KR101294645B1

KR101294645B1 - 용기 살균·세정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101294645B1
Application number: KR1020087029181A
Authority: KR
Inventors: 타케시 이와시타; 노부아키 나가타니; 켄이치 코미나미
Original assignee: 도요세이칸 그룹 홀딩스 가부시키가이샤
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2013-08-09
Also published as: CN101460261A; TWI405625B; US20100229895A1; US8388761B2; KR20090027194A; JP5126542B2; CN101460261B; JPWO2007141881A1; TW200744769A; WO2007141881A1

Abstract

도립 상태로 반송되는 용기(50)의 내면을 살균하는데 살균 효율을 높여 살균 유체의 사용량의 저감화를 꾀함과 아울러 살균 시간 및 세정 시간의 단축화를 꾀할 수 있고, 또한 장치의 구동부를 적게 해서 장치의 간단화와 저비용화를 꾀한다. 도립 자세로 반송되는 용기(50)의 입구부 하단면(52)으로부터 하방으로 1∼50㎜ 떨어지도록 비삽입 노즐(20)을 배치하고, 비삽입 노즐(20)로부터 용기 내면에 살균 유체와 공기를 혼합시켜서 살균 유체를 미세입자화해서 용기 내부를 향해서 간헐적으로 분사한다.

용기 살균·세정 방법

Description

용기 살균·세정 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR STERILIZING AND CLEANING CONTAINER}

본 발명은 용기에 내용액을 충전·밀봉하는 충전·밀봉 라인에 있어서의 용기 살균·세정 방법 및 그 장치, 특히 무균 충전 시스템에 적합한 용기 살균·세정 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

최근, 무균 충전 시스템으로 병을 살균하는 방법으로서 과초산 수용액을 이용하여 용기를 도립 상태에서 살균하는 방법이 널리 채용되어 있다. 이 살균 방법은 병을 도립 상태로 유지하여 병 입구에 분사 노즐을 삽입하고, 병 내면에 적어도 직진 봉류(棒流)로 살균 유체를 분사하는 방법이 일반적으로 채용되어 있지만, 이 방법에 있어서의 용기 내부의 살균 효과는 분사된 살균제나 세정수가 직접 용기의 내면에 충돌하거나 또는 충돌 후에 용기 내면을 따라 흘러내릴 때에 용기 내면을 적시는지의 여부에 의존하고 있다. 그 때문에 유량을 적게 하면 병 내면으로의 균일한 습윤성이 손상되어 살균 부족이 된다는 문제점이 발생하기 때문에, 소정 시간 다량의 살균 유체를 용기 내부에 분사하지 않으면 안된다. 특히, 페트병 등 합성수지제 용기일 경우에는 용기의 강성을 높이기 위해서 몸통부나 저부에 보강 리브 등의 복잡한 요철이 있기 때문에, 용기 내면 전체를 균일하게 적시는데는 다량의 살 균 유체를 장시간 분사하지 않으면 안되어 최근 점점 요구되고 있는 라인의 고속화를 저해하는 요인이 되고 있음과 아울러 다량의 살균 유체를 필요로 하여 살균 유체의 낭비와 고비용화를 발생시키고 있는 원인이 되고 있다. 또한, 세정 공정에서는 살균 공정에서 용기 내면에 부착된 살균 유체(약액)를 완전히 씻어내는 것이 필요하고, 살균 공정과 마찬가지로 용기 내면 전체에 세정수가 완전히 접촉함과 아울러 약액을 씻어낼 것이 요구되어 살균 공정과 같은 문제점이 있다.

이 문제점을 해결하는 방법으로서, 본 발명자들은 도립한 병 입구부에 삽입되는 분사 노즐의 선단부에, 중앙에 제 1 분사 구멍과 그 하방으로 개구되는 제 2 분사 구멍을 형성하고, 상기 양 분사 구멍으로부터 용기 저부를 향해서 분사된 액체가 입구부에 흘러내려서 그 일부는 제 2 분사 구멍으로부터 분사되는 살균 유체에 의해 교반되어서 밀어올려지고, 병 내면으로 비산시켜지게 함으로써 병 내면으로의 살균 유체의 접촉률을 높여 살균을 효율적으로 행하는 방법 및 장치를 제안했다(특허문헌 1 참조).

또한, 용기를 도립 상태로 유지하고, 용기 내부에 노즐을 삽입하지 않고 용기를 살균 또는 세정하는 방법으로서, 용기 입구부의 하방에 액 수용부를 갖는 노즐을 배치하고, 액 분출구로부터의 분무 내지 액류를 환류액과 접촉시켜 용기 내면에 부딪치는 분무 내지 액류의 선단이 용기 저부 내면에서 고루 흔들리도록 한 용기의 세정·살균법도 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).

특허문헌 1 : 일본 특허공개 2003-181404호 공보

특허문헌 2 : 일본 특허공개 평6-121974호 공보

상기 제안의 전자의 살균 방법 및 장치는 단순히 용기 내부에 살균 유체의 봉류를 분사해서 용기 내부를 살균하는 방법과 비교해서 살균 효율을 높이고, 살균 유체의 절약에 공헌하는 것이었지만, 분사 노즐을 용기 입구 내부에 삽입해서 살균 유체를 분사하는 방식이기 때문에, 용기의 입구부에 분사 노즐을 삽입하는 승강 장치가 필요하여 장치가 복잡화·고비용으로 됨과 아울러 그때마다 분사 노즐의 용기 입구로의 출입에 시간을 확보하지 않으면 안되어 고속화를 저해하고, 또한 빈번히 분사 노즐을 승강시키기 때문에 장치의 내구성·보수 점검에 개선해야 할 문제점이 있다. 또한, 살균 유체의 단순한 분사는 다량의 살균 유체를 필요로 하는데 비해서는 용기 내면을 적시는데 기여하는 살균 유체의 비율이 적어 낭비되는 살균 유체가 많다는 점에도 해결해야 할 문제점이 있다. 마찬가지의 문제는, 분사 노즐에 의해 용기 입구부에 분사 노즐을 삽입해서 세정수를 분사해서 용기 내부를 세정하는 세정 방법 및 장치에도 있다. 한편, 후자의 방법은 노즐을 용기 내에 삽입하지 않으므로 기구가 간단하며 또한 라인의 고속화를 꾀할 수 있지만, 살균 유체의 용기 내면으로의 균일한 접촉에는 분무 액류의 불규칙한 진동을 이용하고 있으므로 용기 저부에 액이 닿아 있는 시간과 닿지 않는 시간이 있고, 또한 확실성이 결여된다는 문제점이 있다.

그래서, 본 발명은 도립 상태로 반송되는 용기의 내면을 살균 및 세정하는 방법 및 장치에 있어서, 살균 유체를 용기 내면에 균일하게 또한 확실하게 접촉시킬 수 있고, 살균 효율을 높여 살균 유체의 사용량의 저감화를 꾀함과 아울러 살균 공정 시간의 단축화를 꾀할 수 있고, 또한 장치의 구동부를 작게 해서 장치의 간단화와 저비용화를 꾀할 수 있는 용기의 살균·세정 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하는 본 발명의 용기 살균·세정 방법은, 용기를 도립 상태로 반송해서 용기 내부의 살균 공정과 세정 공정으로 이루어지는 용기 살균·세정 방법에 있어서, 상기 살균 공정이 도립 자세로 반송되는 용기의 입구부로부터 하방으로 1∼50㎜ 떨어지도록 비삽입 노즐을 배치하고, 상기 비삽입 노즐로부터 용기 내면에 살균 유체와 공기를 혼합시켜서 용기 내부를 향해서 분사하여 살균 유체를 미세입자화해서 용기 내면을 적셔서 용기 내면을 살균하는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 살균 유체의 분사와 정지를 교대로 행함으로써 살균 효과를 손상시키지 않고 살균 유체 사용량을 더욱 줄일 수 있어 바람직하다. 상기 살균 유체로서는 온수, 과초산 수용액, 과산화 수용액, 차아염소산 함유 수용액 중 어느 것이나 좋고, 용기의 종류나 형태 및 내용액의 종류에 따라서 최적인 것을 선택하면 된다. 또한, 상기 살균 공정 전에 용기를 예비 가열하는 용기 예비 가열 공정을 설치함으로써 용기 내면에 접촉시의 살균 유체의 온도 저하를 방지할 수 있어 살균 효율을 높일 수 있다. 또한, 용기 내면의 살균 처리 중에 용기 외면을 향해서 1 또는 복수의 노즐로부터 가열된 살균 유체를 용기 외면에 분사해서 미세입자화된 살균 유체로 용기 외면을 적셔서 용기 외면을 살균함으로써 용기의 내외면을 보다 효율적으로 살균할 수 있다. 상기 살균 처리 중에 있어서 용기 표면 온도가 45∼95℃가 되도록 온도 조절하고 있는 것이 살균 효율을 향상시키는데 보다 바람직하다. 온도 조절 방법으로서, 예를 들면 상기 살균 처리 중에 용기가 통과하는 경로를 터널 형상 차폐물로 둘러싸고, 상기 터널 형상 차폐물 내부를 가열해서 가열 분위기를 유지한 안으로 살균 유체를 분사하도록 한다. 또한, 세정 공정에 있어서는 도립 자세로 반송되는 용기의 입구부로부터 하방으로 5∼50㎜ 떨어지도록 비삽입 노즐을 배치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 방법을 실시하기 위한 본 발명의 용기 살균·세정 장치는 용기를 도립 상태로 반송해서 용기 내부의 살균 유체에 의한 살균 수단과 세정수에 의한 세정 수단을 갖는 용기 살균·세정 장치에 있어서, 상기 살균 수단이 용기를 도립 상태로 이송하는 복수의 터릿으로 이루어지는 용기 이송 수단과, 상기 이송 수단에 의한 도립 용기의 내면에 살균 유체를 분사하는 살균 유체 분사 수단을 갖고, 상기 살균 유체 분사 수단이 상기 용기 이송 수단에 의해 반송되는 용기의 개구 입구부 하방 1∼50㎜에 배치된 비삽입 노즐인 것을 특징으로 하는 것이다. 그리고, 상기 세정 수단은 용기를 도립 상태로 이송하는 복수의 터릿으로 이루어지는 용기 이송 수단과, 상기 이송 수단에 의한 도립 용기의 내면에 세정수를 분사하는 세정수 분사 수단을 갖고, 상기 세정수 분사 수단이 상기 용기 이송 수단에 의해 반송되는 용기의 개구 입구부 하방 5∼50㎜에 배치된 비삽입 노즐인 것을 특징으로 하고 있다.

상기 비삽입 노즐은 상기 노즐 내에서 살균 유체 또는 세정 유체와 공기를 혼합해서 살균 유체 또는 세정 유체를 세립화해서 분사하는 내부 혼합실을 갖는 분사 노즐을 적합하게 채용할 수 있다. 또한, 다른 형태로서 노즐 내에서 살균 유체 또는 세정 유체와 공기를 혼합해서 살균 유체 또는 세정 유체를 세립화해서 분사하는 내부 혼합실을 갖는 분사 노즐로서, 복수의 노즐 구멍을 갖고, 상기 노즐 구멍이 하방으로부터 상방을 향해서 외측으로 경사지도록 원주 상에 배치되어 있는 분사 노즐도 적합하게 채용할 수 있다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면, 도립 자세로 반송되는 용기의 입구부로부터 하방으로 1∼50㎜ 떨어지도록 비삽입 노즐을 배치하고, 살균 유체와 공기를 혼합시켜서 살균 유체를 세립화해서 병 내부를 향해서 분사되도록 하였으므로, 내벽면에 요철이 있는 용기라도 분사 중 안정되게 대략 균등하게 용기 내면을 살균 유체로 적실 수 있고, 살균 효율이 좋아 살균 유체의 사용량을 저감시킬 수 있다. 또한, 용기 입구부에 노즐을 삽입하지 않고 살균 유체를 용기 내부에 분사할 수 있으므로, 비삽입 노즐을 승강시키는 승강 장치를 사용할 필요가 없어 살균 시간의 단축화를 꾀할 수 있음과 아울러 장치의 구동부가 적어 장치의 단순화와 저비용화를 꾀할 수 있다. 또한, 살균 유체의 분사를 간헐적으로 행함으로써 연속 분사의 경우의 살균 효과를 저하시키지 않고, 살균 유체의 분사량을 삭감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 용기 살균·세정 장치의 배치 개략도이다.

도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 비삽입 노즐에 의한 용기 살균 방법을 나 타내는 모식도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 살균용 비삽입 노즐의 요부 단면도이다.

도 4의 (a)는 본 발명의 실시형태에 따른 세정용 비삽입 노즐 정면 단면도, (b)는 그 평면도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 세정용 비삽입 노즐 요부 단면도이다.

도 6은 도 4에 나타내는 세정용 비삽입 노즐에 의한 용기 세정 방법을 나타내는 모식도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 공급 터릿 2 : 병 반전 터릿

3 : 예비 가열 터릿 4, 5, 6 : 살균 터릿

7 : 배출 터릿 8 : 전달 터릿

9, 11 : 세정 터릿 10 : 드레인 터릿

12 : 드레인 겸 전달 터릿

20, 35 : 살균 공정에서 사용하는 비삽입 노즐

40, 46 : 세정 공정에서 사용하는 비삽입 노즐

21, 41 : 노즐 스템 22 : 노즐 슬리브

23 : 캡 24, 42 : 노즐 입구부

25, 43 : 살균 유체 유로 31 : 혼합실

32, 36 : 오리피스 44 : 노즐 구멍

45, 47 : 액 수용면 50 : 병

59 : 분사액 60 : 환류액

도 1은 본 실시형태에 따른 무균 충전 라인에 있어서의 용기의 살균·세정 장치의 터릿의 배치를 나타내는 개략도이다. 종래의 터릿 형식의 용기 살균 장치의 경우, 하나의 대경 터릿의 둘레에 용기를 도립 상태로 반전시키는 반전 존, 용기 살균 존, 살균 유체를 배출하는 드레인 존, 용기를 도립 상태로부터 정립 상태로 반전시키는 반전 존 또는 용기 배출 존을 배치하기 위해서 터릿의 직경을 크게 하지 않으면 안되고, 특히 최근의 고속 충전 라인의 경우에는 헤드수가 많기 때문에 직경이 3m를 넘는 대형 터릿을 필요로 하여 큰 스페이스를 필요로 함과 아울러 그것을 구동시키는 에너지 비용을 증대시키고 있다. 본 실시형태에서는 공간 절약을 꾀하기 위해서 각각의 기능마다 소경의 복수 터릿으로 분할하고, 조합함으로써 전체로서 장치의 소형화·공간 절약·에너지 절약화를 꾀함과 아울러 살균 효율 및 세정 효율을 높이고, 살균 유체와 세정수의 사용량의 저감을 꾀하고 있다. 또한, 직경이 상위한 비교적 소형 터릿의 조합을 유닛화하고, 살균하는 용기에 대응해서 틀 교체가 필요할 경우의 틀 교체를 행하기 쉽게 시스템을 플렉서블화했다. 또한, 터릿을 다수 조합함으로써 살균 공정을 세분화해서 각각의 공정에서의 살균 노즐의 형상이나 분사 조건을 바꾸어서 보다 효율적으로 살균할 수 있게 되고, 보다 살균제의 절약을 꾀할 수 있다.

도 1의 실시형태는 무균 충전 시스템에 있어서의 용기 살균·세정 장치를 나타내고, 다수의 작은 터릿의 조합으로 구성되며, 전체를 무균실(15) 내에 수납하고 있다. 무균실(15)은 또한 살균 챔버(15A), 세정 챔버(15B)로 구획되고, 후술하는 터릿(7)과 터릿(8)의 전달부를 제외하고 분리벽(16)으로 구획되며, 살균 챔버(15A) 내의 공기가 세정 챔버(15B)에 유입되지 않도록 하고 있다.

도면 중, 1은 병 공급 터릿, 2는 병 반전 터릿이며, 정립 상태로 병 공급 터릿(1)에 공급된 병은 병 반전 터릿(2)에 전달될 때에 주지의 반전 기구에 의해 반전된다. 3은 예비 가열 터릿이고, 살균시에 살균 유체가 용기와의 접촉에 의해 급격하게 온도 저하되는 것을 방지하기 위해서 살균 유체가 분사되기 전에 용기를 예비 가열하기 위한 것이며, 병 반송 경로를 따라 가열된 살균 유체를 분사하는 노즐을 배치해서 가열된 살균 유체를 용기 외면에 분사해서 예비 가열함과 아울러 용기 외면의 살균 효과를 갖게 하고 있다. 예비 가열 수단으로서 그 이외에 온풍의 분출 또는 히터 등의 가온 수단을 적당하게 배치하도록 하여도 좋다.

4∼6은 살균 터릿이고, 본 실시형태에서는 후술하는 바와 같이, 살균 유체(약액)를 병 내면에 병 입구 하방 바깥쪽으로부터 분사되도록 터릿의 포켓 하방에 후술하는 비삽입 노즐이 배치되어 있다. 본 실시형태의 장치에서는 비삽입 노즐은 살균제와 공기를 혼합해서 분사하는 분사 노즐로서 구성되어 있다. 그리고 본 실시형태에서는, 살균 공정이 직경이 상위한 3개의 터릿으로 분할되고, 각각의 살균 터릿에서 각각 다른 시간, 예를 들면 살균 터릿(4)에서의 용기의 살균 시간이 3초, 살균 터릿(5)에서의 살균 시간이 2초, 살균 터릿(6)에서의 살균 시간이 3초를 필요 로 해서 각각 다음 터릿으로 이송될 경우에 터릿간의 이송 시간이 예를 들면 1초 걸린다고 하면 용기로의 살균 유체는 3초간 분사, 1초간 정지, 2초간 분사, 1초간 정지, 3초간 분사라고 하는 것 같이, 살균 유체의 분사가 간헐적으로 행하여져서 용기 내면을 살균하게 되어 있다. 또한, 이들 살균 터릿의 용기 반송 경로를 따라 용기 외면에 살균 유체를 분사하는 외면 살균용 노즐이 배치되어 있다.

7은 살균 유체 배출 터릿, 8은 살균이 완료된 병을 세정 터릿에 전달하는 전달 터릿이다. 9, 11은 세정 터릿이고, 병 내에 무균수를 분사하는 비삽입 노즐이 살균 공정에서의 비삽입 노즐과 마찬가지로 병 입구 하방 바깥쪽으로부터 병 내면으로 분사되도록 터릿의 포켓 하방에 배치되어 있다. 10은 드레인 터릿, 12는 드레인 터릿 겸 전달 터릿이며, 세정이 완료된 병을 도립 상태로부터 정립 상태로 반전시켜서 다음 충전 장치에 공급하게 되어 있다. 본 실시형태의 병 살균·세정 장치는 이상과 같이 소경 터릿을 다수 조합함으로써 종래의 대경 터릿을 배치하는 경우와 비교해서 설치 면적을 작게 할 수 있음과 아울러, 터릿을 모듈화해서 용기의 종류 등에 따라서 살균 세정 시간 등의 조합을 용이하게 변경할 수 있게 했다.

도 1의 살균·세정 장치의 터릿에 있어서 검게 칠한 구간은 각각의 터릿에 있어서의 예비 가열 구간, 살균 구간 또는 세정 구간을 나타내고 있다.

다음에 이상과 같은 장치에 사용되는 비삽입 노즐의 실시형태에 대하여 설명한다.

살균 공정에서 사용되는 비삽입 노즐과 세정 공정에서 사용하는 비삽입 노즐은 동일 구조의 노즐 입구부를 갖는 노즐을 사용할 수 있지만, 살균 공정에서 사용 되는 비삽입 노즐은 살균 유체와 공기를 혼합해서 분사하는 분사 노즐이 바람직하다. 공기와 살균 유체를 혼합해서 분사함으로써 분사하는 살균 유체 입자의 입경이 작아져 용기 내주면으로의 습윤성이 향상된다. 그 결과, 살균 유체의 살균 효율을 높여 그 사용량을 종래와 비교해서 대폭 삭감시킬 수 있다. 한편, 세정 공정에서 사용되는 비삽입 노즐의 경우에는 세정 유체만을 용기 내부에 분사하는 노즐이 바람직하다.

도 2는 공기와 살균 유체를 혼합해서 세립화한 상태에서 살균 유체를 분사하는 비삽입 노즐의 일례를 나타내고, 상기 비삽입 노즐로 병을 살균하고 있는 상태를 모식적으로 나타내고 있다. 이 예에 있어서의 비삽입 노즐(20)은 공지의 공기 어시스트 내부 혼합 스프레이 노즐이고, 중공의 노즐 스템(21)의 꼭대기부에 노즐 슬리브(22)와 캡(23)으로 이루어지는 노즐 입구부(24)가 나사 결합해서 부착되어 있다. 노즐 스템(21)의 축심에는 살균 유체 유로(25)가 설치되어 있음과 아울러 그 꼭대기부 부근에 무균 공기원에 연통되는 무균 공기 공급관(도면 생략)을 연결할 수 있는 공기 공급로(27)가 형성되어 있다. 노즐 슬리브(22)에는 살균 유체 유로(25)에 연통되는 살균 유체 분사 구멍(28)과 공기 공급로(27)에 연통되는 공기 분사 구멍(30)이 있고, 그 출구 선단부의 캡(23)과의 간극이 살균 유체와 공기의 혼합실(31)로 되어 있으며, 가압 상태에서 살균 유체 유로(25)에 공급된 살균 유체와 공기 공급로(27)에 공급된 공기가 혼합되어서 캡(23)의 오리피스(32)로부터 살균 유체가 미세립화되어서 스프레이된다.

상기 살균용 비삽입 노즐(20)을 도 1에 나타내는 살균 터릿(4, 5, 6)에 배치 된 병 유지 수단의 하방에 도 2에 나타내는 바와 같이 각각 배치한다. 비삽입 노즐(20)은 살균 터릿의 병 유지 수단에 유지된 병(50)의 입구부 하단면(52)으로부터 1∼50㎜, 보다 바람직하게는 10∼40㎜ 떨어진 하방에 설치되어 있다. 비삽입 노즐의 설치 위치는 상기 위치로부터 살균 유체를 분사했을 때에 분사액이 용기 입구부 내벽에 접촉함과 아울러 통과해서 용기 내에서 퍼져서 살균 유체가 병 저벽과 몸통부가 이어지는 모서리부에 닿도록 하는 것이 바람직하고, 그것에 의해 분사액이 저벽 전체면에 닿고 또한 몸통부 벽 전체면을 적셔서 흘러내리게 한다. 그 때문에 병(50)의 입구부 하단면(52)과 비삽입 노즐의 분사구 끝의 거리는 용기의 구경 크기에 따라 상위하지만, 10∼40㎜ 떨어진 거리가 바람직하다. 하한치는 병의 이송시 노즐 상단부가 병 입구 끝에 간섭하는 경우가 없으면 되고, 상한치는 간격이 지나치게 크면 분사한 살균 유체가 병 구경보다 넓어져 버려서 용기 내로의 분사율이 저하되지 않는 범위가 바람직하다.

도 3은 살균 공정에서 사용하는 비삽입 노즐의 다른 실시형태를 나타내고 있다. 본 실시형태의 비삽입 노즐(35)은 상기 실시형태의 비삽입 노즐(20)과 마찬가지로 가압 유체와 공기를 가압 혼합해서 살균 유체를 미세립화해서 분사하는 것이지만, 세공이 경사진 오리피스를 갖는 점이 다르다. 공통되는 부재에 대해서는 도 2와 동일 부호를 붙이고, 상위점에 대하여만 설명한다. 본 실시형태의 비삽입 노즐(35)은 캡(23)에 혼합실(31)에 연통되는 복수의 오리피스(36)가 바깥쪽으로 경사져서 설치되어 있는 것에 특징이 있다. 오리피스(36)는 노즐 입구부의 중심부 부근의 적어도 살균하는 용기(병) 입구부(51)의 개구 지름보다 작은 반경(r)의 원주 상 에 동일 간격으로 복수개 형성되어 있지만, 필요에 따라서 중앙부에 1개의 수직의 오리피스를 더 설치해도 된다. 비삽입 노즐(35)의 상기 오리피스(36)가 노즐 축심에 대하여 외측으로 경사각(θ)만큼 경사져서 형성되어 있다. 상기 분사 구멍의 경사각(θ)으로서는 용기 구경에도 의하지만, 200∼2000mL 용량의 페트병(구경 28㎜)의 경우 2°∼10°, 보다 바람직하게는 3°∼7°의 범위가 적합하다. 그리고, 오리피스(44)는 살균 유체가 제트 형상으로 강력하게 분무될 수 있게 직경 1㎜∼2㎜의 작은 구멍이 바람직하다.

도 4는 세정 공정에 있어서의 비삽입 노즐(40)의 요부를 나타내고 있다. 본 실시형태의 비삽입 노즐(40)은 중공 노즐 스템(41)의 꼭대기부가 소정 면적의 액 수용면(45)으로 되어 있는 노즐 입구부(42)를 갖고, 상기 노즐 입구부(42)의 중심부 부근에 노즐 스템(41)의 유체 유로(43)로 통하는 복수의 노즐 구멍(44)이 형성되어 있다. 또한, 노즐 입구부와 노즐 스템은 완전히 일체의 재료로 형성되어 있는 것, 또는 별도 부재로 형성해서 일체화시킨 것 모두 좋다. 노즐 구멍(44)은 본 실시형태에서는 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 노즐 입구부의 중심부 부근의 적어도 살균 세정하는 용기(병) 입구부(51)의 개구 지름보다 작은 반경(r)의 원주 상에 동일 간격으로 4개 형성되어 있지만, 그 수는 2∼10개의 범위에서 적합하게 선택할 수 있다. 비삽입 노즐(40)은 용기 입구부 하방으로부터 세정 유체를 분사했을 때에 분사 액류가 용기 입구부 내벽에 접촉하는 일 없이 통과하여 병 내면 전체 둘레에 세정 유체가 접촉되도록 하는 것이 바람직하고, 그 때문에 용기 입구부 하단면(52)으로부터 5∼50㎜ 하방에 설치되며, 또한 노즐 구멍(44)이 노즐 축심에 대하여 외 측으로 경사각(θ)만큼 경사져서 형성되어 있다. 상기 분사 구멍의 경사각(θ)으로서는 용기 구경에도 의하지만, 200∼2000mL 용량의 페트병(구경 28㎜)의 경우 2°∼10°, 보다 바람직하게는 3°∼7°의 범위가 적합하다. 그리고, 노즐 구멍(44)은 세정 유체가 제트 형상으로 강력하게 분무될 수 있게 직경 1㎜∼2㎜의 작은 구멍이 바람직하다.

도 5는 세정 공정에 있어서의 다른 실시형태에 따른 비삽입 노즐의 요부를 나타내고 있다. 본 실시형태에 따른 비삽입 노즐(46)은 도 4에 나타내는 비삽입 노즐을 더욱 개량한 것이고, 후술하는 바와 같이 용기 세정시의 용기 내에서의 저글링 효과를 보다 높이기 위해서 노즐 입구 꼭대기부에 체류 함몰부를 형성한 점에 특징을 갖고 있다. 도 4에 나타내는 실시형태의 비삽입 노즐(40)과 공통되는 부재 에 대해서는 동일 부호를 붙여 차이점에 대해서만 설명한다. 여기에서, 저글링 효과란, 병 내에 분사 노즐을 삽입하지 않고 병 내면에 복수의 노즐 구멍으로부터 액을 분사하고, 병으로부터 배출되는 환류액을 병 입구부 및 노즐액 수용면에 흘러 내리게 하거나 또는 체류시키면서 분사액이 병 내부에서 환류액을 밀어올려 상하로 흔드는 작용을 말하며, 저글링 효과가 클수록 적은 액량으로 병 내면 전체면에 액을 효과적으로 접촉시킬 수 있다.

본 실시형태의 비삽입 노즐(46)은 상기 실시형태의 비삽입 노즐과 마찬가지로 노즐 입구부의 상단면에 액 수용면을 갖고 있지만, 본 실시형태의 액 수용면(47)은 그 외주에 높이(h)의 체류벽(48)이 형성되어 용기 세정 또는 살균 중에 용기로부터 배출되는 유체가 체류할 수 있게 체류 함몰부로 되어 있다. 그리고, 상 기 체류 함몰부에 상기 실시형태와 마찬가지의 조건으로 복수개의 노즐 구멍(44)이 형성되어 있다. 또한, 상기 체류 함몰부에는 상기 체류 함몰부에 체류한 환류액이 살균 또는 세정 종료 후 신속하게 배출될 수 있게 노즐 스템(41)의 외주부보다 외측으로 개구되게 배액구멍(49)이 형성되어 있다.

다음에, 이상과 같은 구성으로 이루어지는 살균 장치를 사용해서 본 발명의 살균·세정 방법의 실시형태를 설명한다.

본 발명에서 사용하는 살균 유체로서는 온수, 과초산 수용액, 과산화수소 수용액, 차아염소산 함유 수용액 중 어느 것이나 좋고, 용기의 종류나 형태 및 충전하는 내용액 등의 종류에 따라서 최적인 것을 선택하면 된다. 또한, 살균 유체에 의한 살균 성능을 높이기 위해서 살균 유체의 분사 전에 예비 가열 공정을 설치하고, 용기를 표면 온도가 45∼95℃가 되도록 가온하여 두는 것이 바람직하다. 그러나, 예비 가열 공정은 반드시 설치하지 않아도 좋다. 용기의 표면 온도가 45℃ 이하에서는 가온 효과가 적고, 95℃ 이상이면 합성수지 용기이면 내열성이 떨어져 열변형될 우려가 있으므로 상기 범위가 바람직하다. 또한, 용기를 예비 가열하는 대신에 살균 유체를 가열해도 된다. 그 경우에도 살균 유체의 가열 온도는 45∼95℃의 범위가 바람직하다.

살균 공정에서는 터릿의 회전 중에 터릿에 배치되어 있는 도립 용기 파지 수단에 의해 도립 상태로 파지되어 있는 용기의 용기 입구의 하방에 위치하도록 배치되어 있는 고정 비삽입 노즐로부터 용기 입구부를 향해서 살균 유체를 분사한다. 살균 유체의 분사는 상기와 같은 비삽입 노즐을 사용해서 과초산 수용액 등의 살균 유체와 공기(무균충전의 경우에는 무균 공기)를 혼합해서 이류체 혼합 상태에서 분사한다. 살균 유체에 공기가 혼합됨으로써 살균 유체의 입자가 작아지고, 용기 표면으로의 습윤성이 높아져 살균 효율을 높이는데 바람직하다. 또한, 본 발명의 살균 유체의 분사는 상술한 바와 같이 복수의 터릿을 이송하는 사이에 행하여지므로 연속적이지 않고, 분사와 정지를 반복해서 간헐적으로 행하는 것에 특징이 있다. 즉, 본 발명자의 실험에 의하면 3초 연속적으로 살균 유체를 분사했을 경우와, 3초를 2회로 나누어 1.5초 분사하고, 이어서 1초 정지하고, 그 후 1.5초 분사해서 간헐적으로 분사했을 경우에 실제 분사 시간은 같고 사용 살균 유체량도 같지만, 후자의 경우에 분사 정지 시간인 1초 동안에도 살균 유체는 용기 내벽면에 접촉하고 있는 상태에 있어 분사하고 있는 경우와 같은 살균 효과가 얻어졌다. 따라서, 후자의 경우 3초의 살균 유체의 분사 시간으로 4초의 분사 시간과 동등한 살균 효과가 얻어졌다. 따라서, 간헐 분사의 경우에 연속 분사의 경우와 비교해서 대폭적으로 살균 유체의 사용량을 줄일 수 있다.

그리고, 본 실시형태에서는 3개의 살균 터릿(4, 5, 6)으로 나누어서 살균 유체를 분사하고 있으므로, 예를 들면 살균 터릿(4)에서는 분사 시간 3초, 그보다 직경이 작은 살균 터릿(5)에서는 2초, 살균 터릿(6)에서는 분사 시간 3초로 각각의 살균 터릿에서 살균 유체를 연속적으로 분사하고, 살균 터릿(4)과 살균 터릿(5) 사이, 및 살균 터릿(5)과 살균 터릿(6) 사이의 이송 시간(합계 2초) 중에는 살균 유체는 분사되지 않지만, 그 동안에도 살균 유체는 용기 내벽면에 부착된 상태이므로 살균 작용을 한다. 따라서, 이 경우에 살균 작용을 하는 살균 시간은 분사 시간 8 초, 분사 정지 시간(이송 시간) 2초 합계 10초 확보할 수 있고, 짧은 분사 시간으로 살균 유체의 용기로의 합계 부착 시간을 길게 할 수 있으며, 살균 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 복수의 살균 터릿을 배치함으로써 각각의 살균 터릿에서 사용하는 살균 노즐(비삽입 노즐)의 형상이나 분사 조건(분사량, 압력, 농도 등)을 변화시켜서 보다 효율적으로 살균 유체를 분사할 수 있다. 예를 들면 최초의 살균 터릿(4)에서 사용하는 살균 유체의 살균제의 농도를 짙게 하고, 살균이 진행되는 다음 터릿에서 사용하는 살균 유체의 농도를 엷게 하는 것 또는 사용량을 조정하는 것 등에 의해 보다 살균 효율을 높일 수 있다.

또한, 살균 공정에서의 용기 외주면의 살균은, 예를 들면 종래와 마찬가지로 터릿에 도립 상태로 유지되어 있는 용기 외주면 전체에 살균 유체가 접촉하도록 용기 외주면을 향해서 살균 유체를 분사하는 분사 노즐, 또는 살균 유체와 공기를 혼합해서 분무하는 분사 노즐을 복수 개소, 예를 들면 용기 입구부 외주면, 몸통부 외주면, 저부 외면을 향해서 복수개 배치해서 내면 살균과 동시에 행한다.

이상과 같이 해서 살균 공정을 종료한 용기는 다음에 살균 유체 배출 터릿(7) 및 세정 공정으로의 전달 터릿(8)을 거쳐서 세정 터릿(9)으로 이송된다. 세정 공정에서는 용기의 세정은 용기의 내외면에 세정수(무균수)를 분사해서 행하지만, 그 경우 비삽입 노즐은 도 4, 5에 나타내는 구성의 노즐을 채용하고, 공기를 공급하지 않으며 무균수만을 분사하도록 하는 것이 바람직하다. 세정용 비삽입 노즐(40)은 도 1에 나타내는 세정 터릿(9)과 세정 터릿(11)의 포켓마다 배치된 용기유지 수단의 하방에 각각 고정 배치되고, 용기 유지 수단에 의해 유지되는 용기의 하단면(52)으로부터 5∼50㎜만큼 떨어져서 축심이 용기와 일치하도록 터릿과 일체로 회전하는 프레임에 고정 배치되어 있다.

세정 공정에서 병이 세정 터릿(9), 세정 터릿(11)을 이동하는 동안에 세정의 비삽입 노즐(40)로부터 병 입구부를 향해서 세정 유체(무균충전일 경우에는 무균수)를 분사해서 내면의 세정을 행한다. 세정 공정에 있어서, 경사져 있는 복수개의 노즐 구멍(44)으로부터 분사된 세정 유체는 도 6에 나타내는 바와 같이 용기 입구부(51)를 통해서 대략 용기 저부 코너부에 닿아서 용기의 저부 내면 및 몸통부 벽 내면으로 퍼지고, 몸통부 내면을 따라 이동하여 용기 입구부의 내주면으로부터 통 형상의 환류액류(60)가 되어서 흘러내림으로써 용기 내면에 빈틈없이 접촉해서 용기 내면에 부착되어 있는 약액을 씻어낸다. 용기로부터 흘러내린 환류액류는 노즐 입구부(42)의 액 수용면(45)에 닿아서 퍼지므로 액 수용면의 내측을 향하는 환류액의 일부가 노즐 구멍(44)으로부터 분사되고 있는 세정 유체(59)와 간섭해서 밀어올려진다. 그 결과, 분사 유체는 단순히 노즐 구멍으로부터 분사되는 경우와 비교해서 분사 액류의 유체 지름이 굵어진 상태에서 용기 내로 진입한다. 굵어진 상태에서 용기 내로 진입하는 분사 액류는, 용기 입구부를 흘러내리는 환류액의 일부와도 간섭해서 저글링 효과를 발생시켜 세정 효과를 높인다. 그 결과, 효율적으로 세정을 할 수 있어 세정수를 절약할 수 있다.

또한, 세정 공정에서 도 5에 나타내는 세정용 비삽입 노즐(46)을 사용한 경우에는 비삽입 노즐의 액 수용면(47)에 체류 함몰부가 형성되어 있으므로, 상기 체류 함몰부에 체류한 환류액과 상기 액을 통과해서 분사되는 세정수의 분사액의 간 섭 효과가 보다 높아져 굵은 분사 액류가 되어서 용기 내로 분사되므로, 용기 입구부 내 상방에서의 환류액과의 저글링 효과가 비삽입 노즐(40)의 경우와 비교해서 높아 보다 효율적으로 용기 내면을 세정할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고 그 기술 사상의 범위 내에서 여러 가지 변경이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 살균 공정 전에 예비 가열 공정을 설치해서 용기를 가열함으로써 살균 공정시의 용기와 접촉하는 살균 유체의 급격한 온도 저하를 방지하도록 했지만, 예비 가열 공정과 함께 또는 예비 살균 공정은 생략하고 살균 공정에서 용기가 통과하는 경로를 터널 형상 차폐물로 둘러싸고, 상기 터널 형상 차폐물 내부에 예를 들면 히터 등을 설치하고 가열해서 가열 분위기를 유지한 안으로 살균 유체를 분사하도록 해도 좋다.

실시예

균이 부착된 실험용 샘플병을 작성하고, 상기 샘플병을 도 1에 나타내는 터릿이 배치된 살균 장치를 상정하여 이하에 나타내는 조건에서 살균 세정하고, 그 후 배양에 의해 생존 균수를 조사해서 살균 효과를 확인했다.

병 : 500ml 페트병

살균제 : 과초산계 살균제 Toyo-aktiv

과초산 농도 : 2000ppm

온도 : 병 내면 온도가 65℃에 달하도록 살균제를 분사

비삽입 노즐 : 공기 어시스트 내부 혼합 스프레이

살균제의 유량 : 분사액량 0.27L/min(0.15MPa)

공기의 유량과 온도 : 분사 공기량 15NL/min(0.07MPa), 30℃

병 입구부와 비삽입 노즐의 거리 : 30㎜

살균 시간 : 표 1 실시예 참조(3초 분사-1초 정지-2초 분사-1초 정지-3초 분사)

살균 후의 병 세정 : 무균수로 온도는 30℃에서 실시했다.

살균 후의 병 내면에 살균제가 잔류하지 않도록 병 내면을 67ml/sec×3초에서 무균수를 도립시킨 병 내면에 분사함으로써 병 세정했다. 도 3에 나타낸 비삽입 노즐을 병 입구부로부터 15㎜ 하방에 설치하고, 노즐로부터 분사한 무균수가 병 내면 전체면에 닿아서 병 입구부로부터 배출되도록 했다.

공시균 샘플병의 제작 :

공시균 : Geobacillus stearothermophilus ATCC7953

상기 공시균 현탁액을 소정 농도로 조정하고, 첫 균수 3.7×10⁶cfu/병이 되도록 병 내면에 스프레이로 분사(0.3ml/개)하여 병 내면에 균 현탁액을 부착시켰다. 병은 클린룸(CLASS1000) 내에서 24시간 보존하여 병 내면을 건조시켰다. 제작병을 살균기→세정기로 통과시키고, 멸균이 완료된 캡으로 밀봉했다.

생존 균 계측 방법 : SCD 액체 배지를 500ml 충전한다.

30℃ 7일간 보존하고, 배지에 혼탁이 보이는 것을 양성(+), 배지에 혼탁이 보이지 않는 것을 음성(-)으로 했다.

이상의 시험을 5개에 대해서 행했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

비교예

또한, 비교예로서 상기 실시예와 비교해서 살균 유체의 분사 조건만을 표 1에 나타내는 바와 같이 변경하고 다른 것은 동일 조건에서 살균했을 경우의 살균 효과를 마찬가지로 해서 조사했다. 비교예에서는, 병 내면을 살균하기 위한 살균 유체의 분사를 간헐 분사가 아니고, 연속해서 10초 분사했을 경우(비교예 1), 연속해서 8초 분사했을 경우(비교예 2)의 살균 효과를 조사했다. 그 결과를 실시예와 함께 표 2에 나타낸다.

시험 결과

표 2로부터 분명하게 나타나는 바와 같이, 실시예의 경우에는 샘플병 모두에 대해서 음성이고, 양호하게 살균되어 있는 것이 확인되었다. 본 실시예에서의 살균제 분사 시간은 합계 8초이고, 합계 살균 시간은 10초이다.

이에 대하여, 비교예 1의 경우에 즉 살균 유체를 10초간 연속해서 분사했을 경우에는 상기 실시예와 마찬가지의 살균 효과가 얻어졌지만, 비교예 2의 경우에 즉 8초간 연속 분사했을 경우에는 표 2에 나타내는 바와 같이, 일부 용기에 생잔균이 확인되어 8초간의 분사에서는 살균이 불충분한 것이 확인되었다.

이상과 같이, 본 실시예와 비교예 2는 살균 유체의 분사 시간(즉 분사량)은 동일하지만, 본 실시예에서는 생잔균이 전혀 확인되지 않고, 8초의 분사 시간에도 관계없이 비교예 1의 10초 분사의 경우와 마찬가지의 살균 효과를 얻고 있는 것이 확인되었다. 이상의 결과로부터 본 발명에 의한 살균 방법은 살균 유체의 절약에 각별한 효과를 얻는 것이 확인되었다.

본 발명의 용기 살균·세정 방법 및 장치는 특히 병에의 무균 충전 시스템에 있어서의 살균에 적합하지만, 무균 충전에 한하지 않고 핫팩이나 통상의 상온 충전 등 용기를 살균 세정해서 충전하는 경우의 용기의 살균 장치 및 세정 장치로서 이용할 수 있다. 또한, 용기의 형상도 구형 병, 각형 병 등 여러 가지 형상의 것에 적용할 수 있고, 또한 그 재질도 플라스틱이나 금속, 유리 등 여러 가지 재질의 용기의 살균·세정에 이용할 수 있다.

Claims

용기를 도립 상태로 반송해서 용기 내부의 살균 공정과 세정 공정으로 이루어지는 용기 살균·세정 방법에 있어서: 상기 살균 공정은 도립 자세로 반송되는 용기의 입구부로부터 하방으로 1∼50㎜ 떨어지도록 비삽입 노즐을 배치하고; 상기 비삽입 노즐로부터 용기 내면에 살균 유체와 공기를 혼합시켜서 용기 내부를 향해서 분사하고; 살균 유체를 미세립화해서 용기 내면을 적셔서 용기 내면을 살균하는 것으로 이루어지고,

상기 살균 공정이, 복수의 터릿으로 분할해서 세분화되고, 용기 내부로의 살균 유체의 분사와 정지를 교대로 행하는 간헐 분사에 의해 용기 내면을 살균하는 것을 특징으로 하는 용기 살균·세정 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 살균 유체는 온수, 과초산 수용액, 과산화수소 수용액, 또는 차아염소산 함유 수용액 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 용기 살균·세정 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 살균 공정 전에 용기를 예비 가열하는 용기 예비 가열 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 용기 살균·세정 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 살균 공정에 있어서 용기 외면을 향해서 1개 또는 복수개의 살균 노즐로부터 가열된 살균 유체를 용기 외면에 분사하여, 미세입자화된 살균 유체로 용기 외면을 적셔서 용기 외면을 살균하는 것을 특징으로 하는 용기 살균·세정 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 살균 공정에 있어서 용기 표면 온도가 45∼95℃로 되도록 온도 조절하고 있는 것을 특징으로 하는 용기 살균·세정 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 세정 공정은 도립 자세로 반송되는 용기의 입구부로부터 하방으로 5∼50㎜ 떨어지도록 비삽입 노즐을 배치하고, 상기 비삽입 노즐로부터 세정수를 용기 내부를 향해서 분사해서 용기 내면을 세정하는 것을 특징으로 하는 용기 살균·세정 방법.
용기를 도립 상태로 반송해서 용기 내부의 살균 유체에 의한 살균 수단과 세정수에 의한 세정 수단을 갖는 용기 살균·세정 장치에 있어서: 상기 살균 수단은 용기를 도립 상태로 이송하는 복수개의 살균 터릿으로 이루어지는 용기 이송 수단과, 상기 용기 이송 수단에 의한 도립 용기의 내면에 살균 유체를 분사하는 살균 유체 분사 수단을 갖고; 상기 살균 유체 분사 수단은 상기 용기 이송 수단에 의해 반송되는 용기의 개구 입구부 하방 1∼50㎜에 배치된 비삽입 노즐이고,

상기 비삽입 노즐은 상기 노즐 내에서 살균 유체와 공기를 혼합해서 살균 유체를 미립화해서 분사하는 내부 혼합실을 갖는 분사 노즐이며, 살균 유체가 복수의 살균 터릿으로 나누어져서 분사되도록 해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 용기 살균·세정 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 비삽입 노즐은 상기 노즐 내에서 살균 유체와 공기를 혼합시켜서 살균 유체를 세립화해서 분사하는 내부 혼합실을 갖는 분사 노즐인 것을 특징으로 하는 용기 살균·세정 장치.
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