JP2012187037A - 殺菌システム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプを熱源として用いた場合であっても、予備加熱器において必要とされる熱量を十分に確保し、被処理体を確実に加熱することが可能な殺菌システムを提供する。
【解決手段】本発明にかかる殺菌システムの構成は、被処理体１０２を供給する被処理体供給経路１２０と、供給された被処理体を予備加熱する予備加熱器１３０と、予備加熱後の被処理体に通電することにより被処理体を自己発熱させて殺菌するジュール加熱器１４０と、殺菌後の被処理体を冷却する冷却器１５０と、冷却後の被処理体を次工程へと送出する被処理体送出経路１６０と、冷却器から吸熱して予備加熱器で放熱するヒートポンプ１７０と、を備え、予備加熱器内に設けられ、被処理体供給経路と接続されて予備加熱器内に被処理体を通過させる予備加熱経路１３２は複数本に分岐していることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、被処理体の加熱殺菌処理、および加熱殺菌された被処理体の冷却処理を行う殺菌システムに関する。

飲食物を生産する食品工場や飲料工場等の工場では、内容物である飲食物を、缶やペットボトル等の容器に充填する前に加熱殺菌する。その加熱殺菌装置としては、様々なものがあるが、殺菌対象である飲食物に固形物が含まれている場合や、かかる飲食物の粘度が高い場合すなわち流動性が低い場合には、ジュール式加熱殺菌装置（以下、ジュール加熱器と称する。）が用いられることが多い。

ジュール加熱器は、筒体の周囲に複数個の電極が配置されていて、この筒体の内部に飲食物を通過させつつ電極に電圧が印加される。すると、飲食物が直接通電されることにより発熱してその温度が上昇し、殺菌が行われる。その一例として、特許文献１では、通電加熱装置としてジュール殺菌装置を用いて、食品を殺菌する殺菌工程が取り入れられている。

特開２００３−２８９８３８号公報

ところで、飲食物の製造工程における殺菌システムでは、上述したジュール加熱器を用いた殺菌工程の前にかかる飲食物を予め加熱する予備加熱工程が入ることがある。例えば特許文献１では、調合タンクにおいて調整された食品を、通電加熱装置（ジュール加熱器）に送出する前に殺菌装置（加熱用熱交換装置）に送入し、そこで予備殺菌を行っている。このような予備加熱工程（予備殺菌工程）を導入することにより、その後のジュール加熱器での温度上昇の幅が狭まるためかかるジュール加熱器における被処理体への負荷相当をさげることができ、ジュール加熱器での消費電力ひいては製造コストの削減を図ることができる。

上記のような予備加熱にもちいられる予備加熱器では、加熱源として蒸気（スチーム）が用いられることが一般的である。したがって、従来の殺菌システムでは、蒸気を生成するボイラ等が必然的に必要となる。しかし、ボイラのように化石燃料を燃焼させる設備であると、蒸気生成時（燃焼時）にＣＯ_２が発生するため環境負荷への観点において好ましくない。また、ボイラでは蒸気を生成するための化石燃料に莫大なランニングコストを要するため、コスト削減も要請されている。

更に、予備加熱器において飲食物の加熱に用いられた蒸気はドレンにて排出されることも多く、ドレンが持つ熱量分のエネルギーロスが生じている。これに加えて、予備加熱器での予備加熱後にジュール加熱器において加熱殺菌された飲食物は、次工程に送られる前に冷却器において所定温度まで冷却されるため冷熱も必要となる。故に、従来の殺菌システムでは、システム全体への温熱および冷熱の投入エネルギー量が大きくなり、エネルギー効率が優れているとは言い難い。

そこで近年、予備加熱器の熱源として、従来のボイラに替えてヒートポンプの採用が検討されている。ヒートポンプは、液体の一次冷媒（熱媒体）が、膨張して気化するときに周囲の熱を吸収し、凝縮して液化するときに熱を発する性質を利用している。これにより、殺菌システムにおける化石燃料の使用量の削減を図ることができ、ランニングコストおよびＣＯ２排出量を抑制することが可能となる。またヒートポンプであれば、加熱殺菌された後の飲食物の熱を冷却器において吸熱し、その熱を予備加熱器における飲食物の予熱に用いることができる。したがって、冷却器において飲食物の冷却を行いつつ、その冷却によって得た熱が廃熱となることなく有効利用されるため、殺菌システムにおけるエネルギー効率の向上が図られる。

上記のように熱源としてヒートポンプを用いれば様々な利点を享受できるものの、既存のボイラをヒートポンプに置き換えるには未だ解決するべき課題がある。詳細には、ボイラによって生成される蒸気は熱量が極めて大きいものの、効率よくヒートポンプによって生成される温水はおおよそ９０℃が上限であるため、潜熱分を持たない分その熱量は蒸気よりも小さい。故に、ヒートポンプによって生成される温水では予備加熱器において要求される必要熱量を満たすことができず被処理体の加熱が不十分になるおそれがあり、ヒートポンプの適用が困難となる事例があった。

本発明は、このような課題に鑑み、ヒートポンプを熱源として用いた場合であっても、予備加熱器において必要とされる熱量を十分に確保し、被処理体を確実に加熱することが可能な殺菌システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる殺菌システムの代表的な構成は、被処理体の加熱殺菌処理、および加熱殺菌された被処理体の冷却処理を行う殺菌システムであって、被処理体を供給する被処理体供給経路と、被処理体供給経路によって供給された被処理体を予備加熱する予備加熱器と、予備加熱後の被処理体に通電することにより被処理体を自己発熱させて殺菌するジュール加熱器と、殺菌後の被処理体を冷却する冷却器と、冷却後の被処理体を次工程へと送出する被処理体送出経路と、冷却器から吸熱して予備加熱器で放熱するヒートポンプと、を備え、予備加熱器内に設けられ、被処理体供給経路と接続されて予備加熱器内に被処理体を通過させる予備加熱経路は複数本に分岐していることを特徴とする。

上記構成によれば、予備加熱器内において、被処理体を通過させる予備加熱経路が複数に分岐しているため、単一の予備加熱経路と比べて、被処理体と予備加熱経路との伝熱面積（接触面積）が増大する。これにより、ヒートポンプによって生成された温水からでも十分な熱量を得ることができるため、予備加熱器における加熱効率の向上が図られ、被処理体を確実に加熱することが可能となる。したがって、殺菌システムにおけるヒートポンプの適用範囲を拡大することができ、かかる殺菌システムのエネルギーコストの低減を図ることが可能となる。

上記の複数本に分岐した予備加熱経路は、分岐前の被処理体供給経路を中心としてほぼ等間隔な放射状に配置されているとよい。かかる構成によれば、被処理体供給経路からの被処理体をすべての予備加熱経路に均等に送出することができ、それを通過する被処理体を均一に加熱することが可能となる。

当該殺菌システムは、複数本に分岐した予備加熱経路の分岐数に対応する数のジュール加熱器を備えるとよい。ジュール加熱器の長さを短くすることができるため、ポンプの揚程を小さくし、動力による消費電力を低減させることが可能となる。

上記の冷却器内に設けられ、ジュール加熱器と接続されて冷却器内に被処理体を通過させる冷却経路は複数本に分岐しているとよい。かかる構成により、冷却器においても、被処理体と冷却経路との伝熱面積が増大するため、冷却効率の向上を図ることが可能となる。

上記のジュール加熱器は、傾斜した状態で配置されているとよい。これにより、垂直に配置した場合と比較してジュール加熱器における揚程を低下させることができるためポンプの負荷を軽減してその消費電力の削減が図れ、且つ殺菌システムの小型化を達成することが可能となる。

本発明によれば、ヒートポンプを熱源として用いた場合であっても、予備加熱器において必要とされる熱量を十分に確保し、被処理体を確実に加熱することが可能な殺菌システムを提供することができる。

第１実施形態にかかる殺菌システムの構成を示す図である。 予備加熱器内の予備加熱経路を模式的に示す立体図である。 第２実施形態にかかる殺菌システムの構成を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかる殺菌システムの構成を示す概略図である。図１に示す殺菌システム１００は、被処理体１０２の加熱殺菌処理、および加熱殺菌された被処理体１０２の冷却処理を行う。本実施形態では、殺菌システム１００の殺菌対象となる被処理体１０２を、固形物１０２ａを含む流体とする。かかる被処理体１０２の具体例としては、具材を含むスープや飲料を挙げることができるが、これに限定するものではない。また殺菌システム１００は、固形物１０２ａを含む流体以外にも高粘度の流体の殺菌にも好適に適用することができ、低粘度の流体の加熱にも適用可能である。

殺菌システム１００において、調理工程等の前工程を終えた被処理体１０２は、まず貯留槽１１０に送出されて貯留される。貯留槽１１０に貯留された被処理体１０２は、ポンプ１２０ａを動力として被処理体供給経路１２０を通じて予備加熱器１３０に供給され、予備加熱器１３０において予備加熱される。

予備加熱器１３０は、加熱水往き経路１８２および加熱水戻り経路１８４から構成される加熱水循環経路１８０が接続されていて、後述するヒートポンプ１７０との間に二次冷媒である加熱水が循環している。これにより、予備加熱器１３０内において、加熱水往き経路１８２からの加熱水との熱交換によって、被処理体供給経路１２０と接続された予備加熱経路１３２を通過する被処理体１０２を予備加熱することが可能となる。なお、予備加熱経路１３２の詳細については後に後述する。

また予備加熱器１３０の内部には、複数の仕切板１３８が設けられている。これにより、予備加熱器１３０において、加熱水往き経路１８２から加熱水戻り経路１８４に至るまでの加熱水の経路長を増大させることができ、熱交換効率（加熱効率）の向上を図ることが可能となる。

予備加熱後の被処理体１０２は、予備加熱器１３０の後段に配置されたジュール加熱器１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃおよび１４０ｄ（以下、これらを総じてジュール加熱器１４０と称する）によって殺菌される。なお、ジュール加熱器１４０ａ〜１４０ｄはすべて同一の構成であるため、以下ジュール加熱器１４０ａを例示して説明する。

ジュール加熱器１４０ａは、主に、ＰＥＩ樹脂等の絶縁材料からなる筒体１４２ａと、チタン等の導電材料からなる複数の電極１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃおよび１４４ｄとから構成される。電極１４４ａ〜１４４ｄは、筒体１４２ａの周囲に所定間隔ごとに配置され、かかる筒体１４２ａを貫通してその内部に露出している。これにより、電源（不図示）から電極１４４ａ〜１４４ｄに電圧が印加されると、ジュール加熱器１４０ａ内（厳密には筒体１４２ａ内）を通過する被処理体１０２は、直接通電されることにより自己発熱する。そして、被処理体１０２の温度が殺菌温度に到達し、その殺菌温度が所定時間保持されることにより殺菌が行われる。

上述したようにジュール加熱器１４０を用いて被処理体１０２を自己発熱させることにより、被処理体１０２（流体）およびそれに含まれる固形物１０２ａを急速且つ均一に殺菌することができる。またジュール加熱器１４０は、単なる熱交換器とは異なり、殺菌対象たる被処理体１０２よりも高温になる電熱面を有さないため、被処理体１０２の焦げ付きなどを防ぐことができる。したがって、製品品質の向上を図りつつ、装置の洗浄を容易に行うことが可能である。

本実施形態では、ジュール加熱器１４０ａ〜１４０ｄは、傾斜した状態で配置される。これにより、ジュール加熱器１４０ａ〜１４０ｄを垂直に配置した場合と比べて、その揚程を低下させることができる。したがって、ジュール加熱器１４０ａ〜１４０ｄの下端から上端まで被処理体１０２を上昇させるためのポンプ１２０ａの負荷が軽減され、ポンプ１２０ａの消費電力の削減を図ることができる。また高さ方向において、殺菌システム１００の小型化を達成することが可能となる。

ジュール加熱器１４０において殺菌された被処理体１０２は、かかるジュール加熱器１４０の後段に配置された冷却器１５０によって冷却される。冷却器１５０は、冷却水往き経路１９２および冷却水戻り経路１９４から構成される冷却水循環経路１９０が接続されていて、後述するヒートポンプ１７０との間に二次冷媒である冷却水が循環している。これにより、冷却器１５０内において、冷却水往き経路１９２からの冷却水との熱交換によって、ジュール加熱器１４０と接続された冷却経路１５２を通過する被処理体１０２を冷却することが可能となる。なお、冷却経路１５２の詳細については後に詳述する。

また本実施形態では、冷却器１５０においても内部に複数の仕切板１５８を設けている。これにより、冷却器１５０における冷却水往き経路１９２から冷却水戻り経路１９４までの冷却水の経路長を増大させ、熱交換効率（冷却効率）の向上を図ることが可能となる。

上記の冷却器１５０により所定温度まで冷却された被処理体１０２は、冷却器１５０に（厳密には冷却経路１５２の下流側に）接続された被処理体送出経路１６０によって、充填工程等の次工程へと送出される。

本実施形態では、上述した予備加熱器１３０において被処理体１０２を予備加熱するための熱源（温熱源）、および冷却器１５０において被処理体１０２を冷却するための熱源（冷熱源）としてヒートポンプ１７０を採用している。

ヒートポンプ１７０は、冷却器１５０から吸熱して予備加熱器１３０で放熱し、それらの熱源となる。詳細には、ヒートポンプ１７０は、内部の一次冷媒循環経路１７０ａに一次冷媒が循環していて、かかる一次冷媒循環経路１７０ａ上に、蒸発器１７２、圧縮手段１７４、凝縮器１７６および膨張手段１７８が設けられている。

蒸発器１７２は、一次冷媒と、冷却水循環経路１９０を循環する冷却水（二次冷媒）との熱交換を行う。この熱交換により、一次冷媒は、冷却水戻り経路１９４からの冷却水が冷却器１５０における被処理体１０２の冷却により得た熱を吸熱して蒸発し、かかる冷却水は一次冷媒に放熱して冷却される。蒸発器１７２での熱交換後の一次冷媒は、圧縮手段１７４において電力を利用して圧縮されることにより高圧状態となって高熱を発する。一方、蒸発器１７２での熱交換後の冷却水は、冷却水往き経路１９２によって冷却器１５０に供給され被処理体１０２の冷却に再度用いられる。

圧縮手段１７４で圧縮された一次冷媒は、凝縮器１７６において加熱水循環経路１８０を循環する加熱水（二次冷媒）との熱交換を行う。これにより、一次冷媒は、加熱水戻り経路１８４からの加熱水に放熱して凝縮し、膨張手段１７８において減圧状態とされて膨張冷却された後、再度蒸発器１７２における冷却水との熱交換を行う。一方、凝縮器１７６における一次冷媒との熱交換により、加熱水は一次冷媒の熱を吸熱して加熱される。加熱された加熱水は、加熱水往き経路１８２によって予備加熱器１３０に供給され、被処理体１０２の予備加熱に再度用いられる。

上述したようにヒートポンプ１７０を採用することにより、加熱殺菌された後の被処理体１０２の熱を有効利用することができるため、エネルギーロスを削減し、殺菌システム１００全体のエネルギー効率向上を図ることができる。また殺菌システム１００における化石燃料の使用量の削減を図ることができ、ランニングコストおよびＣＯ２排出量を抑制することが可能となる。

しかしながら、ヒートポンプ１７０を熱源とすると、それによって生成される温水の熱量は顕熱となり、従来予備加熱器１３０の熱源となっていたボイラによって生成された潜熱分を持つ蒸気よりも小さい。このため、殺菌システム１００にヒートポンプ１７０を適用する場合、それによって生成される温水では、予備加熱器１３０において要求される必要熱量を満たせず被処理体１０２の予備加熱が不十分になることが懸念されていた。

そこで、本実施形態では、予備加熱器１３０内に被処理体１０２を通過させる予備加熱経路１３２を複数本の分岐予備加熱経路１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃおよび１３２ｄに分岐している。これにより、予備加熱経路を単一にした場合と比べて、被処理体１０２と予備加熱経路１３２との伝熱面積（接触面積）が増大させることができる。したがって、被処理体１０２が温水から十分な熱量を得ることができるため、予備加熱器１３０における加熱効率の向上が図られ、被処理体１０２を確実に加熱することが可能となる。故に、殺菌システム１００におけるヒートポンプ１７０の適用を促進し、殺菌システム１００のエネルギーコストの低減が図れる。

図２は、予備加熱器１３０内の予備加熱経路１３２を模式的に示す立体図である。なお、理解を容易にするために、図２では、予備加熱器１３０を一点鎖線によって示し、仕切板１３８は図示を省略している。図２に示すように、本実施形態においては、予備加熱器１３０内において、複数本に分岐した予備加熱経路すなわち分岐予備加熱経路１３２ａ〜１３２ｄを、分岐前の被処理体供給経路１２０を中心としてほぼ等間隔な放射状に配置している。これにより、被処理体供給経路１２０からの被処理体をすべての分岐予備加熱経路１３２ａ〜１３２ｄ（予備加熱経路）に均等に送出することができ、それを通過する被処理体１０２を均一に加熱することが可能となる。

また本実施形態では、殺菌システム１００は、分岐予備加熱経路１３２ａ〜１３２ｄの本数（分岐数）に対応する数のジュール加熱器１４０ａ〜１４０ｄを備える。複数のジュール加熱器１４０ａ〜１４０ｄに分かれていることから、各経路の長さを短くすることができ、ポンプ１２０ａの揚程を小さくすることができる。このため、ポンプ動力による消費電力を低減させることができる。

更に、本実施形態の冷却器１５０では、その内部に設けられ、かかる冷却器１５０に被処理体１０２を通過させる冷却経路１５２も複数に分岐させ、分岐冷却経路１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃおよび１５２ｄとしている。これにより、冷却器１５０においても、被処理体１０２と冷却経路１５２との伝熱面積が増大するため、冷却効率の向上を図ることが可能となる。

上記説明したように、本実施形態にかかる殺菌システム１００によれば、予備加熱器１３０内において、被処理体１０２を通過させる予備加熱経路１３２が複数の分岐予備加熱経路１３２ａ〜１３２ｄに分岐しているため、それらの伝熱面積（接触面積）が増大させることができる。これにより、ヒートポンプ１７０によって生成された温水からでも十分な熱量が得られ、予備加熱器１３０における加熱効率の向上が図られる。したがって、ヒートポンプ１７０を適用した殺菌システム１００においても被処理体１０２を確実に加熱（予備加熱）することが可能となる。

なお、上述した実施形態では、予備加熱器１３０における予備加熱経路１３２の分岐数、冷却器１５０における冷却経路１５２の分岐数、ならびに殺菌システム１００が備えるジュール加熱器１４０の数をいずれも４つとしたが、この数は一例であり、限定するものではない。またそれらの数は、必ずしも一致させる必要はなく、それぞれ異なる数であってもよい。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態にかかる殺菌システムの構成を示す図である。第１実施形態の殺菌システム１００では、予備加熱器１３０内において予備加熱経路１３２から複数の分岐予備加熱経路１３２ａ〜１３２ｄに分岐し、同様に冷却器１５０内において冷却経路１５２から複数の分岐冷却経路１５２ａ〜１５２ｄに分岐していた。

これに対し、図３に示す第２実施形態の殺菌システム２００では、予備加熱器１３０の上流側において、それに接続される被処理体供給経路１２０は、複数の分岐供給経路１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃおよび１２２ｄに分岐していて、それらの分岐供給経路１２２ａ〜１２２ｄに、予備加熱器１３０内の分岐予備加熱経路１３２ａ〜１３２ｄが各々接続されている。そして、分岐予備加熱経路１３２ａ〜１３２ｄは、予備加熱器１３０内において合流して予備加熱経路２３２となり、その予備加熱経路２３２が１つのジュール加熱器２４０の上流側に接続される。

ジュール加熱器２４０の下流側には、冷却器１５０の冷却経路２５２が接続されていて、かかる冷却経路２５２は冷却器１５０内において分岐冷却経路１５２ａ〜１５２ｄに分岐している。分岐冷却経路１５２ａ〜１５２ｄは、複数の分岐送出経路１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃおよび１６２ｄに接続されていて、それらの分岐送出経路１６２ａ〜１６２ｄは合流して被処理体送出経路１６０となる。

上述したように、予備加熱経路１３２および冷却経路１５２は、少なくとも予備加熱器１３０内部および冷却器１５０内部において分岐していればよく、それらが接続される被処理体供給経路１２０および被処理体送出経路１６０の段階から分岐が設けられていてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、被処理体の加熱殺菌処理、および加熱殺菌された被処理体の冷却処理を行う殺菌システムとして利用することができる。

１００…殺菌システム、１０２…被処理体、１０２ａ…固形物、１１０…貯留槽、１２０…被処理体供給経路、１２０ａ…ポンプ、１２２ａ・１２２ｂ・１２２ｃ・１２２ｄ…分岐供給経路、１３０…予備加熱器、１３２…予備加熱経路、１３２ａ・１３２ｂ・１３２ｃ・１３２ｄ…分岐予備加熱経路、１３８…仕切板、１４０・１４０ａ・１４０ｂ・１４０ｃ・１４０ｄ…ジュール加熱器、１４２ａ…筒体、１４４ａ・１４４ｂ・１４４ｃ・１４４ｄ…電極、１５０…冷却器、１５２…冷却経路、１５２ａ・１５２ｂ・１５２ｃ・１５２ｄ…分岐冷却経路、１５８…仕切板、１６０…被処理体送出経路、１６２ａ・１６２ｂ・１６２ｃ・１６２ｄ…分岐送出経路、１７０…ヒートポンプ、１７０ａ…一次冷媒循環経路、１７２…蒸発器、１７４…圧縮手段、１７６…凝縮器、１７８…膨張手段、１８０…加熱水循環経路、１８２…加熱水往き経路、１８４…加熱水戻り経路、１９０…冷却水循環経路、１９２…冷却水往き経路、１９４…冷却水戻り経路、２００…殺菌システム、２３２…予備加熱経路、２４０…ジュール加熱器、２５２…冷却経路

Claims (5)

1. 被処理体の加熱殺菌処理、および該加熱殺菌された被処理体の冷却処理を行う殺菌システムであって、
   前記被処理体を供給する被処理体供給経路と、
   前記被処理体供給経路によって供給された被処理体を予備加熱する予備加熱器と、
   前記予備加熱後の被処理体に通電することにより該被処理体を自己発熱させて殺菌するジュール加熱器と、
   前記殺菌後の被処理体を冷却する冷却器と、
   前記冷却後の被処理体を次工程へと送出する被処理体送出経路と、
   前記冷却器から吸熱して前記予備加熱器で放熱するヒートポンプと、
   を備え、
   前記予備加熱器内に設けられ、前記被処理体供給経路と接続されて該予備加熱器内に前記被処理体を通過させる予備加熱経路は複数本に分岐していることを特徴とする殺菌システム。
2. 前記複数本に分岐した予備加熱経路は、分岐前の前記被処理体供給経路を中心としてほぼ等間隔な放射状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の殺菌システム。
3. 当該殺菌システムは、前記複数本に分岐した予備加熱経路の分岐数に対応する数の前記ジュール加熱器を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の殺菌システム。
4. 前記冷却器内に設けられ、前記ジュール加熱器と接続されて該冷却器内に前記被処理体を通過させる冷却経路は複数本に分岐していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の殺菌システム。
5. 前記ジュール加熱器は、傾斜した状態で配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の殺菌システム。

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