WO2012077307A1

WO2012077307A1 - 殺菌液ガス化装置

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Publication number: WO2012077307A1
Application number: PCT/JP2011/006733
Authority: WO
Inventors: 泰昌伊藤; 陽次西尾; 和正西内
Original assignee: 四国化工機株式会社
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2012-06-14
Also published as: EP2650023A1; JPWO2012077307A1; JP5856568B2

Abstract

　殺菌液のガス化効率に優れ、消費電気エネルギーが少なく、かつ、コンパクトでメンテナンスが容易な殺菌液ガス化装置を提供する。　一端に熱風入口と他端に熱風出口とを有する熱風管３と、熱風入口に殺菌液をガス化しうる温度の熱風を供給する熱風源２と、熱風出口から噴出する熱風の流れと逆向きに殺菌液を噴霧し、噴霧され微粒子化した殺菌液を熱風と衝突させるための噴霧ノズル４と、少なくとも熱風管３の熱風出口及び噴霧ノズル４の先端の噴出部を取り囲んでいる密閉状のガス化タンク１とを備えており、ガス化タンク１における熱風出口を挟んで噴霧ノズル４の先端の噴出部と反対側にガス排出口８が形成されている殺菌液ガス化装置である。

Description

殺菌液ガス化装置

　本発明は、例えば、容器包材を殺菌するために用いられる殺菌液をガス化するガス化装置に関する。

　従来、牛乳や清涼飲料等の液体食品を、紙容器やＰＥＴボトル等のプラスチック容器に充填するにあたって、製品の棚寿命を延ばす目的で、液体食品充填前の容器を過酸化水素等の殺菌剤を用いて殺菌している。容器を殺菌する方法としては、容器を殺菌剤液槽に浸漬する方法や、容器にガス状又は液状の殺菌剤を噴霧する方法が知られている。過酸化水素をガス化して容器等の包材を殺菌あるいは滅菌する場合、噴霧ノズルにより微粒子状又は滴下ノズルにより液滴状で発熱体に接触させ、高温雰囲気中でガス化する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

　殺菌液を噴霧して発熱体に接触させる方法は、ガス化効率は良いが、異物、もしくは殺菌液に含まれている安定剤の析出により噴霧ノズルに目詰まりが発生する場合がある。これらの問題点を避けるため、本発明者らは、上端に入口を、下端に出口をそれぞれ有する垂直状熱風管と、入口に殺菌液をガス化しうる温度の熱風を供給する熱風発生機と、熱風管内に殺菌液を噴霧する噴霧ノズルと、出口と相対させられるようにこれの下方に配置されているプレートヒータとを備え、熱風管の出口を含む下部及びプレートヒータを密閉状ガス化タンクが取り囲み、ガス化タンクの上部にガス排出口が形成されている殺菌液ガス化装置を提案している（例えば、特許文献２参照）。

　また、一端に入り口と他端に出口をそれぞれ有する熱風管と、入り口に殺菌液をガス化しうる温度の熱風を供給する熱風源と、熱風管内に殺菌液を噴霧する噴霧手段とを備えている殺菌剤ガス化装置において、前記噴霧手段が噴口を熱風管内に臨ませた気液混合二重管構造の噴霧ノズルを有する、気泡の発生を抑制しつつ、過酸化水素送液ポンプの負荷が軽減され、送液状況の安定化を図ることができ、ガス化効率を高めることができる殺菌剤ガス化装置を提案している（例えば、特許文献３参照）。

　その他、液状の殺菌剤を貯留するタンクと、該タンクから輸送された殺菌剤を殺菌対象物に噴霧する噴霧手段と、前記タンク及び噴霧手段を連通してタンク内の液状の殺菌剤を噴霧手段に案内する案内パイプと、タンクの上流又は案内パイプに設けられ、タンクから案内パイプを通じて噴霧手段へ液状の殺菌剤を輸送するための輸送手段と、輸送手段の下流であって案内パイプに設けられた、その上流側の案内パイプ内を所定圧力に維持するための絞り手段と、輸送手段及び絞り手段の間に設けられた圧力検出手段とを備えた、液状の殺菌剤の流量を監視することができる殺菌装置を提案している（例えば、特許文献４参照）。

　また、熱風中に殺菌剤をスプレーし、その下流側に数個の温度センサーを設置し、個々の温度差によりガス化効率をモニタリングする、大量のガス化装置が提案されている（例えば、特許文献５参照）。このガス化装置では、隣接する温度センサーの値の差が大きければガス化が不十分であるとし、熱風の温度を上げるため電気ヒータの出力をアップさせるシステムを採用しているが、このシステムでは制御システムが複雑で、また温度センサーを数個設置するだけのスペースが必要となり、装置が大型化する上に、殺菌剤と熱風が均一に混合していなければ温度センサーが感知する温度が安定せず、結局安定したガスの発生が困難となる。

特開平３－２２４４６９号公報特開２００１－２７６１８９号公報特開２００７－２０７４４号公報特開２００５－２０００２７号公報特開２００３－３３９８２９号公報

　殺菌液をガス化して容器等の包材を殺菌あるいは滅菌する場合、既製噴霧ノズルにより殺菌液を微粒子状又は滴下ノズルにより液滴状で発熱体を有する高温雰囲気中でガス化を行う方法が用いられている。殺菌液を噴霧して発熱体に接触させる方法は、ガス化効率は良いが、異物、もしくは殺菌液に含まれている安定剤の析出により目詰まりが発生する場合がある。これらの問題点を避けるため、ノズル先端内径２ｍｍのノズル（パイプ）を使用している。本発明者らは、途中にチーズ配管を組込み、一方から微粒子化用圧縮エアー供給、他方から過酸化水素をプランジャーポンプにて圧送して混合し、ノズル末端からはエアーと過酸化水素が混合されたミスト状で噴出させ、このミストが熱風によりガス化される装置を開発した。しかし、この方法で圧縮エアーと過酸化水素を混合する場合、過酸化水素送液ポンプに少なくともエアー圧力以上の負荷がかかる。例えば、先端が２ｍｍで瞬間蒸発が可能な細かいミストを形成させるには５０Ｌ／分以上のエアー供給が必要で、そのときのエアー圧は０．１ＭＰａ程度である。過酸化水素は発泡性の液体であり、送液中の管内摩擦、自然分解により気泡を発生し成長させる。この気泡がポンプのヘッドに流入するとエアークッション（いわゆるガスロック現象）となり送液しない状況が発生する。ポンプの定量性が欠けることはすなわち殺菌不良の危険性と隣り合わせであるとともに、充填機の異常停止となり、稼働率低下にもなってしまう。

　この問題点を解決するために、本発明者らは特許文献３（特開２００７－２０７４４号公報）に開示された殺菌液ガス化装置を開発・実用化しているが、この殺菌液ガス化装置では噴霧ノズルにより微粒子化した殺菌液が熱風管に衝突し、事前に微粒子化した殺菌液が再び液滴状に戻ってしまうことがある。すなわちガス化の効率が低下してしまうことがある。そのため、補助的にガス化装置底面に発熱体（プレートヒータ）を設置し、完全に気化させた状態で容器に搬送せざるを得なかった。またガス化量をアップさせるために熱風管の長さを延長することで熱風との接触時間を延ばしている。これらは必然的に装置の大型化を招き、ガス化効率が悪いため電気エネルギー消費量も大きい。

　本発明の課題は、殺菌液のガス化効率に優れ、消費電気エネルギーが少なく、かつ、コンパクトでメンテナンスが容易な殺菌液ガス化装置を提供することにある。

　本発明者らは、プレートヒータを備えた従来の殺菌液ガス化装置における消費電気エネルギーの節減を図るべく検討を始めた。微粒子化した殺菌液を噴霧した場合、再び液滴状に戻ってしまうという経験から、従来のこの種の殺菌液ガス化装置においてはプレートヒータは不可欠とされていたが、検討の一環として、プレートヒータを必要としないガス化装置の開発に取り組むこととした。殺菌液ガス化装置のガス化タンク底面に配設されていたプレートヒータを取り外した場合を想定したとき、微粒子化した殺菌液（例えば過酸化水素水）を熱風に対向衝突するように噴霧ノズルをガス化タンクの低板中央部を貫通するように装着するアイディアが閃いた。そこで、噴霧ノズルをガス化タンクの低板中央部を貫通するように装着し、ノズルの先端の噴口部を熱風管内に位置するように調整して実験を行ったところ、やはり噴霧ノズルにより微粒子化した殺菌液が熱風管に衝突し、事前に微粒子化した殺菌液が再び液滴状に戻ってしまうことがわかり、この衝突方向噴霧タイプのガス化構想をあきらめかけたとき、たまたまノズルの先端の噴口部の位置を熱風管の開口部である熱風出口の下方とし、熱風出口から噴出する熱風の流れと逆向きに殺菌液を噴霧し、噴霧され微粒子化した殺菌液を熱風と衝突させたところ、熱風管の熱風出口の管壁が濡れることなく、完全にガス化した殺菌液をガス排出口に導出しうることを見いだし、本発明を完成するに至った。

　すなわち本発明は、（１）一端に熱風入口と他端に熱風出口とを有する熱風管と、熱風入口に殺菌液をガス化しうる温度の熱風を供給する熱風源と、熱風出口から噴出する熱風の流れと逆向きに殺菌液を噴霧し、噴霧され微粒子化した殺菌液を熱風と衝突させるための噴霧ノズルと、少なくとも熱風管の熱風出口及び噴霧ノズルの先端の噴出部を取り囲んでいる密閉状のガス化タンクとを備えており、ガス化タンクにおける熱風出口を挟んで噴霧ノズルの先端の噴出部と反対側にガス排出口が形成されていることを特徴とする殺菌液ガス化装置や、（２）噴霧ノズルが、気液混合二重管構造の噴霧ノズルであることを特徴とする上記（１）記載の殺菌液ガス化装置に関する。

　従来のこの種の殺菌液ガス化装置においてプレートヒータを使用しない場合、大量のガス化を行うため必然的に熱風の温度を高く設定する必要があり、その結果ガス温度も高くなっていたが、本発明の殺菌液ガス化装置によると、殺菌液のガス化効率が向上し、多量のガス化が可能となり、充填機に搭載するガス化ユニット台数が低減でき、省スペース化が図れる上に、熱風温度が低くても所定の殺菌液のガス化が可能となるため低温のガスの発生も可能となる。また、従来のこの種の殺菌液ガス化装置において不可欠とされていたプレートヒータを必要としないため、ガス化装置がコンパクトになる上に、自動洗浄が可能となり（プレートヒータがあると防水性のため自動洗浄ができない）、さらに安価でエコ（ヒータエネルギー不要）を実現できる。

本発明の殺菌液ガス化装置（衝突方向噴霧タイプ）の縦断面図である。本発明の殺菌液ガス化装置（衝突方向噴霧タイプ）への殺菌液及びエアーの供給方法を示す系統図である。本発明の殺菌液ガス化装置（衝突方向噴霧タイプ）における気液混合二重管構造の噴霧ノズルの拡大断面図である。従来の殺菌液ガス化装置（水平方向噴霧タイプ；比較例１及び比較例２／対照）の縦断面図である。

　本発明の殺菌液ガス化装置としては、一端に熱風入口と他端に熱風出口とを有する熱風管と、熱風入口に殺菌液をガス化しうる温度の熱風を供給する熱風源と、熱風出口から噴出する熱風の流れと逆向きに殺菌液を噴霧し、噴霧され微粒子化した殺菌液を熱風と衝突させるための噴霧ノズルと、少なくとも熱風管の熱風出口及び噴霧ノズルの先端の噴出部を取り囲んでいる密閉状のガス化タンクとを備えており、ガス化タンクにおける熱風出口を挟んで噴霧ノズルの先端の噴出部と反対側にガス排出口が形成され、プレートヒータを使用していない装置であれば特に制限されず、上記噴霧ノズルとしては、気液混合二重管構造の噴霧ノズル、特に前記特許文献３（特開２００７－２０７４４号公報の図３）記載の気液混合二重管構造の噴霧ノズルであることが好ましい。

　本発明の殺菌液ガス化装置において、熱風管への供給エアー量は０．１～１ｍ^３／ｍｉｎ、気液混合二重管構造の噴霧ノズルへの供給圧縮エアー圧は０．１～０．４ＭＰａとすることができる。また、気液混合二重管構造の噴霧ノズルの供給エアー量を１ｍ^３／ｍｉｎ、圧縮エアー圧を０．３ＭＰａとした場合、過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）等の殺菌液の供給量を５０～１００ｍｌ、熱風入口温度２４０～４４０℃とすることが好ましい。

　ガス化タンクの形状は、垂直筒状とすることが好ましいが、垂直二段筒状とすることもできる。垂直二段筒状のガス化タンクとする場合、垂直短筒状大径ロアタンクと、これの頂壁に直立状に設けられている垂直筒状小径アッパタンクとよりなる。熱風管はガス化タンクと同心円状に配設することが好ましく、また、ガス化タンクと熱風管との直径比は２０：１０～２０：１６、特に２０：１２～２０：１５程度とすることが好ましい。また、熱風管の熱風出口と噴霧ノズルの先端との間隔は、近すぎると熱風管の熱風出口の管壁が濡れることがあり、遠すぎると熱風出口を出た熱風がガス排出口に流れてしまうので、例えば、熱風管の直径が約６０ｍｍのときなど、熱風管の熱風出口と噴霧ノズルの先端との間隔は、５０～１５０ｍｍ、特に９０～１１０ｍｍ程度とすることが好ましい。

　以下、図面を参照して、本発明をより詳しく説明する。図１は本発明の殺菌液ガス化装置（衝突方向噴霧タイプ）の縦断面図である。図２は本発明の殺菌液ガス化装置（衝突方向噴霧タイプ）への殺菌液及びエアーの供給方法を示す系統図である。図３は本発明の殺菌液ガス化装置（衝突方向噴霧タイプ）における気液混合二重管構造の噴霧ノズルの拡大断面図である。

　図１に示されるように、殺菌液ガス化装置は、垂直筒状のガス化タンク１と、ガス化タンク１内に熱風源２により熱風を供給する熱風管３と、熱風管３に向かって殺菌液を噴霧する気液混合二重管構造の噴霧ノズル４とを備えている。噴霧ノズル４は、ガス化タンク１の低板中央部を貫通している垂直筒状ノズル本体と、ノズル本体の先端の噴口部とを備えている。熱風源２の下部に連通状態で連結されている熱風管３は、ガス化タンク１の頂板を貫通してガス化タンク１内に垂設され、その下端（熱風出口）は噴霧ノズル４の先端の噴口部近くまで達しており、そこに出口を開口している。ガス化タンク１の周壁上端には殺菌ガスの排出口８が形成されている。排出口８には誘導管の入口端が接続され、誘導管の出口端は、容器の上方に配置されたガスノズルに接続されている（図示せず）。また、Ａは、排出口８から排出されるガス状殺菌液の温度（ガス温度）を測定する温度センサを、Ｂは、熱風源２より熱風管３に供給される熱風の温度（ヒータ温度）を測定する温度センサを示す。

　また、図２に示すように、本発明の一実施形態に係る噴霧手段は、液状の殺菌剤を貯留する殺菌剤タンク１２と、殺菌剤タンク１２から輸送された殺菌剤を前記熱風管内に噴霧する気液混合二重管構造の噴霧ノズルと、殺菌剤タンク１２及び噴霧ノズルを連通する案内パイプ１３と、案内パイプ１３の上流部に設けられたプランジャーポンプ（輸送手段）１４と、プランジャーポンプ１４の下流側の案内パイプ１３に設けられた絞り手段１５と、絞り手段１５の上流側近傍に設けられた圧力センサ１６と、プランジャーポンプ１４と絞り手段１５の間の案内パイプ１３に設けられたエアチャンバー１７とを備えている。殺菌剤タンク１２は、例えば、耐薬品性のあるステンレスからなり、所定量の殺菌剤を貯留しておくことができる。この殺菌剤タンク１２内の殺菌剤は、レベルセンサによって液面制御されており、殺菌剤タンク１２内の殺菌剤の量が減少すると、レベルセンサがこれを検知して、異物を濾し取るストレーナを介して殺菌剤源から殺菌剤タンク１２内に殺菌剤が供給される。かかる殺菌剤タンク１２に接続された案内パイプ１３は、例えば、耐薬品性の樹脂製又はステンレス製の管で、上流側（殺菌剤タンク１２側）からドレンバルブ３０、ストレーナ３１、プランジャーポンプ１４、ダイヤフラムバルブ３２、エアチャンバー１７、圧力センサ１６、絞り手段１５が設けられ、他端は、図３に示すように、継手部１１において、気液混合二重管構造の噴霧ノズルの内管１０に連通状態で接続されている。このとき、プランジャーポンプ１４から絞り手段１５にかけての案内パイプ１３は、その下流側を下方に指向させず、少なくとも水平又は上方に指向させて設置されており、これにより、気泡の滞留を防止している。エアー供給管１８は、下流側の一端が、図３に示すように、継手部１１において、気液混合二重管構造の噴霧ノズルの外管９に連通状態で接続され、上流側の他端が、図示しない圧力エアー源に接続されており、エアー源側から、電磁弁１９、減圧弁３３、圧力センサ２０及び逆止弁３４を備えている。図示しないエアー源から供給される殺菌剤微粒子化用の圧縮エアーは、減圧弁で制圧され、逆止弁を通過し、噴霧ノズルの外管９を通過した後、前記熱風管内で、案内パイプ１３内を輸送され、噴霧ノズルの内管１０を通過してきた殺菌剤と混合され微粒子化され、ミストとなる。

　熱風源２により熱風管３に熱風を送り込み、同時に、噴霧ノズル４から殺菌液のミストを、熱風出口から噴出する熱風の流れと逆向きに噴霧すると、噴霧され微粒子化したミスト状殺菌液は、熱風管３の熱風出口から噴出する熱風と衝突し、効率よくほぼ完全にガス化される。こうして、ほぼ完全にガス化された殺菌液は、分散上昇させられ、ガス排出口８を通じてガス化タンク１から排出される。排出口８から排出されたガス状殺菌液は、誘導管によって容器のところまで導かれ、ガスノズルによって容器内に噴射される。

　以下、実施例により本発明の殺菌液ガス化装置の性能についてより具体的に説明する。殺菌液ガス化性能試験には、本発明の殺菌液ガス化装置と２種類の従来の殺菌液ガス化装置の計３種類の殺菌液ガス化装置を供試した。

［殺菌液ガス化装置（本発明）］　
　殺菌液ガス化装置として、微粒子化用の気液混合二重管構造の噴霧ノズル（外部混合－外気形；内管の内径が２ｍｍ、外管の内径が３ｍｍ、内管が外管より２ｍｍ長く突出）が装着され、熱風管下端（熱風出口）と噴霧ノズル先端（噴口）との間隔が１００ｍｍに設定されている、ガス化タンク容量１５００ｃｍ^３の図１～図３に示される装置を用いた。

［殺菌液ガス化装置（比較例１）］
　比較例１の殺菌液ガス化装置として、図３に示される微粒子化用の気液混合二重管構造の噴霧ノズル（外部混合－外気形；内管の内径が２ｍｍ、外管の内径が３ｍｍ、内管が外管より３ｍｍ長く突出）が装着された、図４に示される装置（水平方向噴霧タイプ）を用いた。図４に示される殺菌液ガス化装置は、ガス化タンク１’と、ガス化タンク１’内に熱風源２’により熱風を供給する熱風管３’と、熱風管３’内に殺菌剤を噴霧する噴霧ノズル４’とを備えている。ガス化タンク１’は、垂直短筒状大径ロアタンク５と、これの頂壁に直立状に設けられている垂直筒状小径アッパタンク６とよりなり、ロアタンク５の底面にはプレートヒータ７が備えられている。アッパタンク６の周壁上端には殺菌ガスの排出口８’が形成されている。熱風源２’の下部に連通状態で連結されている熱風管３’は、アッパタンク６の頂板を貫通してアッパタンク６内に垂設され、その下端はロアタンク５のプレートヒータ７の近くまで達しており、そこに出口を開口している。なお、プレートヒータ７の電源はオフ状態で使用した。

［殺菌液ガス化装置（比較例２／対照）］　　
　比較例２の殺菌液ガス化装置としては、注射針を備えた噴霧ノズル（あらかじめ空気と殺菌液が混合される内部混合型；内径０．３ｍｍ長さ３０ｍｍの注射針；特許文献４参照）が装着された、図４に示される装置（水平方向噴霧タイプ）を用いた。なお、プレートヒータの電源はオフ状態で使用した場合を比較例２とし、プレートヒータの温度を３００℃の状態で使用した場合を対照とした。

［ガス化性能試験］
　殺菌液として３５質量％の過酸化水素水を用いた。殺菌液は以下の表１～３に「Ｈ_２Ｏ_２量」として示される４０～１００ｍｌ／ｍｉｎの範囲で用い、殺菌液の噴出し速度に相当する「圧縮エアー圧」は０．３ＭＰａ（対照のみ０．３ＭＰａに加えて０．２ＭＰａ）とした。また、熱風管への供給エアー量は１ｍ^３／ｍｉｎとし、熱風管入り口の「ヒータ温度」は以下の表１～３に示される温度範囲に制御した。ガス排出口における「ガス温度」を測定し、以下の表１～３に示した。そしてまた、本発明と比較例の「判定」における○と×の意味は、○：熱風管の熱風出口の管壁が濡れていない状態を表し、×：熱風管の熱風出口の管壁が濡れ、ガス化タンクの底へのボタ落ちが発生する状態を表す。

　殺菌液ガス化装置（本発明）を用いた殺菌液ガス化性能試験の結果を表１に、殺菌液ガス化装置（比較例１）を用いた殺菌液ガス化性能試験の結果を表２に、殺菌液ガス化装置（比較例２／対照）を用いた殺菌液ガス化性能試験の結果を表３に、それぞれ示す。

　これらの結果から、本発明の殺菌液ガス化装置を用いると、プレートヒータを備えていないにもかかわらず、プレートヒータを備えた従来の殺菌液ガス化装置（対照）と同程度のガス化効率を達成することができる他、「Ｈ_２Ｏ_２量」が比較的少ない５０～６０ｍｌ／ｍｉｎでは、低温ガスを得ることができることがわかる。また、本発明の殺菌液ガス化装置を用いると、プレートヒータを備えていない従来の殺菌液ガス化装置（比較例１及び２）と比べて、ガス化効率に優れ、特に低温ガスを得ることができる上に、「Ｈ_２Ｏ_２量」が比較的多い場合であっても、完全なガス化を達成しうることがわかる。

　本発明の殺菌液ガス化装置は、牛乳やジュース等の液体の充填機械の分野において有用である。

　１　ガス化タンク
　２　熱風源
　３　熱風管　
　４　噴霧ノズル　
　８　ガス排出口
　Ａ　ガス状殺菌液の温度（ガス温度）を測定する温度センサ
　Ｂ　熱風の温度（ヒータ温度）を測定する温度センサ

Claims

一端に熱風入口と他端に熱風出口とを有する熱風管と、熱風入口に殺菌液をガス化しうる温度の熱風を供給する熱風源と、熱風出口から噴出する熱風の流れと逆向きに殺菌液を噴霧し、噴霧され微粒子化した殺菌液を熱風と衝突させるための噴霧ノズルと、少なくとも熱風管の熱風出口及び噴霧ノズルの先端の噴出部を取り囲んでいる密閉状のガス化タンクとを備えており、ガス化タンクにおける熱風出口を挟んで噴霧ノズルの先端の噴出部と反対側にガス排出口が形成されていることを特徴とする殺菌液ガス化装置。
噴霧ノズルが、気液混合二重管構造の噴霧ノズルであることを特徴とする請求項１記載の殺菌液ガス化装置。