JP6630272B2 - 容器内の製品を低温殺菌するための方法ならびに設備 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念による方法ならびに請求項９の上位概念による設備に関する。

滅菌温度あるいは低温殺菌温度まで、例えば６０℃と８５℃の間の範囲の温度まで、容器および製品の加熱により容器に詰められた製品を滅菌あるいは低温殺菌するための方法および設備が知られている。滅菌温度あるいは低温殺菌温度までの加熱および続く冷却は、処理により、すなわちそこを通って容器が移動され、加熱領域が滅菌範囲ならびに冷却範囲の領域を形成する複数の処理領域において、液体の処理媒体（水あるいは添加物、例えばグリコールを含む水）による噴霧および／または浸水により行われる。その際に、異なる温度の、処理の際に生じる処理媒体の適当な案内により、しかしヒートポンプを使用しても、高い温度まで処理媒体を加熱するため、より低い温度の処理媒体の熱エネルギーを利用することが知られている。

しかし最後に述べた様式の公知の設備（特許文献１）の場合、例えば低温殺菌領域あるいは滅菌領域の予熱領域に接続する第一の処理領域の処理媒体のための、ヒートポンプで戻される熱エネルギーを直接処理領域の加熱のために使用する可能性だけがある。ヒートポンプを介した熱の回収により、確かに設備の運転に必要なエネルギー需要の削減と同時に加熱コストの削減も可能である。しかしこれによって十分満足する解決手段は達成されていない。公知の方法の短所は、熱エネルギーの一部が必ずしも使用されないことにある。その理由は、例えば、容器内に充填される製品の温度を直接作用させかつ場合によっては製品の品質を損なう過剰な低温殺菌を受入れることなく、部分負荷領域において、利用できる熱エネルギーが貯蔵されることができないことにある。

独国特許出願公開第１０２００７００３９７６号明細書 欧州特許出願公開第２４７３７９５号明細書

本発明の課題は、低い温度レベルで生じる処理媒体の熱エネルギーの最適で非常に融通性のある使用を可能にする方法を示すことである。

この課題を解決するために、方法が請求項１に適合して構成されている。設備は請求項９の対象である。

本発明による方法の場合、処理媒体をバッファタンク内で、低温殺菌温度あるいは滅菌温度と少なくとも同じか、好ましくは低温殺菌温度あるいは滅菌温度よりも高い温度まで、例えば７０℃と９５℃の間の領域の温度まで加熱しかつこの温度で保持するために、処理の際に低い温度レベルで、例えば２０℃と６０℃の間の範囲にある温度レベルで生じる、液状の処理媒体（例えば水あるいは添加物、例えば殺菌剤を含む水）の熱エネルギーが使用される。次いでバッファタンクから、高温の処理媒体が制御されておよび／または調整されて、処理領域に案内される。この処理媒体が工程においてまさに必要とされる。これらは特に滅菌領域あるいは低温殺菌領域の全領域であるが別の処理領域、例えば冷却領域でもある。

本発明の特別な長所は、少なくとも一つのヒートポンプを介して還元される熱エネルギーの使用の高い融通性にあり、それにより加熱費用の一層の削減が達せられる。本発明の別の長所は、高い温度を有するバッファタンク内で熱エネルギーバッファにより、設備の部分負荷範囲でのヒートポンプの改善された完全利用が保証されていることにある。本発明に適当なヒートポンプは、例えば高性能ヒートポンプとして特許文献２に記載されている。

本発明の基本的な長所は、熱エネルギーを還元することにより、高温の処理媒体を廃水として設備から導出し、それにより熱損失を被る必要がないことにある。さらに設備は、ヒートポンプの無い設備に対して、その寸法を縮小されることができる。その理由は、ヒートポンプによる熱の抽出により、冷却領域における走出する容器の連続的な冷却が行われ、従って同じ機械サイズにおける容器の低い出口温度が達せられることにある。高い温度で設備を出る容器による熱損失も回避される。

ヒートポンプを使用することにより、特に最後の冷却領域のためのおよび冷却領域と関連されるエネルギー消費のための処理媒体の付加的冷却は無くなる。

表現“ほぼ”は、本発明の考えでは、各々正確な値から、±１０％だけ、好ましくは±５％だけの偏差および／または機能にとっては些細な変化の形の偏差を意味する。

本発明の別の形態において、方法と設備は、例えば以下のように、
即ち、
バッファタンクが処理媒体を少なくとも冷却領域の一部のためにも供給するように
および／または
バッファタンクの処理媒体が、低温殺菌温度あるいは滅菌温度を超えている温度まで、例えば７０と９５℃の間の範囲の温度まで加熱されるように、
および／または
少なくとも一つのヒートポンプを介して、加熱領域において、好ましくは最も低い温度レベルを有する加熱領域において生じる処理媒体の熱エネルギーが使用されるように、
および／または
バッファタンクの処理媒体を加熱するために、加熱領域および／または冷却領域から来る、収集タンク内に収集される処理媒体の熱エネルギーが使用されるように、
および／または
滅菌領域あるいは低温殺菌領域の少なくとも一つの領域に生じる処理媒体がバッファタンクに案内されるように、
および／または
バッファタンクの処理媒体を加熱するために、少なくとも一つのヒートポンプに加えて一つの加熱装置が使用されるように、
および／または
バッファタンク内の処理媒体を加熱するために、このバッファタンクを含む加熱回路が使用されており、この加熱回路に、循環ポンプ、ヒートポンプの出口を形成する熱交換器ならびに加熱装置が設けられているように、
構成されており、先に挙げた特徴は、各々個別にあるいは任意の組合せで使用されていてもよい。

本発明の他の形態、長所および適用可能性は、実施例の後に続く説明からも、図からも明らかである。その際に、単独であるいは任意の組合せで、全ての記載されおよび／または具象的に示された特徴は、請求項の統合あるいはそれらの遡った関係には依存しない、本発明の基本的な対象である。さらに請求項の内容は明細書の構成要素に対して作られる。

本発明を、以下に機能表現において充填物で充填された容器２を熱処理するためのもしくは滅菌あるいは低温殺菌するための設備１（低温殺菌設備）を示す図に基づいて詳しく説明する。

設備１の機能図を示す。

設備１は、公知のように、ケーシング３に形成された多数の処理領域から成り、これらの処理領域は搬送方向に相前後して続き、この方向において容器３は設備１あるいはその処理領域を通って移動される。処理領域は図においては、Ｈ１〜Ｈ４、Ｐ１〜Ｐ４で、およびＣ４〜Ｃ１で示されている。 処理領域の内、それらの指数の値に応じて搬送方向Ａに相前後して続き、かつそれらには同様に指数の値において、各々処理領域から処理領域へと上昇する処理温度が割当てられている処理領域Ｈ１〜Ｈ４は、まだ明確に滅菌温度あるいは低温殺菌温度を下回っている、最終の予熱温度まで、すなわち例えば３３℃と６０℃の間の範囲の予熱温度まで容器を慎重に予熱するために使用される。各容器あるいは各容器の充填物に滅菌あるいは低温殺菌に必要な低温殺菌ユニット（温度と時間の積分値）を作用させるために、同様にそれらの指数の値に応じて搬送方向Ａに相前後して続く処理領域Ｐ１〜Ｐ４は、例えば６０℃と８５℃の間範囲にある必要な滅菌温度あるいは低温殺菌温度まで容器２をさらに加熱するために及び所定の時間にわたり、この滅菌温度あるいは低温殺菌温度まで加熱された容器を維持するために使用される。それらの指数の逆の順番で、搬送方向Ａに相前後して続きかつそれらにこの搬送方向に対して処理領域から処理領域へと低下する処理温度が割当てられている処理領域Ｃ４〜Ｃ１は、例えば周囲温度よりも多少高い最終温度まで容器２を慎重に冷却あるいは戻し冷却するために及び容器内の充填物の過剰低温殺菌を防止するために使用される。処理領域を通って容器２を移動させるために、図では一般的に４でもって示された運搬装置が使用される。

処理領域内での容器２の処理は、場合によっては添加物、例えば殺菌剤を含んだ水の形態の液体の処理媒体を使って噴霧または浸水により行われ、処理媒体は、各処理領域において、この領域の処理温度に適合した温度を備えている。この目的で、各処理領域は、多数の噴霧ノズルを備えており、これらの噴霧ノズルは、例えば、移動経路の上方に、場合によっては移動経路の側方に配置されており、この移動経路上で容器２が処理領域を通って移動される。さらに各処理領域は運搬装置４の下方に生じる処理媒体のための収集空間６を備えている。

さらに各処理領域にはポンプ７が割当てられており、このポンプは入口側で所属する収集空間６と接続している。出口側で、処理領域Ｈ１〜Ｈ４のポンプ７は導管を介して処理領域Ｃ１〜Ｃ４の噴霧ノズル５と接続されており、しかも対応する処理領域Ｈ１〜Ｈ４と同じ指数を備えたその処理領域Ｃ１〜Ｃ４と接続されている。これは、処理領域Ｈ１のポンプ７が処理領域Ｃ１のノズル５と、処理領域Ｈ２のポンプ７が処理領域Ｃ２のノズル５接続されている等々。逆に処理領域Ｃ１〜Ｃ４のポンプ７も出口側で導管を介して処理領域Ｈ１〜Ｈ４のノズル５と接続されており、従って熱エネルギーを最適に使用するために、処理領域Ｈ１〜Ｈ４とＣ４〜Ｃ１に生じる処理液体の交差した交換ならびに交差した使用が行われる。

処理領域Ｐ１〜Ｐ４に割当てられたポンプ７は、出口側で、各々該処理領域Ｐ１〜Ｐ４のノズル５と接続されている。入口側で、処理媒体Ｐ１〜Ｐ４ならびに処理領域Ｃ３〜Ｃ１のポンプ７は、第一の弁グループの制御弁８を介して低温の処理媒体あるいは低温の水を案内する導管９に接続されており、この導管には弁１０を介して真水も供給されることができ、この導管はポンプ１１の出口と接続されており、このポンプを介して導管９は低温の処理媒体を、すなわち低温の処理媒体のための収集タンク１２からの処理媒体を供給され、この収集タンクは２０°と４５℃の間の領域の温度有する処理媒体を案内する。処理領域Ｃ４の収集空間６に生じるある処理媒体ならびに場合によっては処理領域Ｃ１の収集空間に生じる処理媒体も、各々排出管路１３を介して低温の処理媒体用の収集タンク１２内に案内される。

さらに処理領域Ｐ１〜Ｐ４とＣ４〜Ｃ１のポンプ７は、入口側でさらに第二の弁グループの制御弁１４を介して高温の処理媒体を案内する導管１５と接続されている。導管１５はモジュール１６の出口に接続されており、このモジュールは高温の処理媒体を供給し、その中心要素は高温の処理媒体のための、例えば明らかに滅菌温度あるいは低温殺菌温度より上の温度を備えた、例えば７０℃と９０℃の間の範囲にある温度を備えた処理媒体のためのバッファタンク１７である。先に挙げた温度を備えた処理媒体を導管１５に供給するバッファタンク１７には、排出管路１８を介して、処理領域Ｐ１〜Ｐ４内に生じる処理媒体が供給される。

バッファタンク１７は、加熱回路の構成要素であり、この加熱回路は特に循環ポンプ１９、ヒートポンプ２０の出口を形成する熱交換器２０．１（熱源）、熱を伝導する高温の媒体一次側に通して流される熱交換器２１の形態の加熱装置ならびに幾つかのセンサ２２、例えば温度センサも含み、この加熱装置において、加熱のための処理媒体は、特に循環ポンプ１９でもってバッファタンク１７から取出され、かつ熱交換器２０．１と２１を通過後に再度バッファタンク内に還流される。

入口側で、高性能ヒートポンプとして構成されたヒートポンプ２０は熱交換器２０．２を備えており、この熱交換器は二次側でヒートポンプ２０の媒体によりそして一次側で処理領域Ｈ１の収集空間６内にある処理媒体により貫流され、この処理媒体は循環ポンプ２３により収集空間６から取出され、熱交換器２０．２を貫流した後、処理領域Ｈ１の収集空間６にもしくは所属するポンプ７の入口に還流される。

入口側に、処理媒体を加熱するためのヒーター回路の一部であるヒートポンプ２０は、別の熱交換器２０．３（熱源）を備えており、この熱交換器は二次側ではヒートポンプ２０の媒体により、一次側では収集タンク１２からの処理媒体により貫流され、この処理媒体は循環ポンプ２４によりこの収集タンクから取出され熱交換器２０．３を通過した後収集タンク１２に還流される。

本発明による設備の特徴は、ヒートポンプ２０を介して、前処理領域からの（記載された実施形態の場合は処理領域Ｈ１からの）および低温の処理媒体のための収集タンク６からの熱エネルギーが、従って一つの冷却領域からのあるいは複数の冷却領域からの、すなわち記載された実施形態の場合は処理媒体を加熱するための処理領域Ｃ４とＣ１からの熱エネルギーが一般的に利用されることにある。本発明による設備の別の特徴は、バッファタンク１７内に含まれている処理媒体を、加熱された処理媒体が、処理領域Ｐ１〜Ｐ４の少なくとも一つに、好ましくはすべてに、そして場合によってはこれらの領域に搬送方向Ａで続く処理領域に供給されるような高い温度に加熱するために、先に記載されたように獲得された熱エネルギーが使用されることにある。高温の処理媒体の供給は、制御弁１４を介して制御されておよび／または調整されて行われるのが好ましい。

従ってバッファタンク１７内で熱回収しながら加熱される処理媒体は、バッファタンクから直接、目下工程において必要とされる設備１の領域まで案内されることができ、従って処理領域への回収された熱エネルギーの最適でかつ極めて融通性のある分配が可能であり、それにより加熱コストの基本的な節約が可能である。特に本発明によれば、ヒートポンプを用いて、処理領域Ｐ１〜Ｐ４において、すなわち低温殺菌領域において使用されることができる程度まで加熱することが可能である。

１．容器を熱処理するための設備あるいは低温殺菌ユニット
２．容器
３．ケーシング
４．運搬装置
５．ノズル装置
６．収集空間
７．ポンプ
８．制御弁
９．低温処理媒体用導管
１０．弁
１１．ポンプ
１２．低温処理媒体用収集タンク
１３．排出管路
１４．制御弁
１５．高温処理媒体用導管
１６．高温処理媒体を供給するためのモジュール
１７．高温処理媒体用バッファタンク
１８．排出管路
１９．循環ポンプ
２０．ヒートポンプ
２０．１ヒートポンプ２０の出口側の熱交換器
２０．２ヒートポンプ２０の入口側の熱交換器
２０．３ヒートポンプ２０の入口側の熱交換器
２１．加熱装置あるいは熱交換器
２２．センサ
２３．循環ポンプ
２４．循環ポンプ
Ｈ１-Ｈ２ 処理領域あるいは加熱領域
Ｐ１-Ｐ４ 処理領域あるいは滅菌領域
Ｃ１-Ｃ４ 処理領域あるいは冷却領域

Claims (12)

1. 容器（２）の搬送方向（Ａ）に連続して複数の処理領域（Ｈ１〜Ｈ４；Ｐ１〜Ｐ４；Ｃ４〜Ｃ１）を備えた設備（１）を使用して、加熱により容器（２）内に満たされた製品を低温殺菌するための方法であって、
   これらの処理領域が、複数の加熱領域、低温殺菌範囲の複数の領域ならびに複数の冷却領域を形成し、これらの処理領域において、各容器（２）が液体の処理媒体の作用を受け、
   この処理媒体の温度が、加熱領域において搬送方向（Ａ）に対して領域から領域へと上昇し、低温殺菌範囲の領域で低温殺菌温度に達し、冷却領域において搬送方向（Ａ）に対して領域から領域へと低下し、
   処理の際に低い温度レベルで生じる処理媒体の熱エネルギーが、高い温度レベルへ処理媒体を加熱するために少なくとも一つのヒートポンプ（２０）を用いて使用される方法において、
   低い温度レベルの処理媒体の熱エネルギーが、少なくともヒートポンプ（２０）を備えた加熱回路を用いて、バッファタンク（１７）内の処理媒体を加熱するために使用され、このバッファタンクが処理媒体を少なくとも低温殺菌温度に相当する温度でもって案内し、バッファタンク（１７）がこの処理媒体を低温殺菌範囲の少なくとも一つの領域のために直接供給すること、バッファタンク（１７）の処理媒体を加熱するために、加熱装置（２１）が少なくとも一つのヒートポンプ（２０）に加えて使用されること、及び、バッファタンク（１７）内の処理媒体を加熱するために、このバッファタンクを含む加熱回路が使用されており、この加熱回路に、循環ポンプ（１９）、ヒートポンプ（２０）の出口を形成する熱交換器（２０．１）ならびに加熱装置（２１）が設けられていることを特徴とする方法。
2. バッファタンク（１７）が、処理媒体の少なくとも一部を制御弁（１４）を介して冷却領域の少なくとも一部のためにも直接供給することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. バッファタンク（１７）の処理媒体が、低温殺菌温度を超えている７０℃と９５℃の間の範囲の温度まで加熱されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 少なくとも一つのヒートポンプ（２０）を介して、最も低い温度レベルを有する加熱領域（Ｈ１）に生じる処理媒体の熱エネルギーが使用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
5. バッファタンク（１７）の処理媒体を加熱するために、加熱領域および／または冷却領域から来る、収集タンク（１２）内で収集される処理媒体の熱エネルギーが使用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
6. 収集タンク（１２）に含まれ、熱エネルギーを奪うことにより冷却される処理媒体が、新たに冷却領域の少なくとも一つに供給されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 容器（２）の搬送方向（Ａ）に連続する処理領域（Ｈ１〜Ｈ４；Ｐ１〜Ｐ４；Ｃ４〜Ｃ１）を備えた、加熱により容器（２）内に満たされた製品を低温殺菌するための設備であって、
   これらの処理領域が、複数の加熱領域、低温殺菌範囲の複数の領域ならびに複数の冷却領域を形成し、これらの処理領域において、各容器（２）が液体の処理媒体の作用を受け、
   この処理媒体の温度が、加熱領域において搬送方向（Ａ）に対して領域から領域へと上昇し、低温殺菌範囲の領域で低温殺菌温度に達し、冷却領域において搬送方向（Ａ）に対して領域から領域へと低下し、
   ならびに高い温度レベルまで処理媒体を加熱するために、処理の際に低い温度レベルで生じる処理媒体の熱エネルギーを使用するための少なくとも一つのヒートポンプ（２０）を備えた設備において、
   少なくとも一つのヒートポンプ（２０）が、バッファタンク（１７）内の処理媒体を加熱するための加熱回路の一部であり、
   このバッファタンクが処理媒体を少なくとも低温殺菌温度に相当する温度で案内し、この処理媒体を制御弁（１４）を介して低温殺菌範囲の少なくとも一つの領域のために直接供給すること、バッファタンク（１７）の処理媒体を加熱するために、加熱装置（２１）が少なくとも一つのヒートポンプ（２０）に加えて設けられていること、及び、バッファタンク（１７）内の処理媒体を加熱するために、このバッファタンクを含む加熱回路が設けられており、この加熱回路に、循環ポンプ（１９）、ヒートポンプ（２０）の出口を形成する熱交換器（２０．１）ならびに加熱装置（２１）が配置されていることを特徴とする設備。
8. バッファタンク（１７）が、処理媒体の少なくとも一部を制御弁（１４）を介して冷却領域の少なくとも一部のためにも供給することを特徴とする請求項７に記載の設備。
9. バッファタンク（１７）が処理媒体を低温殺菌温度を超えている７０℃と９５℃の間の範囲の温度でもって案内することを特徴とする請求項７または８に記載の設備。
10. 少なくとも一つのヒートポンプ（２０）が入口側で最も低い温度レベルを有する加熱領域（Ｈ１）の処理媒体を収集する収集空間（６）と接続していることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一つに記載の設備。
11. 少なくとも一つのヒートポンプ（２０）が入口側で加熱領域および／または冷却領域から来る処理媒体を収集するための収集タンク（１２）と接続していることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一つに記載の設備。
12. 接続部（１８）であって、この接続部を介して低温殺菌範囲の少なくとも一つの領域に生じる処理媒体がバッファタンク（１７）に案内される接続部（１８）を備えていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一つに記載の設備。

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