(57)【要約】【課題】  殺菌槽内を蒸気で高温高圧とすることで食品の加熱殺菌を行い、その後に冷却を行う加熱殺菌装置において、冷却時に容器の内外で圧力差が発生して容器に破損や変形が発生することを防止する。【解決手段】  容器入りの食品を殺菌槽１内に収容し、殺菌槽１内に蒸気を導入することで食品を加熱殺菌する殺菌工程を行い、殺菌工程後に殺菌槽内を冷却する冷却工程を行うようにしている加熱殺菌装置において、殺菌工程が終了すると殺菌槽内へ加圧エアを導入することで殺菌槽内を加熱殺菌温度の飽和蒸気圧力値よりも所定幅分高くしておき、冷却工程では、まず冷却水を殺菌槽内へ短時間噴射してすぐに停止し、再び殺菌槽内へ加圧エアを導入することで殺菌槽内を高めるインチング冷却を行い、その後に冷却水を殺菌槽内へ連続的に噴射する温水循環を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器入りの食品を殺菌槽内に収容し、殺菌槽内に蒸気を導入することで食品を加熱殺菌する殺菌工程を行い、殺菌工程後に殺菌槽内を冷却する冷却工程を行うようにしている加熱殺菌装置において、殺菌工程が終了すると殺菌槽内へ加圧エアを導入することで殺菌槽内を加熱殺菌温度の飽和蒸気圧力値よりも所定幅分高くしておき、冷却工程では、まず冷却水を殺菌槽内へ短時間噴射してすぐに停止し、再び殺菌槽内へ加圧エアを導入することで殺菌槽内を高めるインチング冷却を行い、その後に冷却水を殺菌槽内へ連続的に噴射する温水循環を行うことを特徴とする加熱殺菌装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加熱殺菌装置において、殺菌槽内へ冷却水を噴射した場合に蒸気凝縮によって低下する蒸気凝縮時の槽内圧力値を事前に算出しておき、算出した蒸気凝縮時の槽内圧力値が加熱殺菌温度の飽和蒸気圧力値よりも低い場合は、殺菌槽内への冷却水を短時間噴射して停止するインチング冷却の工程を行い、算出した蒸気凝縮時の槽内圧力値が加熱殺菌温度の飽和蒸気圧力値よりも高い場合は、殺菌槽内への冷却水噴射を連続的に行う温水循環の工程を行うことを特徴とする加熱殺菌装置。
【請求項３】
請求項２に記載の加熱殺菌装置において、「蒸気凝縮時の槽内温度＝Ａ×（冷却用温水設定温度＋運転開始時槽内温度）／２＋Ｂ、ただしＡ＝０．２７〜１．２、Ｂ＝０〜６３」の式を使用し、蒸気凝縮時の槽内温度を算出していることを特徴とする加熱殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は缶詰など、食品を容器に収容した後に容器内の食品を加熱殺菌する加熱殺菌装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
缶詰などの常温で長期の保存を可能にしている食品は、密封包装後に容器ごしに加熱を行うことで容器内の殺菌を行っている。缶詰の加熱殺菌を行う場合、食品を入れて封をした缶詰を殺菌槽内に収容しておき、殺菌槽内を高温の蒸気で満たすことで缶詰を加熱する。缶詰は１２０℃程度の加熱殺菌温度まで加熱する必要があるため、殺菌槽には耐圧容器を使用し、殺菌槽内を加圧しながら加熱を行う。加熱殺菌温度で所定時間維持する殺菌工程が終了した時点では缶詰は高温になっているため、殺菌槽内を冷却する冷却工程を行う。冷却工程において、殺菌槽内へ冷却水を噴射すると、蒸気によって高圧となっていた殺菌槽内は蒸気が冷やされて凝縮することで圧力の低下が発生する。殺菌槽内の蒸気凝縮による圧力低下は短時間で急激に行われるが、缶詰内では温度低下は緩やかであって、容器内部の圧力低下は殺菌槽内の圧力低下よりも遅れるために包装容器の内外で圧力差が発生する。包装容器の内圧が高いままで周囲の圧力が低くなると、包装容器は内外の圧力差によって膨張することになり、容器の破損や変形が発生するということがあった。
【０００３】
そこで、特許第２５９６８６６号公報には、冷却開始前に殺菌処理槽内へ加圧エアを導入し、殺菌槽内の圧力を殺菌処理時の圧力より高くして冷却を行うということの記載がある。殺菌槽内へ加圧エアを導入することで殺菌槽内の圧力を維持するようにしておくと、冷却による蒸気凝縮が発生しても加圧エアを供給することで容器内圧力と槽内圧力の差が広がることを防止できるため、容器の損傷は発生しない。しかしこの場合、蒸気凝縮による圧力低下は短時間で急激に発生するものであるため、瞬間的に多量の加圧エアが必要となり、通常よりも大容量のコンプレッサーやエアタンクなどが必要となり、エア消費量が大きくなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２５９６８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、殺菌槽内を蒸気で高温高圧とすることで食品の加熱殺菌を行い、その後に冷却を行う加熱殺菌装置において、冷却時に容器の内外で圧力差が発生して容器に破損や変形が発生するということを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、容器入りの食品を殺菌槽内に収容し、殺菌槽内に蒸気を導入することで食品を加熱殺菌する殺菌工程を行い、殺菌工程後に殺菌槽内を冷却する冷却工程を行うようにしている加熱殺菌装置において、殺菌工程が終了すると殺菌槽内へ加圧エアを導入することで殺菌槽内を加熱殺菌温度の飽和蒸気圧力値よりも所定幅分高くしておき、冷却工程では、まず冷却水を殺菌槽内へ短時間噴射してすぐに停止し、再び殺菌槽内へ加圧エアを導入することで殺菌槽内を高めるインチング冷却を行い、その後に冷却水を殺菌槽内へ連続的に噴射する温水循環を行うことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記の加熱殺菌装置において、殺菌槽内へ冷却水を噴射した場合に蒸気凝縮によって低下する蒸気凝縮時の槽内圧力値を事前に算出しておき、算出した蒸気凝縮時の槽内圧力値が加熱殺菌温度の飽和蒸気圧力値よりも低い場合は、殺菌槽内への冷却水を短時間噴射して停止するインチング冷却の工程を行い、算出した蒸気凝縮時の槽内圧力値が加熱殺菌温度の飽和蒸気圧力値よりも高い場合は、殺菌槽内への冷却水噴射を連続的に行う温水循環の工程を行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記の加熱殺菌装置において、「蒸気凝縮時の槽内温度＝Ａ×（冷却用温水設定温度＋運転開始時槽内温度）／２＋Ｂ、ただしＡ＝０．２７〜１．２、Ｂ＝０〜６３」の式を使用し、蒸気凝縮時の槽内温度を算出していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
冷却水の噴射を短時間で停止するインチング冷却を行うと、殺菌槽内の温度及び圧力の低下は緩やかになるため、殺菌槽内圧力の急激な低下による容器の破損や変形が発生することを防止することができる。また、殺菌槽内の圧力低下が緩やかになっているため、通常のコンプレッサーで加圧エアの供給をまかなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例における加熱殺菌装置のフロー図
【図２】本発明の一実施例における加熱殺菌装置のタイムチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施している加熱殺菌装置のフロー図である。加熱殺菌装置は、円筒形の殺菌槽１内に缶詰２を収容しておき、殺菌槽１内に高温の蒸気を導入することで缶詰２を加熱して殺菌を行うものである。殺菌槽１の下部には、蒸気を導入する蒸気導入管３と給水を導入する給水導入管５を接続しておく。蒸気導入管３の途中には蒸気制御弁１２、給水導入管５の途中には給水制御弁１０を設けており、各制御弁の開閉を制御することで殺菌槽１内への蒸気や水の供給を制御するようにしている。給水導入管５には、途中に配管分岐部を設けており、殺菌槽１の底部から取り出した水を殺菌槽内に設けている噴射ノズル９へ送る循環配管８を接続している。循環配管８の途中に循環ポンプ４を設けており、循環ポンプ４を作動すると殺菌槽１底部の水を噴射ノズル９へ送り、噴射ノズル９から殺菌槽１内の缶詰２へ循環水を噴射するようになっている。
【００１２】
殺菌槽１の上部には、殺菌槽１内へ加圧エアを導入するエア導入管６と、殺菌槽１内から蒸気やエアの排出を行う排気管７を接続している。エア導入管６にはエア制御弁１５、排気管７には排気弁１６を設けており、殺菌槽１内の圧力を調節することができるようにしている。殺菌槽１には、槽内温度を検出する槽内温度検出器１４と、槽内圧力を検出する槽内圧力検出器１１を設けており、槽内温度検出器１４と槽内圧力検出器１１で検出した値は運転制御装置１３へ出力する。運転制御装置１３は蒸気制御弁１２・給水制御弁１０・循環ポンプ４・エア制御弁１５・排気弁１６等の作動を制御するものであり、それぞれとの間を信号線で接続している。
【００１３】
缶詰の加熱殺菌を行う工程を図２に基づいて説明する。殺菌を行う缶詰２はトレイに乗せておき、缶詰２を乗せ置いたトレイを複数段積み重ねた状態で台車に乗せて殺菌槽１内へ収容しておく。殺菌槽１は缶詰２を収容後に扉を閉じて密閉しておき、蒸気制御弁１２を大きく開き、蒸気導入管３を通して蒸気を導入することで殺菌槽１内を加熱殺菌温度まで高める昇温工程を行う。本実施例では、加熱殺菌温度を１２０℃に設定しておく。
【００１４】
運転制御装置１３では、殺菌槽１内の温度が加熱殺菌温度である１２０℃に到達すると、殺菌工程に移る。殺菌工程では、殺菌槽１内の温度が低下すれば蒸気を導入し、温度が上昇すれば蒸気導入を停止することで、殺菌槽１内を所定の加熱殺菌温度に保ち、殺菌工程開始からの経過時間を計測しておく。殺菌槽１内の加熱殺菌温度に保つと、殺菌槽１内に収容している缶詰も同じ温度となり、缶詰２を加熱殺菌温度で所定時間維持することで缶詰内の殺菌を行うことができる。殺菌工程としてからの経過時間が所定時間に達すると、殺菌工程を終了する。殺菌工程を終了した時点では缶詰２は高温であるため、缶詰２を冷却することが必要となる。しかし、いきなり殺菌槽１内に冷却水を噴射して冷却したのでは、殺菌槽１内の圧力が急変動するため、圧力変動を抑えつつ冷却することが必要となる。
【００１５】
殺菌工程が終了すると、まず冷却準備の工程を行う。冷却準備工程では、殺菌槽１内の圧力を加熱殺菌温度の飽和蒸気圧より所定幅分高い圧力とし、冷却用温水の準備を行う。運転制御装置１３は、殺菌工程が終了すると、最初に給水制御弁１０を開くことで殺菌槽１内の底部に給水を行う。殺菌槽内への給水を行うと、それが底部であっても殺菌槽内の温度が低下し、そのことで殺菌槽内の圧力が低下することがあるため、給水と同時に殺菌槽内への加圧エアの導入を行うことで殺菌槽内の圧力を高めておく。この時点の殺菌槽内圧力は、飽和蒸気圧力より少しだけ高くしておけばよく、飽和蒸気圧＋０．０２ＭPa程度としておく。その後、殺菌槽底部に蒸気を導入することで冷却水を殺菌時の温度より少し低い温水に調節する。冷却用温水の温度は加熱殺菌温度より１０℃から１５℃程度低い値が適当であり、本実施例では温水温度を１０５℃としておく。また、本実施例では、冷却開始時点で飽和蒸気圧より高くする圧力幅を０．１ＭPaとする。加熱殺菌温度が１２０℃であれば、槽内温度の飽和蒸気圧は約０．１ＭPaとなるため、飽和蒸気圧＋０．１ＭPaの圧力は約０．２ＭPaとなる。運転制御装置１３では、槽内圧力検出器１１で検出している槽内圧力が設定圧力となるまでエア制御弁１５を開くことで殺菌槽１内に加圧エアを導入する。
【００１６】
次に運転制御装置１３では、蒸気凝縮時の槽内圧力値を演算で算出する。蒸気凝縮時の槽内圧力値は、１０５℃の温水を噴射ノズル９から噴射することで冷却を行った場合における殺菌槽１内圧力である。蒸気と加圧エアで高圧になっている殺菌槽１内に、殺菌槽内温度よりも低い冷却水を噴射すると、殺菌槽１内では温度低下によって蒸気が凝縮し、殺菌槽内の圧力が急激に低下する。しかし、殺菌槽１内圧力が下がると殺菌槽１内の熱水が蒸発するため、殺菌槽内圧力値はある値まで低下すると、それ以上の低下は発生しなくなる。運転制御装置１３では、その時における槽内圧力を蒸気凝縮時槽内圧力として算出する。蒸気凝縮時における槽内圧力は、公知の下記算出式を用いることで算出することができる。
【００１７】
【数１】
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Ｔ１：現在の槽内温度（℃）
Ｔ２：蒸気凝縮時槽内温度（℃）
［＝Ａ×（冷却用温水設定温度＋運転開始時槽内温度）／２＋Ｂ］
Ｐair：現在の槽内エア圧力（ＭPa）
［＝現在の槽内圧力−現在の飽和蒸気圧力］
α：補正値
【００１８】
上記式では現時点での槽内温度や槽内圧力のほかに蒸気凝縮時の槽内温度が必要となっている。現在の槽内温度や槽内圧力は、測定装置を用いることで測定することができる。しかし、冷却前の段階では未来の値である蒸気凝縮時の槽内温度は、測定装置で測定して求めるということはできない。そのため、実験を行うことで、蒸気凝縮時の槽内温度を算出する近似式を作成した。作成した近似式は、「槽内温度＝Ａ×（冷却用温水設定温度＋運転開始時槽内温度）／２＋Ｂ」というものであり、測定値である冷却用温水設定温度が１０５℃、運転開始時槽内温度が２０℃であり、設定値であるＡが０．６２４、Ｂが４１．１であった場合、その値を式に値を代入すると、槽内温度＝０．６２４×（１０５＋２０）／２＋４１．１＝８０．１℃となる。この近似式を使用することで、蒸気凝縮時の槽内温度を予測することができ、蒸気凝縮時の槽内圧力を算出することができるようになる。
【００１９】
運転制御装置１３では、算出した蒸気凝縮時の槽内圧力値と、殺菌工程時での飽和蒸気圧に基づき、インチング冷却工程か温水循環工程の選択を行う。蒸気凝縮時の槽内圧力値が殺菌工程時での飽和蒸気圧より低い場合にはインチング冷却工程を行い、蒸気凝縮時の槽内圧力値の値が殺菌工程時での飽和蒸気圧より高い場合には温水循環工程を行う。
【００２０】
殺菌槽の冷却時に缶詰２が変形するのは、缶詰内の圧力よりも殺菌槽内圧力が低くなることが原因である。つまり、先に求めた蒸気凝縮時の槽内圧力値が缶詰内圧力よりも低くなる場合には、缶詰２に変形が発生するおそれがあり、蒸気凝縮時の槽内圧力値が缶詰内圧力よりも低くなっていない場合には、缶詰２に変形は発生しないということになる。そのため、算出した蒸気凝縮時の槽内圧力値が、現時点での飽和蒸気圧より低い場合にはインチング冷却工程を行うことで、殺菌槽内圧力が大きく低下することを防止して缶詰の変形を防止する。また蒸気凝縮時の槽内圧力値の値が、現時点での飽和蒸気圧より高い場合には、温水循環を行っても缶詰に変形が発生することはないため、温水循環で殺菌槽内温度を低下させる。
【００２１】
インチング冷却は、循環ポンプ４の作動を短時間とすることで槽内温度をわずかに低下させるものである。運転制御装置１３は、循環ポンプ４を例えば１秒間だけ作動してすぐに停止することで、殺菌槽１内へ冷却水を短時間噴射する。循環ポンプ４の作動が短時間であれば、殺菌槽１内の温度と圧力の低下は少ないものとなる。図２の槽内圧力変化では殺菌槽１へは飽和蒸気圧＋０．１ＭPaに高めておいたため、１秒程度の短時間の冷却水噴射では缶詰２に変形が発生するほど殺菌槽１内の圧力低下は発生していない。運転制御装置１３では、殺菌槽内の圧力低下を検出すると、加圧エアを導入することで所定の圧力に回復させる。
【００２２】
冷却水の噴射を短時間で停止するインチング冷却工程の場合、殺菌槽内温度の低下は緩やかとなり、槽内圧力の急激な低下は発生しないため、缶詰２に変形などを発生することなく温度を低下させることができる。インチング冷却を行うことで殺菌槽内の温度が低下すると、低下した殺菌槽内温度に基づき、再び蒸気凝縮時の槽内圧力値の算出を行う。蒸気凝縮時の槽内圧力値が現時点の飽和蒸気圧より高くなるまではインチング冷却を繰り返し行う。インチング冷却によって槽内温度が下がり、蒸気凝縮時の槽内圧力値が加熱殺菌温度の飽和蒸気圧より高くなると温水循環工程に移行する。実施例では１回のインチング動作によって槽内温度の低下は十分に行えた場合のものであり、すぐに温水循環工程に移っている。
【００２３】
温水循環工程では、循環ポンプ４を連続的に作動することで冷却を行う。噴射ノズル９から冷却水を噴射すると、蒸気の凝縮によって槽内圧力は急激に低下するが、事前にインチング冷却を行うことで槽内温度を低下させており、また一部の蒸気は凝縮させているため、槽内圧力が低下したといっても加熱殺菌温度の飽和蒸気圧力値より高い値で止まっており、缶詰２に変形等は発生しない。その後は温水循環によって槽内温度は低下しているが、冷却水の温度は殺菌槽内の温度に近い温水であるため、槽内温度の低下は緩やかなものとなっている。温水循環工程では殺菌槽１内の圧力を飽和温度より高くしておく必要はないため、槽内圧力検出器１１で検出した槽内圧力がその時の飽和温度よりも高ければ、排気弁１６を開いて槽内圧力を下げる制御を行う。その後、温水循環工程の実施時間が所定時間に達すると、冷却水の排水と給水を行うことで冷却水温度を低下させ、冷水循環にて槽内温度をさらに低下させる。槽内温度が４０℃程度まで低下すると、冷却の工程を終了する。
【符号の説明】
【００２４】
１  殺菌槽        
２  缶詰          
３  蒸気導入管          
４  循環ポンプ          
５  給水導入管
６  エア導入管
７  排気管          
８  循環配管            
９  噴射ノズル 
１０  給水制御弁
１１  槽内圧力検出器
１２  蒸気制御弁
１３  運転制御装置
１４  槽内温度検出器
１５  エア制御弁
１６  排気弁       
【図１】
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【図２】
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