KR20210087014A - 가열 살균 시스템의 세정 방법 및 세정 장치 - Google Patents

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Abstract

가열 살균 시스템의 세정 방법은, 가열 살균 시스템 내에 세정액 또는 린스액을 포함하는 유체를 흐르게 하는 공정과, 제2단 가열부(13)에 열수를 공급하여 제2단 가열부(13)를 가열하는 공정과, 유체의 제2단 가열부(13)의 유체 입구와 유체 출구의 유체 온도를 측정함과 더불어, 열수의 제2단 가열부(13)의 매체 입구와 매체 출구의 매체 온도를 측정하는 공정을 구비한다. 제2단 가열부(13)의 유체 입구와 유체 출구의 유체 온도와, 제2단 가열부(13)의 매체 입구와 매체 출구의 매체 온도에 기초하여, 제2단 가열부(13)의 가열 배관(13a)의 총괄 전열계수(U값)를 구하여 모니터링한다.

Description

가열 살균 시스템의 세정 방법 및 세정 장치
본 개시는, PET병 등의 용기에 음료(내용물)를 충전하는 가열 살균 시스템의 세정 방법 및 세정 장치에 관한 것이다.
종래부터 음료를 병 등의 용기에 충전하는 무균 충전 시스템이 알려져 있다. 이러한 무균 충전 시스템은 음료를 가열하는 가열 살균 장치와, 충전기를 구비하고, 이 충전기는 무균 챔버를 포함하며, 이 무균 챔버 내에서 병에 음료를 충전하도록 되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2011-255938호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2015-44593호 공보 [특허문헌 3] 일본 특허 제3437942호 공보
그런데 종래부터 가열 살균 장치를 소정 시간 사용한 후, 가열 살균 장치 내에 세정액 및 린스액을 순차 공급하여 내부를 세정하고 있다.
이러한 가열 살균 장치의 세정 방법은 CIP 세정(Cleaning In Place)이라고 불리며, 널리 이용되고 있다. 그러나, 현시점에서는 CIP 세정을 어느 정도의 시간만큼 실행해야 하는지의 기술이 확립되어 있지 않아, 불필요하게 장시간, CIP 세정을 행하고 있는 것이 실정이다.
본 개시는 이러한 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 적절한 시간만큼 CIP 세정을 행함으로써 가열 살균 장치 내부를 확실하게 세정할 수 있는 가열 살균 시스템의 세정 방법 및 세정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시는, 유체 입구와 유체 출구를 갖는 가열 배관을 가지며, 내용물을 가열하는 가열 섹션을 갖춘 가열 살균 시스템의 세정 방법으로서, 상기 가열 살균 시스템 내에, 적어도 세정액을 포함하는 유체를 흐르게 하는 공정과, 상기 가열 섹션의 가열 배관을 외측에서 매체를 이용하여 가열하는 공정과, 상기 가열 배관의 유체 입구 및 유체 출구에 있어서의 상기 유체의 유체 온도를 측정하는 공정과, 상기 가열 섹션의 매체 입구 및 매체 출구에 있어서의 매체의 매체 온도를 측정하는 공정과, 상기 가열 배관의 유체 입구 및 유체 출구의 유체 온도와, 상기 가열 섹션의 매체 입구 및 매체 출구의 매체 온도에 기초하여, 상기 가열 배관의 총괄 전열계수를 구하여 모니터링하는 공정을 구비한 가열 살균 시스템의 세정 방법이다.
본 개시는, 상기 총괄 전열계수가 원하는 값을 초과했을 때에, 상기 가열 살균 시스템 내의 세정을 종료하는, 가열 살균 시스템의 세정 방법이다.
본 개시는, 상기 총괄 전열계수에 기초하여, 상기 가열 살균 시스템의 세정 조건을 정하는, 가열 살균 시스템의 세정 방법이다.
본 개시는, 상기 가열 섹션은 복수 배치되고, 최하류의 가열 섹션의 가열 배관에 있어서의 총괄 전열계수를 모니터링하는, 가열 살균 시스템의 세정 방법이다.
본 개시는, 유체 입구와 유체 출구를 갖는 가열 배관을 가지며, 내용물을 가열하는 가열 섹션을 구비한 가열 살균 시스템의 세정 장치에 있어서, 상기 가열 살균 시스템 내에, 적어도 세정액을 포함하는 유체를 흐르게 하여 상기 가열 살균 시스템 내를 세정하는 유체 공급부와, 상기 가열 섹션의 상기 가열 배관을 외측에서 매체를 이용하여 가열하는 가열부와, 상기 가열 섹션의 유체 입구 및 유체 출구에 있어서의 상기 유체의 유체 온도와, 상기 가열 배관의 매체 입구 및 매체 출구에 있어서의 매체의 매체 온도를 측정하는 온도계와, 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 가열 배관의 유체 입구 및 유체 출구의 유체 온도와, 상기 가열 섹션의 매체 입구 및 매체 출구의 매체 온도에 기초하여, 상기 가열 배관의 총괄 전열계수를 구하여 모니터링하는 모니터링부를 갖는 가열 살균 시스템의 세정 장치이다.
본 개시는, 상기 제어부는 상기 총괄 전열계수가 원하는 값을 초과했을 때에, 상기 가열 살균 시스템의 세정을 종료하는, 가열 살균 시스템의 세정 장치이다.
본 개시는, 상기 제어부는 상기 총괄 전열계수에 기초하여, 상기 가열 살균 시스템의 세정 조건을 정하는 세정 조건 결정부를 갖는, 가열 살균 시스템의 세정 장치이다.
본 개시는, 상기 가열 섹션은, 복수 배치되고, 상기 제어부는 최하류의 가열 섹션의 가열 배관에 있어서의 총괄 전열계수를 모니터링하는, 가열 살균 시스템의 세정 장치이다.
본 개시에 따르면, 적절한 시간만큼 CIP 세정을 행하는 것만으로 가열 살균 시스템 내부를 확실하게 세정할 수 있다.
도 1은 무균 충전 시스템의 가열 살균 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 실시형태에 따른 무균 충전 시스템의 블록도.
도 3은 제2단 가열부 및 제1단 냉각부에 접속된 열수(熱水) 라인과 냉각수 라인을 나타낸 도면.
도 4는 내용물로서 밀크 커피를 이용한 실시예에 있어서의 생산 중의 U값을 나타낸 도면.
도 5는 내용물로서 밀크 커피를 이용한 실시예에 있어서의 CIP 세정 중의 U값을 나타낸 도면.
도 6은 내용물로서 블랙 커피를 이용한 실시예에 있어서의 생산 중의 U값을 나타낸 도면.
도 7은 가열 살균 시스템의 세정 방법을 나타낸 흐름도.
도 8은 가열 살균 시스템의 제어부를 나타낸 블록도.
우선 도 2을 참조하여 본 개시의 가열 살균 시스템이 내장된, 무균 충전 시스템(1A) 전체에 대해서 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 무균 충전 시스템(1A)은, 플라스틱제 병(용기라고도 함)(b) 내에 음료(내용물이라고도 함)를 무균 상태로 충전하는 것이다.
이러한 무균 충전 시스템(1A)은, 차례로 배치된 조합 장치(1)와, 밸런스 탱크(5)와, 가열 살균 장치(가열 살균 시스템이라고도 함)(UHT)(18)와, 서지 탱크(19)와, 헤드 탱크(11)와, 음료를 병(b) 내에 무균 상태로 충전하는 충전 노즐(2a)을 포함하는 필러(충전기라고도 함)(2)를 구비하고 있다.
이 중 조합 장치(1)는, 예컨대 밀크 커피, 블랙 커피, 차 음료, 과실 음료 등의 음료를 각각 제작하기 위해, 재료를 원하는 배합 비율로 조합하기 위한 것이다.
또한 조합 장치(1)와, 밸런스 탱크(5)와, UHT(18)와, 서지 탱크(19)와 필러(2) 내의 충전 노즐(2a) 사이는 모두 음료 공급계 배관(7)으로 연결되어 있다.
또한, 무균 충전 시스템(1A)에는, 병(b)을 필러(2)로 반송하고, 필러(2)에 의해 음료가 충전된 병(b)을 배출하는 병 반송로가 설치된다. 반송로는, 일반적으로 다수의 휠(20)과, 각 휠 주위에 배치된 글리퍼(20A) 등에 의해 구성된다.
필러(2)는, 음료를 다수의 병(b)에 고속으로 충전하는 충전기로서, 무균 챔버(3)와, 무균 챔버(3) 내에 설치되어, 음료를 병(b) 내에 충전하는 복수의 충전 노즐(2a)과, 무균 챔버(3) 내에 설치되어, 병(b)의 반송로의 일부를 구성하는 휠(20)을 구비한다. 이 휠(20)은 무균 충전 장치의 바닥면에서 수직으로 기립되는 지지축(21)으로부터 연장되는 선회축(21a)에 부착된다. 휠(20) 주위에는, 병(b)의 목부를 파지하는 글리퍼(21A)가 일정 피치로 배치된다. 글리퍼(21A)는 휠(20)과 일체로 한 방향으로 선회 운동 가능하다. 또한, 충전 노즐(2a)은 휠(20) 주위에, 글리퍼(20A)와 동일한 피치로 부착된다.
또한 지지축(21)으로부터 위쪽으로 연장되는 선회축(21a)의 상단에는, 로터리 조인트(21b)가 설치되고, 또한, 선회축(21a) 중, 로터리 조인트(21b)의 아래쪽에는 상부 매니폴드(22)가 설치되어 있다. 또한 선회축(21a)의 지지축(21)의 상부로부터 상부 매니폴드(22)에 이르는 부분은 중공 형상이며, 로터리 조인트(21b)에 상기 음료 공급계 배관(7)의 하류측 배관부(7b)가 접속되어 있다. 또한, 상부 매니폴드(22)와, 각 충전 노즐(2a) 사이에는 연결 배관부(7c)가 연장되어 있다.
필러(2)의 가동에 의해 휠(20)이 고속으로 선회 운동하고, 이 운동과 동기하여 반송로 상에서 글리퍼(20A)에 의해 파지된 병(b)이 고속으로 반송된다. 병(b)이 충전 노즐(2a)의 하단에 있어서의 노즐구 바로 아래에 오면, 각 병(b) 내에 일정량의 음료가 차례차례로 충전되어 간다.
또한, 필러(2)는, 무균 처리된 음료를 무균 처리된 병(b) 내에 미생물 등의 이물이 들어가지 않도록 충전하기 위해, 전술한 바와 같이, 그 전체가 무균 챔버(3) 내에 수납된다. 무균 챔버(3)에는, 상기 병(b)의 반송로의 상류측과 하류측에서 병(b)의 입구와 출구가 마련된다.
다음에 무균 충전 시스템(1A)에 대해서 더 설명한다. 음료 공급계 배관(7)은 상류측 배관부(7a)와 하류측 배관부(7b)를 포함하고, 조합 장치(1)로부터 서지 탱크(19)에 이르는 상류측 배관부(7a) 안에, 상류측에서 하류측으로 차례로 밸런스 탱크(5)와 가열 살균 장치[UHT(Ultra High-temperature)](18)와, 매니폴드 밸브(8)가 배치되며, 서지 탱크(19)로부터 필러(2)에 이르는 하류측 배관부(7b) 안에 헤드 탱크(버퍼 탱크)(11)가 배치되어 있다. 헤드 탱크(11)는 반드시 배치하지 않아도 좋다.
UHT(18)는, 그 내부에 설치된 제1단 가열부(제1단 가열 섹션)(12)와, 제2단 가열부(제2단 가열 섹션)(13)와, 홀딩 튜브(14)와, 제1단 냉각부(제1단 냉각 섹션)(15)와, 제2단 냉각부(제2단 냉각 섹션)(16)와, 제3단 냉각부(제3단 냉각 섹션)(17)를 구비하고 있다. 그리고 밸런스 탱크(5)로부터 공급되는 음료를 제1단 가열부(12) 및 제2단 가열부(13)로 보내어, 이 제1단 가열부(12) 및 제2단 가열부(13)에서 서서히 가열하고, 홀딩 튜브(14) 내에서 목표 온도로 유지하며, 그 후, 제1단 냉각부(15), 제2단 냉각부(16) 및 제3단 냉각부(17)로 보내어 서서히 냉각한다. 또한 제1단 및 제2단 가열부(12, 13)나 제1단∼제3단 냉각부(15, 16, 17)의 단수는 필요에 따라 증감된다.
또한 음료 공급계 배관(7) 중, 밸런스 탱크(5)와 UHT(18)를 거쳐 매니폴드 밸브(8)에 이르는 상류측 배관부(7a)에, 복귀 라인(6)이 설치되어 있다. 이 복귀 라인(6)은, UHT(18)를 CIP 세정(Cleaning In Place)할 때, 세정액을 첨가하고, 밸런스 탱크(5), 가열부(12, 13), 냉각부(15, 16, 17)를 순환시키기 위해 설치되어 있다. 또한, 서지 탱크(19)의 액량이 상한에 도달한 경우, 제품액으로서의 음료를 서지 탱크(19)로 보내지 않고, 또한 UHT(18)를 정지하지 않고 운전 상태인 채, 복귀 라인(6)을 이용하여 밸런스 탱크(5)에 음료를 되돌리는 것도 가능하다. 또한, 복귀 라인(6)은, Sterilizing in Place(SIP)를 행하기 위해 이용된다. 또한, 제품 제조 개시 후, 홀딩 튜브(14)의 온도를 100℃ 이상의 고온으로 계속해서 유지할 수 있도록, 필요한 압력을 유지하기 위해 서지 탱크(19)에 송액되지 않는 경우에, 이 복귀 라인(6)을 이용하여 유체를 순환시킬 수 있다.
또한, 음료 공급계 배관(7) 중 상류측 배관부(7a)에는, UHT의 운전상 중요한 각 지점에 있어서 복수의 온도계(10, 10a, 10b)가 배치된다. 이 온도계(10, 10a, 10b)가 배치되는 지점으로는, 예컨대 UHT(18) 내의 제1단 가열부(12)의 출구, 제2단 가열부(13)의 출구, 홀딩 튜브(14)의 출구, 제1단 냉각부(15)의 출구, 제2단 냉각부(16)의 출구, 제3단 냉각부(17)의 출구, 및 매니폴드 밸브(8)의 바로 앞 지점을 들 수 있고, 이들 지점에 온도계(10, 10a, 10b)가 각각 배치된다. 그리고 이들 온도계(10, 10a, 10b)에 의해 각각 측정된 온도의 정보는 제어부(40)로 송신된다.
또한, 상기 음료 공급계 배관(7) 중, 서지 탱크(19)로부터 헤드 탱크(11)를 경유하여 필러(2) 내에 이르는 하류측 배관부(7b)에도, 가열 증기 등이 공급되었을 때에 온도가 상승하기 어려운 각 지점을 포함하는 각 지점에 온도계(10)가 배치된다. 이 온도계(10)가 배치되는 지점으로는, 예컨대 서지 탱크(19)로부터 충전 노즐(2a)을 향하는 하류측 배관부(7b) 중, 서지 탱크(19)의 출구 근방, 중간의 굴곡부 등의 위치가 낮아 증기가 복수(復水)되어 드레인이 고여 온도가 낮아지는 지점, 헤드 탱크(11)의 입구 근방과 출구 근방을 들 수 있다. 이들 온도계(10)에 의해 각각 측정된 온도의 정보는 제어부(40)로 송신된다.
다음에 UHT(18)에 대해서 도 1 및 도 2에 의해 더 설명한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, UHT(18)는 제1단 가열부(12)와, 제2단 가열부(13)와, 홀딩 튜브(14)와, 제1단 냉각부(15)와, 제2단 냉각부(16)와, 제3단 냉각부(17)를 갖는다. 이 중 제1단 가열부(12)는 5단으로 배치된 가열 배관(12a)을 포함하고, 제2단 가열부(13)는 5단으로 배치된 가열 배관(13a)을 포함하며, 제1단 냉각부(15)는 5단으로 배치된 냉각 배관(15a)을 포함하고, 제2단 냉각부(16)는 5단으로 배치된 냉각 배관(16a)을 포함하며, 제3단 냉각부(17)는 3단으로 배치된 냉각부(17a)를 포함한다.
또한 도 3에 도시된 바와 같이, 가열부(12, 13) 중 최하류에 위치하는 제2단 가열부(13)와, 냉각부(15, 16, 17) 중 최상류에 위치하는 제1단 냉각부(15) 사이에, 제1단 냉각부(15)로부터의 열수를 제2단 가열부(13)로 공급하는 열수 라인(31)이 접속되어 있다. 또한 제2단 가열부(13)로부터의 냉각수를 제1단 냉각부(15)로 공급하는 냉각수 라인(32)이 접속되어 있다.
또한, 도 2 및 도 3에 있어서, 제1단 가열부(12), 제2단 가열부(13), 제1단 냉각부(15), 제2단 냉각부(16), 제3단 냉각부(17)는, 편의상 단일단 구조로 도시되어 있다.
또한, 제2단 가열부(13)와 제1단 냉각부(15) 사이에 접속된 열수 라인(31)과 냉각수 라인(32)은, 밀폐된 순환 라인(30)을 구성하고 있다. 즉 열수 라인(31)은 제2단 가열부(13)에 접속된 후, 냉각수 라인(32)과 합류하고, 이 냉각수 라인(32)은 제1단 냉각부(15)에 접속된 후, 열수 라인(31)에 접속되며, 이들 열수 라인(31)과 냉각수 라인(32)은 외부로부터 밀폐된 밀폐 라인을 구성한다.
또한 열수 라인(31)에는, 이 열수 라인(31) 안에 가열 증기를 공급하는 가열 증기 공급부(33)가 설치되고, 이 가열 증기 공급부(33)로부터 공급되는 가열 증기에 의해 열수 라인(31) 안에서 흐르는 열수를 고온까지 가열한다. 또한 열수 라인(31)에는 가압 펌프(35)가 설치되어 있다.
또한 도 1에 도시된 바와 같이, 밸런스 탱크(5)와 UHT(18) 사이에는 내용물을 가압하는 가압 펌프(48)와 유량계(9)가 설치되고, UHT(18)의 제1단 가열부(12)에는, 제1단 가열부(12)를 가열하는 열수 라인(37)이 더 접속되어 있다. 또한 제2단 냉각부(16)에는, 제2단 냉각부(16)를 냉각하는 냉각수 라인(38)이 접속되고, 제3단 냉각부(17)에는 제3단 냉각부(17)를 냉각하는 냉각수 라인(39)이 더 접속되어 있다.
그런데, 전술한 바와 같이 무균 충전 시스템(1A) 안에 복수 지점에 온도계(10, 10a, 10b)가 설치되어 있지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1단 가열부(12)및 제2단 가열부(13) 중 최하류의 제2단 가열부(13)는 가열 배관(13a)을 갖고 있고, 가열 배관(13a)의 입구(유체 입구)(13a1)에는 온도계(10a)[제1 온도계(10a)라고도 함]가 설치되고, 가열 배관(13a)의 출구(유체 출구)(13a2)에는 온도계(10b)[제2 온도계(10b)라고도 함]가 설치되어 있다.
또한, 열수 라인(31) 중, 제2단 가열부(13)의 입구(매체 입구)(31a)에 제3 온도계(10c)가 설치되고, 냉각수 라인(32) 중 제2단 가열부(13)의 출구(매체 출구)(32a)에 제4 온도계(10d)가 설치되어 있다.
다음에 이러한 구성을 포함하는 본 실시형태의 작용에 대해서 설명한다.
우선, 음료가 조합 장치(1)에서 조합되고, 밸런스 탱크(5)로부터 가열 살균 장치(UHT)(18)로 보내지며, 이 가열 살균 장치(18)에서 음료에 대하여 가열 살균 처리가 행해진다.
그리고 가열 살균 장치(18)에서 가열 살균 처리된 음료는, 그 후, 서지 탱크(19)에 저장된 후, 헤드 탱크(11)로 보내진다. 다음에 헤드 탱크(11) 내의 음료는 필러(2)에 공급되고, 필러(2) 내의 충전 노즐(2a)을 통해 병(b) 내로 무균 상태로 충전된다. 다음에 음료가 충전된 병(b)은, 필러(2)로부터 바깥쪽으로 배출된다.
다음에 UHT(18)에 있어서의 작용에 대해서 이하 상세히 설명한다.
우선 도 2에 도시된 바와 같이, 밸런스 탱크(5)로부터 공급된 음료는 UHT(18)의 제1단 가열부(12) 및 제2단 가열부(13)로 보내지고, 이 제1단 가열부(12) 및 제2단 가열부(13)에서, 예컨대 상온(20℃)의 음료가, 예컨대 130℃까지 가열된다. 이와 같이 20℃로부터 130℃까지 음료가 가열되는 동안, 이 음료에 대한 가열 살균 처리가 행해진다.
다음에 제1단 가열부(12) 및 제2단 가열부(13)에서 가열된 음료는, 홀딩 튜브(14) 내에서 도시하지 않은 가열 기구에 의해 목표 온도, 예컨대 130℃까지 보온 내지 가열된다.
다음에 홀딩 튜브(14)로부터의 음료는, 제1단 냉각부(15)에서 냉각되고, 그 온도는, 예컨대 130℃에서 예컨대 100℃까지 강하한다.
또한 제1단 냉각부(15)에 의해 냉각된 음료는, 제2단 냉각부(16) 및 제3단 냉각부(17)에 의해 더 냉각되며, 그 온도는, 예컨대 100℃에서 예컨대 30℃까지 강하한다.
다음에 제3단 냉각부(17)에 의해 냉각된 음료는, 매니폴드 밸브(8)를 통해 서지 탱크(19)로 보내진다.
그 동안, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2단 가열부(13) 내에, 열수 라인(31)을 흐르는 고온수(열수)가 공급되고, 이 제2단 가열부(13)에서 음료를 가열한다. 제2단 가열부(13)에서 음료를 가열하는 열수는, 그 후, 냉각수가 되어, 냉각수 라인(32)을 흐른다. 다음에 냉각수 라인(32)의 냉각수는 제1단 냉각부(15)로 공급되고, 제1단 냉각부(15)에서 고온의 음료를 냉각한다. 제1단 냉각부(15)에서 냉각수는, 그 온도가 상승하여 고온수(열수)가 되어, 열수 라인(31) 내로 들어간다.
다음에 열수 라인(31) 내에서 흐르는 열수에 대하여 가열 증기 공급부(33)로부터 가열 증기가 공급되며, 열수의 온도는 상승한다.
도 3에 도시된 열수 라인(31)과 냉각수 라인(32)을 포함하는 순환 라인(30)은, 외부로부터 밀폐된 밀폐 라인으로 되어 있기 때문에, 순환 라인(30) 내에서 흐르는 열수 및 냉각수는 무균 상태로 유지되고 있다.
전술한 바와 같이 병(b)에 대한 무균 충전 작업이 종료된 후, UHT(18)의 CIP 세정 작업을 행한다.
우선 도 1에 도시된 바와 같이, UHT(18) 내의 내용물을 외부로 방출한 후, 밸런스 탱크(5) 내에 세정액 및 린스액을 순차 공급하고, 밸런스 탱크(5)와, UHT(18)와, 이들 밸런스 탱크(5)와 UHT(18)를 접속하는 상류측 배관부(7a)와, 밸런스 탱크(5)와 UHT(18)를 접속하는 복귀 라인(6)을 포함하는 유체 순환 라인(18A)을 이용하여 UHT(18) 내를 세정한다.
일반적으로 CIP 세정은, 물에 가성소다(수산화나트륨), 수산화칼륨, 탄산나트륨, 규산나트륨, 인산나트륨, 차아염소산나트륨, 계면활성제 및 킬레이트제 등을 혼합한 알칼리성 약제를 첨가한 알칼리성 세정액을 UHT(18) 내에 흐르게 한 후에, 도시하지 않은 세정액 공급원으로부터 공급되는 물에 질산계나 인산계의 산성 약제를 첨가한 산성 세정액을 UHT(18) 내로 흐르게 함으로써 행해진다. 또한, CIP 세정에 있어서 알칼리성 세정액 또는 산성 세정액은, 전술한 순서로 흐르게 하는 것에 한정되지 않고, 예컨대 산성 세정액을 흐르게 한 후에 알칼리성 세정액을 흐르게 하여도 상관없고, 산성 세정액 또는 알칼리성 세정액 중 어느 하나만, 또는 열수만을 흐르게 하여 세정을 행하여도 상관없다. 이 경우, 알칼리 세정액, 산성 세정액, 및 열수는 세정액을 구성한다.
구체적으로는 처음에 밸런스 탱크(5) 내에 가성소다 등의 알칼리성 세정액을 공급하고, 가압 펌프(48)를 작동시켜 이 알칼리성 세정액을 밸런스 탱크(5)와, UHT(18)와, 상류측 배관부(7a)와, 복귀 라인(6)을 포함하는 유체 순환 라인(18A) 안으로 흐르게 한다. 그 후, 이 유체 순환 라인(18A)으로부터 알칼리 세정액을 방출한 후, 밸런스 탱크(5) 내에 린스액(물)을 공급하고, 린스액을 밸런스 탱크(5)와, UHT(18)와, 상류측 배관부(7a)와, 복귀 라인(6)을 포함하는 유체 순환 라인(18A) 안으로 흐르게 한다. 그 후, 액체 순환 라인(18A)으로부터 린스액을 방출한다.
그 후, 전술과 동일하게 하여, 상기 유체 순환 라인(18A) 안에 질산이나 인산 등의 산성 세정액을 흐르게 한다. 그 후, 유체 순환 라인(18A)으로부터 산성 세정액을 방출하여, 유체 순환 라인(18A) 내에 린스액을 흐르게 하고, 다음에 액체 순환 라인(18A)으로부터 린스액을 방출한다.
이와 같이 하여 UHT(18)에 대하여, CIP 세정을 행할 수 있다.
이와 같이, UHT(18)의 밸런스 탱크(5) 내에, 알칼리성 세정액, 산성 세정액, 린스액을 순차적으로 공급하여, 가압 펌프(48)를 작동시킴으로써, 밸런스 탱크(5)와, UHT(18)와, 상류측 배관부(7a)와, 복귀 라인(6)을 포함하는 유체 순환 라인(18A) 안에, 이들 유체를 공급하여 CIP 세정을 행할 수 있으며, 이 경우, 가압 펌프(48)는 유체 공급부로서 기능한다.
그 동안, CIP 세정은 제어부(40)에 의해 제어된다.
즉, 제어부(40)는 가압 펌프(48)를 작동하여, 전술한 알칼리성 세정액, 산성 세정액, 린스액을 유체 순환 라인(18A)에 순차 흐르게 하여, UHT(18) 내, 특히 UHT(18) 중 내부가 오염되기 쉬운 제2단 가열부(13)의 가열 배관(13a) 내를 세정한다. 여기서 제2단 가열부(13)의 가열 배관(13a)은 내용물을 고온으로 가열 살균하는 부분이며, 가열 배관(13a) 내면에 눌어붙음 등의 오염이 발생하기 쉽다.
본 실시형태에 있어서는, 후술한 바와 같이 오염되기 쉬운 제2단 가열부(13)의 가열 배관(13a)의 총괄 전열계수를 모니터링하고, 효율적으로 CIP 세정을 행하여 UHT(18) 내를 세정한다.
다음에 제어부(40)에 의한 CIP 세정 방법에 대해서, 이하 설명한다.
제어부(40)는 각종 데이터를 기억하는 기억부(41)와, 제2단 가열부(13)의 가열 배관(13a)의 총괄 전열계수를 구하는 모니터링부(42)와, 모니터링부(42)에서 구한 총괄 전열계수가 원하는 값을 초과했는지 여부를 판단하여, 총괄 전열계수가 원하는 값을 초과한 경우에, UHT(18) 내의 세정이 완료되었다고 판단하고, UHT(18) 내의 세정을 종료시킨다. 다음에 세정액의 공급 공정으로부터 린스액의 공급 공정 또는 음료의 제조 공정으로 이행하거나, 혹은 가압 펌프(48)를 정지시킨다(도 8 참조). 또한 모니터링부(42)에서 구해진 총괄 전열계수는, 기억부(41)에 저장된다. 또한 제어부(40)는, 기억부(41) 내에 저장된 총괄 전열계수를 이용하여, CIP 세정시에 있어서의 UHT(18) 내의 최적의 세정 조건을 구하는 세정 조건 결정부(44)를 포함한다. UHT(18)의 최적의 세정 조건(CIP 조건)으로는, 각종 제품액으로서의 음료나 제조 시간에 따른 눌어붙음 등의 오염에 대하여, 알칼리성 세정액, 린스액, 산성 세정액, 린스액의 각각의 세정 시간, 세정액의 농도, 세정액의 종류, 세정액의 유량, 공급 패턴, 공급 사이클의 반복 횟수 등을 포함하는 최적의 세정 조건을 생각할 수 있다.
다음에 이러한 구성을 갖는 제어부(40)의 작용을 설명한다.
제어부(40)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 우선 전술한 바와 같이 가압 펌프(48)를 작동시켜, 알칼리성 세정액, 산성 세정액 및 린스액을 순차, 밸런스 탱크(5)와, UHT(18)와, 상류측 배관부(7a)와, 복귀 라인(6)을 포함하는 유체 순환 라인(18A) 내로 공급하여 순환시킨다. 그 동안, 제어부(40)는 열수 라인(가열부)(31)를 작동시켜, 제2단 가열부(13)의 가열 배관(13a)을 가열한다. 동시에 제어부(40)는 냉각수 라인(32)을 작동시킨다.
구체적으로는 도 3에 도시된 바와 같이, 제2단 가열부(13)가 열수 라인(31)에 의해 가열되고, 또한 이 열수 라인(31) 안의 열수가 가열 증기 공급부(33)로부터 공급되는 가열 증기에 의해 가열된다.
이에 따라, 제2단 가열부(13)의 가열 배관(13a)의 입구(유체 입구)(13a1)의 온도는 온도계(10a)로 측정되어 89℃가 되고, 가열 배관(13a)의 출구(유체 출구)(13a2)의 온도는 온도계(10b)로 측정된다(120℃). 동시에 제1 냉각부(15)의 냉각 배관(15a)의 입구(15a1)의 온도는 온도계(10)로 측정되고(118℃), 냉각 배관(15a)의 출구(15a2)의 온도는 온도계(10)로 측정된다(97℃).
한편, 열수 라인(31)의 제2단 가열부(13) 입구(매체 입구)(31a)의 온도는 온도계(10c)로 측정되고(130℃), 냉각수 라인(32)의 제2단 가열부(12)의 출구(매체 출구)(32a)의 온도는 온도계(10d)로 측정된다(90℃).
동시에 냉각수 라인(32)의 제1단 냉각부(15)의 입구(32b)의 온도는 90℃, 열수 라인(31)의 제1단 냉각부(15)의 출구(31b)의 온도는 118℃가 된다.
제어부(40)는, 온도계(10a, 10b, 10c, 10d)에 의해 측정된 각 온도계(10a, 10b, 10c, 10d)의 온도로부터, 제2단 가열부(13)의 가열 배관(13a)의 총괄 전열계수(U값)를 구한다.
구체적으로는, 제2단 가열부(13)의 가열 배관(13a)의 입구(유체 입구)(13a1) 및 출구(유체 출구)(13a2)에 있어서의 알칼리성 세정액, 산성 세정액, 또는 린스액을 포함하는 유체의 온도 T1과 온도 T2가 온도계(10a, 10b)에 의해 구해진다.
또한 제2단 가열부(13)의 입구(매체 입구)(31a) 및 출구(매체 출구)(32a)에 있어서의 열수(매체)의 온도 T3과 온도 T4가 온도계(10c, 10d)에 의해 구해진다.
동시에 밸런스 탱크(5)와, UHT(18)와, 상류측 배관부(7a)와, 복귀 라인(6)을 포함하는 유체 순환 라인(18A)을 순환하는 유체의 유량(R)이 유량계(9)에 의해 구해진다.
제어부(40)의 모니터링부(42)는 상기 온도 T1, T2, T3, T4에 기초하여, 우선 제2단 가열부(13)에 있어서의 대수 평균 온도차(△T)를 구한다.
구체적으로는 대수 평균 온도차(△T)는 이하와 같이 하여 구해진다.
Figure pct00001
다음에 온도 T1과, 온도 T2와, 유량 R(L/h)에 의해, 제2단 가열부(13)에 있어서의 열량(Q)이 구해진다. 단, 비열을 1(kcal/kg·℃), 비중량을 1(kg/L)로 한 경우
Q=1×1×R×(T2-T1) (2식)
또한 제2단 가열부(13)의 가열 배관(13a)의 전열 면적 A(㎡)는 미리 정해져 있다.
이상으로부터 모니터링부(42)는,
U=Q/(A×△T) (3식)
에 의해 제2단 가열부(13)의 총괄 전열계수(U값)를 구한다.
제2단 가열부(13)의 U값은, UHT(18)를 사용하여 내용물을 가열함에 따라 저하되어 가지만, UHT(18)에 대하여 CIP 세정을 행함으로써, 이 U값이 서서히 상승한다. 그리고 U값이 원하는 값까지 도달하면, CIP 세정을 종료할 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, 제어부(40)의 모니터링부(42)에서, 제2단 가열부(13)의 U값을 구하고, 또한 이 U값을 모니터링하고 있다. 그리고 모니터링부(42)에서 모니터링하고 있는 U값이 원하는 값에 도달한 경우에, 다음 공정으로 이행하거나, 또는 제어부(40)의 정지부(43)가 가압 펌프(48)를 정지시키고, 제어부(40)는, 동시에 열수 라인(31) 및 냉각수 라인(32)의 작동을 정지한다.
모니터링부(42)에서 모니터링된 U값은, 기억부(41)에 저장된다. 제어부(40)의 유체 공급 패턴 결정부(44)는, 기억부(41)에 저장된 U값에 기초하여, CIP 세정에 있어서의 최적의 유체 공급 패턴을 결정한다.
본 실시형태에 있어서, CIP 세정에 있어서, 유체 순환 라인(18A)에 대하여, 소정 농도의 알칼리성 세정액, 린스액, 소정 농도의 산성 세정액, 린스액이 각각 소정 시간 공급되고, 알칼리성 세정액, 린스액, 산성 세정액, 린스액의 공급 사이클이 반복된다.
본 실시형태에 따르면, 제2단 가열부(13)에 있어서의 U값을 모니터링함으로써 각종 제품이나 제조 시간에 따른 눌어붙음 등의 오염에 대하여, 알칼리성 세정액, 린스액, 산성 세정액, 린스액의 각각의 세정 시간, 세정액의 농도, 세정액의 종류, 세정액의 유량, 공급 패턴, 공급 사이클의 반복 횟수 등을 포함하는 최적의 세정 조건(CIP 조건)을 결정할 수 있다.
이상과 같이 본 실시형태에 따르면, CIP 세정 중에 제2단 가열부(13)의 U값을 구하고, 또한 이 U값을 모니터링하여, U값이 원하는 값에 도달하면 CIP 세정을 정지하고, 다음 공정으로 이행할 수 있다. 이 때문에 필요 이상으로 CIP 세정을 계속할 필요는 없으며, CIP 세정을 효율적으로 실시할 수 있다.
게다가 또, 제2단 가열부(13)를 가열하면서 제2단 가열부(13)의 U값을 구하기 때문에, 유체 입구(13a1)와 유체 출구(13a2)의 유체 온도 T1, T2 사이에 적절한 온도차를 형성할 수 있어, 상기 식 (1)을 이용하여 확실하게 제2단 가열부(13)의 U값을 구할 수 있다. 일반적으로 CIP 세정을 실행할 때, 제2단 가열부(13)는, 특별히 가열되는 일은 없고, 제1단∼제3단 냉각부(15∼17)도 특별히 냉각되는 일은 없다. 이 경우, 세정액 혹은 린스액은 일정한 온도를 가지고 유체 순환 라인(18)의 제1단 및 제2단 가열부(12, 13) 및 제1단∼제3단 냉각부(15∼17) 내에서 흐른다. 특히 제2단 가열부(13)의 가열 배관(13a)의 입구(13a1) 및 출구(13a2) 사이에서 온도차가 생기는 일은 없기 때문에, 전술한 수법에 의해 제2단 가열부(13)의 U값을 구할 수는 없다. 이것에 대하여, 본 실시형태에 따르면, 전술한 바와 같이 용이하고 또한 확실하게 제2단 가열부(13)의 U값을 구하는 것이 가능해진다.
실시예
이하, 본 개시의 구체적 실시예에 대해서 도 4 내지 도 6에 의해 설명한다.
우선 도 4에 의해, 무균 충전 시스템을 사용하여 내용물이 충전된 병(b)을 생산할 때의 제2단 가열부(13)에 있어서의 U값을 나타낸다.
도 4에 있어서, 내용물로서 밀크 커피를 이용한 경우, 제2단 가열부(13)에 있어서의 U값은 서서히 강하한다.
본 실시형태에 있어서, 밀크 커피를 이용한 무균 충전 시스템의 사용 후에 UHT(18)에 대하여 CIP 세정을 행한다(도 5 참조). 이 경우 CIP 세정시에 알칼리성 세정액의 공급, 린스액의 공급, 산성 세정액의 공급, 린스액의 공급을 반복한다. 이에 따라, 밀크 커피와 같이 가열시에 배관 내부가 눌어붙어 오염되기 쉬운 것을 내용물로서 이용한 경우여도, CIP 세정을 행함으로써, 제2단 가열부(13)의 U값이 서서히 상승해 나가는 것을 알 수 있다.
본 실시형태에 있어서, U값이 원하는 값에 도달하면 UHT(18)에 대한 CIP 세정을 정지한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따르면 불필요하게 장시간에 걸쳐 CIP 세정을 행하지 않고, 적절한 시간만큼 CIP 세정을 행하여, UHT(18) 내를 확실하게 세정할 수 있다.
다음에 도 6에 의해, 무균 충전 시스템을 사용하여 내용물이 충전된 병(b)을 생산할 때의 U값을 나타낸다.
도 6에 있어서, 내용물로서 블랙 커피를 이용한 경우, 제2단 가열부(13)에 있어서의 U값은 서서히 강하한다.
본 실시형태에 있어서, 블랙 커피를 이용한 무균 충전 시스템의 사용 후에, UHT(18)에 대하여 CIP 세정을 행한다. 이 경우, CIP 세정시에, 알칼리성 세정액의 공급, 린스액의 공급, 산성 세정액의 공급, 린스액의 공급을 반복한다. 이에 따라, 블랙 커피와 같이 가열시에 배관 내가 눌어붙어 오염되기 쉬운 것을 내용물로서 이용한 경우여도, CIP 세정을 행함으로써, 제2단 가열부(13)의 U값을 강하 전의 값까지 되돌릴 수 있다.
본 실시형태에 있어서, U값이 원하는 값에 도달하면 UHT(18)에 대한 CIP 세정을 정지한다. 다음에 CIP 세정 후, 소정 시간을 두고, 내용물로서 블랙 커피를 이용하고, 무균 충전 시스템을 사용하여 블랙 커피를 무균 상태로 병(b)에 충전한다.
도 6에 도시된 실시예에 있어서도, 불필요하게 장시간에 걸쳐 CIP 세정을 행하지 않고, 적절한 시간만큼 CIP 세정을 행하여, UHT(18) 내를 확실하게 세정할 수 있다.
상기한 실시형태에 있어서, 제2단 가열부(13)와 제1단 냉각부(15) 사이에 있어서의 가열 매체 및 냉각 매체의 흐름에 대해서 설명하였으나(도 3 참조), 제1, 2단 가열부(12, 13)와 제1, 2, 3단 냉각부(15, 16, 17) 사이에서 동일하게 가열 매체 및 냉각 매체를 흐르게 하여도 좋고, 또한, 가열 살균 장치(18)는, 셸 & 튜브식 열교환기를 갖고 있어도 좋으며, 플레이트식 열교환기를 갖고 있어도 좋다. 또한, 필러(2)는, 무균 충전기에 한정되지 않고, 핫팩이나 냉동 음료 등도 포함시켜 음료를 가열 살균할 수 있는 것이라면, 어떠한 구조를 갖고 있어도 좋다.
1A : 무균 충전 시스템 1 : 조합 장치
2 : 필러 2a : 충전 노즐
3 : 무균 챔버 3a : 분무기
5 : 밸런스 탱크 6 : 복귀 라인
7 : 음료 공급계 배관 7a : 상류측 배관부
7b : 하류측 배관부 7c : 연결 배관부
10 : 온도계 10a : 제1 온도계
10b : 제2 온도계 10c : 제3 온도계
10d : 제4 온도계 11 : 헤드 탱크
12 : 제1단 가열부 13 : 제2단 가열부
14 : 홀딩 튜브 15 : 제1단 냉각부
16 :제2단 냉각부 17 : 제3단 냉각부
18 : 가열 살균 장치(UHT) 18A : 유체 순환 라인
30 : 순환 라인 31 : 열수 라인
32 : 냉각수 라인 33 : 가열 증기 공급부
35 : 가압 펌프 37 : 열수 라인
38 : 냉각수 라인 39 : 냉각수 라인
40 : 제어부 41 : 기억부
42 : 모니터링부 43 : 정지부
44 : 유체 공급 패턴 결정부 48 : 가압 펌프

Claims (8)

  1. 유체 입구와 유체 출구를 갖는 가열 배관을 가지며, 내용물을 가열하는 가열 섹션을 구비한 가열 살균 시스템의 세정 방법으로서,
    상기 가열 살균 시스템 내에, 적어도 세정액을 포함하는 유체를 흐르게 하여 상기 가열 살균 시스템 내를 세정하는 공정과,
    상기 가열 섹션의 가열 배관을 외측에서 매체를 이용하여 가열하는 공정과,
    상기 가열 배관의 유체 입구 및 유체 출구에 있어서의 상기 유체의 유체 온도를 측정하는 공정과,
    상기 가열 섹션의 매체 입구 및 매체 출구에 있어서의 매체의 매체 온도를 측정하는 공정과,
    상기 가열 배관의 유체 입구 및 유체 출구의 유체 온도와, 상기 가열 섹션의 매체 입구 및 매체 출구의 매체 온도에 기초하여, 상기 가열 배관의 총괄 전열계수를 구하여 모니터링하는 공정
    을 포함한 가열 살균 시스템의 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 총괄 전열계수가 원하는 값을 초과했을 때에, 상기 가열 살균 시스템 내의 세정을 종료하는 것인 가열 살균 시스템의 세정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 총괄 전열계수에 기초하여, 상기 가열 살균 시스템의 세정 조건을 정하는 것인 가열 살균 시스템의 세정 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 섹션은 복수 배치되고, 최하류의 가열 섹션의 가열 배관에 있어서의 총괄 전열계수를 모니터링하는 것인 가열 살균 시스템의 세정 방법.
  5. 유체 입구와 유체 출구를 갖는 가열 배관을 가지며, 내용물을 가열하는 가열 섹션을 구비한 가열 살균 시스템의 세정 장치에 있어서,
    상기 가열 살균 시스템 내에, 적어도 세정액을 포함하는 유체를 흐르게 하여 상기 가열 살균 시스템 내를 세정하는 유체 공급부와,
    상기 가열 섹션의 상기 가열 배관을 외측에서 매체를 이용하여 가열하는 가열부와,
    상기 가열 섹션의 유체 입구 및 유체 출구에 있어서의 상기 유체의 유체 온도와, 상기 가열 배관의 매체 입구 및 매체 출구에 있어서의 매체의 매체 온도를 측정하는 온도계와,
    제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 가열 배관의 유체 입구 및 유체 출구의 유체 온도와, 상기 가열 섹션의 매체 입구 및 매체 출구의 매체 온도에 기초하여, 상기 가열 배관의 총괄 전열계수를 구하여 모니터링하는 모니터링부를 갖는 것인 가열 살균 시스템의 세정 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는 상기 총괄 전열계수가 원하는 값을 초과했을 때에, 상기 가열 살균 시스템 내의 세정을 종료하는 것인 가열 살균 시스템의 세정 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제어부는 상기 총괄 전열계수에 기초하여, 상기 가열 살균 시스템의 세정 조건을 정하는 세정 조건 결정부를 갖는 것인 가열 살균 시스템의 세정 장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 섹션은, 복수 배치되고, 상기 제어부는 최하류의 가열 섹션의 가열 배관에 있어서의 총괄 전열계수를 모니터링하는 것인 가열 살균 시스템의 세정 장치.
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