JP2021087944A - 滅菌水を生成して供給するための装置及び該装置を動作させる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】滅菌水を生成して供給するための新規な装置を提供すること。【解決手段】本発明の装置１は、プロセス水のための入口２と、向流で流れる滅菌水によってプロセス水を予熱するため及び滅菌水を冷却するために使用される復熱装置３と、復熱装置の下流側に配置された、滅菌水を生成する加熱回路４、６、７と、保温セクションから出る滅菌水の現在の温度を測定するための温度センサ８と、温度センサの下流側に配置される流量制御バルブ９と、流量制御バルブとヒータとの間に設けられるバイパス１０とを備える。流量制御バルブは、加熱回路内の体積流量を一定に保つように構成され、復熱装置は、滅菌水のそのような第１の部分体積流量が加熱回路から取り出されるときに、第１の部分体積流量の滅菌水を冷却するように構成され、バイパスは、加熱回路に滅菌水の第２の部分体積流量を戻すように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文に係る滅菌水を生成して供給するための装置、及び、請求項９に係る装置を動作させる方法に関する。

無菌であるという要求を満たすプラントを動作させるため、滅菌水が必要とされる場合がある。この滅菌水は、プラント構成要素を洗浄する、包装材料を洗浄する、湿潤状態を維持するため、又は、冷却するために使用される。無菌充填機の場合の例は、グレード変更中における充填機の内部洗浄、充填プロセス後のねじ洗浄、ボトルラン内の構成要素又は容器の潤滑、及び、滅菌後の充填製品タンクの冷却である。

滅菌水は滅菌水超高温処理（ＵＨＴ）によって生成され、この場合、最初に所定期間にわたって非滅菌水が加熱されて常に高温を保つ。したがって、水が低温殺菌を受け、これは、最低温度及び保温時間が守られるときに水を滅菌水と規定する。

従来技術では、回路内の水が、公称体積流量で低温殺菌され、その後、回復及び冷却の段階を経て通常の温度又は動作温度まで冷却される。ここから、水を消費者に分けることができる。公称体積流量よりも少ない水がシステムから引き出される場合には、それぞれの水が循環システムに戻されて再加熱される。

このプロセスは、待機動作又は部分負荷動作で生じるエネルギー損失を伴う。エネルギー損失は回復効率の結果であり、技術的実践では回復効率が約９０％である。一方では、この損失は、まだ滅菌されていない水へのその回復後のエネルギー入力によって補償されなければならない。一方、回復された滅菌水は、同じ程度まで更に冷却されなければならない。このことは、使用されない全ての水が回復損失の範囲で連続的に加熱された後に同じ程度まで再び冷却されることを意味する。これは、技術的に回避可能なエネルギーの損失である。

米国特許第４４１６１９４号は、清涼飲料の飲物のための調製システムを開示する。飲料は、ラインを通じて熱回収ジェネレータに導かれて排熱回収ジェネレータを通り、このプロセスの過程で、既に低温殺菌されてしまった向流的に導かれる飲料から熱を吸収する。予熱された飲料は、主飲料ヒータへ導かれて主飲料ヒータを通過し、このプロセスの過程で、向流的に導かれる高温液体から熱を吸収するとともに、保温セクションを通じて導かれて、低温殺菌される。その後、低温殺菌された飲料は、熱回収ジェネレータに送られてそこから冷却及び炭酸化装置に送られる。保温セクションの終端には、飲料の温度が十分に高いかどうかをチェックするために第１の温度センサが設けられる。これが当てはまらない場合には、製品が切替バルブによって元の主飲料ヒータへ導かれる。また、飲料の温度が高すぎるかどうかをチェックするために、保温セクションの終端には第２の温度センサが設けられる。これが当てはまる場合には、低温液体を高温液体に加えることができ、それにより、更なる循環中に製品が過度に加熱されない。

独国特許第６９３１１３８９号は、流体製品を熱処理するための方法及び装置を開示する。この装置は、再生器の一次ダクトを介して連続してポンプ、低温殺菌装置、温度維持要素、及び、多方向バルブに接続されるとともに、これらがパイプによって直列に接続される、供給タンクを備える。多方向バルブは、第１の位置で、低温殺菌装置の上流側に配置される再生器の二次ダクトに接続されるとともに、第２の位置で、ポンプ入口に接続される。また、供給タンクの直ぐ下流側に配置される製品供給ポンプが設けられる。更に、装置は、多方向バルブの第１及び第２の位置の両方に、再生器の二次ダクトと一次ダクトとの間で正の差圧を維持するための手段を含む。

したがって、本発明の目的は、エネルギー効率が高い信頼できる態様で滅菌水を生成して供給できるようにする、滅菌水を生成して供給するための装置及び該装置を動作させる方法を提供することである。

この目的は、請求項１に係る装置及び請求項９に係る方法によって達成される。更なる実施形態が従属請求項に開示される。

本発明に係る滅菌水を生成して供給するための装置は、プロセス水のための入口と、入口の下流側に配置されるとともに、向流で流れる滅菌水によってプロセス水を予熱するため及び向流で流れるプロセス水によって滅菌水を冷却するために使用される復熱装置と、復熱装置の下流側に配置されるとともに、ポンプと、予熱されたプロセス水を加熱するためのヒータと、加熱されたプロセス水を所定の期間にわたって所定の温度の高温に保つための保温セクションとを備えて、滅菌水を生成する加熱回路とを備える。装置は、保温セクションの下流側に配置されるとともに、保温セクションから出る滅菌水の現在の温度を測定するために使用される温度センサと、温度センサの下流側に配置される流量制御バルブと、流量制御バルブとヒータとの間に設けられるバイパスとを更に備える。流量制御バルブは、加熱回路内の体積流量を一定に保つように構成され、復熱装置は、滅菌水のそのような第１の部分体積流量が加熱回路から取り出されるときに、第１の部分体積流量の滅菌水を冷却するように構成され、バイパスは、加熱回路に滅菌水の第２の部分体積流量を戻すように構成されており、これは、体積流量と第１の部分体積流量との間の差に対応する。

プロセス水が非滅菌水であってもよい。また、プロセス水が所定量の滅菌水を含んでもよい。プロセス水を滅菌によって滅菌水に変換できる。プロセス水は、消費された滅菌水の量に対応する量で装置内に供給され得る。例えば、プロセス水は、１０℃〜３５℃の温度で且つ最大１５ｍ^３／時の体積流量で供給されてもよい。

加熱回路は、公称体積流量とも称される体積流量を伴って動作され得る。加熱回路内の体積流量が７．５ｍ^３／時〜１５ｍ^３／時であってもよい。

プロセス水は、例えば１人以上の消費者によって滅菌水が加熱回路から引き出されるのと同じ程度に加熱回路内に供給され得る。

保温セクションは２５ｍの長さを有してもよく、また、保温セクション内の圧力は、１５６℃の最大プロセス水温度で５バールであってもよい。所定の期間は２分であってもよい。

流量制御バルブの下流側において、広く行き渡る圧力は、滅菌水が引き出される場合には３．５バール、滅菌水が引き出されない場合には４．０バールであってもよく、また、滅菌水は１３５℃の温度を有してもよい。流量制御バルブのＫｖ値は、滅菌水が引き出される場合には１２、滅菌水が引き出されない場合には７．５であってもよい。

滅菌水が例えば第１の部分体積流量で復熱装置から出てしまったとき、滅菌水は４０℃の温度を有してもよい。

滅菌水用の緩衝タンクを装置内に設ける必要がない。

バイパスが設けられるとともに、加熱回路が回復又は冷却の段階を有さないという事実に起因して、第１の部分体積流量が引き出されて、残りの滅菌水、すなわち、第２の部分体積流量の滅菌水がバイパスを介して加熱回路内に戻される場合には、第１の部分体積流量の滅菌水のみが回復される。したがって、第２の部分体積流量の滅菌水の不必要な冷却が回避される。

更に、装置は、復熱装置の下流側に配置されるとともに、例えば１人以上の消費者によって引き出される滅菌水を冷却するために使用される冷却器を備えてもよい。炭酸製品の製造では、充填タンクを冷却するために、冷却器による滅菌水の更なる冷却が必要となる場合がある。冷却器の下流側に広がる圧力は、３．５バールの圧力であってもよい。

更に、装置は、冷却された滅菌水を消費するための１人以上の消費者を含んでもよい。滅菌水は、復熱装置によって又は復熱装置と冷却器とによって冷却されてしまってもよい。また、滅菌水は、例えば１人以上の消費者が装置の一部でなければ、１人の消費者又は複数の消費者にのみ供給されてもよい。

滅菌水は、例えば、例えば欧州特許第２７００６１３号に開示されるように、高さ調節可能な案内ハンドル部品のねじ山を洗浄するため、例えば製品交換中に及び／又は高温ＣＩＰ後に、充填タンクを濯ぐため、例えば充填プラント及び／又は低温殺菌プラントのウォーム／高温プラント部品を濯いで冷却するため、飲料瓶詰めプラントの充填剤を洗浄するため、及び／又は、無菌のサージタンクを充填するために使用されてもよい。滅菌水の他の使用も想定し得る。

更に、装置は、１つ以上の消費者の下流側に配置され、ライン殺菌のために開放されるようになっているラインを備えてもよい。

このライン中には、終端蒸気バリアが設けられてもよい。圧力保持バルブに至るまで、圧力が３．５バールであってもよい。

ポンプの下流側で且つヒータの上流側にオーバーフローバルブが設けられてもよい。オーバーフローバルブの下流側の圧力は、１４０℃の最大プロセス水温度で３バールであってもよい。オーバーフローバルブの全体にわたる差圧によって滅菌限界を監視できる。差圧は０．５バールであってもよい。

バイパス内に圧力保持バルブが設けられてもよい。バイパスの圧力保持バルブの全体にわたって０．５バールの差圧が与えられてもよい。

更に、加熱回路が脱気及び膨張容器を備えてもよい。脱気及び膨張容器内の圧力が３バールの圧力であってもよい。

前述する又は後述する装置を動作させる方法は、
装置の入口を通じて装置にプロセス水を供給するステップと、
向流で流れる滅菌水によって装置の復熱装置内でプロセス水を予熱するステップと、
装置のヒータ内で予熱されたプロセス水を加熱するステップと、
装置の保温セクション内において加熱されたプロセス水を所定の期間にわたって所定の温度で高温に保ち、滅菌水を生成するステップと、
装置の流量制御バルブによって装置の加熱回路内で一定の体積流量を制御して、加熱回路内での保温時間を一定に保つステップと、
復熱装置内で、加熱回路から引き出される第１の部分体積流量の滅菌水を初めて冷却するステップと、
体積流量と第１の部分体積流量との間の差に対応する第２の部分体積流量の滅菌水を装置のバイパスを介して加熱回路内に戻すステップと、
を含む。

方法は、装置の冷却器内で滅菌水を再度冷却するステップを更に含んでもよい。

方法は、冷却された滅菌水を１人以上の消費者に導くステップを更に含んでもよい。冷却された滅菌水は、第１の冷却ステップによって又は第１及び第２の冷却ステップによって冷却されてしまってもよい。

０．５バールの差圧が圧力保持バルブの全体にわたって与えられてもよい。

流量制御バルブの下流側で、滅菌水が引き出される場合には３．５バールの圧力が与えられてもよく、又は、滅菌水が引き出されない場合には４．０バールの圧力が与えられてもよい。

本発明の更なる利点及び特徴は、以下に続く実施形態の説明並びに以下の図によってもたらされる。

滅菌水を生成するための装置の概略図を示す。 滅菌水を生成して供給するための装置を動作させる方法のフローチャートを示す。

図１は、滅菌水を生成するための装置１の概略図を示し、この図では、この装置１の要素が一点鎖線領域内に示される。消費者１２が装置１に含まれる必要はないが、随意的に、消費者１２が装置１に含まれてもよい。第１の入口２を介して、プロセス水をラインに供給することができ、ラインは減圧バルブ２２を含み、ラインを通じてプロセス水を復熱装置３へ導いて復熱装置３に通すことができる。例えば、プロセス水は、１０℃〜３５℃の温度で且つ最大１５ｍ^３／時の体積流量で供給され得る。復熱装置３では、プロセス水を向流で流れる高温滅菌水によって予熱することができる。復熱装置３から、予熱されたプロセス水を、ポンプ４により送出して加熱回路に通し、該加熱回路で滅菌することができる。加熱回路における公称体積流量は７．５ｍ^３／時〜１５ｍ^３／時である。

予熱されたプロセス水は、脱気及び膨張容器１８を通過して及び／又は脱気及び膨張容器１８を介して、ポンプ４へ導かれてポンプ４を通るとともに、ヒータ６へ導かれてヒータ６を通る。脱気及び膨張容器１８内に広がる圧力は、３バールの圧力であってもよい。オーバーフローバルブ２１がポンプ４の下流側で且つヒータ６の上流側に設けられてもよい。オーバーフローバルブ２１の下流側の圧力は、１４０℃の最大プロセス水温度で３バールであってもよい。オーバーフローバルブ２１の全体にわたる差圧によって滅菌限界を監視できる。差圧は０．５バールであってもよい。

ヒータ６では、予熱されたプロセス水が蒸気に対して向流で加熱されてもよい。ヒータ６の下流側では、加熱されたプロセス水が保温セクション７に導かれて保温セクション７に通されてもよく、この保温セクション７内で、加熱されたプロセス水を所定の期間にわたって所定の温度に維持して最終的に滅菌することができる。保温セクション７は２５ｍの長さを有してもよく、また、保温セクション７内の圧力は、１５６℃の最大プロセス水温度で５バールであってもよい。所定の期間は２分であってもよい。

保温セクション７の下流側には、保温セクション７の下流側の滅菌水の現在の温度を測定するための温度センサ８が配置される。

随意的に、現在の温度が要件を満たすかどうか、例えば、現在の温度が所定の温度に対応するか及び／又は所定の温度範囲内にあるかどうかを決定することができる。これが当てはまる場合には、加熱回路で滅菌水が生成されてしまったと想定し得る。

滅菌水が必要とされる場合には、例えば１人又は複数の消費者によって、必要とされる部分体積流量を流量制御バルブ９の下流側に配置される滅菌水システムから引き出すことができる。そうすることで、滅菌水は、第１の入口２０を介して復熱装置３を通じて導かれ、復熱装置３で滅菌水が冷却される。滅菌水が必要とされない場合には、滅菌水がバイパス１０を介して圧力保持バルブ５を通じて元のヒータ６へ導かれてヒータ６を通る。

流量制御バルブ９の下流側において、広く行き渡る圧力は、滅菌水が引き出される場合には３．５バール、滅菌水が引き出されない場合には４．０バールであってもよく、また、滅菌水は１３５℃の温度を有してもよい。流量制御バルブ９のＫｖ値は、滅菌水が引き出される場合には１２、滅菌水が引き出されない場合には７．５であってもよい。

滅菌水が復熱装置３から出てしまった場合、滅菌水は、４０℃の温度を有するとともに、冷却器１１に導かれて冷却器１１を通ってもよく、この冷却器１１において、向流で流れる氷水によって又は何らかの他の種類の冷却水、例えば冷却塔水によって滅菌水を依然として更に冷却できる。炭酸製品の製造では、充填タンクを冷却するために、冷却器１１による滅菌水の冷却が必要となる場合がある。随意的に、滅菌水が冷却されずに冷却器１１を通過してもよい。冷却器１１の下流側に広がる圧力が３．５バールの圧力であってもよく、また、滅菌水が使用のために１人以上の消費者１２に供給されてもよい。

必要とされない滅菌水、例えば、一例としてどの消費者にも供給されない滅菌水は、バイパス１０を介して戻され、圧力保持バルブ５及びヒータ６を通って導かれ得る。消費者１２により滅菌水が消費されるのと同じ程度に、プロセス水を加熱回路に供給し、新たな滅菌水を生成して供給することができる。

１人以上の消費者１２に続くライン１３の下流側には蒸気バリア２３が設けられ、この蒸気バリア２３は、バルブ２４、ガリーバルブ２５、及び、ポペットバルブ２６を備える。

ヒータ６のための蒸気を、例えば９バールで第２の入口１４を通じて供給するとともに、ヒータ６に導いてヒータ６に通すことができる。ヒータ６では、予熱されたプロセス水に対して蒸気が向流で熱を放出できる。第１の出口１５を介して、凝縮された蒸気を例えば２バール未満で凝縮物として排出できる。

冷却器１１のための氷水又は他の種類の冷却水、例えば冷却塔水は、第３の入口１６を通じて供給され、冷却器１１に導かれて冷却器１１に通され得る。例えば、氷水又は他の種類の冷却水、例えば冷却塔水は、５℃未満の温度及び２５ｍ^３／時の速度を有してもよい。冷却器１１では、氷水又は他の種類の冷却水、例えば、冷却塔水が、加熱された滅菌水から向流で熱を吸収することができる。冷却器１１内で加熱される氷水又は他の種類の冷却水、例えば冷却塔水は、第２の出口１７を介して排出され得る。

図２は、滅菌水を生成するための装置を動作させる方法のフローチャートを示す。

ステップ１００では、プロセス水が装置に供給される。

続いて、ステップ１０１では、プロセス水が復熱装置で予熱される。

次に、ステップ１０２では、予熱されたプロセス水がヒータ内で加熱される。

その後、ステップ１０３では、加熱されたプロセス水が、保温セクション内において所定の期間にわたって所定の温度で高温に保たれる。このようにして、滅菌水を生成することができる。

ステップ１０４において、装置の加熱回路内の一定の体積流量は、加熱回路内の保温時間を一定に保つように装置の流量制御バルブによって制御される。加熱回路内の一定の体積流量の制御は、滅菌水を生成するための装置を動作させるための全プロセス中にわたって行なわれてもよい。

ステップ１０５では、加熱回路から引き出される滅菌水の第１の部分体積流量が復熱装置内で初めて冷却される。このステップ１０５は、滅菌水が生成されてしまった後、例えば、第１の部分体積流量が１人の消費者／複数の消費者によって加熱回路から引き出されるときに行なわれ得る。

ステップ１０６では、体積流量と第１の部分体積流量との間の差に対応する、滅菌水の第２の部分体積流量が、装置のバイパスを介して加熱回路に戻される。

随意的に、ステップ１０７では、滅菌水の第１の部分体積流量の第２の冷却が、第１の冷却後に冷却器内で行なわれてもよい。第１の冷却に続き或いは第１及び第２の冷却に続き、ステップ１０８において、冷却された滅菌水が１人以上の消費者に導かれる。

１…装置、２…第１の入口、３…復熱装置、４…ポンプ、５…圧力保持バルブ、６…ヒータ、７…保温セクション、８…温度センサ、９…流量制御バルブ、１０…バイパス、１１…冷却器、１２…消費者、１３…ライン、１４…第２の入口、１５…第１の出口、１６…第３の入口、１７…第２の出口、１８…膨張容器、２０…第１の入口、２１…オーバーフローバルブ、２２…減圧バルブ、２３…蒸気バリア、２４…バルブ、２５…ガリーバルブ、２６…ポペットバルブ

Claims (13)

1. プロセス水のための入口（２）と、
   前記入口（２）の下流側に配置される復熱装置（３）であって、向流で流れる滅菌水によってプロセス水を予熱するため及び向流で流れる前記プロセス水によって前記滅菌水を冷却するために使用される復熱装置（３）と、
   前記復熱装置（３）の下流側に配置される加熱回路であって、滅菌水を生成するために、ポンプ（４）と、予熱されたプロセス水を加熱するためのヒータ（６）と、加熱されたプロセス水を所定の期間にわたって所定の温度の高温に保つための保温セクション（７）とを備える加熱回路と
   を備える、滅菌水を生成して供給するための装置（１）において、
   前記保温セクション（７）の下流側に配置される温度センサ（８）であって、前記保温セクション（７）から出る前記滅菌水の現在の温度を測定するために使用される温度センサ（８）と、
   前記温度センサ（８）の下流側に配置される流量制御バルブ（９）と、
   前記流量制御バルブ（９）と前記ヒータ（６）との間に設けられるバイパス（１０）と
   を備え、
   前記流量制御バルブ（９）が、前記加熱回路内の体積流量を一定に保つように構成され、前記復熱装置（３）が、第１の部分体積流量の前記滅菌水をそのような第１の部分体積流量の滅菌水が前記加熱回路から引き出されるときに冷却するように構成され、前記バイパス（１０）が、前記体積流量と前記第１の部分体積流量との間の差に対応する第２の部分体積流量の滅菌水を前記加熱回路内へ戻すように構成される、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記復熱装置（３）の下流側に配置され、滅菌水を更に冷却するために使用される冷却器（１１）を更に備える、請求項１に記載の装置。
3. 冷却された滅菌水を消費するための１人以上の消費者（１２）を更に備える、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記１人以上の消費者（１２）の下流側に配置され、ライン殺菌のために開放されるようになっているライン（１３）を更に備える、請求項３に記載の装置。
5. 前記ライン（１３）中には終端蒸気バリア（２３）が設けられる、請求項４に記載の装置。
6. オーバーフローバルブ（２１）が前記ポンプ（４）の下流側で且つ前記ヒータ（６）の上流側に配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 圧力保持バルブ（５）が前記バイパス（１０）内に設けられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記加熱回路が脱気及び膨張容器（１８）を更に備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置（１）を動作させる方法であって、
   前記装置（１）の入口（２）を通じて前記装置（１）にプロセス水を供給するステップ（１００）と、
   向流で流れる滅菌水によって前記装置（１）の復熱装置（３）内で前記プロセス水を予熱するステップ（１０１）と、
   前記装置（１）のヒータ（６）内で前記予熱されたプロセス水を加熱するステップ（１０２）と、
   前記装置（１）の保温セクション（７）内において前記加熱されたプロセス水を所定の期間にわたって所定の温度で高温に保つステップ（１０３）と、
   前記装置（１）の流量制御バルブ（９）によって前記装置（１）の加熱回路内で一定の体積流量を制御して、前記加熱回路内での保温時間を一定に保つステップ（１０４）と、
   前記復熱装置（３）内で、前記加熱回路から引き出される第１の部分体積流量の滅菌水を初めて冷却するステップ（１０５）と、
   前記体積流量と前記第１の部分体積流量との間の差に対応する第２の部分体積流量の滅菌水を前記装置（１）のバイパス（１０）を介して前記加熱回路内に戻すステップ（１０６）と
   を含む方法。
10. 前記装置（１）の冷却器（１１）内で前記滅菌水を冷却するステップ（１０７）を更に含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記冷却された滅菌水を１人以上の消費者（１２）に導くステップ（１０８）を更に含む、請求項９又は１０に記載の方法。
12. ０．５バールの差圧が圧力保持バルブ（５）全体にわたって与えられる、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記流量制御バルブ（９）の下流側で、滅菌水が引き出される場合には３．５バールの圧力が与えられ、又は、滅菌水が引き出されない場合には４．０バールの圧力が与えられる、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の方法。

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