JP2019118904A - バッチ式混合装置およびバッチ式混合方法 - Google Patents

バッチ式混合装置およびバッチ式混合方法 Download PDF

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Abstract

【課題】原料液の適正な混合比を得るのが容易であるとともに、占有するスペースを抑えることのできるバッチ式混合装置を提供すること。【解決手段】本発明のバッチ式混合装置1は、主原料液MLと副原料液SLがバッチ式に混合される第一混合タンク3と、主原料液MLと副原料液SLがバッチ式に混合される第二混合タンク5と、第一混合タンク3又は第二混合タンク5に投入される主原料液MLの積算流量を測定する第一積算流量計18,19と、第一混合タンク3又は第二混合タンク5に投入される副原料液SLの積算流量を測定する第二積算流量計38,39と、を備える。本発明のバッチ式混合装置1は、第一混合タンク3による主原料液MLと副原料液SLを混合する混合処理Aと、第二混合タンク5による主原料液MLと副原料液SLを混合する混合処理Bが交互に繰り返される。【選択図】図1

Description

本発明は、二種類以上の液状の原料をバッチ式で混合する装置に関する。
例えば製品液としての飲料を容器に充填する飲料製品の製造システムにおいて、飲料の原料である濃縮シロップと希釈水とを混合装置により混合液を得ることが行われている。炭酸飲料を製造するには混合液に炭酸ガスが吹き込まれる。混合は調合と称されることもあるが、本願においては混合の語を用いる。
混合装置は、混合の方式によりバッチ式の混合装置と連続式の混合装置に区別される。バッチ式混合装置は、例えば特許文献1に従来技術として開示されるように、混合すべき複数種類の原料液を混合用のタンクに投入し、このタンクにおいて混合を完了し、下流の例えば充填工程に向けて混合液を払い出す。連続式の混合装置は、例えば特許文献1に係る発明として開示されるように、混合すべき複数種類の原料液が流れる経路に設けられた混合器を原料液が通過する過程で混合し、下流に向けて混合液を払い出す。
特許第5809803号公報
特許文献1によれば、連続式の混合装置は、混合用のタンクの数を少なくできるので、設置面積を小さくできるのに加えて、洗浄コスト、エネルギーコストの低減化が可能である、というバッチ式に対する利点がある。
ところが、連続式の混合装置は混合器を含む配管により主要部が構成されており、混合液は配管を下流に向けて流れ続けるので、そもそも混合比を適正な値に制御することが難しい。加えて、複数種類の混合比にずれが生じてしまうと、ずれが生じた混合液はそのまま下流に払い出されるので、適正な混合比に戻すことができないし、払い出された混合液は廃棄の対象となる。また、混合比のずれをなくすには不足する方の原料液を多く供給すればよいが、液が流れ続けているので適正な混合比にすることは極めて困難である。
以上より、本発明は、原料液の適正な混合比を得るのが容易であるとともに、占有するスペースを抑えることのできるバッチ式混合装置を提供することを目的とする。
本発明のバッチ式混合装置は、第一原料を貯留する第一貯留タンクと、第二原料を貯留する第二貯留タンクと、第一貯留タンクから供給される第一原料と第二貯留タンクから供給される第二原料がバッチ式に混合される第一混合タンクと、第一貯留タンクから供給される第一原料と第二貯留タンクから供給される第二原料がバッチ式に混合される第二混合タンクと、第一貯留タンクに対して、第一混合タンクと第二混合タンクを並列に接続する第一供給経路と、第二貯留タンクに対して、第一混合タンクと第二混合タンクを並列に接続する第二供給経路と、第一供給経路を介して第一混合タンク又は第二混合タンクに投入される第一原料の積算流量を測定する第一積算流量計と、第二供給経路を介して第一混合タンク又は第二混合タンクに投入される第二原料の積算流量を測定する第二積算流量計と、を備える。
本発明のバッチ式混合装置は、第一混合タンクによる第一原料と第二原料を混合する混合処理Aと、第二混合タンクによる第一原料と第二原料を混合する混合処理Bが交互に繰り返される。
本発明のバッチ式混合装置は、第一混合タンクで混合された第一混合液L1を、下流に向けて払い出す第一払出経路と、第二混合タンクで混合された第二混合液L2を、下流に向けて払い出す第二払出経路と、を備えることができる。
この混合装置は、混合処理Aが行われている間には、第二混合タンクで混合された第二混合液L2が第二払出経路から下流に向けて払い出される。また、混合装置は、混合処理Bが行われている間には、第一混合タンクで混合された第一混合液L1が第一払出経路から下流に向けて払い出される。
本発明の第一払出経路は、第一混合液L1を下流に向けて払い出すことなく、第一混合タンクに戻す第一循環路を備え、本発明の第二払出経路は、第二混合液L2を下流に向けて払い出すことなく、第二混合タンクに戻す第二循環路を備える、ことが好ましい。
本発明の好ましいバッチ式混合装置は、所定量の第一原料と所定量の第二原料が第一混合タンクに投入された後又は投入される前に、第一混合液L1が第一循環路を循環され、所定量の第一原料と所定量の第二原料が第二混合タンクに投入された後又は投入される前に、第二混合液L2が第二循環路を循環される。
本発明のバッチ式混合装置において、第一循環路は、第一スタティックミキサを備え、第二循環路は、第二スタティックミキサを備える、ことが好ましい。
本発明のバッチ式混合装置は、第一循環路に設けられる、第一混合液L1に含まれる要素の濃度を測定する第一濃度計と、第二循環路に設けられる、第二混合液L2に含まれる要素の濃度を測定する第二濃度計と、を備えることができる。
このバッチ式混合装置は、第一濃度計で測定された第一濃度が予め定められた基準値から外れると、第一貯留タンクから第一原料を第一混合タンクに追加して投入するか、第二貯留タンクから第二原料を第一混合タンクに追加して投入する第一濃度調整が行われる。
また、このバッチ式混合装置は、第二濃度計で測定された第二濃度が予め定められた基準値から外れると、第一貯留タンクから第一原料を第二混合タンクに追加して投入するか、第二貯留タンクから第二原料を第二混合タンクに追加して投入する第二濃度調整が行われる。
本発明のバッチ式混合装置において、第一濃度調整は、第一原料の投入の最中又は投入を終えてから、若しくは、第二原料の投入の最中又は投入を終えてから、第一混合液L1が第一循環路を循環しながら行うことができる。また、第二濃度調整は、第一原料の投入の最中又は投入を終えてから、若しくは、第二原料の投入の最中又は投入を終えてから、第二混合液L2が第二循環路を循環しながら行うことができる。
このバッチ式混合装置は、第一循環路に第一スタティックミキサを備え、第二循環路に第二スタティックミキサを備えることができる。そして、第一濃度計が、第一スタティックミキサよりも第一混合液L1の流れる向きの下流側に設けられ、第二濃度計が、第二スタティックミキサよりも第二混合液L2の流れる向きの下流側に設けられる、ことが好ましい。
本発明の第一混合タンク及び第二混合タンクのそれぞれにおいて、第一原料を吐出する第一ノズルと第二原料を吐出する第二ノズルは、第一原料と第二原料が衝突する姿勢で配置される、ことが好ましい。
同様に、第一混合タンク及び第二混合タンクのそれぞれにおいて、第一原料を吐出する第一ノズルと第二原料を吐出する第二ノズルは、第一原料と第二原料が旋回流を形成する姿勢で配置される、ことが好ましい。
本発明のバッチ式混合装置において、好ましくは、第一混合タンク又は第二混合タンクに投入される第一原料は、第一積算流量計で測定された結果である積算流量Q1に基づいて、その流量が制御され、第一混合タンク又は第二混合タンクに投入される第二原料は、第二積算流量計で測定された結果である積算流量Q2に基づいて、その流量が制御される。
本発明は以下のバッチ式混合方法を提供する。この混合方法は、第一原料と第二原料を第一混合タンクにおいてバッチ式に混合する混合処理Aと、第一原料と第二原料を第二混合タンクにおいてバッチ式に混合する混合処理Bと、を交互に繰り返す。
本発明のバッチ式混合方法は、混合処理Aと混合処理Bが交互に繰り返される過程において、第一混合タンクと第二混合タンクに並列に接続される第一供給経路を介して第一混合タンク又は第二混合タンクに投入される第一原料の積算流量Q1を測定し、第一混合タンクと第二混合タンクに並列に接続される第二供給経路を介して第一混合タンク又は第二混合タンクに投入される第二原料の積算流量Q2を測定する。
そして、本発明のバッチ式混合方法は、測定された積算流量Q1及び積算流量Q2に基づいて、第一混合タンク及び第二タンクに投入される第一原料と第二原料の流量が制御される。
本発明によれば、バッチ式混合装置、バッチ式混合方法を採用しており、混合タンクに投入された原料液をタンクに溜められたままで混合を終えるので、適正な混合比を容易に得ることができる。特に本発明のバッチ式混合装置は、積算流量計を用いて混合タンクに投入される原料液の量を把握できるので、適正な混合比を高い精度で得ることができる。
しかも本発明は、原料液を供給する複数の経路に対して複数、例えば二つの混合タンクを並行に設けるので、二つの混合タンクにおけるバッチ処理による混合と、混合液の払い出しを交互に行うことができる。これにより、下流に向けた混合液の供給を見かけ上は連続して行うことができる。ここで、混合タンクの容量が小さい方が良好な混合状態が得られやすい。したがって、複数、例えば二つの混合タンクを良好な混合状態が得られるのに適した小容量とすることによって、混合タンクを含めたバッチ式混合装置が占有するスペースを抑えることができる。
本発明の実施形態に係るバッチ式混合装置を示す図である。 図1のバッチ式混合装置の基本的な動作を説明する図であり、(a)は第一混合タンクで混合を行い、かつ、混合を終えた混合液を第二混合タンクから払い出す動作を示し、(b)は第二混合タンクで混合を行い、かつ、混合を終えた混合液を第一混合タンクから払い出す動作を示す。 図1のバッチ式混合装置の循環動作の手順を説明する図であり、(a)は循環混合を適用していない動作を示し、(b)は循環混合を適用している動作を示している。 図1のバッチ式混合装置の濃度調整の手順を説明する図であり、(a)は濃度調整をする以前の動作を示し、(b)は濃度調整をしている動作を示す。 図1のバッチ式混合装置の濃度調整の他の手順を説明する図であり、(a)は濃度調整をする以前の動作を示し、(b)は濃度調整をしている動作を示す。 図1のバッチ式混合装置の混合動作を示すタイミングチャートであり、(a)は混合と払い出しが交互に行われる例を示し、(b)は混合動作の内訳を示している。 図1のバッチ式混合装置の混合動作を示す他のタイミングチャートである。 図1のバッチ式混合装置の好ましい主原料液と副原料液の投入方法を示している。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係るバッチ式混合装置1について説明する。
バッチ式混合装置1は、図1に示すように、二つの第一混合タンク3と第二混合タンク5を備える。バッチ式混合装置1は、主原料と副原料を第一混合タンク3に投入してバッチ処理により調合する混合処理Aと、主原料と副原料を第二混合タンク5に投入してバッチ処理により調合する混合処理Bと、が交互に行われる。しかも、バッチ式混合装置1は、第一積算流量計18,19及び第二積算流量計38,39を用いて第一混合タンク3及び第二混合タンク5に投入される原料液の量を把握するので、適正な混合比を高い精度で得ることができる。
加えて、バッチ式混合装置1は、二つの第一混合タンク3と第二混合タンク5を交互に使用するものであるから、第一混合タンク3と第二混合タンク5の容量が小さくて済むので、小さなスペースがあればよい。
以下、バッチ式混合装置1の構成を説明したのちに、バッチ式混合装置1による混合動作を説明する。バッチ式混合装置1は、その動作を司るコントローラ50を備えている。
<バッチ式混合装置1の構成>
[第一混合タンク3、第二混合タンク5]
バッチ式混合装置1は、図1に示すように、第一混合タンク3と第二混合タンク5を備えている。
二つの第一混合タンク3と第二混合タンク5は、供給される主原料液MLを貯留する第一貯留タンク7と副原料液SLを貯留する第二貯留タンク9のそれぞれに対して並列に接続されており、第一混合タンク3に主原料液MLと副原料液SLが投入されるとともに、第二混合タンク5にも主原料液MLと副原料液SLが投入されるように配管類が構成されている。第一混合タンク3に投入された主原料液MLと副原料液SLは第一混合タンク3において必要な混合状態が得られ、また、第二混合タンク5に投入された主原料液MLと副原料液SLは第二混合タンク5において必要な混合状態が得られる。なお、本実施形態においては、一例として、主原料液MLがシロップであり、副原料液SLがシロップを希釈する水であるものとして説明をする。
[第一貯留タンク7、第二貯留タンク9]
バッチ式混合装置1は、図1に示すように、主原料液MLを貯留する第一貯留タンク7と、副原料液SLを貯留する第二貯留タンク9と、を備える。
第一貯留タンク7には予め系外で殺菌処理された主原料液MLが貯留され、第二貯留タンク9には予め系外で殺菌処理された副原料液SLが貯留される。第一貯留タンク7に貯留された主原料液MLは、第一供給経路10を経由して第一混合タンク3及び第二混合タンク5に投入される。また、第二貯留タンク9に貯留された副原料液SLは、第二供給経路30を経由して第一混合タンク3及び第二混合タンク5に投入される。
貯留タンク7から第一供給経路10への主原料液MLの供給及び貯留タンク9から第二供給経路30への副原料液SLの供給は、貯留タンク7及び貯留タンク9の内部を加圧して主原料液ML及び副原料液SLを圧送することができるが、ポンプなどの動力を用いてもよい。
[主原料液ML、副原料液SL及び混合液Lが流れる経路]
バッチ式混合装置1は、第一貯留タンク7に貯留されている主原料液MLを第一混合タンク3及び第二混合タンク5に供給する第一供給経路10と、第二混合タンク5に貯留されている副原料液SLを第一混合タンク3及び第二混合タンク5に供給する第二供給経路30と、を備えている。
また、バッチ式混合装置1は、第一混合タンク3で混合された第一混合液L1を下流に向けて払い出す第一払出経路20と、第二混合タンク5で混合された第二混合液L2を下流に向けて払い出す第二払出経路40と、を備えている。下流には、例えば混合液Lを容器に充填する充填機が設けられる。なお、第一混合液L1と第二混合液L2を区別する必要がない場合には、混合液Lと称する。
[第一供給経路10]
第一供給経路10は、図1に示すように、第一主供給路11と、第一主供給路11から分岐する第一分岐路13及び第一分岐路15と、第一分岐路13及び第一分岐路15の分岐部分に設けられる流路切替弁17と、を備えている。
第一主供給路11は、一端側が第一貯留タンク7に接続され、他端側が流路切替弁17に接続され、第一貯留タンク7に貯留されている主原料液MLを流路切替弁17まで供給する。
第一分岐路13は、一端側が流路切替弁17に接続され、他端側が第一混合タンク3の内部に挿入されている。流路切替弁17を通ってきた主原料液MLは、第一分岐路13を通って第一混合タンク3に投入される。
第一分岐路15は、一端側が流路切替弁17に接続され、他端側が第二混合タンク5の内部に挿入されている。流路切替弁17を通ってきた主原料液MLは、第一分岐路15を通って第二混合タンク5に投入される。
流路切替弁17は、第一主供給路11を通ってきた主原料液MLを、第一分岐路13及び第一分岐路15のいずれか一方に選択的に流す。流路切替弁17は、コントローラ50の指示に基づいて、主原料液MLを第一分岐路13又は第一分岐路15のいずれかに流すように流路が切り替えられる。流路切替弁17は、第一分岐路13及び第一分岐路15のいずれにも主原料液MLを流さない全閉となる状態が選択されることもある。
第一分岐路13及び第一分岐路15のそれぞれには第一積算流量計18及び第一積算流量計19が接続されている。第一積算流量計18は、第一分岐路13を流れる主原料液MLの積算による流量を測定し、第一積算流量計19は第一分岐路15を流れる主原料液MLの積算による流量を測定する。第一積算流量計18,19で測定されたそれぞれの積算流量に関する情報は、コントローラ50に送られる。
[第二供給経路30]
第二供給経路30は、図1に示すように、第二主供給路31と、第二主供給路31から分岐する第二分岐路33及び第二分岐路35と、第二分岐路33及び第二分岐路35の分岐部分に設けられる流路切替弁37と、を備えている。
第二主供給路31は、一端側が第二貯留タンク9に接続され、他端側が流路切替弁37に接続され、第二貯留タンク9に貯留されている副原料液SLを流路切替弁37まで供給する。
第二分岐路33は、一端側が流路切替弁37に接続され、他端側が第一混合タンク3の内部に挿入されている。流路切替弁37を通ってきた副原料液SLは、第二分岐路33を通って第一混合タンク3に投入される。
第二分岐路35は、一端側が流路切替弁37に接続され、他端側が第二混合タンク5の内部に挿入されている。流路切替弁37を通ってきた主原料液MLは、第二分岐路35を通って第二混合タンク5に投入される。
流路切替弁37は、第二主供給路31を通ってきた主原料液MLを、第二分岐路33及び第二分岐路35のいずれか一方に選択的に流す。流路切替弁37は、コントローラ50の指示に基づいて、主原料液MLを第二分岐路33又は第二分岐路35のいずれかに流すように流路が切り替えられる。流路切替弁37は、第二分岐路33及び第二分岐路35のいずれにも副原料液SLを流さない全閉となる状態が選択されることもある。
第二分岐路33及び第二分岐路35のそれぞれには第二積算流量計38及び第二積算流量計39が接続されている。第二積算流量計38は、第二分岐路33を流れる副原料液SLの積算による流量を測定し、第二積算流量計39は第二分岐路35を流れる副原料液SLの積算による流量を測定する。第二積算流量計38で測定されたそれぞれの積算流量に関する情報は、コントローラ50に送られる。
[第一払出経路20]
第一払出経路20は、図1に示すように、第一主払出路21と、第一主払出路21から分岐する第一分岐路23及び第一分岐路24と、第一分岐路23及び第一分岐路24の分岐部分に設けられる流路切替弁25と、を備えている。
第一払出経路20の第一主払出路21上には、第一ポンプ26と、第一混合器27と、第一濃度計28と、を第一混合液L1の流れの上流側から順に備えられている。
第一主払出路21は、一端側が第一混合タンク3に接続され、他端側が流路切替弁25に接続される。
第一混合タンク3で混合された第一混合液L1は第一主払出路21を介して流路切替弁25まで供給される。第一ポンプ26の駆動により第一混合タンク3から送球される第一混合液L1は、流路切替弁25まで供給される過程で第一混合器27を通過する際に、主原料液MLと副原料液SLの混合が進められる。また、第一主払出路21を流れる第一混合液L1は、第一濃度計28により第一混合液L1に含まれる要素の濃度、例えばBrix値が測定される。
第一混合器27(第一スタティックミキサ)は、駆動部を有しないスタティックミキサを用いることができる。また、第一濃度計28としては、超音波式、フィルタ式、分光式、電気伝導率式などの各種の濃度計を用いることができる。第一濃度計28は、第一混合器27よりも第一混合液L1の流れる向きの下流側に設けられているので、第一混合器27で混合の程度が向上した第一混合液L1を測定の対象とするので、測定結果の精度が高い。第二濃度計48も同様である。
第一分岐路23は、一端側が流路切替弁25に接続され、他端側が流路切替弁51に接続される。第一分岐路23は、第一混合タンク3で混合を終えた第一混合液L1を、下流の例えば充填工程に向けて払い出すときに用いられる。このとき第一混合液L1は、第一主払出路21、流路切替弁25、第一分岐路23及び流路切替弁51をこの順に通って下流に払い出される。
第一分岐路24は、一端側が流路切替弁25に接続され、他端側が第一混合タンク3の内部の上方に挿入されている。第一分岐路24は、第一濃度計28による測定で例えばBrix値が予め定められた基準値に対して高いか低い場合に、第一混合液L1を第一分岐路23に流すのではなく第一混合タンク3に戻して濃度調整をする際に用いられる。このとき第一混合液L1は、第一主払出路21、流路切替弁25及び第一分岐路24をこの順に通って第一混合タンク3に戻される。この第一混合液L1の流れは、第一混合液L1における所定の濃度が適切な値になるまで繰り返される。つまり、第一混合タンク3、第一主払出路21及び第一分岐路24は、第一混合液L1の濃度を調整する際に第一循環路CL1を構成する。
本実施形態において濃度調整をする際には、Brix値が低いときには第一貯留タンク7から第一混合タンク3に主原料液ML(本実施形態ではシロップ)が供給され、または、Brix値が高いときには第二貯留タンク9から第一混合タンク3に向けて副原料液SL(本実施形態では水)が供給される。
第一主払出路21には第一濃度計28が接続されている。第一濃度計28は、第一主払出路21を流れる第一混合液L1の例えばBrix値を測定する。第一濃度計28で測定されたBrix値(第一濃度)に関する情報は、コントローラ50に送られる。
[第二払出経路40]
第二払出経路40は、図1に示すように、第二主払出路41と、第二主払出路41から分岐する第二分岐路43及び第二分岐路44と、第二分岐路43及び第二分岐路44の分岐部分に設けられる流路切替弁45と、を備えている。
第二払出経路40は、第二主払出路41と、第二主払出路41から分岐する第二分岐路43及び第二分岐路44と、第二分岐路43及び第二分岐路44の分岐部分に設けられる流路切替弁45と、を備えている。
第二払出経路40の第二主払出路41上には、第二ポンプ46と、第二混合器47と、第二濃度計48と、を第二混合液L2の流れの上流側から順に備えている。
第二主払出路41は、一端側が第二混合タンク5に接続され、他端側が流路切替弁45に接続される。
第二混合タンク5で貯留された第二混合液L2は流路切替弁45まで供給される。第二ポンプ46の駆動により第二混合タンク5から送給される第二混合液L2は、流路切替弁45まで供給される過程で第二混合器47を通過する際に、主原料液MLと副原料液SLの混合が進められる。また、第二主払出路41を流れる第二混合液L2は、第二濃度計48により第二混合液L2に含まれる要素の濃度、例えばBrix値が測定される。
第二混合器47(第二スタティックミキサ)は、駆動部を有しないスタティックミキサを用いることができる。また、第二濃度計48としては、超音波式、フィルタ式、分光式、電気伝導率式などの各種の濃度計を用いることができる。
第二分岐路43は、一端側が流路切替弁45に接続され、他端側が流路切替弁51に接続される。第二分岐路43は、第二混合タンク5で混合を終えた第二混合液L2を、下流に向けて払い出すときに用いられる。このとき第二混合液L2は、第二主払出路41、流路切替弁45、第二分岐路43及び流路切替弁51をこの順に通って下流に払い出される。
第二分岐路44は、一端側が流路切替弁45に接続され、他端側が第二混合タンク5の内部の上方に挿入されている。第二分岐路44は、第二濃度計48による測定で例えばBrix値が予め定められた基準値に対して高いか低い場合に、第二混合液L2を第二分岐路43に流すのではなく第一混合タンク3に戻して濃度調整をする際に用いられる。このとき第二混合液L2は、第二主払出路41、流路切替弁45及び第二分岐路44をこの順に通って第一混合タンク3に戻される。この第二混合液L2の流れは、第二混合液L2における主原料液MLの濃度が適切な値になるまで繰り返される。つまり、第二混合タンク5、第二主払出路41及び第二分岐路44は、第二混合液L2の濃度を調整する際に第二循環路CL2を構成する。
濃度調整をする際には、Brix値が低いときには第一貯留タンク7から第二混合タンク5に主原料液ML(本実施形態ではシロップ)が供給され、または、Brix値が高いときには第二貯留タンク9から第二混合タンク5に向けて副原料液SL(本実施形態では水)が供給される。
第二主払出路41には第二濃度計48が接続されている。第二濃度計48は、第二主払出路41を流れる第二混合液L2の例えばBrix値を測定する。第二濃度計48で測定されたたBrix値(第二濃度)に関する情報は、コントローラ50に送られる。
[第一混合タンク3における混合向上の構成]
バッチ式混合装置1は、第一混合タンク3に投入される主原料液MLと副原料液SLの混合の程度を向上させるために、図8(a),(b)に示すように、第一分岐路13の先端から吐出される主原料液MLと第二分岐路33から吐出される副原料液SLとが衝突することが好ましい。これは、第一分岐路13の先端に設けられる第一ノズル14と第二分岐路33の先端に設けられる第二ノズル34の姿勢を調整して配置することにより実現できる。
以上の構成は、第二混合タンク5にも適用することが好ましい。
また、第一ノズル14から吐出される主原料液MLと第二ノズル34から吐出される副原料液SLが衝突した後に、第一混合タンク3の内壁面を伝って旋回流を形成することが好ましい。そのためには、第一ノズル14と第二ノズル34を第一混合タンク3の内壁面に沿った姿勢で配置することが好ましい。
[無菌環境のための構成]
次に、バッチ式混合装置1は、無菌環境下で主原料液MLと副原料液SLの混合を行うための構成を備えることが好ましい。
飲料を容器に充填するシステムにおいて、容器に充填する飲料の種類を切り替える際に、あるいは定期的に、飲料が流れる経路を構成する配管系を洗浄して、配管系に付着した汚れを除去するとともに、その殺菌を行う。この洗浄は、CIP(cleaning in place)と称され、配管系内に洗浄液を循環させることにより行われている。また、配管系を無菌状態に維持するために、蒸気や熱水を配管系内に循環させるSIP(sterilization in place)と称される殺菌処理がCIPに引き続いて行うことができる。
バッチ式混合装置1について言えば、第一混合タンク3、第二混合タンク5、第一貯留タンク7、第二貯留タンク9、第一供給経路10、第二供給経路30、第一払出経路20及び第二払出経路40の全てについて、SIP及びCIPを行うことができるように、必要な機器類を設けることが好ましい。
バッチ式混合装置1は、流路切替弁17,37,25,45について、弁内部の無菌状態を維持するために、スチームバリア弁を用いることが好ましい。同様に、バッチ式混合装置1は、第一ポンプ26及び第二ポンプ46について、弁内部の無菌状態を維持するために、スチームシールポンプを用いることが好ましい。
<バッチ式混合装置1の混合・払い出し動作>
次に、図2〜図7を参照してバッチ式混合装置1の動作を説明する。
[基本動作]
はじめに、図2及び図6を参照してバッチ式混合装置1の基本的な動作を説明する。なお、図2〜図5において、太線で示される経路は主原料液MLなどの液体が流れていることを示している。
バッチ式混合装置1は、基本的な動作として、図2(a)に示される混合処理Aと図2(b)に示される混合処理Bとを交互に繰り返す。つまり、混合処理Aは、図6(a)に示すように、第一混合タンク3で主原料液MLと副原料液SLを混合している間に、第二混合タンク5で混合を終えた第二混合液L2を第二混合タンク5から下流に向けて払い出す。また、混合処理Bは、図6(a)に示すように、第二混合タンク5で主原料液MLと副原料液SLを混合している間に、第一混合タンク3で混合を終えた第一混合液L1を第一混合タンク3から下流に向けて払い出す。
図2(a)に示す混合処理Aにおいて、第一貯留タンク7から第一供給経路10を通って主原料液MLが供給されるとともに、第二貯留タンク9から第二供給経路30を通って副原料液SLが供給されることで、第一混合タンク3において主原料液MLと副原料液SLがバッチ式に混合される。一方で、第二混合タンク5において混合を終えた第二混合液L2は、第二ポンプ46の駆動により、第二払出経路40(第二主払出路41、流路切替弁45、第二分岐路43)及び流路切替弁51を通って下流に向けて払い出される。図6(a)に示すように、第一混合タンク3において混合に要する時間と第二混合タンク5からの払い出しに要する時間は、一致することが好ましい。これは、混合処理Bにおいても同様である。
図2(b)に示す混合処理Bにおいて、第一貯留タンク7から第一供給経路10を通って主原料液MLが供給されるとともに、第二貯留タンク9から第二供給経路30を通って副原料液SLが供給されることで、第二混合タンク5において主原料液MLと副原料液SLがバッチ式に混合される。一方で、第一混合タンク3において混合を終えた第一混合液L1は、第一ポンプ26の駆動により、第一払出経路20(第一主払出路21、流路切替弁25、第一分岐路23)及び流路切替弁51を通って下流に向けて払い出される。
混合処理Aにおいて、コントローラ50は、第一分岐路13に設けられる第一積算流量計18で測定される積算流量に関する情報、及び、第二分岐路33に設けられる第二積算流量計38で測定される積算流量に関する情報を取得する。コントローラ50は、取得したそれぞれの積算流量が予め定められた基準値流量に達したならば、流路切替弁17に対して第一分岐路13へ主原料液MLが流れるのを停止し、流路切替弁37に対して第二分岐路33へ副原料液SLが流れるのを停止するように指示する。
バッチ式混合装置1は、図6(a)に示すように、それぞれがバッチ式の混合処理Aと混合処理Bが交互に繰り返される。なお、バッチ式混合装置1により混合を開始した時点では、例えば図6(a)に示すように第一混合タンク3から混合を開始すると、第二混合タンク5には混合を終えた第二混合液L2は存在しないので、最初は混合のみが行われる。逆に、最後は払い出しのみが行われる。
[循環動作]
次に、図3及び図6(b)を参照して、循環動作を伴う混合動作を説明する。循環動作を行う場合にも、混合処理Aと混合処理Bは交互に行われる。
第一混合タンク3又は第二混合タンク5における混合が十分に行える場合には循環動作を行う必要はない。この場合には、図6(b)の上段に示すように、主原料液MLと副原料液SLを投入して混合するだけでよい。しかし、例えば主原料液MLの種類によっては第一混合タンク3又は第二混合タンク5における混合だけでは十分な混合状態を得るのが難しい場合もある。バッチ式混合装置1は、このような場合に第一混合液L1及び第二混合液L2を循環路に流すことで、主原料液MLと副原料液SLの混合を促進する。
循環動作は、一例として以下のように行われる。
主原料液MLと副原料液SLを投入し始めてから所定の期間内は、図3(a)に示すように、第一ポンプ26を駆動することなく、第一混合タンク3に主原料液MLと副原料液SLを溜める。主原料液MLと副原料液SLは、この期間に第一混合液L1となるが、混合の状態が不十分である。
所定の期間を経過すると、第一ポンプ26を駆動させることにより、第一混合タンク3に溜められた混合液Lは、第一主払出路21、第一ポンプ26、流路切替弁25及び第一分岐路24を通って第一混合タンク3に戻される。以後は、図6(b)の中段に示されるように、所定量の主原料液ML及び副原料液SLが投入されるまで、混合液Lの循環動作が継続して行われる。
ここでは、主原料液MLと副原料液SLを投入し始めてから所定の期間を経過した後に循環動作を始めることにしたが、他の循環動作の開始時期を選択できる。例えば、図6(b)の上段のように、所定量の主原料液MLと副原料液SLの投入を完了した後に循環動作を開始してもよいし、主原料液MLと副原料液SLの投入を開始した直後に循環動作を開始してもよい。
[濃度調整動作(その1)]
次に、図4及び図7を参照して、濃度調整動作を説明する。なお、ここでは所定量の主原料液ML及び副原料液SLの投入を完了した後に、循環動作を行う処理手順において濃度調整を行う例について説明する。なお、本実施形態において、主原料液MLはシロップであり、副原料液SLは水である。
図4(a)に示すように、第一混合タンク3を用いた循環動作を行っている最中に第一主払出路21を流れる第一混合液L1におけるBrix値を継続して測定する。測定結果は第一濃度計28からコントローラ50(図示を省略)に送られ、コントローラ50は取得する測定結果と自己が保持する予め定められた基準値を比較する。なお、第二混合タンク5の側では第二混合液L2の払い出しが行われる。
例えば、コントローラ50が取得した測定結果が予め定められた基準値よりも高いと判断したとする。そうすると、コントローラ50は、副原料液SLを供給する側の流路切替弁37に第二分岐路33に副原料液SLが流れるように指示する。この指示は、所定の積算流量に対応して流路が開くようにするというものである。なお、流路切替弁37はここまでは副原料液SLが第二分岐路33にも第二分岐路35にも流れないように全閉とされている。
第一混合タンク3を用いた循環動作が継続して行われるが、図4(b)に示すように、副原料液SLが第一混合タンク3に追加投入されるので、第一主払出路21を流れる第一混合液L1のBrix値は低くなる。追加投入される副原料液SLの量は、コントローラ50が測定結果と予め定められた基準値との差の大小に応じた積算流量で特定される。流路切替弁37は、この積算流量に対応する時間だけ第二分岐路33への流路が開放される。
副原料液SLを追加投入した後に循環動作を継続する最中に、第一濃度計28で測定されるBrix値が予め定められた基準値に達したならば、コントローラ50は、流路切替弁25の第一分岐路24の流路を閉じるとともに、第一分岐路23への流路を開く。これで、濃度調整(第一濃度調整)が済んでBrix値が予め定められた基準値に達した第一混合液L1が第一分岐路23を通って払い出しされる。
図示を省略するが、第一混合タンク3からの払い出しが開始されると、第二混合タンク5への主原料液ML及び副原料液SLの投入が開始される。
[濃度調整動作(その2)]
以上では、循環動作において濃度調整を行う例を説明したが、循環動作を伴わない場合にも濃度調整を行うことができる。この濃度調整は、払い出し工程が始まるのに合わせて実行される。
例えば、図5(a)に示すように、第一混合タンク3から第一混合液L1の払い出しを始めるものとする。第一混合液L1は、第一主払出路21を通って流路切替弁25に達する前に第一濃度計28でBrix値が測定され、かつ、測定されたBrix値が予め定められた基準値と比較される。Brix値が予め定められた基準値から外れる、例えば予め定められた基準値よりも高い場合には、コントローラ50は、第一ポンプ26の駆動を停止するとともに、第一混合液L1が通過しないように流路切替弁25に指示を送る。このとき、図5(a)に示すように、第二混合タンク5への主原料液ML及び副原料液SLの投入はそのまま続けられる。
また、コントローラ50は、副原料液SLを供給する側の流路切替弁37に対して第二分岐路33に副原料液SLが流れるように指示する。この指示は、所定の積算流量に対応して流路が開くようにするというものである。なお、流路切替弁37はここまでは副原料液SLが第二分岐路33には流れないように閉じられている。
図5(b)に示すように、副原料液SLが第一混合タンク3に追加投入されるので、第一混合タンク3の内部の第一混合液L1のBrix値は低くなる。追加投入される副原料液SLの量は、流路切替弁37における第二分岐路33への流路が開いている時間によって特定される。この時間は、コントローラ50が測定結果と予め定められた基準値との差の大小に応じた積算流量に基づいて特定される。
副原料液SLの追加投入を終えると循環動作を始め、循環動作継続する最中に、第一濃度計28で測定されるBrix値が予め定められた基準値に達したならば、コントローラ50は、流路切替弁25の第一分岐路24の流路を閉じるとともに、第一分岐路23への流路を開く。これで、濃度調整(第一濃度調整)が済んでBrix値が予め定められた基準値に達した第一混合液L1が第一分岐路23を通って払い出しされる。
ここでは、第一循環路CL1を用いた濃度調整(第一濃度調整)の例を示したが、第二循環路CL2を用いた濃度調整(第二濃度調整)を行うこともできることは言うまでもない。
[バッチ式混合装置1の効果]
次に、バッチ式混合装置1が奏する効果を説明する。
バッチ式混合装置1は、二つの第一混合タンク3及び第二混合タンク5によるバッチ式混合装置を構成している。したがって、バッチ式混合装置1によれば、第一混合タンク3及び第二混合タンク5に投入された原料液(主原料液ML、副原料液SL)をそこに溜めたままで混合を終えるので、主原料液MLと副原料液SLの適正な混合比を容易に得ることができる。特に本実施形態のバッチ式によるバッチ式混合装置1は、第一積算流量計18,19及び第二積算流量計38,39を用いて第一混合タンク3及び第二混合タンク5に投入される原料液の量を把握できるので、適正な混合比を高い精度で得ることができる。
しかもバッチ式混合装置1は、原料液を供給する複数の経路に対して二つの第一混合タンク3.5を並行に設けるので、二つの第一混合タンク3及び第二混合タンク5におけるバッチ処理による混合と、混合液の払い出しを交互に行うことができる。これにより、下流に向けた混合液Lの供給を見かけ上は連続して行うことができる。また、二つの第一混合タンク3及び第二混合タンク5は交互に混合に供されるため、容量が小さくても足りるので、バッチ式混合装置1が占有するスペースを抑えることができる。
次に、バッチ式混合装置1は、第一循環路CL1と第二循環路CL2を備えており、特にこの第一循環路CL1と第二循環路CL2には混合器が設けられている。したがって、バッチ式混合装置1によれば、十分な混合状態を得るのが難しい原料液にも対応することができる。
また、第一循環路CL1及び第二循環路CL2を用いることにより、濃度調整の際の混合液Lの撹拌を強く行うことができるので、濃度調整を迅速に終えることができる。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
例えば、以上説明したバッチ式混合装置1は、予め加熱による殺菌がなされた主原料液MLと副原料液SLを第一貯留タンク7と第二貯留タンク9に貯留する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第一主供給路11及び第二主供給路31のそれぞれに殺菌機を設け、インラインにて主原料液ML及び副原料液SLのそれぞれを殺菌処理することもできる。例えば、UHT(ultra high temperature)式殺菌機又はAUHT(aseptic ultra high temperature)式殺菌機を備えることができる。
また、以上で説明したバッチ式混合装置1は、二つの第一混合タンク3及び第二混合タンク5を備え、交互に混合の動作、払い出しの動作を行うが、本発明はこれに限定されない。三つ以上の混合タンクX,Y,Zを備え、混合の動作を例えば混合タンクX,Y,Z,X,Y,Z…の順に行うこともできる。
また、以上で説明したバッチ式混合装置1は、二種類の原料液を混合する例を示したが、本発明はこれに限定されず、三種類以上の原料液を混合することもできる。この場合も、混合タンクの数は二つでもよいし、三つ以上でもよい。また、バッチ式混合装置1は、主原料液MLと副原料液SLを混合する例を示したが、本発明は一方が他方に対して主となる以外の関係の第一原料液と第二原料液を原料として用いることができる。
また、バッチ式混合装置1で混合される原料液の種類は任意であり、飲料、調味料などの食品関係の原料液の混合に限らず、薬品の原料液の混合、塗工液の原料液の混合などに広く適用することができる。
また、バッチ式混合装置1は液体を混合することにしているが、液体ではないが流動性を有する複数種類の液状の原料を混合する場合や、一方は液体であるが他方が流動性を有する液状の原料を混合する場合にも適用することができる。
1 バッチ式混合装置
3 第一混合タンク
5 第二混合タンク
7 第一貯留タンク
9 第二貯留タンク
10 第一供給経路
11 第一主供給路
13,15 第一分岐路
14 第一ノズル
17,37,25,45 流路切替弁
18,19 第一積算流量計
20 第一払出経路
21 第一主払出路
23,24 第一分岐路
26 第一ポンプ
27 第一混合器
28 第一濃度計
30 第二供給経路
31 第二主供給路
33,35 第二分岐路
34 第二ノズル
38,39 第二積算流量計
40 第二払出経路
41 第二主払出路
43,44 第二分岐路
46 第二ポンプ
47 第二混合器
48 第二濃度計
50 コントローラ
51 流路切替弁
CL1 第一循環路
CL2 第二循環路
L1 第一混合液
L2 第二混合液
ML 主原料液
SL 副原料液

Claims (12)

  1. 第一原料を貯留する第一貯留タンクと、
    第二原料を貯留する第二貯留タンクと、
    前記第一貯留タンクから供給される前記第一原料と前記第二貯留タンクから供給される前記第二原料がバッチ式に混合される第一混合タンクと、
    前記第一貯留タンクから供給される前記第一原料と前記第二貯留タンクから供給される前記第二原料がバッチ式に混合される第二混合タンクと、
    前記第一貯留タンクに対して、前記第一混合タンクと前記第二混合タンクを並列に接続する第一供給経路と、
    前記第二貯留タンクに対して、前記第一混合タンクと前記第二混合タンクを並列に接続する第二供給経路と、
    前記第一供給経路を介して前記第一混合タンク又は前記第二混合タンクに投入される前記第一原料の積算流量を測定する第一積算流量計と、
    前記第二供給経路を介して前記第一混合タンク又は前記第二混合タンクに投入される前記第二原料の積算流量を測定する第二積算流量計と、を備え、
    前記第一混合タンクによる前記第一原料と前記第二原料を混合する混合処理Aと、前記第二混合タンクによる前記第一原料と前記第二原料を混合する混合処理Bが交互に繰り返される、
    ことを特徴とするバッチ式混合装置。
  2. 前記第一混合タンクで混合された第一混合液L1を、下流 に向けて払い出す第一払出経路と、
    前記第二混合タンクで混合された第二混合液L2を、前記下流に向けて払い出す第二払出経路と、を備え、
    前記混合処理Aが行われている間には、前記第二混合タンクで混合された第二混合液L2が前記第二払出経路から前記下流に向けて払い出され、
    前記混合処理Bが行われている間には、前記第一混合タンクで混合された第一混合液L1が前記第一払出経路から前記下流に向けて払い出される、
    請求項1に記載のバッチ式混合装置。
  3. 前記第一払出経路は、前記第一混合液L1を前記下流に向けて払い出すことなく、前記第一混合タンクに戻す第一循環路を備え、
    前記第二払出経路は、前記第二混合液L2を前記下流に向けて払い出すことなく、前記第二混合タンクに戻す第二循環路を備える、
    請求項2に記載のバッチ式混合装置。
  4. 所定量の前記第一原料と所定量の前記第二原料が前記第一混合タンクに投入された後又は投入される前に、前記第一混合液L1が前記第一循環路を循環され、
    所定量の前記第一原料と所定量の前記第二原料が前記第二混合タンクに投入された後又は投入される前に、前記第二混合液L2が前記第二循環路を循環される、
    請求項3に記載のバッチ式混合装置。
  5. 前記第一循環路は、第一スタティックミキサを備え、
    前記第二循環路は、第二スタティックミキサを備える、
    請求項4に記載のバッチ式混合装置。
  6. 前記第一循環路に設けられる、前記第一混合液L1に含まれる要素の濃度を測定する第一濃度計と、
    前記第二循環路に設けられる、前記第二混合液L2に含まれる前記要素の濃度を測定する第二濃度計と、を備え、
    前記第一濃度計で測定された第一濃度が予め定められた基準値から外れると、前記第一貯留タンクから前記第一原料を前記第一混合タンクに追加して投入するか、前記第二貯留タンクから前記第二原料を前記第一混合タンクに追加して投入する第一濃度調整が行われ、
    前記第二濃度計で測定された第二濃度が前記基準値から外れると、前記第一貯留タンクから前記第一原料を前記第二混合タンクに追加して投入するか、前記第二貯留タンクから前記第二原料を前記第二混合タンクに追加して投入する第二濃度調整が行われる、
    請求項3〜請求項5のいずれか一項に記載のバッチ式混合装置。
  7. 前記第一濃度調整は、
    前記第一原料の投入の最中又は投入を終えてから、若しくは、前記第二原料の投入の最中又は投入を終えてから、前記第一混合液L1が前記第一循環路を循環しながら行われ、
    前記第二濃度調整は、
    前記第一原料の投入の最中又は投入を終えてから、若しくは、前記第二原料の投入の最中又は投入を終えてから、前記第二混合液L2が前記第二循環路を循環しながら行われる、
    請求項6に記載のバッチ式混合装置。
  8. 前記第一循環路は、第一スタティックミキサを備え、
    前記第二循環路は、第二スタティックミキサを備え、
    前記第一濃度計は、前記第一スタティックミキサよりも前記第一混合液L1の流れる向きの下流側に設けられ、
    前記第二濃度計は、前記第二スタティックミキサよりも前記第二混合液L2の流れる向きの下流側に設けられる、
    請求項7に記載のバッチ式混合装置。
  9. 前記第一混合タンク及び前記第二混合タンクのそれぞれにおいて、
    前記第一原料を吐出する第一ノズルと前記第二原料を吐出する第二ノズルは、前記第一原料と前記第二原料が衝突する姿勢で配置される、
    請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載のバッチ式混合装置。
  10. 前記第一混合タンク及び前記第二混合タンクのそれぞれにおいて、
    前記第一原料を吐出する第一ノズルと前記第二原料を吐出する第二ノズルは、前記第一原料と前記第二原料が旋回流を形成する姿勢で配置される、
    請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載のバッチ式混合装置。
  11. 前記第一混合タンク又は前記第二混合タンクに投入される前記第一原料は、前記第一積算流量計で測定された結果である積算流量Q1に基づいて、その流量が制御され、
    前記第一混合タンク又は前記第二混合タンクに投入される前記第二原料は、前記第二積算流量計で測定された結果である積算流量Q2に基づいて、その流量が制御される、
    請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載のバッチ式混合装置。
  12. 第一原料と第二原料を第一混合タンクにおいてバッチ式に混合する混合処理Aと、
    前記第一原料と前記第二原料を第二混合タンクにおいてバッチ式に混合する混合処理Bと、を交互に繰り返す過程において、
    前記第一混合タンクと前記第二混合タンクに並列に接続される第一供給経路を介して前記第一混合タンク又は前記第二混合タンクに投入される前記第一原料の積算流量Q1を測定し、
    前記第一混合タンクと前記第二混合タンクに並列に接続される第二供給経路を介して前記第一混合タンク又は前記第二混合タンクに投入される前記第二原料の積算流量Q2を測定し、
    前記積算流量Q1及び前記積算流量Q2に基づいて、前記第一混合タンク及び前記第二タンクに投入される前記第一原料と前記第二原料の流量が制御される、
    ことを特徴とするバッチ式混合方法。
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