。障害が小さい場合はヒートポンプの出力ですら絞る必要がないかあるいは循環を一時的に切ることすら必要でない。
基本的に接続の二つの変形が有効である。変形の一方において、ヒートポンプと適切な導管を経由して接続する冷却領域の区間は、低温殺菌領域の区間と接続していない区間である。変形の他方において、ヒートポンプを経由して接続している冷却領域の区間は、低温殺菌領域の区間と接続している区間である。二つの組合せも考えられるし、あるいは一時的に気候上の境界条件を考慮に入れた方法実施が可能である。このような実施形態は、二つ以上の冷却領域の区間が、ヒートポンプと適切な導管を経由して一つあるいはそれより多くの低温殺菌領域の区間と接続しており、その際これら冷却領域の区間が、伝熱的に結合した区間あるいは伝熱的結合部を持たない冷却区間であってもよいことにある。
本発明は先に挙げた実施形態による低温殺菌装置が使用される、液状媒体を低温殺菌するための方法を備えている。最適な変形は、熱交換器から到来しかつ低温殺菌区間へ流れる液体が、各区間の散水液体の規準温度を最大有しており、この規準温度下で５°〜１０°である温度を有しているのが理想的であることにある。このような方法変形には、ヒートポンプが常に同一である出力でもって連続して作動しており、比較的少ない体積流量だけが熱湯に添加されるという長所がある。この体積流量は循環回路流体として低温殺菌区間に収容され、かつ公知の従来技術で外部の熱交換器を用いて加熱される。
かつては１５ｍの長さの入口温度が１２℃で出口温度が３１．８℃の公知の構造の低温殺菌装置は、ヒートポンプを使用することによりおおよそ３ｍだけ短くされた状態で構成することができた。本発明による構造の低温殺菌装置は、入口温度が同一の場合だと、さらに低い３０．９℃の出口温度を有していた。これは運転コストを上げなくてもエネルギー需要のために実現できた。
図１を基に、以下に低温殺菌装置と低温殺菌方法を説明する。
本発明による低温殺菌装置の概略図である。
概略的に示した図１には、低温殺菌装置が示してあり、この低温殺菌装置は入口２と、出口３と、多数の区間４〜１１を備えている。従って入口２に送られ、かつ概略的に示した容器は、加熱区間４、加熱区間５、低温殺菌区間６，７および８、冷却区間９、冷却区間１０および冷却区間１１を左から右へと通り抜ける。区間４と１０ならびに区間５と９は、互いに伝熱的に接続しており、これらの各区間において、容器に集められまかれた水は捕捉され、ポンプ１２を使用して、かつ導管１３を介して各々他方の区間に移送され、そこへ適当でかつ公知の散水装置１４を介して散水される。同様に低温殺菌区間７と８内にまかれた水は捕捉され、絶えず同一の区間内の内部循環回路は散水装置１５を介して新たに散水される。この目的で部分流１６は継続的に取り出され、加熱を行うために熱交換器１７へ案内され、引き続き低温殺菌区間７と８内に散水される。
図１において、ヒートポンプ１８は低温側１９と高温側２０によってはっきりと認識できる。ヒートポンプ１８を介して、冷却区間１１と低温殺菌区間６は熱により間接的に接続している。冷却区間１１内で捕捉された水は取出され、かつヒートポンプ１８の低温側１９まで移送され、そこで水からエネルギーが奪われ、従って冷水は冷却区間１１内に複流し、そこで直接散水される。このようにして得られかつ伝達可能なエネルギー割り当て分は、ヒートポンプ１８の高温側２０で散水に引渡され、この散水は導管２１とポンプ２２を経由して低温殺菌区間６の受け容器２３から取出される。混合区間２４において、ヒートポンプ１８から到来する高温の還流水は、導管２５からの熱湯の部分流および／または導管２６からの冷水の部分流と適当な方法で混合される。
１ 低温殺菌装置
２ 入口
３ 出口
４ 冷却区間
５ 冷却区間
６ 低温殺菌区間
７ 低温殺菌区間
８ 低温殺菌区間
９ 冷却区間
１０ 冷却区間
１１ 冷却区間
１２ ポンプ
１３ 導管
１４ 散水装置
１５ 散水装置
１６ 部分流
１７ 熱交換器
１８ ヒートポンプ
１９ ヒートポンプの低温側
２０ ヒートポンプの高温側
２１ 導管
２２ ポンプ
２３ 受け容器
２４ 混合区間
２５ 導管
２６ 導管

Claims (8)

  1. 閉鎖された容器内にある液体を熱で取扱うための低温殺菌装置であって、
    加熱領域と、低温殺菌領域と、冷却領域とを備えており、
    各領域が１つあるいは複数の区間から成り、充填された液体容器が全区間を通って低温殺菌装置の入口からその出口まで案内され、加熱、低温殺菌および／または冷却を行うために、各区間内には散水装置が設けられており、
    熱回収を行うために、１つあるいは複数の区間の散水液体が受け容器内に集められ、この散水液体が個々の区間の間で加熱あるいは冷却の目的で適当な方法で熱交換される低温殺菌装置において、
    低温殺菌装置がヒートポンプを備えており、このヒートポンプが低温殺菌領域の一区間および冷却領域の一区間と、導管および搬送ユニットを経由して、冷却領域の一区間の液体容量の熱エネルギーの一部が、このヒートポンプを使用して低温殺菌領域の区間内で移送可能であるように接続していることを特徴とする低温殺菌装置。
  2. ａ）低温殺菌区間の受け容器と、搬送ユニットおよび導管が接続しており、その際、導管がヒートポンプの高温側に通じており、このヒートポンプと導管が熱接触しており、この導管がそこから下流側で低温殺菌区間の散水装置の手前に通じており、および
    ｂ）低温殺菌区間の受け容器と、別の搬送ユニットおよび導管が接続しており、この導管がヒートポンプの低温側に通じており、このヒートポンプと導管が熱接触しており、この導管がそこから下流側で冷却区間の散水装置の手前に通じており、
    この場合、ヒートポンプの高温側とは熱放出のために設けられている側であり、低温側とは熱吸収のために設けられている側であることを特徴とする請求項１記載の低温殺菌装置。
  3. 散水装置の上流側に混合装置あるいは混合区間が設けられており、この混合装置内にはヒートポンプから来る導管と並んで工業用水用導管も通してあることを特徴とする請求項１または２に記載の低温殺菌装置。
  4. ヒートポンプと適切な導管を経由して接続する冷却領域の区間が、低温殺菌領域の区間と接続していない区間であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の低温殺菌装置。
  5. ヒートポンプを経由して接続している冷却領域の区間が、低温殺菌領域の区間と接続している区間であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の低温殺菌装置。
  6. 二つ以上の冷却領域の区間が、ヒートポンプと適切な導管を経由して一つつあるいはそれより多くの低温殺菌領域の区間と接続しており、その際これら冷却領域の区間が、熱を回収するように結合した区間あるいは熱を回収する結合部を持たない冷却区間であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の低温殺菌装置。
  7. 請求項１〜６の１つによる低温殺菌装置が使用される方法を用いて液状媒体を低温殺菌するための方法。
  8. 熱交換器から到来しかつ低温殺菌区間へ流れる液体が、各区間の散水液体の規準温度を最大有しており、この規準温度下で５°〜１０°である温度を有しているのが理想的であることを特徴とする請求項７記載の方法。
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