JP2019014497A - 無菌充填システム - Google Patents

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Abstract

【課題】全体としてコスト低減を図る。
【解決手段】無菌充填システム１Ａは加熱殺菌装置１８と、フィラー２とを備えている。加熱殺菌装置１８は加熱部１２と、ホールディングチューブ１４と、第一段冷却部１５と、第二段冷却部１６とを有する。加熱部１２と第一段冷却部１５に、熱水ライン３１と冷却水ライン３２とからなる循環ライン３０が接続され、冷却水ライン３２に連結ライン３３を接続し、この連結ライン３３によって冷却水ライン３２内の無菌の冷却水をフィラー２側へ送る。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＥＴボトル等の容器に飲料（内容物）を充填する無菌充填システムに関する。
従来より飲料をボトル等の容器に充填する無菌充填システムが知られている。このような無菌充填システムは飲料を加熱する加熱殺菌装置と、充填機とを備え、この充填機は無菌チャンバを含み、この無菌チャンバ内でボトルに飲料を充填するようになっている。
ところで充填機の無菌チャンバ内には除菌フィルタを通したエアが供給され、無菌チャンバ内を無菌状態に保っている。
特開２０１１−２５５９３８号公報 特開２０１５−４４５９３号公報
ところで加熱殺菌装置では飲料を加熱するため、加熱された無菌水を用いて飲料を加熱している。
他方、充填機の無菌チャンバには潤滑用等により少量の無菌水が供給され、このため無菌水の生成機が必要となるが、無菌水生成機を不要とすることができれば全体の設備コストおよび運転コストの低減を行なうことができて都合が良い。
本発明はこのような問題点を考慮してなされたものであり、設備コストおよび運転コストを全体として低減することができる無菌充填システムを提供することを目的とする。
本発明は、内容物を加熱殺菌する加熱殺菌装置と、前記加熱殺菌部で加熱殺菌された内容物をボトル内に充填する充填機とを備え、前記加熱殺菌装置は内容物を加熱する加熱部と、前記加熱部により加熱された内容物を冷却する冷却部とを有し、前記加熱部と前記冷却部との間に、前記冷却部からの熱水を前記加熱部へ供給する熱水ラインと、前記加熱部からの冷却水を前記冷却部へ供給する冷却ラインとを含み無菌水を循環させる循環ラインを接続し、前記冷却ラインに前記充填機側へ無菌の冷却水を供給する連結ラインを設けた、無菌充填システムである。
本発明は、前記充填機は無菌チャンバを含み、前記連結ラインは前記無菌チャンバに噴霧器あるいはノズルを介して接続されて、この噴霧器あるいはノズルにより前記無菌チャンバ内に無菌水を供給する、無菌充填システムである。
本発明は、前記熱水ラインに加熱蒸気供給部を設けた、無菌充填システムである。
本発明によれば、充填機の無菌チャンバへ供給するために、無菌水生成機を別個に設ける必要はなく、全体としてコスト低減を図ることができる。
図１は無菌充填システムの加熱殺菌装置を示す図。 図２は本発明に係る無菌充填装システムのブロック図。 図３はshell-tube型の熱交換器を示す図。
まず図２を参照して無菌充填システム１Ａ全体について述べる。
図２に示すように、無菌充填システム１Ａは、プラスチック性のボトル（容器ともいう）ｂ内に飲料（内容物ともいう）を無菌状態で充填するものである。
このような無菌充填システム１Ａは、順に配置された調合装置１と、バランスタンク５と、加熱殺菌装置（ＵＨＴ）１８と、サージタンク１９と、ヘッドタンク１１と、飲料をボトルｂ内に無菌状態で充填する充填ノズル２ａを含むフィラ―（充填機ともいう）２とを備えている。
このうち調合装置１は、例えば茶飲料、果実飲料等の飲料を各々所望の配合割合で調合するためのものである。
また調合装置１と、フィラー２内の充填ノズル２ａとの間は、飲料供給系配管７で結ばれている。
また、無菌充填システム１Ａには、ボトルｂをフィラー２へと搬送し、フィラー２によって飲料を充填されたボトルｂを排出するボトル搬送路が設けられる。搬送路は、一般に多数のホイール２０と、各ホイールの回りに配置されたグリッパ２０Ａ等によって構成される。
フィラー２は、飲料を多数のボトルｂに高速で充填する充填機であって、無菌チャンバ３と、無菌チャンバ３内に設けられ、飲料をボトルｂ内に充填する複数の充填ノズル２ａと、無菌チャンバ３内に設けられ、ボトルｂの搬送路の一部を構成するホイール２０とを備える。このホイール２０は無菌充填装置の床面から垂直に起立する支軸２１から延びる旋回軸２１ａに取り付けられる。ホイール２０の回りには、ボトルｂの首部を把持するグリッパ２１Ａが一定ピッチで配置される。グリッパ２１Ａはホイール２０と一体で一方向に旋回運動可能である。また、充填ノズル２ａはホイール２０の回りに、グリッパ２０Ａと同じピッチで取り付けられる。
また支軸２１から上方へ延びる旋回軸２１ａの上端には、ロータリジョイント２１ｂが設けられ、また、旋回軸２１ａ中、ロータリジョイント２１ｂの下方には上マニホルド２２が設けられている。さらに旋回軸２１ａの支軸２１の上部から上マニホルド２２に至る部分は中空であり、ロータリジョイント２１ｂに上記飲料供給系配管７の下流側配管部７ｂが接続されている。また、上マニホルド２２と、各充填ノズル２ａとの間には連結配管部７ｃが延びている。
フィラー２の稼働によってホイール２０が高速で旋回運動し、この運動と同期して搬送路上をグリッパ２０Ａにより把持されたボトルｂが高速で搬送される。ボトルｂが充填ノズル２ａの下端におけるノズル口の直下に来ると、各ボトルｂ内に一定量の飲料が次々と充填されて行く。
また、フィラー２は、無菌処理された飲料を無菌処理されたボトルｂ内に微生物等の異物が入らないように充填するため、上述のように、その全体が無菌チャンバ３内に収納される。無菌チャンバ３には、上記ボトルｂの搬送路の上流側と下流側とで、ボトルｂの入口と出口が設けられる。
次に無菌充填システム１Ａについて更に述べる。飲料供給系配管７は上流側配管部７ａと下流側配管部７ｂとを含み、調合装置１からフィラー２に至る上流側配管部７ａ中に、上流側から下流側へと順に、バランスタンク５と加熱殺菌装置（ＵＨＴ（Ultra High-temperature））１８と、マニホルドバルブ８と、サージタンク１９が配置され、下流側配管部７ｂ中にヘッドタンク１１が配置されている。
ＵＨＴ１８は、その内部に設けられた加熱部１２と、ホールディングチューブ１４と、第一段冷却部１５と、第二段冷却部１６とを備えている。そしてバランスタンク５から供給される飲料を加熱部１２へ送り、この加熱部１２内で徐々に加熱し、ホールディングチューブ１４内で目標温度に保持し、その後、第一段冷却部１５、第二段冷却部１６へと送って徐々に冷却する。なお加熱部や冷却部の段数は必要に応じて増減される。
また飲料供給系配管７のうち、バランスタンク５とＵＨＴ１８を経てマニホルドバルブ８に至る上流側配管部７ａに、帰還路６が設けられている。この帰還路６はSterilizing in Place(ＳＩＰ)を行うため、とＵＨＴ１８が滅菌開始後ホールディングチューブ１４の温度を１００℃を超える高温に保ち続けるために必要な圧力保持するため、サージタンク１９に送液出来ない場合、液を循環させるためのものである。
また、飲料供給系配管７のうち上流側配管部７ａには、ＵＨＴの運転上重要な各箇所において温度センサ１０が配置される。この温度センサ１０が配置される箇所としては、例えばＵＨＴ１８内の加熱部１２からマニホルドバルブ８へと向かう管路のうち、ＵＨＴ１８内の各部間と、第二段冷却部１６を出た箇所、マニホルドバルブ８の手前の箇所を挙げることができ、これらの箇所に温度センサ１０が各々配置される。これらの温度センサ１０によって各々測定された温度の情報はコントローラ１７へ送信される。
また、上記飲料供給系配管７のうち、上記上流側配管部７ａより下流側のサージタンク１９から、ヘッドタンク１１とを経由してフィラー２内に至る下流側配管部７ｂに対しても、その中に加熱蒸気等が供給された際に温度が上昇しにくい箇所を含む各箇所において温度センサ１０が配置される。この温度センサ１０が配置される箇所としては、例えばサージタンク１９から充填ノズル２ａに向かう管路のうち、サージタンク１９の出口近傍、途中の屈曲部等の位置が低く蒸気が復水してドレンがたまり温度が低くなるような箇所、ヘッドタンク１１の入口近傍と出口近傍を挙げることができる。これらの温度センサ１０により各々測定された温度の情報はコントローラ１７へ送信される。
ところで加熱殺菌装置（ＵＨＴ）１８は、加熱部１２と、ホールディングチューブ１４と、第一段冷却部１５と、第二段冷却部１６とを含み、このうち加熱部１２と第一段冷却部１５との間に、第一段冷却部１５からの熱水、例えば１１０℃の熱水を加熱部１２へ供給する熱水ライン３１が接続されている。さらに加熱部１２からの冷却水、例えば４０℃の冷却水を第一段冷却部１５へ供給する冷却ライン３２が接続されている。また第二段冷却部１６には、冷却水、例えば１０℃の冷却水を供給する冷却ライン３７が接続されている。
またＵＨＴ１８の加熱部１２と、第一段冷却部１５と、第二段冷却部１６は、図３に示すように、いずれも外筒４１と外筒４１内に多数配置されたチューブ４２とを含むshell-tube型の熱交換器４０からなる。そして外筒４１内を飲料が流れ、チューブ内４２を熱水または冷却水が流れて外筒４１内で飲料を加熱したり冷却したりするようになっている。
また、加熱部１２と第一段冷却部１５との間に接続された熱水ライン３１と冷却ライン３２は、密閉された循環ライン３０を構成している。すなわち熱水ライン３１は加熱部１２に接続された後、冷却ライン３２と合流し、この冷却ライン３２は第一段冷却部１５に接続されて熱水ライン３１に接続され、これら熱水ライン３１と冷却ライン３２は外部から閉ざされた密閉ラインを構成する。
また熱水ライン３１には、この熱水ライン３１中に加熱蒸気を供給する加熱蒸気供給部３４が設けられ、この加熱蒸気供給部３４から供給される加熱蒸気により熱水ライン３１中を流れる例えば１１０℃の熱水を高温、例えば１５０℃まで加熱させて熱水を無菌水とするようになっている。さらに冷却水ライン３２には冷却水を加圧する加圧ポンプ３５が設けれている。
このようにして循環ライン３０を流れる熱水および冷却水は、無菌状態に保たれている。さらに冷却ライン３２には連結ライン３３が接続され、冷却水ライン３２内を流れる無菌水をこの連結ライン３３を介してフィラー２側へ供給するようになっている。また、冷却ライン３２には、補給水ライン３２Ａから補給水が補給される。
この場合、連結ライン３３は、フィラー２の無菌チャンバ３に、噴霧器もしくはノズル３ａを介して接続され、連結ライン３３を流れる無菌水は噴霧器もしくはノズル３ａを介して無菌チャンバ３内に供給される。
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
まず、飲料が調合装置１において調合され、バランスタンク５から加熱殺菌装置（ＵＨＴ）１８に送られ、この加熱殺菌装置１８において飲料に対して加熱殺菌処理が施される。
そして加熱殺菌装置１８において加熱殺菌処理された飲料は、その後、サージタンク１９に貯えられた後、ヘッドタンク１１へ送られる。次にヘッドタンク１１内の飲料はフィラー２に供給され、フィラー２内の充填ノズル２ａを通って、ボトルｂ内へ無菌状態で充填される。次に飲料が充填されたボトルｂは、フィラー２から外方へ排出される。
次に加熱殺菌装置１８における作用について以下詳述する。
まず図１に示すように、バランスタンク５から供給された飲料は加熱殺菌装置１８の加熱部１２へ送られ、この加熱部１２において例えば常温（２０℃）の飲料が例えば１３０℃まで加熱される。このように２０℃から１３０℃まで飲料が加熱される間、この飲料に対する加熱殺菌処理が行なわれる。
次に加熱部１２において加熱された飲料は、ホールディングチューブ１４内で図示しない加熱機構により目標温度、例えば１３０℃まで保温乃至加熱される。
次にホールディングチューブ１４からの飲料は、第一段冷却部１５において冷却され、その温度は例えば１３０℃から例えば６０℃まで降下する。
更に第一段冷却部１５により冷却された飲料は、第二段冷却部１６により更に冷却され、その温度は例えば６０℃から例えば３０℃まで降下する。
次に第二段冷却部１６により冷却された飲料は、マニホルドバルブ８を介してサージタンク１９へ送られる。
この間、加熱部１２内に、熱水ライン３１を流れる高温、例えば１５０℃の高温水（熱水）が供給され、この加熱部１２において飲料を加熱する。加熱部１２において飲料を加熱する熱水は、温度が例えば４０℃まで降下して冷却水となって、冷却水ライン３２を流れる。次に冷却水ライン３２の冷却水は、加圧ポンプ３５により加圧されて第一段冷却部１５へ供給され第一段冷却部１５において、高温の飲料を冷却する。第一段冷却部１５において、冷却水はその温度が例えば４０℃から１１０℃まで上昇して高温水（熱水）となり、熱水ライン３１内に入る。
次に熱水ライン３１内を流れる熱水に対して加熱蒸気供給部３４から加熱蒸気が供給され、熱水の温度は例えば１１０℃から１５０℃まで上昇する。
図１に示す熱水ライン３１と冷却水ライン３２とからなる循環ライン３０は、外部から密閉された密閉ラインとなっているため、循環ライン３０内を流れる熱水及び冷却水は無菌状態に保たれている。
この間、必要に応じて冷却水ライン３２内を流れる無菌の冷却水を連結ライン３３を介してフィラー２側へ供給する。連結ライン３３は、フィラー２の無菌チャンバ３に、噴霧器３ａを介して接続されているため、連結ライン３３を流れる無菌の冷却水は噴霧器３ａを介して無菌チャンバ３内に噴霧され、無菌チャンバ３内を無菌状態に維持している。
以上のように本実施の形態によれば、循環ライン３０の冷却水ライン３２内の無菌の冷却水を連結ライン３３によりフィラー２側へ供給して、無菌チャンバ３内に噴霧することにより無菌チャンバ３内を無菌状態に保つことができる。このため無菌チャンバ３内に無菌水を供給するため、別個に無菌水生成機を設ける必要がなく、全体として設備コストおよび運転コストの低減を図ることができる。
１Ａ…無菌充填システム
１…調合装置
２…フィラー
２ａ…充填ノズル
３…無菌チャンバ
３ａ…噴霧器
５…バランスタンク
６…帰還路
７…飲料供給系配管
７ａ…上流側配管部
７ｂ…下流側配管部
７ｃ…連結配管部
１１…ヘッドタンク
１２…加熱部
１４…ホールディングチューブ
１５…第一段冷却部
１６…第二段冷却部
１８…加熱殺菌装置
３０…循環ライン
３１…熱水ライン
３２…冷却水ライン
３３…連結ライン
３４…加熱蒸気供給部
３５…加圧ポンプ
３７…冷却水ライン

Claims (3)

  1. 内容物を加熱殺菌する加熱殺菌装置と、
    前記加熱殺菌部で加熱殺菌された内容物をボトル内に充填する充填機とを備え、
    前記加熱殺菌装置は内容物を加熱する加熱部と、前記加熱部により加熱された内容物を冷却する冷却部とを有し、
    前記加熱部と前記冷却部との間に、前記冷却部からの熱水を前記加熱部へ供給する熱水ラインと、前記加熱部からの冷却水を前記冷却部へ供給する冷却ラインとを含み無菌水を循環させる循環ラインを接続し、
    前記冷却ラインに前記充填機側へ無菌水を供給する連結ラインを設けた、無菌充填システム。
  2. 前記充填機は無菌チャンバを含み、前記連結ラインは前記無菌チャンバに噴霧器あるいはノズルを介して接続されて、この噴霧器あるいはノズルにより前記無菌チャンバ内に無菌水を噴霧する、請求項１記載の無菌充填システム。
  3. 前記熱水ラインに加熱蒸気供給部を設けた、請求項１または２記載の無菌充填システム。
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