JP2015050962A - 加熱殺菌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が単純で大型化することがなく、内容物内の成分が管内や管のジョイント部に付着しにくく、かつ、充填ラインの高速化を阻害することのない加熱殺菌装置を提供すること。【解決手段】加熱機構１１０が、非導電性の加熱管１１１と、加熱管１１１の内面に露出しない電極１１２と、加熱管１１１内を通過する内容物を誘電加熱する高周波電流を前記電極に供給する電源部１１３とを有すること。【選択図】図１

Description

本願発明は、液体等の流動性の内容物の加熱殺菌、特に、金属缶、プラスチック製カップ、トレー状容器、ＰＥＴボトル、ボトル缶或いはガラス瓶などの各種容器に飲料などの内容物を充填する際に、内容物を送液しながら殺菌するのに好適な加熱殺菌装置に関する。

一般に、各種容器入り飲料（缶詰飲料、ＰＥＴボトル詰め飲料、瓶詰め飲料など）等に密封された内容物は、所定の細菌数以下まで殺菌された状態であることが求められる。
例えば、ｐＨ４.６以上の低酸性飲料の場合は１２０℃、４分間、または同等以上に、ｐＨ４．０〜４.６の酸性飲料の場合は８５℃、３０分間、または同等以上に、ｐＨ４．０未満の酸性飲料の場合は６５℃、１０分間、または同等以上にそれぞれ加熱殺菌することが必要とされている。
これらの、各種容器入り飲料は大量に消費される製品であることから充填工程の高速化が追及されており、必要とされる加熱殺菌がなされた飲料を高速に充填するため、充填ラインの送液経路中に、容器に充填する内容物を送液しながら加熱殺菌する装置を設けたものが公知である。

充填ラインの送液経路中に設けることが可能で、飲料等の内容物を送液しながら加熱殺菌する装置として、高温の水蒸気等の雰囲気中に内容物を送液する管を配置し、熱交換によって内容物を送液しながら加熱する加熱機構を備えたものが公知である（特許文献１、２等参照。）。
また、内容物を送液する管の外周にコイルを、管の内部に導体の発熱体を配置し、コイルに交流電流を通電することで発熱体を誘導電流によって発熱させ、発熱体との熱交換によって内容物を送液しながら加熱する加熱機構を備えたものが公知である（特許文献３等参照。）。
また、内容物を送液する管内に電極を配置し、電極から直接内容物に通電して内容物自体にジュール熱を発生させ、内容物を送液しながら加熱する加熱機構を備えたものが公知である（特許文献４、５、６等参照。）。

特開平１１−２６２３８０号公報 特開平１１−２７６１３３号公報 特開平９−７５９４８号公報 特開２００１−１２０２４１号公報 特開２００４−１７４０２４号公報 特開２００８−２８８０９５号公報

前記特許文献１、２、３等で公知の加熱殺菌装置は、内容物と管の内面、あるいは、発熱体との熱交換によって内容物を加熱するものであるため、加熱能力は、内容物と管の内面、あるいは、発熱体との単位体積あたりの接触面積や接触時間に依存する。
そのため、高速の充填ラインに適用する場合、内容物の流量は大きくなるため、熱交換により所定の温度まで充分に加熱するためには、流路を細くしたり流路を長くして、内容物と管の内面、あるいは、発熱体との単位体積あたりの接触面積や接触時間を充分に確保する必要があった。

しかしながら、流路を細くしたり流路を長くすることで構造が複雑化したり、加熱殺菌装置全体が大型化してしまうという問題があった。
また、流路を細くしたり流路を長くすることで、内容物内の成分が管内や管のジョイント部に付着しやすくなり、汚れの付着や匂いの残存等が発生しやすくなる。
特に、内容物の中に固形物が存在したり、粘性の高い内容物の場合には、この問題が顕著となる。
これらの付着した成分により、内容物が汚損されたり劣化する虞があるため、これらを除去するために送液を停止して管内や管のジョイント部を洗浄する必要があるが、停止時間を長くすると充填ラインの高速化の妨げとなる。

そのため、複数の加熱殺菌の流路を準備して充填ラインの停止状態を少なくする等の対策が必要となり、さらに充填ライン全体が複雑化、大型化するという問題があった。
また、管の内面、あるいは、発熱体の温度を高くすることにより、加熱能力を高めることも考えられるが、このことによっても内容物内の成分が管内や管のジョイント部に付着しやすくなり、汚れや匂いが残存しやすくなるとともに、内容物の成分に悪影響を及ぼす可能性もあるという問題があった。

前記特許文献４、５、６等で公知の加熱殺菌装置は、内容物を送液する管内に電極を配置するものであるため、管の構造が複雑となるとともに、直接内容物に電圧を印加して通電することでジュール熱が発生すると同時に、内容物の成分によっては電解反応が生じ内容物の成分に悪影響を及ぼす可能性もあるという問題があった。
また、内容物自体のジュール熱の発生が均一とならず、局部的に高温となり内容物の成分に悪影響を及ぼす可能性もあるという問題があった。

本発明は、前記したような、容器に充填する内容物を送液しながら加熱する加熱機構を備えた公知の加熱殺菌装置における問題点を解決するものであり、構造が単純で大型化することがなく、内容物内の成分が管内や管のジョイント部に付着しにくく、かつ、充填ラインの高速化を阻害することのない加熱殺菌装置を提供することを目的とするものである。

本請求項１に係る発明は、容器に充填する内容物を送液しながら加熱する加熱機構を備えた加熱殺菌装置であって、前記加熱機構が、非導電性の加熱管と、該加熱管の内面に露出しない電極と、前記加熱管内を通過する内容物を誘電加熱する高周波電流を前記電極に供給する電源部とを有することにより、前記課題を解決するものである。

本請求項２に係る発明は、請求項１に係る加熱殺菌装置の構成に加え、前記電極に供給される高周波電流の周波数が、１０〜１００ＭＨｚであることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る加熱殺菌装置の構成に加え、前記加熱管が、樹脂材料で形成されていることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項４に係る発明は、請求項３に係る加熱殺菌装置の構成に加え、前記樹脂材料が、ポリテトラフルオロエチレン、または、テトラフルオロエチレンと他のモノマーの共重合体であることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに係る加熱殺菌装置の構成に加え、前記電極が、前記加熱管の外周側に配置されていることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項６に係る発明は、請求項５に係る加熱殺菌装置の構成に加え、前記電極が、開閉可能にヒンジ結合され前記加熱管に着脱可能な電極支持体に保持されていることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに係る加熱殺菌装置の構成に加え、前記加熱管が、前記加熱機構の上流側および下流側の送液管とは分離可能に構成されていることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項８に係る発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに係る加熱殺菌装置の構成に加え、前記加熱管が、内面に通過する内容物を撹拌する突出部を有することにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に係る加熱殺菌装置によれば、加熱機構が、非導電性の加熱管と、該加熱管の内面に露出しない電極と、加熱管内を通過する内容物を誘電加熱する高周波電流を前記電極に供給する電源部とを有することにより、内容物が、管の内面や発熱体との熱交換によらずに直接誘電加熱されるため、流路を細くしたり流路を長くすることなく、充分な加熱能力を担保することが可能となり、装置全体の構造を単純で小型化することができる。
また、電極が加熱管の内面に露出せず、内容物に直接電圧を印加することがないため、加熱管の構造を単純化できるとともに、電解反応が生じることなく内容物の成分に悪影響を及ぼすこともない。
また、加熱管の内部やジョイント部に付着した成分を除去する際も、構造が単純で容易に除去することができるため、充填ラインの停止時間を短くすることが可能となる。
さらに、内容物が直接誘電加熱されるため、局所的に高温にならず均一に加熱することができ、内容物の成分に悪影響を及ぼすことがない。

本請求項２に記載の構成によれば、電極に供給される高周波電流の周波数が１０〜１００ＭＨｚであることにより、電極間以外に放射される電磁波が少なくなり、加熱管内の内容物を効率よく、かつ、より均一に誘電加熱することができる。
本請求項３に記載の構成によれば、加熱管が樹脂材料で形成されていることにより、加熱管を安価で単純なものとすることできる。
本請求項４に記載の構成によれば、樹脂材料が、ポリテトラフルオロエチレン、または、テトラフルオロエチレンと他のモノマーの共重合体であることにより、加熱管の内面と内容物との流動抵抗が極めて小さくなり、加熱管の内部への内容物の成分の付着を少なくすることができる。

本請求項５に記載の構成によれば、電極が加熱管の外周側に配置されていることにより、電極と加熱管を別体に構成することができ、加熱管をさらに安価で単純なものとすることできる。
本請求項６に記載の構成によれば、電極が、開閉可能にヒンジ結合され加熱管に着脱可能な電極支持体に保持されていることにより、加熱管と電極とを容易に分離、結合可能となり、メンテナンス性が向上し、メンテナンス時の充填ラインの停止時間を短くすることができる。
本請求項７に記載の構成によれば、加熱管が、加熱機構の上流側および下流側の送液管とは分離可能に構成されていることにより、メンテナンス性がさらに向上し、メンテナンス時の充填ラインの停止時間を短くすることが可能となる。
また、加熱管の内部や管のジョイント部に付着した成分を除去する際に、加熱管ごと交換することが可能となり、装置上で洗浄等を行う必要がなく、さらに充填ラインの停止時間を短くすることができる。
本請求項８に記載の構成によれば、加熱管が、内面に通過する内容物を撹拌する突出部を有することにより、内容物をより均一に加熱することができる。

本発明の加熱殺菌装置の概略説明図。 本発明の一実施形態にかかる加熱殺菌装置の加熱機構の概略断面図。 本発明の他の実施形態にかかる加熱殺菌装置の加熱機構の概略断面図。

本発明の加熱殺菌装置は、容器に充填する内容物を送液しながら加熱する加熱機構を備えた加熱殺菌装置であって、加熱機構が、非導電性の加熱管と、該加熱管の内面に露出しない電極と、加熱管内を通過する内容物を誘電加熱する高周波電流を前記電極に供給する電源部とを有するものである。

本発明の加熱殺菌装置１００の基本的な実施形態の概略を、図１に基づいて説明する。
加熱殺菌装置１００は、容器に充填する内容物を加熱する加熱機構１１０、加熱機構１１０で加熱された内容物の温度を維持するホールド機構１２０、内容物の温度を所定の温度まで下げる冷却機構１３０とを有しており、加熱機構１１０、ホールド機構１２０、冷却機構１３０の順に連続的に内容物を送液しながら加熱殺菌するように構成されている。
加熱機構１１０は、内容物を送液する非導電性の加熱管１１１と、加熱管１１１の内面に露出しない電極１１２と、加熱管１１１内を通過する内容物を誘電加熱する高周波電流を電極１１２に供給する電源部１１３とを有している。

ホールド機構１２０は、加熱機構１１０で加熱された内容物を送液するホールド送液管１２１と、ホールド送液管１２１の外周に設けられ内容物の温度を維持する断熱部材１２２とを有している。
冷却機構１３０は、ホールド機構１２０で温度を維持された内容物を送液する冷却送液管１３１と、冷却水等との熱交換によって内容物を冷却する冷却ユニット１３２とを有している。
加熱管１１１、ホールド送液管１２１、冷却送液管１３１は、それぞれ、図示しないガスケット等を有するジョイント部１０１で、分離・結合可能に構成されている。

本実施形態において、図１に概略を示したホールド機構１２０、および、冷却機構１３０は、従来の加熱殺菌装置における機構と同様の構造でよく、その配置、規模、構造等は、内容物の種類、必要とする機能に応じていかなる構造であってもよく、省略されてもよい。
また、加熱管１１１、ホールド送液管１２１、冷却送液管１３１は、ジョイント部１０１を有さず一体の管で構成され、あるいは、分離不能に固着されていてもよいが、洗浄、交換の作業性を向上させるため、本実施形態のように、ジョイント部１０１で、分離・結合可能に構成されるのが望ましい。
ジョイント部１０１の構造は、従来の加熱殺菌装置におけるジョイント部と同様の構造でよい。

加熱管１１１は、樹脂材料で形成されており、非導電性を担保でき、安価、軽量で製造加工が容易であり、交換時の作業負担も少ない。
このことで、交換用の加熱管１１１を準備することで、交換のみを行いライン上で洗浄作業を行う必要がなく、定期的な洗浄を行う際や、充填ラインで充填する内容物を変更する際に、作業時間を短縮することが可能となり、ラインの稼働効率を向上させることができる。
また、安価な樹脂材料とすることで、使用後の加熱管１１１は洗浄することなく廃棄し、洗浄コストを削減することも可能である。
なお、樹脂材料としては、電気絶縁性に優れ、熱や酸に強く、内容物成分の付着も少ない、ポリテトラフルオロエチレンや、テトラフルオロエチレンと他のモノマーの共重合体が好適である。

１対の電極１１２は、図２に示す（図１では省略）ように、開閉可能にヒンジ１１５で結合された１対の電極支持体１１４に保持されており、ヒンジ１１５を中心に開放した際には加熱管１１１を容易に取り外すことができ、閉じた際には加熱管１１１の外周に電極１１４を密着させるように構成されている。
１対の電極１１２には、図１に示すように、加熱管１１１内を通過する内容物を誘電加熱する高周波電流を供給する電源部１１３が接続されている。
１対の電極１１２は、短絡が発生しない範囲の隙間で加熱管１１１の周方向を覆うように形成されるのが望ましい。

また、１対の電極１１２の送液方向の長さは、加熱管１１１内を通過する内容物が誘電加熱される長さであればよく、電源部１１３の出力を大きくすることで、従来の熱交換による加熱機構に比べて、極めて短い長さとなる。
なお、図３に示すように、電極１１２ａが加熱管１１１ａの中にモールドで一体に成形されていてもよく、こうすることで、電極１１２ａと内容物の間の非導電性の樹脂を薄くすることが可能となり、より効率的に内容物を誘電加熱することが可能となる。
図２、図３では簡略的に図示したが、電極１１２、１１２ａ、電極支持体１１４の具体的な形状、寸法等は、実際の充填ラインにおける加熱殺菌装置１００の配置や他の構成に応じて、適宜最適な構造とすればよい。
また、電極１１２、１１２ａと電源部１１３との具体的な接続手段や、電力線の取り回し、電源部１１３の配置等も、実際の充填ラインにおける加熱殺菌装置１００の配置や他の構成に応じて、適宜最適な構造とすればよい。

電源部１１３が電極１１２に供給する高周波電流の周波数は、内容物やその流量に応じて適宜設定可能であるが、１０〜１００ＭＨｚが好適である。
１０ＭＨｚより小さいと、内容物を十分誘電加熱することができず、１００ＭＨｚを超えると、外部に電波として出力される量が増加し、より高度に電波をシールドする必要が生じ設備が複雑化する。
また、１００ＭＨｚを超える高い周波数では、内容物の加熱にムラが生じやすく、特に内容物が複数の液体や固体の混合物であった場合、特定の成分のみが極端に加熱されてしまい、内容物の成分に熱変化を与える虞があるとともに、殺菌に必要な加熱が十分になされない成分が発生する虞がある。
なお、内容物の流量を大きくした場合、短い区間で高い出力で高速に加熱する必要が有るため、好適な周波数であっても、内容物の加熱にある程度のムラが生じる場合がある。
したがって、内容物の加熱のムラを防止するため、加熱管１１１の内面に、通過する内容物を撹拌する突出部（図示せず）等を設けて、内容物が撹拌されながら流れるようにしてもよい。

本発明の加熱殺菌装置は、各種容器に飲料等の内容物を充填する際に、その充填ラインで内容物を送液しながら加熱殺菌するのに好適であるが、前記各種容器に飲料等の内容物を充填する場合に限らず、種々の食品製造工程等における加熱殺菌や、食品以外の種々の産業分野における加熱殺菌に利用可能である。

１００ ・・・ 加熱殺菌装置
１０１ ・・・ ジョイント部
１１０ ・・・ 加熱機構
１１１ ・・・ 加熱管
１１２ ・・・ 電極
１１３ ・・・ 電源部
１１４ ・・・ 電極支持体
１１５ ・・・ ヒンジ部
１２０ ・・・ ホールド機構
１２１ ・・・ ホールド送液管
１２２ ・・・ 断熱部材
１３０ ・・・ 冷却機構
１３１ ・・・ 冷却送液管
１３２ ・・・ 冷却ユニット

Claims (8)

1. 容器に充填する内容物を送液しながら加熱する加熱機構を備えた加熱殺菌装置であって、
   前記加熱機構が、非導電性の加熱管と、該加熱管の内面に露出しない電極と、前記加熱管内を通過する内容物を誘電加熱する高周波電流を前記電極に供給する電源部とを有することを特徴とする加熱殺菌装置。
2. 前記電極に供給される高周波電流の周波数が、１０〜１００ＭＨｚであることを特徴とする請求項１に記載の加熱殺菌装置。
3. 前記加熱管が、樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱殺菌装置。
4. 前記樹脂材料が、ポリテトラフルオロエチレン、または、テトラフルオロエチレンと他のモノマーの共重合体であることを特徴とする請求項３に記載の加熱殺菌装置。
5. 前記電極が、前記加熱管の外周側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の加熱殺菌装置。
6. 前記電極が、開閉可能にヒンジ結合され前記加熱管に着脱可能な電極支持体に保持されていることを特徴とする請求項５に記載の加熱殺菌装置。
7. 前記加熱管が、前記加熱機構の上流側および下流側の送液管とは分離可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の加熱殺菌装置。
8. 前記加熱管が、内面に通過する内容物を撹拌する突出部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の加熱殺菌装置。

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