JP2004042945A - Gas replacement method and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容器のヘッドスペースの空気を不活性ガス等の置換ガスに置換して密封するガス置換方法及びその装置、特に消泡しつつガス置換を行なうガス置換方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
容器内のヘッドスペースの残存気体を窒素ガス等の不活性ガスや炭酸ガス又はその混合ガス(以下、単に置換ガスという)に置換する場合、ヘッドスペースに多くの泡が存在したままガス置換を行っても泡内に空気が閉じ込められたまま残るので、置換効率は上がらない。そのため、充填時に泡が発生し易い内容物や泡が発生し易い充填条件下で充填した場合、消泡してからガス置換することが行なわれている。従来の消泡手段として、充填後の容器ヘッドスペースにホットエアを吹き付けることによって消泡することが提案されている(例えば特開平9−240787号公報)。ホットエアの場合、温度が高い程消泡効果が高いが、本発明者の実験によれば200℃以上でないと満足する消泡効果が得られなかった。しかしながら、200℃以上にすると、容器がPETボトル等のプラスチックボトルであると容器がダメージを受けると共に内容物のフレーバにも影響を及ぼす問題点がある。そのため、上記従来例ではホットエアの温度を100℃で行っているが、置換率は80%までしか向上してなく、満足するものではない。
【0003】
また、他の消泡手段として、ヘッドスペースに超音波を当てる方法も提案されている。しかしながら、本発明者の実験によれば、超音波を当てると泡は細かくなるが、消泡効果は少なく、ガス置換率を向上させるのに満足な結果はえられなかった。さらに、他の方法として蒸気を吹き込むことも提案されているが、蒸気吹き込む場合は配管中のドレンの処理に手間がかかり、温湿度のコントロールが困難であるという問題点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
特に、アセプティック充填の場合、充填ノズルが容器及び容器内の液と接触しないように非接触で行うため、充填時に泡が発生し易い。しかも、25〜30℃の常温で充填するので、ヘッドスペース量は充填密封後内部が減圧になるホットパックの場合と比べて大きい。そのため、アセプティック充填の場合、ヘッドスペースに存在する空気量がホットパックの場合と比べて多くなり、酸素の影響を受けやすくなるので、ガス置換効率を高めることがより重要である。しかしながら、前記従来の消泡手段では、前述のように容器や内容物に影響を与える事なく効果的に消泡することはできなかった。また従来、消泡工程を含む場合のガス置換包装は、内容物充填工程−消泡工程−ガス置換工程−容器密封工程を経て行なわれているため、工程数が増えて高速化に制限を受けている。さらに従来のガス置換工程では、単にノズルから容器内に置換ガスを吹き込むだけであるので、置換ガス吹き込み時に周囲の空気が巻き込まれ、内部の空気の排出と共に外部からの空気流入もあり、たとえ効果的に消泡できたとしても置換率を向上させることは困難であった。さらにまた、従来のガス置換方法では、ボトル等の狭口容器の場合、連続的に移動する容器にヘッドスペースのガス置換に十分な量の置換ガス量を吹き込むことは困難であり、また十分な置換ガス量を確保するために、ノズルから狭口開口面一杯に置換ガスを吹き込むと、外部からの空気の巻き込みがある反面、容器内に存在する空気が狭口を通って外部に逃げることができなくなり、逆に置換率が低下するという問題点があった。
【0005】
そこで、本発明は、充填時に泡が発生し易い内容物の充填や泡が発生し易い充填条件下で充填した場合のガス置換の上記問題点を解決しようとするものであり、容器や内容物に悪影響を与えることなく効果的に消泡ができ、しかも消泡とガス置換が同時にでき高速化ができると共に、狭口容器であってもガス置換効率を向上させることができるガス置換方法及びその装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題点を解決するために種々研究した結果、ホットエアは200℃以上でないと消泡効果が少ないが、ホットエアに湿り空気又はスチームを接触させて加湿すると100℃以下でも消泡効果が高いことを知見し、さらに研究した結果、消泡とガス置換を同時に行なうことを見出し、本発明に到達したものである。
即ち、本発明のガス置換方法は、容器のヘッドスペース内の残存ガスを窒素ガス等の不活性ガスや炭酸ガス又はその混合ガスからなる置換ガスに置換するガス置換方法において、容器のヘッドスペースに加湿加熱置換ガスを噴射することにより、ヘッドスペース内に存在する泡を消しつつガス置換を行なうことを特徴とするものである。
【0007】
前記加湿加熱置換ガスは、置換ガスを加熱水に通すことにより加熱加湿して製造するか、置換ガスを加熱媒体で間接的に加熱してから加熱水に通すことにより製造するか、あるいは置換ガスを加熱媒体で間接的に加熱して加熱置換ガスを得、該加熱置換ガス中に蒸気を噴霧することにより製造するかいずれの方法を採用してもよい。前記加湿加熱置換ガスの温度は、容器にダメージを与えることなく、消泡することができる範囲として、100℃以下、より好ましく80℃乃至100℃の範囲であるとよい。
前記加湿加熱置換ガスは、容器口に向けて容器内への噴射流とその周囲を囲うシールド噴射流となって噴射され、容器内への噴射流がシールド噴射流より高速で噴射されることにより、容器内への空気の巻き込みを防止し、効果的にガス置換を行うことができる。
【0008】
そして、上記ガス置換方法を達成するための本発明のガス置換装置は、窒素ガス等の置換ガスを加熱加湿して加熱加湿置換ガスを得る加熱加湿置換ガス製造部、該加熱加湿置換ガス製造部と連通し加熱加湿置換ガスを容器口部に向けて噴射する加熱加湿置換ガス噴射部とからなることを特徴とするものである。
【0009】
また、上記ガス置換方法を達成するための本発明の他のガス置換装置は、置換ガスを加熱する加熱部、該加熱部で加熱された置換ガスに加湿して加熱加湿置換ガスを得る加熱加湿置換ガス製造部、該加熱加湿置換ガス製造部と連通し加熱加湿置換ガスを容器口部に向けて噴射する加熱加湿置換ガス噴射部とからなることを特徴とするものである。
【0010】
前記加熱加湿置換ガス製造部は、加熱水を貯留するタンク槽を有し、該タンク槽の加熱水貯留部に未加熱置換ガスあるいは加熱部で加熱された加熱置換ガスを供給するようにして構成するか、加熱加湿置換ガス噴射部に連通する連通管に、該連通管内を流れる加熱置換ガスに蒸気を噴霧する蒸気噴霧ノズルを配置して構成するか、何れの手段も採用できる。
【0011】
前記加熱加湿置換ガス噴射部は、容器の口部内径よりも径小の噴射ノズルからなるボトル内噴射ノズルと、該ボトル内噴射ノズルから噴射される置換ガス噴射流を囲うように該置換ガス噴射流よりも流速の遅いシールドガス流を噴射するシールドガス噴射ノズルとで構成することができる。より具体的には、加熱加湿置換ガスを供給する前記連通管の先端部に少なくともガス置換を行なう容器の開口部よりも径大になるように拡がったテーパー部を形成し、該テ−パー部の中央に容器の口部内径よりも先端径が径小の円筒状又は逆テ−パー状のボトル内噴射ノズルを配置し、該ボトル内噴射ノズルの周囲の環状開口部がシールドガス噴射ノズルを構成するようにする。
【0012】
そして、前記シールドガス噴射ノズルは、多孔板又はフィルターを有し、加熱加湿置換ガスを該多孔板又はフィルターを通過させることにより、シールドガスをラミナーフローさせるようにすることが望ましい。また、加熱加湿置換ガス噴射部を含む該噴射部に至る加熱加湿置換ガス供給管路を保温する構造にすることによって、容器内に噴射する加熱加湿置換ガスを常に所定温度に保つことができ、安定して消泡効果を発揮することができる。保温手段としては、例えば前記タンク槽及び連通管乃至加熱加湿置換ガス噴射部の外壁が2重壁構造に形成して、その内壁と外壁の間に蒸気を供給するなどの手段が採用できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図1及び図2に示す実施形態により詳細に説明する。
図1は、本発明の消泡しつつガス置換を行なうガス置換装置の概略説明図である。
本実施形態のガス置換装置は、置換ガスとして窒素ガスを採用し、窒素ガス置換をボトル等の狭口容器に行なう場合を示し、特にアセプティック充填ラインにおける窒素ガス置換装置を示し、無菌雰囲気下に配置されている。本実施形態のガス置換装置は、窒素ガス及び水を加熱する加熱部1、加熱された窒素ガスを加熱された無菌水中を通し加熱加湿置換ガスを得る加熱加湿置換ガス製造部2、及び加熱加湿置換ガス噴射部3を主要構成としている。
【0014】
加熱部1は、熱交換器チャンバー4内に蒸気又は温水を供給して充填し、該チャンバー内を窒素ガス供給管5及び無菌水供給管6を通過させることにより、熱交換を行なって間接的に無菌水及び窒素ガスを加熱している。窒素ガス供給管5は、図示しない窒素ガス供給源から加熱加湿置換ガス製造部2に加熱窒素ガスを供給するためのものであり、フィルター濾過により除菌された窒素ガスが加熱部1に供給され、加熱部1を通過することにより80〜100℃に加熱され、加熱窒素ガスとなって加熱加湿置換ガス製造部2に供給する。なお、7はバルブ、8は流量計であり、供給する窒素ガス量を制御できるようになっている。同様に、無菌水供給管6は、無菌水供給源から加熱加湿置換ガス製造部2に加熱無菌水を供給するためのものであり、無菌水供給源で加熱もしくは無菌フィルター濾過により得られた無菌水が供給され、加熱部1を通過することにより80〜100℃に過熱された無菌水を加熱加湿置換ガス製造部2に供給する。
【0015】
図の実施形態においては、置換ガス加熱部1の熱交換器チャンバー4には、熱源として蒸気が供給され蒸気により加熱している。そして、蒸気は、後述するように二重壁構造になっているタンク槽20と連通管21の保温・加熱の為に供給する蒸気と同一供給源から供給されるように構成されている。蒸気供給源に連結された蒸気供給管10は途中で第1蒸気供給管11と第2蒸気供給管12に分岐して、第1蒸気供給管11は熱交換器チャンバー4に、第2蒸気供給管12は加熱加湿置換ガス製造部2のタンク槽20の外周部に蒸気を供給するように配管されている。図示の蒸気配管において、14はバルブ、15は圧力調整バルブ、16は逆止弁、17は流量調整弁、18は温度センサ、19はドレン用手動弁である。
【0016】
以上のような蒸気配管において、蒸気はそれらの配管に設けられた各種制御弁により流量及び圧力が制御されて熱交換器チャンバー4内に供給され、熱交換器チャンバー4を通過した窒素ガス供給管内を通る加熱窒素ガスの温度を温度センサ18により検出して、その検出データに基づいて流量調整バルブ17を制御して、熱交換器チャンバー内に供給する蒸気量を制御して熱交換器チャンバー4を通過した窒素ガス供給管内の窒素ガスを常に所定温度に加熱できるようにしてある。なお、この実施形態では、無菌水と窒素ガスを同一の加熱部で過熱してあるが、別々の加熱手段により加熱するように構成してもよい。
【0017】
加熱加湿置換ガス製造部2は、外壁が二重壁構造になっているタンク槽20で構成され、該タンク槽の内部には前記置換ガス加熱部1を通過した窒素ガス供給管5、無菌水供給管6が連結され、二重壁構造のタンク槽の内壁と外壁の隙間に蒸気供給源に連結された第2蒸気供給管12が連結され、タンク槽内が一定温度を保つように蒸気で保温している。タンク槽20の上部はそのまま二重壁構造の連通管21に連続して繋がっており、タンク槽20内で製造された加熱加湿置換ガスは連通管21内部を通って加熱加湿置換ガス噴射部3に供給される。一方、タンク槽の内壁と外壁の隙間に供給された保温用の蒸気は、そのまま連通管21の内壁と外壁の間を通って加熱加湿置換ガス噴射部3のテ−パー部22まで達し、それらの内部を流れる加熱加湿置換ガスを間接的に加熱して保温している。なお、加熱加湿置換ガス製造部2は、噴射する加熱加湿置換ガスが熱効率よく一定温度一定加湿状態を維持するように、なるべく加湿置換ガス噴射部3の近くに位置するよう配置して、加熱置換ガスと温水のミキシングは噴射直前に行なうようにするのが好ましい。
【0018】
タンク槽20には、図示のように加熱部1を通過して加熱された温水が所定レベルまで供給され、その温水中に加熱部1を通過して加熱された加熱窒素ガスを供給して通過させることにより、加熱加湿置換ガスを製造することができる。タンク槽20の温水温度は温度センサ18により検出されて、該検出値に基づいて蒸気供給源からタンク槽の内壁と外壁の間に供給される蒸気供給量が制御され、常に一定に保たれる。タンク槽20内で発生した加熱加湿置換ガスは、連通管21を通過して加熱加湿置換ガス噴射部3に達し、該加熱加湿置換ガス噴射部3からその下方を通過する容器40の開口部に向けて噴射される。
【0019】
加熱加湿置換ガス噴射部3は、本実施形態では、図1に示すように、連通管21の先端部が、少なくとも窒素ガス置換を行なう容器40の開口部41よりも径大になるように、テーパー状に拡がったテーパー部22となっており、該テ−パー部の中央に容器30の口部内径よりも先端径が径小の円筒状又は逆テ−パー状のボトル内噴射ノズル23が配置されている。ボトル内噴射ノズル23の内径は、ガス置換中に容器ヘッドスペースの空気が容器口から外部に逃げることができるように、該ボトル内噴射ノズル23から噴射される加熱加湿置換ガス流が容器口部全体を覆わない流束を形成するように、容器口内径の80%以下、好ましくは60〜70%であることが望ましい。一方、その周囲に位置するテーパー部22の下端は、図2に示すように、ボトル内噴射ノズル23の開口下端24を除き、ボトル内噴射ノズル23を囲って多孔板25で覆われ、該多孔板を通って噴射される加熱加湿置換ガスがシールドガス流を形成するように、ボトル内噴射ノズル23からボトル内に噴射される加熱加湿置換ガスの周囲を囲って容器内への外部の空気の巻き込みを防止するためのシールド噴射ノズル25を構成している。
【0020】
したがって、連通管21を通って加熱加湿置換ガス噴射部3に達した加熱加湿置換ガスは、加熱加湿置換ガス噴射部3内でその中央部に配置したボトル内噴射ノズル23を流下するものと、その外周部のシールド噴射ノズル25を流下するものとに分かれ、ボトル内噴射ノズル23を通過するものは、その流速を維持してもしくはボトル内噴射ノズル23を先絞り状に構成することにより加速されて容器口内径よりも小径の噴射流となって容器内に噴射され、容器のヘッドスペス内のガスと置換する置換ガスとなる。一方、シールド噴射ノズル25を通過する加熱加湿置換ガスは、テーパー部で広がることにより減圧され、さらに多孔板を通過することにより、ボトル内噴射ノズル23により容器内に噴射される置換ガス噴射流(矢印27で示す)の流速より遅いラミナーフローのシールドガス噴射流(矢印26で示す)となって、置換ガス噴射流27の外周部を囲って容器口部外面に噴射される。それにより、容器内に供給される加熱加湿置換ガスの流速を速くしても周囲の空気を巻き込むことを効果的に防ぐと共に、置換ガス流の直径が容器口内径よりも小さいのでヘッドスペース内の空気を外部に逃がすことができ、置換効率を飛躍的に高めることができる。また、ラミナーフローのシールドガス噴射流26が置換ガス噴射流27を囲っているので、容器内に噴射される加熱加湿置換ガスの温度低下を防止することができる。その結果、アセプティック充填であっても、密封時のヘッドスペースガス温度を常温よりも高くすることができ、常温まで冷えると容器内が負圧となり、ヘッドスペース量が少なくなる減圧効果をもたらすことができる。
【0021】
本実施形態のガス置換装置は、以上のように構成され、無菌処理された窒素ガス及び水を間接的に加熱し、さらに両者を加熱加湿置換ガス製造部で噴射直前にミキシングすることによって、所定温度・湿り度の加熱加湿置換ガスを製造し、加熱加湿置換ガス噴射部で容器内に噴射することができる。加熱加湿置換ガスは、加湿されているので、温度が100℃以下であっても、容器内ヘッドスペース内で泡立っている泡に当ると、効果的に消泡することができ、従来と比較してガス置換率を一段と高めることができる。また、単一の装置で同一箇所で消泡とガス置換を同時にやることができ、置換率を高めることができると共に高速化ができる。且つアセプティック充填であっても、減圧効果を有するボトル飲料や缶飲料等を得ることができる。
【0022】
図3は、本発明に係るガス置換装置の別の実施形態を示し、本実施形態では、加湿加熱置換ガスは、加熱及び加湿媒体として蒸気のみを採用し、蒸気で間接的に加熱して加熱置換ガスを得、該加熱置換ガス中に蒸気を噴霧することにより加湿加熱置換ガスを製造するように構成している。以下、前記実施形態と同様な個所は同一符号を付し、相違点のみについて説明する。
【0023】
窒素ガス供給源と連通する窒素ガス供給管30は、窒素ガス加熱部31を構成する熱交換チャンバー32内に配置された熱交換パイプ33の入口側に連結され、該熱交換パイプの出口側は加熱加湿置換ガス噴射部3に連通する連通管34に連結されている。熱交換チャンバー32には、蒸気供給源と連通する蒸気供給管35が連結され、所定温度の蒸気が供給され、該チャンバー内に配置された熱交換パイプ33と接触して、該熱交換パイプ33加熱することにより、該熱交換パイプ33を通過する窒素ガスを間接的に所定温度に加熱する。なお、窒素ガスは、前記実施形態と同様に蒸気供給源で除菌フィルターを通過することにより除菌されている。また、窒素ガス供給管30には、バルブ36、流量計37が配置され、供給する窒素ガス量を任意にコントロールできるようになっている。
【0024】
連通管34の途中には、図示のように該連通管内を通過する加熱置換ガス(加熱窒素ガス)に無菌の蒸気を噴霧する蒸気噴霧ノズル38が配置され、加熱置換ガスに加湿して、加熱加湿置換ガスを製造する加熱加湿置換ガス製造部を構成している。そして、蒸気噴霧ノズル38の下流側に温度センサ18が配置され、該温度センサ18の検出値に基づき、連通管34の外周部に供給する保温・加熱用蒸気の供給量を流量調整弁17で制御している。39は蒸気噴霧ノズル38の直前に配置された除菌フィルターであり、加湿用に窒素ガスに噴霧される蒸気の無菌化を図っている。他の構成は、図1に示す実施形態と同様である。
【0025】
以上、本発明を実施形態をもとに説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものでなく、その技術思想の範囲内で種々の設計変更が可能である。例えば、図1に示す実施形態では、窒素ガスを置換ガス加熱部で加熱してからタンク槽の温水に供給しているが、タンク槽内に貯留される加熱水の温度を高くすれば、窒素ガスを加熱しないままで直接タンク槽内に供給することも可能である。また、前記加熱加湿置換ガス噴射部のボトル内噴射ノズルとシールドガス噴射ノズルは、別々の配管によって加熱加湿置換ガス製造部に連結して、それぞれに流量調整弁を設けることにより、ボトル内噴射ノズルとシールドガス噴射ノズルとの噴射流量比率を変えることができるようにすることも可能である。また、上記実施形態では、置換ガスとして、窒素ガスを採用した場合について説明したが、置換ガスは、窒素ガスに限らず、ヘリウム、アルゴン等の他の不活性ガス、又は炭酸ガスあるいはそれらの混合ガスを採用することも可能である。
【0026】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、充填時に泡が発生し易い内容物の充填や泡が発生し易い充填条件下で充填した場合において、容器のヘッドスペースに100℃以下の加熱加湿置換ガスを噴射することによって、容器や内容物に悪影響を与えることなくヘッドスペースに存在する泡を効果的に消泡ができ、しかも消泡とガス置換が同時にできるので、ガス置換効率を高めることができると共に高速化ができる。また、加熱加湿置換ガスからなるシールドガス噴射流と置換ガス噴射流を同時に噴射することによって、置換ガスによる容器内への空気の巻き込みを防止でき、ガス置換率をより高めることができ、さらに置換ガス噴射流の流径を容器口よりも小径にすることによって、ボトル等の狭口容器であっても高置換率でガス置換を行うことができる。また、100℃以下の加熱加湿置換ガスを容器内に噴射するので、アセプティック充填容器の場合、密封時のヘッドスペースガス温度を常温よりも高くすることができ、後に常温まで冷えると容器内が負圧となり、ヘッドスペース量が少なくなる減圧効果をもたらすことができる。そして、加熱加湿置換ガス噴射部を該部に至る加熱加湿置換ガス供給管路を保温することによって、容器内に噴射する加熱加湿置換ガスの温度低下を防止し、安定して消泡効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るガス置換装置の概略説明図である。
【図2】その加熱加湿置換ガス噴射部A−A矢視図である。
【図3】本発明の他の実施形態に係るガス置換装置の概略説明図である。
【符号の説明】
1、31 置換ガス加熱部 2 加熱加湿置換ガス製造部
3 加熱加湿置換ガス噴射部 4、32 熱交換チャンバー
5、30 窒素ガス供給管 6 無菌水供給管
20 タンク槽 21 連通管
22 テーパー部 23 ボトル内噴射ノズル
25 シールドガス噴射ノズル 38 蒸気噴射ノズル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas replacement method and a device for sealing air by replacing air in a head space of a container with a replacement gas such as an inert gas, and particularly to a gas replacement method and a device for performing gas replacement while defoaming.
[0002]
[Prior art]
When replacing the residual gas in the head space in the container with an inert gas such as nitrogen gas or carbon dioxide gas or a mixed gas thereof (hereinafter simply referred to as a replacement gas), gas replacement is performed while many bubbles are present in the head space. However, since the air remains trapped in the bubbles, the replacement efficiency does not increase. For this reason, when filling is performed under contents in which bubbles easily occur during filling or under filling conditions in which bubbles easily occur, gas replacement is performed after defoaming. As a conventional defoaming means, it has been proposed to defoam by blowing hot air into a container head space after filling (for example, JP-A-9-240787). In the case of hot air, the higher the temperature, the higher the defoaming effect. However, according to experiments by the present inventors, a satisfactory defoaming effect could not be obtained unless the temperature was 200 ° C. or higher. However, when the temperature is set to 200 ° C. or higher, there is a problem that if the container is a plastic bottle such as a PET bottle, the container is damaged and the flavor of the contents is affected. Therefore, in the above conventional example, the temperature of the hot air is set at 100 ° C., but the replacement ratio is improved only up to 80%, which is not satisfactory.
[0003]
Further, as another defoaming means, a method of applying ultrasonic waves to a head space has been proposed. However, according to the experiment by the present inventors, when ultrasonic waves are applied, bubbles are fine, but the defoaming effect is small, and satisfactory results for improving the gas replacement ratio were not obtained. Furthermore, although steam has been proposed as another method, when steam is blown, there is a problem in that it takes time and effort to treat the drain in the piping, and it is difficult to control the temperature and humidity.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In particular, in the case of aseptic filling, since the filling is performed in a non-contact manner so that the filling nozzle does not come into contact with the container and the liquid in the container, bubbles are easily generated at the time of filling. Moreover, since the filling is performed at a normal temperature of 25 to 30 ° C., the head space amount is larger than that in the case of a hot pack in which the inside is depressurized after filling and sealing. Therefore, in the case of the aseptic filling, the amount of air existing in the head space is larger than that in the case of the hot pack, and the head space becomes more susceptible to oxygen. Therefore, it is more important to increase the gas replacement efficiency. However, the conventional defoaming means cannot effectively defoam without affecting containers and contents as described above. Conventionally, gas replacement packaging including a defoaming step is performed through a content filling step, a defoaming step, a gas replacement step, and a container sealing step. ing. Furthermore, in the conventional gas replacement process, since the replacement gas is simply blown into the container from the nozzle, the surrounding air is entrained when the replacement gas is blown, and the inside air is discharged and the air flows in from the outside. Even if the defoaming can be achieved, it is difficult to improve the replacement ratio. Furthermore, in the conventional gas replacement method, in the case of a narrow-mouthed container such as a bottle, it is difficult to blow a sufficient amount of replacement gas for gas replacement of the headspace into a continuously moving container, and it is not sufficient. When the replacement gas is blown from the nozzle to fill the narrow opening surface to secure the replacement gas amount, air from the outside may be entrapped, but the air present in the container may escape to the outside through the narrow opening. However, there is a problem that the replacement ratio is lowered.
[0005]
Therefore, the present invention is intended to solve the above-described problems of gas replacement when filling under a filling condition in which bubbles easily occur during filling or filling under which bubbles are likely to occur. A gas replacement method that can effectively defoam without adversely affecting the gas, and can simultaneously perform defoaming and gas replacement to increase the speed and improve gas replacement efficiency even in a narrow-mouthed container, and its gas replacement method. It is intended to provide a device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has conducted various studies to solve the above problems. As a result, hot air has a low defoaming effect unless the temperature is higher than 200 ° C. The inventors have found that the effect is high, and as a result of further research, they have found that defoaming and gas replacement are performed at the same time, and have reached the present invention.
That is, the gas replacement method of the present invention is a gas replacement method in which the remaining gas in the head space of the container is replaced with a replacement gas composed of an inert gas such as nitrogen gas or carbon dioxide gas or a mixed gas thereof. By injecting the humidified heating replacement gas, the gas replacement is performed while eliminating bubbles existing in the head space.
[0007]
The humidified heated replacement gas is manufactured by heating and humidifying the replacement gas by passing the replacement gas through heating water, or manufactured by indirectly heating the replacement gas with a heating medium and then passing the replacement gas through the heating water, or Is heated indirectly with a heating medium to obtain a heated replacement gas, and the method is produced by spraying steam into the heated replacement gas. The temperature of the humidification heating replacement gas is preferably 100 ° C. or less, more preferably 80 ° C. to 100 ° C., as a range in which defoaming can be performed without damaging the container.
The humidified heating replacement gas is injected toward the container opening as a jet into the container and a shield jet surrounding the periphery thereof, and the jet into the container is jetted at a higher speed than the shield jet. In addition, it is possible to prevent the entrainment of air into the container and effectively perform gas replacement.
[0008]
The gas replacement apparatus according to the present invention for achieving the gas replacement method includes a heating and humidifying replacement gas manufacturing unit that obtains a heating and humidifying replacement gas by heating and humidifying a replacement gas such as a nitrogen gas. And a heating and humidifying replacement gas injection unit for communicating the heating and humidifying replacement gas toward the container opening.
[0009]
Another gas replacement apparatus of the present invention for achieving the above gas replacement method includes a heating unit for heating the replacement gas, and a heating and humidifying method for humidifying the replacement gas heated by the heating unit to obtain a heated and humidified replacement gas. A replacement gas producing section, and a heating / humidifying replacement gas injection section which communicates with the heating / humidifying replacement gas producing section and injects the heating / humidifying replacement gas toward the container opening.
[0010]
The heating and humidifying replacement gas producing unit has a tank tank for storing heating water, and is configured to supply an unheated replacement gas or a heating replacement gas heated by the heating unit to the heating water storage unit of the tank tank. Alternatively, any means can be adopted, in which a communication pipe communicating with the heating and humidifying replacement gas injection unit is provided with a steam spray nozzle for spraying steam to the heating replacement gas flowing through the communication pipe.
[0011]
The heating and humidifying replacement gas injection unit includes an in-bottle injection nozzle formed of an injection nozzle having a diameter smaller than the inner diameter of the mouth of the container, and the replacement gas injection flow surrounding the replacement gas injection flow injected from the in-bottle injection nozzle. And a shield gas injection nozzle for injecting a shield gas flow having a lower flow velocity than the flow. More specifically, a tapered portion is formed at the distal end of the communication pipe for supplying the heated and humidified replacement gas so as to have a diameter that is larger than an opening of a container for performing at least gas replacement. A cylindrical or inverted-tapered injection nozzle in a bottle whose tip diameter is smaller than the inner diameter of the mouth of the container is disposed at the center of the container, and an annular opening around the injection nozzle in the bottle functions as a shielding gas injection nozzle. To be configured.
[0012]
It is preferable that the shield gas injection nozzle has a perforated plate or a filter, and the heated and humidified replacement gas passes through the perforated plate or the filter so that the shield gas is laminar-flowed. Further, by employing a structure for keeping the temperature of the heating / humidifying replacement gas supply pipe leading to the injection unit including the heating / humidifying replacement gas injection unit, the heating / humidifying replacement gas injected into the container can be always maintained at a predetermined temperature, The defoaming effect can be stably exhibited. As the heat retaining means, for example, a means in which the outer wall of the tank tank and the communicating pipe or the heating / humidifying replacement gas injection unit is formed in a double wall structure and steam is supplied between the inner wall and the outer wall can be adopted.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in FIGS.
FIG. 1 is a schematic explanatory view of a gas replacement apparatus for performing gas replacement while defoaming according to the present invention.
The gas replacement device of the present embodiment employs nitrogen gas as a replacement gas, and shows a case in which nitrogen gas replacement is performed in a narrow-mouthed container such as a bottle, and particularly shows a nitrogen gas replacement device in an aseptic filling line, under a sterile atmosphere. Are located. The gas replacement device of the present embodiment includes a heating unit 1 for heating nitrogen gas and water, a heating and humidification replacement gas producing unit 2 for passing heated nitrogen gas through heated sterile water to obtain a heating and humidification replacement gas, and heating and humidification. The replacement gas injection unit 3 is a main component.
[0014]
The heating unit 1 supplies and fills the steam or the hot water into the heat exchanger chamber 4, and performs heat exchange by passing through the chamber through the nitrogen gas supply pipe 5 and the sterile water supply pipe 6. Is heated with sterile water and nitrogen gas. The nitrogen gas supply pipe 5 is for supplying heated nitrogen gas from a nitrogen gas supply source (not shown) to the heated and humidified replacement gas producing section 2. Nitrogen gas that has been sterilized by filter filtration is supplied to the heating section 1. Is heated to 80 to 100 ° C. by passing through the heating unit 1, and is supplied to the heated humidified replacement gas producing unit 2 as a heated nitrogen gas. Reference numeral 7 denotes a valve, and 8 denotes a flow meter, which can control the amount of nitrogen gas to be supplied. Similarly, the aseptic water supply pipe 6 is for supplying heated aseptic water from the aseptic water supply source to the heating and humidifying replacement gas producing unit 2, and the aseptic water obtained by heating or aseptic filtration through the aseptic water supply source. Water is supplied, and sterile water heated to 80 to 100 ° C. by passing through the heating unit 1 is supplied to the heating / humidifying replacement gas producing unit 2.
[0015]
In the embodiment shown in the drawings, steam is supplied as a heat source to the heat exchanger chamber 4 of the replacement gas heating unit 1 and is heated by the steam. The steam is configured to be supplied from the same supply source as the steam supplied for keeping and heating the
[0016]
In the above-mentioned steam pipes, the steam is supplied into the heat exchanger chamber 4 at a controlled flow rate and pressure by various control valves provided in the pipes, and is supplied into the nitrogen gas supply pipe passing through the heat exchanger chamber 4. The temperature of the heated nitrogen gas passing through the heat exchanger chamber 4 is detected by the
[0017]
The heating / humidifying replacement gas producing section 2 is constituted by a
[0018]
As shown in the figure, the
[0019]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the heating / humidifying replacement gas injection unit 3 is configured such that the distal end of the
[0020]
Accordingly, the heated and humidified replacement gas that has reached the heated and humidified replacement gas injection unit 3 through the
[0021]
The gas replacement device of the present embodiment is configured as described above, indirectly heats the aseptically treated nitrogen gas and water, and further mixes both in the heated humidification replacement gas production unit immediately before injection, thereby achieving a predetermined A heated and humidified replacement gas having a temperature and a degree of wetness can be manufactured and injected into the container by a heated and humidified replacement gas injection unit. Since the heated and humidified replacement gas is humidified, even if the temperature is 100 ° C. or less, it can be effectively defoamed by hitting the foaming bubbles in the head space in the container. As a result, the gas replacement rate can be further increased. In addition, defoaming and gas replacement can be performed simultaneously at the same location with a single device, so that the replacement rate can be increased and the speed can be increased. Even with aseptic filling, bottled beverages, canned beverages, and the like having a reduced pressure effect can be obtained.
[0022]
FIG. 3 shows another embodiment of the gas replacement apparatus according to the present invention. In this embodiment, the humidification heating replacement gas employs only steam as the heating and humidification medium, and is heated by indirect heating with steam. A replacement gas is obtained, and steam is sprayed into the heated replacement gas to produce a humidified heated replacement gas. Hereinafter, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and only the differences will be described.
[0023]
A nitrogen
[0024]
A
[0025]
As described above, the present invention has been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various design changes can be made within the technical idea. For example, in the embodiment shown in FIG. 1, the nitrogen gas is heated by the replacement gas heating unit and then supplied to the hot water in the tank. However, if the temperature of the heated water stored in the tank is increased, the nitrogen gas is heated. It is also possible to supply the gas directly into the tank without heating. Further, the in-bottle injection nozzle and the shield gas injection nozzle of the heating and humidification replacement gas injection unit are connected to the heating and humidification replacement gas production unit by separate pipes, and each of them is provided with a flow control valve, so that the in-bottle injection nozzle is provided. It is also possible to make it possible to change the injection flow ratio between the nozzle and the shield gas injection nozzle. Further, in the above embodiment, the case where nitrogen gas is employed as the replacement gas has been described. However, the replacement gas is not limited to nitrogen gas, but other inert gas such as helium, argon, or carbon dioxide gas or a mixture thereof. It is also possible to employ gas.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the contents are easily filled during filling or when filling is performed under filling conditions under which bubbles are likely to be generated, the heating and humidifying replacement gas having a temperature of 100 ° C. or lower is supplied to the head space of the container. By spraying, bubbles existing in the head space can be effectively defoamed without adversely affecting the container and contents, and since defoaming and gas replacement can be performed simultaneously, gas replacement efficiency can be improved, and Speeding up is possible. In addition, by simultaneously injecting the shielding gas jet and the replacement gas jet made of the heated and humidified replacement gas, it is possible to prevent air from being trapped in the container by the replacement gas and to further increase the gas replacement rate. By making the flow diameter of the gas injection flow smaller than the container opening, gas replacement can be performed at a high replacement ratio even in a narrow-mouthed container such as a bottle. In addition, since the heating and humidification replacement gas of 100 ° C. or less is injected into the container, in the case of an aseptic filled container, the headspace gas temperature at the time of sealing can be made higher than room temperature, and if the container is cooled down to room temperature later, the inside of the container becomes negative. And a pressure reducing effect that reduces the head space amount can be brought about. And, by keeping the heating and humidifying replacement gas supply line leading to the heating and humidifying replacement gas injection section, the temperature of the heating and humidifying replacement gas injected into the container is prevented, and the defoaming effect is stably exhibited. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view of a gas replacement device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view of the heating / humidifying replacement gas injection section AA.
FIG. 3 is a schematic explanatory view of a gas replacement device according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 31 replacement gas heating section 2 heating and humidification replacement gas production section 3 heating and humidification replacement
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JP2010070238A (en) * | 2008-09-19 | 2010-04-02 | Dainippon Printing Co Ltd | Method and apparatus for filling of content |
JP2015039357A (en) * | 2013-08-23 | 2015-03-02 | 株式会社古川製作所 | Apparatus and method for inert gas-substituted packaging |
-
2002
- 2002-07-11 JP JP2002202095A patent/JP2004042945A/en active Pending
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