JP4673400B2 - 加熱殺菌装置の冷却システム - Google Patents

Description

本発明は食品を加熱して殺菌を行う加熱殺菌装置における冷却システムに関するものである。

殺菌槽内に密封包装した被殺菌物を収容しておき、殺菌槽内に熱水を噴流して被殺菌物の加熱を行うことで、常温で長期間の保存を可能としたレトルト食品の殺菌を行う加熱殺菌装置がある。加熱殺菌装置の運転工程には、殺菌槽内へ高温の噴流水を導入して被殺菌物を加熱し殺菌する加熱殺菌工程と、加熱殺菌工程後に殺菌槽内へ低温の噴流水を導入して被殺菌物を冷却する冷却工程とがある。

加熱殺菌装置には熱交換器を設け、噴流水は殺菌槽と熱交換器の間で循環するようにしておき、熱交換器の２次側に噴流水を通す。加熱殺菌工程では熱交換器の１次側に蒸気を送ることで２次側の噴流水を加熱し、冷却工程では熱交換器の１次側に冷却用水を送ることで２次側の噴流水を冷却する。噴流水と冷却用水で熱交換して噴流水を冷却している冷却工程の場合、冷却用水は噴流水から熱を吸収することで温度が高くなる。冷却工程開始時点の殺菌槽内温度は１２０℃程度と高いため、熱交換器で熱の吸収を行った冷却用水は１００℃を越えることもある。

冷却用水を使い捨てにしたのでは冷却用水の使用量が多くなるため、冷却用水から熱の放出を行うためのクーリングタワーを設けておき、クーリングタワーと熱交換器の間で冷却用水を循環することで温度の上昇した冷却用水の熱を大気中に放出している。ただし、クーリングタワーの耐熱温度は８０℃程度であるため、冷却工程初期であって冷却用水がクーリングタワーの耐熱温度より高い場合には、クーリングタワーで冷却を行うことはできない。そのため、冷却工程初期には直接殺菌槽内へ給水を行うことで殺菌槽の温度を低下させ、温度低下後にクーリングタワーによる冷却を行う。クーリングタワーによる冷却の場合は冷却用水を再利用することができるが、殺菌槽内への給水による冷却の場合は水を使い捨てにすることになるため、使用水量が増大するという問題がある。
特開平１１−３４７１０５号公報

本発明が解決しようとする課題は、クーリングタワーに送る冷却用水温度がクーリングタワーの耐熱温度以上となることを防止することと、冷却工程時の水使用量の削減を両立することにある。

内部に噴流ノズルを設けた殺菌槽、一端は殺菌槽の底部に接続し他端は殺菌槽内の噴流ノズルに接続した噴流水循環経路、噴流水循環経路の途中に噴流水循環ポンプと熱交換器、さらに各部の作動を制御する運転制御装置を設けておき、蒸気によって加熱した高温の噴流水を殺菌槽内に導入することで被殺菌物の加熱殺菌を行い、冷却した低温の噴流水を殺菌槽内に導入することで殺菌槽内の冷却を行っている加熱殺菌装置の冷却システムであって、冷却用水から熱の放出を行うクーリングタワー、熱交換器とクーリングタワーの間を結び、熱交換器とクーリングタワーの間で冷却用水を循環させる冷却用水循環経路、冷却用水循環経路の熱交換器設置部分よりも上流側と下流側をつないだバイパス配管、バイパス配管の途中にバイパス配管の流量を制御するバイパス弁、クーリングタワーに入る冷却用水の温度を検出する温度センサーを設けておき、運転制御装置は、前記温度センサーにて検出する冷却用水の温度が所定温度以下となるようにバイパス弁の開度を調節することを特徴とするものである。

加熱殺菌装置における冷却工程開始直後の場合、殺菌槽内温度が高いために冷却用水の温度も高くなる。冷却用水温度がクーリングタワーの耐熱温度より高くなる場合、クーリングタワーで冷却用水を冷却することができない。しかし、噴流水循環経路にバイパス配管を設けておき、冷却工程開始時にはバイパス弁を開くようにすると、クーリングタワーにて冷却した冷却用水の一部は、熱交換器へ送らずに熱交換器からクーリングタワーへ向かう冷却用水に合流させることになり、クーリングタワーに入る冷却用水の温度を低下させることができる。

また、冷却工程開始時点では殺菌槽の温度が高いため、熱交換器で熱交換を行った後の冷却用水温度は高くなるが、冷却工程を行うことで殺菌槽の温度が低くなると、熱交換器で熱交換を行った後の冷却用水温度の上昇度は小さくなる。冷却工程が進行することで冷却用水温度の上昇度が小さくなると、バイパス配管を通す冷却用水量を少なくすることができ、バイパス配管の水量を少なくすると、その分熱交換器へ送る水量を多くなるため、熱交換器へ送る冷却用水量を多くすることで噴流水の冷却効率を向上することができる。

本発明を実施することで、クーリングタワーに送られる冷却用水温度がクーリングタワーの耐熱温度以上となることを防止することと、冷却工程時の水使用量の削減を両立することができる。また、冷却速度を調節することができ、冷却工程初期に急激な冷却が行われることを防止することができるので、冷却工程初期に急激な冷却を行うことにより発生する温度むらなどを防ぐことができる。

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施している加熱殺菌装置のフロー図である。加熱殺菌装置は、円筒形の殺菌槽１内に被殺菌物２を収容しておき、被殺菌物２に高温水を噴流することで被殺菌物２の殺菌を行うものである。殺菌槽１の底部には噴流水循環経路１１の一端を接続し、噴流水循環経路１１の他端は殺菌槽１内に設けた噴流ノズル１３に接続しておく。噴流水循環経路１１の途中には噴流水循環ポンプ４と熱交換器３を設けておき、殺菌槽１底部から取り出した水を噴流水循環ポンプ４で加圧して殺菌槽１内の被殺菌物２へ噴流する。

噴流水熱交換器３は２つの流体の間で熱交換を行うものであり、熱交換器の１次側には蒸気または冷却用水、２次側には噴流水を通す。冷却用水から熱を放出するクーリングタワー８を設けておき、熱交換器３とクーリングタワー８の間で冷却用水を循環する冷却用水循環経路９を設ける。冷却用水循環経路９の途中には冷却用水の循環を行う冷却用水循環ポンプ１０と、クーリングタワー８へ向かう冷却用水の温度を検出する温度センサー７を設けておく。冷却用水循環経路９には、熱交換器３よりも上流側と熱交換器３よりも下流側をつなぐバイパス配管５を設置し、バイパス配管５の途中には流量調節の可能なバイパス弁６を設ける。

加熱殺菌装置の運転を制御する運転制御装置１２を設け、運転制御装置１２は加熱殺菌装置の各機器と接続しておく。加熱殺菌装置の運転は、被殺菌物２を加熱し殺菌する加熱殺菌工程と、加熱殺菌工程終了後に被殺菌物２を冷却する冷却工程がある。被殺菌物２の加熱と冷却は、どちらも噴流水循環ポンプ４を作動することで殺菌槽１内から取り出した水を熱交換器３へ送り、熱交換器３で熱交換実施後に殺菌槽１内の被殺菌物２へ噴流することで行うが、加熱時と冷却時では熱交換器の１次側を異ならせる。

加熱殺菌工程の場合、熱交換器３の１次側には蒸気を供給することで、噴流水循環経路１１を通る噴流水を加熱する。噴流水を高温にしておき、高温の噴流水を殺菌槽１内に噴流することで被殺菌物２の温度は上昇し、被殺菌物２を所定温度で所定時間維持することで被殺菌物２の殺菌を行う。加熱殺菌工程が終了すると蒸気の供給を停止し、被殺菌物２を冷却する冷却工程に移行する。

冷却工程では、冷却用水循環ポンプ１０を作動することにより、熱交換器３とクーリングタワー８の間で冷却用水を循環し、熱交換器３の１次側に冷却用水を供給する。冷却用水を熱交換器３へ供給すると、噴流水の熱が冷却用水に移動し、噴流水は温度が低下して冷却用水は温度が上昇する。冷却用水は熱交換器３とクーリングタワー８の間で循環しているため、熱交換器３で温度の上昇した冷却用水はクーリングタワー８へ向かい、クーリングタワー８で大気中に熱の放出を行って再び熱交換器３へ向かう。熱交換器３で温度の低下した噴流水は、殺菌槽１内の被殺菌物２などを冷却することで温度が上昇し、熱交換器３での熱交換を行うことを繰り返すことで殺菌槽１内を冷却することができる。

冷却工程の場合、熱交換器３へ送る冷却用水の量が多ければ噴流水から吸収する熱量が多くなるが、冷却工程初期の場合には冷却用水の温度が高くなり過ぎることがある。そのため、冷却工程開始時にはバイパス弁６を開いておき、冷却用水の一部はバイパス配管５を通るようにしておく。バイパス弁６を開くと、クーリングタワー８からの冷却用水は、熱交換器３より上流のバイパス配管５接続部で熱交換器３側とバイパス配管５側に分流する。熱交換器３側に向かった冷却用水は熱交換器３で熱交換を行うことで温度が高くなるが、バイパス配管側に向かった冷却用水では温度の上昇はない。熱交換器３側とバイパス配管５側に分流していた冷却用水は、熱交換器３より下流のバイパス配管５の接続部で合流する。

冷却工程初期の場合、殺菌槽１内の温度は１２０℃程度の高温であるため、熱交換器３で熱交換を行った冷却用水は１００℃を越える温度となることがあった。しかし高温となった冷却用水は、バイパス配管５側を通った冷却用水と混合することで温度が低くなり、クーリングタワー８の耐熱温度以上の冷却用水がクーリングタワー８に入ることを防止することができる。

クーリングタワー８に入る冷却用水の温度は温度センサー７で検出する。運転制御装置１２は、温度センサー７で検出している冷却用水温度がクーリングタワー８の耐熱温度（８０℃）未満となるように、バイパス弁６の開度を調節する。冷却工程初期の場合はバイパス弁６の開度を大きくしておき、冷却が進み殺菌槽１内温度の低下により温度センサー７で検出する冷却用水温度が低くなれば、バイパス弁６の開度を小さくしていく。バイパス弁６の開度を大きくした場合、バイパス配管５を通る冷却用水が多くなり、その分熱交換器３を通る冷却用水量は少なくなる。熱交換器３へ送る冷却用水量を少なくすると、熱交換器３で冷却用水が取り込む熱量が少なくなり、熱交換器３を通過した冷却用水温度は高くても、バイパス配管５からの冷却用水と混合して希釈することで冷却用水の温度は低くなる。

冷却工程を行うことで殺菌槽１内の温度が低くなり、温度センサー７で検出している温度が低くなると、運転制御装置１２はバイパス弁６の開度を小さくし、バイパス配管５を通る冷却用水の割合を徐々に少なくする。 殺菌槽内温度が高い場合は、熱交換器３で熱を吸収した冷却用水温度も高くなるため、バイパス配管５へ送る冷却用水を多くすることでクーリングタワー８に入る冷却用水温度を低くする必要がある。しかし、冷却工程を行うことによって殺菌槽内温度が低くなってくると、熱交換器３で熱を吸収した後の冷却用水温度も低くなるため、冷却用水温度を低くするためにバイパス配管５を通さなければならない冷却用水の必要量は少なくなる。そのため殺菌槽１の温度が低くなると、バイパス配管５を通す冷却用水量を少なくし、その分熱交換器３へ送る冷却用水量を多くすることができ、熱交換器３へ送る冷却用水量を多くすれば冷却の速度が向上する。殺菌槽１内の温度が冷却工程終了温度まで低下すると、噴流水循環ポンプ４及び冷却用水循環ポンプ１０を停止して冷却工程を終了し、殺菌槽１内から被殺菌物２を取り出す。

上記のようにして殺菌槽１の冷却を行うことで、クーリングタワー８の耐熱温度まで低下させるために給水を行い、その後は排水することで使い捨てにする水をなくすことができ、省エネルギーとなる。また、上記のように冷却を行うと、冷却工程初期に急激な冷却が行われることはなく、殺菌槽１を徐々に冷却することができる。急激な冷却を行った場合には温度むらが発生しやすくなり、圧力制御も不安定となって被殺菌物２が変形するなどの問題があったが、熱交換器３へ送る冷却用水量を調節することで冷却速度を調節することができるようになり、圧力制御などを安定させることもできる。

なお、本実施例では温度センサー７に基づいてバイパス弁６の開度を調節するようにしたが、バイパス弁６の開度調節は経過時間に基づいて行うようにしてもよく、冷却工程初期にはバイパス弁６を全開としておき、その後バイパス弁６を徐々に閉じていくようにしても良い。

本発明の一実施例を行う加熱殺菌装置のフロー図

符号の説明

１ 殺菌槽
２ 被殺菌物
３ 熱交換器
４ 噴流水循環ポンプ
５ バイパス配管
６ バイパス弁
７ 温度センサー
８ クーリングタワー
９ 冷却用水循環経路
１０ 冷却用水循環ポンプ
１１ 噴流水循環経路
１２ 運転制御装置
１３ 噴流ノズル

Claims (1)

1. 内部に噴流ノズルを設けた殺菌槽、一端は殺菌槽の底部に接続し他端は殺菌槽内の噴流ノズルに接続した噴流水循環経路、噴流水循環経路の途中に噴流水循環ポンプと熱交換器、さらに各部の作動を制御する運転制御装置を設けておき、蒸気によって加熱した高温の噴流水を殺菌槽内に導入することで被殺菌物の加熱殺菌を行い、冷却した低温の噴流水を殺菌槽内に導入することで殺菌槽内の冷却を行っている加熱殺菌装置の冷却システムであって、冷却用水から熱の放出を行うクーリングタワー、熱交換器とクーリングタワーの間を結び、熱交換器とクーリングタワーの間で冷却用水を循環させる冷却用水循環経路、冷却用水循環経路の熱交換器設置部分よりも上流側と下流側をつないだバイパス配管、バイパス配管の途中にバイパス配管の流量を制御するバイパス弁、クーリングタワーに入る冷却用水の温度を検出する温度センサーを設けておき、運転制御装置は、前記温度センサーにて検出する冷却用水の温度が所定温度以下となるようにバイパス弁の開度を調節するようにしておき、前記所定温度は、冷却工程初期の場合はバイパス弁の開度を大きくし、冷却が進み殺菌槽内温度の低下により温度センサーで検出する冷却用水温度が低くなれば、バイパス弁の開度を小さくしていくことになる温度に設定しておくことを特徴とする加熱殺菌装置の冷却システム。

Images