KR101393473B1 - 증기 접촉식 가열 살균 장치 - Google Patents

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Abstract

증기의 혼합 효율을 높임과 아울러 비교적 저압의 증기를 공급함으로써 질이 높은 가열 처리를 실현 가능하게 하는 증기 접촉식 가열 장치를 제공한다. 유체 이송 수단으로서의 증기 혼합용 펌프(4) 내에 액체의 승압 유로(45)를 설치하고, 이 승압 유로(45)로 개구하도록 증기 공급구(46)를 케이싱(43)에 형성함으로써 승압 유로(45) 중에 증기 공급 영역(47)을 형성했다.
Figure R1020097008643
증기 접촉식 가열 장치

Description

증기 접촉식 가열 살균 장치{VAPOR CONTACT-TYPE HEAT STERILIZER}
본 발명은 유체의 가열 장치, 특히 증기를 유체에 직접 접촉시킴으로써 유체를 가열하는 증기 접촉식 가열 살균 장치에 관한 것이다.
이런 종류의 가열 장치는, 예를 들면 액체 연속 가열 장치, 액체 연속식 살균 장치, 열수 제조 장치 등, 여러 가지 액체 가열 용도에 이용되고 있다.
예를 들면, 액상 식품의 살균 방법에는 금속벽 등을 사이를 두고서 간접적으로 가열하는 간접 가열 방식과, 증기에 의해 액체를 직접 가열하는 직증기 가열 방식이 있지만, 이 중에 커피크리머나 두유 등의 눌어붙기 쉬운 액체, 또는 녹즙 등 변색되기 쉬운 액체 등의 살균 방법으로서 짧은 가열 시간으로 완료되고, 또한 액체로의 열영향이 적어 품질의 저하 방지가 가능한 직증기 가열 방식이 바람직하게 사용되는 경향이 있다.
예를 들면 일본국 특허공개 공보 2004-201533호(특허문헌 1)에는 살균되어야 할 액체에 직접 증기를 불어넣음으로써 상기 액체를 살균 온도로까지 가열하는 인젝션 히터를 구비한 증기 불어넣기식 직접 가열 살균 장치가 개시되어 있다.
또한, 일본국 특허공개 공보 2000-300976호(특허문헌 2)에는 유체 연속 가열 장치로서 피가열 유체를 이송하는 정량 펌프와, 정량 펌프로부터 이송되어 온 피가 열 유체에 스팀을 직접 혼합해서 가열하는 정지형 혼합기로 구성된 것이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는 증기(스팀)를 피가열 유체에 직접 불어넣어 혼합하는 정지형 혼합기로서, 예를 들면 일본국 실용신안 공보 평7-37703호(특허문헌 3)에 개시된 분산 혼합기를 사용할 수 있는 취지가 기재되어 있다. 여기에서, 특허문헌 3에 개시된 분산 혼합기는 내부에 비틀림판 등의 교반 요소를 고정한 주유체(피가열 유체) 통과용 도관과, 이 도관 내에 접속하는 노즐을 설치하고, 이 노즐을 통해서 도관 내에 주입 유체(증기)를 주입하는 헤더와, 헤더에 주입 유체를 압송하는 압송 수단을 주로 구비하는 것이다.
특허문헌 1 : 일본국 특허공개 공보 2004-201533호
특허문헌 2 : 일본국 특허공개 공보 2000-300976호
특허문헌 3 : 일본국 실용신안 공보 평7-37703호
이와 같이, 액체로의 증기의 혼합 방법으로서는 특허문헌 2나 특허문헌 3에 개시한 바와 같이, 정적인 혼합 방법이 채용되고 있지만, 가열 또는 살균하려고 하는 액체에 따라서는 증기의 혼합 효율이 불충분해지는 경우가 있다. 그 때문에, 증기와 액체가 서로 균일하게 섞이지 않아, 가열이나 살균에 불균일이 발생할 우려가 있다.
또한, 상술한 혼합기에 공급되는 피가열 유체는 정량 펌프에 의해 이송되어 온 것이기 때문에 그 유체압은 높고, 또한 상술한 바와 같이 교반 요소를 통과시키기 위해서는 상응하는 액체압이 필요하게 된다. 따라서, 펌프 하류측에 설치되는 혼합기 내에서 피가열 유체에 증기를 혼합하기 위해서는, 펌프의 토출 압력을 상회하는 증기압이 필요하게 되고, 결과적으로 높은 증기 공급 압력이 요구된다. 이것에서는, 요구되는 살균 온도를 초과하여 필요 이상으로 가열하게 되어, 피가열 유체로의 열손상, 나아가서는 유체의 품질 저하를 초래할 우려가 있어 바람직하지 않다.
이상의 사정을 감안하여, 본 발명에서는 증기의 혼합 효율을 높임과 아울러, 비교적 저압의 증기를 공급함으로써 질이 높은 가열 처리를 실현할 수 있게 하는 증기 접촉식 가열 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 회전자의 작용에 의해 승압을 수반하여 액상 식품을 이송함과 아울러, 승압 도중의 상기 액상 식품에 증기를 혼합하여 액상 식품을 살균 온도까지 가열하는 증기 혼합용 펌프와, 증기 혼합용 펌프의 내부에 설치되며, 액상 식품에 증기를 공급하는 증기 공급 영역을 구비한 증기 접촉식 가열 살균 장치로서, 증기 혼합용 펌프는, 액상 식품의 유입구와 배출구를 보유하는 케이싱과, 그 케이싱의 내부에 수용된 회전자와 케이싱과의 사이에 일부 환상으로 형성되고, 유입구와 배출구를 연결하는 액상 식품의 승압 유로를 구비하고, 케이싱은승압 유로 중 액상 식품이 승압을 수반하여 유입구로부터 배출구로 이송되고 있는 도중의 위치에 개구되는 증기 공급구를 보유하며, 그 증기 공급구의 개구 위치에 증기 공급 영역이 배치되며, 증기 공급 영역에 있어서, 액상 식품의 압력보다도 높은 압력의 증기가 상기 액상 식품에 공급되고, 또한, 배출구 및 그 하류측에 있어서의 액상 식품의 압력이, 증기 공급구에 있어서의 증기 압력보다도 높게 유지되는 증기 접촉식 가열 살균 장치를 제공한다.
상술한 구성에 의하면, 회전자의 작용에 의해 유체가 이송됨과 동시에, 증기 공급구를 통해서 승압 유로 중에 설치된 증기 공급 영역에 증기가 불어넣어져, 유체 이송 수단 내부에서 유체와 증기의 혼합 및 혼합 유체의 승압이 동시에 행하여진다. 통상, 유체 이송 수단의 내부에 설치되는 회전자는 승압 유로를 형성하거나, 또는 상기 유로에 향하는 것이기 때문에 이러한 회전자를 회전시킴으로써 유체와, 유체에 공급된 증기가 교반 혼합된다. 이로 인해, 유체와 증기의 동적인 혼합이 가능해져 증기를 유체에 균일하게 혼합할 수 있게 된다.
또한, 유체 이송 수단 내의 승압 유로에 있어서, 승압을 수반하여 유입구로부터 배출구로 이송되고 있는 도중의 유체에 증기를 혼합함으로써, 종래와 같이 유체의 승압 후에 증기를 공급하는 경우와 비교해서 저압의 증기를 공급할 수 있다. 그 때문에 공급해야 할 증기가 비교적 저온이어도 되므로, 필요 이상으로 가열함으로써 가열 처리해야 할 유체에 열손상을 주거나, 품질의 열화를 초래할 일이 없다. 또한, 저압 증기이면 압력 변동도 적어 안정된 가열 처리가 가능해진다. 또한, 증기 공급 영역을 승압 유로 중에 설치함으로써 증기 공급 후에도 승압할 수 있으므로, 증기의 공급에 따른 액체의 승온에 의해 발생할 우려가 있는 캐비테이션을 최대한 피할 수 있다. 이로 인해, 증기를 유체에 균일하게 용해시킬 수 있어, 불균일이 적은 안정된 가열 처리가 가능해진다.
증기 공급 영역을 내부에 형성한 유체 이송 수단으로서는 회전자를 구비하고, 그 회전 작용에 의해 승압과 동적 혼합을 동시에 가능하게 하는 것이면 좋다. 구체적으로는, 와권식이나 와류식 등으로 대표되는 비용적식 펌프, 또는 로터리식이나 스크류식 등의 회전 용적식 펌프를 들 수 있다. 이 경우, 펌프의 승압 작용은 통상 펌프 내부에 설치되고, 자신의 회전 에너지를 압력 에너지로 변환해서 유체에 부여하는 로터(회전자)에 의해 초래되는 것이기 때문에, 예를 들면 그 승압량은 로터의 회전수로써 조정할 수 있다. 이로 인해 펌프 내부에 있어서의 증기 공급압과 유체압의 정량적인 관리가 가능해지고, 자동화도 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 펌프의 회전수로 압력 밸런스를 조정할 수 있게 되기 때문에, 용이하게 유체에 맞춘 온도의 증기를 도입할 수 있고, 이로 인해 여러 가지 유체에 대하여도 본 발명에 따른 가열 장치를 적용할 수 있게 된다.
여기에서, 본 발명에 따른 가열 장치를 이용하여 유체를 가열 살균하는 경우, 증기 공급용의 유체 이송 수단의 하류측에 배치된 홀드 파이프에 의해 가열된 유체를 일정 시간 유지함으로써, 실질적으로 유효하고 또한 충분한 살균을 행하는 경우가 많다. 그 때문에 실제로는 유체 이송 수단의 더욱 하류측에 있어서도 유체압을 높게 유지할 필요가 있다. 이러한 관점으로부터, 본 발명에서는 유체 이송 수단에 형성된 배출구 및 그 하류측에 있어서의 유체의 압력이 증기의 공급구에 있어서의 증기의 압력보다 높게 유지되도록 했다. 구체적으로는 유체 이송 수단의 배출구보다 하류측에 배압 밸브를 설치하도록 했다.
이와 같이 구성하면, 유체 이송 수단의 배출구에 있어서의 유체압(출구 압력)을 소정의 값으로 유지할 수 있다. 이로 인해, 일단 유체에 용해된 증기가 캐비테이션을 일으키지 않도록 증기 혼합 유체를 고압으로 유지하여, 보다 안정된 가열살균을 행할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 펌프의 배출구측 압력을 설정할 수 있다면, 펌프의 회전수와 맞춰서 설정함으로써 증기 공급 영역에 있어서의 압력 밸런스를 보다 고정밀도로 관리할 수 있다. 이로 인해, 압력 밸런스의 조정 파라미터를 가시화할 수 있고, 정밀하며 또한 안정된 운전이 가능해진다. 특히, 미묘한 조정이 필요해지는 액상 식품의 가열 살균 처리에 있어서는, 식품마다 필요해지는 살균 온도가 다른 경우도 있지만, 이 경우라도 살균 온도에 따른 포화 증기압에 의거하여 공급 가능한 증기압(온도)이 결정되므로, 이러한 증기를 공급할 수 있도록 펌프 배압 및 회전수를 설정하면 좋다. 이로 인해, 가열 처리해야 할 유체에 맞춰서 적절한 증기를 공급할 수 있고, 예를 들면 여러 가지 가열 살균 처리에도 용이하게 대응할 수 있다.
(발명의 효과)
이와 같이, 본 발명에 의하면 본 발명에서는 증기의 혼합 효율을 높임과 아울러 비교적 저압의 증기를 공급함으로써 질이 높은 가열 처리를 실현 가능하게 하는 증기 접촉식 가열 장치를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 증기 접촉식 가열 장치의 일구성예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 증기 혼합용 펌프의 축 직교 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 가열 장치를 사용한 액체 가열 시험의 결과이다.
이하, 본 발명에 따른 증기 접촉식 가열 장치의 일실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.
도 1에 나타내는 증기 접촉식 가열 장치는, 예를 들면 유체의 가열 살균에 사용되는 것이고, 가열 처리의 대상이 되는 유체를 저장, 배출하는 액체 탱크(1)와, 액체 탱크(1) 내의 유체를 후술하는 열교환기(3) 및 증기 혼합용 펌프(4)에 이송하기 위한 이송용 펌프(2)와, 이송용 펌프(2)에 의해 이송되어 온 유체를 혼합해 야 할 증기의 온도에 근접시킬 목적으로 예비 가열하는 열교환기(3)와, 열교환기(3)에서 예비 가열된 유체에 증기를 혼합하여 유체를 살균 온도로까지 가열하는 증기 혼합용 펌프(4)와, 증기 혼합에 의해 가열된 유체를 일정 시간 유지해서 유체의 살균 작용을 촉진하는 홀드 파이프(5)와, 홀드 파이프(5)에서 살균 처리가 이루어진 유체를 소정 이하의 온도로까지 냉각하는 주냉각기(6)와, 주냉각기(6)의 하류측에 설치되어 증기 혼합용 펌프(4)의 배압을 일정하게 유지하는 주배압 밸브(7)를 주된 구성 요소로서 구비한다.
또한, 도 1 중에 부호 8은 증기 접촉식 가열 장치 내의 유체 시스템(유로)의 세정 또는 감균 처리에 사용되는 물을 저장, 배출하는 물탱크를, 부호 9는 운전 조건에 맞춰서 액체 탱크(1)로부터의 라인과 물탱크(9)로부터의 라인을 스위칭하는 제 1 스위칭 밸브를 각각 나타내고 있다.
또한, 동 도면 중에 부호 10은 시스템 감균 처리시 또는 살균 처리 불량 발생시에 처리가 완료된 액체 등을 원활하게 회수 라인(배수 라인)으로 흘려보내기 위해서 상기 액체의 냉각을 행하는 배수용 냉각기를, 부호 11은 배수용 냉각기(10)의 하류측에 설치되어 배수 라인의 배압을 일정하게 유지하는 배수용 배압 밸브를, 또한 부호 12는 증기 혼합용 펌프(4)의 출구측[후술하는 배출구(42)의 하류측]에 있어서의 액체 온도, 또는 홀드 파이프(5)의 출구측에 있어서의 액체 온도가 설정해야 할 살균 온도 범위를 일탈했을 경우, 처리가 완료된 액체를 회수 라인(배수 라인)으로 이송하기 위한 제 2 스위칭 밸브를 각각 나타내고 있다.
또한, 동 도면 중에 부호 13, 14, 15는 각각 예비 가열용의 열교환기(3)에 사용하는 열수를 소정량 확보하기 위한 열수 탱크, 열수 탱크(13)와 열교환기(3) 사이에서 열수를 순환시키기 위한 순환용 펌프, 순환용 펌프(14)로부터 이송된 열수를 소정 온도로까지 승온시키는 히터를 나타내고 있다.
또한, 이 실시형태에서는 각종 유체의 온도나 유량을 계측, 제어하기 위한 제어부가 설치되어 있다. 예를 들면, 도 1 중에 부호 TICA-1은 증기 혼합용 펌프(4)의 출구측에 있어서의 액체의 온도를 온도 센서에 의해 계측하고, 이 계측값에 의거하여 동 계측 개소에 있어서의 액체 온도가 소정 온도 범위 내에 들어가도록 증기 혼합용 펌프(4)로의 증기의 공급량을 조절하는 살균 온도 제어부를 나타내고 있다. 마찬가지로, 부호 TICA-2는 주냉각기(6)의 출구측에 있어서의 액체의 온도를 계측하고, 이 계측값에 의거하여 동 계측 개소에 있어서의 액체 온도가 소정 온도 범위 내에 들어가도록 주냉각기(6)로의 냉각수 공급량을 조절하는 냉각 온도 제어부를, 부호 TICA-3은 열교환기(3)의 출구측에 있어서의 액체의 온도를 계측하고, 이 계측값에 의거하여 동 계측 개소에 있어서의 액체 온도가 소정 온도 범위 내에 들어가도록 열교환기(3)에 사용하는 열수의 온도[예를 들면 히터(15)에 의한 가열량]를 조절하는 예열 온도 제어부를 각각 나타내고 있다.
또한, 도 1 중에 부호 TIA-1은 제 2 스위칭 밸브(12)의 라인 스위칭에 사용되는 것이고, 홀드 파이프(5)의 출구측에 있어서의 액체의 온도를 계측하며, 이 계측 값(온도)이 소정 살균 온도 범위 내에 들어가 있지 않을 경우에는 상기 정보를 제 2 스위칭 밸브(12)에 전달하거나, 또는 스위칭 신호를 전달하는 살균 온도 감시부를 나타내고 있다. 또한, 부호 FICA-1은 이송용 펌프(2)의 출구측에 있어서의 액 체의 유량을 계측하고, 이 계측값에 의거하여 동 계측 개소에 있어서의 액체의 유량이 소정 범위 내에 들어가도록 이송용 펌프(2)의 회전수(여기에서는 인버터의 주파수)를 조절하는 유량 제어부를 나타내고 있다.
다음에, 증기 혼합용 펌프(4)의 구성에 대하여 설명한다.
도 2는 증기 공급 영역을 내부에 형성한 유체 이송 수단으로서의 증기 혼합용 펌프(4)의 축 직교 단면도를 나타낸다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 증기 혼합용 펌프(4)는 액체의 유입구(41) 및 배출구(42)를 갖는 케이싱(43)과, 케이싱(43)의 내부에 수용되고, 도시생략한 모터의 구동축에 회전 가능하게 연결된 회전자(44)와, 케이싱(43)의 내벽(43a)과 회전자(44) 사이에 형성되는 액체의 승압 유로(45)와, 케이싱(43)에 설치되고, 승압 유로(45)로 개구하는 증기 공급구(46)를 구비하고 있다. 이러한 구성에 의해, 회전자(44)의 회전시 또한 증기의 도입시에는 승압 유로(45)에 있어서의 증기 공급구(46)의 개구 부분에 펌프(4) 내부에 도입한 액체에 증기를 공급하기 위한 증기 공급 영역(47)이 형성된다.
이 실시형태에서는 증기 혼합용 펌프(4)는 주로 캐스케이드 펌프(cascade pump)로 구성되어 있다. 유입구(41)와 배출구(42) 사이에는 격벽부(48)가 형성되고, 유체 유로가 되는 승압 유로(45)가 원판상의 회전자(44)의 외주를 따라서 유입구(41)와 배출구(42)를 연결하도록 일부 환상으로 형성된다. 이로 인해, 유입구(41)로부터 유입된 액체는 회전자(44)의 약 1주만큼 흘러서 [승압 유로(45)를 통해서]배출구(42)로부터 외부로 배출되게 되어 있다. 회전자(44)는 이 도면에 나타낸 예에서는 소위 날개차이고, 그 외주를 따라서 복수의 날개홈(44a)을 갖고 있다. 또한, 증기 공급구(46)는 이 실시형태에서는 일부 환상을 이루는 승압 유로(45)의 중간 위치보다 유입구(41)에 가까운 측에 형성되어 있다.
다음에, 상기 구성의 가열 장치를 사용했을 경우의 처리액의 가열 살균 공정의 일례를 설명한다.
우선, 도 1에 나타내는 바와 같이, 액체 탱크(1)로부터 배출된 액체를 이송용 펌프(2)에 의해 이송용 펌프(2) 하류측에 위치하는 열교환기(3)로 이송하고, 후술하는 가열 처리시의 온도에 근접시키기 위한 예비 가열 처리(예를 들면 50℃ 이상 100℃ 미만)를 실시한다. 이렇게 하여 예비 가열 처리가 실시된 액체를 하류측에 위치하는 증기 혼합용 펌프(4)(유체 이송 수단)로 이송한다.
증기 혼합용 펌프(4)로 이송된 액체는 도 2에 나타내는 바와 같이, 화살표(a)의 방향으로부터 유입구(41)를 통해서 승압 유로(45) 내로 도입된다. 이때, 도시생략한 모터를 구동시킴으로써 상기 모터의 구동축에 연결된 회전자(44)가 회전하고, 이 실시형태에서는 유입구(41)로부터 승압 유로(45)를 따라서 배출구(42)로 향하는 방향으로 회전하며, 승압 유로(45) 내에 도입된 액체가 승압을 수반하여 배출구(42)측으로 이송된다. 또한, 이것과 동시에 케이싱(43)에 형성된 증기 공급구(46)로부터 증기를 화살표(b)의 방향으로부터 승압 유로(45) 내로 도입함으로써, 증기 공급구(46)의 개구 부분에 형성되는 증기 공급 영역(47)에 있어서, 승압 이송중의 액체에 증기가 혼합된다. 여기에서, 가열 살균을 행해야 할 온도 또는 그 이상으로 설정된 증기를 공급함으로써 상기 액체가 가열 살균 온도로까지 승온(가열)된다.
증기가 공급된 액체는 회전자(44)에 의해 동적으로 혼합(교반)되고, 또한 승압되면서 승압 유로(45) 중을 배출구(42)측을 향해서 이송되고, 교반 및 승압 종료와 함께 배출구(42)를 통해서 외부[도 1, 도 2에서 말하자면 화살표(c)의 방향]로 배출된다. 또한, 이 실시형태에서는 살균 온도 제어부(TICA-1)에 의해, 증기 혼합용 펌프(4)의 출구측에 있어서의 액체의 온도를 온도 센서에 의해 계측하고, 이 계측값에 의거하여 동 계측 개소에 있어서의 액체 온도가 소정 온도 범위 내에 들어가도록 증기 혼합용 펌프(4)로의 증기의 공급량이 조절된다. 구체적으로는, 증기 공급구(46)의 상류측에 설치한 컨트롤 밸브의 개폐를 살균 온도 제어부(TICA-1)에 의해 제어함으로써 증기의 유량 조정을 행한다.
증기의 공급에 의해 소정의 온도(가열 살균 온도)까지 가열된 액체를 증기 혼합용 펌프(4)의 하류측에 위치하는 홀드 파이프(5)에서 일정 시간 유지하여, 유체의 실질적인 살균 처리를 행한다. 이때, 증기 혼합용 펌프(4)의 배출구(42) 및 그 하류측[홀드 파이프(5) 내를 포함한다]에 위치하는 액체는 홀드 파이프(5)의 하류측에 설치되는 주배압 밸브(7)에 의해 일정압으로 유지된다.
그 후, 홀드 파이프(5)에서 살균 처리가 이루어진 액체를 주냉각기(6)에서 소정 이하의 온도(예를 들면 100℃ 미만)로까지 냉각함으로써, 가열 살균 공정이 완료된다.
이와 같이, 유체 이송 수단으로서의 증기 혼합용 펌프(4) 내에 액체의 승압 유로(45)를 설치하고, 이 승압 유로(45)에 증기 공급구(46)를 개구시켜서 승압 유로(45) 중에 증기 공급 영역(47)을 형성한 것을 이용하여 증기의 혼합을 행하도록 했다. 그 때문에, 회전자(44)의 작용에 의해 승압 이송 중의 액체에 증기를 교반 하면서 공급할 수 있고, 증기를 유체에 균일하게 혼합하여, 치우침이 적은 안정된 가열 처리가 가능해진다. 또한, 승압 이송 중의 액체에 증기를 혼합함으로써 예를 들면 종래와 같이, 펌프보다 하류측에서 증기를 혼합하는 경우와 비교해서 저압의 증기로 완료되고, 또한 가열 중의 캐비테이션의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 요구되는 살균 온도 이상으로 액체를 가열하는 사태를 피하여, 액체로의 열손상을 적게 억제할 수 있으며, 이로 인해 품질 저하를 최대한 방지하면서도 충분한 가열살균 처리를 실시할 수 있게 된다.
또한, 이 실시형태와 같이, 유체 이송 수단으로서 펌프[증기 혼합용 펌프(4)]를 적용함으로써 승압 유로(45)에 있어서의 액체의 승압량(승압 구배)을 회전자(44)의 회전수에 의해 조정할 수 있게 된다. 이로 인해, 펌프(4) 내부에 있어서의 증기 공급압과 유체압의 정량적인 관리가 가능해진다. 예를 들면 원하는 살균 온도에 따라서 공급해야 할 증기압(≤상기 살균 온도에 있어서의 포화 증기압)이 결정되므로, 증기 공급 영역(47)에 있어서의 액체의 압력이 상기 증기압보다 약간 낮아지도록 펌프 회전수[회전자(44)의 회전수]를 조정할 수도 있다. 이렇게 하여, 펌프(4)의 회전수에 의해 압력 밸런스가 조정 가능해지기 때문에 용이하게 액체에 맞춘 온도의 증기를 도입할 수 있고, 이로 인해 가열 살균 가능한 액체의 종류를 늘릴 수 있게 된다.
또한, 이 실시형태에서는 증기 혼합용 펌프(4)의 배출구(42)보다 하류측에 주배압 밸브(7)를 설치하도록 했으므로, 증기 혼합용 펌프(4)의 하류측에 설치되는 홀드 파이프(5)에 있어서 유체압을 소정의 값으로 유지할 수 있다. 이로 인해, 일단 액체에 용해된 증기가 캐비테이션을 일으키지 않도록 증기 혼합액을 고압으로 유지해서 보다 안정된 가열 살균을 행할 수 있다. 이 경우, 펌프(4)의 출구측에 있어서의 액체 압력이 주배압 밸브(7)에 의해 제어되므로, 펌프(4)의 회전수는 실질적으로 펌프(4)의 입구측에 있어서의 액체의 압력을 제어하게 된다.
또한, 이상을 감안하여 살균 온도 제어부(TICA-1)에 의해 증기의 공급량을 조정함과 아울러 도시는 생략하지만, 펌프 출구측의 압력을 압력 센서 등으로 측정하고, 이러한 압력값에 의거하여 주배압 밸브(7)의 개폐량(유량)을 제어함으로써 보다 적합한 가열 살균 제어가 가능해진다. 즉, 증기 혼합용 펌프(4)의 회전수, 펌프 출구측의 액체 온도, 및 펌프 출구측의 액체의 압력을 제어 파라미터로 함으로써 보다 정밀하고 또한 안정된 가열 살균 처리가 가능해진다. 따라서, 미묘한 조정이 필요해지는 액상 식품의 가열 살균 처리에 있어서도, 식품마다 필요해지는 살균 온도를 정밀하고 또한 용이하게 조정할 수 있게 된다. 특히, 증기 접촉식의 가열 방법이라면 액체가 희석되기 때문에 재가열을 할 수 없지만, 이 가열 장치(가열 살균 제어 수단)라면 고정밀도이며 또한 안정된 가열 살균 처리가 가능하므로, 액상식품의 가열 살균 처리에 대하여 매우 유효한 수단이 된다.
또한, 이 실시형태에서는 증기 혼합용 펌프(4)로서 소위 캐스케이드 펌프(와류 펌프)를 사용했다. 이런 종류의 펌프는 다른 펌프와 비교해서 매우 높은 승압 작용을 발휘할 수 있는 것이다. 그 때문에 이런 종류의 가열 살균 처리와 같이, 최대한 저압의 증기를 액체에 원활하게 도입하고, 또한 캐비테이션을 방지할 목적으 로 가열과 동시에 높은 승압 작용이 요구되는 용도에 매우 적합하다.
이상, 본 발명에 따른 증기 접촉식 가열 장치의 일실시형태를 설명했지만, 본 발명은 이 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 상기 이외의 구성을 이루는 증기 접촉식 가열 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 특징에 따른 개소[유체 이송 수단으로서의 증기 혼합용 펌프(4)]에 대해서도 당연히 상술한 형태에 한정되는 것은 아니고, 발명의 범위 내에서 여러 가지 변경이 가능하다.
상기 실시형태에서는 증기 혼합용 펌프(4) 내의 승압 유로(45)에 증기를 공급하기 위한 증기 공급구(46)를 승압 유로(45)의 중간 위치보다 유입구(41)에 가까운 측에서 개구하도록 케이싱(43)에 형성했을 경우를 예시했지만, 개구 위치는 임의로 설정할 수 있다. 예를 들면 도 2 중에 파선으로 나타내는 바와 같이, 승압 유로(45)의 중간 위치보다 배출구(42)에 가까운 측에 개구하도록 증기 공급구(46)를 케이싱(43)에 형성할 수도 있다. 이것은 증기 혼합용 펌프(4)로서 사용하는 펌프의 종류에 따라서는, 승압 유로(45)의 형상이나 회전자(44)의 형상 등에 따라 그 승압 특성이 다르기 때문에, 가열 살균 온도나 그 처리 유체의 종류에 따라서 증기 공급구(46)의 설치 위치를 가변 파라미터로 한 편이 제어가 용이해지는 경우가 있기 때문이다.
또한, 상기 실시형태에서는 증기 혼합용 펌프(4)로서 와류 펌프를 적용했을 경우를 설명했지만, 이에 한정하지 않고 여러 가지 펌프를 사용할 수 있다. 예를 들면, 비용적식이면 와권식의 펌프 등을 사용할 수 있고, 또한 회전 용적식이면 로터리식이나 스크류식의 펌프 등을 사용할 수 있다. 회전자(44)의 형상도 상관없다. 물론, 회전자(44)를 구비하고, 그 회전 작용에 의해 승압과 동적 혼합을 동시에 가능하게 하는 것인 한 펌프에 한정하지 않고 여러 가지 유체 이송 수단을 사용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 각종 유체의 온도나 유량을 계측, 제어하기 위한 제어부를 설치해서 가열 살균 처리의 제어를 행하는 경우를 설명했다. 즉, 펌프 출구측의 액체 온도나, 펌프 회전수, 증기의 유량을 제어 파라미터로 해서 가열 살균 온도 및 증기 혼합용 펌프(4) 내의 압력 밸런스를 제어했을 경우를 예시했지만, 물론 다른 파라미터를 제어 파라미터로 해서 제어를 행할 수도 있다. 예를 들면 압력 센서에 의해 각 포인트의 압력값(예를 들면 펌프 입구측에서 계측한 액체의 압력값이나, 증기 공급구(46)보다 상류측에서 계측한 증기의 압력값)을 피드백해서 각종 컨트롤 밸브의 개폐를 행하고, 이에 따라 상술한 살균 온도나 펌프 내의 압력 밸런스, 또는 증기의 공급량 등을 제어할 수도 있다. 물론, 펌프 회전수를 고정 파라미터로 한 상태에서 살균 처리를 제어할 수도 있다. 예를 들면 펌프 회전수를 고정하고, 또한 주배압 밸브(7)를 자기 조압 가능하게 한 후에 살균 온도 제어부(TICA-1)에 의해 증기의 공급량을 조정함으로써도 살균 처리의 제어가 가능하다.
또한, 상기 실시형태에서는 증기 접촉식 가열 장치를 액체의 가열 살균 처리에 적용했을 경우를 설명했지만, 물론 이것에 한정되는 것은 아니다. 그 뛰어난 가열 온도 제어 성능이나 그 안정성을 살려서, 예를 들면 액체 연속 가열 장치, 열수 제조 장치 등, 여러 가지 액체 가열 용도에 적합하게 이용할 수 있다.
실시예
본 발명의 유용성을 입증하기 위해서, 본 발명에 따른 증기 접촉식 가열 장치를 이용하여 유체의 가열 살균 처리를 행하고, 그 때의 처리 성능을 평가했다.
구체적으로는, 도 1에 따른 구성에 있어서, 주배압 밸브(7)에 의해 펌프 출구측[증기 혼합용 펌프(4)의 배출구(42)의 하류측]에 있어서의 액체의 압력(P2)[MPa]을 소정값으로 설정함과 아울러, 펌프 회전수(n)[Hz]를 조정하여 펌프 입구측에 있어서의 액체의 압력(P1)[MPa]을 소정값으로 설정하도록 했다. 또한, 증기 혼합 후의 액체가 설정해야 할 가열 살균 온도(T0)[℃]가 되도록 펌프 출구측의 온도(T2)[℃]에 의거하여 기술한 제어부[살균 온도 제어부(TICA-1)]에 의해 증기 공급량을 제어하도록 했다.
도 3에 실험 결과를 나타낸다. 여기에서, T1은 펌프 입구측에 있어서의 액체의 온도[℃], P3은 증기 도입압[MPa][프레임 중 좌측은 도입 증기의 원압(元壓), 우측은 케이싱 입구에 있어서의 증기압을 각각 나타낸다], P4는 펌프 중간 위치에 있어서의 액체의 압력[MPa](예를 들면 도 2에서 말하자면 도면 중에 파선으로 나타내는 위치에 있어서의 액체압), Q1은 펌프 입구측에 있어서의 액체의 유량[L/H]을 각각 나타낸다. 이 결과로부터, 어떠한 설정 온도에 있어서도 대단히 오차가 적은 고정밀도의 온도 제어가 가능하고, 또한 이 경우에 공급되는 증기압[증기 도입압(P3)]이 펌프 출구측 압력(P2)에 비하여 적게 되어 있다. 즉, 공급 가능한 증기압은 상기 설정 온도에 따른 포화 증기압 이하가 되지만, 도 3과 같이, 펌프 입구측 압력(P1)과 출구측 압력(P2)을 제어함으로써 저압(저온)의 증기가 공급 가능하게 되어 있는 것을 알 수 있다.

Claims (8)

  1. 회전자의 작용에 의해 승압을 수반하여 액상 식품을 이송함과 아울러, 승압 도중의 상기 액상 식품에 증기를 혼합하여 상기 액상 식품을 살균 온도까지 가열하는 증기 혼합용 펌프와, 상기 증기 혼합용 펌프의 내부에 설치되며, 상기 액상 식품에 상기 증기를 공급하는 증기 공급 영역을 구비한 증기 접촉식 가열 살균 장치로서,
    상기 증기 혼합용 펌프는, 상기 액상 식품의 유입구와 배출구를 보유하는 케이싱과, 그 케이싱의 내부에 수용된 상기 회전자와 상기 케이싱과의 사이에 일부 환상으로 형성되고, 상기 유입구와 상기 배출구를 연결하는 상기 액상 식품의 승압 유로를 구비하고,
    상기 케이싱은, 상기 승압 유로 중 상기 액상 식품이 승압을 수반하여 상기 유입구로부터 상기 배출구로 이송되고 있는 도중의 위치에 개구되는 상기 증기 공급구를 보유하며, 그 증기 공급구의 개구 위치에 상기 증기 공급 영역이 배치되며,
    상기 증기 공급 영역에 있어서, 상기 액상 식품의 압력보다도 높은 압력의 상기 증기가 상기 액상 식품에 공급되고, 또한,
    상기 배출구 및 그 하류측에 있어서의 상기 액상 식품의 압력이, 상기 증기 공급구에 있어서의 상기 증기 압력보다도 높게 유지되는 것을 특징으로 하는 증기 접촉식 가열 살균 장치.
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  7. 제 1 항에 있어서, 상기 증기 혼합용 펌프의 상기 배출구보다 하류측에 있어서의 액상 식품의 온도에 기초해서, 상기 하류측에 있어서의 상기 액상 식품의 온도가 상기 살균 온도로 되도록 상기 증기 혼합용 펌프로의 상기 증기의 공급량을 조절하는 살균 온도 제어부를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 증기 접촉식 가열 살균 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 증기 공급구는 상기 승압 유로의 중간 위치보다도 상기 유입구에 가까운 1개소에 개구하고 있는 것을 특징으로 하는 증기 접촉식 가열 살균 장치.
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