JP7250083B2

JP7250083B2 - 滅菌装置

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Publication number: JP7250083B2
Application number: JP2021143794A
Authority: JP
Inventors: 充博松本; 健次正; 亮一粟田
Original assignee: Iwai Kikai Kogyo Co Ltd
Current assignee: Iwai Kikai Kogyo Co Ltd
Priority date: 2021-09-03
Filing date: 2021-09-03
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2041-09-03
Also published as: JP2023037193A

Description

本発明は滅菌装置に係り、特に、液体製品の製造に際し、液体製品が製品液管路内部を圧送されて滅菌される滅菌装置の改良に関する。

ジュース、乳製品等の液体製品の製造プラントの製造ラインには、液体製品を滅菌処理を行った後に容器に充填するために滅菌装置が設けられている。

図２に示すように、従来の滅菌装置３０は、製品液管路１１の上流側端部に設けられた第１ポンプ１２と、第１ポンプ１２の下流側に設けられた第２ポンプ１３と、製品液管路１１の下流側端部に設けられた第３ポンプ１４と、第１ポンプ１２と第２ポンプ１３との間であって、第１ポンプ１２の出口側の製品液管路１１内を流れる液体製品の流量を検知する流量センサ１５と、流量センサ１５と第２ポンプ１３との間であって、第２ポンプ１３の入り口側の製品液管路１１内の液体製品の圧力を検知する第１圧力センサ１６と、第２ポンプ１３と第３ポンプ１４との間であって、第３ポンプ１４の入り口側の製品液管路１１内の液体製品の圧力を検知する第２圧力センサ１７と、流量センサ１５による流量検出値に基づいて、液体製品の流量が設定流量になるように第１ポンプ１２を駆動制御する流量制御器２５と、第１圧力センサ１６による圧力検出値に基づいて、液体製品の圧力が設定圧力値になるように第２ポンプ１３を駆動制御する第１圧力制御器２６と、第２圧力センサ１７による圧力検出値に基づいて、液体製品の圧力が設定圧力になるように第３ポンプ１４を駆動制御する第２圧力制御器２０とを有する。

製品液管路１１の上流端はバランスタンク（以下、「ＢＴ」と記す）に接合されている。製品液管路１１の下流端はアセプティックサージタンク（以下、「ＡＣＴ」と記す）に接合されている。流量センサ１５と第１圧力センサ１６との間には第１加熱器２１が配置され、第２ポンプ１３と第２圧力センサ１７との間には、第２加熱器２２、ホールディングチューブ（以下、「ＨＴＵ」と記す）２３及び冷却部２４が設けられている。第１～第３ポンプ１２、１３、１４はロータリーポンプである。冷却部２４は第１～第３冷却器２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃにより構成される。

バランスタンクＢＴから滅菌装置３０に供給された液体製品は、第１加熱器２１及び第２加熱器２２において加熱処理された後、ＨＴＵ２３内を所定流量で所定時間に亘って流通することにより滅菌処理が施される。従って、液体製品を確実に滅菌処理するためには、製品液管路１１内を流通する液体製品の流量制御が重要である。

また、同様に、製品液管路１１における液圧の制御も以下の観点から重要である。
第１に、「安全背圧」の観点がある。即ち、第１加熱器２１及び第２加熱器は、液体製品が流れる内管と、その内管を収納する外管とを有し、外管内に熱媒液を流し、内管を介して液体製品と熱媒液との間で熱交換させるように構成されている。このため、万が一、内管にピンホールが発生しているような場合には、熱媒液が液体製品に混入することとなり、液体製品は異液が混入することにより品質基準を逸脱し、商品価値がなくなる。そこで、液体製品への熱媒液の万が一の混入を防止するために液体製品管路内の圧力を熱媒液の圧力よりも高く設定することにより液体製品の安全性を確保している。

第２に沸騰抑制圧の観点がある。即ち、液体製品により滅菌温度は異なるが、ＨＴＵ２３においては、沸点以上の高温で加熱する場合もあり、このような場合に沸騰しないように加圧しておく必要がある。この加圧が適切でないと、製品液管路内において製品液が沸騰して製品液を適切に搬送できない事態となる。このような事態を回避する観点から沸騰抑制圧が設定されている。従って、上記事情より製品液管路１１における液圧管理も非常に重要である。

そして、従来においては、滅菌装置３０内における製品液の流量制御は、流量センサ１５の流量検出値に基づく流量制御器２５による第１ポンプ１２の駆動制御により行われると共に、第１加熱器２１の出口側の製品液の圧力制御は、第１圧力センサ１６の圧力検出値に基づく第１圧力制御器２６による第２ポンプの駆動制御により行われていた。

特許第６７４４１７６号公報

ところで、製造運転の前には「機器滅菌」が行なわれる。「機器滅菌」は、製品液管路１１に温水を注入して循環させて行い、機器滅菌終了後、製造運転状態の温度、圧力に連続的に切り替わるように構成されている。これを「水運転」と称する。その後、液体製品を製造する場合には製造運転開始時に「液置換」を行う。「液置換」は、滅菌装置３０内の水を液体製品（例えば、固形物を含むジュースや、乳製品等の高粘度液）により押し出すことにより行う。
この場合、従来の滅菌装置３０においては、以下のような不具合があった。

製造運転開始時の液置換の場合に、水から液体製品への切り替わりの時期に、製品液管路１１内の液体製品が第１ポンプ１２に到達した際に、液体製品の流量が設定値をオーバーしてしまう事態が発生する。

即ち、ＢＴからの液体製品が第１ポンプ１２に到達した際に、液体製品は粘性が水よりも高いことから第１ポンプ１２のリーク量は少なくなり、搬送効率が良好となるため、第１ポンプ１２による搬送流量が増大する。その結果、第１加熱器２１の出口側の圧力が増大し、第１加熱器２１の出口側に設置された第１圧力センサ１６の圧力検出値が上昇する。

この場合、第１圧力センサ１６の圧力検出値に基づいて、第１圧力制御器２６が第２ポンプを駆動制御することから、第１圧力センサ１６における圧力検出値の増大に伴い、第２ポンプ１３は、第１圧力センサ１６の数値を設定値に戻すべく、出力が上昇するように駆動制御される。
この第２ポンプ１３の出力上昇に伴い、製品液管路１１内における液体製品の流量が増大することから、第３冷却器２４Ｃの下流に配置された第２圧力センサ１７の圧力検出値も上昇する。その結果、第２圧力センサ１７による圧力検出値を本来の設定値に戻すべく、第２圧力制御器２０が第３ポンプ１４の出力を上昇させることとなる。

その結果、第２ポンプ１３及び第３ポンプ１４の出力が上昇することにより製品液管路１１内を流通する液体製品の流量が設定値をオーバーする事態に至る。このような事態は、上記のようにＨＴＵ２３における液体製品の滅菌不良の可能性を生起させることとなる。

一方、圧力管理の観点からも不具合がある。即ち、製造運転開始時の液置換において水から液体製品への切り替わりの時期に、製品液管路１１内の液体製品が第２ポンプ１３に到達した際に、第１圧力センサ１６における圧力検出値が設計値を下回る事態が発生する。
即ち、ＢＴからの液体製品が第２ポンプ１３に到達した際に、液体製品は粘性が水よりも高いことから第２ポンプ１３のリーク量は少なくなり、搬送効率が良好となるため、第２ポンプ１３による搬送流量が増大する。

その結果、流量センサ１５による流量検出値は上昇し、一方、第１圧力センサ１６による圧力検出値は低下すると共に第２圧力センサ１７による圧力検出値は上昇する。
この場合、第１圧力制御器２６により駆動制御されている第２ポンプ１３は、第１圧力センサ１６による圧力検出値を上昇させるべく出力を低下させるが、流量制御器２５により駆動制御される第１ポンプ１２は流量を下げるべく出力を低下させることから、第１加熱器２１に流入する液体製品の流量を設定流量値よりも低下させ、その結果、第１圧力センサ１６の検出値を下げる方向の制御となり、上記第１圧力制御器２６とは矛盾した制御となってしまう。

また、第２ポンプの能力向上に伴う第２圧力センサ１７の検出値の上昇により第２圧力制御部２０は、第３ポンプ１４の出力を上昇させるため、結果的に、上記同様に、第１圧力センサ１６の検出値を下げる方向の制御となる。その結果、これらの制御の結果として第１圧力センサ１６の設定値を適切に確保できない事態が生していた。
以上のように従来の滅菌装置３０では、装置全体における液体製品の流量及び圧力を適切に制御することができない場合がある、という問題があった。

本発明の課題は、装置全体における液体製品の流量及び圧力を適切かつ高精度に制御できる滅菌装置を提供することにある。

上記課題達成のため、請求項１記載の発明にあっては、液体製品の製造に使用され、液体製品が内部を圧送される管路を有し、前記管路の上流側端部に設けられた第１ポンプと、前記第１ポンプの下流側に設けられた第２ポンプと、前記管路内の前記液体製品の流量を検知する流量センサと、前記管路内の前記液体製品の圧力を検知する圧力センサとを備えた滅菌装置において、前記圧力センサによる圧力検出値に基づいて、前記液体製品の圧力が設定圧力値になるように前記第１ポンプを駆動制御する圧力制御器と、前記流量センサによる流量検出値に基づいて、前記液体製品の流量が設定流量値になるように前記第２ポンプを駆動制御する流量制御器とを備え、前記流量センサは、前記第１ポンプと前記第２ポンプとの間において、前記第１ポンプの出口側に配置され、前記圧力センサは、前記第１ポンプと前記第２ポンプとの間において、前記第２ポンプの入り口側に配置され、前記流量センサと前記圧力センサとの間には第１加熱器が設けられたことを特徴とする。

上記のように構成された滅菌装置は、流量センサによる流量検出値に基づいて、前記管路内の液体製品の流量が設定流量値になるように第２ポンプを駆動制御し、圧力センサによる圧力検出値に基づいて、前記管路内の液体製品の圧力が設定圧力値になるように第１ポンプを駆動制御する。
このように、第１ポンプから流出する液体製品の流量に基づいて、第１ポンプの下流側に設けられた第２ポンプを駆動制御するとともに、第２ポンプに流入する液体製品の圧力に基づいて、管路の上流側端部に設けられた第１ポンプを駆動制御することにより、装置全体における液体製品の流量及び圧力を適切かつ高精度に制御することができる。

請求項２記載の発明にあっては、請求項１記載の発明において、前記管路の下流側端部には第３ポンプが設けられ、前記第２ポンプと前記第３ポンプとの間には、前記管路内の前記液体製品の圧力を検知する第２圧力センサが配置され、前記第２圧力センサによる圧力検出値に基づいて、前記液体製品の圧力が設定圧力値になるように前記第３ポンプを駆動制御する第２圧力制御器を有することを特徴とする。
従って、請求項２記載の発明にあっては、第２圧力センサによる圧力検出値に基づいて、第２ポンプと第３ポンプとの間の製品液管路内の液体製品の圧力が設定圧力値になるように第３ポンプを駆動制御する。

請求項３記載の発明に係る滅菌装置は、前記第２ポンプと前記第２圧力センサとの間には、第２加熱器、ホールディングチューブ及び冷却器が設けられていることを特徴とする。

上記構成によれば、第２ポンプと第２圧力センサとの間には、第２加熱器、ホールディングチューブ及び冷却器が設けられている滅菌装置において、装置全体における液体製品の流量及び圧力を適切かつ高精度に制御することができる。

また、請求項４記載の発明に係る滅菌装置は、前記製品液管路の上流端は、滅菌処理前の液体製品を貯留するバランスタンクに接続されていると共に、前記製品液管路の下流端は、滅菌処理後の液体製品を貯留するアセプティックサージタンクに接続されていることを特徴とする。

上記構成によれば、製品液管路の上流端は、滅菌処理前の液体製品を貯留するバランスタンクに接続されていると共に、製品液管路の下流端は、滅菌処理後の液体製品を貯留するアセプティックサージタンクに接続されている滅菌装置において、装置全体における液体製品の流量及び圧力を適切かつ高精度に制御することができる。

また、請求項５記載の発明に係る滅菌装置は、前記第１ポンプ、前記第２ポンプ及び前記第３ポンプはロータリーポンプであることが望ましい。
上記構成によれば、第１ポンプ、第２ポンプ及び第３ポンプはロータリーポンプである滅菌装置において、装置全体における液体製品の流量及び圧力を適切かつ高精度に制御することができる。

本発明の滅菌装置は、装置全体における液体製品の流量及び圧力を適切かつ高精度に制御しつつ運転を行うことができる。したがって、液体製品の流量の設定流量値オーバーによるＨＴＵにおける液体製品の滅菌不良の事態や、安全背圧異常が原因で加熱器において発生する可能性のある液体製品への熱媒液の混入の事態や、沸騰抑制圧異常による液体製品の搬送障害を防止しつつ、適切に滅菌装置の液置換を行うことができる。

本発明の一実施形態の滅菌装置の機器の配置構成を示す模式図である。従来の滅菌装置の機器の配置構成を示す模式図である。

以下、本発明の一実施形態について図１を参照しながら説明する。
なお、本実施の形態にあっては、図２に示す従来技術と、流量制御器の制御対象ポンプ及び第１圧力制御器の制御対象ポンプが従来とは相互に異なるのみであり、その他の基本的な構成は同一である。従って、従来技術と共通する構成については同一符号を付して適宜説明を省略する。

［構成］
図１に示すように、一実施形態の滅菌装置１０は、ＢＴからの液体製品を段階的に加熱滅菌するための第１加熱器２１及び第２加熱器２２と、第２加熱器２２から送出された液体製品を所定時間滅菌温度に保持するＨＴＵ２３と、ＨＴＵ２３から送出された滅菌後の液体製品を所定温度まで段階的に冷却する第１冷却器２４Ａ、第２冷却器２４Ｂ及び第３冷却器２４Ｃと、液体製品を製品液管路１１内において圧送する第１ポンプ１２、第２ポンプ１３及び第３ポンプ１４と、流量制御器１９、第１圧力制御器１８及び第２圧力制御器２０とを有している。

第１ポンプ１２は、製品液管路１１の上流側端部に設けられている。第２ポンプ１３は、第１加熱器２１と第２加熱器２２との間に設けられている。第３ポンプ１４は、製品液管路１１の下流端部に設けられている。本実施の形態にあっては、第１ポンプ１２、第２ポンプ１３及び第３ポンプ１４には、それぞれロータリーポンプが用いられる。

第１ポンプ１２と第１加熱器２１との間の製品液管路１１には流量センサ１５が設けられている。流量センサ１５は、第１ポンプ１２から流出する液体製品の流量を検出する。
第１加熱器２１と第２ポンプ１３との間の製品液管路１１には第１圧力センサ１６が設けられている。第１圧力センサ１６は、第２ポンプ１３に流入する液体製品の圧力を検出する。
第３冷却器２４Ｃと第３ポンプ１４との間の製品液管路１１には第２圧力センサ１７が設けられている。第２圧力センサ１７は、第３ポンプ１４に流入する液体製品の圧力を検出する。

そして、本実施の形態にあっては、従来とは異なり、流量制御器１９は、流量センサ１５による流量検出値に基づいて、液体製品の流量が設定流量値になるように第２ポンプ１３を駆動制御し、第１圧力制御器１８は、第１圧力センサ１６による圧力検出値に基づいて、液体製品の圧力が設定圧力値になるように第１ポンプ１２を駆動制御するように構成されている。
また、第２圧力制御器２０は、従来同様に、第２圧力センサ１７による圧力検出値に基づいて、液体製品の圧力が設定圧力値になるように前記第３ポンプを駆動制御する。

［作用効果］
液体製品の製造時には、ＢＴからの未滅菌の液体製品が製品液管路１１の上流側端部に設けられた第１ポンプ１２により第１加熱器２１へ圧送される。第１加熱器２１を通過した液体製品は、第２ポンプ１３により第２加熱器２２へ圧送される。第２加熱器２２、ＨＴＵ２３、第１冷却器２４Ａ、第２冷却器２４Ｂ及び第３冷却器２４Ｃを通過した液体製品は、製品液管路１１の下流側端部に設けられた第３ポンプ１４により、ＡＣＴへ圧送される。

本実施の形態にあっては、第１ポンプ１２は、第１圧力制御器１８により駆動制御される。第１圧力制御器１８は、第１圧力センサ１６による圧力検出値が設定圧力値になるように第１ポンプ１２を駆動制御する。また、第２ポンプ１３は、流量制御器１９により駆動制御される。流量制御器１９は、流量センサ１５による流量検出値が設定流量値になるように第２ポンプ１３を駆動制御する。

また、第３ポンプ１４は、従来装置と同様、第２圧力制御器２０により駆動制御される。第２圧力制御器２０は、第２圧力センサ１７による圧力検出値が設定圧力値になるように第３ポンプ１４を駆動制御する。

本実施の形態において、製造運転開始時の液置換の際に、製品液が製品液管路１１内を圧送されて第１ポンプ１２へ到達した場合の、流量センサ１５の流量検出値に基づく流量制御は以下のとおりである。

即ち、製品液が第１ポンプ１２へ到達した場合には、製品液の粘度が水よりも高いため第１ポンプ１２の搬送効率が水運転時よりも向上し、その結果、搬送流量が増大して流量センサ１５の検出値が上昇すると共に、第１加熱器２１の出口側の製品液管路１１内の圧力が増大し、第１圧力センサ１６の検出値が上昇する。

その結果、流量増大を流量センサ１５が検知するため、流量制御器１９は設定流量値となるように流量を減少させるために第２ポンプ１３の出力を低下させる。また、第１圧力センサ１６の検出圧力値を設定値となるように下げるために第１圧力制御器１８は第１ポンプ１２の出力を低下させる。また、第２ポンプ１３の出力低下により、下流側に配置された第２圧力センサ１７の圧力検出値は低くなるため第３ポンプ１４の出力も低下する。

その結果、製造運転開始時における液置換の際に、製品液が圧送され第１ポンプ１２へ到達した際の、第１ポンプ１２の性能向上により発生した、流量センサ１５により検知される流量増大の事態に対し、各ポンプ１２、１３、１４は出力を低下させて流量を減少させる方向へ制御され、バランスの取れた適切な、精度の良い制御がなされる。

また、本実施の形態において、製造運転開始時の液置換の際に、製品液が製品液管路１１内を圧送されて第２ポンプ１３へ到達した場合の第１圧力センサ１６の圧力検出値に基づく圧力制御の状況は以下のとおりである。

即ち、製品液が第２ポンプ１３へ到達した場合には、製品液の粘度が水よりも高いため第２ポンプ１２の搬送効率が水運転時よりも向上し、その結果、搬送流量が増大して流量センサ１５の検出値が上昇すると共に、第２ポンプの上流側に配置された第１圧力センサ１６の検出値は低下する。また、第２ポンプ１２の搬送効率の上昇により製品液管路１１の末端の第２圧力センサ１７の検出値は上昇する。

この状況下で、第１圧力センサ１６の圧力検出値を設定圧力値まで上昇させるべく第１圧力制御器１８は第１ポンプ１２の出力を増大させる。また、流量制御器１９は、流量センサ１５の検出値を設定流量値まで下げるために第２ポンプ１３の出力を低下させるが、この制御は第１圧力センサ１６の検出圧力値を増大させる形になる。

その結果、製造運転開始時における液置換の際に、製品液が圧送され第２ポンプ１３へ到達した際の、第２ポンプ１２の搬送性能向上により発生した、流量センサ１２により検知される流量増大及び第１圧力センサ１６の検出圧力値の低下の事態に対し、ポンプ１２は出力を上昇させると共に第２ポンプ１３は出力を低下させて、第１圧力センサ１６の検出圧力値を上昇させるように駆動制御されるため、設定された圧力値に対して精度よく適切な制御がなされる。

以上のように、本実施形態に係る滅菌装置１０は、製品液管路１１の上流側端部に設けられた第１ポンプ１２から流出する液体製品の流量値に基づいて、第１ポンプ１２の下流側に設けられた第２ポンプ１３を駆動制御するとともに、第２ポンプ１３に流入する液体製品の圧力値に基づいて、第２ポンプ１３の上流側に設けられた第１ポンプ１２を駆動制御する。これにより、装置全体における液体製品の流量及び圧力の双方を、適切かつ高精度に制御することができる。

なお、本発明の要旨に直接に関係のない構成要素である、ＨＴＵ２３、冷却器２４、ＢＴ、ＡＣＴの配置構成に関しては、上記実施の形態に限定されず、適宜変更することができる。

また、上記実施の形態にあっては、第１ポンプ１２、第２ポンプ１３、第３ポンプ１４がロータリーポンプにより構成されている場合を例に説明したが、上記実施の形態に限定されず、モーノポンプ、プランジャーポンプ、スクリューポンプ等の定量ポンプであればよい。

１０滅菌装置
１１製品液管路
１２第１ポンプ
１３第２ポンプ
１４第３ポンプ
１５流量センサ
１６第１圧力センサ
１７第２圧力センサ
１８第１圧力制御器
１９流量制御器
２０第２圧力制御器
２１第１加熱器
２２第２加熱器
２３ＨＴＵ（ホールディングチューブ）
２４冷却器
２５流量制御器
２６第１圧力制御器
３０滅菌装置
ＡＣＴアセプティックサージタンク
ＢＴバランスタンク

Claims

液体製品の製造に使用され、液体製品が内部を圧送される管路を有し、
前記管路の上流側端部に設けられた第１ポンプと、
前記第１ポンプの下流側に設けられた第２ポンプと、
前記管路内の前記液体製品の流量を検知する流量センサと、前記管路内の前記液体製品の圧力を検知する圧力センサとを備えた滅菌装置において、
前記圧力センサによる圧力検出値に基づいて、前記液体製品の圧力が設定圧力値になるように前記第１ポンプを駆動制御する圧力制御器と、前記流量センサによる流量検出値に基づいて、前記液体製品の流量が設定流量値になるように前記第２ポンプを駆動制御する流量制御器とを備え、
前記流量センサは、前記第１ポンプと前記第２ポンプとの間において、前記第１ポンプの出口側に配置され、前記圧力センサは、前記第１ポンプと前記第２ポンプとの間において、前記第２ポンプの入り口側に配置され、
前記流量センサと前記圧力センサとの間には第１加熱器が設けられたことを特徴とする滅菌装置。
前記管路の下流側端部には第３ポンプが設けられ、前記第２ポンプと前記第３ポンプとの間には、前記管路内の前記液体製品の圧力を検知する第２圧力センサが配置され、
前記第２圧力センサによる圧力検出値に基づいて、前記液体製品の圧力が設定圧力値になるように前記第３ポンプを駆動制御する第２圧力制御器を有することを特徴とする請求項１記載の滅菌装置。
前記第２ポンプと前記第２圧力センサとの間には、第２加熱器、ホールディングチューブ及び冷却器が設けられていることを特徴とする請求項２記載の滅菌装置。
前記管路の上流端は、滅菌処理前の液体製品を貯留するバランスタンクに接続されていると共に、前記管路の下流端は、滅菌処理後の液体製品を貯留するアセプティックサージタンクに接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の滅菌装置。
前記第１ポンプ、前記第２ポンプ及び前記第３ポンプはロータリーポンプであることを特徴とする請求項２記載の滅菌装置。