JP2016101980A - 液体窒素充填装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】食品の充填後密封前の容器のヘッドスペースに液体窒素を充填するために、液体窒素充填装置を充填システム内に設置することを可能とし、かつ液体窒素充填装置を簡素化して低コストになる構造で確実に充填できることを実現する。【解決手段】食品の充填した缶容器で密封する前の缶容器のヘッドスペースに液体窒素を充填する装置であって、液体窒素を供給する液体窒素供給源と、不純物除去のためのフィルターと、液体窒素の供給量調整と緩衝的役割をなしている液体窒素導入側と気化窒素ガス排気側にそれぞれ連動した液面センサー、及び液体窒素貯留タンクと、当該液体窒素貯留タンクの下部に取り付けた液体窒素の微量調整できる、上下方向のテーパー付シリンダーと、上方から挿入されるプラグとからなる精密流量制御部と、交換可能な円盤状ノズル式注入部とを備えて、液体窒素を注入缶容器への注入量を微調整制御できる液体窒素充填装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、液体窒素充填装置に関し、特に容器詰め食品缶の充填システムにおいて充填後密封前の容器のヘッドスペースに液体窒素を封入する好適な液体窒素充填装置に関する。

容器詰め食品の無菌充填システムにおいて、密封直前の容器に液体窒素を封入する陽圧充填法を行う場合、液体窒素貯留タンクと液体窒素充填ノズルを備える液体窒素充填装置のうち少なくとも液体窒素充填ノズルによって、内容物に液体窒素を注入する装置がある。

この場合、通常の液体窒素充填システムにおいては、容器内部の無菌状態を維持するために、一定量の液体窒素を容器内部に無菌水等で定期的に洗浄充填するので、たとえば液体窒素充填装置を設置すると、液体窒素充填装置自体がこのような薬剤等に対する洗浄を備えていなければならない。しかし、現状においては、液体窒素充填装置に極低温部分での氷付き対策（たとえば氷付きを防止するために完全に乾燥させる処置）を施すことは極めて難しい。

軽量化、薄肉化した缶容器内に内容液を充填後液体窒素等の液化ガスを添加することで缶容器内を陽圧化し、缶容器を補強する方法は古くから用いられている。すなわち、缶容器内に充填した内容液の液面と容器天板との間の隙間（ヘッドスペース）内で上記液化ガスを気化させることで缶容器の内圧を高め、これにより缶容器の強度を補強することが可能である。

しかし、缶詰等の品質を一定に保つためには、ヘッドスペース内での液化ガスの圧力にバラツキが生じないように液化ガスを一定量ずつ缶容器内に充填する必要がある。しかも、生産性を高めるため缶容器を高速で走行させながら内容液及び液化ガスを缶容器内に正確に充填する必要がある。

従来、これを解決するため、一定流量の液化ガスが各々連続流下する複数個の吐出孔を一列又は複数列で並べ、それら吐出孔の下で、内容液が充填された缶容器を走行させ、各缶容器のヘッドスペース内に液化ガスを所定量ずつ添加するようにしている。一列又は複数列で並んだ複数個の吐出孔から細流として流下させることにより、１個の吐出孔から同量の液化ガスを流下させる場合と比較して液面への衝撃を小さくする。１個の吐出孔から流下させる場合は液面に当たったときの衝撃が大きく液化ガスが缶容器外へ飛散してしまうことがある。

液化ガスは気化すると体積が約８００倍にもなるので、飛散すると缶容器の内圧のバラツキはそれだけ大きくなる。従って、液化ガス添加時に容器の搬送に伴い容器内の液面が大きく振動する場合や、複数本の細流が維持されず１本になってしまう場合を除けば、液化ガスが液面に当たったときの衝撃は和らげられて、飛散がすくなくなり、結果として缶詰ごとの内圧のバラツキが小さくなり、過分なガス封入による缶容器の膨出変形や過少なガス封入による缶容器の凹みの発生が防止可能となる方法が提案されている（特許文献１参照）。

容器のヘッドスペースに対向するように配置されるシリンダと、このシリンダ内にスライド可能に挿入されるプラグとを持って、上記シリンダの内周面には、液化ガスを通す複数本の溝がシリンダ軸に平行に形成されている。上記シリンダの溝が、深さが略一定で、幅が上記シリンダの入口側から出口側に向かって徐々に狭まるように形成される。上記プラグ先端が上記シリンダの入口側から出口側へと移動するに連れて、シリンダ出口側からの液化ガス吐出量が漸減可能とされ、シリンダ出口の各溝から流出する液化ガスがシリンダ軸に略平行な細流となって上記ヘッドスペース内に吐出可能とされた液化ガス添加用ノズルが提供されている（特許文献２参照）。

容器内に所定量の無菌化された液化ガスを吐出する液化ガス吐出用ノズルと、該吐出用ノズルを下方部分に連結した液化ガス貯留タンクと、該貯留タンクの上部に取り付けられた液化ガス供給管路及び気化ガス排出管路とを備えた液化ガス充填装置に対して、元タンクから供給された液化ガスを、該液化ガス供給管路に配備した除菌フィルターを通して無菌化し、前記貯留タンク内へ供給する方法において、焼結金属製除菌フィルターを通過させることによって濾過除菌する液化ガス充填装置への無菌液化ガス供給方法が提案されている（特許文献３参照）。

容器詰め食品の充填システムにおいて食品の充填後密封前の容器のヘッドスペースに無菌液体窒素を注入・充填する装置であって、液体窒素貯留タンクと、該液体窒素貯留タンクから充填ノズルに至る液体窒素流路と、無菌環境内部の殺菌洗浄のために散布される薬剤や洗浄水を遮蔽する材質からなる外壁を有する充填ノズルと、該液体窒素貯留タンクに液体窒素を供給する液体窒素供給源と、該液体窒素貯留タンクから該充填ノズルに至る液体窒素流路および充填ノズルのいずれかに配置されたノズル除菌フィルターとを備えている液体窒素充填装置が提案されている（特許文献４参照）。

しかし、液体窒素を容器詰めに十分なものは存在していなく、液体窒素の注入量とその速度に問題があり、食品の充填システムに問題ないものはない。

特開２０００−１８５７１０号公報 特開２０１２−１０１８３９号公報 特開２００９−１２０２５２号公報 特開２００７−１５７２４号公報 特開２００６−１８５７１０号公報

本発明は、上記従来の缶容器への液体窒素充填装置の問題点に鑑みなされたものであって、容器詰め食品の充填システムにおいて食品の充填後密封前の容器のヘッドスペースに液体窒素を充填するために、液体窒素を液体窒素充填装置での調節バルブと充填ノズルの穴径で調節して、簡単で低コスト構造で確実に適量の注入量を実現することを可能とする液体窒素充填装置を提供しようとするものである。

液体窒素添加用ノズルは、多量の液体窒素を吐出するべくノズルの開口面積を大きく設定する場合は、各穴から流出する液体窒素の細流は略平行にヘッドスペース内の液面に到達するのであるが、液体窒素の吐出量を減らすとノズルの開口面積と穴径を小さく設定するに連れて、各穴から流出する液体窒素の細流はヘッドスペース内の液面近くで合流して集束する。液体窒素が液面に激しく衝突し、ヘッドスペースの外へと弾き出されるので内圧のバラツキが大きくなる。これでは溝を複数本にした事による液面衝撃緩和機能が無くなるようにノズル部分に最適化することである。

食品の充填した缶容器で密封する前の缶容器のヘッドスペースに液体窒素を充填する装置において、注入缶容器に充填される該液体窒素の充填量を、液体窒素貯留タンク内の圧力と、フルター後の精密バルブの調整と、注入部の円盤の穴径とによって注入量をコントロールするようにして、しかも液体窒素を注入缶容器に微調整できるようにして注入できるようにすることが求められている。
したがって、上記問題点を解消することができる液体窒素の充填を注入缶容器に精度よく簡単に操作できるようにすることを提供することを目的とする。

食品の充填した缶容器で密封する前の缶容器のヘッドスペースに液体窒素を充填する装置であって、液体窒素を供給する液体窒素供給源と、液体窒素供給源から容器の不純物除去のためのフィルターと液体窒素の供給量調整と緩衝的役割をなしている液体窒素導入側と気化窒素ガス排気側にそれぞれ連動した液面センサー、及び圧力センサーと連動した各々精密バルブを取り付けた液体窒素貯留タンクと、当該液体窒素貯留タンクの下部に取り付けた液体窒素の微量調整できる、上下方向のテーパー付シリンダーと、該シリンダーに上方から挿入されるプラグとからなる精密流量制御部を配置して、交換可能な円盤状ノズル式注入部とを備えて、注入缶容器に充填される該液体窒素の充填量を、液体窒素貯留タンク内の圧力の調整と、精密流量制御部と注入部の円盤の穴径とによって液体窒素を注入缶容器への注入量を微調整制御できるようにしている液体窒素充填装置である。

該液体窒素供給源から該液体窒素貯留タンク内の液体窒素供給は、当該タンク内の液面センサーの作動によって液体窒素導入側の自動調節バルブの稼働により導入され、また液体窒素の留出量をタンク内圧力と出口調節バルブのコントロールで調整されて、該液体窒素貯留タンク内は、排気窒素ガス量を調整バルブによって調節して、５０〜１５０Ｋｐａｓのタンク圧力にコントロールできる圧力センサーとの連動による精密調整バルブでの調節手段を設けている。

円盤状ノズル式注入部に導入される液体窒素は、精密流量制御において軸線で上下方向のテーパー付シリンダーと、該シリンダーに上方から挿入されるプラグとからなり、該プラグの外周面と摺接するテーパー付シリンダーの内周面に、該シリンダーの上端部から下端部にわたって、液化ガスを通し、該シリンダーに対して相対的に上下動可能なプラグがその最上部端位置に達すると、該シリンダーがプラグによって塞がれるように構成されている精密流量制御部を配置している。

ノズル盤付注入部における穴を持つ円盤は、厚さ３〜５ｍｍ、直径３０〜５０ｍｍであって、円面に平均的に０．５〜３ｍｍの穴を１〜５個で、流量で０．０１〜１ｍｌの範囲の２〜５種類の交換可能な円盤になっている。また該焼結フィルターは、該液体窒素流路に微量調整バルブの前に取り付けており、不純物除去用として２０μ以下透過径の金属焼結盤フィルターを設けている。

適用される容器詰め食品に使用される容器としては特に限定はなく、プラスチック容器、金属缶、紙カップ等いずれの容器にも適用することができる。金属缶等の製造に用いられる缶の軽量化の目的で飲料の充填密封後のボトルの内圧を窒素ガスにより陽圧にする場合に好適に適用することができる。

本発明によれば、液体窒素充填装置もコンパクトになって、さらに装置システム全体で小型にすることが可能になった。液体窒素充填装置の中で液体窒素貯留タンク、液体窒素流路と液体窒素供給源は短い配管・配置によって内部の洗浄が容易になった。配置される充填ノズルは、交換できるために流量調節が容易にできて、操作が簡素に微量調整を可能にできるようになった。また液体窒素充填装置の充填ノズルの簡素化によって、充填部を簡単で低コスト構造で確実に実現することができた。

また、液体窒素貯留タンクから充填ノズルに至る液体窒素流路と充填ノズルを一体化して配置されたことと、注入缶容器に充填される該液体窒素の充填量を、液体窒素貯留タンク内の圧力と、フルター後の精密バルブの調整と、注入部の円盤の穴径とによって注入量をコントロールすることによって、しかも液体窒素を缶容器に連続的で的確に短時間に注入できるようになった。

本発明に係る液体窒素充填装置の全体図である。 液体窒素充填装置における液体窒素貯留タンクの状態図である。 液体窒素充填装置における充填ノズルから容器詰への充填を示す模式図である。 液体窒素充填装置における充填ノズルから容器詰への調整的充填を示す模式図である。 液体窒素充填装置における充填ノズルから容器詰への充填で停止状態を示す模式図である。

以下添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本発明が適用される容器詰め食品の充填システムは、プラスチックボトル等容器の内外面、缶容器に食品を充填する食品充填装置と、食品が充填された容器をキャップで密封する密封装置を備えている。図１は、液体窒素充填装置の全体図で、図２は、液体窒素充填装置における液体窒素貯留タンクの状態図で、図３は、液体窒素充填装置における充填ノズルから容器詰への充填を示す模式図である。

食品の充填したボトル容器（缶＆ペットボトル）で密封する前のボトル容器のヘッドスペースに液体窒素を充填テストをした。
この液体窒素充填システム構成は液体窒素供給源（定置タンクｏｒ簡易ボンベ）と緩衝的役割の液体窒素液内の不純物と真空配管内の不純物除去の為のフィルターと液体窒素を真空タンクへ供給する超低温電磁弁と真空タンク内に装備されている気液分離槽により構成し、その後真空タンク内の液体窒素液面高さを一定に保持する為にファイバ反射型の液面コントロールをした。

また、真空タンク内を一定圧力に保持する為にタンク内圧力を測定する低圧力センサーを取り付け低圧力センサーの定格圧力は１００Ｋｐａを使用し真空タンク内の圧力を測定（例えば５０Ｋｐａ）して電気制御により精密電子バルブをコントロールして真空タンク内の低圧力を一定に保持する事ができた。

真空タンクに溜められた液体窒素は底面から突き出た液体窒素流出経路を通過して先端にセットされている液体窒素の流下量を調整するテーパーシリンダーと真空タンク上面外部に取り付けた流量調整機構から繋がったシャフト先端に取りついたスプールにより液体窒素の流下量が微調整テストをする。

テーパーシリンダー最先端に取りつけてある１０個のφ０．５ｍｍの穴が開け、この穴により液体窒素は分散されてボトル内の食材に滴下させる。液体窒素の滴下方法が１条で流下された場合には、液体窒素が食材に振れた瞬間に爆発的に窒素ガス化しまして中の食材を外部に飛び出す事を防ぐため、分散して液体窒素を流下させると穏やかに窒素ガス化するのでヘッドスペースにある酸素を均一的にボトル口から外部に押し出していく。この事により次の利点が得られた。結果ヘッドスペース内の残酸素量が低減化されまたボトル内の内圧バラツキが小さくなる。

１ 液体窒素充填装置
２ フィルター
３ 液体窒素導入側 精密バルブ
４ 液面センサー
５ 圧力センサー
６ 気化窒素ガス排気側 精密バルブ
７ 液体窒素貯留タンク
８ 精密流量制御部
９ テーパー付シリンダー
１０ プラグ
１１ 円盤状ノズル式注入部
１２ 缶
１３ 真空部
１４ 液体窒素
１５ 液体窒素流下部
１６ 電動シリンダー
１７ ストッパー
１８ 弁

Claims (5)

1. 食品の充填した缶容器で密封する前の缶容器のヘッドスペースに液体窒素を充填する装置であって、液体窒素を供給する液体窒素供給源と、液体窒素供給源から容器の不純物除去のためのフルターと、液体窒素の供給量調整と緩衝的役割をなしている液体窒素導入側と気化窒素ガス排気側にそれぞれ連動した液面センサー、及び圧力センサーと連動した各々精密バルブを取り付けた液体窒素貯留タンクと、当該液体窒素貯留タンクの下部に取り付けた液体窒素の微量調整できる、上下方向のテーパー付シリンダーと、該シリンダーに上方から挿入されるプラグとからなる精密流量制御部と、交換可能な円盤状ノズル式注入部とを備えて、注入缶容器に充填される該液体窒素の充填量を、液体窒素貯留タンク内の圧力の調整と、精密流量制御部と注入部の円盤の穴径とによって液体窒素を注入缶容器への注入量を微調整制御できるようにしていることを特徴とする液体窒素充填装置。
2. 該液体窒素供給源から該液体窒素貯留タンク内の液体窒素供給は、当該タンク内の液面センサーの作動によって液体窒素導入側の自動調節バルブの駆働により導入され、また液体窒素の留出量をタンク内圧力と出口調節バルブのコントロールで調整されて、該液体窒素貯留タンク内は、排気窒素ガス量を調整バルブによって調節して、５０〜１５０Ｋｐａｓのタンク圧力にコントロールできる圧力センサーとの連動による精密調整バルブでの調節手段を設けていることを特徴とする請求項１記載の液体窒素充填装置。
3. 円盤状ノズル式注入部に導入される液体窒素は、精密流量制御において軸線で上下方向のテーパー付シリンダーと、該シリンダーに上方から挿入されるプラグとからなり、該プラグの外周面と摺接する角度５〜３０°の角度を設けたテーパー付シリンダーの内周面に、該シリンダーの上端部から下端部にわたって、液化ガスを通し、該シリンダーに対して相対的に上下動可能なプラグがその最上部端位置に達すると、該シリンダーがプラグによって塞がれるように構成されている精密流量制御部を配置していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体窒素充填装置。
4. ノズル盤付注入部における穴を持つ円盤は、厚さ３〜５ｍｍ、直径３０〜５０ｍｍであって、円面に平均的に０．５〜３ｍｍの穴を１〜５個で、流量で０．０１〜１ｍｌの範囲の２〜５種類の交換可能な円盤になっていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の液体窒素充填装置。
5. 該焼結フィルターは、該液体窒素流路に微量調整バルブの前に取り付けており、不純物除去用金属焼結盤フィルターを設けていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の液体窒素充填装置。

Images