KR101521899B1 - 용기의 살균 방법 및 그 살균 방법에 사용되는 3 유체 노즐 - Google Patents

Abstract

과산화 수소에 의한 용기의 살균 시간을 단축하고, 비용을 경감하고, 살균 장치를 간소화하여 설치 장소를 축소하고, 환경 부하를 경감시키기 위해, 과산화 수소수, 상온의 공기 및 열풍을 동시에 용기 내로 분사함으로써, 상온의 공기에 의해 미세적화(黴細滴化)된 과산화 수소수를 즉시 가스화하여 용기 내면의 살균을 행하는 용기의 살균 방법이 제공된다.

Description

용기의 살균 방법 및 그 살균 방법에 사용되는 3 유체 노즐{CONTAINER STERILIZATION METHOD, AND THREE-FLUID NOZZLE USED IN STERILIZATION METHOD}

본 발명은, PET 병 등의 폴리에스테르 용기, 그 외에 용기의 살균 방법 및 그 살균 방법에 사용되는 3 유체(流體) 노즐에 관한 것이다.

무균성(aseptic) 충전 시스템은 음료를 충전해야 할 병 등의 용기 및 음료를 살균하고, 무균 환경 하에서 음료를 살균이 끝난 용기에 충전·밀봉(密封)한다. 용기를 살균하는 방법으로서는, 과산화아세트산 수용액 또는 과산화 수소 미스트(mist)를 사용하여 용기를 살균한 후, 무균수 또는 열풍으로 용기를 세정하는 방법이 널리 이용되고 있다. 무균 충전 시스템에 있어서는, 약액 및 세정용 무균수의 사용량은 라인 구성에 따라 정해지지만, 라인 스피드의 고속화에 따라, 단위 시간에 있어서의 라인으로의 약액 및 무균수의 공급량이 증가하는 결과, 이니셜 비용(initial cost) 및 러닝 비용(running cost)의 증대, 살균 장치의 대형화, 설치 장소의 증대, 및 환경 부하의 증대가 문제로 되어 있다. 특히 무균성 충전 시스템에 있어서, 과산화 수소 미스트를 사용하여 용기의 살균을 행하는 경우에는, 과산화 수소수를 가열, 기화시킨 후, 응결시켜 과산화 수소 미스트를 만들기 때문에, 미스트 발생 장치를 시스템 내에 설치하지 않으면 안되므로, 장치가 커질뿐아니라, 예를 들면, 500ml의 PET 병 1개의 내표면을 살균하기 위해 약 8초를 필요로 하므로, 라인 스피드의 고속화에 따라, 다량의 PET 병을 터릿(turret) 상에서 이동시키면서 살균하는 살균 장치의 살균용 터릿은 2대 이상이 필요해지고 있다. 이와 같이 PET 병의 내표면의 살균에 약 8초를 필요로 하는 것은, PET 병의 박형화에 따라, 병의 형상 유지, 또는 보강을 위한 보강 비드(bead) 등의 요철(凹凸)이 많아지게 되어, 다수의 미세한 액적(液滴)의 집합체인 과산화 수소 미스트의 각각의 액적이 비산(飛散)하고, 이와 같은 병의 요철의 구석구석에 빠짐없이 도달시켜, 병 내표면에 균일하게 부착시킬 때까지의 시간을 요하기 때문이다. 특허 문헌 1은, 미스트 발생 장치에 의해 미스트화한 살균제를, 열풍과 혼합하여 병 내부에 공급하여 살균한 후, 병의 내부에 무균화한 공기를 불어넣어 내부의 미스트를 배출하고, 이어서, 병의 내부에 세정액을 공급하여 병을 세정하는 용기 살균 방법 및 장치를 개시하고 있다. 그러나, 이 방법에 의해서도, 미스트 발생 장치와 무균 공기를 공급하기 위한 에어 린스 장치가 필요하며, 살균 장치가 커지게 될뿐아니라, 액적인 살균제의 미스트가 병의 요철부의 구석구석까지 골고루 퍼질 때까지 살균을 계속하지 않으면 안되므로, 살균 시간이 길다는 문제점은 해결되고 있지 않다.

WO2003/022689호 공보

본 발명은, 상기 종래의 무균성 충전 시스템에서의 용기 살균 방법의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 과산화 수소에 의한 용기의 살균 시간을 단축할 수 있고, 이니셜 비용 및 러닝 비용을 경감하고, 살균 장치를 간소화하여 설치 장소를 축소하는 것이 가능하며, 환경 부하를 경감시킬 수 있는 용기의 살균 방법을 제공하도록 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 과산화 수소수, 상온의 공기 및 열풍을 동시에 용기 내로 분사함으로써, 상온의 공기에 의해 미세적화(黴細滴化)된 과산화 수소수를 즉시 가스화하여 용기 내면의 살균을 행하는 용기의 살균 방법이 제공된다.

본 발명의 용기의 살균 방법에 있어서는,

1. 상기 용기의 살균 후, 과산화 수소수의 공급을 정지하는 한편, 상온의 공기 및 열풍 중 적어도 한쪽의 공급을 계속함으로써, 잔류 가스를 용기 밖으로 배출하는 것,

2. 열풍의 온도는 130℃ ~ 200℃인 것,

3. 용기의 살균을 용기가 거꾸로 선 상태에서 행하는 것,

4. 용기는 폴리에스테르 용기인 것,

5. 용기의 살균을 폴리에스테르 용기의 유리 전이 온도 이하에서 행하는 것,

6. 상기 용기의 살균을 1개의 터릿에서 행하는 것,

7. 상기 용기의 살균 후, 온수에 의해 용기의 세정을 행하는 것,

8. 상기 용기의 살균 후, 열풍에 의해 용기의 세정을 행하는 것,

9. 상기 열풍에 의해 용기의 세정을 행한 후, 또한 온수에 의해 용기의 세정을 행하는 것,

10. 상기 용기의 세정을 순환하는 온수로 행하는 것

이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기 용기의 살균 방법에 사용되는 노즐로서, 과산화 수소수와 상온의 공기를 혼합하여 분사하는 혼합부와 열풍 혼합부를 구비하는 3 유체 노즐이 제공된다.

본 발명의 용기의 살균 방법에 사용되는 노즐에 있어서는,

1. 상기 혼합부가 과산화 수소수의 경로를 개폐하는 개폐 밸브를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 용기의 살균 방법에 의하면, 과산화 수소수, 상온의 공기 및 열풍을 동시에 용기 내로 분사함으로써, PET 병 등의 폴리에스테르 용기, 그 외에 용기의 살균 시간을 대폭 단축할 수 있어, 이니셜 비용와 러닝 비용을 경감시킬 수 있는 동시에, 살균 장치를 간소화하여, 설치 장소를 축소할 수 있다.

또한, 본 발명의 용기의 살균 방법에 사용되는 3 유체 노즐에 의하면, 큰 설비를 이용하지 않아도, 과산화 수소수로 이루어지는 액체를 상온의 공기 및 열풍과 혼합하여 순간적으로 가스화하여, 상기 가스를 용기 내에 불어넣는 것이 가능해져, 용기 내표면의 살균을 단시간에 행하는 것을 용이하게 실현할 수 있다.

도 1은 3 유체 노즐의 일례를 나타낸 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태를 나타낸 설명도이다.

본 발명자 등은, 상기 문제점을 해결하기 위해 예의(銳意) 연구와 실험을 거듭한 결과, 과산화 수소수를 상온의 공기류에 의해 미세한 액적으로 하는 동시에 고온의 열풍에 의해 과산화 수소수의 미세한 액적을 순간적으로 가스화하여, 이 과산화 수소 가스를 용기 내로 분사한다. 그리고, 이 가스는 액적의 집합체인 과산화 수소 미스트보다 훨씬 고속으로 용기 내를 유동(流動)하고, 복잡한 요철이 있는 용기 내표면에서도 균일하게 도달하고, 놀랍게도, 예를 들면, 500ml의 PET 병의 살균에 종래 약 8초를 필요로 하고 있었던 살균 시간을 불과 1초로 단축할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명에 도달하였다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.

본 발명의 살균 방법의 대상이 되는 용기는, PET 병 등의 폴리에스테르 용기가 바람직하지만, 그 외의 수지제 또는 종이제 등의 용기에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법이 적용되는 용기의 내용물은, 음료 외에 잼 등의 식품, 미림, 장국 등의 조미료, 그 외에 화장품, 약품 등 특별히 한정은 없다.

본 발명은, 과산화 수소수, 상온의 공기 및 열풍을 동시에 용기 내로 분사함으로써, 상온의 공기에 의해 미세적화된 과산화 수소수를 즉시 가스화하여 용기 내부의 살균을 행하는 것이다. 그러므로, 본 발명에 있어서는 과산화 수소수와 상온의 공기와 열풍을 1개의 노즐로부터 용기 내에 동시에 분사할 필요가 있다. 이것을 실현하기 위해서는, 각종 방법이나 장치를 사용하는 것을 생각할 수 있지만, 가장 간단한 장치로서, 도 1에 일례를 나타낸 3 유체 노즐을 사용함으로써 본 발명의 방법을 실시할 수 있다.

상기 3 유체 노즐은, 먼저 액체를 미세화하고, 이어서, 이 미세화한 입자를 열풍에 의해 순간적으로 가스화하여 1개의 노즐로부터 분출하여 용기 내표면에 접촉시켜, 필요 온도까지 용기 내표면 온도를 상승시킴으로써, 큰 설비를 이용하지 않아도 액체를 가스화하여 용기 내표면을 살균할 수 있는 특징을 가지는 것이며, 본 발명의 살균 방법을 실현하는 장치로서도 바람직한 것이다.

도 1은 3 유체 노즐의 일례를 나타낸 것이며, 노즐의 하반분을 단면(斷面)으로 나타내는 3 유체 노즐(1)은, 과산화 수소수와 상온의 공기를 혼합하여 분사하는 혼합부(2)와, 그 아래쪽에 설치된 열풍 혼합부(3)를 구비하고 있다. 혼합부(2)에는 상부에 과산화 수소수를 소정의 유속(流速)으로 유출(流出)시키는 과산화 수소 공급 노즐(4)이 설치되고, 측부에 상온의 공기를 소정의 유속으로 분출하는 상온 공기 공급 노즐(5)이 설치되어 있다. 과산화 수소 공급 노즐(4)은 접속관(6)을 통하여 도시하지 않은 과산화 수소수 공급원에 접속되어 있고, 그 기부(基部)에는 개폐 밸브(7)가 설치되어 있다. 또한, 상온 공기 공급 노즐(5)은 접속관(8)을 통하여 도시하지 않은 상온 공기 공급원에 접속되어 있다. 그리고, 개폐 밸브(7)의 위치는 도시의 편의 상 혼합부(2)의 위쪽에 나타냈으나, 혼합부(2) 내부의 과산화 수소 공급 노즐(4)의 바로 위쪽의 위치 등에 배치해도 되고, 도시한 위치에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 상기 3 유체 노즐(1)의 혼합부(2)가, 과산화 수소수의 경로를 개폐하는 개폐 밸브(7)를 구비함으로써, 용기의 살균 완료 후의 과산화 수소수의 경로가 폐쇄되어, 상기 과산화 수소수의 공급을 정지하는 한편, 상온의 공기 및 열풍 중 적어도 한쪽의 공급을 계속함으로써, 잔류 가스를 용이하게 용기 밖으로 배출할 수 있다.

상기 과산화 수소 공급 노즐(4)로부터 흘러내리는 과산화 수소수는, 상온 공기 공급 노즐(5)로부터 분출하는 상온의 공기에 의해 미세적화되어 혼합부(2)의 하부 분출구(10)로부터 분출된다.

상기 열풍 혼합부(3)는 측부에 열풍 공급 노즐(11)을 구비하고 있고, 열풍 공급 노즐(11)은 접속관(12)을 통하여 도시하지 않은 열풍 공급원에 접속되어 있다. 열풍 공급 노즐(11)로부터는 130℃ ~ 200℃의 열풍이 소정의 유속으로 분사되고, 혼합부의 하부 분출구(10)로부터 분출된 과산화 수소의 미세적은 이 고온의 열풍에 의해 순간적으로 가스화되어 과산화 수소 가스로 되어, 열풍 혼합부(3)의 하단부의 가스 분출구(13)로부터 용기 내로 분사된다.

그리고, 본 발명의 용기의 살균 방법에 사용되는 노즐은, 상기한 바와 같이, 과산화 수소수와 상온의 공기를 혼합하여 분사하는 혼합부(2)와 열풍 혼합부(3)를 구비하는 3 유체 노즐(1)이며, 단일의 노즐을 용기에 삽입함으로써, 용기 내표면의 살균과 가스의 배출을 연속적으로 행할 수 있고, 또한 이 노즐을 사용함으로써, 과산화 수소수의 미스트 발생 장치를 생략할 수 있는 동시에, 비용 삭감과 장치의 간소화가 도모된다.

그리고, 상기한 바와 같이 열풍의 온도를 130℃ ~ 200℃로 함으로써, 과산화 수소수의 미세한 액적을 순간적으로, 또한 완전히 가스화할 수 있고, 또한 용기가 투명성, 내충격성 등이 우수한 PET 병 등의 폴리에스테르 용기의 경우에는 열변형을 방지할 수 있다.

이와 같이 하여, 용기 내로 분사된 고온의 과산화 수소 가스는 고속으로 용기 내의 구석구석에 도달하고, 또한 용기는 고온의 가스에 의해 가열되고, 이 가온에 의한 살균 효과도 생기므로, 용기 내의 살균은 단시간에 종료한다. 살균이 종료한 후, 3 유체 노즐(1)의 가스 분출구(13)를 용기 내에 삽입한 상태로 혼합부(2)에 설치된 개폐 밸브(6)를 폐쇄하는 한편, 상온 공기 공급 노즐(5)과 열풍 공급 노즐(11) 중 적어도 한쪽의 공급을 계속하면, 용기 내에 잔류하고 있던 과산화 수소 가스가 용기로부터 용이하게 배출된다. 따라서, 단일 유닛의 3 유체 노즐(1)을 용기 내에 삽입한 상태에서, 실질적으로 1 공정에서 살균과 가스의 배출을 완료하기 위해, 살균 종료 후의 잔류 가스의 배출도 단시간에 완료할 수 있고, 이들 공정은 용기가 1 터릿에 머물고 있는 동안에 충분히 완료할 수 있다.

그리고, 상기 용기의 살균은, PET 병 등의 폴리에스테르 용기의 경우, 용기의 변형을 방지하기 위해, 용기의 유리 전이 온도 이하의 온도에서 행해지지 않으면 안되지만, 실험의 결과, 500ml PET 병 내에 170℃의 과산화 수소 가스를 1초간 불어넣어도, 용기 자체는 폴리에스테르 수지의 유리 전이 온도 이하인 45℃ ~ 70℃이며, 용기의 변형은 생기지 않은 것을 알 수 있었다.

그리고, 상기 과산화 수소 가스에 의한 살균과 잔류 가스의 배출 후, 용기 세정을 행하는 것이, 보다 한층, 살균성이 향상되고, 또한 이물질을 씻어 흐르게 할 수 있으므로, 바람직하다. 그리고, 용기 세정을 행하는 경우에는 잔류 가스의 배출을 생략해도 되고, 이로써, 보다 한층 살균 장치의 설치 장소의 축소 및 살균 시간의 단축이 도모된다.

도 2는 상기 살균 후, 잔류 가스를 배출하고, 계속하여 온수에 의한 용기의 세정을 행하는 실시형태를 모식적으로 나타낸 설명도이다.

제1 터릿에 있어서, 거꾸로 선 상태에서 상기한 바와 같이 살균과 잔류 가스 배출을 종료한 후, 용기는 제2 터릿으로 이송된다.

그리고, 상기 용기의 살균 및 잔류 가스의 배출을 용기가 거꾸로 선 상태에서 행함으로써, 그 후, 세정수가 용이하게 배출되므로 거꾸로 선 상태에서 행해지는 용기의 세정 공정으로, 용기의 반전(反轉) 장치를 설치하지 않고도 그대로의 거꾸로 선 상태로 반송(搬送)할 수 있다. 또한, 살균과 가스 배출을 1개의 터릿에서 행함으로써, 비용 삭감, 장치의 간소화, 설치 장소의 감축에 한층 기여할 수 있다.

또한, 제2 터릿에 있어서는, 세정수 노즐로부터, 40℃ ~ 95℃, 바람직하게는 60℃ ~ 90℃의 온수 등의 세정수를 거꾸로 선 용기 내로 분사하여 용기 내의 세정을 행하고, 용기 내에 상기 잔류 가스 배출 공정에서는 배제할 수 없었던 균이나 이물질이 잔존하고 있었다고 해도, 이 세정 공정에 의해 용기 밖으로 씻겨져 흐르게 된다. 세정 시간은, 1초 내지 10초, 바람직하게는 3초 ~ 5초이며, 1초 미만이면 세정이 불충분해지고, 한편, 10초를 넘기면 러닝 비용, 온수로 하기 위한 에너지 사용에 의한 환경 부하가 증대한다. 또한, 예를 들면, 500ml의 PET 병을 85℃의 온수로 세정하는 경우에는 약 3초이다.

그리고, 이 온수에 의한 세정은, 상기 살균에 사용되는 과산화 수소가 PET 병 등의 폴리에스테르 용기 내표면에 흡착이 용이하여, 특히 용기가 폴리에스테르 용기의 경우에 유효하다. 또한, 온수는, 순환하는 온수를 사용하면, 보다 한층, 상기 러닝 비용와 환경 부하가 경감되므로, 바람직하다.

또한, 상기 용기 살균, 잔류 가스 배출 후의 세정은, 130℃ ~ 200℃, 바람직하게는 160℃ ~ 190℃의 열풍을 용기 내에 분출하는 것에 의해 행할 수도 있다. 이 공정은 상기 용기 살균 공정에서의 잔류 가스의 배출을, 상온의 공기에 의해서만 행한 경우에 특히 유효하다. 또한, 이 세정 공정은, 열풍으로 행한 후에, 온수에 의한 세정을 행해도 된다. 이 경우 열수(熱水)로서는, 상기한 바와 같이 순환하는 열수를 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 필요에 따라, 불순물을 제거하기 위해, 필터에 의해 여과하거나, 약간 포함된 과산화 수소를 분해하기 위해, 촉매를 적용시켜 처리해도 된다.

이와 같이, 열풍에 의한 용기의 세정을 행한 후, 또한 온수에 의해 용기의 세정을 행함으로써, 보다 한층, 살균성이 향상되고, 이물질을 씻어 흘려 보내기가 확실하게 행해져, 세정을 보다 완전히 행할 수 있다.

그리고, 상기한 세정은, 상온의 무균수, 무균 에어로 행해도 되지만, 상기한 바와 같이 살균성 및 세정성의 점에서 상기 열수, 열풍이 보다 한층 바람직하다.

이와 같이 하여 용기 살균, 잔류 가스 배출, 세정 공정을 끝낸 용기는 다음 단의 충전 공정으로 이송되고, 내용물의 용기로의 충전, 밀봉이 무균 분위기 하에서 행해진다.

본 발명의 살균 효과에 대하여 확인하기 위해 다음의 실험을 행하였다.

실험의 살균 대상 용기로서 500ml PET 병을 사용하고, 도 1에 기재된 3 유체 노즐을 사용하여 용기의 살균을 행한 후, 온수에 의한 용기 세정을 행하였다.

살균 대상 샘플 병으로서, 500ml PET 병 10개를 준비하였다. 공시균(供試菌)으로서 Bacillus subtilis var. niger NBRC 13721의 현탁액을 소정의 농도로 조정하고, 각 샘플 병 내면에, 10⁵cfu/개의 농도로 되도록 스프레이에 의해 각 병당 0.3ml 분무하고, 각 병 내면에 균 현탁액을 부착시켰다(첫균수 1.0×10⁵cfu/개).

상기 균 현탁액을 부착시킨 후, 각 병을 청정실(CLASS 10000) 내에서 24시간 보존하고, 병 내면을 건조시켰다.

살균 시에는, 3 유체 노즐의 혼합부의 과산화 수소 공급 노즐(4)에, 30% 과산화 수소수를 송액(送液) 압력 0.16 MPa로 보내, 동 노즐로부터 8g/분의 유량으로 유출시키고, 한편, 혼합부의 상온 공기 공급 노즐(5)에는 에어 압력 0.4 MPa로 25℃의 상온 공기를 보내, 동 노즐로부터 분출시킴으로써, 과산화 수소수를 미세적화했다. 동시에 열풍 공급 노즐(11)에, 에어 압력 0.4 MPa로 170℃의 열풍을 보내, 동 노즐로부터 380L/분의 유량으로 열풍을 분사함으로써, 미세적화된 과산화 수소수를 순간적으로 가스화시켰다.

각 병의 살균 시에는, 3 유체 노즐의 가스 분출구(13)를 각 샘플 병의 천정면으로부터 15mm 병 입구 내에 삽입하여 과산화 수소 가스를 병 내로 분사하고, 병 내표면의 살균을 행하였다.

그리고, 가스 분출구(13)의 병 내로의 삽입, 하강, 유지(정지), 및 상승, 꺼내는 데 필요로 한 살균 시간은 1초였다.

이어서, 살균을 종료한 병 내에, 세정수 노즐로부터 85℃의 무균 온수를 분출시켜 3초 세정하고, 병 내에 흡착된 과산화 수소를 세정, 배출 후, 생존균수를 계측하기 위해 멸균이 끝난 SCD 액체 배지(培地)를 500mml 충전하고, 멸균한 캡으로 밀봉하였다.

이 병을 30℃에서 7일간 보존하고, 배지에 혼탁(混濁)이 확인되는 것을 양성(＋), 배지에 혼탁이 확인되지 않는 것을 음성(－)으로 하였다.

계측의 결과, 10개의 샘플 병은 모두 음성(－)을 나타냈다. 그리고, 살균 효과는 6.0D 이상인 것으로 확인되었다.

Claims (14)

1. 용기 내면의 살균에 이용되는 3 유체 노즐로서, 혼합부와 열풍 혼합부를 포함하고,
   상기 혼합부는,
   (1) 상기 혼합부의 상류부에 과산화 수소수를 공급하는 노즐로서, 상기 혼합부에 공급하는 상기 과산화 수소수의 통로를 개폐하는 개폐 밸브를 포함하는 과산화 수소 공급 노즐과,
   (2) 상기 혼합부의 중앙부에 상온 공기를 공급하는 상온 공기 공급 노즐과,
   (3) 상기 혼합부의 하류부에서, 상기 과산화 수소수와 상기 상온 공기의 혼합체를 상기 열풍 혼합부의 상류부에 분출하는 출구
   를 포함하고,
   상기 열풍 혼합부는,
   (1) 상기 열풍 혼합부의 중앙부에 설치되고, 상기 열풍 혼합부에 열풍을 공급하는 열풍 공급 노즐과,
   (2) 상기 열풍 혼합부의 하류부의 출구
   를 포함하며,
   상기 과산화 수소수, 상기 상온 공기, 및 상기 열풍이, 동시에 상기 열풍 혼합부로부터 상기 용기에 공급되고, 그에 따라 바로 상기 과산화 수소수가 가스화되는, 3 유체 노즐.
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