JP2014104102A

JP2014104102A - 粉粒体殺菌装置

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Publication number: JP2014104102A
Application number: JP2012258450A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Takahashi; 勉高橋; Yotaro Fujimaki; 陽太郎藤巻; Yukihisa Tsubuki; 幸久津吹
Original assignee: SEISHIN ENTPR CO Ltd; Seishin Enterprise Co Ltd
Current assignee: SEISHIN ENTPR CO Ltd; Seishin Enterprise Co Ltd
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2014-06-09

Abstract

【課題】食品等の粉粒体を、高圧の過熱水蒸気を使用して連続的に殺菌処理する粉粒体殺菌装置を提供する。
【解決手段】粉粒体と過熱水蒸気を連続的に供給して加熱殺菌処理する殺菌ゾーン、前記粉粒体を過熱水蒸気から分離する固気分離ゾーン、前記粉粒体を冷却する冷却ゾーン、及び、前記粉粒体を製品として回収する製品回収ゾーンの４つの区画からなり、前記殺菌ゾーン入口には前記粉粒体を供給するための高圧ロータリーバルブが設けられており、前記殺菌ゾーンと前記固気分離ゾーンとの間には保圧用ノズルが設けられた粉粒体殺菌装置において、前記保圧用ノズルが、ノズル縮径部、ノズル直管部、及び、ノズル拡径部で構成され、該ノズル直管部において粉粒体が整流されて噴出することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、食品等の粉粒体を、高圧の過熱水蒸気を使用して連続的に殺菌処理する粉粒体殺菌装置に関する。ここで、食品等の粉粒体には、食品原料のみならず、健康食品、医薬品、化粧品原料、飼料、肥料などが含まれる。また、食品等の粉粒体の加熱殺菌処理には、食品等の加熱処理一般まで含めるものとし、食品等の変質などを目的とした加熱処理を含めて加熱殺菌処理とする。

粉粒体殺菌装置としては、特許文献１〜３にみられるように、３０年ほど前から過熱水蒸気殺菌装置が実用的に開発されてきた。これらは、気流式殺菌装置と呼ばれ、気流管中を流れる過熱水蒸気に粉粒体食品等を投入し、移送中に瞬間殺菌する連続処理装置である。過熱水蒸気は、熱風に比して熱容量が大きく、殺菌効果が大であるばかりでなく、飽和水蒸気と同じように温度の低い物質に接すると凝縮する性質がある。このため、常温の食品等の粉粒体の水分含有量を適切に保ちながら、変質しないようにして高温で殺菌する場合には、過熱水蒸気殺菌装置は極めて好都合な殺菌装置である。

食品等の粉粒体を、高圧の過熱水蒸気を使用して連続的に殺菌処理する定置洗浄可能な粉粒体殺菌装置については、特許文献４において知られている。定置洗浄（CIP, Cleaning In Place）とは、機器や部品を分解することなく、設備・装置の構成の中に洗浄機能を組み込んで行う洗浄方法である。この粉粒体殺菌装置では、粉粒体と過熱水蒸気を連続的に供給して加熱殺菌処理する殺菌ゾーン、粉粒体を過熱水蒸気から分離する固気分離ゾーン、粉粒体を冷却する冷却ゾーン、及び、粉粒体を製品として回収する製品回収ゾーンの４つの区画からなり、前記殺菌ゾーンと前記固気分離ゾーンとの間には両ゾーンの差圧を調整するためのノズルが設けられている。

この粉粒体殺菌装置では、殺菌ゾーンと固気分離ゾーンとの間に設けられたノズル以降の配管に、被殺菌粉粒体の圧着が生じて閉塞する場合があった。なお、「圧着」という用語を、単に付着しているだけでなく、圧密されて硬い層状に付着成長し、容易に取り除くことができない付着状態を指す用語として、以下使用する。
圧着の原因としては、ノズル以降の配管での過熱水蒸気の急激な断熱膨張により、結露が生じ、ノズルの縮流部（スロート）から拡大接続する部分で、流体が剥離し、配管壁付近でよどみが発生して付着しやすい状態になっていることなどが考えられる。さらに、固気分離ゾーンのサイクロンヘッド入口部にも圧着が生じることがあった。

特公昭６３−５０９８４号公報特開昭５７−１５３６５４号公報特公平５−５３号公報特開２０１１−７８４９３号公報特開２０１２−３０９３０号公報

本発明は、上記問題に鑑み、前記４つの区画からなる粉粒体殺菌装置において、殺菌ゾーンと固気分離ゾーン間に殺菌ゾーンの圧力を保つためのノズルを設置し、ノズル通過後の蒸気の断熱膨張により製品温度を下げて、材料（食品）の香りの低下、変色等の品質低下を防ぐとともに、当該ノズルに縮流直管部を設けることで、直管内で整流後緩やかに断熱膨張させて蒸気の結露を防ぎ、水分による配管への付着を抑制することができる粉粒体殺菌装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、粉粒体と過熱水蒸気を連続的に供給して加熱殺菌処理する殺菌ゾーン、前記粉粒体を過熱水蒸気から分離する固気分離ゾーン、前記粉粒体を冷却する冷却ゾーン、及び、前記粉粒体を製品として回収する製品回収ゾーンの４つの区画からなり、前記殺菌ゾーン入口には前記粉粒体を供給するための高圧ロータリーバルブが設けられており、前記殺菌ゾーンと前記固気分離ゾーンとの間には保圧用ノズルが設けられた粉粒体殺菌装置において、前記保圧用ノズルが、ノズル縮径部、ノズル直管部、及び、ノズル拡径部で構成され、該ノズル直管部において粉粒体が整流されて噴出することを特徴とする粉粒体殺菌装置である。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ノズル直管部の中心軸長さが、９ｍｍから２００ｍｍの範囲であることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記ノズル拡径部がテーパ面で構成され、テーパ面のテーパ角が７°から１５°の範囲であり、前記ノズル拡径部の中心軸長さが、１００ｍｍから４００ｍｍの範囲であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載の発明において、前記固気分離ゾーンには、少なくとも１つのサイクロンが含まれ、前記ノズル拡径部出口と該サイクロン入口までの離間距離が、２００ｍｍから３０００ｍｍの範囲であることを特徴とする。

殺菌ゾーンと固気分離ゾーンとの間に設けられたノズル以降の配管に、被殺菌粉粒体の圧着が発生することなく、殺菌ゾーンでの加熱時間をコントロールし、また、ノズル通過後の蒸気の断熱膨張により製品温度を下げて、製品の熱劣化を防ぐことができる。

本発明の一実施形態の殺菌装置を示す概略説明図である。本発明の一実施形態に使用される高圧ロータリーバルブの一例の正面図である。（ａ）は、図２の高圧ロータリーバルブの側面図であり、（ｂ）は、図２の断面図である。（ａ）は、殺菌ゾーンと固気分離ゾーン間の従来技術のノズル断面図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に使用される保圧用ノズルの正面断面図である。従来技術と本発明の一実施形態との比較実験データである。本発明の一実施形態に使用される保圧用ノズルの説明図である。本発明の一実施形態に使用される低圧ロータリーバルブの断面図である。図７の低圧ロータリーバルブの側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。

本発明の一実施形態の粉粒体殺菌装置においても、特許文献４の従来技術と同様に、粉粒体と過熱水蒸気を連続的に供給して加熱殺菌処理する殺菌ゾーン、粉粒体を過熱水蒸気から分離する固気分離ゾーン、粉粒体を冷却する冷却ゾーン、及び、粉粒体を製品として回収する製品回収ゾーンの４つの区画からなっている。本発明の特徴の１つは、殺菌ゾーンと固気分離ゾーンとの間の保圧用ノズルに、次の観点からの課題と特徴を有する点で、従来技術とは異なっている。

（１）殺菌ゾーンと固気分離ゾーンとの間の保圧用ノズル３０（図１、図４（ｂ））を設置することにより、殺菌ゾーンでの加熱時間を、加熱管２の長さ設定を変更してコントロールし、製品の熱劣化を防ぐことができる。殺菌ゾーンと固気分離ゾーンとの間の保圧用ノズルがない場合には、殺菌ゾーンにサイクロン４が含まれることになって、加熱管２よりもサイクロン４での滞留時間が長くなり、しかも、サイクロンは滞留時間をコントロールすることは困難であることから、殺菌ゾーンでの加熱時間をコントロールすることができない。さらに、保圧用ノズル３０以降では、断熱膨張によりガス（蒸気）の温度が低下するのに伴い被殺菌粉粒体の温度も低下する効果が得られる。したがって、保圧用ノズルの設置より、殺菌ゾーンおよび固気分離ゾーンでの過剰な温度上昇を避けることができ、被殺菌粉粒体（食品など）の香りの低下、変色等の品質低下を招くことがない。このような特徴は、これまでの試行研究の過程で分かってきたことであって特許文献４の出願時には想定し得ない効果である。

（２）殺菌ゾーンと固気分離ゾーンとの間の保圧用ノズル３０に工夫を施すことにより、殺菌ゾーンと固気分離ゾーンとの間に設けられたノズル以降の配管に、被殺菌粉粒体の圧着が生じないようにした。ノズル以降の配管での過熱水蒸気の断熱膨張により、全体としては結露が生じない条件（状態）であるにも関わらず、局所的に結露が生じ、配管壁付近でよどみが発生して付着しやすい状態になっていることから、本実施形態では、これを解決すべく、保圧用ノズルに縮流直管部を設け、直管内で整流後緩やかに断熱膨張させて蒸気の局所的結露を防ぎ、水分による配管への付着を抑制するようにした。

これに対して、保圧用ノズルを設置せずに固気分離ゾーンのサイクロン排気部で流路を絞り、殺菌ゾーンの圧を保持する場合が考えられる。この場合には、当然サイクロンにも高圧がかかることになる。この方式では、固気分離ゾーンまで過熱水蒸気の状態変化（断熱膨張による温度降下及び比体積の増加）がほぼなく、結露による被殺菌粉粒体の圧着が起こりにくい。しかしながら、既に述べたように、やはりサイクロンでの滞留時間が大幅に長くなり、被殺菌粉粒体（食品など）の品質低下を招くことになり不都合である。

また、サイクロンまで高圧をかけた場合、蒸気の比体積が小さいために、高圧をかけない場合に比べ、被殺菌粉粒体に伴って排出される蒸気重量が多くなる。このため、冷却ゾーンでの結露しやすい状態となる。結露を防ぐためには、冷却ゾーンの上流でもう一度固気分離し、随伴蒸気量を減らす必要があり、固気分離ゾーンに複数段のサイクロンの設置が不可欠になってしまう。これに対して、本実施形態の保圧用ノズル３０を用いれば、固気分離ゾーンに少なくとも１段サイクロンを設置すれば良い。

以下、本発明の一実施形態について詳しく説明する。図１は、本発明の一実施形態の殺菌装置を示す概略説明図である。原料としての粉粒体は、ホッパーから供給装置を経て、原料投入用のシュートを有する投入装置１から、高圧ロータリーバルブ１００（詳細は後述する）のポケットに投入され、第１ライン１１を経て、電気ヒータにより加熱する加熱管２に移送される。なお、この加熱は電気ヒータに限るものではなく、二重管で高温流体により加熱しても良い。

過熱水蒸気導入ライン２０は、例えば、ボイラで発生した飽和水蒸気を、スーパーヒータ（図示せず）で一定の圧力の下で過熱して、過熱水蒸気を供給するラインである。過熱水蒸気導入ライン２０は、高圧ロータリーバルブ１００の原料出口付近において、ライン２１で連通し、さらに、第１ライン１１とライン２２で連通している。第１ライン１１は気流管を構成し、加熱管２を通過して第２ライン１２に接続する。この間に、気流管中を流れる過熱水蒸気に粉粒体が投入されて移送中に殺菌がなされることになる。

過熱水蒸気導入ライン２０の過熱水蒸気の状態の一例としては、スーパーヒータの出口で、圧力は０．１〜１．０ＭＰａ程度で、好ましくは、０．２〜０．３ＭＰａである。温度は、１５０〜３００℃程度で、好ましくは１７０〜２２０℃である。
殺菌ゾーンの入口は、粉粒体を供給するための高圧ロータリーバルブ１００が設けられており、第２ライン１２の終端に、殺菌ゾーンの圧力を高圧に保ち、後工程に結露による被殺菌粉粒体の圧着を生じないようにする圧力制御手段としての保圧用ノズル３０（詳細は後述する）が設けられている。そして、保圧用ノズル３０の手前までが殺菌ゾーンである。

保圧用ノズル３０を通過した原料（粉粒体）は、第３ライン１３に移送され、固気分離ゾーンに入る。固気分離ゾーンでは、殺菌済みの原料を製品として回収するため、過熱水蒸気から分離する。第３ライン１３はサイクロン（第１サイクロン）４に連結し、出口には低圧ロータリーバルブ２００が設けられている。低圧ロータリーバルブ２００の送出口にはエジェクタ５が設けられていて、過熱水蒸気の凝縮を防止するため、ブロアから熱風がライン５０により送り込まれている。ライン５０にはフィルターがもうけられて、汚染防止が配慮されていなければならない。サイクロン４は、主に原料を過熱水蒸気から分離する機能を有している。

次に、第４ライン１４を通過した原料は、第５ライン１５の冷却ゾーンを通過し、製品回収ゾーンに移送される。なお、より分離度を上げるために、固気分離ゾーンにおいて、必要に応じて第２サイクロン及びエジェクタを通過するようにしても良い。また、冷却ゾーンである第５ライン１５は、二重管により冷却水で冷却する。なお、冷却は、二重管による場合以外の任意の方法で行うことも可能であり、二重管を省略しても良い。第５ライン１５出口で製品回収ゾーンに移送された後、サイクロン８、バルブ９を経て、製品として回収される。

ライン２１は、定置洗浄用蒸気が投入される（後述するように、殺菌移送用の過熱水蒸気の投入もなされる）。ライン６０は、投入装置１のシュートに投入される洗浄ラインである。
以上の殺菌ラインは、実施形態としての一例であって、対象とする原料に応じて、様々な変形がなされる。加熱管２を省略したり、固気分離ゾーンにおけるサイクロンの段数は、１段で実施可能であるが、１段のみならず２段以上の複数段であっても良い。洗浄用に流す流体としては、洗浄部位、ゾーンの対象に応じて、過熱水蒸気、高圧水蒸気、高圧空気、高温熱水、市水、それらの混合気、混合相を適宜用いればよい。付着性の原料の場合、蒸気と、酸又はアルカリの薬剤を水に添加して洗浄するとよい。洗浄には、装置の殺菌が含まれる。

次に、粉粒体殺菌装置において、高圧ロータリーバルブ１００、保圧用ノズル３０、低圧ロータリーバルブ２００について説明するが、高圧ロータリーバルブ１００、低圧ロータリーバルブ２００についてはこれに限定されるものではない。

（高圧ロータリーバルブ）
図２は、本発明の一実施形態に使用される高圧ロータリーバルブの正面図である。図３（ａ）は、図２の高圧ロータリーバルブの側面図であり、（ｂ）は、図２の断面図である。図２のロータ１０６の線Ａ−Ａの左側断面図は、図３（ｂ）の線Ｂ−Ｂに関する断面図である。高圧のロータリーバルブ１００について、以下に説明する。これに限定されることなく、特許文献５、特開昭５２−６２８５８号公報、特開平１０−２１１１０３号公報などに示されるような高圧ロータリーバルブであっても良い。

高圧ロータリーバルブ１００は、原料入口１０２と原料出口１０３を有する本体と、２つの側壁１０４とから構成された高圧バルブケーシング１０１、該高圧バルブケーシング１０１内に収納されて回転自在に片持ち軸支された、ロータブレード１０７で仕切られた複数のポケット１３０を有するロータ１０６、及び、前記高圧バルブケーシング１０１の内周面と前記ロータブレード間のシール機構１４０、１２１、１０８を具備し、前記複数のポケット１３０は、それぞれ、前記ロータブレード１０７、２つのサイドウォール１１３（サイドウォール１１３にはサイドシール板１１４、１１０が取り付けられている）、及び、ポケット底面により形成され、一方の側壁１０４に接する側のサイドウォール１１３（含むサイドシール板１１０）には、それぞれ、前記ポケット底面に接した位置に開口１１２が設けられており、前記複数のポケット１３０の全てにおいて、前記原料出口１０３に前記ポケット１３０の１つが連通する期間に、前記一方の側壁に設けられた高圧蒸気口１０５と、前記ポケット１３０の１つに設けられた前記開口１１２とが連通するように構成されたものである。さらに、上記高圧ロータリーバルブ１００において、前記一方の側壁１０４がロータ１０６の軸方向に移動調整可能となっていても良い。

原料としての粉粒体は、投入装置１から原料入口１０２に投入されて、ロータ１０６のポケット１３０に収納される。ポケット１３０は、ロータシャフト１５０を中心に回転して、原料は原料出口１０３において下方に排出され、第１ライン１１に移送される。
高圧バルブケーシング１０１には、上方に原料入口１０２、下方に原料出口１０３、側方に残圧抜き口１６０（図３参照）が設けられている。ロータブレード１０７によりポケット１３０は仕切られており、一方の側壁１０４に接する側のサイドウォール１１３、サイドシール板１１０には、それぞれ、ポケット底面に接した位置に開口１１２が設けられている。

図２の原料出口１０３付近のロータ下部を示す図は、図３（ｂ）の線Ｂ−Ｂの断面が表示されているので、ややわかりにくい図となっているが、１つのポケット１３０が原料出口１０３に来ると、側壁１０４に設けられた高圧蒸気口１０５と、サイドウォール１１３、サイドシール板１１０を貫通する開口１１２とが、側壁１０４に設けられた連通路１１１を介して連通するようになっている。開口１１２はポケット底面に接した位置に設けられているので、ポケット内面をくまなく洗浄することができる。開口１１２の反対側のサイドウォール１１３は傾斜しており、原料出口に向けて高圧蒸気が噴射されるようになっている。ロータが回転するにつれ、各ポケット１３０が洗浄されてゆく。この際に、上方の原料入口１０２から水を流せば洗浄上さらに良い。なお、高圧蒸気口１０５の設置位置は、特許文献５のように、高圧バルブケーシング１０１の本体において、原料出口１０３の前方に設置しても良い。

側壁１０４に設けられた高圧蒸気口１０５は、洗浄のためばかりでなく、ポケット内に入った付着性の材料や軽量なふわふわした材料の場合などには、高圧蒸気を、通常運転中に開口１１２からポケット底面に向けて噴射すると、原料が良く排出されて原料移送上有利である。従来のポケットは底が極めて浅く、これに対して、本発明に使用される高圧ロータリーバルブでは、開口１１２から高圧蒸気を噴射することから、ポケットの深さを深くしても原料排出上の問題が発生しなくなっている。これにより、ポケットの容積効率を上昇させ、移送効率を高くすることができる。したがって、ロータを低速回転とすることが可能となり、シール材の摩耗を低減でき、シール材の交換周期をのばすことができる。

高圧ロータリーバルブにおける、高圧バルブケーシング１０１の内周面とロータブレード１０７間のシール機構について説明する。これは、基本的には特開昭５２−６２８５８号公報と同じものであるが、片持ち支持にした点とサイドシール板が磨耗しても調整できるようにした点で大きく異なっている。ロータ１０６の軸心部は中空になっており、そこに円錐面を有し端部にねじ１４１が切られ、図２上の右端面には正方形の穴が形成されたテーパ体１４０が挿入されている。図２の右側の側壁１０４の中心は孔が存在して、そこから正方形の端面を有する調整シャフトで、テーパ体１４０をロータ軸方向に移動可能とすることができる。調整が終了すればメクラキャップで常時は閉じられている。

ロータシャフト１５０は、図２での右端部にフランジ部１４２が設けられており、ロータ１０６と一体に回転することができるようになっている。左側の側壁１０４にはロータシャフト１５０との間をシールするように、グランドパッキン１１６、パッキン押さえ１１７が設けられている。

図２上で左方向に、テーパ体１４０がねじ１４１で移動すれば、ロータブレード１０７に貫通して設けられたピン１２１が、パッキン１０８を高圧バルブケーシング１０１の内周面にせり出して押圧してシールを行うようになっている。
ロータ１０６は、図２に示されるように、軸受け１１８、１１９により片持ち支持されている。ロータシャフト１５０の左側端部１４３は伝動装置に連結できるようになっている。チェーン伝動の場合にはスプロケット、歯車伝動の場合にはギアーがキー結合している。このようにロータ１０６を片持ちで支持しているので、右側の側壁には、高圧蒸気口１０５や、調整シャフトでテーパ体１４０をロータ軸方向に移動可能するための孔を設けることができる。

さらに、サイドシール板１１４、１１０が磨耗した場合には、右側の側壁１０４をねじ１２０で締め付け調整することで、磨耗に対応してシールを適切に保つことができる。サイドシール板１１４、１１０は円盤状にしても良い。すなわち、高圧ロータリーバルブ１００において、ロータ１０６に取り付けられたサイドシール板が磨耗により厚みが減少したときに、高圧バルブケーシング１０１の一方のサイドの側壁をロータ軸方向に閉めることできるようにすると良い。このように、ロータ１０６に取り付けられたサイドシール板と側壁の間隙を限りなくゼロとすることにより、高圧蒸気のリークを防止し、シール性能を上げることができる。
サイドシール板は、グラス入りテフロン（登録商標）、ＰＥＥＫ、セラミック、金属などを用いることができる。なお、側壁１０４に設けた連通路１１１の代わりに、サイドシール板１１０にＬ字形状の連通路１１１を設けて、高圧蒸気口１０５と開口１１２とを連通させても良い。

（保圧用ノズル）
次に、本発明の特徴の１つである保圧用ノズル３０について説明する。
図４（ａ）は、殺菌ゾーンと固気分離ゾーン間の従来技術のノズルであり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に使用される保圧用ノズルの正面図である。図５は、従来技術（図４（ａ）の場合）と本実施形態との比較実験データである。図６は、本発明の一実施形態に使用される保圧用ノズルの作動説明図である。

図４（ａ）のノズルでは、ノズルスロート部の長さが短い。一方、本実施形態の保圧用ノズル３０のノズルスロート部は、細長いノズル直管部３０−２となっている。本実施形態の保圧用ノズル３０は、図４（ｂ）に示すように、ノズル縮径テーパ部３０−１、ノズル直管部３０−２、ノズル拡径テーパ部３０−３で構成されている。ノズル縮径テーパ部３０−１、ノズル拡径テーパ部３０−３は必ずしもテーパ面で構成されていなくても良く、ノズル縮径部、ノズル拡径部としてテーパ面に近似する曲面であっても良い。３２Ａ〜５０Ａ（ＪＩＳ呼称）程度の配管の場合を例示とすれば、ノズル直管部３０−２の長さＬ２は、好ましくは、２０〜２００ｍｍ程度は必要となる。図５に示すように、下限サイドは、９ｍｍ程度からでも本発明の効果は認められる。上限サイドは、長くなると被殺菌粉粒体による閉塞の可能性が高まるとともに、装置レイアウト上の問題生じる。さらに、同一蒸気流量の場合、殺菌ゾーンの圧力が高くなりすぎるという問題がある。これらの数値は、３２Ａ〜５０Ａ（ＪＩＳ呼称）程度の配管以外の場合には、ノズル直管部の径や配管径に比例して増減させると良い。ノズル拡径テーパ部３０−３のテーパ角αは、７〜１５°程度にすると圧着が減少する。テーパ角αが７°より小さくなると、テーパ部長さが長くなりすぎて、装置レイアウト及びノズル製作上の問題が生じる。テーパ角αが１５°より大きくなると、テーパ部での流体の剥離とこれに伴うよどみにより、圧着が生じやすい状態となる。

ノズル拡径テーパ部３０−３の長さＬ３は、凡そ１００〜４００ｍｍ程度にすると良い。ノズル拡径部テーパ長さは、ノズル直管部の径と配管径に応じて決まり、配管径３２Ａのとき、テーパ角が７〜１５°であれば、長さが凡そ１４０〜３００ｍｍとなる。ノズル縮径テーパ部３０−１については、粉粒体の直管部への流入が阻害されないように滑らかに縮径する形状になっていれば、長さについては適宜設定されれば良い。そして、ノズル直管部３０−２を設けたことにより、殺菌ゾーンと固気分離ゾーンとの間に設けられたノズル以降の配管に、被殺菌粉粒体の圧着が生じないことが、図５に示す実験によっても確認されている。

ノズル直管部３０−２の作用効果は、次のように原理的にも確認することができる。すなわち、ノズル直管部３０−２を設けることで、直管内から緩やかに断熱膨張させることが可能となり、蒸気の結露を防ぎ水分による配管への付着を抑制するとともに、ノズル直管部で流体（蒸気）及び粉粒体が整流され、絞られた流れで、ノズル直管部から吹出し、配管壁との衝突が起きにくい状態となる。これに対して、この直管部が短いと粉粒体の一部が乱れた状態で噴出し、壁面に衝突し、圧着が発生すると考えられる。

この現象を、図６を用いて模式的に示すと、直管部分が短い場合には、粒子は慣性のために、すぐには、まっすぐな流れになりにくい。一方蒸気の膨張で流速は、入口よりかなり（数倍程度）速くなっており、衝突により圧着しやすい。これに対して、ノズル直管部３０−２が長い場合、直管部で流体（蒸気）及び粉粒体が整流され、粒子の動きは比較的安定した直進流れとなって噴出し、配管壁との衝突が起きにくいものと考えられる。
以上述べたように、本実施形態では、保圧用ノズル３０にノズル直管部３０−２を設け、保圧用ノズル３０で緩やかに断熱膨張させるので、蒸気の結露を防ぎ、水分による配管への付着を抑制することができる。

本発明の保圧用ノズル３０を使用した場合は、特に保圧用ノズルとサイクロン間の距離が余りにも近いと、サイクロンヘッド部（入口部）に圧着が発生することがある。保圧用ノズル３０とサイクロン４の距離が近いと、ノズル直管部３０−２の直径からあまり広がらずに直進し、サイクロンヘッド部の内壁に衝突するためと推察することができる。このため、保圧用ノズル３０とサイクロン４の入口（サイクロンヘッド入口フランジ端面位置）までの離間距離をある一定距離離すことで、サイクロンヘッドへの圧着を回避することが可能となる。この一定以上の距離とは、少なくとも２００ｍｍ以上であることが好ましい。２００ｍｍより短い場合、被殺菌粉粒体は慣性により直進し、サイクロンヘッド部（入口）に衝突しやすくなる。この離間距離は、２００〜１０００ｍｍ程度必要であるが、上限は、輸送できる距離や装置レイアウトにより制限され、通常は３０００ｍｍ以内となる。

本実施形態の保圧用ノズル３０の場合に、定置洗浄できるようにするためには、保圧用ノズル３０にバイパス回路を設置すると良い。このようにすれば、保圧用ノズル３０による絞り流路と、洗浄用の開放流路とを開閉バルブを用いて切り替え可能にすることができる。また、上述した保圧用ノズル３０については、粉粒体装置用のノズルとして単体としても発明を構成するものである。すなわち、保圧用ノズルが、ノズル縮径部、ノズル直管部、及び、ノズル拡径部の順に構成され、該ノズル直管部において粉粒体が整流されて噴出することを特徴とする、粉粒体装置用保圧用ノズルとして、発明を構成し、本実施形態と同様な効果を得ることができる。

（低圧ロータリーバルブ）
図７は、本発明の一実施形態に使用される低圧ロータリーバルブの断面図である。図８は、低圧ロータリーバルブの側面図である。なお、図７は、図８の線Ｃ−Ｃに関する断面図である。なお、低圧ロータリーバルブ２００の代わりにダブルダンパーを使用しても良い。ダブルダンパーとは、配管入口と出口にバタフライバルブを設け、交互に開閉することで、上流の密閉を保つようにした構成である。
低圧ロータリーバルブ２００は、送入口２０２と送出口２０３を有する本体、側壁２０５、及び、スライドカバー２０６とから構成された低圧バルブケーシング２０１、並びに、該低圧バルブケーシング２０１内に収納されて回転自在に軸支された、複数のポケットを有するロータ２１０を具備し、前記スライドカバー２０６は、前記低圧バルブケーシング２０１の内周面を前記ロータの軸方向にスライド可能であって、前記スライドカバー２０６が前記ロータから軸方向に離間することにより、洗浄時に限ってバイパス流路２４０が形成される構造を有するものである。これにより、送入口２０２に連通するポケット、図７に示したバイパス流路２４０、及び、送出口２０３に連通するポケットが、連続した流路を形成する（図７において、紙面を平面としてみて、その平面に対して上下方向の各ポケットの左側サイドが、バイパス流路２４０に連通する）。
この低圧ロータリーバルブ２００において、低圧バルブケーシング２０１の内周面とスライドカバー２０６との間にはシールが設けられている。

低圧ロータリーバルブ２００の送入口２０２は、サイクロン（第１サイクロン）４の出口に連結しており、送出口２０３は第４ライン１４、又は、第５ライン１５に連結している。低圧バルブケーシング２０１は、送入口２０２と送出口２０３を有する本体、側壁２０５、及び、スライドカバー２０６とから構成されている。ロータ２１０は、低圧バルブケーシング２０１に収納されて回転自在に軸支されて、電動モータに駆動される減速機の駆動軸２３１により駆動される。低圧バルブケーシング２０１にモータを直結して、モータ直結型とすると小型化が図れる。ロータ２１０には、複数のロータブレード２１１が装着されている。各ポケットには、サイドウォールは設けられていない。

ロータ２１０の図７上の左端部にはブッシュ２１２が嵌め込まれており、スライドカバー２０６にねじ込まれた軸２０７を支持している。スライドカバー２０６は、低圧ロータリーバルブを特徴付ける構成であり、低圧バルブケーシング２０１の内周面を、ロータ２１０の軸方向にスライド可能であって、スライドカバー２０６がロータ２１０から軸方向に離間することにより、洗浄時に限ってバイパス流路２４０が形成される。低圧バルブケーシング２０１の内周面とスライドカバー２０６との間にはＯリングなどでシールされていなければならない。

本実施形態では、スライドカバー２０６がロータ２１０から軸方向に離間することにより、洗浄時に限ってバイパス流路２４０を形成したが、これに限るものではない。バイパス流路のその他の実施形態としては、一部のロータブレードが、ロータに対して周方向に回転して、ロータに固定された残りのロータブレードとの間に位相差を生じさせて、周方向にジグザクのバイパス通路を形成させても良い。その他様々な実施形態が考えられる。
また、固気分離ゾーンにおけるサイクロンの段数は、１段で実施可能であるが、２段であっても良く、特許文献４と同様に第１サイクロン４及びエジェクタ５の下流に、第２サイクロンおよびエジェクタを固気分離ゾーン内の第４ライン１４に設置しても良い。

低圧バルブケーシング２０１の図７上の左端部には、ハンドル固定ステー２２０が固定されている。ハンドル２１４を回転させると、スライドカバー２０６を移動させることができる。２１７は無給油ワッシャ、２１５は、スライドカバー２０６を位置決め固定するための締め付け体である。ガイド２１１は、ガイド板２１９を固定したスライドカバー２０６が、回転せずにスライドできるようにするガイドである。スライドカバー２０６はねじの代わりに流体圧シリンダで移動させても良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、原料と高圧の過熱水蒸気を殺菌ゾーンに連続的に供給し、ここで加熱殺菌処理し、殺菌処理後の製品を固気分離ゾーンにて過熱水蒸気から分離し、冷却したのち、製品を回収する。そして、殺菌ゾーンと固気分離ゾーンとの間に設けられたノズル以降の配管に、被殺菌粉粒体の圧着が発生することなく、殺菌ゾーンでの加熱時間をコントロールし、また、ノズル通過後の蒸気の断熱膨張により製品温度を下げて、製品の熱劣化を防ぐことができる。

また、本実施形態においても従来技術と同様に、殺菌ゾーン、固気分離ゾーン、冷却ゾーン、製品回収ゾーンにおいて、すべてのゾーン又は一部のゾーンで定置洗浄（CIP: Cleaning in Place）を行うことができる。すなわち、洗浄時に殺菌ゾーンに水と飽和水蒸気などを連続的に供給することで、殺菌ゾーンから製品回収ゾーンを洗浄することができる。付着性の原料の場合には、蒸気と、酸又はアルカリの薬剤を水に添加して洗浄するとよく、これらを循環させるためのラインを全体又は一部に設けてもよい。サイクロンの洗浄においても、本発明の一実施形態の洗浄方法は有効である。サイクロンの排出部に接続した低圧ロータリーバルブを停止すると、上流には水蒸気と温水の混合体が溜まり、サイクロンを洗浄することができる。スライドカバーを移動して、バイパス流路を開放させてドレインに排出した後、再度蒸気や市水などで一気に洗浄することができる。

本発明の一実施形態の洗浄、装置殺菌の手順の一例としては、次のような手順で行うと良い。（１）スーパーヒータをＯＦＦにして、飽和水蒸気とする。（２）ライン５０のブロワーをＯＦＦにする。（３）ライン６０の洗浄水を投入する。（４）適当な洗浄時間が経過後、保圧用ノズル３０をバイパス回路に切替える。（５）低圧ロータリーバルブ２００のバイパス流路を開ける。（６）さらに、適当な洗浄時間が経過後、サイクロン４の低圧ロータリーバルブ２００の回転を止めバイパス流路を閉じ、サイクロン付随の配管（固気分離時に気体が排気される配管等）を洗浄する。（７）保圧用ノズル３０に切り替え、サイクロン４の低圧ロータリーバルブのバイパス流路を再度開ける。（８）すべての低圧ロータリーバルブのバイパス流路が開いている状態で、ロータを回転させ、洗浄水を止めた上で飽和水蒸気により装置の殺菌を行う。（９）適当な殺菌時間が経過後、保圧用ノズル３０をバイパス回路に切り替え、さらに、飽和水蒸気により装置の殺菌を行う。（１０）適当な殺菌時間経過後、飽和水蒸気を止め、ライン５０のブロアを稼働させ、装置の乾燥を行う。装置部品の耐熱・耐圧性に問題がない場合には、装置殺菌時に過熱水蒸気を用いることができる。

本発明は、例示を目的として選択された特定の実施態様を参照して記述されているが、当業者にとっては本発明の基礎概念とその開示範囲から逸脱せずに、数多くのモディフィケーションがなしうることが明らかであろう。

１投入装置
２加熱管
４サイクロン
５エジェクタ
８サイクロン
９ロータリーバルブ
１１〜１５第１〜５ライン
３０保圧用ノズル
２０過熱水蒸気導入ライン
１００高圧ロータリーバルブ
２００低圧ロータリーバルブ

Claims

粉粒体と過熱水蒸気を連続的に供給して加熱殺菌処理する殺菌ゾーン、前記粉粒体を過熱水蒸気から分離する固気分離ゾーン、前記粉粒体を冷却する冷却ゾーン、及び、前記粉粒体を製品として回収する製品回収ゾーンの４つの区画からなり、前記殺菌ゾーン入口には前記粉粒体を供給するための高圧ロータリーバルブが設けられており、前記殺菌ゾーンと前記固気分離ゾーンとの間には保圧用ノズルが設けられた粉粒体殺菌装置において、
前記保圧用ノズルが、ノズル縮径部、ノズル直管部、及び、ノズル拡径部で構成され、該ノズル直管部において粉粒体が整流されて噴出することを特徴とする粉粒体殺菌装置。
前記ノズル直管部の中心軸長さが、９ｍｍから２００ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の粉粒体殺菌装置。
前記ノズル拡径部がテーパ面で構成され、テーパ面のテーパ角が７°から１５°の範囲であり、前記ノズル拡径部の中心軸長さが、１００ｍｍから４００ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉粒体殺菌装置。
前記固気分離ゾーンには、少なくとも１つのサイクロンが含まれ、前記ノズル拡径部出口と該サイクロン入口までの離間距離が、２００ｍｍから３０００ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の粉粒体殺菌装置。