JP2023020621A - 滅菌装置 - Google Patents

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Mitsuhiro Matsumoto
健次 正
Kenji Sei
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Abstract

【課題】各種ジュース等、製品液の粘性が比較的高い場合にあっても製品液水押し用の水の滅菌を良好に行い、滅菌ブレイクの発生を抑制する。【解決手段】原料液と水とが混合された規定濃度の製品液の滅菌又は殺菌処理を行う滅菌装置であって、製品液を加熱滅菌する熱交換器を備える。熱交換器は、製品液が流通する製品液流通管路と、製品液流通管路の径方向外方に、製品液流通管路を包囲して配置され、製品液とは異なる温度の熱媒液が流通する熱媒液流通管とを有し、製品液流通管路に水を供給して前記製品液を製品液流通管路から払拭する際の水の加熱温度を、前記製品液の製造時における設定加熱温度よりも高い温度に設定する。【選択図】図３

Description

本発明は、製品液を熱処理により滅菌する滅菌装置に関する。
各種ジュース、牛乳またはお茶等の液体製品の製造においては、製造の過程で雑菌または細菌が製造後の製品液に混入することのないように、製造ラインの途中で製品液に厳密な滅菌処理を施す。製品液の滅菌処理を行う装置として、製品液が流れる製品液管路と熱媒液が流れる熱媒液流通管路とを、熱伝導性を有する管壁により管径方向において互いに区画し、製品液管路を流れる製品液と熱媒液流通管路を流れる熱媒体との間で熱交換を生じさせて製品液の滅菌（この場合の滅菌は、特に「間接滅菌」と呼ばれる）を行うように構成されている（特許文献１）。
特許第５９３９７８５号公報
一つの種類の製品液の製造を終え、異なる種類の製品液に切り替える場合、即ち、製品液管路を通じて製造する飲料を各種ジュースから乳飲料等に切り替える場合は、切替前の旧製品液の残滓と切替後の新製品液とが混合することのないように、製品液管路に旧製品液に代えて水を導入する。
これにより、製品液管路に残存する旧製品液を水により製品液管路から押し出すようにして払拭する。この操作は、「製品液水押し」と呼ばれ、「製品液水押し」は、製品液の品質を確保するうえで非常に重要な工程である。
「製品液水押し」は、製品液の切替時に管内洗浄を目的として行うほか、製造ラインに生じた不具合により製品液の滅菌又は殺菌処理を一時的に停止させる必要がある場合にも行う。例えば、充填機等、製造ラインの下流側に備わる設備の不具合によりアセプティックサージタンクが製品液で満杯になり、アセプティックサージタンクに対する製品液の供給を待機しなければならない場合や、製品液の調製が間に合わず、バランスタンクから製品液管路への製品液の導入を中断しなければならない場合である。
ここで、「製品液水押し」に用いる水（以下「製品液水押し用の水」または単に「水」という）にも、滅菌処理前には雑菌または細菌が存在する可能性がある。従って、熱媒液流通管路を流れる熱媒体との熱交換により製品液水押し用の水に関しても滅菌又は殺菌を行う必要があるが、この水の温度が滅菌又は殺菌可能な温度に到達しなかったり、滅菌又は殺菌可能な温度に一度は到達したものの、その後低下してしまい、充分な時間に亘ってその温度を維持することができなかった場合には、製品液管路の内部が水に繁殖した雑菌または細菌により汚染される可能性がある。このような事態を「滅菌ブレイク」と称する。
滅菌ブレイクの事態が発生すると製品液管路に残存する製品液を全て廃棄することが必要となるうえ、製品液の滅菌又は殺菌処理を再開するには、製造ラインのうち、滅菌又は殺菌処理にかかる部分およびその下流側の部分全体を滅菌又は殺菌しなおすことが必要となるため、製品液の損失が大きく、生産効率の大幅な低下を招くと共に生産コストが嵩むこととなる。
ここで、各種ジュース等、固形物を含む飲料や、ソース、ケチャップ等の調味料を含む流体食品を製造する場合や、牛乳または乳飲料を製造する場合等、製品液の粘性が水よりも高い場合は、製品液管路に残存する製品液の管壁内面に対する流体抵抗（圧力損失）が大きいことから、製品液水押しに際して製品液が製品液管路の管壁内面近傍に停滞する。
従って、製品液管路の管内洗浄のために水を導入すると、管内流路のうち、製品液の残滓が停滞している領域以外の空間、具体的には、管内の径方向中央付近の空間を水が流れ、その周囲に製品液が残存する状態となる。この状態は、「中抜け」と呼ばれる。中抜けの状態では、管内の径方向中央付近の空間を、管軸方向に沿って細長く伸びた紡錘状の流速分布をもって水が流れ、残存する製品液がこれを包囲することとなる。このような状態が製品液管路の管内で連続的に発生しながら、移動していくようにして製品液水押しが進行する。
「中抜け」の事態が生じた場合は、管壁内面近傍に停滞する製品液、即ち、製品液の残滓が相応の厚みを有し、熱媒体と水との間の熱交換の障害となる。これにより、管内を流れる水の加熱が妨げられることにより、水が滅菌又は殺菌に必要な温度にまで加熱されず、滅菌ブレイクの発生が促される懸念がある。この場合においても、製造時における滅菌又は殺菌未達の場合と同様に、製造ラインを構成する機械自体の洗浄、滅菌からやりなおすことが必要となり、損失および生産効率の観点から不利がある。
このような実情に鑑み、本発明は、各種ジュース、固形物を含む飲料、または牛乳、ソース、ケチャップ等の調味料を含む流体食品等、製品液の粘性が比較的高い場合にあっても製品液水押し用の水の滅菌を良好に行い、滅菌ブレイクの発生を抑制することのできる滅菌装置を提供することを目的とする。
請求項１に記載の発明は、原料液と水とが混合された規定濃度の製品液の滅菌又は殺菌処理を行う滅菌装置であって、製品液を加熱滅菌する熱交換器を備える。熱交換器は、製品液が流通する製品液流通管路と、製品液流通管路の径方向外方に、製品液流通管路を包囲して配置され、前記製品液とは異なる温度の熱媒液が流通する熱媒液流通管とを有し、製品液流通管路に水を供給して前記製品液を製品液流通管路から払拭する際の水の加熱温度を、前記製品液の製造時における設定加熱温度よりも高い温度に設定することを特徴とする。
請求項２に記載の滅菌装置は、前記滅菌装置は、前記熱交換器の上流に設けられ、前記製品液を貯留するバランスタンクをさらに備え、前記熱交換器は、前記バランスタンクから送出された前記製品液を加熱する加熱部と、前記加熱部の下流に設けられ、前記製品液を前記加熱部による加熱後の温度に維持するホールディングチューブ部とを有し、前記加熱部の下流には、温度検知部が設けられ、前記温度検知部により検知された前記製品液の温度に基づき、前記加熱部による前記水の加熱温度を制御することを特徴とする。
請求項３に記載の滅菌装置は、加熱部が、バランスタンクから送出された製品液を加熱する第１加熱部と、第１加熱部の下流側で、第１加熱部とホールディングチューブ部との間に設けられた第２加熱部とを含み、製品液流通管路に水を供給して前記製品液を製品液流通管路から払拭する際の第１加熱部による加熱温度を、前記製品液の製造時における設定加熱温度よりも高い温度に設定することを特徴とする。
請求項４に記載の滅菌装置は、前記製品液を払拭する際の加熱温度が、前記製品液の製造時における設定加熱温度を基準として設定されることを特徴とする。
請求項５に記載の滅菌装置は、前記製品液を払拭する際の加熱温度が、前記製品液の製造時における設定加熱温度よりも１０℃以上高い温度に設定されることを特徴とする。
請求項６に記載の滅菌装置は、前記製品液を払拭する際の加熱温度は、前記製品液の粘度に応じて異なることを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、製品液流通管路に水を供給して前記製品液を製品液流通管路から払拭する際の水の加熱温度を、前記製品液の製造時における設定加熱温度よりも高い温度に設定することにより、製品液流通管路の管壁内面近傍に停滞する製品液（製品液の残滓）により熱媒液から水への熱の伝達が妨げられる事態を解消し、製品液水押し用の水の滅菌が適切に行われることから、製品液水押し用の水の滅菌が阻害されることによる滅菌ブレイクの発生を抑制することが可能となる。
請求項２に記載の発明によれば、バランスタンクを設けるとともに、熱交換器を構成する要素として、加熱部およびホールディングチューブ部を設け、加熱部の下流に設けられた温度検知部により検知された製品液の温度に基づき、水の加熱温度を制御することにより、熱交換器（即ち、加熱部）による実際の加熱状態に応じて水の加熱温度を過不足なく適切に制御し、製品液水押し用の水の滅菌処理を確実に行い、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生をより確実に抑制することが可能となる。
請求項３に記載の発明によれば、熱交換器の加熱部として第１加熱部および第２加熱部を設け、製品液流通管路に水を供給して前記製品液を製品液流通管路から払拭する際の第１加熱部による加熱温度を、前記製品液の製造時における設定加熱温度よりも高い温度に設定することにより、製品液流通管路に残存する製品液の粘性が顕著に現れやすい箇所での加熱温度を積極的に上昇させることができるため、いわゆる「中抜け」の状態が発生した場合であっても、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生を抑制することが可能となる。
請求項４に記載の発明によれば、製品液を払拭する際の加熱温度を、前記製品液の製造時における設定加熱温度を基準として設定することにより、適切な加熱温度を設定可能とし、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生を抑制することができる。
請求項５に記載の発明によれば、製品液を払拭する際の加熱温度を、前記製品液の製造時における設定加熱温度よりも１０℃以上高い温度に設定することにより、製品液を払拭する際の水の温度低下を適切に反映させた加熱温度を設定可能とし、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生を抑制することができる。
請求項６に記載の発明によれば、製品液を払拭する際の加熱温度を、前記製品液の粘度に応じて異なる温度に設定することにより、「中抜け」の発生状況を適切に反映させた加熱温度の設定が可能となり、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生を抑制することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る滅菌装置が備わる液体製品製造装置の全体的な構成を示す概略図である。 図２は、同上実施形態に係る滅菌装置の構成を示す模式図である。 図３は、同上実施形態に係る滅菌装置の作動状態を示す説明図である。
以下に添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る滅菌装置１３０が備わる液体製品製造装置１００の全体的な構成を示す概略図である。
液体製品製造装置１００は、各種ジュース、乳飲料、ソース、ケチャップ等の調味料を含む流体食品等の液体製品を製造するものであり、各種ジュース等の製品液の流れの方向に上流側から順に、原料液タンク１１０、ブレンダ１２０、滅菌装置１３０、アセプティックサージタンク１３３、および充填機１４０を備える。図１は、滅菌装置１３０として分類される要素の範囲を、二点鎖線により模式的に示す。液体製品製造装置１００は、さらに、滅菌装置１３０の動作を制御する制御システム２００を備える。制御システム２００の構成および動作については後述する。
原料液タンク１１０は、製品液の原料となる液体（以下「原料液」と称する）を貯留する。
ブレンダ１２０は、原料液タンク１１０から供給される原料液と水（液体製品用の水であり、製品液水押し用の水とは異なる）とを計量しながら混合して、規定濃度の混合液を調製し、この混合液を製品液として送出する。製品液濃度はブレンダ１２０内において均一化される。
滅菌装置１３０は、製品液の流れの方向に上流側から順に、バランスタンク１３１、熱交換器１３２を備え、ブレンダ１２０から送出された製品液を熱処理により加熱滅菌する。
バランスタンク１３１は、ブレンダ１２０から送出された製品液を貯留する。
熱交換器１３２は、熱媒液を高温側流体とし、バランスタンク１３１から供給される製品液を低温側流体として作動する。そして、低温側管路である製品液流通管路を流れる製品液と、高温側管路である熱媒液流通管を流れる熱媒液との熱交換により、熱媒液が有する熱を製品液に移動させ、製品液を加熱し、その熱をもって製品液の滅菌処理を実施する。
アセプティックサージタンク１３３は、熱交換器１３２による滅菌後の製品液を滅菌状態で貯留するように構成されている。
充填機１４０は、アセプティックサージタンク１３３から製品液の供給を受け、製品液を缶またはボトル等の図示しない容器に充填する。
熱交換器１３０の制御システム２００は、温度検知部２０１、演算部２０２および温調部２０３を備える。
温度検知部２０１は、熱交換器１３２の出口部における製品液の温度、即ち、熱交換器１３２に対してその下流側に接続された製品液流通管路を流れる製品液の温度を検知する。温度検知部２０１は温度センサにより形成され、本実施形態に係る「温度検知部」に相当する。
演算部２０２は、温度検知部２０１により検知された製品液の温度を入力し、これをもとに熱交換器１３２の動作に関する所定の演算制御を実行する。演算部２０２は、演算の結果に応じた制御指令を生成し、次の温調部２０３に出力する。本実施形態において、演算部２０２は、温調部２０３に対する制御指令を電気的な信号として生成する。
温調部２０３は、演算部２０２により出力された制御指令に応じて作動し、熱媒液との熱交換による製品液の加熱状態を調節する。例えば、製品液の温度が設定加熱温度よりも低い場合は、熱媒液の流量を増大させたり、熱媒液の温度を上昇させて、熱媒液から製品液に伝わる熱量を増大させ、製品液の更なる加熱を促進する。これに対し、製品液の温度が設定加熱温度よりも高い場合は、熱媒液の流量を減少させたり、熱媒液の温度を低下させ、熱媒液から製品液に伝わる熱量を減少させ、製品液の加熱を抑制する。
図２は、本実施形態に係る滅菌装置１３０の構成を示す模式図である。
本実施形態では、熱交換器１３２として、製品液の流れの方向に互いに前後して配置された２つの熱交換器、即ち、第１熱交換器１３２ａおよび第２熱交換器１３２ｂを備えるとともに、ホールディングチューブ１３４および、２つの熱交換器１３２ａ、１３２ｂとは異なる３つの熱交換器１３５ａ～１３５ｃを備える。
第１熱交換器１３２ａおよび第２熱交換器１３２ｂは、いずれも製品液を熱媒液との熱交換により加熱するものであり、夫々本実施形態に係る「第１加熱器」、「第２加熱器」に相当する。
第１熱交換器１３２ａおよび第２熱交換器１３２ｂは、内外二重管構造をなし、内方の製品液流通管路を製品液が流れ、その外方に製品液流通管路を包囲するように配置された熱媒液流通管を熱媒液が流れる。
第１および第２熱交換器１３２ａ、１３２ｂは、製品液を熱媒液との熱交換により加熱するものであるから、製品液よりも熱媒液の方が高温である。本実施形態では、常温（例えば、２０℃）の製品液を、第１熱交換器１３２ａを介して、例えば、８０℃にまで加熱するとともに、第１熱交換器１３２ａによる加熱後の製品液を、例えば、第２熱交換器１３２ｂを介して１３０℃にまで加熱する。
ホールディングチューブ１３４は、第２熱交換器１３２ｂから送出された製品液を所定流量で所定時間に亘って滅菌に必要な温度に保持する。滅菌温度は、例えば、１００℃以上の温度で、所定の滞留時間に亘って加熱滅菌される。本実施形態では、ホールディングチューブ１３４において、製品液を１３０℃で所定時間に亘って保持し、その間に製品液の滅菌を完遂する。ホールディングチューブ１３４は、本実施形態に係る「ホールディングチューブ部」に相当する。
熱交換器１３５ａ～１３５ｃは、滅菌後の製品液を熱媒液との熱交換により最終的に常温以下の温度にまで冷却する。
熱交換器１３５ａ～１３５ｃは、第１および第２熱交換器１３２ａ、１３２ｂと同様に内外二重管構造をなし、内方の製品液流通管路を製品液が流れ、外方の熱媒液流通管を熱媒液が流れる。
ホールディングチューブ１３４から送出された滅菌後の製品液を高温側流体とし、熱冷媒液を低温側流体として作動することにより、製品液を常温に向けて段階的に冷却する。
本実施形態では、バランスタンク１３１からアセプティックサージタンク１３３との間に３つのポンプ１３６ａ～１３６ｃを備え、これら３つのポンプ１３６ａ～１３６ｃはロータリーポンプにより構成されている。
第１ポンプ１３６ａは、バランスタンク１３１と第１熱交換器１３２ａとの間に配置され、バランスタンク１３１から送出された製品液を第１熱交換器１３２ａに圧送する。第１ポンプ１３６ａの作動は、本実施の形態にあっては、第１熱交換器１３２ａの下流に配置され、製品液管路内の圧力を検知してポンプの作動をフィードバック制御する製品液管路内圧力検知制御部（図示せず）により作動制御される。
本実施形態では、製品液を常圧における水の沸点（１００℃）を超える温度にまで加熱することから、沸騰による製品液の気化を防止するための「沸騰抑制圧」及び、製品液管路内の製品液に熱媒液が混入することを排除するための「安全背圧」を確保できるように、各ポンプ１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃの作動を制御して、製品液管路内を所定の加圧状態となるように調整する。
第２ポンプ１３６ｂは、熱交換器１３２ａと第２熱交換器１３２ｂとの間に配置され、第１熱交換器１３２ａによる加熱後の製品液を第２熱交換器１３２ｂに圧送する。第２ポンプ１３６ｂの作動は、本実施の形態にあっては、第１ポンプ１３６ａの下流側において第１熱交換器１３２ａとの間に設けられた、製品液管路内の流量を検知してポンプの作動をフィードバック制御する流量検知制御部（図示せず）により作動制御される。
第３ポンプ１３６ｃは、熱交換器１３５ｃと図示しないアセプティックサージタンク１３３との間に配置され、熱交換器１３５ａ～１３５ｃによる冷却後の製品液をアセプティックサージタンク１３３に圧送する。第３ポンプ１３６ｃの作動は、例えば、製品液が最も下流側の熱交換器１３５ｃを通過する際の熱交換器１３５ｃ下流の製品液流通管路内の圧力を検知してポンプの作動をフィードバック制御する製品液管路内圧力検知制御部（図示せず）により作動制御される。
本実施形態では、制御システム２００を構成する要素として、第１および第２熱交換器１３２ａ、１３２ｂのそれぞれに対して温度検知部（第１温度検知部２０１ａ、第２温度検知部２０１ｂ）、演算部（第１演算部２０２ａ、第２演算部２０２ｂ）および温調部（第１温調部２０３ａ、第２温調部２０３ｂ）が設けられる。
第１温度検知部２０１ａは、第１熱交換器１３２ａの出口部における製品液の温度を検知する。第１演算部２０２ａは、第１温度検知部２０１ａにより検知された製品液の温度をもとに、第１熱交換器１３２ａを通過する熱媒液の温度を制御する。本実施形態では、第１温調部２０３ａは弁装置であって、第１演算部２０２ａは、検知された製品液の温度を製品液の製造時における設定加熱温度に近づけるように、第１温調部２０３ａの弁の開度を制御する。
他方で、第２温度検知部２０１ｂは、第２熱交換器１３２ｂの出口部における製品液の温度を検知する。第２演算部２０２ｂは、第２温度検知部２０１ｂにより検知された製品液の温度をもとに、第２熱交換器１３２ｂを通過する熱媒液の温度を制御する。第２温調部２０３ｂも第１温調部２０３ａと同様に弁装置であり、第２演算部２０２ｂは、検知された製品液の温度を製品液の製造時における設定加熱温度となるようにする。既に述べたところであるが、第２演算部２０２ｂに関して定められる製品液の設定加熱温度は、第１演算部２０２ｂに関して定められる製品液の設定加熱温度よりも高い。
ここで、一つの種類の製品液（例えば、各種ジュース）の製造を終え、異なる種類の製品液（例えば、乳飲料）に切り替える場合は、旧製品液である各種ジュースの残滓と新製品液である乳飲料とが混合することのないように、製品液流通管路に水を供給し、管路内部に残存する旧製品液を水により押し出すようにして払拭する製品液水押し作業を行う。
製品液水押し作業は、製品液の切替時のほか、製造ラインに生じた不具合により製品液の滅菌処理を一時的に停止させる際に行う場合がある。例えば、充填機１４０の不具合によりアセプティックサージタンク１３３が製品液で満杯になった場合や、ブレンダ１２０による製品液の調製が間に合わず、バランスタンク１３１から熱交換器１３２への製品液の導入が中断される場合である。製品液流通管路に水を循環させることにより、アセプティックサージタンク１３３に対する製品液の供給を待機したり、熱交換器１３２への製品液の導入が再開されるのを待ったりする。
ここで、製品液水押しに用いる水にも、滅菌処理前には雑菌または細菌が存在する可能性があることから、製品液水押し用の水についても滅菌を行う必要がある。そして、仮にこの水の温度が第２熱交換器１３２ｂを通過した後にあってもなお滅菌可能な温度に到達しなかったり、滅菌可能な温度に一度は到達したものの、その後低下して、充分な時間に亘ってその温度を維持することができなかったりすると、ホールディングチューブ１３４およびその下流側に続く製品液流通管路の内部が雑菌または細菌により汚染され、滅菌ブレイクの事態となる。
ここで、各種の固形物を含むジュース、乳製品等の飲料を製造する場合等、製品液の粘性が水よりも高い場合は、製品液流通管路に残存する製品液の管壁内面に対する流体抵抗（即ち、圧力損失）が比較的大きく、製品液水押しに際して製品液が製品液流通管路の管壁内面近傍に停滞する。従って、製品液の切り替えに際して管内洗浄のために水を導入すると、管内流路のうち、製品液の残滓が停滞している領域以外の空間、具体的には、管内の径方向中央付近の空間を水が流れ、その周囲に製品液が残存する、いわゆる「中抜け」の状態となる。
「中抜け」が生じた場合は、管壁内面近傍に停滞する製品液、即ち、製品液の残滓が熱媒液と製品液水押し用の水との間の熱交換の障害となり、これにより、管内を流れる水の加熱が妨げられることにより、水が滅菌に必要な温度にまで加熱されず、「滅菌ブレイク」の事態の発生が促される懸念がある。そして、滅菌ブレイクが生じると、製造時における滅菌未達の場合と同様に、製造ラインを構成する機械自体の洗浄滅菌からやりなおすことが必要となり、損失および生産効率の観点から不利がある。
このような実情に鑑み、本実施形態では、各種固形物を含むジュース、乳製品等、製品液の粘性が比較的高い場合にあっても製品液水押し用の水の滅菌を良好に行うことを可能とし、滅菌ブレイクの発生を抑制する。
具体的には、製品液水押しを行う際、特に旧製品液の滅菌又は殺菌処理を停止または中断し、製品液水押しを開始する際に、第１熱交換器１３２ａによる水の加熱温度を、製品液（即ち、旧製品液）の製造時における設定加熱温度よりも高い温度に設定する。
図３は、本実施形態に係る滅菌装置１３０の作動状態を示す説明図であり、横軸に時間を示し、縦軸に製品液流通管路内の温度を夫々示す。図中符号Ｔｗ１は、第１熱交換器１３２ａ下流の製品液流通管路内の温度を、Ｔｗ２は、第２熱交換器１３２ｂ下流の製品液流通管路内の温度を夫々示し、図中符号ｄＴは、第１熱交換器１３２ａ下流の製品液流通管路内の温度の、製品液の製造時に対する上昇幅を示す。
演算制御部２０２がフィードフォワード系の制御設計である場合は、上昇幅ｄＴは、製造時における実際温度（温度検出部２０１により検知される温度）からの上昇幅となり、フィードバック系の制御設計である場合は、上昇幅ｄＴは、製造時における目標温度からの上昇幅となる。
製品液水押しを開始した後、製品液水押し用の水が製品液流通管路を流れ、第１熱交換器１３２ａの出口部に到達し（時刻ｔ１）、製品液流通管路の内部で先に述べた「中抜け」の状態が生じると、管内の管壁内面近傍に残存する製品液により、熱媒液流通管を流れる熱媒液から製品液流通管路を流れる製品液水押し用の水への熱の伝達が阻害され、温度Ｔｗ１が低下する事態が発生する。
これと同様の現象が、第２熱交換器１３２ｂの出口部でも生じるが（時刻ｔ２）、温度Ｔｗ２の低下幅は、第１熱交換器１３２ａの出口部における低下幅よりも小さい。これは、第２熱交換器１３２ｂの出口部では、管内に残存する製品液の温度が高く、製品液と水との粘性の差が現象として現れにくい傾向にあることによる。
本実施形態では、第１熱交換器１３２ａによる加熱温度を上昇させ、第１熱交換器１３２ａの出口部における水の温度Ｔｗ１を強制的に上昇させる。具体的には、第１熱交換器１３２ａに供給される熱媒液の温度Ｔｈ１を上昇させる。
水の温度Ｔｗ１を上昇させる方法は、これに限定されるものではなく、第１熱交換器１３２ａに供給される熱媒液の流量を増大させることに従っても可能であるし流量と温度との双方を変化させることに従っても可能である。熱媒液の温度Ｔｈ１は、水の温度Ｔｗ１の実際の低下幅または低下率に応じて適宜に調節することも可能であるが、本実施形態では、単に一定温度だけ上昇させることとする。
本実施形態に係る滅菌装置１３０およびこれを備える液体製品製造装置１００は、以上のように構成され、本実施形態により得られる効果について、以下に説明する。
本実施形態では、製品液流通管路に製品液水押し用の水を供給して製品液を製品液流通管路から払拭する際の水の加熱温度を、製品液の製造時における設定加熱温度よりも高い温度に設定することにより、製品液流通管路の管壁内面近傍に停滞する製品液により熱媒液から水への熱の伝達が妨げられ、水の滅菌が阻害されることによる「滅菌ブレイク」の発生を抑制することが可能となる。
バランスタンク１３１およびアセプティックサージタンク１３３を設けるとともに、熱交換器１３２を構成する要素として、第１熱交換器１３２ａ、第２熱交換器１３２ｂおよびホールディングチューブ１３４を設け、第１および第２熱交換器１３２ａ、１３２ｂの下流に設けられた温度検知部２０１ａ、２０１ｂにより検知された製品液の温度Ｔｗ１、Ｔｗ２に基づき、水の加熱温度を制御することにより、熱交換器１３２ａ、１３２ｂ（即ち、加熱部）による実際の加熱状態に応じて水の加熱温度を過不足なく適切に制御し、製品液水押し用の水の滅菌処理を確実に行い、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生をより確実に抑制することが可能となる。
熱交換器１３２の加熱部として第１熱交換器１３２ａおよび第２熱交換器１３２ｂを設け、製品液流通管路に水を供給して製品液を製品液流通管路から払拭する際の第１熱交換器１３２ａによる加熱温度を、製品液の製造時における設定加熱温度よりも高い温度に設定することにより、製品液流通管路に残存する製品液の粘性が顕著に現れやすい箇所での加熱温度を積極的に上昇させることができ、中抜けの状態を緩和し、製品液水押し時における「滅菌ブレイク」の発生を抑制することが可能となる。
製品液水押しにより製品液を払拭する際の加熱温度を、製品液の製造時における設定加熱温度（例えば、図３に示す製品液流通管路を流れる製品液の実際の温度Ｔｗ１）よりも１０℃以上高い温度に設定することにより、製品液を払拭する際の水の温度低下を適切に反映させた加熱温度を設定可能とし、製品液水押し時における「滅菌ブレイク」の発生を抑制することができる。
以上の説明では、製品液の製造後、製品液水押し用の水で製品液を払拭する際の加熱温度を、製品液流通管路内の温度Ｔｗ１、Ｔｗ２の変化に応じて調節したり、温度Ｔｗ１、Ｔｗ２の変化によらず一定に固定したりしたが、製品液（即ち、旧製品液）の製造時における設定加熱温度をもとに可変に設定することとしてもよい。具体的には、第１熱交換器１３２ａの出口部における製造時の製品液温度Ｔｗ１に応じて設定することとし、製造時の製品液温度Ｔｗ１が低いときほど粘性の影響が顕著となり、中抜けの症状が重いと判断して、第１熱交換器１３２ａによる加熱温度を大幅に上昇させるのである。
このように、製品液を払拭する際の加熱温度を、製品液の製造時における設定加熱温度を基準として設定することにより、実際の中抜けの発生状況に応じた適切な加熱温度を設定可能とし、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生を抑制することができる。
さらに、製品液を払拭する際の加熱温度を、製品液の製造時における設定加熱温度を基準として設定する場合に、加熱温度の上昇幅を１０℃以上とすることにより、製品液を払拭する際の水の温度低下を適切に反映させて、熱媒液から製品液水押し用の水へ伝わる熱量を充分に確保可能とし、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生を抑制することができる。
さらに、製品液（即ち、旧製品液）の粘性を予め把握しておき、製品液を払拭する際の加熱温度を、製品液ごとにその粘度に応じて異なる温度に設定することも可能である。
このように、製品液を払拭する際の加熱温度を、製品液の粘度に応じて異なる温度に設定することにより、実際の中抜けの発生状況を適切に反映させた加熱温度を設定可能とし、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生を抑制することができる。
上記実施の形態における滅菌装置の具体的構成に関しては上記実施の形態には限定されず、本発明の課題を解決できる構成であればよい。また、製品液を払拭する際の加熱温度に関しては、上記実施の形態においては１０℃の場合を例に説明したが、製品液の粘性により温度条件を変更することが必要であり、上記温度条件には限定されない。
１００…液体製品製造装置
１１０…原料液タンク
１２０…ブレンダ
１３０…滅菌装置
１３１…バランスタンク
１３２…熱交換器
１３２ａ…第１熱交換器
１３２ｂ…第２熱交換器
１３３…アセプティックサージタンク
１３４…ホールディングチューブ
１３５ａ～１３５ｃ…熱交換器
１３６ａ…第１ポンプ
１３６ｂ…第２ポンプ
１３６ｃ…第３ポンプ
１４０…充填機
２００…制御システム
２０１…温度検知部
２０１ａ…第１温度検知部
２０１ｂ…第２温度検知部
２０２…演算部
２０２ａ…第１演算部
２０２ｂ…第２演算部
２０３…温調部
２０３ａ…第１温調部
２０３ｂ…第２温調部
本発明は、製品液を熱処理により滅菌する滅菌装置に関する。
各種ジュース、牛乳またはお茶等の液体製品の製造においては、製造の過程で雑菌または細菌が製造後の製品液に混入することのないように、製造ラインの途中で製品液に厳密な滅菌処理を施す。製品液の滅菌処理を行う装置として、製品液が流れる製品液管路と熱媒液が流れる熱媒液流通管路とを、熱伝導性を有する管壁により管径方向において互いに区画し、製品液管路を流れる製品液と熱媒液流通管路を流れる熱媒体との間で熱交換を生じさせて製品液の滅菌（この場合の滅菌は、特に「間接滅菌」と呼ばれる）を行うように構成されている（特許文献１）。
特許第５９３９７８５号公報
一つの種類の製品液の製造を終え、異なる種類の製品液に切り替える場合、即ち、製品液管路を通じて製造する飲料を各種ジュースから乳飲料等に切り替える場合は、切替前の旧製品液の残滓と切替後の新製品液とが混合することのないように、製品液管路に旧製品液に代えて水を導入する。
これにより、製品液管路に残存する旧製品液を水により製品液管路から押し出すようにして払拭する。この操作は、「製品液水押し」と呼ばれ、「製品液水押し」は、製品液の品質を確保するうえで非常に重要な工程である。
「製品液水押し」は、製品液の切替時に管内洗浄を目的として行うほか、製造ラインに生じた不具合により製品液の滅菌又は殺菌処理を一時的に停止させる必要がある場合にも行う。例えば、充填機等、製造ラインの下流側に備わる設備の不具合によりアセプティックサージタンクが製品液で満杯になり、アセプティックサージタンクに対する製品液の供給を待機しなければならない場合や、製品液の調製が間に合わず、バランスタンクから製品液管路への製品液の導入を中断しなければならない場合である。
ここで、「製品液水押し」に用いる水（以下「製品液水押し用の水」または単に「水」という）にも、滅菌処理前には雑菌または細菌が存在する可能性がある。従って、熱媒液流通管路を流れる熱媒体との熱交換により製品液水押し用の水に関しても滅菌又は殺菌を行う必要があるが、この水の温度が滅菌又は殺菌可能な温度に到達しなかったり、滅菌又は殺菌可能な温度に一度は到達したものの、その後低下してしまい、充分な時間に亘ってその温度を維持することができなかった場合には、製品液管路の内部が水に繁殖した雑菌または細菌により汚染される可能性がある。このような事態を「滅菌ブレイク」と称する。
滅菌ブレイクの事態が発生すると製品液管路に残存する製品液を全て廃棄することが必要となるうえ、製品液の滅菌又は殺菌処理を再開するには、製造ラインのうち、滅菌又は殺菌処理にかかる部分およびその下流側の部分全体を滅菌又は殺菌しなおすことが必要となるため、製品液の損失が大きく、生産効率の大幅な低下を招くと共に生産コストが嵩むこととなる。
ここで、各種ジュース等、固形物を含む飲料や、ソース、ケチャップ等の調味料を含む流体食品を製造する場合や、牛乳または乳飲料を製造する場合等、製品液の粘性が水よりも高い場合は、製品液管路に残存する製品液の管壁内面に対する流体抵抗（圧力損失）が大きいことから、製品液水押しに際して製品液が製品液管路の管壁内面近傍に停滞する。
従って、製品液管路の管内洗浄のために水を導入すると、管内流路のうち、製品液の残滓が停滞している領域以外の空間、具体的には、管内の径方向中央付近の空間を水が流れ、その周囲に製品液が残存する状態となる。この状態は、「中抜け」と呼ばれる。中抜けの状態では、管内の径方向中央付近の空間を、管軸方向に沿って細長く伸びた紡錘状の流速分布をもって水が流れ、残存する製品液がこれを包囲することとなる。このような状態が製品液管路の管内で連続的に発生しながら、移動していくようにして製品液水押しが進行する。
「中抜け」の事態が生じた場合は、管壁内面近傍に停滞する製品液、即ち、製品液の残滓が相応の厚みを有し、熱媒体と水との間の熱交換の障害となる。これにより、管内を流れる水の加熱が妨げられることにより、水が滅菌又は殺菌に必要な温度にまで加熱されず、滅菌ブレイクの発生が促される懸念がある。この場合においても、製造時における滅菌又は殺菌未達の場合と同様に、製造ラインを構成する機械自体の洗浄、滅菌からやりなおすことが必要となり、損失および生産効率の観点から不利がある。
このような実情に鑑み、本発明は、各種ジュース、固形物を含む飲料、または牛乳、ソース、ケチャップ等の調味料を含む流体食品等、製品液の粘性が比較的高い場合にあっても製品液水押し用の水の滅菌を良好に行い、滅菌ブレイクの発生を抑制することのできる滅菌装置を提供することを目的とする。
請求項１に記載の発明は、原料液と水とが混合された粘性が水よりも高い規定濃度の製品液の滅菌又は殺菌処理を行う滅菌装置であって、製品液を加熱滅菌する熱交換器を備える。熱交換器は、製品液が流通する製品液流通管路と、製品液流通管路の径方向外方に、製品液流通管路を包囲して配置され、前記製品液とは異なる温度の熱媒液が流通する熱媒液流通管とを有し、製品液流通管路に水を供給して前記製品液を製品液流通管路から払拭する際の水の加熱温度を、前記製品液の製造時における設定加熱温度よりも高い温度に設定することを特徴とする。
請求項２に記載の滅菌装置は、前記滅菌装置は、前記熱交換器の上流に設けられ、前記製品液を貯留するバランスタンクをさらに備え、前記熱交換器は、前記バランスタンクから送出された前記製品液を加熱する加熱部と、前記加熱部の下流に設けられ、前記製品液を前記加熱部による加熱後の温度に維持するホールディングチューブ部とを有し、前記加熱部の下流には、温度検知部が設けられ、前記温度検知部により検知された前記製品液の温度に基づき、前記加熱部による前記水の加熱温度を制御することを特徴とする。
請求項３に記載の滅菌装置は、加熱部が、バランスタンクから送出された製品液を加熱する第１加熱部と、第１加熱部の下流側で、第１加熱部とホールディングチューブ部との間に設けられた第２加熱部とを含み、製品液流通管路に水を供給して前記製品液を製品液流通管路から払拭する際の第１加熱部による加熱温度を、前記製品液の製造時における設定加熱温度よりも高い温度に設定することを特徴とする。
請求項４に記載の滅菌装置は、前記製品液を払拭する際の加熱温度が、前記製品液の製造時における設定加熱温度を基準として設定されることを特徴とする。
請求項５に記載の滅菌装置は、前記製品液を払拭する際の加熱温度が、前記製品液の製造時における設定加熱温度よりも１０℃以上高い温度に設定されることを特徴とする。
請求項６に記載の滅菌装置は、前記製品液を払拭する際の加熱温度は、前記製品液の粘度に応じて異なることを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、製品液流通管路に水を供給して粘性が水よりも高い規定濃度の前記製品液を製品液流通管路から払拭する際の水の加熱温度を、前記製品液の製造時における設定加熱温度よりも高い温度に設定することにより、製品液流通管路の管壁内面近傍に停滞する製品液（製品液の残滓）により熱媒液から水への熱の伝達が妨げられる事態を解消し、製品液水押し用の水の滅菌が適切に行われることから、製品液水押し用の水の滅菌が阻害されることによる滅菌ブレイクの発生を抑制することが可能となる。
請求項２に記載の発明によれば、バランスタンクを設けるとともに、熱交換器を構成する要素として、加熱部およびホールディングチューブ部を設け、加熱部の下流に設けられた温度検知部により検知された製品液の温度に基づき、水の加熱温度を制御することにより、熱交換器（即ち、加熱部）による実際の加熱状態に応じて水の加熱温度を過不足なく適切に制御し、製品液水押し用の水の滅菌処理を確実に行い、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生をより確実に抑制することが可能となる。
請求項３に記載の発明によれば、熱交換器の加熱部として第１加熱部および第２加熱部を設け、製品液流通管路に水を供給して前記製品液を製品液流通管路から払拭する際の第１加熱部による加熱温度を、前記製品液の製造時における設定加熱温度よりも高い温度に設定することにより、製品液流通管路に残存する製品液の粘性が顕著に現れやすい箇所での加熱温度を積極的に上昇させることができるため、いわゆる「中抜け」の状態が発生した場合であっても、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生を抑制することが可能となる。
請求項４に記載の発明によれば、製品液を払拭する際の加熱温度を、前記製品液の製造時における設定加熱温度を基準として設定することにより、適切な加熱温度を設定可能とし、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生を抑制することができる。
請求項５に記載の発明によれば、製品液を払拭する際の加熱温度を、前記製品液の製造時における設定加熱温度よりも１０℃以上高い温度に設定することにより、製品液を払拭する際の水の温度低下を適切に反映させた加熱温度を設定可能とし、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生を抑制することができる。
請求項６に記載の発明によれば、製品液を払拭する際の加熱温度を、前記製品液の粘度に応じて異なる温度に設定することにより、「中抜け」の発生状況を適切に反映させた加熱温度の設定が可能となり、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生を抑制することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る滅菌装置が備わる液体製品製造装置の全体的な構成を示す概略図である。 図２は、同上実施形態に係る滅菌装置の構成を示す模式図である。 図３は、同上実施形態に係る滅菌装置の作動状態を示す説明図である。
以下に添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る滅菌装置１３０が備わる液体製品製造装置１００の全体的な構成を示す概略図である。
液体製品製造装置１００は、各種ジュース、乳飲料、ソース、ケチャップ等の調味料を含む流体食品等の液体製品を製造するものであり、各種ジュース等の製品液の流れの方向に上流側から順に、原料液タンク１１０、ブレンダ１２０、滅菌装置１３０、アセプティックサージタンク１３３、および充填機１４０を備える。図１は、滅菌装置１３０として分類される要素の範囲を、二点鎖線により模式的に示す。液体製品製造装置１００は、さらに、滅菌装置１３０の動作を制御する制御システム２００を備える。制御システム２００の構成および動作については後述する。
原料液タンク１１０は、製品液の原料となる液体（以下「原料液」と称する）を貯留する。
ブレンダ１２０は、原料液タンク１１０から供給される原料液と水（液体製品用の水であり、製品液水押し用の水とは異なる）とを計量しながら混合して、規定濃度の混合液を調製し、この混合液を製品液として送出する。製品液濃度はブレンダ１２０内において均一化される。
滅菌装置１３０は、製品液の流れの方向に上流側から順に、バランスタンク１３１、熱交換器１３２を備え、ブレンダ１２０から送出された製品液を熱処理により加熱滅菌する。
バランスタンク１３１は、ブレンダ１２０から送出された製品液を貯留する。
熱交換器１３２は、熱媒液を高温側流体とし、バランスタンク１３１から供給される製品液を低温側流体として作動する。そして、低温側管路である製品液流通管路を流れる製品液と、高温側管路である熱媒液流通管を流れる熱媒液との熱交換により、熱媒液が有する熱を製品液に移動させ、製品液を加熱し、その熱をもって製品液の滅菌処理を実施する。
アセプティックサージタンク１３３は、熱交換器１３２による滅菌後の製品液を滅菌状態で貯留するように構成されている。
充填機１４０は、アセプティックサージタンク１３３から製品液の供給を受け、製品液を缶またはボトル等の図示しない容器に充填する。
熱交換器１３０の制御システム２００は、温度検知部２０１、演算部２０２および温調部２０３を備える。
温度検知部２０１は、熱交換器１３２の出口部における製品液の温度、即ち、熱交換器１３２に対してその下流側に接続された製品液流通管路を流れる製品液の温度を検知する。温度検知部２０１は温度センサにより形成され、本実施形態に係る「温度検知部」に相当する。
演算部２０２は、温度検知部２０１により検知された製品液の温度を入力し、これをもとに熱交換器１３２の動作に関する所定の演算制御を実行する。演算部２０２は、演算の結果に応じた制御指令を生成し、次の温調部２０３に出力する。本実施形態において、演算部２０２は、温調部２０３に対する制御指令を電気的な信号として生成する。
温調部２０３は、演算部２０２により出力された制御指令に応じて作動し、熱媒液との熱交換による製品液の加熱状態を調節する。例えば、製品液の温度が設定加熱温度よりも低い場合は、熱媒液の流量を増大させたり、熱媒液の温度を上昇させて、熱媒液から製品液に伝わる熱量を増大させ、製品液の更なる加熱を促進する。これに対し、製品液の温度が設定加熱温度よりも高い場合は、熱媒液の流量を減少させたり、熱媒液の温度を低下させ、熱媒液から製品液に伝わる熱量を減少させ、製品液の加熱を抑制する。
図２は、本実施形態に係る滅菌装置１３０の構成を示す模式図である。
本実施形態では、熱交換器１３２として、製品液の流れの方向に互いに前後して配置された２つの熱交換器、即ち、第１熱交換器１３２ａおよび第２熱交換器１３２ｂを備えるとともに、ホールディングチューブ１３４および、２つの熱交換器１３２ａ、１３２ｂとは異なる３つの熱交換器１３５ａ～１３５ｃを備える。
第１熱交換器１３２ａおよび第２熱交換器１３２ｂは、いずれも製品液を熱媒液との熱交換により加熱するものであり、夫々本実施形態に係る「第１加熱器」、「第２加熱器」に相当する。
第１熱交換器１３２ａおよび第２熱交換器１３２ｂは、内外二重管構造をなし、内方の製品液流通管路を製品液が流れ、その外方に製品液流通管路を包囲するように配置された熱媒液流通管を熱媒液が流れる。
第１および第２熱交換器１３２ａ、１３２ｂは、製品液を熱媒液との熱交換により加熱するものであるから、製品液よりも熱媒液の方が高温である。本実施形態では、常温（例えば、２０℃）の製品液を、第１熱交換器１３２ａを介して、例えば、８０℃にまで加熱するとともに、第１熱交換器１３２ａによる加熱後の製品液を、例えば、第２熱交換器１３２ｂを介して１３０℃にまで加熱する。
ホールディングチューブ１３４は、第２熱交換器１３２ｂから送出された製品液を所定流量で所定時間に亘って滅菌に必要な温度に保持する。滅菌温度は、例えば、１００℃以上の温度で、所定の滞留時間に亘って加熱滅菌される。本実施形態では、ホールディングチューブ１３４において、製品液を１３０℃で所定時間に亘って保持し、その間に製品液の滅菌を完遂する。ホールディングチューブ１３４は、本実施形態に係る「ホールディングチューブ部」に相当する。
熱交換器１３５ａ～１３５ｃは、滅菌後の製品液を熱媒液との熱交換により最終的に常温以下の温度にまで冷却する。
熱交換器１３５ａ～１３５ｃは、第１および第２熱交換器１３２ａ、１３２ｂと同様に内外二重管構造をなし、内方の製品液流通管路を製品液が流れ、外方の熱媒液流通管を熱媒液が流れる。
ホールディングチューブ１３４から送出された滅菌後の製品液を高温側流体とし、熱冷媒液を低温側流体として作動することにより、製品液を常温に向けて段階的に冷却する。
本実施形態では、バランスタンク１３１からアセプティックサージタンク１３３との間に３つのポンプ１３６ａ～１３６ｃを備え、これら３つのポンプ１３６ａ～１３６ｃはロータリーポンプにより構成されている。
第１ポンプ１３６ａは、バランスタンク１３１と第１熱交換器１３２ａとの間に配置され、バランスタンク１３１から送出された製品液を第１熱交換器１３２ａに圧送する。第１ポンプ１３６ａの作動は、本実施の形態にあっては、第１熱交換器１３２ａの下流に配置され、製品液管路内の圧力を検知してポンプの作動をフィードバック制御する製品液管路内圧力検知制御部（図示せず）により作動制御される。
本実施形態では、製品液を常圧における水の沸点（１００℃）を超える温度にまで加熱することから、沸騰による製品液の気化を防止するための「沸騰抑制圧」及び、製品液管路内の製品液に熱媒液が混入することを排除するための「安全背圧」を確保できるように、各ポンプ１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃの作動を制御して、製品液管路内を所定の加圧状態となるように調整する。
第２ポンプ１３６ｂは、熱交換器１３２ａと第２熱交換器１３２ｂとの間に配置され、第１熱交換器１３２ａによる加熱後の製品液を第２熱交換器１３２ｂに圧送する。第２ポンプ１３６ｂの作動は、本実施の形態にあっては、第１ポンプ１３６ａの下流側において第１熱交換器１３２ａとの間に設けられた、製品液管路内の流量を検知してポンプの作動をフィードバック制御する流量検知制御部（図示せず）により作動制御される。
第３ポンプ１３６ｃは、熱交換器１３５ｃと図示しないアセプティックサージタンク１３３との間に配置され、熱交換器１３５ａ～１３５ｃによる冷却後の製品液をアセプティックサージタンク１３３に圧送する。第３ポンプ１３６ｃの作動は、例えば、製品液が最も下流側の熱交換器１３５ｃを通過する際の熱交換器１３５ｃ下流の製品液流通管路内の圧力を検知してポンプの作動をフィードバック制御する製品液管路内圧力検知制御部（図示せず）により作動制御される。
本実施形態では、制御システム２００を構成する要素として、第１および第２熱交換器１３２ａ、１３２ｂのそれぞれに対して温度検知部（第１温度検知部２０１ａ、第２温度検知部２０１ｂ）、演算部（第１演算部２０２ａ、第２演算部２０２ｂ）および温調部（第１温調部２０３ａ、第２温調部２０３ｂ）が設けられる。
第１温度検知部２０１ａは、第１熱交換器１３２ａの出口部における製品液の温度を検知する。第１演算部２０２ａは、第１温度検知部２０１ａにより検知された製品液の温度をもとに、第１熱交換器１３２ａを通過する熱媒液の温度を制御する。本実施形態では、第１温調部２０３ａは弁装置であって、第１演算部２０２ａは、検知された製品液の温度を製品液の製造時における設定加熱温度に近づけるように、第１温調部２０３ａの弁の開度を制御する。
他方で、第２温度検知部２０１ｂは、第２熱交換器１３２ｂの出口部における製品液の温度を検知する。第２演算部２０２ｂは、第２温度検知部２０１ｂにより検知された製品液の温度をもとに、第２熱交換器１３２ｂを通過する熱媒液の温度を制御する。第２温調部２０３ｂも第１温調部２０３ａと同様に弁装置であり、第２演算部２０２ｂは、検知された製品液の温度を製品液の製造時における設定加熱温度となるようにする。既に述べたところであるが、第２演算部２０２ｂに関して定められる製品液の設定加熱温度は、第１演算部２０２ｂに関して定められる製品液の設定加熱温度よりも高い。
ここで、一つの種類の製品液（例えば、各種ジュース）の製造を終え、異なる種類の製品液（例えば、乳飲料）に切り替える場合は、旧製品液である各種ジュースの残滓と新製品液である乳飲料とが混合することのないように、製品液流通管路に水を供給し、管路内部に残存する旧製品液を水により押し出すようにして払拭する製品液水押し作業を行う。
製品液水押し作業は、製品液の切替時のほか、製造ラインに生じた不具合により製品液の滅菌処理を一時的に停止させる際に行う場合がある。例えば、充填機１４０の不具合によりアセプティックサージタンク１３３が製品液で満杯になった場合や、ブレンダ１２０による製品液の調製が間に合わず、バランスタンク１３１から熱交換器１３２への製品液の導入が中断される場合である。製品液流通管路に水を循環させることにより、アセプティックサージタンク１３３に対する製品液の供給を待機したり、熱交換器１３２への製品液の導入が再開されるのを待ったりする。
ここで、製品液水押しに用いる水にも、滅菌処理前には雑菌または細菌が存在する可能性があることから、製品液水押し用の水についても滅菌を行う必要がある。そして、仮にこの水の温度が第２熱交換器１３２ｂを通過した後にあってもなお滅菌可能な温度に到達しなかったり、滅菌可能な温度に一度は到達したものの、その後低下して、充分な時間に亘ってその温度を維持することができなかったりすると、ホールディングチューブ１３４およびその下流側に続く製品液流通管路の内部が雑菌または細菌により汚染され、滅菌ブレイクの事態となる。
ここで、各種の固形物を含むジュース、乳製品等の飲料を製造する場合等、製品液の粘性が水よりも高い場合は、製品液流通管路に残存する製品液の管壁内面に対する流体抵抗（即ち、圧力損失）が比較的大きく、製品液水押しに際して製品液が製品液流通管路の管壁内面近傍に停滞する。従って、製品液の切り替えに際して管内洗浄のために水を導入すると、管内流路のうち、製品液の残滓が停滞している領域以外の空間、具体的には、管内の径方向中央付近の空間を水が流れ、その周囲に製品液が残存する、いわゆる「中抜け」の状態となる。
「中抜け」が生じた場合は、管壁内面近傍に停滞する製品液、即ち、製品液の残滓が熱媒液と製品液水押し用の水との間の熱交換の障害となり、これにより、管内を流れる水の加熱が妨げられることにより、水が滅菌に必要な温度にまで加熱されず、「滅菌ブレイク」の事態の発生が促される懸念がある。そして、滅菌ブレイクが生じると、製造時における滅菌未達の場合と同様に、製造ラインを構成する機械自体の洗浄滅菌からやりなおすことが必要となり、損失および生産効率の観点から不利がある。
このような実情に鑑み、本実施形態では、各種固形物を含むジュース、乳製品等、製品液の粘性が比較的高い場合にあっても製品液水押し用の水の滅菌を良好に行うことを可能とし、滅菌ブレイクの発生を抑制する。
具体的には、製品液水押しを行う際、特に旧製品液の滅菌又は殺菌処理を停止または中断し、製品液水押しを開始する際に、第１熱交換器１３２ａによる水の加熱温度を、製品液（即ち、旧製品液）の製造時における設定加熱温度よりも高い温度に設定する。
図３は、本実施形態に係る滅菌装置１３０の作動状態を示す説明図であり、横軸に時間を示し、縦軸に製品液流通管路内の温度を夫々示す。図中符号Ｔｗ１は、第１熱交換器１３２ａ下流の製品液流通管路内の温度を、Ｔｗ２は、第２熱交換器１３２ｂ下流の製品液流通管路内の温度を夫々示し、図中符号ｄＴは、第１熱交換器１３２ａ下流の製品液流通管路内の温度の、製品液の製造時に対する上昇幅を示す。
演算制御部２０２がフィードフォワード系の制御設計である場合は、上昇幅ｄＴは、製造時における実際温度（温度検出部２０１により検知される温度）からの上昇幅となり、フィードバック系の制御設計である場合は、上昇幅ｄＴは、製造時における目標温度からの上昇幅となる。
製品液水押しを開始した後、製品液水押し用の水が製品液流通管路を流れ、第１熱交換器１３２ａの出口部に到達し（時刻ｔ１）、製品液流通管路の内部で先に述べた「中抜け」の状態が生じると、管内の管壁内面近傍に残存する製品液により、熱媒液流通管を流れる熱媒液から製品液流通管路を流れる製品液水押し用の水への熱の伝達が阻害され、温度Ｔｗ１が低下する事態が発生する。
これと同様の現象が、第２熱交換器１３２ｂの出口部でも生じるが（時刻ｔ２）、温度Ｔｗ２の低下幅は、第１熱交換器１３２ａの出口部における低下幅よりも小さい。これは、第２熱交換器１３２ｂの出口部では、管内に残存する製品液の温度が高く、製品液と水との粘性の差が現象として現れにくい傾向にあることによる。
本実施形態では、第１熱交換器１３２ａによる加熱温度を上昇させ、第１熱交換器１３２ａの出口部における水の温度Ｔｗ１を強制的に上昇させる。具体的には、第１熱交換器１３２ａに供給される熱媒液の温度Ｔｈ１を上昇させる。
水の温度Ｔｗ１を上昇させる方法は、これに限定されるものではなく、第１熱交換器１３２ａに供給される熱媒液の流量を増大させることに従っても可能であるし流量と温度との双方を変化させることに従っても可能である。熱媒液の温度Ｔｈ１は、水の温度Ｔｗ１の実際の低下幅または低下率に応じて適宜に調節することも可能であるが、本実施形態では、単に一定温度だけ上昇させることとする。
本実施形態に係る滅菌装置１３０およびこれを備える液体製品製造装置１００は、以上のように構成され、本実施形態により得られる効果について、以下に説明する。
本実施形態では、製品液流通管路に製品液水押し用の水を供給して製品液を製品液流通管路から払拭する際の水の加熱温度を、製品液の製造時における設定加熱温度よりも高い温度に設定することにより、製品液流通管路の管壁内面近傍に停滞する製品液により熱媒液から水への熱の伝達が妨げられ、水の滅菌が阻害されることによる「滅菌ブレイク」の発生を抑制することが可能となる。
バランスタンク１３１およびアセプティックサージタンク１３３を設けるとともに、熱交換器１３２を構成する要素として、第１熱交換器１３２ａ、第２熱交換器１３２ｂおよびホールディングチューブ１３４を設け、第１および第２熱交換器１３２ａ、１３２ｂの下流に設けられた温度検知部２０１ａ、２０１ｂにより検知された製品液の温度Ｔｗ１、Ｔｗ２に基づき、水の加熱温度を制御することにより、熱交換器１３２ａ、１３２ｂ（即ち、加熱部）による実際の加熱状態に応じて水の加熱温度を過不足なく適切に制御し、製品液水押し用の水の滅菌処理を確実に行い、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生をより確実に抑制することが可能となる。
熱交換器１３２の加熱部として第１熱交換器１３２ａおよび第２熱交換器１３２ｂを設け、製品液流通管路に水を供給して製品液を製品液流通管路から払拭する際の第１熱交換器１３２ａによる加熱温度を、製品液の製造時における設定加熱温度よりも高い温度に設定することにより、製品液流通管路に残存する製品液の粘性が顕著に現れやすい箇所での加熱温度を積極的に上昇させることができ、中抜けの状態を緩和し、製品液水押し時における「滅菌ブレイク」の発生を抑制することが可能となる。
製品液水押しにより製品液を払拭する際の加熱温度を、製品液の製造時における設定加熱温度（例えば、図３に示す製品液流通管路を流れる製品液の実際の温度Ｔｗ１）よりも１０℃以上高い温度に設定することにより、製品液を払拭する際の水の温度低下を適切に反映させた加熱温度を設定可能とし、製品液水押し時における「滅菌ブレイク」の発生を抑制することができる。
以上の説明では、製品液の製造後、製品液水押し用の水で製品液を払拭する際の加熱温度を、製品液流通管路内の温度Ｔｗ１、Ｔｗ２の変化に応じて調節したり、温度Ｔｗ１、Ｔｗ２の変化によらず一定に固定したりしたが、製品液（即ち、旧製品液）の製造時における設定加熱温度をもとに可変に設定することとしてもよい。具体的には、第１熱交換器１３２ａの出口部における製造時の製品液温度Ｔｗ１に応じて設定することとし、製造時の製品液温度Ｔｗ１が低いときほど粘性の影響が顕著となり、中抜けの症状が重いと判断して、第１熱交換器１３２ａによる加熱温度を大幅に上昇させるのである。
このように、製品液を払拭する際の加熱温度を、製品液の製造時における設定加熱温度を基準として設定することにより、実際の中抜けの発生状況に応じた適切な加熱温度を設定可能とし、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生を抑制することができる。
さらに、製品液を払拭する際の加熱温度を、製品液の製造時における設定加熱温度を基準として設定する場合に、加熱温度の上昇幅を１０℃以上とすることにより、製品液を払拭する際の水の温度低下を適切に反映させて、熱媒液から製品液水押し用の水へ伝わる熱量を充分に確保可能とし、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生を抑制することができる。
さらに、製品液（即ち、旧製品液）の粘性を予め把握しておき、製品液を払拭する際の加熱温度を、製品液ごとにその粘度に応じて異なる温度に設定することも可能である。
このように、製品液を払拭する際の加熱温度を、製品液の粘度に応じて異なる温度に設定することにより、実際の中抜けの発生状況を適切に反映させた加熱温度を設定可能とし、製品液水押し時における滅菌ブレイクの発生を抑制することができる。
上記実施の形態における滅菌装置の具体的構成に関しては上記実施の形態には限定されず、本発明の課題を解決できる構成であればよい。また、製品液を払拭する際の加熱温度に関しては、上記実施の形態においては１０℃の場合を例に説明したが、製品液の粘性により温度条件を変更することが必要であり、上記温度条件には限定されない。
１００…液体製品製造装置
１１０…原料液タンク
１２０…ブレンダ
１３０…滅菌装置
１３１…バランスタンク
１３２…熱交換器
１３２ａ…第１熱交換器
１３２ｂ…第２熱交換器
１３３…アセプティックサージタンク
１３４…ホールディングチューブ
１３５ａ～１３５ｃ…熱交換器
１３６ａ…第１ポンプ
１３６ｂ…第２ポンプ
１３６ｃ…第３ポンプ
１４０…充填機
２００…制御システム
２０１…温度検知部
２０１ａ…第１温度検知部
２０１ｂ…第２温度検知部
２０２…演算部
２０２ａ…第１演算部
２０２ｂ…第２演算部
２０３…温調部
２０３ａ…第１温調部
２０３ｂ…第２温調部

Claims (6)

  1. 原料液と水とが混合された規定濃度の製品液の滅菌又は殺菌処理を行う滅菌装置であって、
    前記滅菌装置は、前記製品液を加熱滅菌する熱交換器を備え、
    前記熱交換器は、
    前記製品液が流通する製品液流通管路と、
    前記製品液流通管路の径方向外方に、前記製品液流通管路を包囲して配置され、前記製品液とは異なる温度の熱媒液が流通する熱媒液流通管とを有し、
    前記製品液流通管路に水を供給して前記製品液を前記製品液流通管路から払拭する際の前記水の加熱温度を、前記製品液の製造時における設定加熱温度よりも高い温度に設定することを特徴とする滅菌装置。
  2. 前記滅菌装置は、
    前記熱交換器の上流に設けられ、前記製品液を貯留するバランスタンクをさらに備え、
    前記熱交換器は、
    前記バランスタンクから送出された前記製品液を加熱する加熱部と、
    前記加熱部の下流に設けられ、前記製品液を前記加熱部による加熱後の温度に維持するホールディングチューブ部とを有し、
    前記加熱部の下流には、温度検知部が設けられ、
    前記温度検知部により検知された前記製品液の温度に基づき、前記加熱部による前記水の加熱温度を制御することを特徴とする、請求項１に記載の滅菌装置。
  3. 前記加熱部は、
    前記バランスタンクから送出された前記製品液を加熱する第１加熱部と、
    前記第１加熱部の下流側で、前記第１加熱部と前記ホールディングチューブ部との間に設けられた第２加熱部とを含み、
    前記製品液流通管路に水を供給して前記製品液を前記製品液流通管路から払拭する際の前記第１加熱部による加熱温度を、前記製品液の製造時における設定加熱温度よりも高い温度に設定することを特徴とする、請求項１または２に記載の滅菌装置。
  4. 前記製品液を水により払拭する際の加熱温度は、前記製品液の製造時における設定加熱温度を基準として設定されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の滅菌装置。
  5. 前記製品液を払拭する際の加熱温度は、前記製品液の製造時における設定加熱温度よりも１０℃以上高い温度に設定されることを特徴とする、請求項４に記載の滅菌装置。
  6. 前記製品液を水により払拭する際の加熱温度は、前記製品液の粘度に応じて異なることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の滅菌装置。
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