(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に飲料が流れる流路ユニットであって、飲料を濃縮するための濃縮部、前記濃縮部の下流側に配置され飲料を殺菌する殺菌部、及び前記殺菌部の下流側に配置され飲料を冷却する冷却部、を有する前記流路ユニットと、
第１の圧縮機と、前記第１の圧縮機の吐出側に接続され前記濃縮部内を流れる飲料を加熱するための凝縮器と、前記凝縮器の下流側に接続される膨張弁と、前記膨張弁の下流側に接続され前記冷却部内を流れる飲料を冷却するための蒸発器と、を有し、内部で冷媒が循環するヒートポンプユニットと、
前記濃縮部に吸入側が接続されるとともに、前記殺菌部に吐出側が接続されている第２の圧縮機と、
を備えた、飲料処理装置。
【請求項２】
前記凝縮器は、前記濃縮部内に設置されている、請求項１に記載の飲料処理装置。
【請求項３】
前記冷却部及び蒸発器は、多管式熱交換器により構成されている、請求項１または２に記載の飲料処理装置。
【請求項４】
前記殺菌部は、多管式熱交換器により構成されている、請求項１から３のいずれかに記載の飲料処理装置。
【請求項５】
前記濃縮部内の飲料を加熱するための第１の補助加熱手段をさらに備えた、請求項１から４のいずれかに記載の飲料処理装置。
【請求項６】
前記殺菌部内の飲料を加熱するための第２の補助加熱手段をさらに備えた、請求項１から５のいずれかに記載の飲料処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
飲料を処理するための方法が例えば特許文献１に開示されている。この飲料処理方法は、まず、蒸気で加熱することによって飲料を濃縮し、この濃縮した飲料を超高温加熱処理法（UHT法）によって滅菌を行い、冷却して容器などに充填する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２９３０１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した飲料処理方法では、濃縮工程において、ボイラ等により生成した蒸気によって濃縮工程を流れる飲料を加熱している。しかしながら、このボイラによって蒸気を発生させる方法では、エネルギーの使用効率が非常に悪い。また、飲料の濃縮時に発生する高温蒸気は冷却塔などによって冷却させる必要があり、装置全体が大型化してしまう。このため、本発明は、エネルギーの使用効率を向上させ、また、装置全体の大型化を抑制することのできる飲料処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る飲料処理装置は、内部に飲料が流れる流路ユニットであって、飲料を濃縮するための濃縮部、前記濃縮部の下流側に配置され飲料を殺菌する殺菌部、及び前記殺菌部の下流側に配置され飲料を冷却する冷却部、を有する前記流路ユニットと、第１の圧縮機と、前記第１の圧縮機の吐出側に接続され前記濃縮部内を流れる飲料を加熱するための凝縮器と、前記凝縮器の下流側に接続される膨張弁と、前記膨張弁の下流側に接続され前記冷却部内を流れる飲料を冷却するための蒸発器と、を有し、内部で冷媒が循環するヒートポンプユニットと、前記濃縮部に吸入側が接続されるとともに、前記殺菌部に吐出側が接続されている第２の圧縮機と、を備えている。
【０００６】
この飲料処理装置によれば、ヒートポンプユニットの凝縮器によって濃縮部内を流れる飲料を加熱するとともに、蒸発器によって冷却部内を流れる飲料を冷却しているために、エネルギーの使用効率を向上させることができる。また、第２の圧縮機は吸入側が濃縮部に接続されており、吐出側が殺菌部に接続されているために、濃縮部において飲料を加熱することによって発生した蒸気を第２の圧縮機によって圧縮して高温高圧の蒸気とし、これを殺菌部において飲料を加熱するために必要な加熱源とすることができる。これにより、エネルギー効率をさらに向上させることができるとともに、蒸気の冷却を殺菌部での熱交換によって行うことができるために、冷却塔の設置が不要となり装置の大型化を抑制することができる。
【０００７】
上記凝縮器は、濃縮部内に設置されていることが好ましい。
【０００８】
また、上記冷却部及び蒸発器は、多管式熱交換器により構成することが好ましい。この場合、例えば、殺菌部から送られてくる飲料を多管式熱交換器のチューブ側に流し、膨張弁から送られてくる冷媒をシェル側に流すように構成することができる。
【０００９】
また、上記殺菌部は、多管式熱交換器により構成することが好ましい。この場合は、例えば、第２の圧縮機から送られてくる高温蒸気をシェル側に流し、濃縮部から送られてくる飲料をチューブ側に流すように構成することができる。
【００１０】
また、濃縮部内における飲料の加熱が凝縮器だけで十分でない場合は、これを補助的に加熱するための第１の補助加熱手段をさらに備えた構成とすることができる。
【００１１】
また、殺菌部内における飲料の加熱が第２の圧縮機からの高温蒸気だけでは十分でない場合は、これを補助的に加熱するための第２の補助加熱手段をさらに備えた構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る飲料処理装置によれば、エネルギーの使用効率を向上させ、また、装置全体の大型化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本実施形態に係る飲料処理装置の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る飲料処理装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図中の各矢印は、飲料や、冷媒、蒸気の流れ方向を示しており、図１の左側を上流側、右側を下流側と称することとする。
【００１５】
飲料処理装置１は、処理対象物である飲料が流れる流路ユニット２と、流路ユニット２内を流れる飲料を加熱したり冷却したりするためのヒートポンプユニット３と、高温蒸気生成ユニット４と、から主に構成されている。
【００１６】
［流路ユニット］
流路ユニット２は、飲料を濃縮するための濃縮部２１と、その下流において飲料を殺菌するための殺菌部２２と、さらにその下流において飲料を冷却するための冷却部２３とから主に構成されている。
【００１７】
濃縮部２１は、飲料供給源（図示省略）から送られてきた飲料を、後述するヒートポンプユニット３の凝縮器３２内を流れる冷媒によって加熱して濃縮する部分である。このように凝縮器３２内を流れる冷媒で加熱されることによって飲料から発生する蒸気は、排気口２１１から排出されて高温蒸気生成ユニット４へと送られる。また、濃縮部２１には、濃縮部２１内を真空にするための真空ポンプ（図示省略）が接続されている。
【００１８】
殺菌部２２は、濃縮部２１から送られてきた飲料を加熱することによって殺菌する部分であり、多管式熱交換器によって構成されている。この多管式熱交換器は公知の多管式熱交換器であって、複数のチューブ（伝熱管）がシェル（胴体）内に収容された構成となっている。そして、濃縮部２１から送られてきた飲料がチューブ内を流れ、後述する高温蒸気生成ユニット４の第２の圧縮機４１から送られてきた高温蒸気がシェル内を流れる。これにより、チューブ内を流れる飲料が、シェル内を流れる高温蒸気と熱交換することによって加熱されて殺菌される。なお、シェル内を流れる高温蒸気は、飲料に放熱することで凝縮して凝縮水となって排水される。
【００１９】
冷却部２３は、殺菌部２２により加熱殺菌された飲料を冷却する部分であって、多管式熱交換器として構成されており、後述するヒートポンプユニット３の蒸発器を兼ねている。この多管式熱交換器も上述した殺菌部２２を構成する多管式熱交換器と同様に複数のチューブがシェル内に収容された構成となっており、チューブ内には殺菌部２２から送られてくる飲料が流れ、シェル内には膨張弁３３から送られてくる冷媒が流れる。これにより、チューブ内を流れる飲料が、シェル内を流れる冷媒と熱交換することで冷却される。
【００２０】
［ヒートポンプユニット］
ヒートポンプユニット３は、第１の圧縮機３１，凝縮器３２，膨張弁３３，蒸発器２３が環状に接続されており、この内部を冷媒が循環するように構成されている。なお、冷媒としては、例えば、Ｒ４１０Ａや、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ１３４ａなどを挙げることができる。第１の圧縮機３１は、駆動装置（図示省略）によって駆動され、吸引した冷媒を内部で圧縮して高圧・高温の気体とし、凝縮器３２側へと吐出する。
【００２１】
凝縮器３２は、流路ユニット２の濃縮部２１内に設置されており、内部を流れる冷媒を濃縮部２１内の飲料と熱交換することで飲料を加熱する。凝縮器３２内を流れる冷媒は、飲料に放熱することで凝縮される。なお、凝縮器３２は、例えば伝熱性を有する材質でコイル状に形成されていることが好ましい。
【００２２】
膨張弁３３は、凝縮器３２から送られてきた冷媒を減圧して低温低圧の液体とする。蒸発器２３は、多管式熱交換器として冷却部２３と一体的に構成されており、シェル内には膨張弁３３から送られてきた冷媒が流れ、このシェル内を流れる冷媒がチューブ内を流れる飲料と熱交換することにより飲料を冷却する。
【００２３】
［高温蒸気生成ユニット］
高温蒸気生成ユニット４は、第２の圧縮機４１を有しており、第２の圧縮機４１は、吸入側が濃縮部２１の排気口２１１と配管を介して接続されており、吐出側が殺菌部２２を構成する多管式熱交換器のシェル側に接続されている。このように構成された第２の圧縮機４１は、濃縮部２１で発生した蒸気を圧縮して高温の蒸気にしてから殺菌部２２へと送る。
【００２４】
［作動方法］
次に上述した飲料処理装置１の作動方法について説明する。まず、真空ポンプ（図示省略）を作動させて濃縮部２１内の圧力を７〜７０ｋＰａ程度とし、また、ヒートポンプユニット３を作動させて第１の圧縮機３１により圧縮して約５０〜９０℃程度の高温高圧の気体となった冷媒を凝縮器３２へと送る。この状態で、飲料供給源から濃縮部２１へと飲料を送ると、濃縮部２１において飲料は、凝縮器３２内を流れる冷媒と熱交換することによって約４０〜８０℃程度に加熱され、水分が蒸発することで濃縮する。濃縮した飲料は殺菌部２２へと送られ、また、濃縮部２１で水分が蒸発することにより発生した蒸気は、排気口２１１から排出されて第２の圧縮機４１へと送られ圧縮されることで約１００〜１５０℃程度の高温の蒸気となり、殺菌部２２へと送られる。なお、凝縮器３２内を流れる冷媒は、濃縮部２１内の飲料に放熱することで凝縮して液体となり膨張弁３３へと送られる。
【００２５】
殺菌部２２へと送られてきた飲料は、高温蒸気生成ユニット４の第２の圧縮機４１から送られてくる高温蒸気によって加熱殺菌される。より詳細には、濃縮部２１から送られてきた飲料は、殺菌部２２を構成する多管式熱交換器のチューブ内を流れており、また、第２の圧縮機４１から送られてきた高温の蒸気が多管式熱交換器のシェル内を流れている。このため、殺菌部２２においてチューブ内を流れる飲料は、シェル内を流れる高温の蒸気と熱交換して約９０〜１４０℃程度に加熱されて殺菌される。なお、９０℃程度であれば１２０秒程度以内、１４０℃なら１０秒程度以内、加熱することが好ましい。また、シェル内を流れる蒸気は、チューブ内を流れる飲料と熱交換することで冷却され、最終的には凝縮水となって外部へと排水される。
【００２６】
殺菌部２２において加熱殺菌された飲料は、最終的に冷却部２３へと送られて、ヒートポンプユニット３の膨張弁３３から冷却部２３へと送られてくる冷媒によって冷却される。より詳細には、殺菌部２２から送られてくる飲料が、冷却部２３を構成する多管式熱交換器のチューブ内を流れ、膨張弁３３から送られてくる冷媒が多管式熱交換器のシェル内を流れる。これにより、チューブ内を流れる飲料が、シェル内を流れる冷媒と熱交換することによって冷却される。なお、シェル内を流れる冷媒は、約５〜２０℃程度であり、この冷媒によって冷却されることで、飲料は約１０〜２５℃程度にまで冷却される。シェル内を流れる冷媒は、チューブ内を流れる飲料から受熱することによって蒸発して気体となり、圧縮機３１へと送られる。
【００２７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、ヒートポンプユニット３の蒸発器は、冷却部２３を構成する多管式熱交換器のシェルによって構成されていたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、凝縮器３２と同様に、冷却部２３に飲料を流し、この冷却部２３内に伝熱性の材質を有するコイル状に形成された蒸発器を設置することもできる。
【００２８】
また、濃縮部２１内における飲料の加熱が凝縮器３２だけでは不十分である場合は、濃縮部２１内の飲料を補助的に加熱するために、ヒータなどの第１の補助加熱手段を濃縮部２１に設けることができる。また、同様に、殺菌部２２における飲料の加熱が第２の圧縮機４１から送られてくる高温の蒸気だけでは不十分である場合は、殺菌部２２内の飲料を補助的に加熱するために、ヒータなどの第２の補助加熱手段を殺菌部２２に設けることができる。またさらには、冷却部２３より下流側に、過冷却水を用いたさらなる冷却装置を設けて、飲料をより低温まで冷却することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１    飲料処理装置
２    流路ユニット
２１    濃縮部
２２    殺菌部（多管式熱交換器）
２３    冷却部及び蒸発器（多管式熱交換器）
３    ヒートポンプユニット
３１    第1の圧縮機
３２    凝縮器
３３    膨張弁
４    高温蒸気生成ユニット
４１    第２の圧縮機
【図１】
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