JP2023037183A - 液体混合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】滅菌・殺菌装置における製品規格液の濃度管理を容易且つ高精度に行うことにより製品ロスを削減し、液体製品を従来よりも低コストで製造することができる液体混合装置を提供する。【解決手段】液体混合装置１００は、原料液と水とを混合して規定濃度の製品規格液を送出するブレンダ１２０と、ブレンダ１２０から送出された製品規格液の滅菌処理を行う滅菌・殺菌装置１３０と、を備える。滅菌・殺菌装置１３０は、ブレンダ１２０から排出された製品規格液を貯留するＢＴ１３１と、ＢＴ１３１からの製品規格液を加熱滅菌する熱交換器１３２と、滅菌後の製品規格液を貯留するＡＣＴ１３３と、製品規格液の密度に基づいて製品規格液の濃度を測定する濃度監視装置１３５を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、飲料など液体製品を製造する際に使用される液体混合装置に関するものである。

従来、飲料製造に使用する液体混合装置として図３に示すものがある。この液体混合装置３００は、製品規格液として飲料を製造するものである。この例では、液体混合装置３００は、原料液タンク３１０と、ブレンダ３２０と、滅菌・殺菌装置３３０と、を備える。ブレンダ３２０は、原料液タンク３１０からの原料液と水とを計量しつつ、連続的に混合して所定濃度の混合液である製品規格液を送り出す。

滅菌・殺菌装置３３０は、ブレンダ３２０から送出された製品規格液を滅菌又は殺菌する。滅菌・殺菌装置３３０は、ブレンダ３２０から送出された製品規格液を貯留するバランスタンク（以下、「ＢＴ」と称す）３３１と、バランスタンク３３１からの製品規格液を加熱滅菌又は殺菌する熱交換器３３２とを備えており、熱交換器３３２からＢＴ３３１との間には、熱交換器３３２からＢＴ３３１へ製品規格液を戻す戻し管路３３４とを備えている。
また、熱交換器３３２の下流には、滅菌又は殺菌後の製品規格液を貯留するアセプティックサージタンク（以下、「ＡＣＴ」と称す）３３３が配置されている。

ＡＣＴ３３３に貯留された製品規格液は、充填機３４０により缶やボトルに詰められる。戻し管路３３４は、滅菌・殺菌装置３３０を循環運転するときに使用される。滅菌・殺菌装置３３０の循環運転は、充填機３４０が停止したとき、ＡＣＴ３３３が満液になるが、滅菌・殺菌装置３３０はシステムの都合で停止できないため行われる（特許文献１）。

液体混合装置３００において、原料液及び水により製品規格液を製造する場合には、滅菌・殺菌装置３３０内において「原液置換」及び「原液排出」を、交互に繰り返しながら製品液の滅菌又は殺菌処理を行う。
即ち、製品液の製造に当たっては当初、水を滅菌・殺菌装置１３０内に循環させておき、その後、準備した所定量の製品液を滅菌・殺菌装置１３０内に流入させて水を製品液に置き換えて（原液置換）滅菌又は殺菌作業を行い、所定量の製品液の滅菌又は殺菌が完了した場合には、再度、滅菌・殺菌装置１３０内に水を流通させて滅菌、殺菌完了後の製品液を滅菌・殺菌装置１３０から排出させる（原液排出）。この種の作業は「液置換」と称される。

また、充填機３４０など滅菌・殺菌装置３３０よりも下流に位置する製造設備のトラブルによりＡＣＴ３３３に製品規格液が溜まり、ＡＣＴ３３３が満杯になることがある。この場合には、製品規格液がまだ残っていても液置換を行い、滅菌・殺菌装置３３０を水運転で待機させることになる。

また、滅菌・殺菌装置３３０の上流の設備に不具合が生じた場合、滅菌・殺菌装置３３０に製品規格液が供給されなくなる。この場合にも、液置換を行い、滅菌・殺菌装置３３０を水運転で待機させることになる。

特開２０１４－８３５２５号公報

上述の液置換が行われた場合、滅菌・殺菌装置３３０のＢＴ３３１からＡＣＴ３３３に至る流路（以下、「滅菌・殺菌ライン」とも称す）内で、液置換のために供給された水と製品規格液とが混合した部分（以下、「混合部分」と称す）が形成されることとなるが、水の粘度と製品規格液の粘度には差があることから、滅菌・殺菌ライン内において混合部分は流路方向に延在して形成される。このため、流路を流れる液体のどの部分からが製品規格液として成立する部分であるかを判断することが難しい。その結果、そのような混合部分が発生した可能性のある全液を廃棄せざるを得ず、製品ロスにつながり、製品規格液の製造コストが嵩むという問題点があった。

このような問題を解決するためには、液置換の際に、滅菌・殺菌ラインにおいて何度もサンプリング作業を行い、混合部分がどの程度の濃度に至っているかを確認する必要がある。濃度の管理は、液体製品そのものの品質に関わる非常にクリティカルな問題である。

また、サンプリング作業は、製品液流通管に設けられたサンプリングバルブを開放し、液体の濃度を手作業で検証することにより行われ、複数の作業者が作業分担を行うことにより濃度計測を行っていたことから多くの人手を要し、液体製品の製造作業における大きな負荷となっていた。

すなわち、混合部分の濃度の測定を行うためには、混合部分のサンプリングバルブ部位への到達時間を測定する必要があるが、その測定に要する作業が非常に煩雑であった。また、従来は、滅菌・殺菌ライン上に配置された構成機器の組み合わせにより形成される管路パターン毎に混合部分のサンプリングを行っており、管路パターンに応じた回数の測定が必要であった。さらに、サンプリング作業に原料や容器の準備が必要であった。

また、サンプリング作業を行った場合であっても、液置換時に、常時、濃度監視作業を行っているわけではないことから、場合によっては、製品として成立する濃度を有する液体を廃棄してしまうような事態もあり、液置換における濃度管理は非常に困難であった。

さらに、容器への充填後に、製品規格を外れた濃度の液体製品が検出された場合には、生産開始から検出時点までに容器に充填された全製品を検査しなければならないという問題があった。

また、液体製品の内、固形物を含む液体製品は、比較的製品コストが高いことから、製品ロスを発生させたくないという事情がある。そこで、液置換における製品原液と水の混合部分も含めてＡＣＴ３３３に送液し、ＡＣＴ３３３内で、製品規格内の濃度に調合すること（以下、「ＡＣＴ調合」と称す）が行われる。ＡＣＴ調合は、所定濃度の製品原液をどの程度の液量だけＡＣＴ３３３へ送液すれば製品規格の濃度になるかを製品規格液ごとにデータ管理しつつ実施される。

しかしながら、ＡＣＴ調合の実行中に、滅菌・殺菌ラインにトラブルが発生し、ＡＣＴ３３３への送液が途中で止まってしまうことがある。

このような場合には、製品規格液のＡＣＴ３３３への送液量が不明となることから、ＡＣＴ３３３に供給された全液体の濃度が不明となる。このような場合には、ＡＣＴ３３３内の液体は製品として成立しないことから、ＡＣＴ３３３内の全液体を廃棄せざるを得ない。その結果、非常に大きな製品ロスが発生し、製品規格液の製造コストが嵩むという問題点があった。

本発明は、滅菌・殺菌装置における製品規格液の濃度管理を、人手を介することなく容易且つ高精度に行うことにより製品ロスを削減し、液体製品を従来よりも低コストで製造することができる液体混合装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は、原料液と水とを混合して規定濃度の製品規格液の滅菌又は殺菌処理を行う装置を備える液体混合装置において、前記装置は、前記製品規格液を貯留するバランスタンクと、前記バランスタンクからの前記製品規格液を加熱滅菌する熱交換器と、前記製品規格液の密度又は導電率に基づいて前記製品規格液の濃度を監視する濃度監視装置とを備えることを特徴とする液体混合装置である。

上記構成によれば、製品規格液の密度又は導電率に基づいて製品規格液の濃度を監視する濃度監視装置を備えたことにより、製品規格液の濃度管理を、人手を介することなく、従来よりも容易且つ高精度に行うことができるので、濃度不良による製品ロスを削減し、製品規格液を従来よりも低コストで製造することができる。

例えば、液置換の場合には、滅菌・殺菌装置の流路内を流れる液体のうち製品規格液として成立する部分を従来よりも容易に且つ高精度に検出できるので、製品規格液を従来よりも効率的に取り出すことが可能となり、製品ロスが削減される。その結果、液体製品を従来よりも低コストで製造することが可能となる。

また、滅菌・殺菌装置の流路内を流れる液体の濃度を、人手を介することなく、従来よりも容易に且つ高精度に検出できるので、ＡＣＴ内の製品規格液の濃度管理を従来よりも容易且つ高精度に行うことができるようになる。
即ち、従来、滅菌・殺菌ラインにおける圧力異常等によりトラブルが発生した場合には冷媒液の製品液への混入の可能性があることから、滅菌・殺菌装置及び滅菌・殺菌ラインの全液体製品を廃棄していたが、密度を介して濃度を検知することでこの事態を回避することができる。
その結果、ＡＣＴに供給された全液体の濃度が不明であるという理由で実施されていたＡＣＴ内の全液廃棄処理を抑制し、製品ロスを削減できる。その結果、液体製品を従来よりも低コストで製造することが可能となる。

本発明において、前記液体混合装置は、滅菌後の前記製品規格液を貯留するアセプティックサージタンク（ＡＣＴ）を備え、前記濃度監視装置は、前記アセプティックサージタンク（ＡＣＴ）に流入する前記製品規格液の密度を測定する密度計と、前記密度計の出力値に基づいて前記製品規格液の濃度を算出する濃度算出装置とを有することを特徴とする。
この構成によれば、密度計の出力値に基づいて、ＡＣＴに流入する製品規格液の濃度を算出することにより、ＡＣＴ内の製品規格液の濃度を把握することができる。

本発明において、前記濃度監視装置は、複数種類の前記製品規格液の密度データを記憶した密度データ記憶部を有し、前記密度計の出力値と前記密度データ記憶部に記憶されている前記製品規格液毎の密度データとに基づいて、前記製品規格液の濃度を算出することが望ましい。この構成によれば、製品規格液の密度の測定値と製品規格液毎の密度データとに基づいて、ＡＣＴに流入する製品規格液の濃度をより正確に求めることができる。

本発明において、前記濃度監視装置は、前記濃度算出装置により算出された前記製品規格液の濃度と前記アセプティックサージタンク内の液量とに基づいて、前記アセプティックサージタンク内への加水量を算出する加水量算出装置を有することが望ましい。この構成によれば、ＡＣＴ調合中に異常が発生した場合における加水量計算を自動化できる。

本発明において、前記濃度監視装置は、前記製品規格液の導電率を測定するための導電率計と、前記導電率計の出力値に基づいて前記滅菌・殺菌装置内を流れる前記製品規格液の濃度を算出する濃度算出装置と、を有することが望ましい。この構成によれば、製品規格液の導電率の値に基づいて、滅菌・殺菌装置内を流れる製品規格液の濃度を正確に求めることができる。

本発明において、前記濃度算出装置は、複数種類の前記製品規格液の導電率データを記憶した導電率データ記憶部を備え、前記導電率計の出力値と前記導電率データ記憶部に記憶されている前記製品規格液毎の導電率データとに基づいて、前記製品規格液の濃度を算出することが望ましい。この構成によれば、製品規格液の導電率の測定値と製品規格液毎の導電率データとに基づいて、滅菌・殺菌装置内を流れる製品規格液の濃度をより正確に求めることができる。

本発明において、前記導電率計は、前記製品規格液が流れる配管の途中に設けられたフロースルー型導電率計であることが望ましい。この構成によれば、製品規格液が流れる配管内部の洗浄性を損なうことなく、製品規格液の導電率を測定できる。

本発明において、前記配管は、サンプリングバルブを構成する配管であることが望ましい。この構成によれば、サンプリングバルブの位置で製品規格液の濃度を測定することが可能となる。

本発明の液体混合装置によれば、滅菌・殺菌装置における製品規格液の濃度管理を、人手を介することなく、容易且つ高精度に行うことにより、高品質の製品規格液を従来よりも低コストで製造することができる。

本発明の第１実施形態の液体混合装置の構成を示す模式図である。 本発明の第２実施形態の液体混合装置の構成を示す模式図である。 従来の液体混合装置の構成を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態の液体混合装置１００は、原料液タンク１１０と、ブレンダ１２０と、滅菌・殺菌装置１３０とを備える。ブレンダ１２０は、原料液タンク１１０からの原料液と水とを計量しつつ混合して所定濃度の混合液である製品規格液を送り出す。複数種の原料液を使用する場合には、複数の原料液タンクが使用され、ブレンダ１２０は複数種の原料液と水とを混合する。

滅菌・殺菌装置１３０は、ブレンダ１２０から送出された製品規格液を滅菌する。滅菌・殺菌装置１３０は、ブレンダ１２０から送出された製品規格液を貯留するＢＴ１３１と、ＢＴ１３１からの製品規格液を加熱滅菌する熱交換器１３２と、熱交換器１３２からＢＴ１３１へ製品規格液を戻す戻し管路１３４とを備え、さらに、製品規格液の密度に基づいて製品規格液の濃度を測定する濃度監視装置１３５と、滅菌後の製品規格液を貯留するＡＣＴ１３３への加水量を算出する加水量算出装置１３９とを備える。ＡＣＴ１３３に貯留された製品規格液は、充填機１４０により缶やボトルに詰められる。

濃度監視装置１３５は、密度計１３６と濃度算出装置１３７とを有する。密度計１３６は、ＡＣＴ１３３に流入する製品規格液の密度を測定するための装置である。密度計１３６は、熱交換器１３２とＡＣＴ１３３の間におけるＡＣＴ１３３の直上流位置の配管に設けられている。

濃度算出装置１３７は、密度計１３６の出力値に基づいて製品規格液の濃度を算出する。この例では、濃度算出装置１３７は、複数種類の製品規格液の密度データを記憶した密度データ記憶部１３８を有し、密度計１３６の出力値と密度データ記憶部１３８に記憶されている製品規格液毎の密度データとに基づいて、製品規格液の濃度を算出する。

加水量算出装置１３９は、濃度監視装置１３５により測定された製品規格液の濃度とＡＣＴ１３３内の液量とに基づいて、ＡＣＴ１３３内への加水量を算出する。
加水量算出装置１３９は、ＡＣＴ調合の際に何らかの原因で送液を中断する事態が発生した場合に使用され、送液を中断した時点でのＡＣＴ１３３内の液量と濃度から修復に必要な加水量を自動計算する。また、加水量算出装置１３９は、ブレンダ１２０に製品濃縮液が残っている場合には、当該製品濃縮液の量も加味した加水量の計算を行う。

上記のように構成された第１実施形態の液体混合装置１００によれば、製品規格液の密度に基づいて製品規格液の濃度を測定する濃度監視装置１３５を備えたことにより、製品規格液の濃度管理を従来よりも容易且つ高精度に行うことができるので、濃度不良による製品ロスを削減し、製品規格液を従来よりも低コストで製造することができる。

また、この構成によれば、滅菌・殺菌装置１３０の流路内を流れてＡＣＴ１３３に流入する液体の濃度を、人手を介することなく自動的に、従来よりも容易に且つ高精度に検出できるので、ＡＣＴ１３３内の製品規格液の濃度管理を従来よりも容易且つ高精度に行うことができるようになり、従来、ＡＣＴ１３３に供給された全液体の濃度が不明であるという理由で実施されていたＡＣＴ１３３内の全液廃棄処理を抑制し、製品ロスを削減できる。その結果、液体製品を従来よりも低コストで製造することが可能となる。

また、密度計１３６が熱交換器１３２とＡＣＴ１３３の間におけるＡＣＴ１３３の直上流位置の配管に設けられているので、ＡＣＴ１３３に流入する直前の製品規格液の密度を測定することができ、その値に基づいて、ＡＣＴ１３３に流入する製品規格液の濃度を測定することができる。これにより、ＡＣＴ１３３内の製品規格液の濃度を正確に把握することができる。

また、濃度算出装置１３７は、密度計１３６の出力値と密度データ記憶部１３８に記憶されている製品規格液毎の密度データとに基づいて、製品規格液の濃度を算出するので、製造する製品規格液を変更した場合でも、ＡＣＴに流入する製品規格液の濃度を正確に求めることができる。

また、第１実施形態の液体混合装置１００は、加水量算出装置１３９を有しているので、ＡＣＴ調合中に異常が発生した場合における加水量計算を自動化できる。
従って、従来、ＡＣＴ調合を行う製品でイレギュラー操作等により送液を中断した場合には、中断した時点でのＡＣＴ内の液量と濃度を計算することによりマニュアルでリカバリーを行っていたものであるが、これにより、送液停止後の修復作業を迅速かつ容易に行うことができる。

［第２実施形態］
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。なお、図１に示した第１実施形態と共通の構成要素については、同一符号を付してその説明を適宜省略する。

図２に示すように、第２実施形態の液体混合装置２００は、濃度監視装置２３５を備える。濃度監視装置２３５は、製品規格液の導電率に基づいて製品規格液の濃度を測定する装置である。

濃度監視装置２３５は、導電率計２３６と濃度算出装置２３７とを有する。導電率計２３６は、滅菌・殺菌装置１３０内を流れる製品規格液の導電率を測定する装置である。導電率計２３６は、滅菌・殺菌装置１３０内を流れる製品規格液のサンプリング作業を行うためのサンプリングバルブ（図示省略）を構成する配管の途中に設けられている。導電率計２３６には、フロースルー型導電率計が用いられる。

濃度算出装置２３７は、複数種類の製品規格液の導電率データを記憶した導電率データ記憶部２３８を備え、導電率計２３６の出力値と導電率データ記憶部２３８に記憶されている製品規格液毎の導電率データとに基づいて、製品規格液の濃度を算出する。

上記のように構成された第２実施形態の液体混合装置２００によれば、滅菌・殺菌装置１３０の流路内を流れる製品規格液の導電率に基づいて製品規格液の濃度を測定する濃度監視装置２３５を備えたことにより、液置換時における製品規格液の濃度管理を従来よりも容易且つ高精度に行うことができるので、濃度不良による製品ロスを削減し、製品規格液を従来よりも低コストで製造することができる。

即ち、従来は、液置換の際には、製品液と水との混合部分において、人手によるマニュアル検査によりサンプリングバルブを開放してサンプリング作業を行っていたものであるが、この構成によれば、液置換の際に、滅菌・殺菌装置１３０の流路内を流れる液体のうち製品規格液として成立する部分を従来よりも容易に且つ自動的に、かつ高精度に検出できるので、製品規格液を従来よりも効率的に取り出すことが可能となり、製品ロスが削減される。その結果、液体製品を従来よりも低コストで製造することが可能となる。

また、濃度算出装置２３７は、導電率計２３６の出力値と導電率データ記憶部２３８に記憶されている製品規格液毎の導電率データとに基づいて、製品規格液の濃度を算出するので、製造する製品規格液を変更した場合でも、ＡＣＴに流入する製品規格液の濃度を正確に求めることができる。

また、導電率計２３６は、サンプリングバルブを構成する配管の途中に設けられているので、サンプリングバルブの位置で製品規格液の導電率を測定することが可能となる。そして、導電率計２３６として、フロースルー型導電率計を使用することで、配管内部の洗浄性を確保し、製品規格液が流れる配管の衛生的な状態を損なうことなく、製品規格液の導電率を測定できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されない。たとえば、第１実施形態の濃度監視装置１３５と第２実施形態の濃度監視装置２３５とを両方備えた液体混合装置も本発明の技術的範囲に含まれる。原料液タンク１１０と滅菌・殺菌装置１３０との間に脱気装置が設けられた液体混合装置も本発明の技術的範囲に含まれる。原料液タンク１１０及び充填機１４０は本発明に係る液体混合装置の必須の構成要素ではない。

１００ 液体混合装置
１１０ 原料液タンク
１２０ ブレンダ
１３０ 滅菌・殺菌装置
１３１ バランスタンク
１３２ 熱交換器
１３３ アセプティックサージタンク（ＡＣＴ）
１３４ 戻し管路
１３５ 濃度監視装置
１３６ 密度計
１３７ 濃度算出装置
１３８ 密度データ記憶部
１３９ 加水量算出装置
１４０ 充填機
２００ 液体混合装置
２３５ 濃度監視装置
２３６ 導電率計
２３７ 濃度算出装置
２３８ 導電率データ記憶部
３００ 液体混合装置
３１０ 原料液タンク
３２０ ブレンダ
３３０ 滅菌・殺菌装置
３３１ バランスタンク（ＢＴ）
３３２ 熱交換器
３３３ アセプティックサージタンク（ＡＣＴ）
３３４ 戻し管路

Claims (8)

1. 原料液と水とを混合して規定濃度の製品規格液の滅菌又は殺菌処理を行う装置を備える液体混合装置において、
   前記装置は、
   前記製品規格液を貯留するバランスタンクと、
   前記バランスタンクからの前記製品規格液を加熱滅菌する熱交換器と、
   前記製品規格液の密度又は導電率に基づいて前記製品規格液の濃度を監視する濃度監視装置とを備えることを特徴とする液体混合装置。
2. 前記液体混合装置は、滅菌後の前記製品規格液を貯留するアセプティックサージタンクを備え、
   前記濃度監視装置は、
   前記アセプティックサージタンクに流入する前記製品規格液の密度を測定する密度計と、
   前記密度計の出力値に基づいて前記前記製品規格液の濃度を算出する濃度算出装置と、を有することを特徴とする、請求項１記載の液体混合装置。
3. 前記濃度監視装置は、
   複数種類の前記製品規格液の密度データを記憶した密度データ記憶部を有し、
   前記密度計の出力値と前記密度データ記憶部に記憶されている前記製品規格液毎の密度データとに基づいて、前記製品規格液の濃度を算出することを特徴とする、請求項２記載の液体混合装置。
4. 前記濃度監視装置は、前記濃度算出装置により算出された前記製品規格液の濃度と前記アセプティックサージタンク内の液量とに基づいて、前記アセプティックサージタンク内への加水量を算出する加水量算出装置を有することを特徴とする、請求項２又は３記載の液体混合装置。
5. 前記濃度監視装置は、
   前記製品規格液の導電率を測定するための導電率計と、
   前記導電率計の出力値に基づいて前記滅菌・殺菌装置の流路内を流れる前記製品規格液の濃度を算出する濃度算出装置と、を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の液体混合装置。
6. 前記濃度算出装置は、
   複数種類の前記製品規格液の導電率データを記憶した導電率データ記憶部を有し、
   前記導電率計の出力値と前記導電率データ記憶部に記憶されている前記製品規格液毎の導電率データとに基づいて、前記製品規格液の濃度を算出することを特徴とする、請求項５記載の液体混合装置。
7. 前記導電率計は、前記製品規格液が流れる配管の途中に設けられたフロースルー型導電率計であることを特徴とする、請求項５又は６記載の液体混合装置。
8. 前記配管は、サンプリングバルブを構成する配管であることを特徴とする、請求項７記載の液体混合装置。

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