JP2011501148A - 液体密封容器内のガスの量の測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

炭酸飲料のようなガス混合物が溶解した液体の密封容器内の測定対象のガス、特に酸素の量を測定する方法であって、前記密封容器を穿孔するステップと、前記密封容器に入っているガス混合物を放出するステップと、前記放出されたガス混合物中の前記測定対象のガスの量を測定するステップと、前記測定に基づいて、前記密封容器の前記測定対象のガスの初期量を決定するステップと、を含み、前記ガス放出ステップの前、及び／又は、その間に、消泡材を前記穿孔された容器へ注入するステップを、さらに含むことを特徴とする測定対象のガスの量を測定する方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス混合物が溶解している液体の密封容器内のガス、特に酸素の量の測定方法及び装置に関する。液体は典型的には炭酸飲料である。

炭酸飲料には、一般的に、主に３種のガス、すなわち、二酸化炭素（ＣＯ₂）、酸素（Ｏ₂）、窒素（Ｎ₂）が存在する。二酸化炭素は所望のガスである。酸素は望まれていない。液相中のガスの量の直接測定は可能であるが、或る欠点を有する。欠点のひとつは、液相と気相の間の平衡状態が得られるまで、測定前に液体を振動させる必要性である。他の欠点は、測定を行うために、液体を様々なセンサを通さなければならず、このことがセンサの信頼性に影響を及ぼすことである。このため、密封液体容器内の測定対象のガス、特に酸素の量を測定するための他の方法が、米国特許第５２２０５１３号明細書、米国特許第５４２６５９３号明細書、及び、米国特許第５６０４２９７号明細書で、提案されている。これらの方法では、密封液体容器が穿孔され、超音波又は他のガス抜き方法を使ってこの穿孔された容器はガス抜きして液相からガスを放出させ、放出されたガスを試験チャンバーに流入させ、試験チャンバー内の放出されたガス中の測定対象のガスの量が特殊なセンサによって測定される。

しかしながら、この方法の問題は、ガス抜きにより、特にビールのような炭酸飲料の中の液体とガスの界面に泡を生じさせ、この泡がセンサのプローブを濡らし、かくして、測定に影響を及ぼすということである。この問題を改善するために、上述の特許文献では、液体容器と試験チャンバーとの間に泡を吸収させる泡チャンバーを使用することが提案されている。しかし、この解決方法には、いくつかの課題がある。このような泡チャンバーの使用は、液体から抽出されたガス混合物を、酸素で汚染するリスクを増す。実際、チャンバーは、ガス回路の導管よりも大変大きなサイズであるため、浄化に抵抗する汚染物質を収容しやすい。ガス回路が浄化された後にチャンバー内に残る酸素は、測定に影響を及ぼすことがある。他の欠点は、密封容器の穿孔後、測定をすることができるまでの待ち時間が、泡が泡チャンバー内に沈むまで、待機しなければならないため、長くなることである。

本発明は、上述の課題を解決することを目的とし、このため、本発明は、ガス混合物が溶解した液体を収容する密封容器内の測定対象のガスの量を測定する方法であって、
密封容器を穿孔するステップと、
穿孔した容器からガス混合物を放出するステップと、
放出したガス混合物中の測定対象のガスの量を測定するステップと、
前記測定に基づいて密封容器内の測定対象のガスの初期量を決定するステップと、を含む上記方法において、ガス混合物を放出するステップ中、かつ／又は、ステップ前に消泡剤を注入するステップをさらに含むことを特徴とする方法を提供する。
本発明の方法の詳細な実施形態は、従属する請求項２〜１４に記載されている。

また、本発明は、ガス混合物が溶解した液体を収容する密封容器の測定対象のガスの量の測定装置であって、
密封容器を穿孔する手段と、
穿孔した容器からガス混合物を放出する手段と、
放出したガス混合物中の測定対象のガスの量を測定する手段と、
前記測定に基づいて、密封容器内の測定対象のガスの初期量を決定する手段と、を含む上記装置において、穿孔した容器内に消泡剤を注入する手段をさらに含むことを特徴とする装置を提供する。
本発明の装置の詳細な実施形態は、従属する請求項１６〜２１に記載されている。

本発明の他の特徴や効果は、添付図面を参照してなされる好適な実施形態の以下の詳細な説明を読むとき明確になる。

本発明による方法の異なる段階で発明の装置を概略的に示す（その１）。 本発明による方法の異なる段階で発明の装置を概略的に示す（その２）。 本発明による方法の異なる段階で発明の装置を概略的に示す（その３）。 本発明による方法の異なる段階で発明の装置を概略的に示す（その４）。 本発明による装置の穿孔針の先端を正面図で示す。 本発明による装置の穿孔針の先端を図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図で示す。

以下の説明において、「量」という用語は、例えば、質量、体積、又は分圧などの全ての量に関係した大きさを参照するものとして、広い意味で理解されるべきである。
図１を参照して、液体密封容器１、すなわち、典型的には、ビールなどの炭酸飲料のボトル又はカン内の酸素量を測定するための本発明の装置は、液体容器１を支持するための支持体２と、液体容器１を穿孔するための穿孔機構３と、穿孔機構３に接続され、かつ、容器１内の酸素及び他のガスの量を測定するための導管及び機器を含むガス回路４と、を含む。

容器１に収容される液体を、参照番号５で示す。液体５の上方には、ガスのみにより占められた空間６が設けられる。このような空間は、一般的に容器のヘッドスペースと称される。容器１は、キャップ７により密封されている。支持体２は、容器１内の液体を加振するための、かくして液体５からガスを抽出するための、周知のタイプの振動装置、例えば、超音波装置を内部に有する。以下の説明において、振動装置もまた、参照番号２で示す。

穿孔機構３は、容器１のキャップ７の上部に垂直に延び、かつ、スリーブ部材９内に取り外し可能に設けられた針８を含む。スリーブ部材９は、針８が密封状態で挿通する孔を有する上部壁１０と、上部壁１０から下方に延び、針８を取り囲む円筒壁１１と、を有する。スリーブ部材９の、上部壁１０の反対の下端は、針８の先端１２を自由にするように開口している。図１では針８は、引込み位置で示されている。この引込み位置から、針８は、容器のキャップ７に孔を穿つため、長手方向下方に移動されるのがよい。後の記述で明らかになるように、針８とスリーブ部材９は、また、ともに上下に移動できるのがよい。スリーブ部材９の開口端には、円筒状のゴム製ガスケットが取付けられている。針８とスリーブ部材９及びガスケット１３の夫々の内壁面との間には、ガス流路を構成するわずかな環状の自由空間１４が設けられている。自由空間１４は、一方の側ではスリーブ部材９の開口端と、また、他方の側では円筒壁１１に設けられた孔１５と、連通している。

針８は中空であり、その内部空間に針８の長手方向に延びるチューブ１６を収容し、電線（図示せず）がこのチューブの中を通る。電線は、一端が針８の先端１２に設けられた温度センサ１７に接続され、他端が、制御ユニット１９、典型的には処理装置、に接続されている。かくして、制御ユニットは、温度センサ１７から温度表示信号を受信する。円筒状の自由空間２０がチューブ１６と針８の内壁との間に設けられている。この自由空間２０は、消泡剤２３の通路を構成するため、針８の上端で針８の壁面に設けられた第１の貫通孔２１と、又、針８の下端で針８の壁面に設けられた第２の貫通孔２２と連通している。第１の貫通孔２１は、消泡剤２３を収容する槽２５ａに連結されたポンプ２５と、導管２４を介して連通している。穿孔機構３に接続されたガス回路４は、スリーブ部材９の円筒壁１１の貫通孔１５にガス導管２７を介して接続された第１のバルブ２６と、浄化ガス、例えば、二酸化炭素の流入口２８ａに接続された第２のバルブ２８と、ガス基準容器３０に接続された第３のバルブ２９と、圧力センサ３１と、第４のバルブ３２と、第４のバルブ３２の下流の、酸素センサ３３、二酸化炭素センサ３４及び、流量計３５とを備える。導管３６は、ガス回路４の各種要素を相互に連結する。圧力センサ３１は、ガス回路４の全ガス圧を測定する。酸素センサ３３、二酸化炭素センサ３４、及び流量計３５は、大気圧下にある。酸素センサ３３は酸素の分圧を測定する。二酸化炭素センサ３４は、二酸化炭素の純度、より正確には容器１からバルブ３２を通して放出されたガス混合物中の二酸化炭素の体積のパーセンテージを測定する。バルブ３２は、ガスの流量が一定となるように既知の方法で流量計３５により調整されているのが好ましい。

振動装置２、ポンプ２５、穿孔機構３の移動及びバルブ２６、２８、２９、３２は、すべて制御ユニット１９によって、後述する自動シーケンスに従って制御される。センサ３１、３３、３４及び流量計３５も、以下に記載する様々な計算を行わせることができる測定信号を制御ユニット１９に提供するため、制御ユニット１９に接続されている。
今、本発明による装置の操作を説明する。第１のステップ（図１）において、バルブ２６、２８、２９を開き（バルブ３２は閉じたままである）、流入口２８ａから流れる浄化ガスが、ガス回路４の導管３６に流入し、穿孔機構３のガス流路１４に流入してそれらを浄化する。そのため、このステップの終わりに、容器３０は浄化ガスで満たされ、バルブ２９を閉じて容器３０内に浄化ガスを封入し、センサ３１により測定された圧力は記憶される。この記憶された圧力は、封入された浄化ガスの圧力である。これは、シーケンスの終りに、流量計３５を較正するのに用いられる。

第２のステップ（図２）において、ゴム製のガスケット１３が容器のキャップ７に気密に接するまで、ガス流路１４を流入口２８ａから流れる浄化ガスで浄化しながら、針８及びスリーブ部材９をともに下方に移動させる。ガスケット１３とキャップ７とが封接着が確立される瞬間に、気圧センサ３１によって測定される圧力の急速な変化が起きる。この急速な変化が検出されたら、すぐに、バルブ２８が閉じられる。

第３のステップ（図３）において、針８をスリーブ部材９及び液体容器１に対して下方へ移動させ、そのために、キャップ７が穿孔され、針８の先端１２はヘッドスペース６に突っ込まれる。針８の先端１２は、完全に円形の断面を有しておらず、むしろ、針８の残部が有していない半径方向突出部（図１〜図４には図示せず）を有し、これは、キャップ７に穿孔された孔の周囲に、針８が穿孔された孔の中を通るにもかかわらず、容器１の内部を穿孔機構３のガス流路と、かくして、ガス回路４と連通させる流路を作るためである。このような半径方向突出部を有する先端形状の例を図５及び図６に示す。この第３のステップの間、ガス通路１４及びガス回路４の浄化ガス圧は、容器１の内部のガス圧よりも大きく、かくして、容器１に収容されたガスが漏れ出すのを防止する。

第４のステップにおいて、針８が図３に示す位置にあるとき、１滴又は複数滴の消泡剤２３が、ポンプ２５によって中空の針８を通してヘッドスペース６に注入される。各種の商業的に入手できる消泡剤を本発明に使用することができる。しかし、好ましい消泡剤は、シリコン油／水エマルション中のシリカ粉末の懸濁液を含む。１滴以上の消泡剤２３は、容器１内の気−液の界面に堆積して、容器を支持体２の上に置く前に容器１を意図的に又は意図せずに加振することによってすでに形成された泡、及び、以下説明する本工程の連続するステップで形成された泡を破壊し、これにより、泡がセンサ３１、３３，３４に到達せず、かくして、測定に影響を及ぼさない。このような消泡剤の使用により、泡吸収チャンバーの必要性がなくなることが予想される。

第５のステップは、ヘッドスペース６内の酸素の量を測定することを含む。この趣意で、泡が容器１内で消滅するのに十分長い所定時間後、バルブ３２を開いて、ヘッドスペース６のガス抜きを開始し、すなわち、ヘッドスペース６に入っていたガス混合物は、ガス通路１４及びガス回路４を通って、酸素センサ３３に向かって流れる。センサ３３によって測定された酸素の分圧は、天井値に達するまで上昇する。天井値に到達したと思われるとすぐに、バルブ３２を閉じる。酸素の分圧のこの測定天井値と、ヘッドスペース６の既知体積と、理想ガスの法則と、に基づいて、ヘッドスペース６内の初期酸素体積、すなわち、キャップ７が穿孔される前のヘッドスペース６内の酸素体積が決定される。第５ステップの間に、流量計３５により測定されたガスの流量と、センサ３３により測定された酸素の分圧との積の、時間積分を計算する。この積分計算を行う目的を、第７ステップの記載の中で説明する。さらに、第５のステップの間にバルブ３２から逃げる二酸化炭素の量をも、二酸化炭素センサ３４の測定値と、ガスの流量の値とを用いて計算する。

第６のステップでは、容器１内の二酸化炭素の初期量を計算する。この意味で、ガスの流れを止めたまま（バルブ３２を閉じたまま）にして振動装置２を駆動する。この振動装置２の駆動により、容器１内に泡を形成させるが、泡が形成されているので、泡は消泡剤２３によって破壊される。容器１内で、液相と気相との平衡状態に相応する圧力平衡と温度平衡とに達する。これらの平衡圧力及び温度は圧力センサ３１及び温度センサ１７によって夫々測定される。この第６のステップでは、図４に示すように、針８は、その先端１２、それゆえに温度センサ１７が液体５に突っ込まれるように位置している。当業者に知られている数式によって、また、測定した平衡圧力及び気温を用いて、平衡状態での液体５の中の酸素の質量及びヘッドスペース６の中の酸素の質量を決定する。既知の公式では、圧力センサ３１により本発明で測定された如き全圧力を必要とする。精度の向上のため、本発明は、既知の公式では、全平衡圧力を、全平衡圧力と、以下に記載する第７のステップで、バルブ３２の再開後に二酸化炭素センサ３４によって測定された如き二酸化炭素のパーセンテージとの積で置き換える。容器１内の二酸化炭素の初期の全質量は、平衡状態での液体５中の二酸化炭素の質量、平衡状態でのヘッドスペース６内の二酸化炭素の質量、及び、第５のステップの間に逃げた二酸化炭素の質量の合計に等しい。ヘッドスペース６内の二酸化炭素の初期質量は、ガス抜きが開始された（第５のステップでバルブ３２の開放）瞬間に、センサ３１、１７によって夫々測定された圧力及び温度と、測定された二酸化炭素のパーセンテージと、ヘッドスペースの容積とを用いて計算されるのがよい。液体５内の二酸化炭素の初期質量は、容器１内の二酸化炭素の全初期質量から、ヘッドスペース６内の二酸化炭素の初期質量を減算することで、導き出すのがよい。

本発明の利点は、容器１内の二酸化炭素の量を決定するため、液相と気相とを平衡にする作業が、容器１内の圧力が比較的に低い（第５ステップの間、実際には、ガスが容器１から流出するので圧力は低下する）瞬間より行われることである。かくして、その圧力と平衡圧力との差は大きい。この結果、より急速に平衡に到達し、従って、平衡圧力と温度のより正確な値が得られる。

第７のステップは、容器１内の酸素の初期質量の測定からなる。振動装置２がヘッドスペース６ばかりでなく液体５からもガス抜きするように作動している間、バルブ３２を再び開く。液体５内に溶解していたガスは液体から逃げ、ヘッドスペース６に入っていたガスと混合して、酸素センサ３３に向かって流れる。容器１内の酸素の初期の全体積は、流量計３５によって測定されたガス流量とセンサ３３によって測定された酸素の分圧との積の時間積分を計算することによって、及び、第５のステップでの積分計算を、得られた結果に加えることによって決定される。本発明で行なわれているように、ガス流量と酸素の分圧の積の時間積分を計算することで、容器１内の酸素の初期の全量の正確な値を得ることが可能となる。
第５及び第７のステップ中に二酸化炭素純度センサ３４により提供された値を使用して、容器１内の空気（酸素＋窒素）及び窒素の初期量を計算してもよい。

既に説明したように、本発明の利点は、酸素と二酸化炭素の測定が、センサ３３、３４に泡が達することにより乱されないことである。一般的に容器１のガス抜きを開始する前に、消泡剤２３をコンテナ１に注入することは十分ある。しかしながら、本発明は、ガス抜きの間も、間だけに消泡剤２３を添加することを排除しない。容器１から泡が出るのを避けるために満たされるべき１つの条件は、流量が高すぎないことである。実際、流量が高すぎる場合には、消泡剤２３は、泡が形成されているとき、泡を破壊するのに十分な時間を有しないだろう。

有利には、本発明では、予期しない泡の溢れを検出するため、安全装置が設けられている。この安全装置は、夫々図４に概略示されているように、例えば、バルブ２６の上流で導管２７に、及び穿孔機構３のガス通路１４に、夫々設置された第１及び第２の電気接点４５、４６を含む。これら電気接点４５、４６は、導電率計を含む電気回路（図示せず）に接続されている。導電率計は、第１の接点４５と第２の接点４６の間の導電率又は抵抗を測定する。泡の導電率は高いため、もし、泡が第１の接点４５に到達すると、接点４５，４６間の導電率は、素早く上昇する。このような上昇が検出されると、バルブ３２を閉じ、浄化注入口２８を開いて、泡を容器１の中へ押し戻し、ガスの流路を乾燥、且つ、清潔に保つ。

時々、流量計３５の較正が必要である。このような較正は、既知の圧力で基準容器３０に入れられた空気が逃げるように、バルブ２９、３２を開くことによって行われる。所定時間間隔内でセンサ３１によって測定された圧力の（容器３０内のガスの既知の初期の圧力に対する）低下の測定により流量を計算する。計算された流量を、流量計３５によって測定された流量と比較し、必要ならば、流量計３５に補正係数を適用する。

本発明は、例示としてのみ上で説明した。添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく、変更ができることは明らかである。特に、測定の順序を変えてもよい。例えば、酸素の量の測定、より正確には、ヘッドスペース６内の酸素の量及び密封容器１内の酸素の総量の測定を、二酸化炭素の量の測定後に一工程で行ってもよい。本発明の他の修正は、例えば、アルコールの量を検出するセンサ及び／又は、液体５に溶解した他の揮発性成分を検知するための赤外線分光センサのようなさらなるセンサを加えることからなってもよい。

Claims (21)

1. ガス混合物が溶解した液体（５）を収容している密封容器（１）内の測定対象のガスの量の測定方法であって、
   前記密封された容器を穿孔するステップと、
   前記穿孔された容器からガス混合物を放出するステップと、
   前記放出されたガス混合物の中の前記測定対象のガスの量を測定するステップと、
   前記測定に基づいて、前記密封容器内の前記測定対象のガスの初期量を決定するステップと、を含む測定方法において、
   ガス混合物の放出ステップの前、及び／又は、間に、前記穿孔された容器に消泡剤（２３）を注入するステップを更に含むことを特徴とするガス量の測定方法。
2. 前記注入ステップは、
   前記消泡剤を、前記密封容器（１）を穿孔するための前記穿孔部材（８）内に設けられた流路（２０）を通して、前記穿孔部材（８）の穿孔先端部（１２）の近傍に設けられた、前記穿孔部材（８）の開口（２２）まで通すステップからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 消泡剤（２３）は、シリコン油／水エマルションへのシリカ粉末の懸濁液からなることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 前記決定するステップは、放出されたガス混合物の測定された流量と、放出されたガス混合物中の測定対象のガスの測定された分圧との積を時間積分することを含むことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の方法。
5. 前記ガス混合物の放出ステップは、穿孔された容器のヘッドスペース（６）からガス混合物を放出することを含む第１のステップを含み、
   前記測定ステップは、前記ヘッドスペース（６）から放出されたガス混合物中の測定対象のガスの量を測定することを含み第１のステップを含み、
   前記決定ステップは、前記測定に基づいて、前記ヘッドスペース（６）内の前記測定対象のガスの初期量を決定することからなる第１のステップを含むことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の方法。
6. 前記ガス混合物放出ステップは、液体（５）に溶解したガス混合物を放出することからなる前記第１のステップに続く第２のステップを含み、
   前記測定ステップは、前記ガス混合物放出ステップの第１及び第２のステップ中に放出されたガス混合物中の前記測定対象のガスの量を測定することを含む第２のステップを含み、
   前記決定ステップは、前記測定に基づいて、前記密封容器（１）内の前記測定対象であるガスの初期総量を決定することを含む第２のステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記決定ステップの前記第２のステップは、前記放出されたガス混合物の測定された流量と、前記放出されたガス混合物中の測定対象のガスの測定された分圧との積を時間積分することを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記ガス混合物放出ステップの第２のステップの間に、前記液体（５）からガス混合物を放出するため、前記液体（５）は振動（２）を受けることを特徴とする請求項６又は７に記載の方法。
9. 前記ガス混合物放出ステップの第１及び第２のステップの間に、前記ガス混合物の放出は、決まった時間間隔の間中断され、前記方法は、さらに、前記時間間隔の間に、前記容器（１）内の液相と気相との平衡状態を得るステップ、及び、前記平衡温度と容器（１）内の前記平衡全圧力を測定することで、前記容器（１）内の他のガスの量を決定するステップを含むことを特徴とする請求項６から８のうち何れかに記載の方法。
10. 前記他のガスの量を決定するステップは、
    前記測定された平衡温度と、前記測定された平衡全圧力と、前記放出されたガス混合物中の前記他のガスの測定されたパーセンテージとを伴う計算を行うことを含むことを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記他のガスは二酸化炭素であることを特徴とする請求項９又は１０記載の方法。
12. 泡が前記穿孔された容器（１）に接続されたガス放出回路（４）の所定の箇所にいつ到達したかを検出するステップと、前記検出が起きるときに、ガス混合物の放出を停止させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の方法。
13. 前記測定対象のガスは酸素であることを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載の方法。
14. 前記液体（５）は炭酸飲料であることを特徴とする請求項１〜１３の何れかに記載の方法。
15. ガス混合物が溶解した液体を収容する密封容器内の測定対象のガスの量を測定する装置であって、
    前記密封容器を穿孔する手段と、
    前記穿孔された容器から前記ガス混合物を放出する手段（２，１４，１５，２６，２７，３２，３５，３６）と、
    前記放出されたガス混合物中の前記測定対象のガスの量を測定する手段（３３）と、
    前記測定に基づいて、前記密封容器内の前記測定対象のガスの初期量を決定する手段と、を含む上記装置において、
    前記穿孔された容器へ消泡剤（２３）を注入する手段（２５、２０）をさらに含むことを特徴とする装置。
16. 前記注入手段は、
    前記穿孔手段（８）に設けられた第１の開口（２１）と、
    前記第１の開口（２１）よりも前記穿孔手段（８）の穿孔先端部（１２）近くで
    前記穿孔手段（８）に設けられた第２の開口（２２）と、
    前記穿孔手段内の第１及び第２の開口（２１、２２）を連結する流路（２０）と、
    前記消泡剤（２３）を供給するための、前記第１の開口（２１）に接続されたポンプ（２５）と、
    を含むことを特徴とする請求項１５記載の装置。
17. 前記決定手段（１９）は、前記ガス混合物を放出する手段（２，１４，１５，２６，２７，３２，３５，３６）を制御する制御ユニットの形態をなしていることを特徴とする請求項１５又は１６記載の装置。
18. 前記制御ユニット（１９）は、請求項４〜１０のうち何れかに記載の方法を実施するように構成されていることを特徴とする請求項１７記載の装置。
19. 泡が、前記ガス混合物放出手段（１４，１５，２６，２７，３２，３５，３６）の所定の個所にいつ到達したかを検出する手段をさらに含み、
    前記制御ユニット（１９）は、前記検出が起きるとき、前記ガス混合物の放出を停止するように構成されていることを特徴とする請求項１７又は１８記載の方法。
20. 前記穿孔手段（８）は、前記密封容器（１）に穿孔された孔の周囲に少なくとも一のガス流路を形成し、前記穿孔手段（８）が穿孔された孔に挿通されているにもかわらず、前記ガス混合物が前記穿孔された容器から抜け出るのを可能とする少なくとも一つの半径方向突起（４０）を有する穿孔先端部（１２）を含むことを特徴とする請求項１５〜１９の何れかに記載の方法。
21. 温度センサ（１７）は穿孔先端部（１２）内に設けられていることを特徴とする請求項２０記載の装置。

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