処理装置
【課題】 ヒートポンプ装置によって殺菌対象の流体を加熱し、更に冷却まで行うことにより、加熱後に温度を低下させる必要のある加熱対象を効果的に加熱可能な処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 ヒートポンプ式殺菌装置１は、圧縮機１１、加熱用熱交換器３１、減圧装置としての膨張弁１３及び冷却用熱交換器３３等から構成される冷凍サイクルを備えたヒートポンプ１Ｂにより、流路部1Ａを流れる殺菌対象を加熱殺菌可能に構成される。流路部１Ａでは、殺菌対象の加熱殺菌及び客が行われ、その後当該殺菌対象の利用媒体に供給される。
【解決手段】 ヒートポンプ式殺菌装置１は、圧縮機１１、加熱用熱交換器３１、減圧装置としての膨張弁１３及び冷却用熱交換器３３等から構成される冷凍サイクルを備えたヒートポンプ１Ｂにより、流路部1Ａを流れる殺菌対象を加熱殺菌可能に構成される。流路部１Ａでは、殺菌対象の加熱殺菌及び客が行われ、その後当該殺菌対象の利用媒体に供給される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機、放熱部、減圧装置及び吸熱部等で構成される冷凍サイクルを備えたヒートポンプ装置を用いて、各種の細菌やカビなどを含む流体を加熱する処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば水耕栽培や食品加工業や養殖業、病院などにおいて使用される各種の病原細菌やカビなどを含む牛乳、水、空気などの流体の殺菌を行う殺菌装置として、圧縮機、放熱部、減圧装置及び吸熱部等を順次接続することにより構成される冷凍サイクルを備えたヒートポンプ装置を用いた殺菌装置が提案されている。このヒートポンプ式殺菌装置は、ヒートポンプ内に冷媒が充填されており、圧縮機で高温高圧に圧縮された冷媒ガスが放熱部で放熱するときの熱を利用して殺菌対象である流体を加熱殺菌するものであった。
【０００３】
また、加熱殺菌された後の殺菌対象としての流体は、吸熱部の吸熱作用を利用して加熱前の温度まで冷却されていた。これにより、加熱殺菌された高温の流体を当該吸熱部の冷媒により効果的に冷却して、所定温度まで低下した後、使用することが可能となっていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２７６０３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のヒートポンプ式殺菌装置では殺菌処理が終了し、殺菌装置が停止されると、殺菌装置内で殺菌対象である流体が流れる流路内が常温となり、特に夏場などの外気温が高い場合には、前記流路中の各所、例えば、中温部や冷却部などに残留している流体中に僅かな菌が残留しているだけで、前記流路内に大量の菌が増殖する場合がある。
【０００５】
そして、次回運転時には、特に運転開始初期において、上記の如き大量の菌を含む流体が殺菌装置から送り出される恐れがあった。
【０００６】
そこで、本発明は係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、加熱殺菌装置を起動する前に、装置内の前記流路内を加熱殺菌する手段を備えた熱処理装置及び殺菌装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の処理装置は、加熱対象である流体が循環する流路と、この流路の流体を加熱する加熱手段と、この加熱手段により加熱された前記流体を利用する利用手段と、を備え、 前記加熱手段により前記流体を加熱した後、この加熱された流体を前記利手段に供給する処理を所定の休止期間をはさんで実行する第１の加熱モードと、前記休止期間において、前記流体の前記利用手段への供給を停止した状態で前記流体を加熱する第２の加熱モードとを実行することを特徴とする熱処理装置において、前記第２の加熱モードは、前記休止期間の前半に実施することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の処理装置は、請求項１に記載の発明に加えて、前記加熱手段により加熱された前記流体を前記利用手段に供給する前に冷却する冷却手段を備え、前記冷却手段による前記流体の冷却を停止した状態で前記第２の加熱モードを実行することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の処理装置は、圧縮機と、放熱部と、吸熱部と、膨張手段と、を含む冷凍回路と、前記放熱部に接続され前記冷凍回路からの放熱を利用して加熱対象を加熱する加熱手段と、前記吸熱部に接続され前記冷凍回路の吸熱を利用して前記加熱手段により加熱された加熱対象を冷却する冷却手段と、を含む加熱対象流路と、を備え、前記加熱対象を前記加熱手段にて加熱処理した後、この加熱対象を前記冷却手段に搬送して冷却する処理を所定の休止期間をはさんで実行する通常加熱運転と、前記休止期間において、前記吸熱部による吸熱を減少又は停止させた状態で前記加熱対象を加熱する流路加熱運転と、を実行することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の処理装置は、請求項３に記載の発明に加えて、前記流路加熱運転は、前記休止期間の前半に実施することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の処理装置は、請求項３に記載の発明に加えて、前記加熱手段と前記冷却手段との間の前記加熱対象の温度を測定する温度センサと、外気温を測定する外気温センサと、を備え、前記流路加熱運転は、前記休止期間において前記温度センサにより測定される前記加熱対象の温度が前記外気温センサにより測定される外気温まで低下する前に実行されることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の処理装置は、圧縮機と、放熱部と、吸熱部と、膨張手段と、を含む冷凍回路と、前記放熱部に接続され前記冷凍回路からの放熱を利用して加熱対象を加熱する加熱手段と、前記吸熱部に接続され前記冷凍回路の吸熱を利用して前記加熱手段により加熱された加熱対象を冷却する冷却手段と、を含む加熱対象流路と、外気温センサと、を備え、前記加熱対象を前記加熱手段にて加熱処理した後、この加熱対象を前記冷却手段に搬送して冷却する処理を所定の休止期間をはさんで実行する通常加熱運転を行う熱処理装置において、前記休止期間に前記外気温センサにより外気温を測定し、前記外気温が所定値以上の場合には前記吸熱部による吸熱を減少又は停止させた状態で前記加熱対象を加熱する流路加熱運転を実行した後、前記通常加熱運転を実行する第１の運転モードを実行し、前記外気温が所定値未満の場合には、前記流路加熱運転を行うことなく前記通常加熱運転を実行する第２の運転モードを実行することを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の処理装置は、請求項６に記載の発明に加えて、前記外気温センサによる外気温の測定は、前記休止期間の後半に行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の処理装置は、請求項２乃至請求項７に記載の発明に加えて、前記加熱手段と前記冷却手段との間に、前記加熱対象を貯留可能とする貯留部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の処理装置は、圧縮機と、放熱部と、吸熱部と、膨張手段と、を含む冷凍回路と、前記放熱部に接続され前記冷凍回路からの放熱を利用して加熱対象を加熱する加熱手段と、前記吸熱部に接続され前記冷凍回路の吸熱を利用して前記加熱手段により加熱された加熱対象を冷却する冷却手段と、を含む加熱対象流路と、前記加熱手段と前記冷却手段との間に配設された前記加熱対象を貯留可能とする貯留部と、を備え、前記加熱対象は、前記加熱手段で加熱後、前記貯留部にて貯留された後、前記冷却手段に搬送されて冷却されることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の処理装置は、請求項１乃至請求項９に記載の発明に加えて、前記加熱対象には菌を含み、前記加熱手段により前記菌を殺菌することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ヒートポンプ装置によって流体を加熱し、更に冷却までできるので、特に加熱後に温度を低下させる必要のある加熱対象、例えば水耕栽培システムに使用される養液やジュース、牛乳等の飲料の加熱処理を効果的に実行可能な処理装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本実施例におけるヒートポンプ式熱処理装置を用いたヒートポンプ式殺菌装置は、殺菌対象として、イチゴやトマトなどの水耕栽培に使われる水耕栽培システムに使用される養液の加熱殺菌を行うものである。
【実施例１】
【００１９】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態を詳述する。図１は、本発明の一実施例としてのヒートポンプ式殺菌装置１の概略構成図を示している。
【００２０】
図１のヒートポンプ式殺菌装置１は、養液の流路としての流路部１Ａと、冷凍サイクルを備えたヒートポンプ装置であるヒートポンプ１Ｂと、流路の殺菌を行う場合の殺菌モードを決定及び制御する手段としての制御部８０と、を備える。
【００２１】
図１中の２は養液の利用側であり、養液タンク２Ａと、養液タンク２Ｂと、養液調整タンク２Ｃと、肥料成分添加装置２Ｄ、２Ｅ、２Ｆと、未使用の養液を貯留する貯留タンク２Ｇと、イチゴやトマトなどの作物が植えられる栽培床２Ｈと、を含む。
【００２２】
養液タンク２Ａには栽培床２Ｈで植物等に吸収されずに流出した細菌類を含む殺菌前の養液が貯留され、養液タンク２Ｂには前記細菌類を含む養液を加熱殺菌し、冷却した後の養液が貯留される。尚、前記植物等に吸収されずに養液タンク２Ａに流出する養液、即ち本ヒートポンプ式殺菌装置１でリサイクル可能な養液量は、栽培床２Ｈにて使用される全養液量の３割程度であり、残り７割の不足分は、前記貯留タンク２Ｇに貯留される未使用養液により補充される。また、養液調整タンク２Ｃは、前記栽培床２Ｈで使用され作物に養分（肥料成分）を吸収された後、ヒートポンプ式殺菌装置１で殺菌されることにより養分が不足した養液に、肥料成分である窒素、リン、鉄などを添加して養液中の養分量の調整を行う装置であり、上記肥料成分がそれぞれ添加装置２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ内に収納されており、養液の状態に応じて添加が必要な肥料成分が養液調整タンク２Ｃ内に投入される。
【００２３】
養液タンク２Ａには、ポンプ３が介設された流路４を介して熱回収用熱交換器３２の吸熱側３２Ａと、加熱用熱交換器３１の加熱部５と、バッファタンク６と、熱回収用熱交換器３２の放熱側３２Ｂと、冷却用熱交換器３３の冷却部９と、モード切換手段としての三方弁４２と、が接続される。更に、三方弁４２の一方の出口が流路４３を介して養液タンク２Ｂに接続され、養液の循環サイクルが構成される。尚、三方弁４２の他方の出口は、流路４４を介して直接ポンプ３が介設された流路４に接続される。また、前記熱回収用熱交換器３２は、吸熱側３２Ａを通る殺菌処理前の養液と放熱側３２Ｂを通る殺菌処理した後の養液との熱交換を行うものである。尚、バッファタンク６は、加熱用熱交換器３１で加熱され所定の温度（本実施例では９０℃）となった養液が一定温度以上を一定時間維持できるように、加熱用熱交換器３１の加熱部５と熱回収用熱交換器３２の放熱部３２Ｂとの間に配設されるものである。
【００２４】
ヒートポンプ１Ｂには、冷媒配管１５を介して圧縮機１１と、加熱用熱交換器３１の放熱部１２と、空気放熱器４６と、減圧装置としての電動式膨張弁１３と、冷却用熱交換器３３の吸熱部１４と、空気熱交換器６０と、冷却用熱交換器３３をバイパスして冷媒を空気熱交換器６０に流すバイパス回路７０と、該バイパス回路７０への冷媒流通を制御する冷媒流路制御装置としての電磁弁７２と、が接続される。また、冷却用熱交換器３３から圧縮機１１の吸込側に至る冷媒回路中に設けられる空気熱交換器６０は、冷媒と空気とを熱交換させるための熱交換器であり、この空気熱交換器６０の近傍には当該空気熱交換器６０に空気を通風するための熱交換用の送風機６０Ｆが設置されている。尚、前記空気放熱器４６は加熱用熱交換器３１の出口側に設けられ、冷媒と空気とを熱交換させるための補助放熱部であり、近傍には冷却用送風機４６Ｆが設置されている。
【００２５】
ここで、加熱用熱交換器３１において、放熱部１２を流れる冷媒は、養液が循環する加熱部５を流れる養液と対向流となるように設けられる。また、冷却用熱交換器３３においても、吸熱部１４を流れる冷媒は、養液が循環する冷却部９と交熱的に設けられている。尚、圧縮機１１は密閉容器内に電動要素（モータ）とそれにより駆動される回転圧縮要素とを収納して成るロータリコンプレッサである。尚、本実施例においてヒートポンプ１Ｂには、冷媒として可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ2）が充填されている。また、二酸化炭素を冷媒として用いた場合には、従来のフロン等の冷媒に比べてより高温が得易く、特に、前記加熱用熱交換器３１における養液の殺菌に必要な高温、例えば＋９０℃を容易に得ることができる。
【００２６】
図１中、５０は加熱用熱交換器３１から流出した養液の温度（温度Ｂ）を検出する温度センサであり、当該温度センサ５０にて検出される養液の温度に基づき、ポンプ３が制御されている。また、５１は冷却用熱交換器３３から流出した養液の温度（温度Ａ）を検出する温度センサであり、当該温度センサ５１の検出する温度に基づき、空気放熱器４６の送風機４６Ｆの運転制御が行われている。
【００２７】
また、５２は加熱用熱交換器３１に流入する養液の温度を検出する温度センサであり、当該温度センサ５２の検出温度に基づき、圧縮機１１の運転が制御されている。５３は圧縮機１１から出た冷媒の温度を検出する冷媒温度センサで、当該冷媒温度センサ５３の検出する温度に基づき膨張弁１３の開度制御が行われている。更に５５は空気熱交換器６０に流入する冷媒の温度を検出する。
【００２８】
尚、５４は外気温センサであり、当該外気温センサ５４の検出温度（外気温）に基づき、制御部８０は、後に詳述する経路の殺菌における殺菌モードの決定と制御のために、電磁弁７２及び三方弁４２を制御する。
【００２９】
以上の構成により、本実施例におけるヒートポンプ式殺菌装置１の動作について、図１及び図２を参照して説明する。
【００３０】
通常殺菌運転
まず、通常殺菌運転について説明する。この通常殺菌運転とは、ヒートポンプ式殺菌装置で、殺菌対象としての養液を加熱殺菌した後、冷却し、利用側（利用媒体）に供給する運転である。
【００３１】
ヒートポンプ１Ｂの圧縮機１１に設けられた図示しないターミナルから、圧縮機１１の密閉容器内に設けられた前記電動要素のステータコイルに通電されると、電動要素が起動して図示しないロータが回転する。この回転により図示しない回転軸と一体に設けられた偏芯部に嵌合されたローラが前記回転圧縮要素のシリンダ内を偏芯回転する。これにより、前記シリンダの低圧室側に吸入された低圧の冷媒ガスは、ローラとベーンの動作により圧縮されて例えば＋１２０℃の高温高圧の冷媒ガスとなり、シリンダの高圧室側から吐出される。また、このとき、冷媒は超臨界圧力まで圧縮されている。
【００３２】
ここで、係る圧縮機１１の起動時において、空気熱交換器６０の近傍に設置された送風機６０Ｆの回転数を通常の運転時より所定時間上昇させるように制御されている。即ち、通常の運転を行った後に圧縮機１１が停止されると、冷媒回路中で最も温度が低い冷却用熱交換器３３や空気熱交換器６０に冷媒が集まり易く、この状態で圧縮機１１を再起動した場合、冷却用熱交換器３３や空気熱交換器６０内に溜まった液冷媒が気化して通常の冷媒回路の状態となるまでに著しく時間を要する。また、再起動時に液のまま冷媒が戻って圧縮機１１が液圧縮してしまい破損する恐れもあった。
【００３３】
しかしながら、圧縮機１１の起動時に空気熱交換器６０の送風機６０Ｆの回転数を上昇させることで、空気熱交換器６０に溜まった冷媒を早期に蒸発させることができる。これにより、冷媒回路内の状態を迅速に安定な状態へと導くことができるようになる。また、冷却用熱交換器３３からの液冷媒も空気熱交換器６０にて蒸発させることができるようになる。従って、圧縮機１１の起動時に圧縮機１１に液冷媒が吸い込まれる不都合を回避することができるようになる。
【００３４】
一方、圧縮機１１から吐出された冷媒は加熱用熱交換器３１に流入し、そこで殺菌対象である養液と熱交換することにより熱を奪われて冷却される。尚、このヒートポンプ１Ｂは、高圧側が超臨界圧力となるので、加熱用熱交換器３１において冷媒（ＣＯ2）は液化することなく超臨界の状態を維持したままで温度が低下する。
【００３５】
そして、加熱用熱交換器３１の放熱部１２で冷却された冷媒は、空気放熱器４６にて更に冷却された後、膨張弁１３に至る。尚、膨張弁１３の入口では冷媒は未だ超臨界の状態である。そして、この冷媒は膨張弁１３における圧力低下により、気体／液体の二相混合状態とされ、その状態で冷却用熱交換器３３に流入する。そして、冷却用熱交換器３３にて冷媒は蒸発し、冷却用熱交換器３３の冷却部９を流れる養液から吸熱（熱の汲み上げ）し、殺菌対象としての養液を冷却した後、空気熱交換器６０に流入する。
【００３６】
これにより、冷却用熱交換器３３から出た冷媒を確実にガス化させることができるようになるので、圧縮機１１に液冷媒が吸い込まれる液バックを防止し、圧縮機１１が液圧縮にて損傷を受ける不都合を回避することができるようになる。
【００３７】
また、冷却用熱交換器３３の冷却部９を流れる養液の温度が非常に高い場合、冷媒がこの養液から吸熱することにより過熱されて、温度センサ５５の測定温度が高温となる場合もある。この場合には、空気熱交換器６０において空気と熱交換させることで、冷媒は空気に熱を奪われて当該空気温度である＋２０℃程度まで冷却される。
【００３８】
これにより、冷却用熱交換器３３から出た冷媒の温度を当該空気熱交換器６０にて空気温度（＋２０℃程度）まで冷却することができるようになり、圧縮機１１に吸い込まれる冷媒の温度が高すぎて、圧縮機１１が過熱されたり、当該圧縮機１１の電動要素が過熱されて、モータ薪線などの劣化や損傷等が起きるという不都合を未然に回避することができるようなる。
【００３９】
尚、空気熱交換器６０を出た冷媒は再び圧縮機１１内に吸い込まれ、圧縮されるサイクルを繰り返す。
【００４０】
一方、養液タンク２Ａの養液は、前述の如く温度センサ５０にて検出される養液の温度（温度Ｂ）が＋９０℃となるように、例えば２Ｌ／ｍｉｎの割合で、養液の循環サイクルである流路部１Ａ内を養液が流れるようにポンプ３が運転されている。即ち、養液の温度（温度Ｂ）が＋９０℃より高い場合には流路部１Ｂ内を流れる養液の流速が２Ｌ／ｍｉｎより速くなるようにポンプ３の回転数を上昇させる。また、養液の温度（温度Ｂ）が＋９０℃より低い場合には流路部１Ａ内を流れる養液の流速が２Ｌ／ｍｉｎより遅くなるようにポンプ３の回転数を低下させる。このように、温度センサ５０の出力に基づき、ポンプ３の運転を制御することで、養液の温度（温度Ｂ）を予め設定した所定の温度（本実施例では、＋９０℃）に維持することができるようになり、養液の加熱殺菌を確実に行うことができるようになる。
【００４１】
そして、貯留槽２の養液タンク２Ａの殺菌前の養液はポンプ３により熱回収用熱交換器３２の吸熱側３２Ａに流入し、ここでこの殺菌前の養液は、加熱用熱交換器３１で加熱殺菌された後の熱回収用熱交換器３２の放熱側３２Ｂを流れる養液から熱を奪い、加熱される。そして、熱回収用熱交換器３２の吸熱部３２Ａから流出した養液は、加熱用熱交換器３１に搬送される。この加熱用熱交換器３１では、上述した如くヒートポンプ１Ｂの冷媒と熱交換することにより、養液は＋９０℃まで昇温される。
【００４２】
尚、加熱用熱交換器３１に流入する養液の温度を検出する温度センサ５２により圧縮機１１の運転が制御されている。即ち、温度センサ５２にて検出される養液温度が低いときには圧縮機１１の回転数を上昇させる。これにより、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度が上昇するため、加熱用熱交換器３１において冷媒と熱交換する養液の温度を前述の所定温度（＋９０℃）まで上昇させることができるようになる。
【００４３】
また、温度センサ５２にて検出される養液温度が高いときには圧縮機１１の回転数を低下させて、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度を抑える。これにより、加熱用熱交換器３１を通過する養液が＋９０℃より高温に過熱される不都合を回避することができる。
【００４４】
更に、加熱用熱交換器３１において冷媒から養液に与えられる熱は超臨界圧力にまで圧縮され、凝縮することのない高温冷媒によるものであるため、加熱用熱交換器３１の入口から出口まで略均一の割合で養液を昇温させることができる。そのため、冷媒と養液との温度差が加熱用熱交換器３１の入口から出口に渡って略均一化され、熱交換時のエネルギーロスが少なくなり、効率的な加熱殺菌を実現することができるようになる。
【００４５】
そして、前記加熱用熱交換器３１で加熱された養液は、熱回収用熱交換器３２の放熱側３２Ｂを通り、ここで殺菌前の養液と熱交換することにより熱を奪われて、冷却される。
【００４６】
尚、上述の如く、養液は加熱用熱交換器３１で高温（＋９０℃）に加熱され殺菌されるわけであるが、この加熱された養液が短時間のうちに熱回収用熱交換器３２の放熱側３２Ｂに達した場合には、養液の高温での保持時間が足りず、殺菌が十分に行われない恐れがある。そこで、本実施例の流路部１Ａには、加熱用熱交換器３１の加熱部５と熱交換用熱交換器３２の放熱側３２Ｂとの間に養液の貯留部としてのバッファタンク６が配設される。このバッファタンク６は、加熱用熱交換器３１で加熱され高温（＋９０℃）となった養液が所定温度（例えば＋８５℃）以上を一定時間維持できるように備えられるものであり、本実施例では、流路部１Ａを流れる養液の流速が２Ｌ／ｍｉｎの場合に、バッファタンク６の容量を６Ｌとすることで、養液を所定温度（＋８５℃）以上で３分間保持することができ、養液の高温での殺菌時間を十分確保できるようになっている。
【００４７】
これにより、養液の殺菌が十分行われる前に、熱交換用熱交換器３２の放熱側３２Ｂに到達して当該養液の温度が低下してしまい、殺菌処理が不完全になるなどの不都合を回避することができる。尚、養液の高温保持時間（殺菌時間）は殺菌対象により異なるが、その殺菌時間の調整は、バッファタンク６の容量を殺菌対象の種類に合わせた必要な殺菌時間に最適容量に選定するか、ポンプ３の送り量を変更することなどで実現できる。
【００４８】
熱回収用熱交換器３２の放熱側３２Ｂにて放熱した養液は、その後、冷却用熱交換器３３に流入し、上述した如くヒートポンプ１Ｂの冷媒と熱交換することにより、更に冷却され、所定の温度、例えば＋２０℃にまで冷却される。
【００４９】
ここで、冷却用熱交換器３３における養液の冷却温度は、この冷却用熱交換器３３から流出した養液の温度を検出する温度センサ５１に基づき空気放熱器４６の送風機４６Ｆの運転を制御することにより、精度良く制御される。即ち、温度センサ５１にて検出される養液の温度（温度Ａ）が例えば＋２０℃となるように送風機４６Ｆの運転が制御されている。そして、養液の温度（温度Ａ）が＋２０℃より高い場合には送風機４６Ｆの回転数を上昇させて、空気放熱器４６において冷媒をより放熱させると共に、＋２０℃より低い場合には送風機４６Ｆの回転数を下げて空気放熱器４６における冷媒の放熱が少なくなるように制御されている。
【００５０】
これにより、養液の温度（温度Ａ）を＋２０℃に維持することができるようになる。特に、本実施例の水耕栽培システムにおいては、高温の養液（殺菌対象）をそのまま利用側である作物の植えられた栽培床に返送することができないため、本発明のヒートポンプ式殺菌装置を適用した場合に特に有効となる。
【００５１】
また、膨張弁１３の開度は冷媒温度センサ５３にて検出される冷媒温度が＋１２０℃となるように制御されている。
【００５２】
尚、上述した如くバイパス回路７０は冷却用熱交換器３３をバイパスして冷媒を空気熱交換器６０に流すバイパス回路であり、電磁弁７２にて制御されている。即ち、この電磁弁７２は膨張弁１３にて減圧された冷媒を冷却用熱交換器３３に流すか、又はバイパス回路７０に流すかを制御している。そして、温度センサ５１にて検出される養液（吸熱対象）の温度が所定の凍結危惧温度、例えば＋５℃以下となった場合に、電磁弁７２が開放されバイパス回路７０に冷媒が流れる。一方、温度センサ５１にて検出される養液の温度が＋５℃より高い場合には電磁弁７２によりバイパス回路７０が閉塞されるため、膨張弁１３にて減圧された冷媒は冷却用熱交換器３３に流れる。
【００５３】
このように、温度センサ５１にて検出される養液の温度が＋５℃以下の場合には膨張弁１３にて減圧された冷媒を冷却用熱交換器３３に流さずに、バイパス回路７０を通過させることで、冷却用熱交換器３３において養液は冷却されないようになる。即ち、冷却用熱交換器３３にて養液が過度に冷却され、養液の温度が凍結危惧温度である＋５℃以下に低下する不都合を回避することができる。これにより、養液が凍結する不都合を未然に回避することができる。
【００５４】
尚、バイパス回路７０を通過した冷媒は、上述した如く空気熱交換器６０に流入し、そこで送風機６０Ｆにて送風される空気から吸熱することにより冷却作用を発揮して蒸発した後、再び圧縮機１１に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００５５】
このように、膨張弁１３にて減圧された冷媒をバイパス回路７０から空気熱交換器６０に流すことで、冷却用熱交換器３３を通過させること無く、冷媒を蒸発させて、所定の温度（＋２０℃）で且つ気体の状態とすることができるので、この場合であっても、圧縮機１１に吸い込まれる冷媒の状態を最適なものとすることができる。
【００５６】
また、本実施例においてバイパス回路７０は冷却用熱交換器３３のみをバイパスするものとしたが、これに限らず、図１中破線で示す如く膨張弁１３も同時にバイパスさせるものとした場合であっても構わない。
【００５７】
そして、養液タンク２Ａ及び養液タンク２Ｂ内の養液の殺菌処理（通常殺菌運転）が終了すると、作業者は、ポンプ３の運転を停止すると共に、ヒートポンプ１Ｂの運転を停止する。このとき、流路４、熱回収用熱交換器３２、加熱用熱交換器３１、冷却用熱交換器３３などの流路部１Ａ内の養液は、ポンプ３の運転停止により、内部に残留する。そして次回、ポンプ３が運転され、殺菌処理が再開されるまでは、通常は常温に維持されることとなる。そのため、これら流路部１Ｂ内に残留した養液は、運転終了時に僅かな菌が残留しているだけでも、次回の殺菌処理開始時までの休止時間中に、大量の菌が増殖してしまう。そして、大量の菌が混入した養液は、次回の殺菌運転時に養液タンク２Ｂ内に流入することとなるため、当該養液の殺菌処理の有効性が失われる恐れがある。
【００５８】
前殺菌（第１の経路殺菌モード）
そこで、次に第１の経路殺菌モードとしての前殺菌について説明する。この前殺菌は、常温で長時間放置された流路部１Ａ内を殺菌するための経路殺菌モードであり、上述した通常殺菌運転の運転開始直前に、流路部１Ａ内の加熱殺菌を実行する方法である。ヒートポンプ１０は上記通常殺菌運転の場合と同様に、運転を開始して、冷媒を適切な超臨界圧力まで圧縮した後、加熱用熱交換器３１に吐出させる。この加熱用熱交換器３１において冷媒は養液と熱交換することにより熱を奪われて冷却される。
【００５９】
加熱用熱交換器３１にて冷却された高圧側の冷媒は空気放熱器４６に流入した後、膨張弁１３、冷却用熱交換器３３若しくはバイパス回路７０に流入する。ここでこの前殺菌では、電磁弁７２を開放するか又は前記膨張弁１３を全開とするものとする。これにより、冷却用熱交換器３３において吸熱作用が発生せず、冷媒と養液との熱交換はほとんど行われないため養液は冷却されない状態となる。
【００６０】
そして、冷却用熱交換器３３を出た冷媒は空気熱交換器６０に入り、ここで、周囲の空気と熱交換することにより放熱して、圧縮機に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００６１】
一方、流路４や熱回収用熱交換器３２、加熱用熱交換器３１、冷却用熱交換器３３により構成される流路部１Ａ内の養液は、当該前殺菌では、三方弁４２が流路４４側に切り換えられていることから、例えば２Ｌ／ｍｉｎの割合でポンプ３より熱回収用熱交換器３２の吸熱側３２Ａに流入し、ここで養液は加熱用熱交換器３１にて加熱された後の養液から熱を奪い、加熱作用を受ける。そして、熱回収用熱交換器３２の吸熱側３２Ａから流出した養液は、加熱用熱交換器３１に搬送される。この加熱用熱交換器３１では、上述した如くヒートポンプ１Ｂの高温の冷媒と熱交換することにより、養液は所定の温度にまで昇温される。
【００６２】
係る前殺菌においても、加熱用熱交換器３１において冷媒から養液に与えられる熱は、超臨界圧力にまで圧縮された高温冷媒による熱であるため、加熱用熱交換器３１の入口から出口まで略均一の割合で養液を昇温させることができる。これにより、冷媒と養液との温度差が加熱用熱交換器３１の入口から出口に渡って略均一化され、熱交換時のエネルギーロスが少なくなると共に、バッファタンク６による高温状態の保持により、効率的な加熱殺菌を実現することができるようになる。
【００６３】
そして、このように加熱された養液は、熱回収用熱交換器３２の放熱側３２Ｂを通り、ここで前記加熱殺菌処理前の養液と熱交換することにより熱を奪われて若干冷却される。その後、養液は上述した如く熱交換が行われない冷却用熱交換器３３に流入し、再び三方弁４２を介してポンプ３により熱回収用熱交換器３２に送出される。これにより、流路部１Ａ内の養液は上述の如く循環しながら昇温され、本実施例では、温度センサ５１により検出される温度が＋６０℃となるまで当該流路部１Ａ内の養液の循環加熱が行われる。尚、このとき、流路部１Ａ内は内部の養液が昇温されることから圧力が上昇するが、ポンプ３と、三方弁４２に接続された流路４４との間において、養液タンク２Ａの流路４が開放して接続されていることから、過度の圧力上昇を防止することができる。
【００６４】
このように、前殺菌において、冷却用熱交換器３３において養液の冷却を停止させた状態として、更にこの冷却用熱交換器３３を出た養液を養液タンク２Ａ、２Ｂに戻すことなく直接、熱回収用熱交換器３２及び加熱用熱交換器３１等に循環するため、流路部１Ａ内に残留した養液を効果的に加熱殺菌することができるようになる。
【００６５】
そのため上述した通常殺菌運転の運転停止後に、流路部１Ａ内の残留養液が放置され、菌の増殖が生じた場合であっても、前殺菌で流路部１Ａ内の残留養液の加熱殺菌を実行した後に、流路部１Ａ内の残留液を養液タンク２Ｂに送ることにより、該養液タンク２Ｂや２Ａへの菌の混入を回避することができるようになる。
【００６６】
その後、上述した如く温度センサ５１により検出される温度が＋６０℃となった時点で、電磁弁７２を閉じることで、冷却用熱交換器３３での養液の冷却が再開される。係る養液の冷却では、冷却用熱交換器３３を経た養液を養液タンク２Ａ、２Ｂに戻すことなく直接熱回収用熱交換器３２、加熱用熱交換器３１に循環しながら、冷却用熱交換器３３において冷却を行うため、本前殺菌で加熱された流路部１Ａ内の養液を、通常殺菌運転における温度に近づけることができる。
【００６７】
尚、後に詳述するが、本前殺菌を実施する場合には、外気温センサ５４により測定した外気温を制御部８０により判定し、外気温が所定温度以上で前殺菌が必要と判断された時に、電磁弁７２又は膨張弁１３、及び三方弁４２を上述の如く制御し、前殺菌を実施する。
【００６８】
後殺菌（第２の経路殺菌モード）
次に、第２の経路殺菌モードとしての後殺菌について説明する。この後殺菌は、常温で長時間放置された流路部１Ａ内を殺菌するための上記前殺菌とは異なり、通常殺菌運転直後、養液が常温で長時間放置される前に流路部１Ｂ内の殺菌を実施する方法である。即ち、後殺菌は上述した通常殺菌運転の終了後直ぐに流路部１Ａ内の殺菌を行う殺菌方法であり、特に通常殺菌運転の終了後、次の通常殺菌運転までの間の外気温が低く、流路部１Ａ内の菌の増殖が少ない冬季に好適に用いられる経路の殺菌モードである。
【００６９】
後殺菌では、上述の如き通常殺菌運転が終了した後、ポンプ３及びヒートポンプ１Ｂの運転を停止する前に、まず、上記前殺菌と同様に三方弁４２を流路４４側に切り換えると共に、ヒートポンプ１Ｂの電磁弁７２を開放するか又は前記膨張弁１３を全開とする。これにより、上記前処理と略同様な殺菌処理が養液に対して行われる。
【００７０】
尚、当該後殺菌は、上述した如く通常殺菌運転終了直後に実施されるため、後殺菌開始時には、流路部１Ａ内の養液、特に加熱用熱交換器３１と熱回収用熱交換器３２の放熱側３２Ｂとの間の養液は高温となっている。このため、通常殺菌運転において養液に加えられた熱（余熱）を有効に利用して経路殺菌を行うことができるため、前殺菌に比べて消費電力を抑制でき、より効率的な殺菌が可能となると共に、経路殺菌の時間を大幅に短縮することができるようになる。
【００７１】
以上の３種の殺菌運転、即ち通常殺菌運転と前殺菌と後殺菌とを備えた本実施形態のヒートポンプ式殺菌装置１の運転フローについて、以下で詳述する。
【００７２】
図２は、本実施例のヒートポンプ式殺菌装置１の運転フローを示したものであり、このヒートポンプ式殺菌装置１の運転は、前殺菌１０１と、通常殺菌運転１０２と、後殺菌１０３と、外気温測定１１０による運転判断と、により構成される。尚、本実施例では、まず前殺菌１０１を行う場合から説明するが、本発明のヒートポンプ式殺菌装置１は、必ずしも前殺菌１０１から動作を開始する必要は無い。
【００７３】
まず、前殺菌１０１により流路部１Ａ内が殺菌処理された後、養液を加熱殺菌し、冷却してから利用媒体に供給する運転、即ち通常殺菌運転１０２が実施される。そして、通常殺菌運転が終了すると、例えば夜間など、次の通常殺菌運転１０２が開始されるまでの間はヒートポンプ式殺菌装置１は停止状態で放置される。
【００７４】
その後、外気温センサ５４により、外気温測定１１０が行われる。そして、外気温が１５℃以上の場合（例えば夏季など）には、上述した如く夜間にヒートポンプ式殺菌装置１が停止中、流路部１Ａ内で菌が増殖した可能性が高い。そこでこのような場合には、再び前殺菌１０１を行い、流路部１Ａ内の養液を殺菌処理した後、通常殺菌運転１０２を実行する。そして、通常殺菌運転１０２の終了後は、再び外気温測定１１０を行う（手順Ａ）という順番でヒートポンプ式殺菌装置１による養液の殺菌処理が行われる。
【００７５】
他方、前記外気温測定１１０において外気温が１５℃未満である場合（例えば冬季など）には、夜間などのヒートポンプ式殺菌装置１の停止中でも菌が増殖していない可能性が高いと判断し、前殺菌１０２は実施せずに通常殺菌運転１０２を行う。そして、このように外気温が低く、夜間などのヒートポンプ式殺菌装置１の停止中にも菌の増殖が少ないと判断される場合においても、通常殺菌運転１０２中に、冷却用熱交換器３３などの比較的養液温度が低い流路で菌が増殖している可能性があることから、通常殺菌運転１０２の終了後には必ず後殺菌１０３を行い、その後再び外気温測定１１０を行う（手順Ｂ）という順番でヒートポンプ式殺菌装置１による養液の殺菌処理が行われる。
【００７６】
尚、手順Ａ及び手順Ｂにおける外気温測定１１０の結果によって、手順Ａから手順Ｂへ、又は手順Ｂから手順Ａへと動作を繰り返す場合と、常に手順Ａのみ若しくは手順Ｂのみ実施しつづける場合と、が起こることとなる。
【実施例２】
【００７７】
次に、図３を参照して、本発明のヒートポンプ式殺菌装置の第２の実施例を説明する。図３は、この場合のヒートポンプ式殺菌装置の運転フローを示したものであり、本実施例において、上記実施例１と同一の符号が付されているものは同一若しくは同様の機能、効果を有するものであるとする。
【００７８】
図３において、停止状態判定１２０は、上記実施例１における、夜間などにヒートポンプ式殺菌装置１が停止している時の各種状態を勘案して次の運転動作を判定する判定手段である
次にこの場合のヒートポンプ式殺菌装置１の動作について説明する。
【００７９】
まず、上記実施例１と同様に、前殺菌１０１により流路部１Ａ内が殺菌処理された後、養液を加熱殺菌し、冷却してから利用媒体に供給する運転、即ち通常殺菌運転１０２が実施される。そして、通常殺菌運転が終了すると、例えば夜間など、次の通常殺菌運転１０２が開始されるまでの間はヒートポンプ式殺菌装置１は停止状態で放置される。
【００８０】
その後、停止状態判定１２０が行われる。上記実施例１においては、ヒートポンプ式殺菌装置１の停止後、次回の通常殺菌運転１０２又は前殺菌１０１の前の外気温測定により、次の運転動作を決定したが、本実施例では、例えば停止中の積算外気温や平均外気温などを測定及び算出し、この結果が、所定値以上の時は、夜間などのヒートポンプ式殺菌装置１が停止中に流路部１Ａ内で菌が増殖した可能性が高いと判断する。そこでこのような場合には、再び前殺菌１０１を行い、流路部１Ａ内の養液を殺菌処理した後、通常殺菌運転１０２を実施する。そして、通常殺菌運転１０２の終了後は、再び外気温測定１１０を行う（手順Ａ）という順番でヒートポンプ式殺菌装置１による養液の殺菌処理が行われる。
【００８１】
他方、停止中の積算外気温や平均外気温の測定及び算出の結果が所定値未満である時は、夜間などのヒートポンプ式殺菌装置１の停止中でも菌が増殖していない可能性が高いと判断し、前殺菌１０２は実施せずに通常殺菌運転１０２を行う。そして、このような場合、即ち夜間などのヒートポンプ式殺菌装置１の停止中にも菌の増殖が少ないと判断される場合においても、通常殺菌運転１０２中に、冷却用熱交換器３３などの比較的養液温度が低い流路で菌が増殖する可能性があることから、通常殺菌運転１０２の終了後には、必ず後殺菌１０３を行い、その後再び外気温測定１１０を行う（手順Ｂ）という順番でヒートポンプ式殺菌装置１による養液の殺菌処理が行われる。
【００８２】
尚、本実施例においても上記実施例１と同様に、手順Ａ及び手順Ｂにおける外気温測定１１０の結果によって、手順Ａから手順Ｂへ、又は手順Ｂから手順Ａへと動作を繰り返す場合と、常に手順Ａのみ若しくは手順Ｂのみ実施しつづける場合と、が起こることとなる。
【００８３】
これにより、本実施例では、通常殺菌運転１０２の後の、次の動作判断を夜間などにヒートポンプ式殺菌装置１が停止している時の積算温度又は平均温度により判断するため、より正確な殺菌処理が可能となる。
【実施例３】
【００８４】
次に、図４を参照して、本発明のヒートポンプ式殺菌装置の第３の実施例を説明する。図４は、この場合のヒートポンプ式殺菌装置１の概略構成図を示したものであり、本実施例において、上記実施例１及び２と同一の符号が付されているものは同一若しくは同様の機能、効果を有するものであるとする。
【００８５】
図４において、３４はヒータであり流路部１Ａ内の養液を加熱可能に配設される。このヒータ３４は流路部１Ａ内の養液を加熱可能な場所ならどこにでも配設可能であるが、好適には冷却部９付近に設けられる。
【００８６】
ヒータ３４は、上記各実施例における第１及び第２の経路殺菌モードとしての前殺菌及び後殺菌における養液の加熱殺菌手段としてのヒートポンプ１Ｂの代わりに、流路部１Ａ内の養液の加熱手段として用いられるが、好ましくは後殺菌において使用される。これにより、後殺菌において、通常殺菌運転が終了した後、ポンプ３は駆動したままとし、ヒートポンプ１Ｂの運転を停止しても当該ヒータ３４により、通常殺菌運転において養液に加えられた熱（余熱）を利用して、特に通常殺菌運転後温度の低い、冷却用熱交換器３３の近辺を有効に加熱して殺菌を行うことができる。
【００８７】
尚、ヒータ３４は、前殺菌及び後殺菌においてヒートポンプ１Ｂと同時に使用してもよいものとする。この場合には、当該ヒータ３４により、特に冷却用熱交換器３３付近が効果的に加熱されるため、前殺菌及び後殺菌の運転時間を短縮することができるようになる。
【００８８】
以上詳述した如く、本発明の上記各実施例によれば、養液を加熱殺菌した後、すぐにヒートポンプの吸熱部を利用してこの養液を冷却することができるようになるので、殺菌後、養液が高温で返送することができない、上記各実施例の如き再循環式の水耕栽培システムにおいて非常に有効である。
【００８９】
また、本発明のヒートポンプ式熱処理装置は、上記各実施例の如き水耕栽培システム用の養液の殺菌のみに用いられるわけではなく、例えばジュースや牛乳等の飲料についても適用可能である。特に、ジュースや牛乳等の飲料では、風味を損なうことのない殺菌が必要となるため、本発明のヒートポンプ式熱処理装置を用いた殺菌装置を適用することにより加熱直後に冷却が可能となるため、飲料の風味が損なわれることなく加熱殺菌処理を行うことができるようになる。
【００９０】
また、上記各実施例では、加熱殺菌温度を９０℃としたが、これに限らず、上記の如きジュースや牛乳等の飲料において、より低温での殺菌が必要な場合には、ヒートポンプ１Ｂにおいて、膨張弁１３の調整や冷媒の封入圧力等の変更により、容易に必要な加熱殺菌温度を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の処理装置の一実施形態を示した構成概略図である。
【図２】本発明の処理装置の第１の実施形態の動作フローを示す、フローチャートである。
【図３】本発明の処理装置の第２の実施形態の動作フローを示す、フローチャートである。
【図４】本発明の処理装置の第３の実施形態を示した構成概略図である。
【符号の説明】
【００９２】
１ ヒートポンプ式殺菌装置
１Ａ 流路部
１Ｂ ヒートポンプ
２ 貯留槽
２Ａ、２Ｂ 養液タンク
３ ポンプ
４ 流路
５ 加熱部
６ バッファタンク
９ 冷却部
１１ 圧縮機
１２ 放熱部
１３ 膨張弁
１４ 吸熱部
１５ 冷媒配管
３１ 加熱用熱交換器
３２ 熱回収用熱交換器
３３ 冷却用熱交換器
３４ ヒータ
４２ 三方弁
４３、４４ 流路
４６ 空気放熱器
５０、５１、５２、５３、５５ 温度センサ
５４ 外気温センサ
６０ 空気熱交換器
８０ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機、放熱部、減圧装置及び吸熱部等で構成される冷凍サイクルを備えたヒートポンプ装置を用いて、各種の細菌やカビなどを含む流体を加熱する処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば水耕栽培や食品加工業や養殖業、病院などにおいて使用される各種の病原細菌やカビなどを含む牛乳、水、空気などの流体の殺菌を行う殺菌装置として、圧縮機、放熱部、減圧装置及び吸熱部等を順次接続することにより構成される冷凍サイクルを備えたヒートポンプ装置を用いた殺菌装置が提案されている。このヒートポンプ式殺菌装置は、ヒートポンプ内に冷媒が充填されており、圧縮機で高温高圧に圧縮された冷媒ガスが放熱部で放熱するときの熱を利用して殺菌対象である流体を加熱殺菌するものであった。
【０００３】
また、加熱殺菌された後の殺菌対象としての流体は、吸熱部の吸熱作用を利用して加熱前の温度まで冷却されていた。これにより、加熱殺菌された高温の流体を当該吸熱部の冷媒により効果的に冷却して、所定温度まで低下した後、使用することが可能となっていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２７６０３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のヒートポンプ式殺菌装置では殺菌処理が終了し、殺菌装置が停止されると、殺菌装置内で殺菌対象である流体が流れる流路内が常温となり、特に夏場などの外気温が高い場合には、前記流路中の各所、例えば、中温部や冷却部などに残留している流体中に僅かな菌が残留しているだけで、前記流路内に大量の菌が増殖する場合がある。
【０００５】
そして、次回運転時には、特に運転開始初期において、上記の如き大量の菌を含む流体が殺菌装置から送り出される恐れがあった。
【０００６】
そこで、本発明は係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、加熱殺菌装置を起動する前に、装置内の前記流路内を加熱殺菌する手段を備えた熱処理装置及び殺菌装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の処理装置は、加熱対象である流体が循環する流路と、この流路の流体を加熱する加熱手段と、この加熱手段により加熱された前記流体を利用する利用手段と、を備え、 前記加熱手段により前記流体を加熱した後、この加熱された流体を前記利手段に供給する処理を所定の休止期間をはさんで実行する第１の加熱モードと、前記休止期間において、前記流体の前記利用手段への供給を停止した状態で前記流体を加熱する第２の加熱モードとを実行することを特徴とする熱処理装置において、前記第２の加熱モードは、前記休止期間の前半に実施することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の処理装置は、請求項１に記載の発明に加えて、前記加熱手段により加熱された前記流体を前記利用手段に供給する前に冷却する冷却手段を備え、前記冷却手段による前記流体の冷却を停止した状態で前記第２の加熱モードを実行することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の処理装置は、圧縮機と、放熱部と、吸熱部と、膨張手段と、を含む冷凍回路と、前記放熱部に接続され前記冷凍回路からの放熱を利用して加熱対象を加熱する加熱手段と、前記吸熱部に接続され前記冷凍回路の吸熱を利用して前記加熱手段により加熱された加熱対象を冷却する冷却手段と、を含む加熱対象流路と、を備え、前記加熱対象を前記加熱手段にて加熱処理した後、この加熱対象を前記冷却手段に搬送して冷却する処理を所定の休止期間をはさんで実行する通常加熱運転と、前記休止期間において、前記吸熱部による吸熱を減少又は停止させた状態で前記加熱対象を加熱する流路加熱運転と、を実行することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の処理装置は、請求項３に記載の発明に加えて、前記流路加熱運転は、前記休止期間の前半に実施することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の処理装置は、請求項３に記載の発明に加えて、前記加熱手段と前記冷却手段との間の前記加熱対象の温度を測定する温度センサと、外気温を測定する外気温センサと、を備え、前記流路加熱運転は、前記休止期間において前記温度センサにより測定される前記加熱対象の温度が前記外気温センサにより測定される外気温まで低下する前に実行されることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の処理装置は、圧縮機と、放熱部と、吸熱部と、膨張手段と、を含む冷凍回路と、前記放熱部に接続され前記冷凍回路からの放熱を利用して加熱対象を加熱する加熱手段と、前記吸熱部に接続され前記冷凍回路の吸熱を利用して前記加熱手段により加熱された加熱対象を冷却する冷却手段と、を含む加熱対象流路と、外気温センサと、を備え、前記加熱対象を前記加熱手段にて加熱処理した後、この加熱対象を前記冷却手段に搬送して冷却する処理を所定の休止期間をはさんで実行する通常加熱運転を行う熱処理装置において、前記休止期間に前記外気温センサにより外気温を測定し、前記外気温が所定値以上の場合には前記吸熱部による吸熱を減少又は停止させた状態で前記加熱対象を加熱する流路加熱運転を実行した後、前記通常加熱運転を実行する第１の運転モードを実行し、前記外気温が所定値未満の場合には、前記流路加熱運転を行うことなく前記通常加熱運転を実行する第２の運転モードを実行することを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の処理装置は、請求項６に記載の発明に加えて、前記外気温センサによる外気温の測定は、前記休止期間の後半に行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の処理装置は、請求項２乃至請求項７に記載の発明に加えて、前記加熱手段と前記冷却手段との間に、前記加熱対象を貯留可能とする貯留部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の処理装置は、圧縮機と、放熱部と、吸熱部と、膨張手段と、を含む冷凍回路と、前記放熱部に接続され前記冷凍回路からの放熱を利用して加熱対象を加熱する加熱手段と、前記吸熱部に接続され前記冷凍回路の吸熱を利用して前記加熱手段により加熱された加熱対象を冷却する冷却手段と、を含む加熱対象流路と、前記加熱手段と前記冷却手段との間に配設された前記加熱対象を貯留可能とする貯留部と、を備え、前記加熱対象は、前記加熱手段で加熱後、前記貯留部にて貯留された後、前記冷却手段に搬送されて冷却されることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の処理装置は、請求項１乃至請求項９に記載の発明に加えて、前記加熱対象には菌を含み、前記加熱手段により前記菌を殺菌することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ヒートポンプ装置によって流体を加熱し、更に冷却までできるので、特に加熱後に温度を低下させる必要のある加熱対象、例えば水耕栽培システムに使用される養液やジュース、牛乳等の飲料の加熱処理を効果的に実行可能な処理装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本実施例におけるヒートポンプ式熱処理装置を用いたヒートポンプ式殺菌装置は、殺菌対象として、イチゴやトマトなどの水耕栽培に使われる水耕栽培システムに使用される養液の加熱殺菌を行うものである。
【実施例１】
【００１９】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態を詳述する。図１は、本発明の一実施例としてのヒートポンプ式殺菌装置１の概略構成図を示している。
【００２０】
図１のヒートポンプ式殺菌装置１は、養液の流路としての流路部１Ａと、冷凍サイクルを備えたヒートポンプ装置であるヒートポンプ１Ｂと、流路の殺菌を行う場合の殺菌モードを決定及び制御する手段としての制御部８０と、を備える。
【００２１】
図１中の２は養液の利用側であり、養液タンク２Ａと、養液タンク２Ｂと、養液調整タンク２Ｃと、肥料成分添加装置２Ｄ、２Ｅ、２Ｆと、未使用の養液を貯留する貯留タンク２Ｇと、イチゴやトマトなどの作物が植えられる栽培床２Ｈと、を含む。
【００２２】
養液タンク２Ａには栽培床２Ｈで植物等に吸収されずに流出した細菌類を含む殺菌前の養液が貯留され、養液タンク２Ｂには前記細菌類を含む養液を加熱殺菌し、冷却した後の養液が貯留される。尚、前記植物等に吸収されずに養液タンク２Ａに流出する養液、即ち本ヒートポンプ式殺菌装置１でリサイクル可能な養液量は、栽培床２Ｈにて使用される全養液量の３割程度であり、残り７割の不足分は、前記貯留タンク２Ｇに貯留される未使用養液により補充される。また、養液調整タンク２Ｃは、前記栽培床２Ｈで使用され作物に養分（肥料成分）を吸収された後、ヒートポンプ式殺菌装置１で殺菌されることにより養分が不足した養液に、肥料成分である窒素、リン、鉄などを添加して養液中の養分量の調整を行う装置であり、上記肥料成分がそれぞれ添加装置２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ内に収納されており、養液の状態に応じて添加が必要な肥料成分が養液調整タンク２Ｃ内に投入される。
【００２３】
養液タンク２Ａには、ポンプ３が介設された流路４を介して熱回収用熱交換器３２の吸熱側３２Ａと、加熱用熱交換器３１の加熱部５と、バッファタンク６と、熱回収用熱交換器３２の放熱側３２Ｂと、冷却用熱交換器３３の冷却部９と、モード切換手段としての三方弁４２と、が接続される。更に、三方弁４２の一方の出口が流路４３を介して養液タンク２Ｂに接続され、養液の循環サイクルが構成される。尚、三方弁４２の他方の出口は、流路４４を介して直接ポンプ３が介設された流路４に接続される。また、前記熱回収用熱交換器３２は、吸熱側３２Ａを通る殺菌処理前の養液と放熱側３２Ｂを通る殺菌処理した後の養液との熱交換を行うものである。尚、バッファタンク６は、加熱用熱交換器３１で加熱され所定の温度（本実施例では９０℃）となった養液が一定温度以上を一定時間維持できるように、加熱用熱交換器３１の加熱部５と熱回収用熱交換器３２の放熱部３２Ｂとの間に配設されるものである。
【００２４】
ヒートポンプ１Ｂには、冷媒配管１５を介して圧縮機１１と、加熱用熱交換器３１の放熱部１２と、空気放熱器４６と、減圧装置としての電動式膨張弁１３と、冷却用熱交換器３３の吸熱部１４と、空気熱交換器６０と、冷却用熱交換器３３をバイパスして冷媒を空気熱交換器６０に流すバイパス回路７０と、該バイパス回路７０への冷媒流通を制御する冷媒流路制御装置としての電磁弁７２と、が接続される。また、冷却用熱交換器３３から圧縮機１１の吸込側に至る冷媒回路中に設けられる空気熱交換器６０は、冷媒と空気とを熱交換させるための熱交換器であり、この空気熱交換器６０の近傍には当該空気熱交換器６０に空気を通風するための熱交換用の送風機６０Ｆが設置されている。尚、前記空気放熱器４６は加熱用熱交換器３１の出口側に設けられ、冷媒と空気とを熱交換させるための補助放熱部であり、近傍には冷却用送風機４６Ｆが設置されている。
【００２５】
ここで、加熱用熱交換器３１において、放熱部１２を流れる冷媒は、養液が循環する加熱部５を流れる養液と対向流となるように設けられる。また、冷却用熱交換器３３においても、吸熱部１４を流れる冷媒は、養液が循環する冷却部９と交熱的に設けられている。尚、圧縮機１１は密閉容器内に電動要素（モータ）とそれにより駆動される回転圧縮要素とを収納して成るロータリコンプレッサである。尚、本実施例においてヒートポンプ１Ｂには、冷媒として可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ2）が充填されている。また、二酸化炭素を冷媒として用いた場合には、従来のフロン等の冷媒に比べてより高温が得易く、特に、前記加熱用熱交換器３１における養液の殺菌に必要な高温、例えば＋９０℃を容易に得ることができる。
【００２６】
図１中、５０は加熱用熱交換器３１から流出した養液の温度（温度Ｂ）を検出する温度センサであり、当該温度センサ５０にて検出される養液の温度に基づき、ポンプ３が制御されている。また、５１は冷却用熱交換器３３から流出した養液の温度（温度Ａ）を検出する温度センサであり、当該温度センサ５１の検出する温度に基づき、空気放熱器４６の送風機４６Ｆの運転制御が行われている。
【００２７】
また、５２は加熱用熱交換器３１に流入する養液の温度を検出する温度センサであり、当該温度センサ５２の検出温度に基づき、圧縮機１１の運転が制御されている。５３は圧縮機１１から出た冷媒の温度を検出する冷媒温度センサで、当該冷媒温度センサ５３の検出する温度に基づき膨張弁１３の開度制御が行われている。更に５５は空気熱交換器６０に流入する冷媒の温度を検出する。
【００２８】
尚、５４は外気温センサであり、当該外気温センサ５４の検出温度（外気温）に基づき、制御部８０は、後に詳述する経路の殺菌における殺菌モードの決定と制御のために、電磁弁７２及び三方弁４２を制御する。
【００２９】
以上の構成により、本実施例におけるヒートポンプ式殺菌装置１の動作について、図１及び図２を参照して説明する。
【００３０】
通常殺菌運転
まず、通常殺菌運転について説明する。この通常殺菌運転とは、ヒートポンプ式殺菌装置で、殺菌対象としての養液を加熱殺菌した後、冷却し、利用側（利用媒体）に供給する運転である。
【００３１】
ヒートポンプ１Ｂの圧縮機１１に設けられた図示しないターミナルから、圧縮機１１の密閉容器内に設けられた前記電動要素のステータコイルに通電されると、電動要素が起動して図示しないロータが回転する。この回転により図示しない回転軸と一体に設けられた偏芯部に嵌合されたローラが前記回転圧縮要素のシリンダ内を偏芯回転する。これにより、前記シリンダの低圧室側に吸入された低圧の冷媒ガスは、ローラとベーンの動作により圧縮されて例えば＋１２０℃の高温高圧の冷媒ガスとなり、シリンダの高圧室側から吐出される。また、このとき、冷媒は超臨界圧力まで圧縮されている。
【００３２】
ここで、係る圧縮機１１の起動時において、空気熱交換器６０の近傍に設置された送風機６０Ｆの回転数を通常の運転時より所定時間上昇させるように制御されている。即ち、通常の運転を行った後に圧縮機１１が停止されると、冷媒回路中で最も温度が低い冷却用熱交換器３３や空気熱交換器６０に冷媒が集まり易く、この状態で圧縮機１１を再起動した場合、冷却用熱交換器３３や空気熱交換器６０内に溜まった液冷媒が気化して通常の冷媒回路の状態となるまでに著しく時間を要する。また、再起動時に液のまま冷媒が戻って圧縮機１１が液圧縮してしまい破損する恐れもあった。
【００３３】
しかしながら、圧縮機１１の起動時に空気熱交換器６０の送風機６０Ｆの回転数を上昇させることで、空気熱交換器６０に溜まった冷媒を早期に蒸発させることができる。これにより、冷媒回路内の状態を迅速に安定な状態へと導くことができるようになる。また、冷却用熱交換器３３からの液冷媒も空気熱交換器６０にて蒸発させることができるようになる。従って、圧縮機１１の起動時に圧縮機１１に液冷媒が吸い込まれる不都合を回避することができるようになる。
【００３４】
一方、圧縮機１１から吐出された冷媒は加熱用熱交換器３１に流入し、そこで殺菌対象である養液と熱交換することにより熱を奪われて冷却される。尚、このヒートポンプ１Ｂは、高圧側が超臨界圧力となるので、加熱用熱交換器３１において冷媒（ＣＯ2）は液化することなく超臨界の状態を維持したままで温度が低下する。
【００３５】
そして、加熱用熱交換器３１の放熱部１２で冷却された冷媒は、空気放熱器４６にて更に冷却された後、膨張弁１３に至る。尚、膨張弁１３の入口では冷媒は未だ超臨界の状態である。そして、この冷媒は膨張弁１３における圧力低下により、気体／液体の二相混合状態とされ、その状態で冷却用熱交換器３３に流入する。そして、冷却用熱交換器３３にて冷媒は蒸発し、冷却用熱交換器３３の冷却部９を流れる養液から吸熱（熱の汲み上げ）し、殺菌対象としての養液を冷却した後、空気熱交換器６０に流入する。
【００３６】
これにより、冷却用熱交換器３３から出た冷媒を確実にガス化させることができるようになるので、圧縮機１１に液冷媒が吸い込まれる液バックを防止し、圧縮機１１が液圧縮にて損傷を受ける不都合を回避することができるようになる。
【００３７】
また、冷却用熱交換器３３の冷却部９を流れる養液の温度が非常に高い場合、冷媒がこの養液から吸熱することにより過熱されて、温度センサ５５の測定温度が高温となる場合もある。この場合には、空気熱交換器６０において空気と熱交換させることで、冷媒は空気に熱を奪われて当該空気温度である＋２０℃程度まで冷却される。
【００３８】
これにより、冷却用熱交換器３３から出た冷媒の温度を当該空気熱交換器６０にて空気温度（＋２０℃程度）まで冷却することができるようになり、圧縮機１１に吸い込まれる冷媒の温度が高すぎて、圧縮機１１が過熱されたり、当該圧縮機１１の電動要素が過熱されて、モータ薪線などの劣化や損傷等が起きるという不都合を未然に回避することができるようなる。
【００３９】
尚、空気熱交換器６０を出た冷媒は再び圧縮機１１内に吸い込まれ、圧縮されるサイクルを繰り返す。
【００４０】
一方、養液タンク２Ａの養液は、前述の如く温度センサ５０にて検出される養液の温度（温度Ｂ）が＋９０℃となるように、例えば２Ｌ／ｍｉｎの割合で、養液の循環サイクルである流路部１Ａ内を養液が流れるようにポンプ３が運転されている。即ち、養液の温度（温度Ｂ）が＋９０℃より高い場合には流路部１Ｂ内を流れる養液の流速が２Ｌ／ｍｉｎより速くなるようにポンプ３の回転数を上昇させる。また、養液の温度（温度Ｂ）が＋９０℃より低い場合には流路部１Ａ内を流れる養液の流速が２Ｌ／ｍｉｎより遅くなるようにポンプ３の回転数を低下させる。このように、温度センサ５０の出力に基づき、ポンプ３の運転を制御することで、養液の温度（温度Ｂ）を予め設定した所定の温度（本実施例では、＋９０℃）に維持することができるようになり、養液の加熱殺菌を確実に行うことができるようになる。
【００４１】
そして、貯留槽２の養液タンク２Ａの殺菌前の養液はポンプ３により熱回収用熱交換器３２の吸熱側３２Ａに流入し、ここでこの殺菌前の養液は、加熱用熱交換器３１で加熱殺菌された後の熱回収用熱交換器３２の放熱側３２Ｂを流れる養液から熱を奪い、加熱される。そして、熱回収用熱交換器３２の吸熱部３２Ａから流出した養液は、加熱用熱交換器３１に搬送される。この加熱用熱交換器３１では、上述した如くヒートポンプ１Ｂの冷媒と熱交換することにより、養液は＋９０℃まで昇温される。
【００４２】
尚、加熱用熱交換器３１に流入する養液の温度を検出する温度センサ５２により圧縮機１１の運転が制御されている。即ち、温度センサ５２にて検出される養液温度が低いときには圧縮機１１の回転数を上昇させる。これにより、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度が上昇するため、加熱用熱交換器３１において冷媒と熱交換する養液の温度を前述の所定温度（＋９０℃）まで上昇させることができるようになる。
【００４３】
また、温度センサ５２にて検出される養液温度が高いときには圧縮機１１の回転数を低下させて、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度を抑える。これにより、加熱用熱交換器３１を通過する養液が＋９０℃より高温に過熱される不都合を回避することができる。
【００４４】
更に、加熱用熱交換器３１において冷媒から養液に与えられる熱は超臨界圧力にまで圧縮され、凝縮することのない高温冷媒によるものであるため、加熱用熱交換器３１の入口から出口まで略均一の割合で養液を昇温させることができる。そのため、冷媒と養液との温度差が加熱用熱交換器３１の入口から出口に渡って略均一化され、熱交換時のエネルギーロスが少なくなり、効率的な加熱殺菌を実現することができるようになる。
【００４５】
そして、前記加熱用熱交換器３１で加熱された養液は、熱回収用熱交換器３２の放熱側３２Ｂを通り、ここで殺菌前の養液と熱交換することにより熱を奪われて、冷却される。
【００４６】
尚、上述の如く、養液は加熱用熱交換器３１で高温（＋９０℃）に加熱され殺菌されるわけであるが、この加熱された養液が短時間のうちに熱回収用熱交換器３２の放熱側３２Ｂに達した場合には、養液の高温での保持時間が足りず、殺菌が十分に行われない恐れがある。そこで、本実施例の流路部１Ａには、加熱用熱交換器３１の加熱部５と熱交換用熱交換器３２の放熱側３２Ｂとの間に養液の貯留部としてのバッファタンク６が配設される。このバッファタンク６は、加熱用熱交換器３１で加熱され高温（＋９０℃）となった養液が所定温度（例えば＋８５℃）以上を一定時間維持できるように備えられるものであり、本実施例では、流路部１Ａを流れる養液の流速が２Ｌ／ｍｉｎの場合に、バッファタンク６の容量を６Ｌとすることで、養液を所定温度（＋８５℃）以上で３分間保持することができ、養液の高温での殺菌時間を十分確保できるようになっている。
【００４７】
これにより、養液の殺菌が十分行われる前に、熱交換用熱交換器３２の放熱側３２Ｂに到達して当該養液の温度が低下してしまい、殺菌処理が不完全になるなどの不都合を回避することができる。尚、養液の高温保持時間（殺菌時間）は殺菌対象により異なるが、その殺菌時間の調整は、バッファタンク６の容量を殺菌対象の種類に合わせた必要な殺菌時間に最適容量に選定するか、ポンプ３の送り量を変更することなどで実現できる。
【００４８】
熱回収用熱交換器３２の放熱側３２Ｂにて放熱した養液は、その後、冷却用熱交換器３３に流入し、上述した如くヒートポンプ１Ｂの冷媒と熱交換することにより、更に冷却され、所定の温度、例えば＋２０℃にまで冷却される。
【００４９】
ここで、冷却用熱交換器３３における養液の冷却温度は、この冷却用熱交換器３３から流出した養液の温度を検出する温度センサ５１に基づき空気放熱器４６の送風機４６Ｆの運転を制御することにより、精度良く制御される。即ち、温度センサ５１にて検出される養液の温度（温度Ａ）が例えば＋２０℃となるように送風機４６Ｆの運転が制御されている。そして、養液の温度（温度Ａ）が＋２０℃より高い場合には送風機４６Ｆの回転数を上昇させて、空気放熱器４６において冷媒をより放熱させると共に、＋２０℃より低い場合には送風機４６Ｆの回転数を下げて空気放熱器４６における冷媒の放熱が少なくなるように制御されている。
【００５０】
これにより、養液の温度（温度Ａ）を＋２０℃に維持することができるようになる。特に、本実施例の水耕栽培システムにおいては、高温の養液（殺菌対象）をそのまま利用側である作物の植えられた栽培床に返送することができないため、本発明のヒートポンプ式殺菌装置を適用した場合に特に有効となる。
【００５１】
また、膨張弁１３の開度は冷媒温度センサ５３にて検出される冷媒温度が＋１２０℃となるように制御されている。
【００５２】
尚、上述した如くバイパス回路７０は冷却用熱交換器３３をバイパスして冷媒を空気熱交換器６０に流すバイパス回路であり、電磁弁７２にて制御されている。即ち、この電磁弁７２は膨張弁１３にて減圧された冷媒を冷却用熱交換器３３に流すか、又はバイパス回路７０に流すかを制御している。そして、温度センサ５１にて検出される養液（吸熱対象）の温度が所定の凍結危惧温度、例えば＋５℃以下となった場合に、電磁弁７２が開放されバイパス回路７０に冷媒が流れる。一方、温度センサ５１にて検出される養液の温度が＋５℃より高い場合には電磁弁７２によりバイパス回路７０が閉塞されるため、膨張弁１３にて減圧された冷媒は冷却用熱交換器３３に流れる。
【００５３】
このように、温度センサ５１にて検出される養液の温度が＋５℃以下の場合には膨張弁１３にて減圧された冷媒を冷却用熱交換器３３に流さずに、バイパス回路７０を通過させることで、冷却用熱交換器３３において養液は冷却されないようになる。即ち、冷却用熱交換器３３にて養液が過度に冷却され、養液の温度が凍結危惧温度である＋５℃以下に低下する不都合を回避することができる。これにより、養液が凍結する不都合を未然に回避することができる。
【００５４】
尚、バイパス回路７０を通過した冷媒は、上述した如く空気熱交換器６０に流入し、そこで送風機６０Ｆにて送風される空気から吸熱することにより冷却作用を発揮して蒸発した後、再び圧縮機１１に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００５５】
このように、膨張弁１３にて減圧された冷媒をバイパス回路７０から空気熱交換器６０に流すことで、冷却用熱交換器３３を通過させること無く、冷媒を蒸発させて、所定の温度（＋２０℃）で且つ気体の状態とすることができるので、この場合であっても、圧縮機１１に吸い込まれる冷媒の状態を最適なものとすることができる。
【００５６】
また、本実施例においてバイパス回路７０は冷却用熱交換器３３のみをバイパスするものとしたが、これに限らず、図１中破線で示す如く膨張弁１３も同時にバイパスさせるものとした場合であっても構わない。
【００５７】
そして、養液タンク２Ａ及び養液タンク２Ｂ内の養液の殺菌処理（通常殺菌運転）が終了すると、作業者は、ポンプ３の運転を停止すると共に、ヒートポンプ１Ｂの運転を停止する。このとき、流路４、熱回収用熱交換器３２、加熱用熱交換器３１、冷却用熱交換器３３などの流路部１Ａ内の養液は、ポンプ３の運転停止により、内部に残留する。そして次回、ポンプ３が運転され、殺菌処理が再開されるまでは、通常は常温に維持されることとなる。そのため、これら流路部１Ｂ内に残留した養液は、運転終了時に僅かな菌が残留しているだけでも、次回の殺菌処理開始時までの休止時間中に、大量の菌が増殖してしまう。そして、大量の菌が混入した養液は、次回の殺菌運転時に養液タンク２Ｂ内に流入することとなるため、当該養液の殺菌処理の有効性が失われる恐れがある。
【００５８】
前殺菌（第１の経路殺菌モード）
そこで、次に第１の経路殺菌モードとしての前殺菌について説明する。この前殺菌は、常温で長時間放置された流路部１Ａ内を殺菌するための経路殺菌モードであり、上述した通常殺菌運転の運転開始直前に、流路部１Ａ内の加熱殺菌を実行する方法である。ヒートポンプ１０は上記通常殺菌運転の場合と同様に、運転を開始して、冷媒を適切な超臨界圧力まで圧縮した後、加熱用熱交換器３１に吐出させる。この加熱用熱交換器３１において冷媒は養液と熱交換することにより熱を奪われて冷却される。
【００５９】
加熱用熱交換器３１にて冷却された高圧側の冷媒は空気放熱器４６に流入した後、膨張弁１３、冷却用熱交換器３３若しくはバイパス回路７０に流入する。ここでこの前殺菌では、電磁弁７２を開放するか又は前記膨張弁１３を全開とするものとする。これにより、冷却用熱交換器３３において吸熱作用が発生せず、冷媒と養液との熱交換はほとんど行われないため養液は冷却されない状態となる。
【００６０】
そして、冷却用熱交換器３３を出た冷媒は空気熱交換器６０に入り、ここで、周囲の空気と熱交換することにより放熱して、圧縮機に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００６１】
一方、流路４や熱回収用熱交換器３２、加熱用熱交換器３１、冷却用熱交換器３３により構成される流路部１Ａ内の養液は、当該前殺菌では、三方弁４２が流路４４側に切り換えられていることから、例えば２Ｌ／ｍｉｎの割合でポンプ３より熱回収用熱交換器３２の吸熱側３２Ａに流入し、ここで養液は加熱用熱交換器３１にて加熱された後の養液から熱を奪い、加熱作用を受ける。そして、熱回収用熱交換器３２の吸熱側３２Ａから流出した養液は、加熱用熱交換器３１に搬送される。この加熱用熱交換器３１では、上述した如くヒートポンプ１Ｂの高温の冷媒と熱交換することにより、養液は所定の温度にまで昇温される。
【００６２】
係る前殺菌においても、加熱用熱交換器３１において冷媒から養液に与えられる熱は、超臨界圧力にまで圧縮された高温冷媒による熱であるため、加熱用熱交換器３１の入口から出口まで略均一の割合で養液を昇温させることができる。これにより、冷媒と養液との温度差が加熱用熱交換器３１の入口から出口に渡って略均一化され、熱交換時のエネルギーロスが少なくなると共に、バッファタンク６による高温状態の保持により、効率的な加熱殺菌を実現することができるようになる。
【００６３】
そして、このように加熱された養液は、熱回収用熱交換器３２の放熱側３２Ｂを通り、ここで前記加熱殺菌処理前の養液と熱交換することにより熱を奪われて若干冷却される。その後、養液は上述した如く熱交換が行われない冷却用熱交換器３３に流入し、再び三方弁４２を介してポンプ３により熱回収用熱交換器３２に送出される。これにより、流路部１Ａ内の養液は上述の如く循環しながら昇温され、本実施例では、温度センサ５１により検出される温度が＋６０℃となるまで当該流路部１Ａ内の養液の循環加熱が行われる。尚、このとき、流路部１Ａ内は内部の養液が昇温されることから圧力が上昇するが、ポンプ３と、三方弁４２に接続された流路４４との間において、養液タンク２Ａの流路４が開放して接続されていることから、過度の圧力上昇を防止することができる。
【００６４】
このように、前殺菌において、冷却用熱交換器３３において養液の冷却を停止させた状態として、更にこの冷却用熱交換器３３を出た養液を養液タンク２Ａ、２Ｂに戻すことなく直接、熱回収用熱交換器３２及び加熱用熱交換器３１等に循環するため、流路部１Ａ内に残留した養液を効果的に加熱殺菌することができるようになる。
【００６５】
そのため上述した通常殺菌運転の運転停止後に、流路部１Ａ内の残留養液が放置され、菌の増殖が生じた場合であっても、前殺菌で流路部１Ａ内の残留養液の加熱殺菌を実行した後に、流路部１Ａ内の残留液を養液タンク２Ｂに送ることにより、該養液タンク２Ｂや２Ａへの菌の混入を回避することができるようになる。
【００６６】
その後、上述した如く温度センサ５１により検出される温度が＋６０℃となった時点で、電磁弁７２を閉じることで、冷却用熱交換器３３での養液の冷却が再開される。係る養液の冷却では、冷却用熱交換器３３を経た養液を養液タンク２Ａ、２Ｂに戻すことなく直接熱回収用熱交換器３２、加熱用熱交換器３１に循環しながら、冷却用熱交換器３３において冷却を行うため、本前殺菌で加熱された流路部１Ａ内の養液を、通常殺菌運転における温度に近づけることができる。
【００６７】
尚、後に詳述するが、本前殺菌を実施する場合には、外気温センサ５４により測定した外気温を制御部８０により判定し、外気温が所定温度以上で前殺菌が必要と判断された時に、電磁弁７２又は膨張弁１３、及び三方弁４２を上述の如く制御し、前殺菌を実施する。
【００６８】
後殺菌（第２の経路殺菌モード）
次に、第２の経路殺菌モードとしての後殺菌について説明する。この後殺菌は、常温で長時間放置された流路部１Ａ内を殺菌するための上記前殺菌とは異なり、通常殺菌運転直後、養液が常温で長時間放置される前に流路部１Ｂ内の殺菌を実施する方法である。即ち、後殺菌は上述した通常殺菌運転の終了後直ぐに流路部１Ａ内の殺菌を行う殺菌方法であり、特に通常殺菌運転の終了後、次の通常殺菌運転までの間の外気温が低く、流路部１Ａ内の菌の増殖が少ない冬季に好適に用いられる経路の殺菌モードである。
【００６９】
後殺菌では、上述の如き通常殺菌運転が終了した後、ポンプ３及びヒートポンプ１Ｂの運転を停止する前に、まず、上記前殺菌と同様に三方弁４２を流路４４側に切り換えると共に、ヒートポンプ１Ｂの電磁弁７２を開放するか又は前記膨張弁１３を全開とする。これにより、上記前処理と略同様な殺菌処理が養液に対して行われる。
【００７０】
尚、当該後殺菌は、上述した如く通常殺菌運転終了直後に実施されるため、後殺菌開始時には、流路部１Ａ内の養液、特に加熱用熱交換器３１と熱回収用熱交換器３２の放熱側３２Ｂとの間の養液は高温となっている。このため、通常殺菌運転において養液に加えられた熱（余熱）を有効に利用して経路殺菌を行うことができるため、前殺菌に比べて消費電力を抑制でき、より効率的な殺菌が可能となると共に、経路殺菌の時間を大幅に短縮することができるようになる。
【００７１】
以上の３種の殺菌運転、即ち通常殺菌運転と前殺菌と後殺菌とを備えた本実施形態のヒートポンプ式殺菌装置１の運転フローについて、以下で詳述する。
【００７２】
図２は、本実施例のヒートポンプ式殺菌装置１の運転フローを示したものであり、このヒートポンプ式殺菌装置１の運転は、前殺菌１０１と、通常殺菌運転１０２と、後殺菌１０３と、外気温測定１１０による運転判断と、により構成される。尚、本実施例では、まず前殺菌１０１を行う場合から説明するが、本発明のヒートポンプ式殺菌装置１は、必ずしも前殺菌１０１から動作を開始する必要は無い。
【００７３】
まず、前殺菌１０１により流路部１Ａ内が殺菌処理された後、養液を加熱殺菌し、冷却してから利用媒体に供給する運転、即ち通常殺菌運転１０２が実施される。そして、通常殺菌運転が終了すると、例えば夜間など、次の通常殺菌運転１０２が開始されるまでの間はヒートポンプ式殺菌装置１は停止状態で放置される。
【００７４】
その後、外気温センサ５４により、外気温測定１１０が行われる。そして、外気温が１５℃以上の場合（例えば夏季など）には、上述した如く夜間にヒートポンプ式殺菌装置１が停止中、流路部１Ａ内で菌が増殖した可能性が高い。そこでこのような場合には、再び前殺菌１０１を行い、流路部１Ａ内の養液を殺菌処理した後、通常殺菌運転１０２を実行する。そして、通常殺菌運転１０２の終了後は、再び外気温測定１１０を行う（手順Ａ）という順番でヒートポンプ式殺菌装置１による養液の殺菌処理が行われる。
【００７５】
他方、前記外気温測定１１０において外気温が１５℃未満である場合（例えば冬季など）には、夜間などのヒートポンプ式殺菌装置１の停止中でも菌が増殖していない可能性が高いと判断し、前殺菌１０２は実施せずに通常殺菌運転１０２を行う。そして、このように外気温が低く、夜間などのヒートポンプ式殺菌装置１の停止中にも菌の増殖が少ないと判断される場合においても、通常殺菌運転１０２中に、冷却用熱交換器３３などの比較的養液温度が低い流路で菌が増殖している可能性があることから、通常殺菌運転１０２の終了後には必ず後殺菌１０３を行い、その後再び外気温測定１１０を行う（手順Ｂ）という順番でヒートポンプ式殺菌装置１による養液の殺菌処理が行われる。
【００７６】
尚、手順Ａ及び手順Ｂにおける外気温測定１１０の結果によって、手順Ａから手順Ｂへ、又は手順Ｂから手順Ａへと動作を繰り返す場合と、常に手順Ａのみ若しくは手順Ｂのみ実施しつづける場合と、が起こることとなる。
【実施例２】
【００７７】
次に、図３を参照して、本発明のヒートポンプ式殺菌装置の第２の実施例を説明する。図３は、この場合のヒートポンプ式殺菌装置の運転フローを示したものであり、本実施例において、上記実施例１と同一の符号が付されているものは同一若しくは同様の機能、効果を有するものであるとする。
【００７８】
図３において、停止状態判定１２０は、上記実施例１における、夜間などにヒートポンプ式殺菌装置１が停止している時の各種状態を勘案して次の運転動作を判定する判定手段である
次にこの場合のヒートポンプ式殺菌装置１の動作について説明する。
【００７９】
まず、上記実施例１と同様に、前殺菌１０１により流路部１Ａ内が殺菌処理された後、養液を加熱殺菌し、冷却してから利用媒体に供給する運転、即ち通常殺菌運転１０２が実施される。そして、通常殺菌運転が終了すると、例えば夜間など、次の通常殺菌運転１０２が開始されるまでの間はヒートポンプ式殺菌装置１は停止状態で放置される。
【００８０】
その後、停止状態判定１２０が行われる。上記実施例１においては、ヒートポンプ式殺菌装置１の停止後、次回の通常殺菌運転１０２又は前殺菌１０１の前の外気温測定により、次の運転動作を決定したが、本実施例では、例えば停止中の積算外気温や平均外気温などを測定及び算出し、この結果が、所定値以上の時は、夜間などのヒートポンプ式殺菌装置１が停止中に流路部１Ａ内で菌が増殖した可能性が高いと判断する。そこでこのような場合には、再び前殺菌１０１を行い、流路部１Ａ内の養液を殺菌処理した後、通常殺菌運転１０２を実施する。そして、通常殺菌運転１０２の終了後は、再び外気温測定１１０を行う（手順Ａ）という順番でヒートポンプ式殺菌装置１による養液の殺菌処理が行われる。
【００８１】
他方、停止中の積算外気温や平均外気温の測定及び算出の結果が所定値未満である時は、夜間などのヒートポンプ式殺菌装置１の停止中でも菌が増殖していない可能性が高いと判断し、前殺菌１０２は実施せずに通常殺菌運転１０２を行う。そして、このような場合、即ち夜間などのヒートポンプ式殺菌装置１の停止中にも菌の増殖が少ないと判断される場合においても、通常殺菌運転１０２中に、冷却用熱交換器３３などの比較的養液温度が低い流路で菌が増殖する可能性があることから、通常殺菌運転１０２の終了後には、必ず後殺菌１０３を行い、その後再び外気温測定１１０を行う（手順Ｂ）という順番でヒートポンプ式殺菌装置１による養液の殺菌処理が行われる。
【００８２】
尚、本実施例においても上記実施例１と同様に、手順Ａ及び手順Ｂにおける外気温測定１１０の結果によって、手順Ａから手順Ｂへ、又は手順Ｂから手順Ａへと動作を繰り返す場合と、常に手順Ａのみ若しくは手順Ｂのみ実施しつづける場合と、が起こることとなる。
【００８３】
これにより、本実施例では、通常殺菌運転１０２の後の、次の動作判断を夜間などにヒートポンプ式殺菌装置１が停止している時の積算温度又は平均温度により判断するため、より正確な殺菌処理が可能となる。
【実施例３】
【００８４】
次に、図４を参照して、本発明のヒートポンプ式殺菌装置の第３の実施例を説明する。図４は、この場合のヒートポンプ式殺菌装置１の概略構成図を示したものであり、本実施例において、上記実施例１及び２と同一の符号が付されているものは同一若しくは同様の機能、効果を有するものであるとする。
【００８５】
図４において、３４はヒータであり流路部１Ａ内の養液を加熱可能に配設される。このヒータ３４は流路部１Ａ内の養液を加熱可能な場所ならどこにでも配設可能であるが、好適には冷却部９付近に設けられる。
【００８６】
ヒータ３４は、上記各実施例における第１及び第２の経路殺菌モードとしての前殺菌及び後殺菌における養液の加熱殺菌手段としてのヒートポンプ１Ｂの代わりに、流路部１Ａ内の養液の加熱手段として用いられるが、好ましくは後殺菌において使用される。これにより、後殺菌において、通常殺菌運転が終了した後、ポンプ３は駆動したままとし、ヒートポンプ１Ｂの運転を停止しても当該ヒータ３４により、通常殺菌運転において養液に加えられた熱（余熱）を利用して、特に通常殺菌運転後温度の低い、冷却用熱交換器３３の近辺を有効に加熱して殺菌を行うことができる。
【００８７】
尚、ヒータ３４は、前殺菌及び後殺菌においてヒートポンプ１Ｂと同時に使用してもよいものとする。この場合には、当該ヒータ３４により、特に冷却用熱交換器３３付近が効果的に加熱されるため、前殺菌及び後殺菌の運転時間を短縮することができるようになる。
【００８８】
以上詳述した如く、本発明の上記各実施例によれば、養液を加熱殺菌した後、すぐにヒートポンプの吸熱部を利用してこの養液を冷却することができるようになるので、殺菌後、養液が高温で返送することができない、上記各実施例の如き再循環式の水耕栽培システムにおいて非常に有効である。
【００８９】
また、本発明のヒートポンプ式熱処理装置は、上記各実施例の如き水耕栽培システム用の養液の殺菌のみに用いられるわけではなく、例えばジュースや牛乳等の飲料についても適用可能である。特に、ジュースや牛乳等の飲料では、風味を損なうことのない殺菌が必要となるため、本発明のヒートポンプ式熱処理装置を用いた殺菌装置を適用することにより加熱直後に冷却が可能となるため、飲料の風味が損なわれることなく加熱殺菌処理を行うことができるようになる。
【００９０】
また、上記各実施例では、加熱殺菌温度を９０℃としたが、これに限らず、上記の如きジュースや牛乳等の飲料において、より低温での殺菌が必要な場合には、ヒートポンプ１Ｂにおいて、膨張弁１３の調整や冷媒の封入圧力等の変更により、容易に必要な加熱殺菌温度を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の処理装置の一実施形態を示した構成概略図である。
【図２】本発明の処理装置の第１の実施形態の動作フローを示す、フローチャートである。
【図３】本発明の処理装置の第２の実施形態の動作フローを示す、フローチャートである。
【図４】本発明の処理装置の第３の実施形態を示した構成概略図である。
【符号の説明】
【００９２】
１ ヒートポンプ式殺菌装置
１Ａ 流路部
１Ｂ ヒートポンプ
２ 貯留槽
２Ａ、２Ｂ 養液タンク
３ ポンプ
４ 流路
５ 加熱部
６ バッファタンク
９ 冷却部
１１ 圧縮機
１２ 放熱部
１３ 膨張弁
１４ 吸熱部
１５ 冷媒配管
３１ 加熱用熱交換器
３２ 熱回収用熱交換器
３３ 冷却用熱交換器
３４ ヒータ
４２ 三方弁
４３、４４ 流路
４６ 空気放熱器
５０、５１、５２、５３、５５ 温度センサ
５４ 外気温センサ
６０ 空気熱交換器
８０ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱対象である流体が循環する流路と、この流路の流体を加熱する加熱手段と、この加熱手段により加熱された前記流体を利用する利用手段と、を備え、
前記加熱手段により前記流体を加熱した後、この加熱された流体を前記利手段に供給する処理を所定の休止期間をはさんで実行する第１の加熱モードと、
前記休止期間において、前記流体の前記利用手段への供給を停止した状態で前記流体を加熱する第２の加熱モードとを実行することを特徴とする熱処理装置において、
前記第２の加熱モードは、前記休止期間の前半に実施することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記加熱手段により加熱された前記流体を前記利用手段に供給する前に冷却する冷却手段を備え、
前記冷却手段による前記流体の冷却を停止した状態で前記第２の加熱モードを実行することを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
圧縮機と、放熱部と、吸熱部と、膨張手段と、を含む冷凍回路と、
前記放熱部に接続され前記冷凍回路からの放熱を利用して加熱対象を加熱する加熱手段と、前記吸熱部に接続され前記冷凍回路の吸熱を利用して前記加熱手段により加熱された加熱対象を冷却する冷却手段と、を含む加熱対象流路と、を備え、
前記加熱対象を前記加熱手段にて加熱処理した後、この加熱対象を前記冷却手段に搬送して冷却する処理を所定の休止期間をはさんで実行する通常加熱運転と、
前記休止期間において、前記吸熱部による吸熱を減少又は停止させた状態で前記加熱対象を加熱する流路加熱運転と、を実行することを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
前記流路加熱運転は、前記休止期間の前半に実施することを特徴とする請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記加熱手段と前記冷却手段との間の前記加熱対象の温度を測定する温度センサと、外気温を測定する外気温センサと、を備え、
前記流路加熱運転は、前記休止期間において前記温度センサにより測定される前記加熱対象の温度が前記外気温センサにより測定される外気温まで低下する前に実行されることを特徴とする請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項６】
圧縮機と、放熱部と、吸熱部と、膨張手段と、を含む冷凍回路と、
前記放熱部に接続され前記冷凍回路からの放熱を利用して加熱対象を加熱する加熱手段と、前記吸熱部に接続され前記冷凍回路の吸熱を利用して前記加熱手段により加熱された加熱対象を冷却する冷却手段と、を含む加熱対象流路と、
外気温センサと、を備え、
前記加熱対象を前記加熱手段にて加熱処理した後、この加熱対象を前記冷却手段に搬送して冷却する処理を所定の休止期間をはさんで実行する通常加熱運転を行う熱処理装置において、
前記休止期間に前記外気温センサにより外気温を測定し、
前記外気温が所定値以上の場合には前記吸熱部による吸熱を減少又は停止させた状態で前記加熱対象を加熱する流路加熱運転を実行した後、前記通常加熱運転を実行する第１の運転モードを実行し、
前記外気温が所定値未満の場合には、前記流路加熱運転を行うことなく前記通常加熱運転を実行する第２の運転モードを実行することを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
前記外気温センサによる外気温の測定は、前記休止期間の後半に行うことを特徴とする請求項６に記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記加熱手段と前記冷却手段との間に、前記加熱対象を貯留可能とする貯留部を備えたことを特徴とする請求項２乃至請求項７に記載の熱処理装置。
【請求項９】
圧縮機と、放熱部と、吸熱部と、膨張手段と、を含む冷凍回路と、
前記放熱部に接続され前記冷凍回路からの放熱を利用して加熱対象を加熱する加熱手段と、前記吸熱部に接続され前記冷凍回路の吸熱を利用して前記加熱手段により加熱された加熱対象を冷却する冷却手段と、を含む加熱対象流路と、
前記加熱手段と前記冷却手段との間に配設された前記加熱対象を貯留可能とする貯留部と、を備え、
前記加熱対象は、前記加熱手段で加熱後、前記貯留部にて貯留された後、前記冷却手段に搬送されて冷却されることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１０】
前記加熱対象には菌を含み、前記加熱手段により前記菌を殺菌することを特徴とする請求項１乃至請求項９に記載の熱処理装置を用いた殺菌装置。
【請求項１】
加熱対象である流体が循環する流路と、この流路の流体を加熱する加熱手段と、この加熱手段により加熱された前記流体を利用する利用手段と、を備え、
前記加熱手段により前記流体を加熱した後、この加熱された流体を前記利手段に供給する処理を所定の休止期間をはさんで実行する第１の加熱モードと、
前記休止期間において、前記流体の前記利用手段への供給を停止した状態で前記流体を加熱する第２の加熱モードとを実行することを特徴とする熱処理装置において、
前記第２の加熱モードは、前記休止期間の前半に実施することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記加熱手段により加熱された前記流体を前記利用手段に供給する前に冷却する冷却手段を備え、
前記冷却手段による前記流体の冷却を停止した状態で前記第２の加熱モードを実行することを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
圧縮機と、放熱部と、吸熱部と、膨張手段と、を含む冷凍回路と、
前記放熱部に接続され前記冷凍回路からの放熱を利用して加熱対象を加熱する加熱手段と、前記吸熱部に接続され前記冷凍回路の吸熱を利用して前記加熱手段により加熱された加熱対象を冷却する冷却手段と、を含む加熱対象流路と、を備え、
前記加熱対象を前記加熱手段にて加熱処理した後、この加熱対象を前記冷却手段に搬送して冷却する処理を所定の休止期間をはさんで実行する通常加熱運転と、
前記休止期間において、前記吸熱部による吸熱を減少又は停止させた状態で前記加熱対象を加熱する流路加熱運転と、を実行することを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
前記流路加熱運転は、前記休止期間の前半に実施することを特徴とする請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記加熱手段と前記冷却手段との間の前記加熱対象の温度を測定する温度センサと、外気温を測定する外気温センサと、を備え、
前記流路加熱運転は、前記休止期間において前記温度センサにより測定される前記加熱対象の温度が前記外気温センサにより測定される外気温まで低下する前に実行されることを特徴とする請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項６】
圧縮機と、放熱部と、吸熱部と、膨張手段と、を含む冷凍回路と、
前記放熱部に接続され前記冷凍回路からの放熱を利用して加熱対象を加熱する加熱手段と、前記吸熱部に接続され前記冷凍回路の吸熱を利用して前記加熱手段により加熱された加熱対象を冷却する冷却手段と、を含む加熱対象流路と、
外気温センサと、を備え、
前記加熱対象を前記加熱手段にて加熱処理した後、この加熱対象を前記冷却手段に搬送して冷却する処理を所定の休止期間をはさんで実行する通常加熱運転を行う熱処理装置において、
前記休止期間に前記外気温センサにより外気温を測定し、
前記外気温が所定値以上の場合には前記吸熱部による吸熱を減少又は停止させた状態で前記加熱対象を加熱する流路加熱運転を実行した後、前記通常加熱運転を実行する第１の運転モードを実行し、
前記外気温が所定値未満の場合には、前記流路加熱運転を行うことなく前記通常加熱運転を実行する第２の運転モードを実行することを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
前記外気温センサによる外気温の測定は、前記休止期間の後半に行うことを特徴とする請求項６に記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記加熱手段と前記冷却手段との間に、前記加熱対象を貯留可能とする貯留部を備えたことを特徴とする請求項２乃至請求項７に記載の熱処理装置。
【請求項９】
圧縮機と、放熱部と、吸熱部と、膨張手段と、を含む冷凍回路と、
前記放熱部に接続され前記冷凍回路からの放熱を利用して加熱対象を加熱する加熱手段と、前記吸熱部に接続され前記冷凍回路の吸熱を利用して前記加熱手段により加熱された加熱対象を冷却する冷却手段と、を含む加熱対象流路と、
前記加熱手段と前記冷却手段との間に配設された前記加熱対象を貯留可能とする貯留部と、を備え、
前記加熱対象は、前記加熱手段で加熱後、前記貯留部にて貯留された後、前記冷却手段に搬送されて冷却されることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１０】
前記加熱対象には菌を含み、前記加熱手段により前記菌を殺菌することを特徴とする請求項１乃至請求項９に記載の熱処理装置を用いた殺菌装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−３２７（Ｐ２００６−３２７Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１７８９３４（Ｐ２００４−１７８９３４）
【出願日】平成１６年６月１６日（２００４．６．１６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１６日（２００４．６．１６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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