(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に充填される液体を加熱殺菌する加熱殺菌装置と、
高温液体を容器に充填する充填バルブと、
前記加熱殺菌装置で加熱殺菌された高温液体を、前記充填バルブに導く導入通路と、
前記充填バルブに導入された高温液体を、前記導入通路に還流させる還流通路と、
該還流通路を介して前記導入通路に還流される高温液体を、再加熱する再加熱装置と、
高温液体の充填時には、前記充填バルブに導入された高温液体を容器に充填する一方、高温液体の充填停止時には、前記充填バルブに導入された高温液体の所定量を前記還流通路に導くバルブ制御手段と、
を含んで構成されることを特徴とする液体の高温充填装置。
【請求項２】
前記還流通路は、高温液体の充填時に、前記容器内の空気を排出することを特徴とする請求項１記載の液体の高温充填装置。
【請求項３】
前記還流通路には、液体と空気とを分離する気液分離装置が介装されたことを特徴とする請求項２記載の液体の高温充填装置。
【請求項４】
前記還流通路には、その内部を大気開放する開放弁が接続され、
高温液体の充填開始時に、前記開放弁が所定時間開弁されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の液体の高温充填装置。
【請求項５】
前記充填バルブは、前記導入通路を介して導入される高温液体流量を制御する液入口弁と、前記容器への高温液体の充填量を制御する液出口弁と、を備え、
前記バルブ制御手段は、高温液体の充填時には、前記液入口弁と液出口弁とを全開に制御し、高温液体の充填停止時には、前記液入口弁を微開に制御する一方、前記液出口弁を全閉に制御することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の液体の高温充填装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体の高温充填装置において、特に、エネルギ消費及び品質劣化を抑制しつつ、加熱殺菌後の液体温度の低下を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、飲料水などの製造工程においては、飲料水充填経路における雑菌等の増殖を抑制するため、飲料水を加熱殺菌した後、高温状態の飲料水をそのまま容器に充填する構成が採用されている。そして、飲料水充填経路における飲料水温度の低下を防止するために、例えば、特開昭５９−７４０９７号公報に開示されるように、飲料水の充填停止中には、充填バルブに導入される飲料水の全量を飲料水タンクに戻し、これを再度加熱殺菌して循環させる技術が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる構成においては、飲料水充填経路における飲料水温度の低下を防止できるものの、次のような問題点があった。即ち、飲料水の充填停止中には、飲料水の全量を再度加熱殺菌させるため、加熱殺菌装置が大型化すると共に、加熱に要する電力等のエネルギが大であった。また、飲料水が何度も加熱殺菌されることから、飲料水品質が劣化するおそれもあった。
【０００４】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、飲料水などの液体の充填停止中には、充填バルブに導入された高温液体の所定量を再加熱しつつ循環させるようにして、エネルギ消費及び品質劣化を抑制しつつ、液体温度の低下を防止した液体の高温充填装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の発明では、容器に充填される液体を加熱殺菌する加熱殺菌装置と、高温液体を容器に充填する充填バルブと、前記加熱殺菌装置で加熱殺菌された高温液体を、前記充填バルブに導く導入通路と、前記充填バルブに導入された高温液体を、前記導入通路に還流させる還流通路と、該還流通路を介して前記導入通路に還流される高温液体を、再加熱する再加熱装置と、高温液体の充填時には、前記充填バルブに導入された高温液体を容器に充填する一方、高温液体の充填停止時には、前記充填バルブに導入された高温液体の所定量を前記還流通路に導くバルブ制御手段と、を含んで液体の高温充填装置を構成したことを特徴とする。
【０００６】
かかる構成によれば、容器に充填される飲料水などの液体は、加熱殺菌装置で加熱殺菌された後、導入通路を介して充填バルブに導入される。そして、高温液体の充填時には、充填バルブに導入された高温液体が容器に充填される。一方、高温液体の充填停止時には、充填バルブに導入された高温液体の所定量が還流通路を介して導入通路に還流される。このとき、導入通路に還流される高温液体は、再加熱装置で再加熱される。このため、高温液体の充填が行われていないときであっても、充填バルブの先端まで常に高温液体が満たされており、例えば、故障により高温液体の充填ラインが長時間停止しても、加熱殺菌後の高温液体の温度低下が防止される。また、高温液体の温度低下を防止するために、再加熱する高温液体を最小限とすれば、エネルギ消費及び品質劣化が抑制される。
【０００７】
請求項２記載の発明では、前記還流通路は、高温液体の充填時に、前記容器内の空気を排出することを特徴とする。
かかる構成によれば、高温液体の充填時には、還流通路を介して容器内の空気が排出されるので、容器内圧力の上昇が抑制される。
請求項３記載の発明では、前記還流通路には、液体と空気とを分離する気液分離装置が介装されたことを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、気液分離受装置では、液体と空気との分離が行われるので、再加熱装置に空気を含んだ液体が戻されることが防止される。このため、空気による液体の酸化が防止され、液体品質の劣化が抑制される。
請求項４記載の発明では、前記還流通路には、その内部を大気開放する開放弁が接続され、高温液体の充填開始時に、前記開放弁が所定時間開弁されることを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によれば、高温液体の充填開始時には、還流通路内が大気開放され、還流通路内の高温液体が容器内に落下するので、容器内に存在する空気をすぐに排出することが可能となり、充填時間が効果的に短縮される。
請求項５記載の発明では、前記充填バルブは、前記導入通路を介して導入される高温液体流量を制御する液入口弁と、前記容器への高温液体の充填量を制御する液出口弁と、を備え、前記バルブ制御手段は、高温液体の充填時には、前記液入口弁と液出口弁とを全開に制御し、高温液体の充填停止時には、前記液入口弁を微開に制御する一方、前記液出口弁を全閉に制御することを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によれば、液入口弁は、少なくとも、その開度が微開と全開とに制御可能に構成され、液出口弁は、少なくとも、その開度が全閉と全開とに制御可能に構成されればよい。このため、液入口弁及び液出口弁の駆動機構は、簡単な機構及び制御により実現され、充填バルブの耐久性及び信頼性の低下が抑制される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明を適用した飲料水の高温充填装置（以下「高温充填装置」という）の全体構成を示す。
調合タンク１０に貯蔵された飲料水は、送液ポンプ１２により加圧され、加熱殺菌装置１４に導入される。加熱殺菌装置１４に導入された飲料水は、例えば、１２０℃〜１３０℃で加熱殺菌された後、９０℃〜９５℃に冷却され、高温状態のまま脱気タンク１６に導入される。脱気タンク１６に導入された高温飲料水は、酸化による品質劣化を防止すべく、その中の溶存空気が分離される。分離された溶存空気は、脱気タンク１６の上部から外部に排出される。溶存空気が分離排出された高温飲料水は、脱気タンク１６の下部から、その下方に位置するフィラーボウル（充填液タンク）１８に落下導入される。フィラーボウル１８に導入された飲料水は、複数の充填バルブ２０に分配供給される。なお、加熱殺菌装置１４で加熱殺菌された高温液体を充填バルブ２０に導く配管が、導入通路に該当する。
【００１２】
充填バルブ２０は、図２及び図３に示すような構造をなす。
即ち、固定部材２０Ａの下面には、鉛直方向に延びる略円筒形状の気液管２０Ｂ及びシリンダ部材２０Ｃが夫々同心に固定される。シリンダ部材２０Ｃの内周面には、ピストンが一体化された略円筒形状の可動部材２０Ｄが摺動自由に嵌合される。可動部材２０Ｄの先端部には、先端部に弁座が形成された鉛直方向に延びる略円筒形状の円筒部材２０Ｅが嵌合固定される。また、気液管２０Ｂの先端部には、円筒部材２０Ｅの弁座に着座する弁体としての機能を発揮すべく、外方に膨出した略傘形状の弁体２０Ｆが一体的に形成される。なお、以下の説明では、円筒部材２０Ｅの弁座と弁体２０Ｆにより構成される開閉弁を「液出口弁Ａ」と呼ぶこととする。そして、シリンダ部材２０Ｃと可動部材２０Ｄとの間に配設されたバネ２０Ｇにより、可動部材２０Ｄ及び円筒部材２０Ｅが図中下方に付勢され、液出口弁Ａが閉弁する。
【００１３】
一方、液出口弁Ａを開弁させる構成として、シリンダ部材２０Ｃと可動部材２０Ｄのピストン下面との間に、作動流体としてのエアが供給されるエア室２０Ｈが形成される。そして、エア室２０Ｈにエアが供給されると、バネ２０Ｇの付勢力に抗して可動部材２０Ｄ及び円筒部材２０Ｅが図中上方に移動し、液出口弁Ａが開弁する。なお、エア室２０Ｈに供給されるエアを制御する機構が、バルブ制御手段の一部に該当する。
【００１４】
また、気液管２０Ｂの先端部周壁には、その内部と外部とを連通させる気液孔２０Ｉが少なくとも１つ形成される。一方、気液管２０Ｂの内部は、その基端部において、固定部材２０Ａの内部に形成された気液通路２０Ｊを介して、後述する気液分離受槽２２（気液分離装置）に連通される。固定部材２０Ａと気液分離受槽２２とを接続させる配管には、その内部を大気開放する気液開放弁２０Ｋ（開閉弁）が配設される。
【００１５】
固定部材２０Ａの一側面には、充填バルブ２０に供給される飲料水流量を制御する液入口弁Ｂが取り付けられる。液入口弁Ｂは、先端部に弁座が形成されると共に内部に液体通路が形成された弁本体２０Ｌと、エアシリンダ２０Ｍと、その作動ロッドの先端部に一体的に固定される弁体２０Ｎと、を含んで構成される。そして、液入口弁Ｂは、エアシリンダ２０Ｍに供給されるエアにより、少なくとも、微開状態と全開状態との２状態に制御される。なお、エアシリンダ２０Ｍに供給されるエアを制御する機構が、バルブ制御手段の一部に該当する。
【００１６】
充填バルブ２０の気液管２０Ｂと連通する気液分離受槽２２では、高温飲料水（液体）と空気（気体）との分離が行われ、高温飲料水のみが循環ポンプ２４により加圧された後、再加熱装置２６に導入される。再加熱装置２６では、高温飲料水が所定温度に再加熱される。そして、再加熱された高温飲料水は、脱気タンク１６に再導入される。
【００１７】
なお、気液孔２０Ｉが形成された気液管２０Ｂ，気液通路２０Ｊ、並びに、気液分離受槽２２，循環ポンプ２４及び再加熱装置２６を経由して高温飲料水を脱気タンク１６に導入する配管が、還流通路に該当する。
次に、かかる構成からなる高温充填装置の作用について説明する。
調合タンク１０に貯蔵された飲料水は、送液ポンプ１２により加圧された後、加熱殺菌装置１４に導入され、ここで加熱殺菌される。加熱殺菌された高温飲料水は、所定温度を保ったまま脱気タンク１６に導入され、ここで溶存空気が分離排出される。溶存空気が分離排出された高温飲料水は、フィラーボウル１８により複数の充填バルブ２０に分配供給される。
【００１８】
そして、充填バルブ２０の下方にＰＥＴ（PolyEthylene Terephthalate）ボトルなどの容器２８がセットされると、図２に示すように、液出口弁Ａ及び液入口弁Ｂが共に開弁される。すると、高温飲料水は、弁本体２０Ｌの液体通路，可動部材２０Ｄ及び円筒部材２０Ｅの内部を介して、円筒部材２０Ｅと弁体２０Ｆとの隙間から容器２８に充填される。このとき、容器２８の内部に存在する空気は、気液管２０Ｂの先端部周壁に形成された気液孔２０Ｉを介して、気液管２０Ｂの内部に導入される。気液管２０Ｂの内部に導入された空気は、気液管２０Ｂ及び気液通路２０Ｊを介して、気液分離受槽２２に導入される。
【００１９】
なお、高温飲料水の充填開始に先立って、気液開放弁２０Ｋを所定時間開弁させ、気液管２０Ｂ及び気液通路２０Ｊ内の飲料水を、容器２８及び気液分離受槽２２内に落下させることが望ましい。このようにすれば、高温飲料水の充填中に、容器２８内の空気が気液管２０Ｂを介して気液分離受槽２２に容易に導入されるようになり、充填時間を短縮することができる。
【００２０】
容器２８への高温飲料水の充填が完了すると、図３に示すように、液出口弁Ａが閉弁すると共に、液入口弁Ｂが微開状態とされる。すると、充填バルブ２０に供給された高温飲料水の所定量は、液入口弁Ｂ，可動部材２０Ｄ及び円筒部材２０Ｅの内部空間，気液孔２０Ｉ，気液管２０Ｂ並びに気液通路２０Ｊを介して、気液分離受槽２２に戻される。気液分離受槽２２では、高温飲料水と空気との分離が行われ、高温飲料水のみが循環ポンプ２４により加圧された後、再加熱装置２６に導入される。そして、高温飲料水は、再加熱装置２６により所定温度に再加熱された後、脱気タンク１６に再導入される。脱気タンク１６では、加熱殺菌された高温飲料水と再加熱された高温飲料水とが混合し、フィラーボウル１８に落下導入される。
【００２１】
かかる構成によれば、高温飲料水の充填が行われていないときであっても、充填バルブ２０に導入された高温飲料水の所定量が再加熱されつつ循環されることとなる。このため、充填バルブ２０の先端まで常に高温飲料水が満たされており、例えば、故障により高温飲料水の充填ラインが長時間停止しても、加熱殺菌後の高温飲料水の温度低下を防止することができる。また、高温飲料水の温度低下を防止するため、再加熱する飲料水を最小限にすれば、エネルギ消費及び品質劣化を抑制することができる。実験によれば、再加熱する飲料水量は、充填バルブ２０に供給される高温飲料水の３％〜２０％であれば十分であった。
【００２２】
なお、何らかの原因により、加熱殺菌装置１４から充填バルブ２０への飲料水供給路における飲料水温度が異常低下したならば、開閉弁３０を開弁させて、飲料水を一旦戻しタンク３２に戻すようにすればよい。そして、調合タンク１０から供給される飲料水に対して、戻しタンク３２に戻された飲料水を混合して、加熱殺菌を再度行なえばよい。
【００２３】
また、以上説明した高温充填装置は、飲料水の充填を前提としたが、加熱殺菌した状態で容器に充填される液体であれば、本発明は適用可能であることはいうまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、高温液体の充填が行われていないときであっても、充填バルブの先端まで常に高温液体が満たされており、加熱殺菌後の液体温度の低下を防止することができる。即ち、充填停止時間の長短にかかわらず、容器の供給が間欠的になった場合においても、充填液温が低下しないことを保証できる。また、再加熱する高温液体を最小限とすることで、エネルギ消費及び品質劣化を抑制することができる。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、高温液体の充填時には、容器内圧力の上昇が抑制され、高温液体の充填時間を短縮することができる。
請求項３記載の発明によれば、空気による高温液体の酸化が防止され、液体品質の劣化を抑制することができる。
請求項４記載の発明によれば、高温液体の充填開始時には、気液管内の高温液体が容器内に落下するので、容器内に存在する空気を排出することが短時間で可能となり、充填時間を効果的に短縮することができる。
【００２６】
請求項５記載の発明によれば、液入口弁及び液出口弁の駆動機構は、簡単な機構及び制御により実現されるため、充填バルブの耐久性及び信頼性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した高温充填装置の全体構成図
【図２】飲料水充填時の充填バルブの作動状態を示す断面図
【図３】飲料水充填停止時の充填バルブの作動状態を示す断面図
【符号の説明】
Ａ    液出口弁
Ｂ    液入口弁
１４    加熱殺菌装置
２０    充填バルブ
２０Ｂ  気液管
２０Ｉ  気液孔
２０Ｊ  気液通路
２０Ｋ  気液開放弁
２２    気液分離受槽
２６    再加熱装置
２８    容器
【図１】
0003699662.tif 000002
【図２】
0003699662.tif 000003
【図３】
0003699662.tif 000004