JP6473057B2 - 殺菌剤の気化方法及び気化装置 - Google Patents

Description

本発明は、飲料用の容器を殺菌剤により殺菌する際に、液状の殺菌剤を気化する装置に関する。

飲料を容器に充填する無菌充填システムにおいて、飲料を充填する前に容器は殺菌剤、例えば過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、過酢酸（Ｃ_２Ｈ_４Ｏ_３）を使用して殺菌される。
特許文献１は、この殺菌方法として、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）ボトルの内部に挿入したノズルから、気化された過酸化水素が混ぜられた熱風を吹き込むことを提案している。特許文献１の殺菌方法によれば、過酸化水素のミストを一定温度下で一定期間だけＰＥＴボトルの内部に導入するという殺菌条件を容易に実現することができるので、均一かつ優れた殺菌効果を得ることができる。
特許文献１の殺菌方法は、過酸化水素を気化するのに、過酸化水素の水溶液と圧縮空気とを二流体ノズルを通過させて過酸化水素の水溶液をミスト状にし、これをヒータで加熱している。

特開２０１０−１３２３５８号公報

二流体ノズルを用いて過酸化水素のミストを生成するには、二流体ノズルに過酸化水素の水溶液を供給する系統と圧縮空気を供給する系統が必要である。飲料の充填システムは、通常、スターホイールと称される回転式の搬送装置に保持された多数の容器に対応する数の充填用ノズルを用意し、この充填用ノズルを介して飲料が充填される。特許文献１における二流体ノズルを含む過酸化水素を気化する機構も、充填用ノズルに対応する数だけ必要である。したがって、過酸化水素の水溶液を供給する系統と圧縮空気を供給する系統の全体としての数が多くなり、その構成が複雑になる。
そこで、本発明は殺菌剤を気化して殺菌対象に供給するシステムにおいて、殺菌剤及び圧縮空気に関する供給系統の構成を簡易にすることができる殺菌剤の気化方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の殺菌剤の気化方法は、圧縮空気が上流側から下流側に向けて流れる流路の任意の位置でベンチュリ効果を生じさせることで、貯留ポットに貯えられた液状の殺菌剤を流路に吸引し、圧縮空気の圧力により殺菌剤をミスト状にする第一ステップと、圧縮空気により搬送される、ミスト状にされた殺菌剤を、任意の位置よりも下流側の流路を通過する過程で気化させる第二ステップと、を備えることを特徴とする。
本発明の殺菌剤の気化方法は、ベンチュリ効果を生じさせて殺菌剤を吸引し、流路を流れる圧縮空気により殺菌剤をミスト状にする。したがって、本発明の殺菌剤の気化方法によれば、殺菌剤の供給については貯留ポットに貯えておくだけで足りるので、例えば二流体ノズルを用いる場合には殺菌剤を圧送する機構が必要になるのに比べて、システム構成を簡易かつ低コストにできる。加えて、通常、ベンチュリ効果を得るためのベンチュリ管は二流体ノズルに比べて安価であるため、本発明を適用する殺菌システムは低コストになる。

本発明における殺菌剤の気化方法は、第一ステップにおいて、流路に吸引される液状の殺菌剤の量を一定に制御することができる。
これにより、第二ステップにおいて、圧縮空気に含まれる気化された殺菌剤の濃度を一定にできるので、所望する殺菌性能を得ることができる。

流路に吸引される液状の殺菌剤の量を一定に制御する手段は種々採用することができるが、本発明は以下の手段を採用することができる。つまり、第一ステップにおいて、吸込口と吐出口を備える吸引管を介して液状の殺菌剤を吸引し、吸引管は、吸込口が、貯留ポットに貯えられた液状の殺菌剤に差し入れられ、吐出口が、ベンチュリ効果が生じた流路に連通し、吸込口が、殺菌剤に差し入れられる深さｄを調整することにより、吸引される液状の殺菌剤の量を一定に制御することができる。

本発明における殺菌剤の気化方法は、第二ステップにおいて、流路の周囲に設けられたヒータが流路を加熱することにより、ミスト状にされた殺菌剤を気化させることができる。
このように、流路の周囲にヒータを設ければ、ヒータを設ける場所を格別に設ける必要がないので、殺菌システムの省スペース化に寄与する

本発明における殺菌剤の気化方法は、第一ステップにおいて、圧縮空気を予め加熱することができる。
これにより、第二ステップにおける殺菌剤の気化をより確実に行うことかできる。

本発明は、以上説明した本発明の殺菌剤の気化方法を実現する以下の気化装置を提供する。
すなわち本発明の殺菌剤の気化装置は、圧縮空気が上流側から下流側に向けて流れる流路を有する供給管と、供給管の流路の任意の位置に設けられ、スロート部に圧力取出し口が設けられるベンチュリ管と、一端に吸込口が、他端に吐出口が設けられ、吐出口が圧力取出し口に接続される吸引管と、液状の殺菌剤が貯められ、吸引管の吸込口の側が差し入れられる貯留ポットと、ベンチュリ管よりも下流側の流路を加熱するヒータと、を備えることを特徴とする。

本発明の殺菌剤の気化装置において、吸引管の吸込口の側が、貯留ポットに貯えられる殺菌剤への差込み深さｄを、調整可能とすることが好ましい。

本発明の殺菌剤の気化装置において、差込み深さｄが、一定に制御されることが好ましい。

本発明の殺菌剤の気化装置において、貯留ポットを昇降可能に設けることが好ましい。

本発明の殺菌剤の気化方法によれば、殺菌剤の供給については貯留ポットに貯えておくだけで足りるので、例えば二流体ノズルを用いる場合には殺菌剤を圧送する機構が必要になるのに比べて、システム構成を簡易かつ低コストにできる。加えて、通常、ベンチュリ効果を得るためのベンチュリ管は二流体ノズルに比べて安価であるため、本発明を適用する殺菌システムは低コストになる。

本実施形態に係る殺菌システムの手順を示す図である。 本実施形態に係る気化装置の概略構成を示す図である。 本実施形態に係るベンチュリ管の概略構成を示す図である。 本実施形態に係る気化装置における貯留ポットの昇降手順を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る殺菌システム１は、図１に示すように、例えばＰＥＴボトルからなる容器１００の内周面を殺菌する。この殺菌システム１は、温水により内周面を洗浄する洗浄ステップＳ１と、容器１００の内部に温風を吹き込んで乾燥する乾燥ステップＳ３と、容器１００の内部に気化された殺菌剤を吹き込んで内周面を殺菌する殺菌ステップＳ５と、最後に、容器１００の内周面に付着した殺菌剤を洗い流すすすぎステップＳ７と、を含む。本実施形態は、殺菌ステップにおいて、殺菌剤を気化する方法に特徴を有している。
なお、図１は殺菌に係るステップのみを示しているが、これらのステップからなる殺菌方法の前工程で容器１００を連続的に形成したり、後工程では、容器１００の内部に連続的に飲料を充填したりする。

本実施形態の殺菌システム１では、まず、洗浄ステップＳ１がなされる。
洗浄ステップＳ１は、容器１００の内周面に付着する異物を洗い流すことを目的として行われる。洗浄ステップＳ１は、倒立状態の容器１００の口部１０１から内部へノズル２が挿入され、ノズル２から温水が吹き込まれることで、容器１００の内周面を洗浄する。
殺菌システム１は、洗浄ステップＳ１を行うために、温水源５と、温水源５で生成された温水をノズル２まで導く温水管６と、温水管６に設けられるポンプ７と、を備えている。温水源５は、例えば、ヒータが備えられた水槽により構成される。
なお、吹き込まれる温水は、６０〜８０℃程度であればよい。

洗浄ステップＳ１で洗浄された容器１００は、乾燥ステップＳ３に供される。乾燥ステップＳ３は、洗浄ステップＳ１において内周面に残留した温水（水分）を除去することを目的に行われる。水分が内周面に残留していると、次に行われる過酸化水素による殺菌の効率が劣るためである。乾燥ステップＳ３は、容器１００の口部１０１から内部へノズル３が挿入され、ノズル３から温風が吹き込まれることで、容器１００の内周面に残留した水分を乾燥して除去する。
殺菌システム１は、乾燥ステップＳ３を行うために、エア供給源９と、エア供給源９で生成された圧縮空気をノズル３まで導くエア供給管１０と、エア供給管１０の周囲に設けられるヒータ１１と、を備えている。
なお、吹き込まれる温風は、６０〜１００℃程度であればよい。

内周面が乾燥された容器１００は、次に、殺菌ステップＳ５に供される。殺菌ステップＳ５は、容器１００の口部１０１から内部へノズル１２が挿入され、ノズル１２から気化された過酸化水素が吹き込まれることで、容器１００の内周面を殺菌処理する。殺菌ステップＳ５は、過酸化水素を気化する気化装置２０を備えている。この気化装置２０は、本実施形態における特徴部分であり、具体的な構成は後述する。

殺菌処理がなされた容器１００は、次に、すすぎステップＳ７に供される。すすぎステップＳ７は、容器１００の口部１０１から内部へノズル１３が挿入され、ノズル１３からすすぎ水が吹き込まれることで、容器１００の内周面に残留した殺菌剤を洗い流す。殺菌システム１は、すすぎステップＳ７を行うために、すすぎ水貯留タンク１４と、すすぎ水貯留タンク１４に貯留されるすすぎ水をノズル１３まで導くすすぎ水管１５と、すすぎ水管１５に設けられるポンプ１６と、を備えている。すすがれた容器１００は、下工程、例えば飲料の充填工程に移送される。

次に、気化装置２０について説明する。
気化装置２０は、圧縮空気が流れる流路にベンチュリ効果により液状の殺菌剤を引き込むとともにミスト状にし、さらに圧縮空気をキャリアとしてミスト状の殺菌剤が流路を流れる過程で加熱することで、殺菌剤を気化させる。気化装置２０は、この殺菌剤の気化をなすために、以下の構成を備える。

気化装置２０は、図２及び図３に示すように、圧縮空気ＣＡが上流側から下流側に向けて流れる流路３１が内部に形成される供給管３０と、供給管３０の流路３１の任意の位置に設けられるベンチュリ管４０と、一端に吸込口５１が、他端に吐出口５２が設けられ、吐出口５２がベンチュリ管４０の圧力取出し口４７に接続される吸引管５０と、を備える。また、気化装置２０は、液状の殺菌剤Ｓが貯えられる貯留ポット５５と、ベンチュリ管４０よりも下流側において流路３１を加熱するヒータ５８と、を備える。

ベンチュリ管４０は、図３の中段に示すように、円筒型のベンチュリ管であり、最も上流側に位置する入口円筒部４１と、入口円筒部４１の下流側に連なる入口円錐部４２と、入口円錐部４２の下流側に連なるスロート部４３と、スロート部４３の下流側に連なる出口円錐部４４と、出口円錐部４４に連なり、最も下流側に位置する出口円筒部４５と、を備えている。ベンチュリ管４０は、入口円筒部４１から出口円筒部４５まで貫通する流路４６が形成されている。ベンチュリ管４０のスロート部４３には、外部と流路４６を連通する圧力取出し口４７が穿孔されている。

ベンチュリ管４０は、入口円筒部４１と出口円筒部４５は、流路４６の開口径が上流側から下流側に向けて等しく形成されている。入口円錐部４２は、流路４６の開口径が上流側から下流側に向けて連続的に減少しており、出口円錐部４４は、流路４６の開口径が上流側から下流側に向けて連続的に増加している。入口円錐部４２と出口円錐部４４の間に位置するスロート部４３は、流路４６の開口径が上流側から下流側に向けて等しく形成されている。入口円錐部４２と出口円錐部４４を比べると、入口円錐部４２の方が出口円錐部４４よりも開口径が減少（変化）する程度が急峻である。

圧縮空気ＣＡがベンチュリ管４０を通過する際に、流路４６において以下の振る舞いが生じる。なお、図３の上段の圧力線図を参照願いたい。
入口円筒部４１から入った圧縮空気ＣＡは、入口円錐部４２、スロート部４３を順に流れる過程で流路４６が狭まるために流速が上がる。このため、ベルヌーイの定理により圧力エネルギは速度エネルギに変換されるので、スロート部４３における圧力が最も降下する。スロート部４３には圧力取出し口４７が穿孔され、そこには吸引管５０が接続されているので、吸引管５０の吸込口５１を介して流体を吸い込むことができる。本実施形態では、貯留ポット５５に貯えられた殺菌剤Ｓを吸い込み、吸い込まれた殺菌剤Ｓは吸引管５０を通ってスロート部４３に対応する流路４６に吐出される。流路４６には圧縮空気ＣＡが連続的に流れているので、吐出された殺菌剤Ｓは圧縮空気ＣＡの力を受けて微粒化されミスト状になる。
スロート部４３よりも下流側においては、下流側に向けて開口径が増加する出口円錐部４４が設けられているため、圧縮空気ＣＡの圧力が回復して、より下流側に向けて供給管３０を流れる。

貯留ポット５５は、殺菌剤Ｓを貯える貯留槽５６を備えており、ベンチュリ管４０の吸引管５０の下向きの延長線上に貯留槽５６が位置するように配置される。貯留槽５６は、殺菌システム１が連続的に運転される間に、殺菌剤Ｓが不足しないように容量が設定される。
貯留ポット５５は、アクチュエータ５７に支持されており、アクチュエータ５７が駆動されることにより昇降が可能であり、図４に示すように、貯留ポット５５は吸引管５０の吸込口５１が貯留槽５６から抜け出る下方の位置（図４（ｄ）参照）から吸込口５１の側が貯留槽５６の底の近くまで差し入れられる上方の位置（図４（ｃ）参照）の間で昇降可能である。
予定されていた本数の殺菌が終了し、貯留槽５６に貯えられる殺菌剤Ｓが不足すると、貯留ポット５５を下方の位置まで降下させて、殺菌剤Ｓを補充する。殺菌を連続的に行う際には、貯留槽５６に貯えられる殺菌剤Ｓの液面ＳＳから所定の深さｄだけ吸引管５０が差し入れられる高さに貯留ポット５５を配置させる。その後は殺菌剤Ｓが消費されて液面ＳＳが下がっても、吸引管５０が殺菌剤Ｓの浮面から差し入れられる深さｄが維持されるように、アクチュエータ５７を駆動して貯留ポット５５を上昇させる。この貯留ポット５５を上昇させる制御は任意であり、殺菌を開始してからの時間の経過に基づく制御、貯留槽５６に貯えられる殺菌剤Ｓの液面ＳＳの高さの変化に基づく制御、貯留槽５６に貯えられる殺菌剤Ｓの重さの変化に基づく制御を採用することができる。
この深さｄによって吸引される殺菌剤Ｓの量が定まるので、本実施形態では吸引される殺菌剤Ｓの量が一定になるように、深さｄを一定に制御する。以上のように、本実施形態では、差込み深さｄが調整可能とされている。

ヒータ５８は、ベンチュリ管４０よりも下流側の供給管３０の流路３１を加熱する。
ヒータ５８による流路３１の加熱は、流路３１を圧縮空気ＣＡによって流れるミスト状の過酸化水素を気化するためのものであるから、２００〜３００℃の範囲、好ましくは２４０〜２６０℃の範囲に加熱する。この加熱条件が得られるのであれば、ヒータ５８の形態は問われない。本実施形態では、供給管３０の外周に配置されたヒータ５８を示しているが、ヒータ５８を供給管３０の内周面に配置することができる。

さて、次に、殺菌システム１の動作について、気化装置２０を中心にして説明する。
洗浄ステップＳ１及び乾燥ステップＳ３を経た容器１００が、殺菌ステップＳ５の所定位置まで移送されると、エア供給源５３を駆動して、供給管３０の流路３１に圧縮空気ＣＡを吹き込む。このときには、吸引管５０の吸込口５１は貯留槽５６に貯えられている殺菌剤Ｓの液面ＳＳより所定の深さｄまで差し入れられているのに加えて、ヒータ５８が流路４６を温めている。そうすると、殺菌剤Ｓは、吸引管５０に吸い込まれ、さらにスロート部４３の圧力取出し口４７を通って流路４６に吐出される。流路４６に吐出された液状の殺菌剤Ｓは、流路４６を流れる圧縮空気ＣＡの力を受けてミスト状になる。本発明の第一ステップに該当する。
圧縮空気ＣＡをキャリアとして搬送されるミスト状の殺菌剤Ｓは、流路４６の加熱領域を通過する過程で気化される。本発明の第二ステップに該当する。気化された殺菌剤Ｓは、圧縮空気ＣＡとともに容器１００の内部に供給されることで、容器１００の内周面の殺菌に供される。

次に、本実施形態による殺菌システム１の効果を説明する。
はじめに、殺菌システム１における気化装置２０は、ベンチュリ管４０の流路４６にベンチュリ効果を生じさせて殺菌剤Ｓを吸引管５０により吸引し、流路４６を流れる圧縮空気ＣＡにより殺菌剤Ｓをミスト状にする。したがって、殺菌システム１によれば、殺菌剤Ｓの供給については貯留ポット５５に貯えておくだけで足りるので、例えば二流体ノズルを用いる場合には殺菌剤Ｓを圧送する機構が必要になるのに比べて、システム構成を簡易かつ低コストにできる。加えて、通常、ベンチュリ管４０は二流体ノズルに比べて安価であるため、気化装置２０は殺菌システム１の低コスト化に寄与する。

ここで、本実施形態では、単一の殺菌ステップＳ５についてのみ説明したが、実際の飲料充填システムでは、回転式の搬送装置により多数本の容器１００を搬送しながらそれぞれの容器１００について、気化された殺菌剤Ｓを供給する。したがって、処理される容器１００の本数に応じた数のミスト化の手段が必要であるから、殺菌システム１のコストを下げるためには、システム構成を簡易かつ低コストにすることが重要である。

次に、気化装置２０は、吸引管５０の吸込口５１が殺菌剤Ｓの液面ＳＳから差し入れられる深さｄを一定に維持するので、吸引管５０により吸引される殺菌剤Ｓの量を、殺菌ステップＳ５の進捗状況に係らず、一定にすることができる。これにより、容器１００に圧縮空気ＣＡとともに供給される殺菌剤Ｓの濃度を維持することができるので、容器１００の殺菌効果を安定して得ることができる。しかも、本実施形態は、吸引管５０に対する貯留ポット５５の位置を制御するだけで足りるので、制御が簡易である。

また、気化装置２０は、ミスト状にされた殺菌剤Ｓを圧縮空気ＣＡとともに流路３１を通過する過程で、ヒータ５８による加熱により気化されるので、ヒータ部材に直接的に触れる可能性は極めて低い。
例えば、加熱されたヒータ部材に滴下することにより液状の殺菌剤Ｓを気化させることもできるが、ミスト状に比べて気化に必要なエネルギが大きくなる。
また、液状の殺菌剤Ｓをヒータ部材に滴下すると、殺菌剤Ｓの種類によっては、気化後にヒータ部材に残渣が生じる。例えば、殺菌剤としての過酢酸水溶液は、化学的な平衡を保つために安定化剤を含んであり、この安定化剤が残渣となる。そうすると、必要な加熱を継続して行うことができるように、残渣を除去しなければならず、殺菌システムを連続運転する妨げとなる。
これに対して気化装置２０は、ミスト状にされた殺菌剤Ｓが圧縮空気ＣＡとともに流路４６を通過する過程で気化されるものであるから、気化エネルギが小さくて済み、かつ残渣が生じる可能性は極めて小さいので、残渣によって連続運転の妨げが生じる可能性は極めて小さい。
さらに、気化装置２０は、ヒータ５８を供給管３０の周囲に設ければよいので、ヒータ５８を設ける場所を格別に設ける必要がないので、殺菌システム１の省スペース化に寄与する

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

本実施形態では、ヒータ５８をベンチュリ管４０より下流側に設ける例を示したが、ヒータをベンチュリ管４０の上流側に設けることもできる。この上流側のヒータは、ベンチュリ管４０に流入する圧縮空気ＣＡを予備的に加熱するために設けることもできる。
また、圧縮空気ＣＡを予備加熱するのであれば、殺菌ステップＳ５の前工程である乾燥ステップＳ３で用いる温風を、圧縮空気ＣＡとして用いることができる。つまり、エア供給源９をエア供給源５３として共用することができるので、殺菌システム１のコストを下げることができる。

また、本実施形態では、吸引管５０の吸込口５１が殺菌剤Ｓの液面ＳＳからの挿入深さｄを維持するために、貯留ポット５５を上昇させているが、深さｄを維持できるのであれば、その手段は問われない。例えば、本発明は、消費される量だけ殺菌剤Ｓを継ぎ足すことを許容する。また、深さｄは、例えば製品液の種類によって変動し得るものであり、製品液Ｘの場合にはｄＸ、製品液Ｙの場合にはｄＹというように変えることができる。

また、本実施形態では、洗浄ステップＳ１、乾燥ステップＳ３、殺菌ステップＳ５及びすすぎステップＳ７という手順を経る例を説明したが、本発明の要旨は殺菌ステップＳ５にあり、その前工程及び後工程については任意である。

１ 殺菌システム
２，３ ノズル
５ 温水源
６ 温水管
７ ポンプ
９ エア供給源
１０ エア供給管
１１ ヒータ
１２，１３ ノズル
２０ 気化装置
３０ 供給管
３１ 流路
４０ ベンチュリ管
４１ 入口円筒部
４２ 入口円錐部
４３ スロート部
４４ 出口円錐部
４５ 出口円筒部
４６ 流路
４７ 圧力取出し口
５０ 吸引管
５１ 吸込口
５２ 吐出口
５３ エア供給源
５５ 貯留ポット
５６ 貯留槽
５７ アクチュエータ
５８ ヒータ
１００ 容器
１０１ 口部

Claims (6)

1. 圧縮空気が上流側から下流側に向けて流れる流路の任意の位置でベンチュリ効果を生じさせることで、貯留ポットに貯えられた液状の殺菌剤を前記流路に吸引し、前記圧縮空気の圧力により前記殺菌剤をミスト状にする第一ステップと、
   前記圧縮空気により搬送される、ミスト状にされた前記殺菌剤を、前記任意の位置よりも下流側の前記流路を通過する過程で気化させる第二ステップと、
   を備え、
   前記第一ステップにおいて、
   吸込口と吐出口を備える吸引管を介して前記液状の殺菌剤を吸引し、
   前記吸引管は、
   前記吸込口が、前記貯留ポットに貯えられた前記液状の殺菌剤に差し入れられ、
   前記吐出口が、前記ベンチュリ効果が生じた前記流路に連通し、
   前記吸込口が、前記殺菌剤に差し入れられる深さｄを調整することにより、吸引される前記液状の殺菌剤の量を一定に制御することを特徴とする殺菌剤の気化方法。
2. 前記第二ステップにおいて、
   前記流路の周囲に設けられたヒータが前記流路を加熱することにより、ミスト状にされた前記殺菌剤を気化する、
   請求項１に記載の殺菌剤の気化方法。
3. 前記第一ステップにおいて、
   前記圧縮空気が予め加熱されている、
   請求項１または２に記載の殺菌剤の気化方法。
4. 圧縮空気が上流側から下流側に向けて流れる流路を有する供給管と、
   前記供給管の前記流路の任意の位置に設けられ、スロート部に圧力取出し口が設けられるベンチュリ管と、
   一端に吸込口が、他端に吐出口が設けられ、前記吐出口が前記圧力取出し口に接続される吸引管と、
   液状の殺菌剤が貯められ、前記吸引管の前記吸込口の側が差し入れられる貯留ポットと、
   前記ベンチュリ管よりも下流側の前記流路を加熱するヒータと、
   を備え、
   前記吸引管の前記吸込口の側が、前記貯留ポットに貯えられる前記殺菌剤への差し入れられる深さｄが、調整可能とされることを特徴とする殺菌剤の気化装置。
5. 前記深さｄが、一定に制御される、
   請求項４に記載の殺菌剤の気化装置。
6. 前記貯留ポットが昇降可能に設けられる、
   請求項４または５に記載の殺菌剤の気化装置。

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