JP2014505639A - 注入可能製品を容器に充填するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

注入可能な製品、特に１５μＳ未満の電気伝導度を有する注入可能製品を、容器（２）に充填するための充填システム（１）が開示される。このシステムは、使用時に注入可能製品で充填されるタンク（１０）と、容器（２）に注入可能製品を充填することを可能とする構成を選択的に取り得る、少なくとも１つの充填バルブ（１５）と、タンク（１０）と充填バルブ（１５）間に配置された、少なくとも１つのダクト（２０）と、を備える。このシステム（１）は、ダクト（２０）の間に配置された渦流量計（３０）を備える。

Description

本発明は、注入可能製品を容器に充填するためのシステムおよび方法に関する。

特に本発明は、注入可能食品を容器に充填するためのシステムおよび方法に関する。

より具体的には、本発明は、例えば逆浸透処理を施して溶解塩濃度を可能な限り下げた浸透処理水などの、電気伝導度が１５μＳ未満の注入可能食品を容器に充填するためのシステムおよび方法に関する。

瓶詰機械に組み込まれ、個別の充填ステーションを構成する充填システムがよく知られている。

正確には、充填ステーションに空の容器が供給され、その容器が注入可能製品で充填される。

充填ステーションは実質的に、回転軸を中心に回転するカルーセル型コンベヤと、注入可能製品を収容する、カルーセル上又はその外部に配置されたタンクと、タンクと流体連通し、かつカルーセル型コンベヤの回転軸から見て半径方向外側の位置にカルーセル型コンベヤによって支持された複数の充填バルブと、を備える。

より詳細には、それぞれのバルブは、注入可能製品がそれぞれの容器内に流入可能となるそれぞれの開放位置と、流入可能製品がそれぞれの容器内に流入することが妨げられるそれぞれの閉鎖位置との間を変位可能である。

カルーセル型コンベヤには容器のための複数の支持要素が備えられ、容器の充填口を各バルブの下に配置し、回転軸のまわりの円弧形通路に沿って容器を各バルブと統合して操作する。

タンクは複数のダクトによって充填バルブと流体連通する。各ダクトには磁気流量計が間に配置されて、それぞれの充填バルブが開位置にある場合に、容器に充填する流体の流速を計測する。

磁気流量計による流速の測定を利用して、それぞれの開位置と閉位置との間の充填バルブの運動を制御し、それによって容器に所望量の注入可能製品が充填されるようにする。

より詳細には、磁気流量計がダクトの軸に対して半径方向の磁場を生成し、速度、つまり注入可能製品の流速に比例する出力電圧を検知する。

より正確には、注入可能製品は、実質的には解離イオンが含まれることによってそれ自身の電気伝導度を持っている。従って、注入可能製品が電気伝導性流量計により生成される磁場を貫通して流れると電流を生じる。

この電流は電圧測定器で検知されるが、主として内部抵抗に起因する流量計の流速測定値の変化が避けられず、測定誤差を生じる。

最近、浸透処理水すなわち実質的に溶解塩を含まず、電気伝導度が非常に低い、例えば１５μＳ未満の浸透処理水を容器に充填する分野のニーズが高まってきている。

出願人は、注入可能製品の電気伝導度が非常に小さい値になると、流速測定の際に磁気流量計により導入される測定誤差が特に関係するようになり、時には流速の大きさと同程度になることに気が付いた。

従って、このような場合には流量計による流速の測定値の信頼性が低くなり、容器への充填の精度と再現性に問題を生じる結果となる。

浸透処理水などの特に電気伝導度の低い注入可能製品に関して、簡単、低コストで、変動成分の存在を極力低減した流速測定の必要性がある。

本発明の目的は、上記の必要性を簡単かつ低コストで満たすことができる、注入可能製品を容器へ充填する充填システムを提供することである。

上記の目的は、請求項１に記載の、注入可能製品、特には電気伝導度が１５μＳ未満の注入可能製品を容器へ充填するための充填システムに係わる本発明により達成される。

本発明はまた、請求項１０に記載の、注入可能製品、特には電気伝導度が１５μＳ未満の注入可能製品を容器へ充填するための方法にも関する。

本発明のより良い理解のために１つの好適な実施形態を、単なる非限定的な実施例として添付の図面を参照して以下に開示する。

本発明の教示による、注入可能製品を容器に充填するためのシステムを模式的に示す図である。 図１のシステムのいくつかの部品の拡大展開図である。 図２の別の詳細を示す拡大斜視図である。 図２の一部の詳細拡大図である。

添付の図面に特に関連して、符号１は、容器２に注入可能製品を充填し、図にはその詳細を示していない充填機械の中に組み込むことができるようになった、充填システムを指している。

より詳しくは、注入可能製品は電気伝導度が１５μＳ未満である。

より具体的には、注入可能製品は食品であり、浸透処理水、すなわち逆浸透処理を施した、溶解塩を実質的に含まない水であってよい。

システム１は実質的に、
−注入可能製品を所与の圧力、例えば０．６〜１．４バールの範囲にある圧力で充填したタンク１０と、
−個別の容器２０への注入可能製品の充填に適合した、複数の充填バルブ１５（図１にはその１つのみを示す）と、
−タンク１０の出口１１と対応する充填バルブ１５の入口１６との間に配置された、それぞれの軸Ａに沿って延びる複数のダクト２０（図１にはそのうちの１つを示す）と、を備える。

充填バルブ１５は、垂直軸を中心に回転し、充填機械の一部を構成するカルーセル（図示せず）から突き出ている。

それぞれの充填バルブ１５は、入口１６を画定するハウジング１７と、中空ハウジング１７の内部を垂直軸に平行に摺動するシャッタ要素１８とを備えている。

それぞれの充填バルブ１５のシャッタ要素１８は、注入可能製品が開口１４を通って各ダクト２０から各容器２へ流れることを妨げる閉位置（図１に示す）と、注入可能製品が各ダクト２０から各容器２へ流れることが可能な開位置とを取り得る。

それぞれの充填バルブ１５は更に、ばね１９を備え、これはここでは垂直軸を持つ螺旋ばねであって、シャッタ要素１８とハウジング１７の間に挿入されている。具体的には、それぞれのばね１９は各シャッタ要素１８上に巻き付けられ、各シャッタ要素１８を開位置の方向へ付勢する。

容器２はまた、充填工程の間、カルーセル型コンベヤに一体となって回転する。そうしてそれぞれの口３が各充填バルブ１５の下に配置されるようにする。

有利には、システム１はそれぞれのダクト２０に沿って配置された複数の渦流量計３０を備えている。

渦流量計３０は、各充填バルブ１５がそれぞれの開位置にある場合には、各ダクト２０を通って流れる注入可能製品の流速を検出するようになっている。そうして、充填されている個々の容器２に既に充填された注入可能製品の量に関するそれぞれの情報を提供するようになっている。

具体的には、渦流量計２０はカルマン渦の歳差運動を利用する。

以下の開示においては簡単のために、１つのダクト２０と１つの渦流量計３０と１つの充填バルブ１５とについて述べる。

渦流量計２０は（図２、４）、
−ダクト２０が貫通する入口３２と出口３３とを画定するチューブ状本体３１と、
−台形の軸方向断面を持ち、本体３１の中に挿入されていて、ダクト２０の軸Ａに直交する衝撃面３４を画定する障害物３６と、
−入口３２から出口３３に向かって障害物３６の下流に配置されたセンサ３５と、を備える。

障害物３６は軸Ａに対して対称的になっている。

具体的には、入口３２に供給された注入可能製品は、障害物３６の表面３４に衝突し、渦３９の渦列を生成する。渦の周波数はダクト２０内における注入可能製品の速度に比例する。

センサ３５が渦３９の周波数を検出し、この周波数に関連する、従ってダクト２０内の注入可能製品の速度と流量とに関連する電気的なパルス信号を生成する。

システム１は更に、タンク１０から充填バルブ１５に向かって（図１）、
−注入可能製品の流れを線形化し、渦流量計３０の入口３２の下流に配置された整流装置（フローリニアライザ）４０と、
−注入可能製品の流れを線形化し、渦流量計３０の出口３３の下流に配置された整流装置（フローリニアライザ）４１と、
−絞り５０と、
−注入可能製品に絞り５０を迂回させる第１の位置と、注入可能製品に絞り（５０）を強制的に通過させる第２の位置との間を変位可能なバルブ５５と、
−充填バルブ１５のすぐ上流に配置されたもう１つの絞り６０と、を備える。

装置４０は注入可能製品の流れを渦流量計３０の上流で可能な限り層流とするようになっている。これにより、渦流量計３０での測定においては、障害物３６との衝撃以外に発生し得る注入可能製品の乱流で妨げられることがない。

装置４１は注入可能製品の流れを渦流量計３０の下流で可能な限り層流とするようになっている。これにより、渦流量計３０の下流における注入可能製品の擾乱が渦流量計３０の動作を妨げることがない。

図１と図２を参照すると、装置４０、４１は渦流量計３０の上流と下流にそれぞれ配置されたダクト２０の各部分内に収容されている。

それぞれの装置４０、４１は更に、
−ダクト２０と軸を共有する本体４２と、
−本体４２から半径方向に突き出ていて、注入可能製品が貫通する複数の開口４４を画定し、かつダクト２０の内径と協働する外径を有する円盤４３と、を備えている。

装置４０、４１は渦流量計３０に関して対称的に取り付けられている。

具体的には、円盤４３は（図３）、軸Ａの半径方向の複数の壁４７と、円周でありかつ壁４７と交差するよう構成された複数の壁４８を持っている（図３）。

それぞれの開口４４は、軸Ａに平行に開口しており、２つの相隣る壁４８の各部分で半径方向に区画され、２つの相隣る壁４７の各部分で円周方向に区画されている。

円盤４３は各本体４２の軸方向の端部近くに配置されている。

より正確には、装置４０の円盤４３は、渦流量計３０の入口３２に最も近い、本体４２の軸方向端部に配置されている。

装置４１の円盤４３は、渦流量計３０の入口３３に最も近い、本体４２の軸方向端部に配置されている。

充填バルブ１５が開位置にある状態に関しては、バルブ５５は第１の位置にあるときに高速充填を可能とし、第２の位置にあるときに低速充填を可能とする。

実際問題として、バルブ５５が第２の位置にある場合には、注入可能製品は絞り５０を通って流れ、これにより流速が低減される。

絞り６０は、バルブ５５が第１の位置にある場合に、充填バルブ１５へ供給される最大流速を低減し、渦流量計３０の下流の圧力を上昇させて、ダクト２０内での注入可能製品のキャビテーションを防止するようになっている。

絞り５０、６０は、ダクト２０と同じ軸を持つ中空円筒で構成されている。

好ましくは絞り６０の直径は絞り５０の直径よりも大きい。

図示した例では、ダクト２０と渦流量計３０は、出口３３での圧力が、入口３２と出口３３の間の注入可能製品の水頭の少なくとも５倍となるような寸法となっている。

より正確には、ダクト２０と渦流量計３０は、入口３２での圧力が、入口３２と出口３３の間の注入可能製品の水頭の少なくとも５．５倍となるような寸法となっている。

システム１は更に、渦流量計３０で検出された注入可能製品の流速の測定値の入力を受けて、バルブ５５と充填バルブ１５を制御するように適合された、制御ユニット５１を備えている。

充填機械はカルーセル型コンベヤと複数のシステム１とを備えている。

第１の実施形態において、充填機械は各システム１の全ダクト２０に接続され、カルーセルの外部に配置されている単一のタンク１０を備えている。

第２の実施形態では、タンク１０は、各システム１の全ダクト２０に接続され、かつカルーセル型コンベヤの内部に配置されている。

システム１の動作を、１つのダクト２０、１つの渦流量計３０、１つのバルブ５５、及び１つの充填バルブ１５に関して開示する。

容器２を充填しようとする場合、制御ユニット５１が充填バルブ１５を開位置に配置する。

制御ユニット５１は更に、高速充填の場合にはバルブ５５を第１の位置に配置し、低速充填の場合には第２の位置に配置する。

実際に高速充填の場合には、バルブ５５は注入可能製品を絞り５０を迂回する経路に沿って移動させる。

これとは違って低速充填の場合には、バルブ５５は容器２の充填速度の低減を判断しながら、注入可能製品が絞り５０を通過するようにさせる。

注入可能製品は、ダクト２０中をタンク１０から充填バルブ１５に向かって、
−装置４０、
−渦流量計３０、
−装置４１、
−バルブ５５、
−絞り６０、の順番に通過する。

より正確には、注入可能製品の流れは、装置４０の開口４４の存在によって、可能な限り層流となるようにされる。

これにより、障害物３６との相互作用で生じるもの以外に発生し得る注入可能製品の乱流が、渦流量計３０の測定を阻害することはない。

従って、注入可能製品は入口３２を通って流れ、障害物３６に衝突して渦３９を発生させる（図４）。

センサ３５が渦３９の周波数を検出し、この渦３９の周波数に比例する注入可能製品の流速信号を発生させる。

この流速信号が制御ユニット５１に入力され、それを利用して充填バルブ１５とバルブ５５が制御される。

より正確には、制御ユニット５１が充填バルブ１５とバルブ５５を制御して、容器２に注入可能製品を所定量、かつ所定充填速度で充填させる。

障害物３６とセンサ３５とに相互作用した後、注入可能製品は出口３３を通って装置４１に到達する。

開口４４により、装置４１は渦流量計３０の下流での注入可能製品の流れを可能な限り層流となるようにする。

従って、渦流量計３０の下流で生じうる乱流が、渦流量計３０による流速測定を邪魔することはない。

次に、注入可能製品は、バルブ５５が第２の位置に配置されているか、第１の位置に配置されているかによって、絞り５０を貫通して流れるか、あるいは絞り５０を貫通しないで流れる。

バルブ５５の下流では、注入可能製品が絞り６０を貫通して流れ、この絞りが高速充填条件においてバルブ５５を通過する最大流速を低減する効果を果たし、渦流量計３０の下流での圧力を最小値に維持する。そうして渦流量計３０内でのキャビテーション現象の発生を防止する。

その後、注入可能製品は入口１６と開口１４を通って、容器２を充填する。

充填工程の最後に、充填バルブ１５はバネ１９によって閉位置に戻される。

本発明によるシステム１及び方法の特徴の解析から、得られる利点は明らかである。

具体的には渦流量計３０があることにより、システム１は容器２に充填する段階でダクト２０内の注入可能製品の流速を注入可能製品の電気伝導度とは無関係に計測可能とする。

実際に、渦流量計３０の測定精度は、本明細書の発明の背景において開示した磁気流量計における場合とは違って、注入可能製品の電気伝導度の影響を受けない。

その結果、システム１は、例えば浸透処理水などのような電気伝導度が１５μＳ未満の注入可能製品の場合においても、高精度で容器２に注入することが可能である。

更に、渦流量計３０が可動部分を必要としない事実から、システム１は、実装が特に低コストとなりメンテナンスも簡単となる。

装置４０、４１が存在することにより、渦流量計３０の上流と下流の両方において注入可能製品にありうる流れの擾乱が、渦流量計３０での流速の計測精度を阻害するということを回避可能である。

その結果、装置４０、４１が渦流量計３０での流速計測の再現性をかなり向上させる。

具体的には、軸Ａに対して対称的になった開口４４の構成により、渦流量計３０に入力される注入可能製品の流れが軸Ａに対して対称的になることを可能とする。

これにより、ダクト２０内の非対称性により生じうる歪みが渦流量計３０の測定を阻害する、ということがない。

絞り６０が高速充填条件においてバルブ５５を通過する最大流速を低減し、渦流量計３０の下流における圧力を最小値に維持して、渦流量計３０の内部でのキャビテーションの発生を回避する。

最終的に、システム１は充填バルブ１５を備え、これは専ら容器２に充填するために利用され、充填速度の選択にはバルブ５５が利用される。

その結果、容器２への充填は、充填速度には無関係に、非常に高い再現性を持つようになる。

最後に、本明細書において開示及び図示されたシステム１並びに充填方法に対して、本特許請求の範囲の保護範囲を逸脱しない変更及び変形が可能であることは明らかである。

Claims (13)

1. 注入可能な製品、特に電気伝導度が１５μＳ未満の注入可能な製品を、容器（２）に充填するための充填システム（１）であって、
   使用時に注入可能製品で充填されたタンク（１０）と、
   前記容器（２）に前記注入可能製品を充填可能とする構成を選択的に取ることができる、少なくとも１つの充填バルブ（１５）と、
   前記タンク（１０）と前記充填バルブ（１５）との間に配置された、少なくとも１つのダクト（２０）と、
   を備え、
   前記ダクト（２０）に配置された渦流量計（３０）を備えることを特徴とする充填システム。
2. 前記ダクト（２０）内で、前記タンク（１０）から前記充填バルブ（１５）へ向かって前記渦流量計（４０）の上流に配置された、第１の整流装置（４０）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ダクト（２０）内で、前記タンク（１０）から前記充填バルブ（１５）へ向かって前記渦流量計（３０）の下流に配置された、第２の整流装置（４１）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記第１及び第２の整流装置（４０、４１）のうちの少なくとも１つは、前記ダクト（２０）の軸（Ａ）に関して対称的な複数の開口（４４）を備えることを特徴とする、請求項２または３に記載のシステム。
5. 前記渦流量計（３０）と前記充填バルブ（１５）との間に配置された第１の絞り（６０）を備えることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記渦流量計（３０）と前記第１の絞り（６０）との間に配置された第２の絞り（５０）と、
   前記注入可能製品が前記第２の絞り（５０）を迂回して高速充填を行うことが可能な第１の位置と、前記注入可能製品を強制的に前記第２の絞り（５０）を通過させて低速充填を行うための第２の位置との間を変位可能なバイパスバルブ（５５）と、
   を備えることを特徴とする、請求項５に記載のシステム。
7. 前記第１と第２の絞り（６０、５０）は円筒形であり、かつ前記第１の絞り（６０）の直径は前記第２の絞り（５０）の直径よりも大きいことを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
8. 前記渦流量計（３０）は入口（３２）と出口（３３）とを備え、
   前記ダクト（２０）と前記渦流量計（３０）は、前記出口（３３）における圧力が、前記入口（３２）と出口（３３）の間の水頭の少なくとも５倍であるような寸法となっていることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載のシステム。
9. 注入可能な製品、特に電気伝導度が１５μＳ未満の注入可能な製品を、前記容器（２）に充填するための充填機械であって、
   先行する請求項のいずれか１項に記載の複数の充填システム（１）と、
   １つの軸を中心に回転し、複数の前記充填バルブ（１５）を備えたカルーセル型コンベヤと、
   を備え、
   単一の前記タンク（１０）が前記カルーセル型コンベヤの外側又は内側に配置され、かつそれぞれの前記システム（１）の前記ダクト（２０）と流体連通することを特徴とする、充填機械。
10. 注入可能な製品、特に電気伝導度が１５μＳ未満の注入可能な製品を、容器（２）に充填する方法であって、
    前記容器（２）に前記注入可能製品を充填可能とする位置を選択的に取ることができる充填バルブ（１５）によって前記注入可能製品を前記容器（２）に充填するステップと、
    タンク（１０）内に収納された前記注入可能製品をダクト（２０）により前記充填バルブ（１５）へ向けて供給するステップと、
    を備え、
    前記充填するステップは、前記ダクト（２０）の中間に配置された渦流量計（３０）によって前記注入可能製品の流速を測定するステップを含むことを特徴とする、充填方法。
11. 前記渦流量計（３０）の上流において前記注入可能製品を層流とするステップを備えることを特徴とする、請求項１０に記載の充填方法。
12. 前記渦流量計（３０）の下流において前記注入可能製品を層流とするステップを備えることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の充填方法。
13. 前記充填するステップが、
    前記注入製品を絞り（５０）の中を搬送して、前記容器（２）を低速度で充填するステップ、
    または、
    前記注入製品を前記絞り（５０）の迂回路に沿って搬送して、前記容器（２）を高速度で充填するステップ、
    を備えることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の充填方法。

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