Method of cleaning a rotary pump and a rotary pump

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動性を有する食品（例えば飲料、液状調味料、加工用食品原料等）を送り出すロータリーポンプ及びロータリーポンプの洗浄方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流動性を有する食品（例えば生クリーム、熱溶融させたチョコレート、醤油等液状調味料、加工用食品原料等。以下「液状食品」と総称する）を送り出すロータリーポンプとしては、図５、図６に示すように、ローター室１内に配置された一対のローター２ａ、２ｂの回転によって、吸入口３から吐出口４へ送り出すようになっているものが多用されている。
ローター２ａ、２ｂは、このロータリーポンプ５のケーシング６内に２本平行に配設された回転シャフト７、８に取り付けられており、各回転シャフト７、８の回転によって回転駆動される。 各ローター２ａ、２ｂは、その回転中心から放射状に複数（ここでは回転中心の対向する両側に一対）突出されている送り羽根２ｃを有しており、ローター室１の中央部にて一方のローターの送り羽根２ｃ間の隙間に他方のローターの送り羽根２ｃが入り込んで、送り羽根２ｃ同士が噛み合うようにして配置されている。
ローター２ａ、２ｂは互いに逆向きとなるように回転駆動され、この回転駆動によって各ローター２ａ、２ｂの送り羽根２ｃがローター室１内面に摺接しつつ移動することで、ローター室１の一側部の吸入口３から液状食品Ｅが吸入されるとともに、前記吐出口４近傍で各ローター２ａ、２ｂの送り羽根２ｃ同士が接近し、最終的にローター室１の中央部で噛み合うことで、送り羽根２ｃによって吐出口４近傍に送られてきた液状食品Ｅが吐出口４から押し出される。
【０００３】
図７に示すように、回転シャフト７のローター室１内への突出基端部は、ロータリーポンプ５の内部壁部９に形成されたシャフト穴９ａに収納されている。 前記シャフト穴９ａの最奥部（ローター室１から最も奥側。図５中央部）では、前記回転シャフト７の周囲に固定してフランジ状に設けられたシャフト側シール部１０に対する前記ローター室１側からの可動シール部材１１の押し付け（第１シール機構）と、前記内部壁部９側に固定されたリング状の固定シール部材１２の前記シャフト側シール部１０外面に対する摺接（第２シール機構）とによって、前記ローター室１側からシャフト穴９ａ内に侵入した液状食品Ｅの漏出を二重にシールしている。
前記可動シール部材１１は、前記シャフト側シール部１０のローター室１側に臨む面（以下「シール面１０ａ」）に隙間無く当接されるリング状に形成されており、前記内部壁部９との間に設けられたスプリング１３によって付勢されて前記シール面１０ａに圧接されている。 一方、固定シール部材１２は、シャフト側シール部１０の外周面に形成されたシール面１０ｂとの間がオイルシールによって水密にシールされている。
なお、前述の第１、第２シール機構は、回転シャフト８についても同様になっている。
【０００４】
可動シール部材１１と固定シール部材１２との間には、シャフト側シール部１０のシール面１０ａの外側に周設された除去用液流路１４が確保されており、万一、シャフト側シール部１０と可動シール部材１１との間からの液状食品Ｅの漏出があっても、この漏出した液状食品Ｅを、除去用液流路１４に通液された無菌水等の洗浄液の流れによって除去することができ、細菌の繁殖等を防ぐことができる。 なお、前記除去用液流路１４への洗浄液の通液は、内部壁部９を貫通して除去用液流路１４に連通された通液用流路１５からの洗浄液の注入、排出によって行う。
【０００５】
このロータリーポンプ５では、前述のように一対のローター２ａ、２ｂを逆向きに回転駆動することで、吸入口３から吐出口４へ液状食品Ｅを送り出すことができる（図８（ａ）参照）。 また、吸入口３から吐出口４への洗浄液の送り出し運転によってローター室１内の洗浄を行うことが一般的である。 洗浄時は、図８（ｂ）に示すように、吸入口３に接続された前配管１６と吐出口４に接続された後配管１７との間を接続するバイパス配管１８に設けられている開閉弁１９ａ、１９ｂを開放して、ロータリーポンプ５が接続されている配管系の液入口から液出口への洗浄液の流速を高めた状態で、ロータリーポンプ５による洗浄液の送り運転を行う。 また、洗浄が終了した後には、前記バイパス配管１８に接続されているドレイン配管２０の開閉弁２１を開放し、バイパス配管１８等に残留した洗浄液を排出する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のようなロータリーポンプ５では、シャフト穴９ａ内の洗浄が難しいといった問題があった。
つまり、液状食品の送り出し運転時は、吸入口３と吐出口４との間に生じる背圧（図８（ａ）の例では１．５ｋｇ／ｃｍ ²の背圧。但し、バイパス配管１８は閉じる）によって、ローター室１からシャフト穴９ａへの液状食品Ｅの侵入が生じる。 しかし、前述のように、バイパス配管１８を利用して洗浄液の流速を高めた状態でローターリーポンプ５を運転する洗浄方法では、吸入口３と吐出口４との間には差圧が殆ど生じないため（図８（ｂ）参照）、前記シャフト穴９ａに洗浄液が入り込みにくく、シャフト穴９ａ内の洗浄性を向上できない。 このため、洗浄工程を長時間行ったり、定期的に分解清掃を行う必要があり、清掃に掛かる時間、手間が膨大であるといった不満があった。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、ローター室と該ローター室に連続して液状食品が侵入可能な領域の洗浄性を向上できるロータリーポンプ及びロータリーポンプの洗浄方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、流動性を有する液状食品を、ローター室内でのローターの回転によって吸入口から吐出口へ送り出すロータリーポンプにおいて、前記ローターの回転シャフトの前記ローター室内への突出基端部の周囲にフランジ状に設けられたシャフト側シール部と、このシャフト側シール部に沿ったリング状に設けられ、前記ローター室内側から前記シャフト側シール部に対して押し付けられることで水密にシール可能な可動シール部材とからなるシール部によって、前記シャフト側シール部にて前記可動シール部材が当接されるシール面の外側周囲に設けられた除去用液流路と前記ローター室との間が仕切られ、前記ローター室内の液体を前記シール部を介して前記除去用液流路へ漏出させる背圧を発生可能な背圧弁が前記吐出口に接続されていることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のロータリーポンプにおいて、前記シール部材が前記回転シャフトとの間に（１．０ｍｍ）以上の隙間を介して前記回転シャフトの周囲に設けられていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、ローターの回転シャフトのローター室内への突出基端部の周囲にフランジ状に設けられたシャフト側シール部と、このシャフト側シール部に沿ったリング状に設けられ、前記ローター室内側から前記シャフト側シール部に対して押し付けられることで水密にシール可能な可動シール部材とによって、前記シャフト側シール部にて前記可動シール部材が当接されるシール面の周囲に設けられた除去用液流路と前記ローター室との間を仕切るシール部を有し、流動性を有する液状食品を、ローター室内でのローターの回転によって吸入口から吐出口へ送り出すようになっているロータリーポンプについて、前記吸入口から吐出口への洗浄液の送り出し運転によって前記ローター室内を洗浄するロータリーポンプの洗浄方法において、前記吸入口と前記吐出口との間に作用させた背圧によって、前記ローター室の内の洗浄液を前記シール部を介して前記除去用液流路へ漏出させることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項３に記載のロータリーポンプの洗浄方法において、前記ロータリーポンプとして請求項１又は２記載のロータリーポンプを採用することを特徴する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の１実施の形態を、図面を参照して説明する。
なお、図１から図４（ａ）、（ｂ）において、図５から図８（ａ）、（ｂ）と同一の構成部分には同一の符号を付す。
図１は本発明に係る実施の形態のロータリーポンプ５０を示す正断面図、図２はロータリーポンプ５０のシャフト穴９ａの最奥部（ローター室１側から見た最奥部。図１中央部）近傍を示す拡大図、図３（ａ）〜（ｄ）はロータリーポンプ５０による液状食品Ｅの送り出し動作を示す側断面図、図４はロータリーポンプ５０が接続された配管系を示す図であって、（ａ）は液状食品Ｅの送出時、（ｂ）は洗浄時を示す。
【００１０】
図１から図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、前記ロータリーポンプ５０は、ローター室１内に配置された一対のローター２ａ、２ｂの回転によって、液状食品Ｅを吸入口３から吐出口４へ送り出すようになっている。 ここで、液状食品Ｅは、例えば生クリーム、熱溶融させたチョコレート、醤油等の液状調味料、液状の各種食品原料、飲料等、流動性を有する食品や食品原料を総称するものである。
【００１１】
ローター２ａ、２ｂは、このロータリーポンプ５のケーシング６内に２本平行に配設された回転シャフト７、８に取り付けられており（一本の回転シャフトに一つのローターを固定）、各回転シャフト７、８の回転によって回転駆動される。 回転シャフト７、８は、それぞれに設けられたヘリカルギア７ａ、８ａ同士を噛み合わせてあり、一方の回転シャフト７がモーター等の駆動力によって回転駆動されることで、両回転シャフト７、８が同期して逆向きに回転駆動されるようになっている。
各ローター２ａ、２ｂは、その回転中心から放射状に複数（ここでは回転中心の対向する両側に一対）突出されている送り羽根２ｃを有している。 各ローター２ａ、２ｂの送り羽根２ｃの回転軌跡は、両回転シャフト７、８に直交する同一平面上に位置されており、しかも、各ローター２ａ、２ｂの回転中心間距離が各ローター２ａ、２ｂの送り羽根２ｃの回転軌跡の直径の合計に比べて短く設定されており、ローター室１の中央部では、一方のローターの隣り合う送り羽根２ｃ間の隙間２ｄに他方のローターの送り羽根２ｃが入り込んで、送り羽根２ｃ同士が噛み合うようになっている。
【００１２】
前記ローター室１は二つのローター室１ａ、１ｂを連続させた構成であり、各ローター室１ａ、１ｂには、二つのローター２ａ、２ｂを振り分けるようにして一つずつ収容している。 吸入口３と吐出口４は、ロータリーポンプ５０を側面から見て（図３（ａ）〜（ｄ）参照）、両ローター室１ａ、１ｂの連通部１ｃを介して左右両側となる位置に対向配置されている。
【００１３】
図４（ａ）に示すように、ロータリーポンプ５０は、吸入口３に接続された前配管１６と、吐出口４に接続された後配管１７との間に介在配置されており、前配管１６とロータリーポンプ５０と後配管１７とを含んで構成された送出配管系５２の入口（ロータリーポンプ５０から見て前配管１６側の端部）から送り込まれた液状食品Ｅを前記送出配管系５２の出口（ロータリーポンプ５０から見て後配管１７側の端部）へ送り出すようになっている。 ローター２ａ、２ｂを回転駆動すると、吸入口３から吐出口４への液状食品Ｅの送り出し動作が、図３（ａ）〜（ｄ）のサイクルで繰り返しなされる。 なお、各ローター２ａ、２ｂは互いに逆向きに回転されるようになっており、図３（ａ）〜（ｄ）では、一方のローター２ａが時計回り、他方のローター２ｂが反時計回りに回転する。
【００１４】
図３（ａ）に示すように、吸入口３近傍では、各ローター２ａ、２ｂの回転によって、各ローター２ａ、２ｂの送り羽根２ｃがそれぞれ吸入口３から離間する方向に移動することで、前記吸入口３からローター室１内に液状食品Ｅが吸入される。 図４（ａ）に示すように、ローター室１には、前記吸入口３に接続されている前配管１６から吸入された液状食品Ｅが吸入される。
【００１５】
次いで、図３（ｂ）に示すように、ローター室１内に吸入された液状食品Ｅは、連通部１ｃから吸入口３近傍に移動してきた送り羽根２ｃによって、押し出されるようにして吐出口４に移動される。 連通部１ｃから吸入口３近傍には、二つのローター２ａ、２ｂの送り羽根２ｃが交互に移動してくる。 吸入口３近傍を通過した送り羽根２ｃは、ローター室１内面に摺接しつつ移動することで、液状食品Ｅを殆ど漏れを生じること無く吐出口４まで送り出すことができる。
【００１６】
図３（ｃ）に示すように、吐出口４近傍では、吸入口３近傍から移動してきた送り羽根２ｃによって液状食品Ｅが押し出されてくる。 液状食品Ｅは、具体的には、同一のローター２ａ（又は２ｂ）の隣り合う一対の送り羽根２ｃ間の隙間２ｄに保持された状態で吸入口３から吐出口４まで移送されるようになっており、吐出口４近傍では、一方のローターの隣り合う送り羽根２ｃ間の隙間２ｄに他方のローターの送り羽根２ｃが次第に噛み込んで行くにしたがって、前記隙間２ｄから液状食品Ｅが次第に押し出される結果、吐出口４から液状食品Ｅが吐出されることとなる。
【００１７】
図３（ｃ）は、一方のローター２ａの送り羽根２ｃ間の隙間２ｄに保持した液状食品Ｅを吐出口４近傍に移動した状態を示すが、図３（ｄ）に示すように、他方のローター２ｂの送り羽根２ｃ間の隙間２ｄに保持して吐出口４近傍に移動された液状食品Ｅも同様にして、前記隙間２ｄに別のローター２ａの送り羽根２ｃが次第に噛み込んでくることで吐出口４から吐出される。
そして、このロータリーポンプ５０では、図３（ａ）〜（ｄ）のサイクルを繰り返し行うことで、液状食品Ｅを連続的に送り出すことができる。
【００１８】
図１、図２に示すように、回転シャフト７のローター室１内への突出基端部は、ロータリーポンプ５の内部壁部９に形成されたシャフト穴９ａに収納されている。 前記シャフト穴９ａの最奥部（ローター室１から最も奥側。図１中央部）では、前記回転シャフト７の周囲に固定してフランジ状に設けられたシャフト側シール部１０に対する前記ローター室１側からの可動シール部材５１の押し付け（第１シール部。請求項１、３記載のシール部に相当）と、前記内部壁部９側に固定されたリング状の固定シール部材１２の前記シャフト側シール部１０外面に対する摺接（第２シール部）とによって、前記ローター室１側からシャフト穴９ａ内に侵入した液状食品Ｅが、ヘリカルギア７ａ、８ａ等を収容するギアボックス５５側に漏出することを二重にシールしている。
【００１９】
前記可動シール部材５１は、前記シャフト側シール部１０のローター室１側に臨む面（以下「シール面１０ａ」）の全面にわたって隙間無く当接されるリング状に形成されており、前記内部壁部９との間に設けられたスプリング１３によって付勢されて前記シール面１０ａに圧接されている。 一方、固定シール部材１２は、シャフト側シール部１０の外周面に形成されたシール面１０ｂとの間がオイルシールによって水密に塞がれている。
なお、前述の第１、第２シール部は、回転シャフト８についても同様になっている。
【００２０】
可動シール部材５１と固定シール部材１２との間には、シャフト側シール部１０のシール面１０ａの外側に周設された除去用液流路１４が確保されており、シャフト側シール部１０と可動シール部材５１との間から漏出した液状食品Ｅを、除去用液流路１４に通液された無菌水等の洗浄液の流れによって除去する。 前記除去用液流路１４への洗浄液の通液は、内部壁部９を貫通して除去用液流路１４に連通された通液用流路１５からの洗浄液の注入、排出によって行う。
【００２１】
（送り出し運転）
送出配管系５２の入口から出口への液状食品Ｅを送り出すには、図４（ａ）に示すように、バイパス配管１８を閉じた状態で、ロータリーポンプ５０を駆動すれば良い。 但し、背圧弁５３によってロータリーポンプ５０の吸入口３側と吐出口４側との間に若干の背圧を作用させることが、吐出量の安定等の点で好ましい。
【００２２】
（洗浄方法）
図４（ｂ）に示すように、このロータリーポンプ５のローター室１内の洗浄は、吸入口３から吐出口４への洗浄液を送り出し運転によって行うが、吐出口４に接続された後配管１７に設けられている背圧弁５３によって吐出口４側に吸入口３側に対する背圧を確保し、この背圧によって、シャフト側シール部１０と可動シール部材５１との間から洗浄液を漏出させる。 これにより、シャフト穴９ａ内に洗浄液を簡単に行き渡らせることができ、効率良く洗浄できる。
なお、洗浄時は、吸入口３に接続された前配管１６と吐出口４に接続された後配管１７との間を接続するバイパス配管１８に設けられている開閉弁１９ａ、１９ｂを開放して、ロータリーポンプ５が接続されている配管系の液入口から液出口への洗浄液の流速を高めた状態で、ロータリーポンプ５による洗浄液の送り運転を行う。 また、洗浄が終了した後は、前記バイパス配管１８に接続されているドレイン配管２０の開閉弁２１を開放してバイパス配管１８に残留した洗浄液を排出する。 背圧弁５３は、後配管１７とバイパス配管１８との接続部からロータリーポンプ５０までの間で後配管１７に設けられている。
【００２３】
背圧弁５３によって確保される背圧は、背圧弁５３の操作によって変えることができ、液状食品Ｅの送出時は、前記背圧を、シャフト側シール部１０と可動シール部材５１との間からの液状食品Ｅの漏出を生じさせない範囲とし、洗浄時は、シャフト側シール部１０と可動シール部材５１との間から洗浄液を漏出させる大きさの背圧とする。 これにより、送出配管系５２の入口から出口への液状食品Ｅの送り出し時にはシャフト側シール部１０と可動シール部材５１との間からの液状食品Ｅの漏出を確実に防止でき、洗浄時にはシャフト穴９ａ全体に洗浄液を良く行き渡らせることができ、洗浄性を向上でき、洗浄時間の短縮、ローターリーポンプ５０の分解清掃の省略を実現できる。
【００２４】
図２に示すように、前記ロータリーポンプ５０では、可動シール部材５１とシャフト７、８との間の隙間寸法Ｓが、図７に示すロータリーポンプ５の可動シール部材１１に比べて広く確保されており、しかも、シャフト７、８の軸方向に沿った長さ寸法Ｌが、図７に示すロータリーポンプ５の可動シール部材１１に比べて短縮されている。 このため、このロータリーポンプ５０では、可動シール部材５１とシャフト７、８との間の隙間への洗浄液の流入が容易であり、洗浄性を向上できる。
なお、可動シール部材５１とシャフト穴９ａ内面との間は、Ｏリング５４によって水密性が確保されている。
【００２５】
（具体例）
可動シール部材５１とシャフト７、８との間の隙間寸法をＳ＝１．５ｍｍ、可動シール部材５１の長さ寸法をＬ＝２０ｍｍとした。
従来例のロータリーポンプ５では、可動シール部材１１とシャフト７、８との間の隙間寸法がＳ１＝０．６９ｍｍ程度、シャフト７の軸方向に沿った方向の長さ寸法がＬ１＝２７ｍｍ程度である。 したがい、この可動シール部材５１とシャフト７、８との間の隙間寸法Ｓは従来例の２倍程度になっている。
○送り出し工程：図４（ａ）に示すように、送出配管系５２の入口から出口への液状食品Ｅの送り出しを、背圧弁５３の調整によって、吸入口３側圧力Ｐ１＝０．５ｋｇ／ｃｍ ²程度、吐出口４側圧力Ｐ２＝２．０ｋｇ／ｃｍ ²程度として、Ｐ２−Ｐ１＝１．５ｋｇ／ｃｍ ²程度の背圧（吸入口３側と吐出口４側との間での差圧）を確保して行う。 バイパス配管１８は閉じておく。
○洗浄工程：図４（ｂ）に示すように、送出配管系５２の入口から洗浄液を流入させ、背圧弁５３の調整によって吐出口４側圧力Ｐ２＝３．０ｋｇ／ｃｍ ²程度を確保してロータリーポンプ５０を駆動して、送出配管系５２の出口に洗浄液を送り出すとともに、バイパス配管１８の開閉弁１９ａ、１９ｂを駆動してバイパス配管１８経由でも、送出配管系５２の入口から出口への洗浄液の送り出しを行い、送出配管系５２全体並びにロータリーポンプ５０内部を洗浄する。 送出配管系５２の前配管１６、バイパス配管１８、後配管１７とで形成される洗浄液の流路では、１．０ｋｇ／ｃｍ ²程度の圧力を確保する。 ロータリーポンプ５０では、吸入口３側圧力Ｐ１＝１．０ｋｇ／ｃｍ ²程度、吐出口４側圧力Ｐ２＝３．０ｋｇ／ｃｍ ²程度が確保され、Ｐ２−Ｐ１＝２．０ｋｇ／ｃｍ ²程度の背圧（吸入口３側と吐出口４側との間での差圧）が確保される。
前述の条件により、液状食品Ｅの送り出しと、送出配管系５２並びにロータリーポンプ５０の洗浄とを繰り返し行った結果、洗浄工程ではシャフト穴９ａ内も含めてローター室１内全体を確実に洗浄できることが確認できた。
また、本発明者等の検討の結果、可動シール部材５１とシャフト７との間の隙間寸法Ｓは、背圧の程度にもよるが概ね１．０ｍｍ以上であれば、洗浄液の流入が非常に容易であることが判明した。
【００２６】
なお、本発明は、前記実施の形態に限定されず、各種変更が可能であることは言うまでも無い。 例えば、可動シール部材の具体的形状等は、適宜設計変更可能である。
液状食品Ｅの送り運転時や洗浄時の吸入口３側圧力並びに吐出口４側圧力は、前記実施の形態や図４（ａ）、（ｂ）に記載した数値に限定されず、適宜変更可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ロータリーポンプの吐出口と吸入口との間に背圧を作用させることで、ローター室内の洗浄液をシール部を介して漏出させることができ、前記シール部を含むローター室内全体の洗浄性、特にシール部付近の洗浄性を向上できる。 請求項１記載のように、ロータリーポンプの吐出口に背圧弁が接続された構成であれば、ロータリーポンプに所望の背圧を簡単かつ確実に作用させることができ、ローター室内の洗浄性の向上も容易に実現できる。 また、請求項２記載のように、シール部の可動シール部材との間に１．０ｍｍ以上の隙間を確保すると、このシール部付近への洗浄液の流入が容易になり、一層の洗浄性の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る実施の形態のロータリーポンプを示す正断面図である。
【図２】 図１のロータリーポンプのシャフト穴の最奥部近傍を示す拡大図である。
【図３】 （ａ）〜（ｄ）は図１のロータリーポンプによる液状食品Ｅの送り出し動作を示す側断面図である。
【図４】 図１のロータリーポンプが接続された配管系を示す図であって、（ａ）は液状食品Ｅの送出時、（ｂ）は洗浄時を示す。
【図５】 従来例のロータリーポンプを示す正断面図である。
【図６】 図５のロータリーポンプを示す側断面図である。
【図７】 図５のロータリーポンプのシャフト穴の最奥部近傍を示す拡大図である。
【図８】 図５のロータリーポンプが接続された配管系を示す図であって、（ａ）は液状食品Ｅの送出時、（ｂ）は洗浄時を示す。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ…ローター室、２ａ，２ｂ…ローター、１０…シャフト側シール部、１４…除去用液流路、５０…ロータリーポンプ、５１…可動シール部材、５３…背圧弁、Ｅ…液状食品、Ｓ…隙間。