JP2020125117A - 殺菌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】殺菌性ガスを用いて容器を安定した殺菌力で殺菌できる殺菌装置を提供すること。【解決手段】本発明の容器の殺菌装置（１）は、殺菌性ガス（ＳＧ）が流れる配管（５１）と、配管（５１）の表裏を貫通する吹出口（５３）と、吹出口（５３）に連なり、配管（５１）の径方向の外側に向けて突出する吹出筒（５５）と、を備える。殺菌装置（１）は、以下の式（１）および式（２）を満たす。２ｄ≦Ｌ≦４ｄ…（１）１≦Ａｏ／Ａｉ≦３…（２）ｄ：吹出口（５３）の開口径Ｌ：吹出筒（５５）の突出長Ａｉ：吹出筒（５５）の開口面積Ａｏ：開口面積Ａｉと容器（１００）の飲み口（１０３）の開口面積の差分【選択図】図１

Description

本発明は、飲料用容器の内部を殺菌するのに好適な殺菌装置に関する。

従来、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製のボトルに代表される飲料用容器（以下、単に容器ということがある）に飲料を充填するにあたって、容器の内部が殺菌される。また、この殺菌はボトル成形前のプリフォームの段階で行われることもある。
容器の内部を殺菌するのに、過酸化水素や次亜塩素酸ソーダ等の殺菌溶液を容器の内部に注入した後、その殺菌溶液を排出し、さらに、容器の内側を水で洗浄する作業が行われていた。
しかし、薬剤溶液による殺菌処理方法は、環境負荷が大きく、薬剤コストや廃液処理コストも高いという問題があるために、いわゆる乾式の殺菌方法が検討されている。乾式の殺菌方法の一つとして、例えば特許文献１に開示されるように、殺菌性のガスを用いて容器の内部を殺菌することが提案されている。

特開２０１６−１９０６８４号公報

殺菌性ガスを用いて容器の内部を殺菌する場合、容器の内部に供給された殺菌性ガスを容器の内面に均一に接触させることが、むらのない安定した殺菌力を得るために必要である。ところが、容器の内部に供給された殺菌性ガスが旋回流を生じさせるため、殺菌性ガスを供給する条件、例えば容器との相対的な位置が変わると、殺菌性ガスが流れる経路が変わってしまう。そうすると、殺菌に必要な殺菌性ガスが容器の内面の隅々まで行きわたることができなくなるので、殺菌される個々の容器によって殺菌力にばらつきが生じ得る。
以上より、本発明は、殺菌性ガスを用いて容器を安定した殺菌力で殺菌できる殺菌装置を提供することを目的とする。

本発明の容器の殺菌装置は、殺菌性ガスが流れる配管と、配管の表裏を貫通する吹出口と、吹出口に連なり、配管の径方向の外側に向けて突出する吹出筒と、を備え、以下の式（１）および式（２）を満たす。
２ｄ≦Ｌ≦４ｄ…（１）
１≦Ａｏ／Ａｉ≦３…（２）
ｄ：吹出口の開口径
Ｌ：吹出筒の突出長
Ａｉ：吹出筒の開口面積
Ａｏ：開口面積Ａｉと容器の飲み口の開口面積の差分

本発明の殺菌装置において、好ましくは、吹出筒は、容器の飲み口の直上に配置され、殺菌性ガスは、吹出筒および飲み口を介して容器の内部に供給される。

本発明の殺菌装置において、好ましくは、吹出口における配管の内周面と連なる全周が面取りされる。

本発明の殺菌装置において、好ましくは、殺菌性ガスが配管を流れる向きに沿って、複数の吹出口および吹出筒が設けられる。

本発明の殺菌装置において、好ましくは、配管は、吹出筒に容器が対応する位置に相対的に停止し、殺菌性ガスが吹出筒から容器の内部に供給される。
この場合、好ましくは、配管が容器とともに移動しながら、殺菌性ガスが吹出筒から容器の内部に供給される。

本発明の殺菌装置によれば、式（１）を満たし、整流化された、つまり常に安定した流れの殺菌性ガスが容器の内部を流れ、容器が殺菌される。加えて、本発明の殺菌装置によれば、式（２）を満たし、容器から排出される殺菌性ガスと容器に供給される殺菌性ガスとの干渉が抑えられるので、殺菌性ガスを容器の内部に安定して供給できる。したがって、本発明の殺菌装置１によれば、安定した殺菌力を得ることができる。

本発明の実施形態に係る殺菌装置の要部を示し、（ａ）は側断面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は吹出筒の内周面で取り囲まれる開口の面積Ａｉと容器の飲み口の内周面で取り囲まれる開口面積の差分Ａｏを示す図である。 （ａ）は本実施形態に係る殺菌装置により供給される殺菌性ガスが容器の内部を流れる経路を示し、（ｂ）は殺菌性ガスの供給筒とノズルと容器の飲み口との位置関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る殺菌装置の好ましい形態を示し、（ａ）は側断面図、（ｂ）は正面図である。 本殺菌装置の供給筒の変形例を示し、（ａ）は先端が細くなる形態を示し、（ｂ）は多孔板を先端に設ける例を示している。 本実施形態の殺菌装置の利用形態の一例を示し、殺菌装置の位置が固定されるのに対して、殺菌対象である容器が移動する形態を示している。 本実施形態の殺菌装置の利用形態の他の例を示し、殺菌装置の位置が移動するのに対して、殺菌対象である容器の位置が固定される形態を示している。 本実施形態の殺菌装置の利用形態の他の例を示し、殺菌装置の位置が移動するのに伴って、殺菌対象である容器の位置も移動する形態を示している。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る殺菌装置１について説明する。
殺菌装置１は、例えば飲料を容器１００に充填するのに先立って容器１００の内周面１０１を殺菌するのに用いられる。殺菌装置１は、容器１００の内周面１０１に殺菌性ガスをむらなく行きわたらせることにより、安定した殺菌力で容器１００を殺菌できる。

殺菌装置１は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、殺菌性ガスＳＧが蓄えられているガス供給部３と、ガス供給部３から供給される殺菌性ガスが搬送される円環状のガス搬送部５と、殺菌対象を殺菌した後の殺菌性ガスを回収するガス回収部７と、を備える。殺菌装置１は、ガス搬送部５に設けられる吹出筒５５の仕様を特定することにより、容器１００の内周面１０１に殺菌性ガスＳＧをむらなく行きわたらせることができる。

［ガス供給部３］
ガス供給部３は、殺菌性ガスＳＧを加圧状態で蓄えている。
ガス供給部３は、好ましくはステンレス鋼などの耐食性の優れた金属材料製のタンクから構成される。ガス供給部３は、ガス搬送部５への殺菌性ガスＳＧの供給を制御する弁を備えることができる。

殺菌性ガスＳＧとしては、殺菌性を有する化合物のガスが使用される。この化合物としては、オゾン（Ｏ_３）、エチレンオキサイド（Ｃ_２Ｈ_４Ｏ）、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）および二酸化塩素（ＣｌＯ_２）を挙げることができる。これらの中で過酸化水素は、紫外線照射を併用することにより生成されるヒドロキシラジカル（ＯＨ・ラジカル）が有機物に酸化作用し、水と炭酸ガスに分解する効果が期待できる。これら化合物は、窒素ガスなどの不活性ガスまたは空気などからなる希釈用ガスを用いて、所定の濃度となるように希釈されて使用される。希釈用ガスとなる不活性ガスや空気は、予めフィルターなどで異物を取り除き、さらに殺菌処理しておくことが好ましい。

［ガス搬送部５］
ガス搬送部５は、ガス供給部３から供給される殺菌性ガスＳＧを殺菌対象である容器１００に搬送する。
ガス搬送部５は、殺菌性ガスＳＧが流れる配管５１と、配管５１を流れる殺菌性ガスＳＧを容器１００に向けて吹出する吹出口５３と、吹出口５３に連なり吹出口５３から吹出される殺菌性ガスＳＧを整流して容器１００の内部に流す吹出筒５５と、を備える。
吹出口５３は、殺菌性ガスＳＧが流れる配管５１の表裏を貫通して形成される例えば円形の孔からなる。吹出口５３の開口径は図１（ａ）に示すように、「ｄ」として示される。
吹出筒５５は、吹出口５３と中心軸が一致するように設けられる円環状の部材であって、ガス搬送部５からその径方向の外側に向けて突き出すように設けられる。したがって、配管５１の中心軸と吹出筒５５の中心軸は直交する。吹出筒５５の突出する長さは、図１（ａ）に示すように「Ｌ」として示される。突出長Ｌは、ガス搬送部５の内周面５２から吹出筒５５の先端までの寸法により定義される。

吹出口５３および吹出筒５５の部分は外部に開放されている。したがって、ガス搬送部５の内部を相当の圧力が加わった状態で流れる殺菌性ガスＳＧは、吹出口５３および吹出筒５５の部分で圧力が解放されることで吹出口５３および吹出筒５５を通って容器１００に供給される。

殺菌装置１は、配管５１を流れる殺菌性ガスＳＧを整流化して容器１００に供給するとともに、容器１００に供給された殺菌性ガスＳＧが新たに供給されてくる殺菌性ガスＳＧと干渉するのを抑制することを通じて、安定した殺菌力を得ることができる。

殺菌性ガスＳＧの整流化については、吹出口５３の開口径ｄと吹出筒５５の突出長Ｌとが以下の式（１）を満たすことが重要である。
また、殺菌性ガスＳＧの干渉の抑制については、図１（ｃ）に示すように、吹出筒５５の内周面で取り囲まれる開口の面積をＡｉ、開口面積Ａｉと容器１００の飲み口１０３の内周面で取り囲まれる開口面積の差分をＡｏとする。そうすると、以下の式（２）を満たす。なお、配管５１の開口径（直径）Ｄｐは２５．４ｍｍ以上、１０１.６ｍｍ以下の範囲で選択される。
２ｄ≦Ｌ≦４ｄ…（１）
１≦Ａｏ／Ａｉ≦３…（２）
ｄ：吹出口５３の開口径 Ｌ：吹出筒５５の突出長
Ａｉ：吹出筒５５の開口面積 Ａｏ：開口面積Ａｉと飲み口１０３の開口面積の差分

式（１）において、図２（ａ）に示すように、吹出筒５５の整流効果を得るために、吹出筒５５の突出長Ｌが吹出口５３の開口径ｄの２倍以上とする。一方で、吹出筒５５の突出長Ｌが長くなりすぎると、吹出筒５５を通過する際の殺菌性ガスＳＧの抵抗が大きくなり、殺菌性ガスＳＧが吹出筒５５から噴出される速度が小さくなる。そうすると、殺菌性ガスＳＧが乱流となりやすい。そこで、吹出筒５５の突出長Ｌは吹出口５３の開口径ｄの４倍以下とする。
式（１）は、好ましくは２．５ｄ≦Ｌ≦３．５ｄであり、より好ましくは２．７ｄ≦Ｌ≦３．３ｄである。

次に、排出される殺菌性ガスＳＧと新たに供給される殺菌性ガスＳＧとの干渉については、排出される殺菌性ガスＳＧの流速を新たに供給される殺菌性ガスＳＧの流速よりも遅くしたい。ここで、供給される殺菌性ガスＳＧの流速をＶｉ、排出される殺菌性ガスＳＧの流速をＶｏとする。供給される殺菌性ガスＳＧは吹出筒５５の開口面積Ａｉを通り、排出される殺菌性ガスＳＧは吹出筒５５の外側であって容器１００の内側の開口面積Ａｏを通る。したがって、以下の式（２）が成り立つ。
Ｖｏ×Ａｏ＝Ｖｉ×Ａｉ…式（３）
排出される殺菌性ガスＳＧの流速Ｖｏを供給される殺菌性ガスＳＧの流速Ｖｉより遅くする、つまりＶｏ＜Ｖｉであるから、式（３）は上述した式（２）のように整理される。

式（２）において、容器１００に供給された殺菌性ガスＳＧを容器１００の飲み口１０３から容易に排出できるようにするために、Ａｏ／Ａｉを１以上とする。一方で、Ａｏ／Ａｉが大きくなりすぎると、殺菌性ガスＳＧによる容器１００の殺菌が十分に行われる前に殺菌性ガスＳＧが容器１００から排出されてしまう。そこで、Ａｏ／Ａｉを３以下とする。
式（２）は、好ましくは１．２≦（Ａｉ−Ａｏ）／Ａｉ≦２．８であり、より好ましくは１．５≦（Ａｉ−Ａｏ）／Ａｉ≦２である。

図２（ｂ）に、吹出筒５５と容器１００の飲み口１０３との位置関係を示す。図２（ｂ）の左側は吹出筒５５の下端と飲み口１０３の上端との間に隙間があり、図２（ｂ）の真ん中は吹出筒５５の下端と飲み口１０３の上端との間にほとんど隙間がなく、図２（ｂ）の右側は吹出筒５５の下端が飲み口１０３の中に入り込んでいる。本実施形態は、図２（ｂ）のいずれの位置関係をも採用できるが、図２の真ん中、つまり、吹出筒５５が飲み口１０３の直上に設けられることが好ましい。

吹出筒５５の好ましい形態として、図３に示すように、吹出筒５５の付け根の部分であって、吹出口５３における配管５１の内周面と連なる全周にＲからなる面取りが施されている。この面取りにより、吹出筒５５の整流効果を向上できる。

［ガス回収部７］
ガス回収部７は、ガス搬送部５の配管５１の末端まで流れてきた殺菌性ガスを回収する。したがって、ガス回収部７は配管５１と接続される。
ガス回収部７は、ガス供給部３と同様に好ましくはステンレス鋼などの耐食性の優れた金属材料製のタンクから構成される。

［殺菌装置１の効果］
次に、殺菌装置１が奏する効果について図２（ａ）を参照して説明する。
殺菌装置１によれば、式（１）を満たし、整流化された、つまり常に安定した流れの殺菌性ガスＳＧが容器１００の内部を流れ、容器１００を殺菌する。加えて、殺菌装置１によれば、式（２）を満たし、容器１００から排出される殺菌性ガスＳＧと容器１００に供給される殺菌性ガスＳＧとの干渉が抑えられるので、殺菌性ガスＳＧを容器１００の内周面１０１のすみずみに安定して供給できる。したがって、殺菌装置１によれば、安定した殺菌力を得ることができる。

殺菌装置１によれば、殺菌性ガスＳＧの流れを整流化できるとともに、容器１００に供給される殺菌性ガスＳＧと容器１００から排出される殺菌性ガスＳＧの流れの干渉を抑えることができる。これにより、殺菌装置１によれば、容器１００の内部に残留していた酸素の濃度を低減するガス置換効率も改善される。

次に、殺菌装置１は、容器１００の内部に挿入される長尺なノズルを備えておらず、しかも、この長尺なノズルを容器１００の内部に挿入し、抜取る動作を行わせる機構が必要ない。殺菌装置１は、殺菌性ガスＳＧが流れる配管５１に穿孔された吹出口５３に対応して吹出筒５５が設けられるという簡易な構成で足りるので、その製造コスト、あるいは、ランニングコストが小さい。

［付記］
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
例えば、以上で説明した吹出筒５５は開口径ｄが一定の例を示したが、本発明は開口径ｄが変動する吹出筒５５を採用できる。例えば、図４（ａ）に示すように、本発明は先細りの吹出筒５５を採用できる。この先細りの吹出筒５５においては、最も径が大きい部分を開口径ｄとして前述の式（１）が特定される。

また、本発明は、図４（ｂ）に示すように、吹出筒５５の例えば先端に多孔板５７を設けることができる。この多孔板は、殺菌性ガスＳＧに含まれうる異物を捉えるフィルターとしての機能を担うことができる。この吹出筒５５においては、図４（ｂ）に示すように、開口径ｄは多孔板の開口率、開口径に依存することがない。

次に、以上で説明した実施形態は一つの吹出口５３および吹出筒５５だけで説明したが、複数の吹出口５３および吹出筒５５を備えることが現実的である。この場合、殺菌装置１と容器１００のいずれか一方または双方を移動させることができる。

図５は、殺菌装置１が固定され、容器１００が移動する例を示している。つまり、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ここでは容器１００Ａがまず吹出筒５５Ａから殺菌性ガスＳＧが供給され、次に容器１００Ａが吹出筒５５Ｂのところまで移動して停止し、吹出筒５５Ｂから殺菌性ガスＳＧが供給される。このとき、容器１００Ｂが吹出筒５５Ａのところまで移動して停止し、吹出筒５５Ａから殺菌性ガスＳＧが供給される。次いで、容器１００Ａが吹出筒５５Ｃのところまで移動して停止し、容器１００Ｂが吹出筒５５Ｂのところまで移動して停止し、容器１００Ｃが吹出筒５５Ａのところまで移動して停止する。そして、吹出筒５５Ｃから容器１００Ａに殺菌性ガスＳＧが供給され、吹出筒から容器１００Ｂに殺菌性ガスＳＧが供給され、吹出筒５５Ａから容器１００Ｃに殺菌性ガスＳＧが供給される。

ここでは、容器１００が対応する吹出筒５５のところに移動すると容器１００の移動が停止し、必要な時間だけそこに留まって殺菌性ガスＳＧが必要なだけ供給されたら次に殺菌する容器１００が対応する吹出筒５５まで移動して停止する、という動作を繰り返す。つまり、容器１００は間欠的に移動と停止を繰り返すことができる。ただし、本発明において間欠的な移動は必須ではなく、容器１００が連続的に移動することを許容する。

図６は、容器１００は位置が固定され、殺菌装置１が移動する例を示している。つまり、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ここでは３本の容器１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃに対して、殺菌装置１の吹出筒５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃから殺菌性ガスＳＧを吐出して殺菌を行う。はじめに、容器１００Ａに対して吹出筒５５Ａから殺菌性ガスＳＧを供給する。このとき、容器１００Ａの飲み口１０３と吹出筒５５Ａの中心軸線が一致する。次に、吹出筒５５Ａが容器１００Ｂに対して殺菌性ガスＳＧを供給し、吹出筒５５Ｂが容器１００Ａに対して殺菌性ガスＳＧを供給する。次に、吹出筒５５Ａが容器１００Ｃに対して殺菌性ガスＳＧを供給し、吹出筒５５Ｂが容器１００Ｂに対して殺菌性ガスＳＧを供給し、吹出筒５５Ｃが容器１００Ａに対して殺菌性ガスＳＧを供給する。

ここでは、吹出筒５５が対応する飲み口のところに移動すると配管５１の移動が停止し、必要な時間だけそこに留まって殺菌性ガスＳＧを必要なだけ供給したら次に殺菌する容器１００まで移動して停止する、という動作を繰り返す。つまり、殺菌装置１は間欠的に移動と停止を繰り返すことができる。ただし、本発明において間欠的な移動は必須ではなく、配管５１が連続的に移動することを許容する。

次に、図７は、殺菌装置１と容器１００の双方が移動する例を示している。つまり、図７に示すように、ここでは３本の容器１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃに対して、殺菌装置１の吹出筒５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃのそれぞれから殺菌性ガスＳＧを吐出して殺菌を行う。容器１００Ａと吹出筒５５Ａとが、容器１００Ｂと吹出筒５５Ｂとが、容器１００Ｃと吹出筒５５Ｃとが対応し、それぞれの中心軸線が一致したままで、双方が移動する。

通常、容器１００の殺菌はその内周面に加えて外周面についても行われる。本発明の殺菌装置を周囲と隔離できるチャンバの内部に配置すれば、容器１００から排出される殺菌性ガスＳＧにより容器１００の外周面を殺菌できる。

１ 殺菌装置
３ ガス供給部
５ ガス搬送部
７ ガス回収部
５１ 配管
５２ 内周面
５３ 吹出口
５５ 吹出筒
５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ 吹出筒
５７ 多孔板
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 容器
１０１ 内周面
１０３ 飲み口
ＳＧ 殺菌性ガス

Claims (6)

1. 殺菌性ガスが流れる配管と、
   前記配管の表裏を貫通する吹出口と、
   前記吹出口に連なり、前記配管の径方向の外側に向けて突出する吹出筒と、を備え、
   以下の式（１）および式（２）を満たす、容器の殺菌装置。
   ２ｄ≦Ｌ≦４ｄ…（１）
   １≦Ａｏ／Ａｉ≦３…（２）
   ｄ：前記吹出口の開口径
   Ｌ：前記吹出筒の突出長
   Ａｉ：前記吹出筒の開口面積
   Ａｏ：前記開口面積Ａｉと前記容器の飲み口の開口面積の差分
   
2. 前記吹出筒は、前記容器の前記飲み口の直上に配置され、
   前記殺菌性ガスは、前記吹出筒および前記飲み口を介して前記容器の内部に供給される、
   請求項１に記載の殺菌装置。
   
3. 前記吹出口における前記配管の内周面と連なる全周が面取りされる、
   請求項１または請求項２に記載の殺菌装置。
   
4. 前記殺菌性ガスが前記配管を流れる向きに沿って、複数の前記吹出口および前記吹出筒が設けられる、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の殺菌装置。
   
5. 前記配管は、
   前記吹出筒に前記容器が対応する位置に相対的に停止し、
   前記殺菌性ガスが前記吹出筒から前記容器の内部に供給される、
   請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の殺菌装置。
   
6. 前記配管が前記容器とともに移動しながら、
   前記殺菌性ガスが前記吹出筒から前記容器の内部に供給される、
   請求項５に記載の殺菌装置。

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