JP4426723B2 - 流動食品包装機のための包装材殺菌ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は流動食品包装機用の殺菌ユニットに関する。
【０００２】
（技術の背景）
フルーツ・ジュース、ワイン、トマト・ソース、低温殺菌または保存処理（ＵＨＴ）したミルクなどの流動食品を包装する機械は周知であり、パッケージはストリップを長手方向にシールして形成された包装材の連続チューブから形成される。
【０００３】
包装材は、例えばポリエチレンの熱シール材料層を両面に被覆した紙材料の層を含む複層構造を有する。例えば、ＵＨＴミルクのように保存処理した食品の無菌パッケージでは、包装材は例えばアルミニウム箔で形成されたバリヤ層を含み、このバリヤ層は熱シールプラスチック材料層に重ねられ、さらに食品に接触するパッケージ内面を形成する他の熱シールプラスチック材料層で被覆される。
【０００４】
無菌パッケージは包装材のストリップをリールから殺菌ユニットを通して段階的に巻き解し、殺菌ユニットでは例えば過酸化水素および水の濃縮液のような液体殺菌剤室に沈めて殺菌することによって製造される。
【０００５】
このストリップはその後無菌室へ給送され、加熱することで殺菌剤を蒸発される。ストリップはその後周知の方法で円筒形に折畳まれて長手方向にシールされ、連続して垂直方向に配向された長手方向にシールしたチューブが形成される。すなわち、包装材のチューブは無菌室の延長部を形成して流動食品を連続的に充填され、個別のパッケージを形成するために成形およびシール（横方向）ユニットへ送られる。この成形およびシール・ユニットはチューブを一対の顎部の間にグリップして横方向にシールし、枕形のパックに形成する。
【０００６】
枕形パックはそのパック間のシール部分で切断することで分離され、その後最終折畳みステーションへ送られ、機械的に折畳まれて最終形状となされる。
【０００７】
さらに詳しくは、上述で説明した殺菌ユニットは殺菌剤を収容する室を含み、ストリップは殺菌剤の中を通して連続的に給送される。殺菌室は、底部が互いに連結されてＵ形通路を形成している２つの平行な垂直支管を含むことが都合よく、その長さは、包装材を十分な時間につき処理できるように、ストリップの移動速度に依存する。比較的短い時間、例えば７秒、で包装材を効果的に処理し、したがって殺菌室の寸法を縮小するために、殺菌剤は高温度、例えば約７０゜Ｃ、に保たれねばならない。周知の殺菌ユニットでは、このことは、第１間隙を備えて殺菌室の壁を形成し、使用時には熱平衡的に制御される電気ヒーターを通して往復される水をこの間隙に充填することで、一般に達成されている。
【０００８】
包装材は、ストリップのポリエチレン被覆面では殺菌剤に対して完全な不浸透性であるのに対し、ストリップの縁部に沿って紙材料層が露出され、これは非常に吸収性である。業界で「縁部での滲み（エッジ・ウィッキング）」（縁部での吸収）として知られたこの現象は許容限度内に維持され、機械が正常に作動している場合は、ストリップが限られた時間にわたり殺菌室内に保持されるようにする。
【０００９】
しかしながらいずれかの理由によって機械が停止されたならば、殺菌室を即座に空にしなければならない。そうでないと、殺菌剤が紙材料層の縁部に侵入し、その縁部に数ミリメートルの幅の侵入が生じると、上述したように包装材チューブを形成するためのその後のストリップの長手方向シール処理に有害となることは避けられない。
【００１０】
停止後、特に短時間の停止後の機械再始動時に、殺菌室を空にしたにもかかわらずに、周知の機械ではいずれにしても縁部の滲みが生じる傾向にある。
【００１１】
この現象の徹底的な調査によって幾つかの原因が示された。すなわち、
紙材料の多孔性：製造費の理由のため、これはある程度までしか減少できない。
静水圧：これも減少することは困難である。何故なら、処理時間によるので、Ｕ形殺菌室の高さは殺菌ユニット構造を代えることで減少できるだけであり、このことは明かにシステム全体として困難を伴う。
停止時の殺菌室、および室内へ戻したときの殺菌剤の温度。特に、縁部での滲みは、ほんの僅かな程度であっても、停止時の室内温度と、室内に戻された殺菌剤の温度との間のいかような差によっても重大な影響を受けることが見い出された。周知機械では、室が空にされたときの熱吸収の低下に対するサーモスタットの不可避的な応答の遅れのために停止時に室が空にされると室温は上昇する傾向を示すことにより、このような温度差が生じる。この結果、室内温度は典型的に少なくとも８０゜Ｃまで上昇し、これにより室壁面および紙材料中に残留した殺菌剤が蒸発し、これにより室内に飽和蒸気を生じて、紙材料の気孔が飽和空気／蒸気の混合気を取り込む傾向を示す。
【００１２】
液体殺菌剤が低温（放散により、室内へ戻される液体温度は最大で機械が停止されたときの室内液体温度よりも数度低い）で戻されるとき、ストリップ温度、したがって気孔内の空気−蒸気混合気の温度は低下される。この低下の影響は、数パーセントしか体積が減少しない空気に関しては特に無視できるが、液体状態になって体積が著しく小さくなるように凝縮する蒸気に関しては非常に厳しい。体積のこの劇的な減少は強力な「吸引」作用を生じ、殺菌剤を紙材料の気孔内へ引き込み、またこれが縁部の滲み現象の主原因である。
【００１３】
残留液体の蒸発および室内の相対湿度の低下により長時間の停止時にもそれほど厳しくないこの問題を解決する例として、殺菌室内へ戻される前に殺菌剤が殺菌室壁の外側に位置する第２間隙内を循環されて加熱され、第１間隙内の水との熱交換を可能にされた殺菌ユニットが装備された。
【００１４】
機械の始動前、すなわち室内へ殺菌剤を給送する前に、殺菌室温度を制御する水を冷却する冷媒として主管からの冷水を使用した補助熱交換も使用される。しかしながら水は、おなじ水を加熱流体として使用して加熱される殺菌剤の予熱後に冷却されるだけなので、機械の再始動は非常に長い時間、典型的に７〜８分、を費やし、或る場合には機械の実停止時間よりも長くさえなる。
【００１５】
包装機の極めて大きい出力量に鑑みて、そのような停止は空製造（ロスト・プロダクション）の点でかなりの費用を生じる。
【００１６】
（発明の開示）
本発明の目的は、周知機械に典型的に存在する前述の欠点を解消するように成形された、流動食品包装機用のストリップ包装材を殺菌するユニットを提供することである。
【００１７】
本発明によれば、請求項１に記載したような殺菌ユニットが提供される。
【００１８】
本発明の好ましい非制限的実施例が、添付図面を参照して例を挙げて説明される。
【００１９】
（発明を上昇する最良態様）
図１の符号１は、流動食品包装機用の包装材のストリップ２を殺菌する殺菌ユニットを全体として示している。ストリップ２は図示していない周知の方法でリールからユニット１へ給送される。
【００２０】
ユニット１は、例えば過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）および水の３０％溶液（以下に単純に「過酸化水素」と称する）のような液体殺菌剤を収容するためのＵ形殺菌室３、すなわち浴、を実質的に含む。室３は垂直入口導管４および垂直出口導管５で形成されており、これらの導管はそれぞれ頂部開口６，７を有すると共に底部を室３の底部５で互いに連結され、底部５は水平軸線方向の送りローラー８を収容している。それ故にストリップ２は、室３内にＵ形通路Ｐを有しており、その通路長さは、包装材が過酸化水素中に十分な時間保持されることを保証するために、ストリップの移動速度に応じて決められる。
【００２１】
殺菌室３は過酸化水素の制御回路１０の一部を形成しており、この制御回路は過酸化水素収集タンク１１と、室３を充満／空にする導管１２と、１１内に沈められて電気モーター１４で駆動されるポンプ１３と、バルブ１６を経てポンプ１３の吐出側を導管１２に連結する送出し導管１５と、安全性の理由から２路２位置常開バルブ１８を経て導管１２をタンク１１に連結するドレン・パイプ１７（電気システムの故障の場合に室３は空にされる）とを含む。
【００２２】
バルブ１６は２路２位置常開形式であるのが好ましいが、後述するように閉位置にて残留漏れを可能にするオン／オフ部材（図示せず）を備えている。このために、市販バルブが使用でき、オン／オフ部材に適当寸法の穴が形成される。
【００２３】
過酸化水素回路１０はタンク１１に連結さた循環回路２０を含み、室３内の過酸化水素の最高レベルを定めるために、室３の入口導管４のチューブに形成されたオーバーフロー部２１と連通される。
【００２４】
ユニット１はまた室３内の過酸化水素の温度を制御するシステム２５を含む。図１の実施例で、システム２５は流体圧作動式で、過酸化水素との熱交換を行う作動流体として高温水を使用した熱交換器２６を含む。熱交換器２６の一方の相（ｐｈａｓｅ）は室３自体によって形成され、また他方の相は室３の導管４，５の管壁に形成された２つの間隙２７ａ，２７ｂを含み、これらは室３の温度を制御する作動流体回路２８と組合わされている。
【００２５】
さらに詳しくは、回路２８は送出し導管３０を有するポンプ２９を含み、この送出し導管には後述するような冷却用熱交換器３２の一方の相３１、および電気抵抗加熱器３３が互いに直列に連結され、その出力側は間隙２７ａの底部入口３４に連結されている。間隙２７ａ，２７ｂは導管３５によってそれぞれの頂端を互いに連結されている。
【００２６】
ポンプ２９はまた間隙２７ｂの底部出口３６に連結された入口導管３７も有する。
【００２７】
回路２８は作動流体として主管からの冷水を使用する冷却回路４０と組合わされる。回路４０は、２路ストリップ２位置常閉オン／オフ・バルブ４２を経て、熱交換器３２の相３１とは反対方向に流れる第２相４３に連結された入口導管４１を含み、熱交換器３２の第２相４３の出口は水ドレン導管４４に連結されている。
【００２８】
本発明によれば、ユニット１はまた過酸化水素の加熱システム４５も含む。
【００２９】
システム４５は、作動流体として水を使用する向流熱交換器４６を実質的に含む。さらに詳しくは、ポンプ１３の送出し導管１５に連結された過酸化水素入口４７と、循環回路２０に連結された過酸化水素出口４８と、加熱回路４９に直列に連結されて入口５０および出口５１を有する水相とを熱交換器４６は有する。
【００３０】
４９は実質的に循環ポンプ５２を含み、さらに熱交換器４６の出口５１に連結された入口導管５５と、電気抵抗加熱器５７に連結された送出し導管５６とを含み、この加熱器は熱交換器４６の入口５０に連結されている。
【００３１】
導管２９，５２のそれぞれの入口導管３７，５５は、それぞれ導管５８，５９で充填導管６０および抽出導管６１に連結されており、これらはさらにそれぞれのタップ６２，６３によって水の主管に連結可能である。充填導管６０に連結された支管は、圧力補償回路２８，４９の水／圧縮空気アキュムレータ６４、およびドレン導管４４に対する排出位置に連結された最高圧力バルブ６５である。
【００３２】
ポンプ１３，２９，５２と、バルブ１６，１８，４２と、電気抵抗加熱器３３，５７は、特に間隙２７ｂ内の水の温度を検出するセンサー、室３内の過酸化水素の温度を検出するセンサーおよびタンク１１内の過酸化水素の温度を検出するセンサーを含むプロセス・センサーから受取る入力信号Ｓｉに応答して、制御ユニット６６で制御される。
【００３３】
ユニット１は以下のように作動する。
【００３４】
冷間始動の場合、室３は空であり、過酸化水素のすべてはタンク１１に収容されており、ポンプ１３は熱交換器４６を通して多量、例えば約５０リットル／分、の過酸化水素を給送するために付勢される。
【００３５】
充填バルブ１６は閉じているが、先に説明したように少量の漏れ（数リットル／分）が導管１２へ流れるのを可能にし、ドレン・バルブ１８は開かれており、これにより最良のサイクル開始状態に達するまで室３は充填されず、ポンプ２９，５２がそれぞれの加熱器３３，５７を通して水を循環させることは保留とされる。サイクル開始状態は、例えば回路２８内の水で７２゜Ｃ、タンク１１内の過酸化水素で７５゜Ｃ（充填温度）である。この例では、室３およびストリップ２は乾燥しており、縁部で滲みが生じる危険性は実質的にないので、水温は非常に高温に保持されのに対し、まだパイプが冷たい状態での熱損失のために望ましくない最初の充填で過酸化水素の温度が低下するのを防止することが重要である。
【００３６】
サイクルの開始において、過酸化水素で室３が速やかに充満するように、バルブ１６は開かれ、バルブ１８は閉じられ、また室が充満されたならば、バルブ１６は再び閉じられる。
【００３７】
機械の正常な運転時に、過酸化水素の温度は室３およびタンク１１の両方において最低７３゜Ｃに保持される。また予め定められた閾値を越えて上述の温度低下が生じた場合、加熱サイクルがそれぞれ回路２８および回路４９によって作動される。
【００３８】
ポンプ１３は、熱交換器４６（加熱器５７はこの段階では通常、オフである）を通る連続的な流れと、湿気ているストリップ２の送出しにより生じる室３内の過酸化水素の損失を補償するためにバルブ１６を通る連続的な過酸化水素の漏れ−数リットル／分が好ましい−とを保持するため、またパイプ１２および室３の底部を高温に保持するために、一定して作動される。過剰量の過酸化水素は、オーバーフロー部２１を通って室３から流出し、循環回路２０に沿ってタンク１１へ戻る。ポンプ２９，５２も一定して作動する。室３内の過酸化水素の温度は回路２８により好ましい方法で制御される。室３内の温度が閾値を越えて低下すると、加熱器３３が作動され、間隙２７ａ，２７ｂ、および「作動的に遅れて」室３内の水を加熱する。この段階で、冷却用回路４０のバルブ４２は閉じた状態に保持される。
【００３９】
タンク１１内の温度が閾値を越えて低下すると、加熱器５７が作動される。
【００４０】
機械が停止した場合、制御ユニット６６はバルブ１８を作動させて室３を急速に空にする。
【００４１】
この点において、作動温度（例えば６３゜Ｃ）未満にまで室３を冷却する冷却サイクルと、充填温度（例えば７５゜Ｃ）に過酸化水素を加熱する加熱サイクルとは、同時に開始される。室３は、加熱器３３を消勢し、バルブ４２を開いて冷却用回路４０を作動させることで冷却され、過酸化水素は加熱器５７を作動させることで加熱される。
【００４２】
上述した状態は、回路４０，４９の同時作動によって急速に、通常は１分未満で達成され、また縁部での滲みは機械が再始動されたとき、許容限界内に保持されることを保証する。
【００４３】
すなわち、室３の冷却および過酸化水素の高温度への予熱は、室３が再充填されるときに室３内の蒸気が凝縮するのを防止する。短時間の停止後でさえ、その間に室３は疑うことなく飽和し、機械は急速に再始動できる。
【００４４】
図２は本発明による殺菌ユニットの他の実施例を示しており、これは全体を符号１’で示される。以下の説明で、ユニット１’はユニット１との相違することだけが説明され、既に説明した部品と同じまたは対応する部品は同じ符号が付されている。
【００４５】
ユニット１’は室３内の温度を制御するシステム２５が流体式に対して電気式であることがユニット１と異なる。さらに詳しくは、間隙２７ａ，２７ｂに代えて、室３は４つの電気加熱器７０で取り囲まれており、それらはユニット６６で制御され、それぞれの導管４，５の管壁に対して対を成して外側に取付けられている。
【００４６】
機械が停止した場合、室３は加熱器７０が消勢され、強制換気回路７１（図２に模式的に示される）によって室３より低い温度の無菌空気を吹き込まれて、冷却される。
【００４７】
この代わりに、入口導管４，５の管壁を通る熱放散が十分に大きければ、室３は単純に電気加熱器７０を消勢することで冷却できる。
【００４８】
しかしながら、特許請求の範囲の範囲から逸脱せずに本明細書で説明し図示したユニット１，１’を変化できることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例の回路図を示す。
【図２】 本発明の第２実施例の回路図を示す。

Claims (15)

1. 液体殺菌剤を収容し、それに沿って包装材（２）が給送される殺菌室（３）と、
   収集タンク（１１）、収集タンク（１１）から前記殺菌室（３）へ殺菌剤を給送するための入力手段（１２，１３，１４，１５，１６）、および前記殺菌室（３）から前記収集タンク（１１）へ殺菌剤を排出するドレン手段（１２，１７）を含み、殺菌剤を制御するための制御回路（１０）と、
   前記殺菌室（３）内の温度を制御する制御手段（２５；７０，７１）と、
   前記収集タンク（１１）内の殺菌剤を予熱するために、前記収集タンク（１１）から前記殺菌室（３）内へ殺菌剤を給送する前に作動される予熱手段（４５）と、を含む流動食品包装機用のストリップ包装材（２）を殺菌するユニット（１）であって、
   殺菌剤を予熱する前記予熱手段（４５）が前記制御手段（２５；７０，７１）とは別に配列されていて、該予熱手段（４５）が、殺菌剤が前記殺菌室（３）内に給送される前に殺菌剤を少なくとも前記殺菌室（３）の温度に等しい温度にするために、前記制御手段（２５；７０，７１）とは無関係に作動され得るようになっていることを特徴とするユニット。
2. 前記予熱手段（４５）が、第１補助作動流体との第１熱交換手段（４６）と、前記第１補助作動流体の温度を制御する制御回路（４９）とを含むことを特徴とする請求項１に記載されたユニット。
3. 前記第１補助作動流体の温度を制御する前記制御回路（４９）が電気的加熱手段（５７）と循環ポンプ（５２）とを含むことを特徴とする請求項２に記載されたユニット。
4. 前記殺菌剤を前記収集タンク（１１）から前記殺菌室（３）内へ給送する前記入力手段（１２，１３，１４，１５，１６）が、ポンプ（１３）と、前記ポンプ（１３）から前記殺菌室（３）へ流れる流量を制御する第１バルブ（１６）とを含むことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載されたユニット。
5. 殺菌剤を前記殺菌室（３）から前記収集タンク（１１）内へ排出する前記ドレン手段（１２，１７，１８）が、前記殺菌室（３）と前記収集タンク（１１）との間に介装されたドレン導管（１７）と、前記ドレン導管（１７）に沿うオン／オフ第２バルブ（１８）とを含むことを特徴とする請求項４に記載されたユニット。
6. 前記第１バルブ（１６）が、閉位置において連続漏れを可能にする２路２位置バルブであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載されたユニット。
7. 前記殺菌室（３）内の温度を制御する前記制御手段（２５）が第２補助作動流体との第２熱交換手段（２６）と、前記第２補助作動流体の温度を制御する制御回路（２８）とを含むことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載されたユニット。
8. 前記第２熱交換手段（２６）が前記殺菌室（３）のまわりに形成された少なくとも１つの間隙（１７ａ，２７ｂ）を含む請求項７に記載されたユニット。
9. 前記第２補助作動流体の温度を制御する前記制御回路（２８）が電気的加熱手段（３３）を含むことを特徴とする請求項８に記載されたユニット。
10. 前記殺菌室（３）内の温度を制御する前記制御手段（２５）が前記第２補助作動流体を冷却する冷却手段（４０）を含むことを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれか一項に記載されたユニット。
11. 前記第２補助作動流体を冷却する前記冷却手段（４０）が、前記第２補助作動流体と第３補助作動流体との間で熱交換する熱交換手段（３２）を含むことを特徴とする請求項１０に記載されたユニット。
12. 前記予熱手段（４５）が、第１補助作動流体との第１熱交換手段（４６）と、前記第１補助作動流体の温度を制御する制御回路（４９）とを含み、前記第１、第２および第３補助作動流体が水であることを特徴とする請求項１１に記載されたユニット。
13. 前記殺菌室（３）内の温度を制御する前記制御手段が前記殺菌室（３）を取り囲む電気的加熱手段（７０）を含むことを特徴とする請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載されたユニット。
14. 前記殺菌室（３）内の温度を制御する前記制御手段が、前記殺菌室（３）内にその殺菌室の温度より低い温度の無菌空気を給送する強制換気手段（７１）を含むことを特徴とする請求項１３に記載されたユニット。
15. 前記予熱手段（４５）と、前記殺菌室（３）内の温度を制御する前記制御手段（１５；７０，７１）とが同時に作動される構成になっていることを特徴とする請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載されたユニット。

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