(57)【要約】      （修正有）【課題】液状製品の製造設備を効率的に脱臭することができる有機物分解装置及び有機物分解方法の提供。【解決手段】洗浄液を被洗浄設備Ｆに供給する供給管１２０と、回収管１１０と、オゾンガス供給手段１０と、オゾンガスと洗浄液とを気液混合して圧送する圧送手段２０と、反応部１３０と、脱気部５０とを備え、有機物が分解されると共に脱気された洗浄液を被洗浄設備Ｆに再供給する有機物分解装置１。洗浄液を被洗浄設備Ｆに供給して洗浄すると共に、被洗浄設備Ｆを洗浄した洗浄液を返送する工程と、回収された洗浄液にオゾンガスを供給し、加圧状態の下でオゾンガスを洗浄液に溶解させて洗浄液に含まれている有機物を分解させる工程と、有機物が分解された洗浄液の気液分離を行う工程と、有機物が分解されると共に脱気された洗浄液を被洗浄設備Ｆに再供給する工程とを含む有機物分解方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄液を被洗浄設備に供給する供給管と、
前記被洗浄設備を洗浄した洗浄液を回収する回収管と、
回収された前記洗浄液にオゾンガスを供給するオゾンガス供給手段と、
供給される前記オゾンガスと前記洗浄液とを気液混合して圧送する圧送手段と、
圧送された前記オゾンガスと前記洗浄液とを加圧状態に保持し、前記オゾンガスによって前記洗浄液に含まれている有機物の分解を行う反応部と、
有機物が分解された前記洗浄液の気液分離を行う脱気部とを備え、
有機物が分解されると共に脱気された洗浄液を前記被洗浄設備に再供給することを特徴とする有機物分解装置。
【請求項２】
前記被洗浄設備が、液状製品の製造設備であり、
前記有機物が、前記液状製品の製造に用いられる香気成分であることを特徴とする請求項１に記載の有機物分解装置。
【請求項３】
前記被洗浄設備に供給される洗浄液の温度が、５０℃以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機物分解装置。
【請求項４】
前記反応部における圧力が、２５３．３ｋＰａ以上に保持されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の有機物分解装置。
【請求項５】
洗浄液を被洗浄設備に供給して洗浄すると共に、前記被洗浄設備を洗浄した洗浄液を回収する工程と、
回収された前記洗浄液にオゾンガスを供給し、加圧状態の下で前記オゾンガスを前記洗浄液に溶解させて前記洗浄液に含まれている有機物を分解させる工程と、
有機物が分解された前記洗浄液の気液分離を行う工程と、
有機物が分解されると共に脱気された洗浄液を前記被洗浄設備に再供給する工程とを含んでなることを特徴とする有機物分解方法。
【請求項６】
前記被洗浄設備が、液状製品の製造設備であり、
前記有機物が、前記液状製品の製造に用いられる香気成分であることを特徴とする請求項５に記載の有機物分解方法。
【請求項７】
前記洗浄液に溶解する前記オゾンガスが、２５３．３ｋＰａ以上に保持されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の有機物分解方法。
【請求項８】
前記被洗浄設備に供給される洗浄液の温度が、５０℃以上であることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の有機物分解方法。
【請求項９】
前記被洗浄設備から回収された洗浄液に含まれている分解対象有機物の濃度が、３００ｐｐｂ以下であることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか一項に記載の有機物分解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状製品の製造設備の定置洗浄に用いられる有機物分解装置及び有機物分解方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料をはじめとする液状製品の製造設備は、配管や、タンクや、ポンプ等の機器類を備えている。このような製造設備の洗浄方法は、分解洗浄（Cleaning Out Place；ＣＯＰ）と、定置洗浄（Cleaning In Place；ＣＩＰ）とに凡そ大別される。分解洗浄では、製造設備が分解され、各部品毎に手洗いを中心とした洗浄が行われる。これに対して、定置洗浄では、製造設備を分解すること無く、製造ラインに自動で洗浄液を通じることにより洗浄が行われる。
【０００３】
定置洗浄は、製造設備の分解を伴わない洗浄方法であるため、分解洗浄と比較して洗浄作業の確実性や安全性の確保に適しており、洗浄時間の短縮化も可能な方法となっている。そのため、液状製品の製造設備の洗浄方法としては、製造設備の稼働効率の向上にも資する定置洗浄が主流である。定置洗浄は、一般に、製造設備に併設された定置洗浄装置によって製造ラインに対して洗浄液を循環供給することにより行われる。
【０００４】
液状製品の製造設備の定置洗浄においては、タンパク、炭水化物等の有機物を分解するためのアルカリ性洗浄液や、無機塩類等の無機物を除去するための酸性洗浄液や、界面活性剤や、殺菌剤等が用いられることが多い。また、前洗浄や濯ぎ等の目的で清水も多用される。これらの洗浄液は、温水域以上に加熱された後に製造ラインに通され、洗浄効率や殺菌性の向上が図られている。洗浄液の循環供給は長時間にわたって行われるため、洗浄液ののべ液量や、その加熱に費やす熱量は、軽視できない水準に及んでいる実情がある。
【０００５】
通常、液状製品の製造設備に備えられる配管や、タンクや、ポンプ等の機器類の接続部には、ガスケットやパッキン等のシール部材が介装される。液状製品の製造にあたって香料等が使用された場合、香料に含まれる香気成分が、シール部材の表面に付着したり、シール部材の深部にまで浸透したりすることが知られている。このようにして生じる香気成分の着香は、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコンゴム等を材質とするシール部材において顕著である。
【０００６】
シール部材に着香した香気成分は、アルカリ洗浄や酸洗浄によっても短時間に除去することが困難である。シール部材等に香気成分が残留していると、製造ライン上で製品切り替えがなされた後にも溶出し続け、他製品へ移行して香り移りの問題を生じてしまう。従来、このような問題への対処としては、製造ラインの脱臭を目的とした脱臭洗浄が実施されている。脱臭洗浄は、アルカリ洗浄や酸洗浄に付随して行われており、脱臭洗浄の実施によって大量の熱水を消費すると共に、定置洗浄の所要時間が長期化している現状がある。
【０００７】
従来は、脱臭洗浄にオゾン水を利用する技術が検討されている。例えば、特許文献１には、食品製造設備の被洗浄物を洗浄する洗浄装置であって、前記食品製造設備の被洗浄物を洗浄するためのオゾンを生成するオゾン発生器と、オゾンを溶解させる水を加熱する加熱装置と、前記オゾン発生器で発生させたオゾンと前記加熱装置で加熱した水とを混合して加熱オゾン混合水を調製する混合器と、前記混合器で調製した加熱オゾン混合水を前記食品製造設備の被洗浄物に供給する配管とを含む洗浄装置について開示されている（請求項１、請求項２等参照）。被洗浄物としては、シリコンゴム製のシール材を備えた食品製造機器、または食品製造タンク、または接続配管が挙げられている。また、食品製造設備の被洗浄物を洗浄する洗浄方法であって、前記食品製造設備における被洗浄物を洗浄するためのオゾンを生成し、オゾンを溶解させる水を加熱し、生成されたオゾンと加熱された水とを混合してオゾン混合水を調製し、前記食品製造設備のシリコンゴム製のシール材を備えた食品製造機器、または食品製造タンク、または接続配管からなる被洗浄物を、調製されたオゾン混合水を用いて洗浄することで当該シール材に付着した香気成分の除去を行う洗浄方法について開示されている（請求項６等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４９１９３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示される技術では、食品製造設備の被洗浄物にオゾン混合水を供給し、シリコンゴム製のシール材を備えた食品製造機器、食品製造タンク、接続配管を洗浄することによって、シール材に付着した香気成分の除去を行っている。このとき、加熱装置によって加熱された加熱オゾン混合水を用いると、シール材に吸着した香気成分を効率よく除去することができるとされている。
【００１０】
しかしながら、定置洗浄すべき被洗浄設備にオゾン混合水を供給する方法では、オゾンは香気成分の分解に対して十分に寄与することができない。被洗浄設備に対して供給されたオゾンは、水分や有機物の存在下で早期に分解してしまい、被洗浄設備の終端側にまでは到達し難いためである。一般に、オゾンによる香気成分の分解速度を速める観点からは、オゾン溶液の液温は高温であることが望まれる。ところが、液温が高温であると、オゾンは香気成分の存在下に到達する前に分解してしまうため、香気成分の分解に殆ど寄与することが無い。また、オゾンの溶解度は、液温が高いほど低下してしまうことが知られている。そのため、終端側を含む被洗浄設備の全体の脱臭を試みたとしても、適切な分解速度と適切な溶存濃度とを両立させた状態でオゾンによる香気成分の分解を行うことは困難である。
【００１１】
また、被洗浄設備にオゾン混合水を供給する方法では、被洗浄設備内に供給されたオゾンが、溶解度が低い分子状酸素に分解し、配管等の内部に気泡を発生させてしまう。このような気泡が大量に蓄積すると、配管等の内部に空気溜まりが形成され、洗浄液が到達し難い箇所が局所的に生じる恐れがある。つまり、このような事態によって、被洗浄設備についての香気成分の除去性は悪化することになる。
【００１２】
また、被洗浄設備にオゾン混合水を供給する方法では、供給されたオゾンとシール部材から溶出した香気成分とが、専ら被洗浄設備内で反応することになる。反応雰囲気が管理されていない被洗浄設備内では、オゾンと香気成分との反応効率が悪いし、オゾンの自己分解を契機に開始される連鎖反応の効率も低くなる。特に、この連鎖反応によって生じるヒドロキシルラジカルが、香気成分の分解に対して有効に利用されなくなってしまう。
【００１３】
このように、被洗浄設備にオゾン混合水を供給する方法では、オゾンの生成に動力を費やすにも関わらず、オゾンによる脱臭の効率が、求められる水準に達し難いのが実情である。そのため、被洗浄設備中の香気成分が十分に分解されるまで、長時間にわたってオゾン混合水の循環供給を継続する必要が生じてしまう。その結果、定置洗浄の所要時間は長期化し、オゾン混合水の加熱に要する熱量も嵩んでしまうことになる。また、オゾンによって適切に分解されなかった香気成分が被洗浄設備に循環供給されて再着香し得るため、オゾンの生成に要した動力が浪費されることにもなり効率的ではない。
【００１４】
そこで、本発明は、液状製品の製造設備を効率的に脱臭することができる有機物分解装置及び有機物分解方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するために本発明に係る有機物分解装置は、洗浄液を被洗浄設備に供給する供給管と、前記被洗浄設備を洗浄した洗浄液を回収する回収管と、回収された前記洗浄液にオゾンガスを供給するオゾンガス供給手段と、供給された前記オゾンガスと前記洗浄液とを気液混合して圧送する圧送手段と、圧送された前記オゾンガスと前記洗浄液とを加圧状態に保持し、前記オゾンガスによって前記洗浄液に含まれている有機物の分解を行う反応部と、有機物が分解された前記洗浄液の気液分離を行う脱気部とを備え、有機物が分解されると共に脱気された洗浄液を前記被洗浄設備に再供給することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る有機物分解方法は、洗浄液を被洗浄設備に供給して洗浄すると共に、前記被洗浄設備を洗浄した洗浄液を回収する工程と、回収された前記洗浄液にオゾンガスを供給し、加圧状態の下で前記オゾンガスを前記洗浄液に溶解させて前記洗浄液に含まれている有機物を分解させる工程と、有機物が分解された前記洗浄液の気液分離を行う工程と、有機物が分解されると共に脱気された洗浄液を前記被洗浄設備に再供給する工程とを含んでなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、液状製品の製造設備を効率的に脱臭することができる有機物分解装置及び有機物分解方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る有機物分解装置の概略構成を示す図である。
【図２】香気成分の脱臭時間と香気成分の残留量との関係の一例を示す図である。（ａ）は、リナロールオキシドについての関係を示す図、（ｂ）は、イソ酪酸エチルについての関係を示す図である。
【図３】オゾンの清水中における半減時間を示す図である。
【図４】オゾンの清水に対する溶解率を示す図である。
【図５】オゾンを清水に対して全溶解させるのに要する圧力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態に係る有機物分解装置及び有機物分解方法について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る有機物分解装置の概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る有機物分解装置１は、回収管１１０と、供給管１２０と、オゾンガス供給手段１０と、気液混合ポンプ（圧送手段）２０と、反応管（反応部）１３０と、脱気装置（脱気部）５０とを備えている。この有機物分解装置１は、飲料等の液状製品の製造設備を定置洗浄し、製造設備から回収された洗浄液に含まれている有機物をオゾンを利用して分解処理する装置となっている。
【００２１】
有機物分解装置１は、図１に示すように、定置洗浄を施すべき液状製品の製造設備（被洗浄設備Ｆ）に付帯して備えられる。液状製品には、飲料、液状食品、流動性を持つ半固体食品等の他、化粧品、医薬品、医薬部外品、衛生用品等の非食品の液状製品が含まれる。被洗浄設備Ｆは、例えば、液状製品、半製品、原料等の液状物が通流する配管や、液状物が貯留されるタンク等を備えて構成されている。そして、被洗浄設備Ｆには、配管やタンク等が連なることによって、製造ラインとなる液状物の流路（被洗浄流路ｐ）が形成されている。
【００２２】
液状物の流路（被洗浄流路ｐ）においては、液状製品の製造にあたって、原料の調合、抽出、加熱、冷却、脱気、ガス圧入、滅菌、充填等の各種工程の全部又は一部がインラインで実施される。そのため、この流路（被洗浄流路ｐ）には、取り扱われる液状物に接し得るようにポンプ、バルブ、熱交換器、計測器、濾過器等の機器類が備えられている。定置洗浄では、被洗浄設備Ｆが有するこのような被洗浄流路ｐに洗浄液が通されることによって、これらの被洗浄物の洗浄が行われる。
【００２３】
図１に示すように、被洗浄設備Ｆが有する被洗浄流路ｐの入口には、管路を介して切換弁Ｖ１が接続されている。この管路には、循環ポンプ７０と加熱装置８０とが設置されている。そして、切換弁Ｖ１には、給液管１０１の一端が接続されている。また、被洗浄流路ｐの出口には、管路を介して切換弁Ｖ２が接続されている。そして、切換弁Ｖ２には、排液管１０２の一端が接続されている。なお、これら循環ポンプ７０、加熱装置８０、給液管１０１、排液管１０２、切換弁Ｖ１及び切換弁Ｖ２は、それぞれ独立に、有機物分解装置１と一体に設けてもよいし、有機物分解装置１と別体とし、被洗浄設備Ｆ又はその他の定置洗浄装置（ユニット）に設けてもよい。また、加熱装置８０は、製造工程における加熱殺菌機がその機能を兼ねてもよい。
【００２４】
給液管１０１は、被洗浄設備Ｆに洗浄液を供給する流路を形成している。一端が切換弁Ｖ１に接続されている給液管１０１の他端は、通常、不図示の複数の管路に分岐し、複数備えられる洗浄液供給源にそれぞれ接続される。そして、各洗浄液供給源からの洗浄液の供給は、定置洗浄の計画に従って所定時間毎に切り替え制御されて定置洗浄が行われる。これによって、各種の洗浄液が、切換弁Ｖ１を経て被洗浄設備Ｆが有する被洗浄流路ｐに順次供給されることになる。
【００２５】
被洗浄設備Ｆには、例えば、アルカリ洗浄に際して、水酸化ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、界面活性剤等を含むアルカリ性洗浄液が供給され、酸洗浄に際して、硝酸、界面活性剤等を含む酸性洗浄液が供給される。また、殺菌のために、次亜塩素酸ナトリウム等の殺菌用洗浄液が供給され、アルカリ洗浄や酸洗浄の事前に行われる前洗浄に際してや、これらの洗浄の合間及び事後に行われる濯ぎに際しては、塩分や金属類を実質的に含有していない清水の供給が行われる。
【００２６】
循環ポンプ７０は、供給される洗浄液を圧送し、洗浄液を被洗浄設備Ｆに供給する。また、加熱装置８０は、被洗浄設備Ｆに供給される洗浄液の加熱を行う。循環ポンプ７０によって圧送される洗浄液は、加熱装置８０によって温水域又は熱水域にまで加熱され、生成された高温の洗浄液が、被洗浄設備Ｆに通される。洗浄液は、被洗浄設備Ｆが有する被洗浄流路ｐを通流して被洗浄物を洗浄した後、被洗浄流路ｐの出口から排出される。
【００２７】
排液管１０２は、被洗浄物を洗浄した洗浄液を排出する流路を形成している。一端が切換弁Ｖ２に接続されている排液管１０２の他端は、不図示の洗浄液供給源に接続されている。被洗浄流路ｐを通流した洗浄液は、排液管１０２を通じて洗浄液供給源に移送された後、再び給液管１０１を経て被洗浄設備Ｆに循環供給されるようになっている。そして、所定時間にわたって被洗浄設備Ｆに繰り返し供給されて被洗浄物を洗浄した洗浄液は、排液管１０２の下流や被洗浄流路ｐの中間部から系外に排出され、必要に応じて冷却処理された後に排液処理される。
【００２８】
液状製品の製造設備（被洗浄設備Ｆ）においては、液状製品の製造にあたって香料が使用されることがある。香料は、香気成分として、炭化水素類、エステル類、ケトン類、芳香族、脂肪酸類、アルデヒド類、アルコール類、エーテル類等の各種の有機物を含有している。香気成分としては、テルペン系化合物のような炭化水素系化合物の他、含硫黄化合物、含窒素化合物等の種々の元素組成の化合物が使用され得る。また、原子間結合の種類や、揮発性の程度等も多岐に及んでいる。
【００２９】
一方、製造設備（被洗浄設備Ｆ）に備えられる配管や、タンクや、ポンプ等の機器類の接続部には、通常、ガスケットやパッキン等のシール部材が介装されている。こうしたシール部材は、一般に、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコンゴム等を材質としている。このような材質のシール部材は、香料に含まれている香気成分（有機物）が着香し易い性質を有している。
【００３０】
そのため、香料が添加されている液状製品や半製品等が、製造設備（被洗浄設備Ｆ）が有する液状物の流路（被洗浄流路ｐ）において取り扱われると、種々の香気成分が、シール部材の表面に強固に付着したり、シール部材の深部にまで浸透したりする。このようにしてシール部材に着香した香気成分は、被洗浄設備Ｆにアルカリ性洗浄液や酸性洗浄液を循環供給した後にも、シール部材の深部等に残留していることが少なくない。
【００３１】
そこで、このような液状製品の製造設備（被洗浄設備Ｆ）には、香気成分の脱臭を目的とした脱臭洗浄を施す。詳細には、有機物分解装置１と被洗浄設備Ｆとの間で洗浄液を循環させることで、被洗浄流路ｐ中のシール部材に着香している香気成分を洗浄液に溶出させる。そして、香気成分が溶出した洗浄液を有機物分解装置１に返送することによって被洗浄設備Ｆを脱臭する。脱臭洗浄は、具体的には、各切換弁Ｖ１，Ｖ２を切り替えて給液管１０１と排液管１０２とを閉鎖し、循環ポンプ７０の稼働によって洗浄液を有機物分解装置１と被洗浄設備Ｆとの間で定流量的に循環させることによって行う。
【００３２】
脱臭洗浄において好ましく用いられる洗浄液は、５０℃以上６０℃未満の温水域の洗浄液、又は、６０℃以上の熱水域の洗浄液である。洗浄液の液温は、８０℃以上であってよいし、９０℃以上であってもよい。洗浄液は、塩分や金属類を実質的に含有していない清水が好ましいが水道水等であってもよい。被洗浄設備Ｆに高温の洗浄液を通すことによって、香気成分の溶解度が高められると共に深部に浸透している香気成分の拡散速度が向上し、シール部材中を拡散する時間が短縮される。そのため、シール部材に浸透している香気成分は洗浄液に溶出し易くなり、所要時間が長期化すること無く効率的な脱臭洗浄が行われる。また、高温の清水や水道水であれば、シール部材への損傷も少ない。
【００３３】
回収管１１０は、洗浄液を被洗浄設備Ｆから回収（返送）する流路を形成している。回収管１１０の一端は、切換弁Ｖ２に接続されている。切換弁Ｖ２は被洗浄設備Ｆが有する被洗浄流路ｐの出口と管路を介して連結されているため、切換弁Ｖ２の切り替えによって、被洗浄設備Ｆを洗浄し、被洗浄設備Ｆから香気成分（有機物）が溶出した洗浄液が有機物分解装置１に回収されることになる。なお、このとき、切換弁Ｖ２の排液管１０２側の流路は閉鎖される。一方、回収管１１０の他端は、気液混合ポンプ２０に接続されており、気液混合ポンプ２０から反応管１３０と脱気装置５０とを経て供給管１２０に至る流路が連なっている。
【００３４】
供給管１２０は、洗浄液を被洗浄設備Ｆに供給する流路を形成している。供給管１２０の一端は、脱気装置５０に接続されている。一方、供給管１２０の他端は、切換弁Ｖ１に接続されている。切換弁Ｖ１は被洗浄設備Ｆが有する被洗浄流路ｐの入口と管路を介して連結されているため、切換弁Ｖ１の切り替えによって、有機物分解装置１から被洗浄設備Ｆに洗浄液が供給されることになる。なお、このとき、切換弁Ｖ１の給液管１０１側の流路は閉鎖される。そして、被洗浄設備Ｆを洗浄した洗浄液は、回収管１１０を通じて回収された後、供給管１２０を通じて被洗浄設備Ｆに再供給されて循環する。
【００３５】
洗浄液における香気成分の濃度は、洗浄液が被洗浄設備Ｆに繰り返し供給されるに伴って次第に増大していくことになる。その結果、溶出した香気成分のシール部材への再付着が発生し、香気成分の脱臭の効率は低下していく。そのため、一般には、循環供給している洗浄液の頻繁な交換が必要である。しかしながら、洗浄液の交換を行う場合には脱臭洗浄を停止しなければならないため、定置洗浄の所要時間が増してしまう。また、洗浄液の交換に水使用量がかかるし、新たに交換された洗浄液の再加熱には、多大な加熱経費を要する。
【００３６】
そこで、有機物分解装置１では、被洗浄設備Ｆから回収された洗浄液に含まれている香気成分（有機物）をオゾンを利用して分解する有機物分解処理を行う。本実施形態に係る有機物分解方法は、洗浄液を被洗浄設備Ｆに供給して洗浄すると共に、被洗浄設備Ｆを洗浄し、前記被洗浄設備から有機物が溶出した洗浄液を返送する工程と、回収された洗浄液にオゾンガスを気液混合し、加圧状態の下でオゾンガスを洗浄液に溶解させて洗浄液に含まれている有機物を分解させる工程と、有機物が分解された洗浄液の脱気を行う工程と、有機物が分解されると共に脱気された洗浄液を被洗浄設備Ｆに再供給する工程とを含む方法である。
【００３７】
この有機物分解方法では、特に、被洗浄設備Ｆから回収された洗浄液と散気されたオゾンガスとを気液混合し、加圧状態の下でオゾンガスに含まれているオゾンを洗浄液に実質的に全溶解させて、循環している洗浄液に溶出している香気成分を分解させる。そして、香気成分が分解された洗浄液を脱気した後、被洗浄設備Ｆに再供給することにより継続的に脱臭洗浄を行う。
【００３８】
オゾンガス生成手段１０は、図１に示すように、圧縮機１１と、酸素濃縮器１２と、オゾン発生器１３と、濃度計１４とを備えている。オゾンガス生成手段１０は、オゾンを含むオゾンガスを生成し、被洗浄設備Ｆから回収された洗浄液にオゾンガスを供給する装置となっている。オゾンガス生成手段１０が備える圧縮機１１には、空気が給気されるようになっている。
【００３９】
圧縮機１１は、空気を圧縮することによって圧縮空気を生成する。そして、生成された圧縮空気は、酸素濃縮器１２に導入される。酸素濃縮器１２は、例えば、ＰＳＡ（pressure swing adsorption）方式とされ、ゼオライト等の吸着材が充填された吸着塔等を備えている。吸着材は、窒素や水分等に対して吸着能を有しており、所定圧以上に加圧された圧縮空気に含まれている窒素や水分等を除去するものである。
【００４０】
酸素濃縮器１２は、吸着塔に導入された圧縮空気から窒素や水分等を除去し、酸素濃度が高められた酸素濃縮ガスを生成する。一方で、酸素濃縮器１２の吸着材は、所定圧未満の空気に対しては、吸着している窒素や水分等を脱離させる。そのため、酸素濃縮器１２では、加減圧の繰り返しによって、酸素濃縮ガスの生成と吸着材の吸着能の再生とが繰り返される。
【００４１】
オゾン発生器１３は、酸素濃縮ガス中にオゾンを発生させてオゾンガスを生成する。オゾン発生器１３におけるオゾンの発生方式は、放電式、電気分解式、紫外線式等の適宜の形態とすることができる。但し、好ましい形態は、オゾンの大量生成に適した放電式によるものである。放電式のオゾン発生器１３は、例えば、誘電体で被覆された電極対を備えるものである。この電極間に、酸素濃縮ガスが導入されると共に交流電圧が印加されることによって、無声放電の発生に伴いオゾンガスが生成する。
【００４２】
オゾンガスは、オゾンを２３０ｇ／ｍ３以下の濃度で含有し、残部が主として酸素によって組成される混成ガスである。オゾン発生器１３において生成されたオゾンガスは、被洗浄設備Ｆから回収された洗浄液に供給される。このとき、供給されるオゾンガスの濃度は、濃度計１４によって計測されるようになっている。有機物分解装置１は、例えば、供給されるオゾンの濃度が洗浄液の流量に対して一定に保たれるように運転される。オゾンガスのオゾン濃度は、好ましくは５０ｇ／ｍ３以上２１０ｇ／ｍ３以下、２００ｇ／ｍ３付近である。
【００４３】
気液混合ポンプ２０は、被洗浄設備Ｆから回収された洗浄液と、オゾンガス生成手段１０が生成したオゾンガスとを気液混合して圧送する。気液混合ポンプ２０は、液体と気体とを汲み上げて気液二相流を加圧するポンプである。この種の気液混合ポンプ２０としては、筒状のケーシング内に羽根車を収めた渦流ポンプや、自吸性のダイアフラムポンプ、渦巻ポンプ等を利用することができる。オゾンガスと洗浄液とは、気液混合ポンプ２０によって気液混合されながら加圧されて、反応管１３０に圧送される。
【００４４】
反応管１３０は、圧送されたオゾンガスと洗浄液とを加圧状態に保持する管状の反応器である。反応管１３０の一端は、気液混合ポンプ２０に接続されている。一方、反応管１３０の他端は、流量制御手段（絞り弁）４０に接続されている。流量制御手段４０は、反応管１３０を通流する洗浄液の流量を制約し、反応管１３０における内圧を維持するように働く。なお、図１においては、流量制御手段４０として絞り弁が設けられているが、絞り弁は、開度が可変的なものであっても不変的なものであってもよい。また、絞り弁に代えて、オリフィス、多孔板等を設けてもよい。
【００４５】
反応管１３０では、被洗浄設備Ｆから回収された洗浄液と、オゾンガス生成手段１０が生成したオゾンガスとが加圧雰囲気の下で気液混合されることによって、洗浄液に対するオゾンガスの溶解度が高められる。そして、洗浄液に効率的に溶解したオゾンガスによって、被洗浄物から洗浄液に溶出している香気成分（有機物）の分解が行われる。詳細には、オゾンガスに含まれているオゾンの大半は、洗浄液に溶解し、液相において香気成分を直接酸化によって分解したり、水分の存在下に水酸化物イオン等と反応して自己分解したりする。また、オゾンの残部は、気相に揮発した香気成分を直接酸化によって分解したり、気相において自己分解して分子状酸素と共に酸素ラジカルを発生したりする。さらに、液相や気相におけるオゾンの自己分解を契機として、各種のラジカル種や活性酸素種が発生し、これらの活性種も香気成分の分解に寄与することになる。反応管１３０における洗浄液の滞留時間は、洗浄液の返送量や流量制御手段４０の開度等によって、香気成分の分解に必要とされる規定時間に維持される。
【００４６】
香気成分の分解反応の速度は、オゾンやその他の活性種の酸化力に影響される。オゾンの酸化還元電位は、約２．０７Ｖである。したがって、結合エネルギが比較的小さい、炭素水素（Ｃ−Ｈ）間結合、二重結合、芳香環、エーテル結合等については、オゾンによる直接酸化によって開裂が生じ、香気成分が速やかに分解されることになる。その一方で、結合エネルギが比較的大きいエステル結合等については、オゾンによる直接酸化によっては分解が進み難い。
【００４７】
これに対して、オゾンの自己分解により開始される連鎖反応においては、より強い酸化力を有するラジカル種が生成し得る。例えば、気相中のオゾンが分解する等して酸素ラジカル（Ｏ）が生じ得る。酸素ラジカルの酸化還元電位は、約２．４２Ｖである。また、水分の存在下にオゾンが自己分解し、ヒドロトリオキシルラジカル（ＨＯ３）の生成を経てヒドロキシルラジカル（ＯＨ）が生じ得る。ヒドロキシルラジカルの酸化還元電位は、取り分け高く約２．８１Ｖである。これらのラジカル種によれば、エステル結合等のように結合エネルギが比較的大きい結合をも開裂させることが可能である。
【００４８】
図２は、香気成分の脱臭時間と香気成分の残留量との関係の一例を示す図である。（ａ）は、リナロールオキシドについての関係を示す図、（ｂ）は、イソ酪酸エチルについての関係を示す図である。
図２（ａ）及び（ｂ）において、横軸は、各香気成分を溶解した水溶液の脱臭に要する時間（分）、縦軸は、水溶液中の各香気成分の濃度（残留量）（ｐｐｂ）を示している。また、破線は、香気成分の検出限界となる下限濃度を示している。○のプロットは、各香気成分を溶解した水溶液にオゾンガスを気液混合したときの結果、●のプロットは、各香気成分を溶解した水溶液に純酸素ガスを気液混合したときの結果である。
【００４９】
図２（ａ）に示すように、テルペン系化合物の酸化物であるリナロールオキシドについては、オゾンガスを気液混合することによって香気成分の残留量が速やかに検出限界以下に低下している。リナロールオキシドは、Ｃ−Ｃ結合の他は、Ｃ＝Ｃ結合、Ｃ−Ｈ結合、Ｃ−Ｏ結合、Ｏ−Ｈ結合等の結合エネルギが小さい結合によって形成されているため、オゾンによって短時間で分解されることが確認できる。一方、純酸素ガスを気液混合することによっては残留量の低下は認められないことから、この種の香気成分については、気相への揮発ではなく各種の活性種による分解が脱臭に寄与していることが分かる。
【００５０】
これに対して、図２（ｂ）に示すように、エステル類に分類されるイソ酪酸エチルについては、オゾンガスを気液混合することによって香気成分の残留量が低下しているものの、リナロールオキシドと比較して脱臭に時間を要している。イソ酪酸エチルは、Ｃ−Ｃ結合の他は、Ｃ−Ｈ結合やＣ−Ｏ結合と、結合エネルギが大きいエステル性のＣ＝Ｏ結合とによって形成されているため、オゾンによっては短時間で分解し難いことが確認できる。一方、純酸素ガスを気液混合することによっても残留量の低下が認められ、揮発による脱臭も有効に奏功し得ることが認められる。
【００５１】
反応管１３０における圧力条件は、このようにオゾンのみによっては分解し難い難分解性の香気成分を速やかに分解させる観点から、酸化力が強いヒドロキシルラジカルの生成に適した圧力条件に保持される。すなわち、反応管１３０においては、供給されるオゾンが洗浄液中に略全溶解する圧力の下で、オゾンガスと洗浄液とを気液混合させることによって、生成されたオゾンの略全量を水分の存在下に自己分解させて、ヒドロキシルラジカルを効率的且つ多量に生成させる。そして、多量のヒドロキシルラジカルを含む種々の活性種によって、迅速且つ確実な香気成分の分解を実現する。
【００５２】
図３は、オゾンの清水中における半減時間を示す図である。また、図４は、オゾンの清水に対する溶解率を示す図である。また、図５は、オゾンを清水に対して全溶解させるのに要する圧力を示す図である。
図３における縦軸は、常圧且つ暗所の下で清水中に溶解しているオゾンの濃度が半減するのに要する半減時間（秒）を示している。図３は、初期濃度１０ｐｐｍのオゾンの半減期を、流量４００Ｌ／分の清水に供給量４ｇ／分のオゾンを気液混合することによって計測した結果である。また、図４における縦軸は、常圧の下で清水に対して溶解し得るオゾンの溶解量を水温０℃における溶解量の相対値（オゾン溶解率）として示している。また、図５における縦軸は、オゾンガス中に含まれているオゾンを清水に対して全溶解させるのに要する最小圧力（ａｔｍ）を示している。図５は、供給量４ｇ／分のオゾンが全溶解することによりオゾン濃度が１０ｐｐｍに達するときの圧力を、流量４００Ｌ／分の清水に供給量２０Ｌ／分のオゾンガスを加圧溶解させることによって計測した結果である。
【００５３】
図３に示すように、オゾンは、塩分や金属類を含有していない清水中においても分子状酸素に自己分解していく。オゾンの濃度の低下は、熱で自己分解が促進されるために水温が高温であるほど顕著となっている。例えば、水温８０℃においては、約１０秒でオゾンの半数が分解している。したがって、オゾンの自己分解によって開始される連鎖反応を惹起してヒドロキシルラジカルを効率的に発生させる観点からは、洗浄液の温度は温水域又は熱水域にあることが好ましく、熱水域にあることがより好ましいと判定できる。また、図３は、高温の洗浄液におけるオゾンの消失が速いことを意味しているため、高温の洗浄液と気液混合したオゾンについては直ちに香気成分の存在下におくことが必要であると解される。
【００５４】
一方、図４に示すように、清水に対して溶解し得るオゾンの溶解率は、水温が高温になるにつれて低下する傾向を示し、水温５０℃付近において１割を下回ることが認められる。したがって、洗浄液の液温が５０℃以上の温水域又は熱水域にある場合、常圧においては、オゾンを洗浄液に対して十分に溶解させることが困難である。オゾンの溶解率が低いと、オゾンの大半はヒドロキシルラジカルを発生させること無く消失してしまう恐れが高く、オゾンの生成に要した動力が浪費されることになってしまう。
【００５５】
他方、図５に示すように、オゾンガスを加圧した場合には、オゾンを全溶解させることが可能であることが認められる。水温が高温になるほどオゾンを全溶解させるのに要する圧力は次第に増大していくものの、水温５℃では１．４気圧（１４１．９ｋＰａ）、水温２０℃では１．８気圧（１８２．４ｋＰａ）、水温５０℃では２．５気圧（２５３．３ｋＰａ）、水温９０℃では３．０（３０４．０ｋＰａ）気圧で全溶解が達成されている。そこで、有機物分解装置１においては、被洗浄設備Ｆから回収される温水域又は熱水域の洗浄液にオゾンを全溶解させてヒドロキシルラジカルを効率的に発生させる観点から、反応管１３０において洗浄液を所定圧以上の加圧状態に保持して通流させる。
【００５６】
反応管１３０における圧力は、好ましい形態では、洗浄液の液温との関係から、絶対圧を２．５気圧以上に保持する。絶対圧を少なくとも２５３．３ｋＰａ（２．５気圧）以上に保持すると、ヒドロキシルラジカルを効率的に発生させることが可能な５０℃以上の洗浄液にもオゾンを全溶解させることができるため、生成したオゾンの利用効率を良好にすることができる。反応管１３０における圧力は、より好ましくは３０４．０ｋＰａ（３．０気圧）以上である。このような高圧力に保持すると、８０℃以上の熱水域の洗浄液にもオゾンを全溶解させることが可能である。反応管１３０における圧力の上限は、特に制限されるものではないが、６０８．０ｋＰａ（６．０気圧）以下とすることが好ましい。このような圧力範囲であれば、オゾンガス供給手段１０が高分圧のオゾンの供給能力を有していない場合であっても、オゾンを全溶解させることが可能である。
【００５７】
反応管１３０の終端は、図１に示すように、流量制御手段４０に接続されている。そのため、オゾンガスと気液混合されて香気成分が分解された洗浄液は、流量制御手段４０を通過することによって減圧されて、脱気装置５０に移送される。
【００５８】
脱気装置５０は、有機物が分解された洗浄液の気液分離を行う。脱気装置５０は、例えば、膜型、中空糸型等の適宜の形態の気液分離膜を備える減圧脱気装置等によって構成される。気液分離膜の一次側には、供給管１２０の一端が接続され、二次側には、管路を介して排気処理装置６０が接続される。そして、排気処理装置６０の排気側には、吸引ポンプ６２が設けられる。
【００５９】
脱気装置５０が備える気液分離膜の一次側には、循環ポンプ７０によって洗浄液が通される。一方、気液分離膜の二次側には、吸引ポンプ６２によって真空引きが施される。そのため、循環している洗浄液はクロスフロー式の濾過によって気液分離されて、未反応のオゾン、オゾンの自己分解によって発生した酸素、未分解の香気成分、香気成分の分解によって生成した各種気体成分等が効率的に脱気される。そして、脱気された洗浄液は、供給管１２０を通じて被洗浄設備Ｆに再供給される。その一方で、洗浄液から気液分離された気体は、排気処理装置６０に送られる。
【００６０】
排気処理装置６０は、洗浄液から気液分離された気体に含まれ得るオゾンの無害化処理を行う。排気処理装置６０は、例えば、冷却器、オゾン分解器等が直列状に列設されて構成される。冷却器は、排出される気体に含まれる水分を除去して脱気装置５０等に戻し、オゾン分解器は、排出される気体に含まれるオゾンをオゾン分解触媒により酸素分子に分解し、系外への意図しない放出を防止する。その後、排気処理装置６０において無害化された気体は、吸引ポンプ６２を通じて系外に排気される。
【００６１】
なお、前記の有機物分解装置１においては、反応器（反応部）として反応管１３０が備えられているが、反応管１３０に代えて、反応タンクを備えてもよい。反応タンクにおける圧力条件等については、前記の反応管１３０においてと同様である。また、脱気装置５０は、減圧脱気装置に代えて、沸騰により気液分離を行う加熱脱気装置、遠心分離の原理で気液分離を行う遠心脱気装置、超音波の伝達による超音波脱気装置、タンクを用いた気液分離装置等によって構成してもよい。脱気装置５０は、これらの気液分離の原理が組み合わされた装置であってもよい。
【００６２】
以上の有機物分解装置１によれば、香気成分の溶出に適した温水域又は熱水域の洗浄液を被洗浄設備Ｆに循環させることによって、被洗浄物に付着又は浸透している香気成分を効率的に溶出させることができる。このとき、被洗浄設備Ｆには、実質的にオゾンを含有していない洗浄液が供給される。通常、洗浄液に混合されたオゾンは急速に自己分解するため、オゾンによる香気成分の分解は、洗浄液とオゾンガスとが混合された直後の短時間で終息し、洗浄液が被洗浄設備内の通流を終えるまでは持続し難い。そのため、オゾンを被洗浄設備Ｆに導入したとしても、未分解の香気成分の残留量が多く、洗浄液の循環供給によって再着香を生じ易い。
【００６３】
これに対し、有機物分解装置１によると、温水域又は熱水域の洗浄液に効率的に溶出させた香気成分を、被洗浄設備Ｆの外部でオゾンにより分解させることができる。被洗浄設備Ｆの外部にある反応器（反応部）では、圧力等の反応条件の管理をより適切に行うことが可能である。また、高温域において早期に分解し易いオゾンを、気液混合ポンプ２０により供給することによって、香気成分の存在下に直ちにおくことが可能である。そのため、有機物分解装置１によると、生成したオゾンや、オゾンの自己分解によって生じた各種の活性種の大半を香気成分と速やかに反応させることができる。具体的には、オゾンの大半は、洗浄液に溶解して液相で自己分解して、効率的にヒドロキシルラジカルを発生させるようになる。その結果、オゾンの利用率が高められて確実に香気成分が分解され、オゾンの生成に要した動力が浪費されることが無くなる。具体的には、洗浄液に３００ｐｐｂ以下の濃度で含まれている極低濃度の分解対象有機物に対しての脱臭が可能であり、分解対象有機物の濃度を０．１ｐｐｂ以下程度まで低下せしめることができる。また、香気成分を含む洗浄液が被洗浄設備Ｆに再供給されることが無いため、シール部材等への再着香が防止される。そして、香気成分の効率的な分解と再着香の防止とによって、脱臭洗浄の所要時間が短縮され、洗浄液の交換の頻度や、洗浄液の加熱に要する熱量も削減される。
【００６４】
また、有機物分解装置１によれば、気液分離によって脱気された洗浄液が被洗浄設備Ｆに再供給される。そのため、被洗浄設備内に供給されたオゾンガスは気泡を発生させることが少なく、被洗浄設備中に空気溜まりが形成され難くなっている。それ故、空気溜まりの存在によって洗浄液が到達し難い箇所を生じず、被洗浄流路の全域を確実に脱臭洗浄することが可能になっている。また、被洗浄設備中にオゾンが滞留することが少なくなるため、オゾンによる被洗浄物の劣化が防止されるし、洗浄液を系外に排出するにあたってオゾンの無害化処理を簡略化することも可能となっている。したがって、本実施形態に係る有機物分解装置及び有機物分解方法によると、オゾンによる香気成分の確実な分解と、洗浄液の気液分離とによって、液状製品の製造設備を効率的に脱臭することができる。
【００６５】
加えて、有機物分解装置１では、未分解の香気成分の一部も気液分離によって積極的に揮発して脱気されるため、オゾンによる分解のみによって脱臭する場合と比較して、脱臭洗浄の効率は一層高いものとなる。また、有機物分解装置１では、実質的にオゾンを含有していない温水域又は熱水域の洗浄液を被洗浄設備Ｆに循環供給させるため、加熱装置８０においては、オゾンの消散への対処が不要となり、熱交換器、通電加熱装置、気液接触を伴う蒸気加熱等を行う直接加熱装置など適宜の加熱原理を採用し得る点で有利である。
【符号の説明】
【００６６】
１  有機物分解装置
１０  オゾンガス供給手段
１１  圧縮機
１２  酸素濃縮器
１３  オゾン発生器
１４  濃度計
２０  気液混合ポンプ（圧送手段）
４０  流量制御手段４０
５０  脱気装置（脱気部）
６０  排気処理装置
６２  吸引ポンプ
７０  循環ポンプ
８０  加熱装置
１０１  給液管
１０２  排液管
１１０  供給管
１２０  回収管
１３０  反応管（反応部）
Ｆ  被洗浄設備
ｐ  被洗浄流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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