(57)【要約】      （修正有）【課題】滅菌過程において発生する熱の再生利用効率を向上させ、使用エネルギーコストを削減することが可能な液体食品の滅菌装置を提供する。【解決手段】液体食品を所定温度に加熱する予備加熱手段１２と、予備加熱された上記液体食品滅菌温度に加熱して滅菌する滅菌手段１３と、上記滅菌手段によって滅菌された液体食品を備えた液体食品の滅菌装置１０であって、上記滅菌手段によって加熱された上記液体食品を、上記予備加熱手段に送出し、上記予備加熱手段の熱溶媒として利用する加熱液体食品送出手段を備えた構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体食品を所定温度に加熱する予備加熱手段と、予備加熱された上記液体食品滅菌温度に加熱して滅菌する滅菌手段と、上記滅菌手段によって滅菌された液体食品を備えた液体食品の滅菌装置であって、
上記滅菌手段によって加熱された上記液体食品を、上記予備加熱手段に送出し、上記予備加熱手段の熱溶媒として利用する加熱液体食品送出手段を備えることを特徴する液体食品の滅菌装置。
【請求項２】
液体食品を所定温度に加熱する予備加熱手段と、予備加熱された上記液体食品に高温水蒸気を吹き込むことにより滅菌する滅菌手段と、上記滅菌手段によって滅菌された液体食品を減圧冷却すると共に加水分を除去する減圧冷却手段とを備えた液体食品の滅菌装置であって、
上記冷却手段によって、所定温度まで冷却した上記液体食品を、上記予備加熱手段に送出し、上記予備加熱手段の熱溶媒として利用する加熱液体食品送出手段を備えることを特徴する液体食品の滅菌装置。
【請求項３】
上記予備加熱手段は、減圧環境下に、加熱液体食品送出手段より送出された液体食品を送入することによって、上記液体食品の高温蒸気を発生させ、上記高温蒸気を熱媒として、加熱前の液体食品に直接接触させることによって加熱する直接式熱交換器であることを特徴とする請求項２記載の液体食品の滅菌装置。
【請求項４】
上記予備加熱手段は、直列に接続された複数の直接式熱交換器を備え、上記液体食品は各直接式熱交換器によって段階的に加熱されることを特徴とする請求項３記載の液体食品の滅菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体食品を所定温度に加熱する予備加熱手段と、予備加熱された上記液体食品滅菌温度に加熱して滅菌する滅菌手段と、上記滅菌手段によって滅菌された液体食品を備えた液体食品の滅菌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体食品の製造プラントにおいて、上記液体食品を加熱滅菌する滅菌装置は、液体食品の品質管理上、非常に重要な装置である。
図３は、液体食品の製造プラントに組み込まれた、一般的な滅菌装置７０の装置構成、及び液体食品の流れの一例を示す概念図である。
図３に示すように、従来の滅菌装置７０は、加熱前の液体食品７１を収容するタンク７２と、上記液体食品７１を所定温度まで予備加熱する予備加熱手段７３、７４、上記予備加熱手段７３、７４によって所定温度に昇温された液体食品を更に昇温させ、上記液体食品７１の加熱滅菌を行う滅菌手段７５と、上記滅菌手段７５によって滅菌された液体食品を貯留すると共に、減圧・冷却する減圧冷却タンク７６と、上記減圧冷却タンク７６において、上記液体食品７１を減圧する過程で発生する高温水蒸気によって、熱媒である水７７を加熱する再生熱用加熱器７８と、上記減圧冷却タンク７６内で所定温度にまで冷却された液体食品７１を更に冷却する滅菌後液体食品冷却用熱交換器７９、８０を備えている。
【０００３】
上記液体食品７１は、繊維質（パルプ）、固形物を含有していなければ、特に制限は無く、例えば果汁、牛乳等が適用対象となる。
液体食品製造プラント（図３には図示せず）において、前工程Ｐ１から送られてきた液体食品７１は、タンク７２に貯留される。
上記タンク７２に貯留された液体食品７１は、温度１５℃に保持され、ポンプ８６を介して、予備加熱手段７３に送入される。
【０００４】
なお、上記予備加熱器７３には、加熱対象物と熱溶媒が直接接触しない、所謂間接式熱交換器が用いられている。
上記間接式熱交換器の種類は特に限定されず、例えば、プレート式熱交換器、若しくはシェル−チューブタイプ熱交換器等を適宜選択することができる。
【０００５】
上記予備加熱手段７３においては、上記再生熱用加熱器７８によって、例えば６０℃に加熱された水７７が熱溶媒として用いられ、上記水７７によって、液体食品７１が１５℃から５０℃まで加熱される。
【０００６】
更に、５０℃まで加熱された上記液体食品７１は、予備加熱手段７４に送入される。
上記予備加熱手段７４においては、別途設置された温水装置８１によって加熱された熱溶媒である水８２によって、上記液体食品７１を５０℃から８０℃まで加熱する。
【０００７】
上記予備加熱手段７４で８０℃に加熱された液体食品７１は、滅菌手段７５において、高温水蒸気を吹き込まれることにより、１４０℃にまで昇温され、滅菌される。
【０００８】
上記滅菌手段７５によって滅菌された液体食品７１は、ニードル弁８３を介して、減圧冷却タンク７６に送入される。
上記減圧冷却タンク７６においては、真空ポンプ８４によって内部が減圧されることによって、液体食品７１に含まれていた加水分が１１０℃の高温水蒸気として取り除かれ、この過程において上記液体食品は８３℃まで冷却される。
また、上記高温水蒸気は真空ポンプ８４に至る過程において、再生熱用加熱器７８に送入される。
上記再生熱用加熱器７８は、任意の種類の間接式熱交換器からなり、上記高温水蒸気によって、熱溶媒である水７７が６０℃に加熱され、上記水７７は、上述の予備加熱手段７３に送入され、熱溶媒として機能する。
また、上記減圧冷却タンク７６内において８３℃にまで冷却された液体食品７１は、ポンプ８５を介して任意の種類の間接式熱交換器からなる滅菌後液体食品冷却用熱交換器７９、８０に送入され、上記滅菌後液体食品冷却用熱交換器７９、８０によって、最終的に５℃に冷却され、次工程Ｐ２に送出される。
【０００９】
上記の滅菌過程において、液体食品７１は、１５℃から１４０℃に加熱される。
この際、昇温量の総計は初期温度と加熱後温度の差温である１２５℃である。
また、上記昇温量のうち、滅菌後の液体食品７１の冷却過程において発生する熱を利用、即ち再生熱用加熱器７８によって供給される熱によって昇温される昇温量は、予備加熱手段７３における１５℃から５０℃への昇温時の温度３５℃分のみである。
従って、全体の昇温量のうち、再生熱を利用した割合Ｃは、下式で計算される。
（数１）
【００１０】
Ｃ＝［（５０−１５）／（１４０−１５）］＊１００（％）＝２８％
【００１１】
液体食品製造プラントにおける、省エネルギー、省コストの要求は、近年特に強まっており、滅菌装置等の、熱を発生させる装置においては、特にエネルギー使用量が大きいことから、これらの装置におけるエネルギーコストの削減は、プラント全体のエネルギーコストにも大きな影響を与えるため、非常に重要である。
しかしながら、従来の滅菌装置においては、上記の通り、全体昇温量に対する再生熱の利用率はわずか２８％に留まっており、熱再生効率が高いとは言い難く、発生する熱エネルギーを効率的に利用できていないという不具合を有していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の解決する課題は、滅菌過程において発生する熱の再生利用効率を向上させ、使用エネルギーコストを削減することが可能な液体食品の滅菌装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明に係る液体食品の滅菌装置は、液体食品を所定温度に加熱する予備加熱手段と、予備加熱された上記液体食品滅菌温度に加熱して滅菌する滅菌手段と、上記滅菌手段によって滅菌された液体食品を備えた液体食品の滅菌装置であって、上記滅菌手段によって加熱された上記液体食品を、上記予備加熱手段に送出し、上記予備加熱手段の熱溶媒として利用する加熱液体食品送出手段を備えることを特徴する。
【００１４】
また、請求項２に記載した発明に係る液体食品の滅菌装置は、液体食品を所定温度に加熱する予備加熱手段と、予備加熱された上記液体食品に高温水蒸気を吹き込むことにより滅菌する滅菌手段と、上記滅菌手段によって滅菌された液体食品を減圧冷却すると共に加水分を除去する減圧冷却手段とを備えた液体食品の滅菌装置であって、上記冷却手段によって所定温度まで冷却した上記液体食品を、上記予備加熱手段に送出し、上記予備加熱手段の熱溶媒として利用する加熱液体食品送出手段を備えることを特徴する。
【００１５】
従って、請求項１及び請求項２に記載した滅菌装置においては、予備加熱において使用する熱媒として、滅菌後の液体食品をそのまま熱媒として使用するため、従来の滅菌装置のように、別途の熱媒（水）を昇温させる際に発生する、熱エネルギーロスが少ない。
【００１６】
また、請求項３に記載した発明に係る液体食品の滅菌装置は、上記予備加熱手段は、減圧環境下に加熱液体食品送出手段より送出された液体食品を送入することによって、上記液体食品の高温蒸気を発生させ、上記高温蒸気を熱媒として、加熱前の液体食品に直接接触させることによって加熱する直接式熱交換器であることを特徴とする。
【００１７】
従って、加熱液体食品送出手段より送出された液体食品の高温蒸気によって、滅菌前の液体食品を直接加熱するため、熱交換効率が高くなると共に、同一の液体食品を用いて加熱するため、滅菌前の液体食品に、熱媒が混入しても異物混入等、品質上の問題が発生する可能性が無い。
【００１８】
また、請求項４に記載した発明に係る液体食品の滅菌装置は、上記予備加熱手段は、直列に接続された複数の直接式熱交換器を備え、上記液体食品は各直接式熱交換器によって段階的に加熱されることを特徴とする。
【００１９】
従って、直接式熱交換器一台のみの場合と比較して、昇温効率が上昇する。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１及び２の発明にあっては、滅菌後の加熱状態にある液体食品を、そのまま上記予備加熱手段の熱溶媒として利用する加熱液体食品送出手段を備えることから、滅菌過程において発生する熱の損失が少ない。
従って熱エネルギーの再生利用効率を向上させ、使用エネルギーコストを削減することが可能な液体食品の滅菌装置を提供することができる。
【００２１】
また、請求項３の発明にあっては、上記予備加熱手段は、減圧環境下に加熱液体食品送出手段より送出された液体食品を送入することによって、上記液体食品の高温蒸気を発生させ、上記高温蒸気を熱媒として、加熱前の液体食品に直接接触させることによって加熱する直接式熱交換器であることから、請求項１の発明の効果に加え、予備加熱時においての熱交換の効率が向上する。
また、高温の蒸気を直接加熱前の液体食品に接触させることから、加熱時間が短く、液体食品に含有されるビタミン等の栄養成分、色素等の破壊が防止され、より高品質の液体食品を提供できる。
更に、機器と液体食品の接触面積がプレート式熱交換器等と比較して小さいことから、細菌による菌膜（所謂バイオフィルム）が発生し易い２０℃〜５０℃となる機械の表面領域を少なくすることができるため、バイオフィルム生成による殺菌効果の低下を防止することができる。
【００２２】
また、請求項４の発明にあっては、上記予備加熱手段は、直列に接続された複数の直接式熱交換器を備え、上記液体食品は各直接式熱交換器によって段階的に加熱されることを特徴とする。
従って、予備加熱時においての熱交換の効率が更に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る液体食品の滅菌装置の一実施の形態を示し、実施例に形態における滅菌装置全体の構成図及び液体食品のフローの一例を示す概念図である。
【図２】本発明に係る液体食品の滅菌装置における、直接式熱交換器からなる予備加熱手段を示す断面図である。
【図３】従来の液体食品の滅菌装置の構成図及び液体食品のフローの一例を示す概念図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明を実施するための形態について、添付図面を用いて以下説明する。
図１（ａ）に示すように、本実施例に係る液体食品の滅菌装置１０は、液体食品１１を所定温度に加熱する予備加熱手段１２と、予備加熱された上記液体食品に高温水蒸気を吹き込むことにより滅菌する滅菌手段１３と、上記滅菌手段１３によって滅菌された液体食品を減圧冷却すると共に加水分を除去する減圧冷却手段１４とを備えている。
また、上記冷却手段１４によって所定温度まで冷却した上記液体食品１１を、上記予備加熱手段１２に送出し、上記予備加熱手段１２の熱溶媒として利用する加熱液体食品送出手段１５を備えている。
また、上記予備加熱手段１２は、減圧環境下に上記液体食品１１を送入することによって、上記液体食品１１の高温蒸気を発生させ、上記高温蒸気を熱媒として、加熱前の液体食品１１に直接接触させることによって加熱する直接式熱交換器１６ａ、１６ｂからなり、上記直接式熱交換器１６ａ、１６ｂは互いに直列に接続されている。
【実施例１】
【００２５】
本実施例の構成について、添付図面を用いて説明する。
図２は、本実施例に係る滅菌装置１０に用いられる予備加熱手段１２を構成する直接式熱交換器１６ａ（１６ｂ）の断面図である。
【００２６】
図２に示すように、直接式熱交換器１６ａ（１６ｂ）は、全体略円筒形に形成された熱交換器本体部１７と、上記熱交換器本体部１７の内部の、軸方向中央部よりやや上方側に配設された、上記熱交換器本体部１７よりも小径に形成された熱媒用仕切り板部１８と、上記熱媒用仕切り板部１８の位置において、上記熱交換器本体部１７に形成された熱媒送入口部１９と、上記熱媒送入口部１９と径方向に対向する位置において、上記熱媒送入口部１９よりもやや下方側に設けられた熱媒送出口部２０と、上記熱交換器本体部１７の軸方向略中央部において径方向に対向して形成された真空ポンプ接続用口部２１、２２と、上記真空ポンプ接続用ポンプ接続口部２１、２２よりも下方側に形成され、未滅菌状態の液体食品１１（図２には図示せず）が送入される、未滅菌液体送入口部２３と、上記未滅菌液体送入口部２３に接続されると共に、上記熱交換器本体部１７の径方向内方において、下方に向かって彎曲して突出するように形成された未滅菌液体送入管部２４と、上記熱交換器本体部１７の下端部に形成され、熱媒によって熱交換された液体食品が送出される熱交換後液体送出口部２５とから形成されている。
【００２７】
また、上記熱媒用仕切り板部１８の下端部には周方向に沿って径方向外方に突出するフランジ部２６が形成され、上記フランジ部２６の外周部は、上記熱交換器本体部１７の内周部に固定されている。
【００２８】
また、図１は、本実施例に係る滅菌装置１０の全体の機器構成及び液体食品１１のフローを示す概念図である。
図１に示すように、滅菌装置１０において、前工程Ｐ１から送られてきた液体食品１１はタンク２７に貯留されている。
また、上記タンク２７は管路２８を介してポンプ２９に接続され、上記ポンプ２９は、管路３０を介して、直接式熱交換器１６ａの未滅菌液体送入口部２３に接続されている。
【００２９】
また、上記直接式熱交換器１６ａの熱交換後液体送出口部２５は、ポンプ３１を介して、隣接して配置された、直接式熱交換器１６ｂの未滅菌液体送入口部２３に接続されている。
【００３０】
また、上記直接式熱交換器１６ａの熱交換後液体送出口部２５は、ポンプ３２を介して、滅菌手段１３に接続されている。
【００３１】
また、上記滅菌手段１３は、ニードル弁３３を介して、上記滅菌手段１３によって滅菌された液体食品１１を貯留すると共に、減圧冷却する減圧冷却タンク１４に接続されている。
【００３２】
また、上記減圧冷却タンク１４で減圧・冷却された液体食品１１は、上記減圧冷却タンク１４の冷却後液体送出口部３４より送出され、ポンプ３５及び管路３６を介して、上記直接式熱交換器１６ｂの熱媒送入口部１９に接続され、更に上記直接式熱交換器１６ｂの熱媒送出口部２０と、隣接する直接式熱交換器１６ａの熱媒挿入口部１９とが管路３７を介して接続されている。
【００３３】
また、上記直接式熱交換器１６ａの熱媒送出口部２０は、ポンプ３８を介して、滅菌後の液体食品１１を冷却する間接式熱交換器３９、４０に接続され、冷却された液体食品１１は、上記間接式熱交換器４０から次工程Ｐ２に送出される。
【００３４】
また、上記減圧冷却タンク１４には、減圧冷却過程によって発生した液体製品１１の蒸気を送出する蒸気送出口部４１が設けられている。
【００３５】
また、上記減圧冷却タンク１４において発生する蒸気は、管路４２とニードル弁４３を介して、上記直接式熱交換器１６ｂの真空ポンプ接続用口部２２に接続され、更に、上記直接式熱交換器１６ｂの真空ポンプ接続用口部２１は、ニードル弁４４を介して、上記直接式熱交換器１６ａの真空ポンプ接続用口部２２に接続されている。
また、上記直接式熱交換器１６ａの真空ポンプ接続用口部２１は、上記間接熱交換器４５を介して、真空ポンプ４６に接続されている。
【００３６】
以下、添付図面を用いて本実施例に係る滅菌装置１０によって、液体食品１１を滅菌する過程について説明する。
図１に示すように、前工程Ｐ１から送られた液体食品１１は、温度１５℃に保持され、ポンプ２９によって、直接式熱交換器１６ａに未滅菌液体送入口部２３を介して送入される。
液体製品１１は、上記直接式熱交換器１６ａにおいて４０℃の熱媒蒸気によって３８℃にまで予備加熱され、上記直接式熱交換器１６ａの熱交換後液体送出口部２５より送出され、更にポンプ３１を介して、直接式熱交換器１６ｂに未滅菌液体送入口部２３を介して送入される。
【００３７】
上記液体製品１１は、上記直接式熱交換器１６ｂにおいて８０℃の熱媒蒸気によって７８℃にまで予備加熱される。
予備加熱された上記液体製品１１は、ポンプ３２を介して、滅菌手段１３に送入される。
【００３８】
なお、滅菌手段１３の種類は特に限定する必要は無いが、本実施例においては、高温の水蒸気を液体製品１１に直接吹き込んで昇温させる、インフュージョン方式の直接式滅菌器を用いている。
【００３９】
上記滅菌手段１３によって液体製品１１は１４０℃にまで昇温して滅菌され、ニードル弁３３を介して、減圧冷却タンク１４に送入され貯留される。
【００４０】
上記減圧冷却タンク１４においては、真空ポンプ４６によって内部が減圧され、加水分が高温水蒸気となって放出されると共に、液体製品１１は８３℃にまで冷却される。
なお、上記減圧冷却タンク１４内、直接式熱交換器１６ａ、及び直接式熱交換器１６ｂ内の圧力は、真空ポンプ４６及びニードル弁３３、４３、４４によって適宜に調整される。
【００４１】
上記減圧冷却タンク１４において、８３℃にまで冷却された液体製品１１は、ポンプ３５によって、上記直接式熱交換器１６ｂに熱媒送入口部１９を介して送入される。
上記直接式熱交換器１６ｂに送入された熱媒としての液体製品１１は、上記直接式熱交換器１６ｂの内部が減圧されているため沸騰してほぼ同温である８０℃の蒸気となり、未滅菌液体送入口部２３から送入され、３８℃まで加熱された滅菌前の液体製品１１を７８℃まで加熱する。
【００４２】
上記直接式熱交換器１６ｂにおいて、熱媒としての液体製品１１は、温度４０℃に冷却され、上記直接式熱交換器１６ｂの熱媒送出口部２０から送出され、管路３７を介して、隣接するもう一台の直接式熱交換器１６ａの熱媒送入口部１９から送入される。
【００４３】
上記直接式熱交換器１６ａに送入された熱媒としての液体製品１１は、上記直接式熱交換器１６ａの内部が減圧されているため沸騰して同温の蒸気となり、未滅菌液体送入口部２３から送入された、１５℃の滅菌前の液体製品１１を３８℃まで加熱する。
【００４４】
その後、熱媒としての液体製品１１は、上記直接式熱交換器１６ａの熱媒送出口部２０から送出され、間接式熱交換器３９、４０によって、段階的に冷却され、最終的に５℃まで冷却後、次工程Ｐ２に送出される。
【００４５】
本実施例にあっては、従来の殺菌装置とことなり、熱媒に液体製品１１自体を利用するため、昇温対象物と熱媒が直接接触する直接式熱交換器を使用しても異物等が混入する虞が無い。
また、間接式熱交換器と比較して、別途の熱媒を暖める際に発生するエネルギーロスが発生しない。
【００４６】
本実施例における液体食品の全体の昇温量のうち、再生熱を利用した割合Ｃは、下式で計算される。
（数２）
【００４７】
Ｃ＝［（７８−１５）／（１４０−１５）］＊１００（％）＝５０．４％
従って、従来の滅菌装置と比較して熱再生効率が大幅に向上し、プラント全体におけるエネルギー使用量の削減に大きく貢献することができる。
【００４８】
なお、本実施例においては、予備加熱に用いる直接式熱交換器１６ａ、１６ｂに供給される熱媒は、加熱滅菌後の液体食品１１であるため、装置を停止状態から稼働する時点においては、加熱滅菌後の液体食品１１は存在していない。
【００４９】
従って、本実施例に係る滅菌装置１０を停止状態から稼動する場合には、図示しない別途の初期加熱手段によって液体食品を加熱して、滅菌手段１３に送入し、滅菌手段１３から滅菌後の液体製品１１が供給開始された後に、タンク２７からの液体製品１１の供給を開始する。
【００５０】
なお、本実施例にあっては、直接式熱交換器を２台直列に接続した構成としているが、３台以上を直列接続する構成としても良い。
また、液体食品については、固形物が含有されているものを除き、任意の製品に適用することが可能である。
【００５１】
また、本実施例で示した減圧冷却タンク１４は必ずしも必須の構成ではなく、滅菌装置にて加熱された液体食品をそのまま、直接式熱交換器に送出しても良く、更に、滅菌装置についても、本実施例のようにインフュージョン方式の熱交換器の他、例えばプレート式熱交換器を用いることでも良い。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、液体食品を所定温度に加熱する予備加熱手段と、予備加熱された上記液体食品に高温水蒸気を吹き込むことにより滅菌する滅菌手段と、上記滅菌手段によって滅菌された液体食品を減圧冷却すると共に加水分を除去する減圧冷却手段とを備えた液体食品の滅菌装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  滅菌装置
１１  液体食品
１２  予備加熱手段
１３  滅菌手段
１４  減圧冷却手段（減圧冷却タンク）
１５  加熱液体食品送出手段
１６ａ直接式熱交換器
１６ｂ直接式熱交換器
１７  熱交換器本体部
１８  熱媒用仕切り板部
１９  熱媒送入口部
２０  熱媒送出口部
２１  真空ポンプ接続用口部
２２  真空ポンプ接続用口部
２３  未滅菌液体送入口部
２４  未滅菌液体送入管部
２５  熱交換液体送出口部
２６  フランジ部
２７  タンク
２８  管路
２９  ポンプ
３０  管路
３１  ポンプ
３２  ポンプ
３３  ニードル弁
３４  冷却後液体送出部
３５  ポンプ
３６  管路
３７  管路
３８  ポンプ
３９  間接式熱交換器
４０  間接式熱交換器
４１  蒸気送出口部
４２  管路
４３  ニードル弁
４４  ニードル弁
４５  間接式熱交換器
４６  真空ポンプ
７０  滅菌装置
７１  液体食品
７２  タンク
７３  予備加熱手段
７４  予備加熱手段
７５  滅菌手段
７６  減圧冷却タンク
７７  水
７８  再生熱媒用加熱器
７９  滅菌後液体食品冷却用熱交換器
８０  滅菌後液体食品冷却用熱交換器
８１  温水装置
８２  水
８３  ニードル弁
８４  真空ポンプ
８５  ポンプ
８６  ポンプ
Ｐ１  前工程
Ｐ２  次工程
【図１】
2012044962.tif 000003
【図２】
2012044962.tif 000004
【図３】
2012044962.tif 000005