JPH04241869A - 高圧液体連続処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液状、ペースト状の食品
、或いは医薬品等の被処理物を、高圧容器内で高圧処理
して高圧殺菌或いは物性変化、風味変化等を行う連続高
圧処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来食品の殺菌或いは殺虫には、加熱、
化学薬品処理、放射線或いは紫外線の照射等が行われて
いるが、その際有効成分の破壊や悪性物質の生成を招い
ている。これに対し高圧処理による殺菌効果について研
究が進められ、この研究方法で食品に対して高圧処理を
行っても、前記のような悪影響が生じないことが知られ
ており、現在その実用化に向け検討が行われているが、
何れも従来の粉体冷間静水加圧装置の延長であるバッチ
システムによるものであった。

【０００３】従来のバッチシステムの食品等高圧処理装
置例を図３に示す。高圧容器２０内の加圧室２３は、下
蓋２１と上蓋２２とで構成され、また高圧容器２０の外
部には加圧用のコンバータ７７が設けてある。コンバー
タ７７内には加圧室７８ａ、７８ｂがあり、この中をフ
リーピストン７９がスライドする。またコンバータ７７
の加圧室７８ａの蓋には、液体被処理物（原料）供給口
７３と排出口７４が設けられている。

【０００４】次に処理工程について説明すると、先ず原
料を供給配管７０より弁７１、チェック弁７２を介して
供給口７３よりコンバータ内７８ａに供給する。供給さ
れた原料は、配管４１を介し下蓋２１を通って、加圧室
２３内へ供給され、充填されて行く。加圧室２３内に原
料が充満されると、オーバーフロー用配管４２を介して
原料が流出するので、この時点で原料の供給を停止する
。その後原料を加圧するが、これは加圧媒体（水等）を
配管８０からコンバータ７７内の加圧室７８ｂへ供給す
ることにより行われる。加圧力の作用によりフリーピス
トン７９が前方へ押されると、コンバータ７７の加圧室
７８ａから高圧容器２０の加圧室２３に充満している原
料が加圧される。この時原料は水系液体であるため、加
圧力により体積が減少する。これにつれてフリーピスト
ン７９は前方へ加圧室７８ａ内をスライドして行き、圧
力バランスを保つ。

【０００５】所定時間加圧処理することにより加圧作業
は完了し、今度は高圧処理物を排出する工程となる。即
ち、弁８１を開き、オリフィス８２を通して加圧媒体の
圧力を減少させることにより、フリーピストン７９は処
理物の体積増加により、後方（図中では右方向）へスラ
イドして行く。その後上蓋２２に設けてある配管口から
、高圧空気或いはＮ２　ガスを加圧室２３内に供給する
。これにより加圧室２３内の処理物が押し出されて行く
。そしてコンバータ７７に設けられた排出口７４から、
開放のために設けられた切換弁７５を介し、配管７６か
ら高圧処理済液体タンク（図示しない）へ排出される。 コンバータ７７内の加圧室７８ａに残留した処理済液体
は、加圧媒体を低圧力で作用させてフリーピストン７９
を前方（図中では左方向）へスライドさせることにより
、排出口７４から排出させる。また配管４１への流入は
排出用ガス圧により阻止される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のバッチシス
テムの食品等高圧処理装置では、操作手順が高圧容器へ
の送液（大気圧）充填、大気圧から所定圧までの増圧、
所定圧力の保持、所定圧から大気圧までの減圧、処理液
の排出の各操作を繰り返す。この場合高圧容器２０、コ
ンバータ７７及び連通配管等は全て大気圧─超高圧力の
繰り返し応力を受ける。特に果汁等の食品は腐食性が強
く、また繰り返し応力を受ける高圧装置は疲労寿命のみ
ならず、腐食疲労寿命上極めて厳しく、従って長期の使
用に耐えられる材料の選定には制約があった。

【０００７】またバッチ式装置では、連続式装置に比べ
て設備費が格段に高価となる。例えばバッチ式装置で昇
圧に１０分、圧力保持１０分、降圧１０分のサイクルで
３系列の設備を必要とする場合、連続式では圧力保持１
０分が可能な設備１系列で済むことになる。またバッチ
式装置ではコンバータ７７が必要であるため、加圧水が
処理物へ混入する虞れがある等、食品衛生上好ましくな
い問題があった。

【０００８】連続高圧処理システムを構成する主要機器
は、被処理物を高圧容器へ注入、加圧する増圧ポンプ、
被処理物を所定圧所定時間保持するための高圧容器及び
処理物を導入、減圧、排出する減圧ポンプからなる。増
圧ポンプはレシプロ式のブースタポンプで周知の技術で
あり、汎用されているものである。また高圧容器は、冷
間静水圧プレス（ＣＩＰ）等の所定の保持時間さえ保持
できるのであれば、安定したピストンフローを得る為に
も超高圧に耐える配管構造でよい。要するに高圧容器は
周知の技術、既存の装置でよいが、連続システムにとっ
ての問題は減圧機構である。従来のバッチ式システムで
は、加圧媒体が清水であった為、減圧操作の際流体に減
圧抵抗をもたせるためのオリフィスと高圧切換弁とで減
圧していた。ところが増圧ポンプ、高圧容器、並びに減
圧ポンプの各装置を直接対象流体が接触しながら流れる
ことを特徴とする連続システムの場合、果汁等に含まれ
る繊維質であるパルプが存在するため、極めて細い穴径
のオリフィスを通過する際、閉塞等のトラブルが頻発す
る。またオリフィスを通過する際の液体流速は音速に近
いものとなり、液体の温度上昇をはじめとする影響のた
め、製品液体を劣化させる要因となる。

【０００９】本発明はこのバッチシステムを連続化する
ことにより、バッチシステム装置における従来の課題を
解決可能な高圧液体連続処理装置を提供せんとするもの
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、液体
被処理物を高圧容器で直接高圧加圧処理する高圧処理装
置において、高圧容器へ液状被処理物を注入、加圧する
増圧手段と、高圧処理された液状被処理物を高圧容器か
ら索引し、これを減圧後系外へ排出する減圧手段を設け
、液状被処理物を予め設定された圧力を維持しながら連
続して系外へ減圧、排出させるようにしてなるもので、
これを課題解決のための手段とするものである。

【００１１】

【作用】本発明の減圧ポンプは、増圧ポンプと同様のブ
ースタポンプを利用するが、液体が通過する両サイドの
チェック弁に代えて自動弁（自動開閉弁）を用い、超高
圧液体を両サイドの液側シリンダに導入する際、高圧液
体が大気圧まで減圧する際の体積膨張分を吸収できるシ
リンダ体積を残して自動弁を閉じる。例えば油圧シリン
ダのピストンが右側に動く場合には、右液側シリンダの
ストロークエンドまでプランジャが移動し、反転を開始
するときに自動弁を開いて、高圧の液体を導入し、左側
に動き出したプランジャがストロークエンドに達する前
に、液体の体積膨張分のシリンダ容積に相当する移動点
で自動弁を閉じ、残りのストロークで液体は膨張するこ
とによって減圧し、シリンダ内にて高圧から大気圧まで
還元する。その時左側の液側シリンダからは排出ライン
に繋がる自動弁が開かれ排出がなされる。この操作が繰
り返されることによって、連続的に減圧処理される。高
圧液体がシリンダ内に導入されるとき、高圧液体の持つ
エネルギーでプランジャは急激に加速されるので、油圧
シリンダのピストンに油圧で背圧をかけ、その動きを柔
らげる。

【００１２】

【実施例】以下本発明を図面の実施例について説明する
と、図１及び図２は本発明の実施例を示す。先ず図１に
おいて、高圧容器２０内の加圧室２３は、下蓋２１、上
蓋２２と加圧時の軸力を保持するヨークフレーム２４と
で構成される。この高圧容器の外部に液体被処理物を連
続で注入、加圧する増圧ポンプ２５と高圧処理物を導入
、排出する減圧ポンプ２６が設けられている。また各ポ
ンプに取付けられた油圧ユニット２７及び２８は、付属
する切替弁操作コントロールにより、ピストン２９、３
０を油圧シリンダ３１、３２内で左右にスライドさせる
。

【００１３】各ポンプの両側には、油圧シリンダ３１、
３２と隔離されたシリンダ３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３
４ｂを持ち、油圧ピストン２９、３０と同軸に連結した
ピストン３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂを設ける。ま
た各ポンプの両端に処理液の出入を司る弁機構３７ａ、
３７ｂ、３８ａ、３８ｂを設ける。弁機構３７ａ、３７
ｂ、３８ａ、３８ｂ群はチェック弁３７ａ、３７ｂ及び
自動弁（自動開閉弁）３８ａ、３８ｂからなり、制御装
置５０の設定に従い作動する。なお、制御装置５０には
高圧容器内圧を検出する圧力センサー５１、被処理物流
量センサー５２、油圧ピストン２９、３０の作動をコン
トロールする油圧切替弁操作ユニット５３、５４等の検
出及び制御機構が内蔵されており、高圧容器内圧の保持
と被処理物の一定流量注入、加圧作動をコントロールさ
せる。更に補機として原料供給ポンプ６０、供給タンク
６１等を設ける。

【００１４】以下連続処理工程について述べる。原料供
給ポンプ６０及び増圧ポンプ２５用油圧ユニット２７を
作動させると、ピストン２９が左右に往復運動し、例え
ば右側にスライドする時は左側の原料シリンダ３３ａ内
に原料がチェック弁３７ａを通って吸引される。同時に
シリンダ３３ｂの原料は、チェック弁３７ｂを経て矢印
の流れ方向で、連絡管４１を経て高圧容器加圧室２３内
へ供給される。

【００１５】加圧室２３内が充満されると、次いで昇圧
が始まる。次いで加圧室２３が制御装置５０に設定され
た高圧値になると、減圧ポンプ２６が作動する。また高
圧処理液が、例えば自動弁３８ｂを通してシリンダ部３
４ａへ流入すると、ピストン３６ａには高圧がかかるた
め、急激に右側に移動することにより、高圧容器室２３
内が急激に減圧するのを防ぐため、ピストン３０の右側
シリンダに油圧で背圧をかけ、高圧容器内圧力の変動を
抑えるようにピストン３０は徐々に右へスライドする。

【００１６】高圧液体が大気圧まで減圧する際の膨張代
として必要なシリンダ容積の或る割合を残す位置までピ
ストンが移動すると、左側自動弁３８ｂが閉じ、同時に
背圧をかけている油圧を抜くことによってピストンはそ
のまま右端までスライドしてシリンダの内圧力を大気圧
近くまで減圧する。この時点で右側自動弁３８ｂが開き
、高圧処理液が流入すると、油圧は左シリンダ部に切替
えられて背圧をかけ、同時に左自動弁３８ａが開き、ピ
ストン３６ａの左スライドにつれて、高圧処理液が排出
され、これが繰り返される。また原料ポンプ６０は連続
的に駆動して、流量センサー５２の設定値により増圧ポ
ンプ用油圧ユニット、油圧切替操作ユニット５３が作動
し、高圧容器内へ連続一定流量供給が行なわれる。

【００１７】図２は注入、加圧の作動及び導入、排出の
作動を兼用した増減圧ポンプを設けた概要図であり、以
下これについて説明する。図２において高圧容器２０は
図１と同形式であり、増減圧ポンプ２５は油圧ユニット
２７、油圧シリンダ３１、油圧ピストン２９、増圧側シ
リンダ３３、増圧側ピストン３５、増圧側チェック弁３
７ａ、３７ｂ、減圧側シリンダ３４、減圧側ピストン３
６、減圧側自動弁３８ａ、３８ｂ及び図１と同じく制御
装置５０、圧力センサー５１、流量センサー５２、油圧
切替操作ユニット５３、その他の補機からなる。

【００１８】以下図２における連続処理工程について述
べる。先ずスタート押釦を押すと、原料供給ポンプ６０
及び油圧ユニット２７が作動を開始する。そして油圧ピ
ストン２９が左右に往復運動し、例えば油圧により同ピ
ストン２９が右方にスライドすると、増圧側ピストン３
５も右方にスライドする。従って増圧側シリンダ３３に
空間が出来、被処理原料がポンプ６０、チェック弁３７
ａを経由して注入される。次いで油圧の流れ方向が切替
えられると、増圧側ピストン３５が左にスライドして注
入した被処理物を押し出し、連絡管４１を経て高圧容器
２３内に注入して充満させてから昇圧に入る。従って被
処理物の注入、加圧は、油圧レシプロ往復のサイクルに
よるバッチ式連続注入、加圧となる。

【００１９】一方高圧容器内が設定圧に達すると、減圧
側自動弁３８ｂが開き、高圧処理物が減圧シリンダ３４
に導入される。左方の増圧シリンダ３３に被処理物が満
たされた状態で、右方の減圧シリンダ３４に高圧処理物
が流入開始すると、当初は増圧シリンダ３３より減圧シ
リンダ３４の方が圧力が高いため、ピストン２９は左方
に若干移動し、やがて左右のシリンダ内圧は同圧となる
。この状態では、ピストン２９を動かすに必要な油圧シ
リンダ出力は処理物の配管抵抗相当であり、僅かな出力
でよい。

【００２０】やがて減圧シリンダ内高圧処理物が、設定
された高圧から大気圧に減圧する際の膨張体積に見合っ
たシリンダ容積を残す位置にピストン３６が来たとき、
自動弁３８ｂは閉となり、油圧力でピストンは更にスト
ロークエンドまで移動し、右方シリンダ処理物は大気圧
となり、左方シリンダ被処理物は設定圧に昇圧し、高圧
容器へ注入される。

【００２１】ピストン２９の作動が左方のストロークエ
ンドで右方に反転し始めると、左方のシリンダ３３へは
チェック弁３７ａを介して被処理物が流入し、右方のシ
リンダ３４の処理物は自動弁３８ａを介して大気圧の状
態で排出される。被処理物の流量は流量センサー５２で
検知し、ピストンの作動速度でコントロールされる。ま
た圧力は圧力センサー５１で検知し、減圧シリンダ３４
の入口自動弁３８ｂの開閉のタイミングで調整する。即
ち、果汁等の液体を４０００ｋｇｆ／ｃｍ２　まで加圧
すると、約１４％体積が圧縮する。

【００２２】この様な処理物を大気圧まで減圧するため
には、減圧シリンダ３４内で１４％の体積膨張をさせる
ようにポンプを操作すればよい。従って自動弁３８ｂを
開き、プランジャ３６が左方にスライドを始めると同時
に処理物を減圧シリンダ３４に導入開始するが、プラン
ジャ３６がシリンダ有効容積８６％の位置にスライドし
た時に自動弁３８ｂを閉じることによって、プランジャ
がストロークエンドに到達した時に大気圧となるように
制御する。

【００２３】次にストロークエンドでプランジャは右方
にスライドを始めるが、この時排出側の自動弁３８ａを
開いてシリンダ３４内の処理物を押し出し、完全排出す
る。また自動弁３８ｂを閉じるタイミングをコントロー
ルすることによって、高圧容器内の圧力を調整する。即
ち、プランジャ３６が左方に移動し、所定の位置より早
いタイミングで弁３８ｂを閉じると、高圧容器から排出
される処理物の量が少ないため、高圧容器の圧力は高く
なり、従って逆にプランジャを閉じるタイミングを遅く
すると、高圧容器の圧力は低くなる。そのタイミング調
整は高圧容器の圧力を圧力計５１で検知し、制御装置５
０の指令で自動弁３８ｂの電磁弁を作動させることによ
って可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上詳細に説明した如く本発明は構成さ
れているので、高圧容器など耐圧部分の疲労設計が不要
となり、寿命１０年以上の装置製作が容易である。また
使用材料も疲労設計が不要のため、選定の自由度が増し
、設備コストもバッチ式装置に比べて５０％以下に低減
される。同じ容量の高圧容器を用いるとすれば、バッチ
運転のサイクルタイムが３０分で、その内１０分が圧力
保持時間の場合、バッチ運転で３系列で運転していたも
のが連続運転にすることによって、同じ容量の高圧容器
を用い１系列で処理可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る高圧液体連続処理装
置のシステム図である。

【図２】本発明の第２実施例に係る同処理装置のシステ
ム図である。

【図３】従来の高圧液体連続処理装置のシステム図であ
る。

【符号の説明】

２０　　高圧容器 ２１　　下蓋 ２２　　上蓋 ２３　　高圧加圧室 ２４　　ヨークフレーム ２５　　増圧ポンプ ２６　　減圧ポンプ ２７、２８　　油圧ユニット ２９、３０　　ピストン ３１、３２　　油圧シリンダ部 ３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ　　シリンダ部３５ａ
、３５ｂ、３６ａ、３６ｂ　　プランジャ３７ａ、３７
ｂ、３８ａ、３８ｂ　　弁機構５０　　制御装置 ５１　　圧力センサー ５２　　流量センサー ５３　　油圧切替弁操作ユニット ６０　　原料供給ポンプ ６１　　供給タンク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　液体被処理物を高圧容器で直接高圧加
   圧処理する高圧処理装置において、高圧容器へ液状被処
   理物を注入、加圧する増圧手段と、高圧処理された液状
   被処理物を高圧容器から索引し、これを減圧後系外へ排
   出する減圧手段を設け、液状被処理物を予め設定された
   圧力を維持しながら連続して系外へ減圧、排出させるこ
   とを特徴とする高圧液体連続処理装置。