JP2021041938A - Filling method and filling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可撓性の容器に飲料などの製品液を充填するのに好適な充填方法に関する。 The present invention relates to a filling method suitable for filling a flexible container with a product liquid such as a beverage.
従来、例えば炭酸入りの飲料を容器に充填する方法として、特許文献1に開示されるカウンタープレッシャー方式が一般的であった。
カウンタープレッシャー方式は充填に要する時間が長くかかることから、近年、特許文献2および特許文献3に開示されるように、あらかじめ内部を負圧にしている容器に、貯留槽において加圧されている炭酸入りの製品液を一気に注入させる方法が提案されている。この充填は、炭酸入りの製品液を容器に噴出させながら、容器の内部の圧力上昇の継時変化を監視することで充填量を制御する。
Conventionally, as a method of filling a container with a carbonated beverage, for example, the counter pressure method disclosed in
Since the counter pressure method takes a long time to fill, as disclosed in
特許文献2および特許文献3によるプリエバキュエーション方式による充填は、容器と貯留層の間の圧力差を利用して製品液を充填するので、カウンタープレッシャー方式に比べて極めて高速で製品液を充填することができる。
In the filling by the pre-evacuation method according to
以上のように、特許文献2および特許文献3による充填は、製品液を短時間で容器に充填することができるが、対象となる容器に制限がある。つまり、プリエバキュエーション方式は、製品液の充填に先立って容器の内部を負圧にすることが必要であることから、ガラスびんのように剛性を有する容器にしか適用できない。例えば、可撓性を有するプラスチック製容器に特許文献2および特許文献3によるプリエバキュエーション方式を適用すると、プラスチック製容器は負圧に耐えられずに潰れてしまう。また、特許文献3には、チャンバー内に容器の全体が収納されたチャンバーをプリエバキュエーションすることが記載されているが、大掛かりな装置が必要となり、構造的にも複雑で、経済的にも不利になる。
As described above, in the filling according to
そこで本発明は、可撓性の容器であってもその形状を維持したままで、飲料、その他の製品液を高速で充填できる充填方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a filling method capable of filling a beverage or other product liquid at high speed while maintaining its shape even in a flexible container.
本発明における製品液の充填方法は、カウンタ圧力PFが付加されて貯留槽に貯えられる製品液を、内部の初期圧力PB0が大気圧以上の正圧とされた容器に充填液供給通路を介して目標充填量QGを充填する。
本発明における充填方法は、差圧充填ステップと排気充填ステップを備える。
差圧充填ステップは、容器の初期圧力PB0と初期圧力PB0よりも高いカウンタ圧力PFとの圧力差に基づいて製品液を貯留槽から容器に充填する。
排気充填ステップは、容器の内部のガス成分を排気しながら、容器の圧力PBをカウンタ圧力PF以下の維持圧力PB3に維持しつつ、目標充填量QGとの差分に対応する量の製品液を貯留槽から容器に充填する。
Method of filling product solution in the present invention, the product solution counter pressure P F is stored in the storage tank is added, the filling liquid supply passage in a container inside the initial pressure P B0 is the more positive atmospheric pressure filling the target filling amount Q G through.
The filling method in the present invention includes a differential pressure filling step and an exhaust filling step.
Differential pressure filling step fills the container the product solution from the storage tank on the basis of the pressure difference between the high counter pressure P F than the initial pressure P B0 and the initial pressure P B0 of the container.
In the exhaust filling step, the pressure P B of the container is maintained at the maintenance pressure P B3 which is equal to or lower than the counter pressure P F while exhausting the gas component inside the container, and the amount corresponding to the difference from the target filling amount Q G. Fill the container with the product liquid from the storage tank.
本発明の差圧充填ステップにおいて、好ましくは、圧力PBがカウンタ圧力PF未満の設定圧力PB1に達したならば、製品液の供給を停止する。 In differential pressure filling step of the present invention, preferably, if the pressure P B reaches a set pressure P B1 below counter pressure P F, to stop the supply of the product solution.
本発明の充填方法において、好ましくは、差分算出ステップを備える。このステップは、製品液の供給が停止された後に測定された容器のピーク圧力PB2に基づいて、差分に対応する量を算出する。排気充填ステップにおいて、差分算出ステップで算出された差分に対応する量の製品液が充填される。 The filling method of the present invention preferably includes a difference calculation step. This step calculates the amount corresponding to the difference based on the peak pressure P B2 of the container measured after the supply of the product liquid is stopped. In the exhaust filling step, the product liquid in an amount corresponding to the difference calculated in the difference calculation step is filled.
本発明において、ピーク圧力PB2がカウンタ圧力PFより高い場合に、好ましくは、容器の圧力PBを設定圧力PB3まで下げてから、排気充填ステップが行われる。また、本発明において、ピーク圧力PB2がカウンタ圧力PFより低い場合に、好ましくは、容器の圧力PBを設定圧力PB3まで上げてから、排気充填ステップが行われる。 In the present invention, when the peak pressure P B2 is higher than the counter pressure P F , the exhaust filling step is preferably performed after lowering the container pressure P B to the set pressure P B 3. Further, in the present invention, when the peak pressure P B2 is lower than the counter pressure P F , the exhaust filling step is preferably performed after raising the container pressure P B to the set pressure P B 3.
本発明の差圧充填ステップにおいて、好ましくは、容器の内部に密閉された圧力PBのガス成分を外部に排気することなく、圧力差により製品液を容器に充填する。 In the differential pressure filling step of the present invention, preferably, the product liquid is filled in the container by the pressure difference without exhausting the gas component of the pressure P B sealed inside the container to the outside.
本発明は、カウンタ圧力PFが付加された環境下で製品液が貯えられる貯留槽と、貯留槽から製品液を容器に充填する充填液供給通路と、を備える充填装置を提供する。本発明の充填装置は、大気圧以上の正圧であって、かつ、貯留槽におけるカウンタ圧力PFより低い初期圧力PB0に保たれた容器に、カウンタ圧力PFと容器の圧力PBとの圧力差に基づいて、製品液を充填する。本発明の充填装置は、次いで、カウンタ圧力PF以下の維持圧力PB3に圧力PBを維持しつつ、容器の内部のガス成分を排気しながら、目標充填量QGとの差分に対応する量の製品液を貯留槽から容器に充填する。 The present invention provides a reservoir product solution is stored under a counter pressure P F is added environment, and filling liquid supply passage for filling the product solution into the container from the reservoir, the filling device comprising a. Filling device of the present invention is a positive pressure above atmospheric pressure, and the kept at the counter pressure P lower than the F initial pressure P B0 in the reservoir container, and the pressure P B of the counter pressure P F and the container Fill the product solution based on the pressure difference of. Filling device of the present invention, then, while maintaining the pressure P B in the counter pressure P F less maintenance pressure P B3, while exhausting the inside of the gas component of the container, corresponding to the difference between the target charge Q G Fill the container with the amount of product liquid from the storage tank.
本発明によれば、差圧充填ステップにおいて、容器の初期圧力PB0とカウンタ圧力PFの間に差圧(圧力PB0<圧力PF)が形成されている状態で、容器に製品液が充填されるので、高速な充填が実現される。しかも、本発明によれば、製品液の充填前における初期圧力PB0およびカウンタ圧力PFのいずれもが大気圧以上の正圧であるから、差圧充填ステップを通じて容器が潰れることがなくその形状を維持できる。さらに本発明によれば、差圧充填ステップで不足した充填量を排気充填ステップにおいて補うので、目標量を高速で充填することができる。 According to the present invention, in the differential pressure filling step, in a state in which the differential pressure (pressure P B0 <pressure P F) is formed between the initial pressure P B0 and counter pressure P F of the container, the product liquid in the container is Since it is filled, high-speed filling is realized. Moreover, according to the present invention, since a positive pressure either is equal to or higher than atmospheric pressure in the initial pressure P B0 and counter pressure P F before filling product solution, without the container collapses through the differential pressure filling step shape Can be maintained. Further, according to the present invention, since the filling amount deficient in the differential pressure filling step is supplemented in the exhaust filling step, the target amount can be filled at high speed.
以下、添付する図1〜図8を参照して、本実施形態について説明する。
[実施形態の充填手順]
はじめに、図1を参照して、本実施形態における充填方法の基本的な手順の概要を説明する。この手順は、図1に示されるように、差圧充填ステップと排気充填ステップを備え、差圧充填ステップにおいて目標充填量に満たない量の製品液Lを排気充填ステップで補う。
Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 8 attached.
[Filling procedure of the embodiment]
First, with reference to FIG. 1, the outline of the basic procedure of the filling method in the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, this procedure includes a differential pressure filling step and an exhaust filling step, and the exhaust filling step supplements an amount of product liquid L that is less than the target filling amount in the differential pressure filling step.
差圧充填ステップにおいて、製品液Lを貯留する貯留槽3と容器100の圧力差によって充填される。なお、貯留槽3などについては図2を参照願いたい。また、図1において、左側の縦軸は圧力Pを示し、右側の縦軸は製品液Lの充填量Qを示し、横軸は経過時間Tを示す。また、当該グラフにおいて、VLおよびVGの符号が付されている線分は、液供給弁VLおよびガス排気弁VGeのON(開)およびOFF(閉)を示している。液供給弁VLとは、貯留槽3から容器100への製品液Lの充填を制御する開閉弁であり、ガス排気弁VGeとは、容器100から系外への気体の排出を制御する開閉弁である。
In the differential pressure filling step, the product liquid L is filled by the pressure difference between the
図1に示すように、容器100の内部の初期圧力PB0と貯留槽3に付加されるカウンタ圧力PF(>PB0)との間に予め差圧ΔP(PF−PB0)が形成される。初期圧力PB0は例えば大気圧(1気圧)であり、カウンタ圧力PFは取り扱う製品液Lに必要な大気圧より高い圧力、例えば5気圧である。
差圧充填ステップは、差圧ΔP(PF−PB0)を利用して製品液Lを容器100に充填する。閉じられていた(OFF)液供給弁VLを開く(ON)と、初期圧力PB0がカウンタ圧力PFに向けて上昇しながら、製品液Lが容器100に充填される。
As shown in FIG. 1, previously the pressure difference ΔP between the counter pressure P F to be added to the internal of the initial pressure P B0 of the
Differential pressure filling step fills the product liquid L in the
ここで、図1は、液供給弁VLを閉じると同時に容器100への製品液Lの充填が停止されるものと仮定し、容器100の圧力PBがカウンタ圧力PFに一致するまで製品液Lが容器100に充填される例を示している。しかし、詳しくは後述するが、本実施形態に係る差圧充填において、圧力PBがカウンタ圧力PFを超える場合もあるし、圧力PBがカウンタ圧力PFに満たない場合もある。
Here, FIG. 1 assumes that the filling of the product liquid L into the
容器100が可撓性を有していても、初期圧力PB0を含み、圧力PBが大気圧以上の正圧に保たれていれば容器100が潰れることはない。本実施形態においては、差圧充填ステップを通じて、圧力PBは大気圧〜カウンタ圧力PFの範囲、例えば1〜5気圧の範囲に保たれるので、容器100は潰れない。
Even if the
図1に示すように、差圧充填ステップにおける充填量をQ11とすると、差圧充填量Q11は容器100の目標充填量QGを満たさない。この目標充填量QGに対して不足する排気充填量Q12を排気充填ステップにおいて補う。
なお、排気充填ステップの前に、図1に示すように、排気充填量Q12を演算により求める算出ステップが行われ、この間は液供給弁VLおよびガス排気弁VGeともに閉じられている。算出ステップについては後述する。
As shown in FIG. 1, when the filling amount of the differential pressure filling step and Q 11, the differential pressure loading Q 11 does not satisfy the target filling amount Q G of the
Note that before the exhaust filling step, as shown in FIG. 1, is performed calculating step of obtaining by calculation the exhaust charge Q 12, during which is closed both the liquid supply valve VL and the gas exhaust valve VGe. The calculation step will be described later.
排気充填ステップにおいては、図1に示すように、ガス排気弁VGeおよび液供給弁VLをともに開く。製品液Lは、圧力PB3が一定に維持されながら、貯留槽3から排気充填量Q12に達するまで容器100に充填される。この間、圧力PBはカウンタ圧力PF以下の維持圧力PB3に一定に維持される。この間、ガス排気弁VGeを開くことにより容器100に含まれていた例えば炭酸ガスが容器100から排出され、排出された炭酸ガスに見合う量の製品液Lが容器100に充填される。排気充填量Q12が充填されたならば、液供給弁VLおよびガス排気弁VGeをともに閉じる。
以上の通りであり、差圧充填ステップおよび排気充填ステップにより、容器100には目標充填量QGの製品液Lが充填される。
In the exhaust filling step, both the gas exhaust valve VGe and the liquid supply valve VL are opened as shown in FIG. The product liquid L is filled in the
Are as described above, the differential pressure filling step and the exhaust fill step, the
[充填装置および充填方法の詳細]
以下、図2〜図6を参照して本実施形態に係る充填装置および充填方法を説明する。
本実施形態に係る充填装置1Aは、製品液Lが貯えられている貯留槽3と製品液Lが充填される容器100との間の圧力差を利用する差圧充填ステップと、差圧充填だけでは目標充填量に不足する量を充填する排気充填ステップと、を行うことで製品液Lを高速で充填する。この製品液Lは本発明の一例として飲料が適用される。本実施形態の充填装置1Aは、充填を開始する時点で、容器100の内部は大気圧以上の正圧とされているために、プラスチック製の容器100であってもその形状を維持したままで製品液Lの充填を終えることができる。
[Details of filling device and filling method]
Hereinafter, the filling device and the filling method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 6.
The
[充填装置1Aの構成要素]
充填装置1Aは、図2に示すように、製品液Lが貯えられている貯留槽3と、貯留槽3に貯えられている製品液Lを容器100に導く充填液供給通路7と、を備える。貯留槽3の製品液Lよりも上方の空間であるガス相3Sには例えば炭酸ガスCGが貯えられている。ガス相3Sにおける貯留槽3における炭酸ガスCGのカウンタ圧力PFは充填する製品液Lの特性に対応した大気圧を超える一定の圧力になるように制御されている。このカウンタ圧力PFを制御するために第2圧力センサ17が設けられている。また、製品液Lは、容器100に製品液Lが充填されるとその分が補充され、貯留槽3における液面が定位置になるように制御される。
[Components of
As shown in FIG. 2, the
充填液供給通路7の一端側は貯留槽3の下端部に接続され、充填液供給通路7の他端側は容器100の口部101に対峙するように設けられている。充填液供給通路7は、製品液Lが流れる流路を開閉する液供給弁VLを備える。
なお、製品液Lを充填する際には、充填液供給通路7の他端側は容器100の口部と気密に封止される。ガス排気路11も同様である。また、図2は、一つの貯留槽3から一つの容器100に製品液Lが充填される例を示しているが、これはあくまで充填装置1Aの最小単位を示しているにすぎない。実際の生産に用いる充填装置においては、一つの貯留槽3から複数の容器100に製品液Lを充填できる。
One end side of the filling
When the product liquid L is filled, the other end side of the filling
ガス排気路11は、一端側が容器100に対峙するように設けられ、他端が大気圧下の環境に解放されている。ガス排気路11は、容器100から炭酸ガスCGが流れる流路を開閉するガス排気弁VGeを備える。また、ガス排気路11には、ガス排気弁VGeよりも上流側に絞り13が備えられている。絞り13は、容器100からの炭酸ガスCGの排気量を制御する。
The
充填装置1Aは、容積VBの容器100の内部の圧力PBを検知する第1圧力センサ15と、貯留槽3のガス相3Sのカウンタ圧力PFを検知する第2圧力センサ17と、を備える。容器100の内部の圧力PBは、製品液Lが充填される前の差圧形成時点においては容器100の容積の全体の圧力であり、製品液Lが充填されると製品液Lの液面より上方の空間であるヘッドスペースの圧力である。なお、製品液Lが充填されだすと、圧力PBは初期圧力PB0からカウンタ圧力PFに向けて上昇する。
第1圧力センサ15は、絞り13と容器100の間のガス排気路11に設けられる。第2圧力センサ17は貯留槽3のガス相3Sに接続される。
Filling
The
充填装置1Aは、貯留槽3に付随して製品液Lの給液並びにガスの給排気を制御する給排機構40を備える。
給排機構40は、ポンプ42および液制御弁48が設けられている液供給路41を備える。液供給路41は、ポンプ42および液制御弁48の動作により図示を省略する供給源から製品液Lを、貯留槽3に補充する。
また、給排機構40は、貯留槽3のガス相3Sに炭酸ガスCGを供給するガス供給路43と、貯留槽3のガス相3Sから炭酸ガスCGを排出するガス排出路45と、を備える。ガス供給路43にはガス弁44が、また、ガス排出路45にはガス弁46が設けられている。
The
The supply /
Further, the supply /
充填装置1Aは、液供給弁VLおよびガス排気弁VGeの開閉動作を制御する制御器2を備える。
制御器2は、第1圧力センサ15および第2圧力センサ17で検知された容器100の内部の圧力PB、カウンタ圧力PFを取得して、液供給弁VLおよびガス排気弁VGeの開閉動作を制御する。また、制御器2は、充填装置1Aが充填する製品液Lに必要な設定条件に基づき、液供給弁VLおよびガス排気弁VGeの開閉動作を制御する。さらに、制御器2は、貯留槽3における製品液Lの液面が定位置になるように、液供給路41のポンプ42および液制御弁48の動作を制御する。さらにまた、制御器2は、カウンタ圧力PFが一定になるように、ガス供給路43のガス弁44とガス排出路45のガス弁46の開閉動作を制御する。
The
The controller 2 acquires the pressure P B and the counter pressure P F inside the
[飲料充填の手順]
次に、図3〜図6を参照して、充填装置1Aを用いて容器100に製品液Lを充填する方法を説明する。なお、図3〜図6において、開いている液供給弁VLおよびガス排気弁VGeは白抜きで示し、閉じている液供給弁VLおよびガス排気弁VGeは黒塗りで示す。
本実施形態による充填方法は、差圧充填ステップおよび排気充填ステップを含む。
差圧充填ステップは、一例として大気圧の炭酸ガスCGで置換されている容器100に、貯留槽3との圧力差により製品液Lを充填する。この差圧充填においては、容器100における目標充填量よりも少ない量の製品液Lしか充填されない。排気充填ステップは、目標充填量への不足分の製品液Lを容器100に充填する。
[Beverage filling procedure]
Next, a method of filling the
The filling method according to the present embodiment includes a differential pressure filling step and an exhaust filling step.
In the differential pressure filling step, as an example, the
[差圧形成ステップ(図6 S101)]
一連の工程は、図3に示すように、液供給弁VLおよびガス排気弁VGeの両方が閉じられている初期状態からはじまる。初期状態において、容器100は、初期圧力PB0の一例として炭酸ガスCGで置換された大気圧(PB0=大気圧)とされている。
一方で、貯留槽3の内部において、製品液Lにはガス相3Sから大気圧を超えるカウンタ圧力PFが加えられており、容器100の内部と貯留槽3の内部との間には圧力差が形成されている(図6 差圧形成ステップ S101)。
以下、各工程を順に説明する。ガス相3Sは、製品液Lの特性を維持するために必要なガス成分、例えば炭酸ガスからなる。
[Differential pressure formation step (FIG. 6 S101)]
As shown in FIG. 3, the series of steps starts from the initial state in which both the liquid supply valve VL and the gas exhaust valve VGe are closed. In the initial state, the
Meanwhile, inside the
Hereinafter, each step will be described in order. The
[差圧充填ステップ(図4(a)、(b)、図6 S103)]
差圧充填は、図4(a)に示すように、はじめに液供給弁VLを開いて、貯留槽3と容器100を連通させる。貯留槽3は大気圧を超えるカウンタ圧力PFが印加された加圧環境下であるのに対して、圧力PBは大気圧とされる。したがって、カウンタ圧力PFと初期圧力PB0の圧力差に対応する流量および流速で製品液Lが貯留槽3から容器100に高速で充填され始める(図6 差圧充填ステップ S103)。充填が進むにしたがって圧力PBは上昇する。
[Differential pressure filling step (FIGS. 4 (a), 4 (b), 6 S103)]
For differential pressure filling, as shown in FIG. 4A, the liquid supply valve VL is first opened to allow the
ここで、差圧充填の間には、第1圧力センサ15により容器100の圧力が継続的に検知される。第1圧力センサ15により検知される圧力は、容器100のヘッドスペース105における圧力PBである。
第1圧力センサ15が検知する圧力PBが設定圧力PB1に達したならば、図4(b)に示すように、液供給弁VLを閉じて製品液Lの充填を停止する。製品液Lは第1入味線TL1まで充填される。これで差圧充填の動作が終了し、製品液Lが差圧充填量Q11だけ充填される。この差圧充填の間、容器100に収容されていた炭酸ガスCGは、容器100に閉じ込められたままで充填が進行するので、容器100の内部の圧力PBが上昇する。
Here, the pressure of the
When the pressure P B detected by the
なお、ここでは設定圧力PB1に基づいて液供給弁VLを閉じるが、本実施形態はこれに限らない。例えば、容器100の圧力PBの上昇波形を求め、その波形による経過時間と圧力から設定時間TFを予め実験的に求めておき、この設定時間TFに基づいて液供給弁VLを閉じることもできる。ただし、設定時間TFは、実験的に求めた値と完全に一致する必要はない。充填時間を短縮することを目的として実験値より短い設定時間TFを設定できるし、製品液Lの状態を安定させることを目的として実験値より長い設定時間TFを設定できる。排気充填においても同様である。 Here, the liquid supply valve VL is closed based on the set pressure P B1 , but the present embodiment is not limited to this. For example, the rising waveform of the pressure P B of the container 100 is obtained, the set time TF is experimentally obtained in advance from the elapsed time and the pressure according to the waveform, and the liquid supply valve VL is closed based on this set time TF. You can also. However, the set time T F does not have to be exactly the same as the experimentally obtained value. It can be set shorter setting time T F than experimental value for the purpose of shortening the filling time can be set longer set time T F than experimental value for the purpose of stabilizing the state of the product liquid L. The same applies to exhaust filling.
[排気充填量算出ステップ(図6 S105)]
差圧充填において容器100へ充填される差圧充填量Q11は以下の式(1)により求められる。なお、この差圧充填量Q11は、図1に示すように、容器100のピーク圧力PB2が貯留槽3のカウンタ圧力PFと一致することを前提としている。ピーク圧力PB2は、第1圧力センサ15により検知される。また、差圧充填量Q11だけ製品液Lが充填された後の容器100のヘッドスペース105(図4(b))の容積VHは以下の式(2)により求められる。なお、式(1)および式(2)は、ボイルの法則に基づいており、後述する式(3)〜式(7)も同様である。目標充填量QGと差圧充填量Q11の差分は、排気充填ステップにおける排気充填量Q12と一致する。
[Exhaust filling amount calculation step (FIG. 6 S105)]
Differential pressure loading Q 11 to be filled into the
差圧充填量Q11=(1−PB0/PB2)×VB … 式(1)
ヘッドスペース容積VH1=PB0/PB2×VB … 式(2)
PB0:容器100の初期圧力
PB2:容器100のピーク圧力
VB:容器100の容積
VH1:差圧充填後のヘッドスペース105の容積
Differential pressure filling amount Q 11 = (1-P B0 / P B2 ) × V B … Equation (1)
Headspace volume V H1 = P B0 / P B2 x V B ... Equation (2)
P B0 : Initial pressure of container 100 P B2 : Peak pressure of container 100 V B : Volume of container 100 V H1 : Volume of
例えば、容器100の初期圧力PB0を1気圧およびピーク圧力PB2を5気圧とする。そうすると、排気充填量Q12およびヘッドスペース容積VH1は以下の通りであり、製品液Lは差圧充填において容器100の容積VBの4/5に相当する差圧充填量Q11だけ充填されるので、残りのQG−4/5×VBに相当する量を排気充填において充填する必要がある。この残りのQG−4/5×VBに相当する量が、容器100の目標充填量QGを満たすのに必要な排気充填量Q12に該当する。
以上の演算処理は制御器2で行われ、制御器2は排気充填量Q12が得られるように、液供給弁VLおよびガス排気弁VGeの開閉動作を制御する。
排気充填量Q12=4/5・VB
ヘッドスペース容積VH1=1/5・VB
For example, the initial pressure P B0 of the
Above arithmetic processing is performed by the
Exhaust filling amount Q 12 = 4/5 ・ V B
Headspace volume V H1 = 1/5 ・ V B
ここで、差圧充填の過程において、容器100の耐圧力は容器100の内部に加わる圧力PBよりも高いことが必要である。これは、排気充填においても同様である。
容器100の耐圧力をPPとし、製品液Lの差圧充填後の圧力PBとすると、以下の式(3)を満たす必要がある。ガス相3Sのカウンタ圧力PFが5気圧、容器100の初期圧力PB0が1気圧とし、容器100の差圧充填の終了後のピーク圧力PB2が例えば6気圧が最大値だとすると、この差圧充填に対して要求される容器100の耐圧力PPは6気圧である。
PP>PB=VB/(VB−Q11) … 式(3)
Here, in the process of differential pressure filling, the withstand pressure of the
The pressure resistance of the
P P > P B = V B / (V B −Q 11 )… Equation (3)
[排気充填ステップ(図5(a)、(b)、図6 S107)]
差圧充填の後に排気充填が行われる。排気充填は目標充填量QGと差圧充填量Q11の差分である排気充填量Q12だけ製品液Lの充填を行う。
排気充填は、図5(a)に示すように、液供給弁VLおよびガス排気弁VGeを開く。
[Exhaust filling step (FIGS. 5 (a), 5 (b), FIG. 6 S107)]
Exhaust filling is performed after differential pressure filling. Exhaust filling only exhaust charge Q 12 is a difference between the target charge Q G and the differential pressure loading Q 11 performs the filling of the product liquid L.
For exhaust filling, as shown in FIG. 5A, the liquid supply valve VL and the gas exhaust valve VGe are opened.
ガス排気弁VGeを開くと、容器100のヘッドスペース105はガス排気路11を介して大気と連通するが、ヘッドスペース105における圧力PBが大気圧より高い。したがって、ヘッドスペース105を満たしている炭酸ガスCGは大気に排出される。これに伴って貯留槽3から容器100に製品液Lが充填される(図6 排気充填ステップ S107)。ガス排気路11に絞り13が設けられており、容器100の圧力PBは安定して維持圧力PB3に一定に保持される一方、製品液Lは一定の充填速度Sで容器100に充填される。製品液Lを第2入味線TL2に達して排気充填量Q12だけ充填したならば、図5(b)に示すように、液供給弁VLとガス排気弁VGeを閉じる。なお、絞り13は開度が一定のものおよび開度を調整できるものの両者を適用できる。
When the gas exhaust valve VGe is opened, the
制御器2は、一定の充填速度Sと排気充填量Q12に基づいて、排気充填量Q12を充填するのに必要な充填時間T12を式(4)により求め、液供給弁VLとガス排気弁VGeを閉じることができる。
充填時間T12=Q12/S … 式(4)
The
Filling time T 12 = Q 12 / S ... Equation (4)
また、制御器2は、以下の手法によっても排気充填ステップによる製品液Lの排気充填量Q12を制御できる。
容器100における目標充填量QGに対応する入味線の高さを基準高さとして予め設定しておく。製品液Lが充填された容器100の液面を画像処理システムで撮影処理し、デジタルカメラで撮影される製品液Lの入味線が基準高さに達したならば、排気充填量Q12が充填されたものとてして、液供給弁VLとガス排気弁VGeを閉じる。
Further, the controller 2 can also control the exhaust filling amount Q 12 of the product liquid L by the exhaust filling step by the following method.
Set in advance as the reference height the height of Nyuaji line corresponding to the target filling amount Q G in the
このときに充填される量が差分に該当する。排気充填を終えて充填された製品液Lの量、つまり目標充填量QGは、下記の式(5)により求められる。
目標充填量QG=(1−PB0/PB2)×VB … 式(5)
The amount filled at this time corresponds to the difference. The amount of filled finished exhaust filling product liquid L, i.e. the target filling amount Q G is determined by the following equation (5).
Target filling amount Q G = (1-P B0 / P B2 ) × V B … Equation (5)
[キャッピングステップ(図6 S109)]
目標充填量QGの充填を終えたなら、その場でまたは他の場所に移送されてから、容器100の口部101にキャップが施される(キャッピングステップ)。さらに、容器100にラベルを貼り付けられる等して、容器100への製品液Lの充填を中心にする飲料製品の製造の一連の工程を終える。
[Capping step (FIG. 6 S109)]
Upon completion of the filling of the target filling amount Q G, from being transferred to situ or elsewhere, the cap is applied to the
[容器100のピーク圧力PB2のずれ]
以上では、液供給弁VLを閉じると同時に容器100への製品液Lの充填が停止されるものと仮定した、容器100のピーク圧力PB2がカウンタ圧力PFと一致する例を説明した。しかし、現実的には、ピーク圧力PB2がカウンタ圧力PFより大きくなることもあれば、ピーク圧力PB2がカウンタ圧力PFよりも小さくなることもある。以下、前者を形態1、後者を形態2という。
[Deviation of peak pressure P B2 of container 100]
In the above, an example has been described in which the peak pressure P B2 of the
ピーク圧力PB2がカウンタ圧力PFと一致せずに形態1または形態2となる主たる要因は二つある。 There are two main factors in which the peak pressure P B2 does not match the counter pressure P F and becomes Form 1 or Form 2.
一つ目の要因は、圧力差を用いて容器100に充填される製品液Lに慣性が生じていることである。つまり、液供給弁VLを閉じたとしても、慣性が生じている製品液Lの運動はすぐには止まらないので、容器100への製品液Lの供給が続く。その結果、例えば容器100の圧力PBがカウンタ圧力PFに達した時点で液供給弁VLを閉じても製品液Lが容器100に充填されるので、その分だけ容器100のピーク圧力PB2はカウンタ圧力PFを超えてしまう。
The first factor is that inertia is generated in the product liquid L filled in the
二つ目の要因は、製品液Lが容器100に充填される際に製品液Lからガス成分の一部が一旦は放出されるがその後は製品液Lに再溶解されることである。つまり、製品液Lはそれまでの貯留槽3よりも圧力の低い容器100に充填されるので、ガス成分は製品液Lから放出される。しかし、充填が進むと容器100の圧力も高くなるので、一旦は放出されたガス成分が製品液Lに再溶解される。その結果、例えば圧力PBが一時的にはカウンタ圧力PFに達したとしても、ガス成分の再溶解によって、圧力PBはカウンタ圧力PFよりも低い値にずれてしまう。大気もガス成分に含まれるが、大気に比べると炭酸ガスの方が放出および再溶解が顕著である。
The second factor is that when the product liquid L is filled in the
以上の一つ目の要因に対応する形態1においては、圧力PBがカウンタ圧力PFに達する以前に液供給弁VLを閉じることが必要である。また、二つ目の要因に対応する形態2においては、炭酸ガスの放出および再溶解を考慮して液供給弁VLを閉じることが必要である。以下、図7および図8を参照して、形態1および形態2を説明する。なお、図8に示される充填装置1Bは形態2を実行するのに必要なガス供給路12およびガス供給弁VGsを備えている以外は、図2に示される充填装置1Aと同じ構成を備えている。ガス供給路12は図示を省略するガス供給源に接続されており、ガス供給弁VGsの開閉により、容器100へのガス成分、本実施形態においては炭酸ガスの供給および停止が制御される。
In the
[形態1:ピーク圧力PB2>カウンタ圧力PF]
図7(a)を参照して、形態1における差圧充填から排気充填までの手順を説明する。
液供給弁VLを開いて差圧充填を開始してから圧力PBが設定圧力PB1に達したならば、液供給弁VLを閉じる。設定圧力PB1はカウンタ圧力PFよりも低い。慣性により容器100には製品液Lが供給され続けるので、圧力PBはカウンタ圧力PFを超えたピーク圧力PB2に達する。
[Form 1: Peak pressure P B2 > Counter pressure P F ]
The procedure from differential pressure filling to exhaust filling in the first embodiment will be described with reference to FIG. 7A.
When the pressure P B reaches the set pressure P B1 after opening the liquid supply valve VL and starting the differential pressure filling, the liquid supply valve VL is closed. The set pressure P B1 is lower than the counter pressure P F. Since the product liquid L continues to be supplied to the
その後、ガス排気弁VGeを開いて、ピーク圧力PB2よりも低い維持圧力PB3まで圧力PBが下がると、ガス排気弁VGeを開いたままで液供給弁VLを開いて排気充填を行う。排気充填量Q12が充填されたならば、液供給弁VLおよびガス排気弁VGeを閉じて、排気充填を終える。 After that, when the gas exhaust valve VGe is opened and the pressure P B drops to the maintenance pressure P B3 lower than the peak pressure P B2 , the liquid supply valve VL is opened with the gas exhaust valve VGe open to fill the exhaust gas. When the exhaust gas filling amount Q 12 is filled, the liquid supply valve VL and the gas exhaust valve VGe are closed to finish the exhaust filling.
形態1における設定圧力PB1は、種々の値で実験的に充填を行って、最適な値を選択することができる。相対的には、設定圧力PB1が低すぎるとピーク圧力PB2はカウンタ圧力PFを超えることができない。また、設定圧力PB1が高すぎてピーク圧力PB2がカウンタ圧力PFを大きく超えてしまうと、ピーク圧力PB2を維持圧力PB3まで下げるのに時間を要する。 The set pressure P B1 in the first embodiment can be experimentally filled with various values to select the optimum value. Relatively, the peak pressure P B2 when the set pressure P B1 is too low can not exceed the counter pressure P F. Further, if the set pressure P B1 is too high and the peak pressure P B2 greatly exceeds the counter pressure P F , it takes time to lower the peak pressure P B2 to the maintenance pressure P B3.
[形態2:ピーク圧力PB2<カウンタ圧力PF]
次に、形態2について、図7(b)を参照して、差圧充填から排気充填までの手順を説明する。
液供給弁VLを開いて差圧充填を開始してから圧力PBが設定圧力PB1に達したならば、液供給弁VLを閉じる。設定圧力PB1はカウンタ圧力PFよりも小さい。圧力PBはカウンタ圧力PFよりも低いピーク圧力PB2に達する。ピーク圧力PB2に達した後に、差圧充填の際に製品液Lから放出されたガス成分が製品液Lに再溶解することにより、圧力PBはピーク圧力PB2よりも低い一定の圧力に収まる。この圧力もカウンタ圧力PFよりも低い。
[Form 2: Peak pressure P B2 <Counter pressure P F ]
Next, with respect to the second form, the procedure from the differential pressure filling to the exhaust filling will be described with reference to FIG. 7 (b).
When the pressure P B reaches the set pressure P B1 after opening the liquid supply valve VL and starting the differential pressure filling, the liquid supply valve VL is closed. The set pressure P B1 is smaller than the counter pressure P F. The pressure P B reaches a peak pressure P B2 lower than the counter pressure P F. After reaching the peak pressure P B2 , the gas component released from the product liquid L during differential pressure filling is redissolved in the product liquid L, so that the pressure P B becomes a constant pressure lower than the peak pressure P B 2. It fits. This pressure is also lower than the counter pressure P F.
その後、ガス供給弁VGsを開いて容器100にガス成分を供給する。圧力PBがカウンタ圧力PFに等しい維持圧力PB3に達したなら、ガス供給弁VGsを閉じるとともに、液供給弁VLおよびガス排気弁VGeを開くことで排気充填を行う。排気充填量Q12が充填されたならば、液供給弁VLおよびガス排気弁VGeを閉じて、排気充填を終える。
After that, the gas supply valves VGs are opened to supply the gas component to the
形態2における設定圧力PB1についても、種々の値で実験的に充填を行って、最適な値を選択することができる。相対的には、設定圧力PB1が低すぎると容器100にガス成分を供給する時間が長くなる。また、設定圧力PB1が高すぎると、ガス成分の放出および再溶解があっても、ピーク圧力PB2がカウンタ圧力PFを超えてしまう。
The set pressure P B1 in the second embodiment can also be experimentally filled with various values to select the optimum value. Relatively, if the set pressure P B1 is too low, the time for supplying the gas component to the
[本実施形態の効果]
以上説明した本実施形態が奏する効果を説明する。
本実施形態は、製品液Lの差圧充填を開始するときに、圧力PBが大気圧である。よって、本実施形態によれば、樹脂製で可撓性を有する容器100を充填の対象としたとしても、容器100が潰れることなくその形状を維持できる。
[Effect of this embodiment]
The effects of the present embodiment described above will be described.
In this embodiment, the pressure P B is atmospheric pressure when the differential pressure filling of the product liquid L is started. Therefore, according to the present embodiment, even if the
しかも、本実施形態は、製品液Lの差圧充填および排気充填を開始するときに、貯留槽3のカウンタ圧力PFが容器100の初期圧力PB0よりも高く設定されている。よって、本実施形態によれば、この圧力差を利用して製品液Lが容器100に送出されるので、製品液Lを高速で容器100に充填することができる。
Moreover, in the present embodiment, when the differential pressure filling and the exhaust filling of the product liquid L are started, the counter pressure P F of the
さらに、本実施形態は、差圧充填と排気充填からなる二段充填を行うので、目標充填量QGを満たす量の製品液Lを容器100に確実に充填できる。
Further, in the present embodiment, since the two-stage filling including the differential pressure filling and the exhaust filling is performed, the
さらに、本実施形態の差圧充填において容器100に充填される直後には瞬間的に圧力が開放されるために炭酸ガスCGが泡となって現れる。ところが、この泡は微細であるのに加えて充填終了までの時間に圧力PBは上昇するので、泡はすぐに製品液に再溶解して消失する。よって、本実施形態によれば、差圧充填および排気充填を経た後に、キャップを容器100に装着する作業を迅速に始めることができる。
Further, in the differential pressure filling of the present embodiment, the carbon dioxide gas CG appears as bubbles because the pressure is momentarily released immediately after the
本実施形態において、炭酸ガスCG入り飲料の充填では、差圧充填に先立って容器100の内部が所定濃度の炭酸ガスCGで置換されている。これにより、本実施形態は、製品液Lに酸素が混入するのを避けつつ製品液Lに含まれる炭酸ガスの濃度を所定の値に保つことができる。尚ノンガス飲料では大気圧の空気のままでもよい
In the present embodiment, in the filling of the beverage containing carbon dioxide gas CG, the inside of the
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記本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。 In addition to the above, as long as the gist of the present invention is not deviated, the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.
また、本実施形態においては、製品液として炭酸入りの飲料の例を説明したが、本発明は炭酸が含まれていない飲料、その他の製品液にも適用できる。
また、本実施形態において、カウンタ圧力PFおよび充填前に容器100の内部のガスは、炭酸入りの飲料を対象としているために、炭酸ガス用いる。ところが、本発明において炭酸ガスに限らず、容器に充填される製品液の特性維持に必要なガス成分、例えば窒素ガスなどの不活性ガスを用いるとこができる。
また、本実施形態で説明した容器100は樹脂製であるが、本発明において充填の対象は樹脂製の容器に限らず、可撓性を有する他の容器、例えば金属製の缶容器にも適用できる。また、本発明は可撓性を有しない例えばガラス製のびんを充填の対象から排除するものではない。
Further, in the present embodiment, an example of a beverage containing carbonic acid as a product liquid has been described, but the present invention can be applied to a beverage containing no carbonic acid and other product liquids.
Further, in the present embodiment, the gas inside of the
Further, although the
1A,1B 充填装置
2 制御器
3 貯留槽
7 充填液供給通路
11 ガス排気路
12 ガス供給路
13 絞り
15 第1圧力センサ
17 第2圧力センサ
40 給排機構
41 液供給路
42 ポンプ
43 ガス供給路
44,46 ガス弁
48 液制御弁
100 容器
101 口部
105 ヘッドスペース
1A,
Claims (7)
前記容器の前記初期圧力PB0と前記初期圧力PB0よりも高い前記カウンタ圧力PFとの圧力差に基づいて前記製品液を前記貯留槽から前記容器に充填する差圧充填ステップと、
前記容器の内部のガス成分を排気しながら、前記容器の圧力PBを前記カウンタ圧力PF以下の維持圧力PB3に維持しつつ、前記目標充填量QGとの差分に対応する量の前記製品液を前記貯留槽から前記容器に充填する排気充填ステップと、
を備える製品液の充填方法。
The counter pressure P F is the product solution to be stored in the storage tank is added to fill the target filling amount Q G through the filling liquid supply passage in a container inside the initial pressure P B0 is the more positive atmospheric pressure It ’s a method,
Differential pressure filling step of filling the product solution based on the pressure difference between the initial pressure P B0 and the initial pressure P B0 said counter pressure P F is higher than of the container into the container from the reservoir,
While exhausting the gas component inside the container and maintaining the pressure P B of the container at the maintenance pressure P B3 equal to or lower than the counter pressure P F , the amount corresponding to the difference from the target filling amount Q G. An exhaust filling step of filling the container with the product liquid from the storage tank, and
A method of filling a product liquid comprising.
前記圧力PBが前記カウンタ圧力PF未満の設定圧力PB1に達したならば、前記製品液の供給を停止する、
請求項1に記載の充填方法。
In the differential pressure filling step
When the pressure P B reaches the set pressure P B1 which is less than the counter pressure P F , the supply of the product liquid is stopped.
The filling method according to claim 1.
前記排気充填ステップにおいて、前記差分算出ステップで算出された前記差分に対応する量の前記製品液が充填される、
請求項2に記載の充填方法。
A difference calculation step for calculating an amount corresponding to the difference based on the peak pressure P B2 of the container measured after the supply of the product liquid is stopped is provided.
In the exhaust filling step, the product liquid in an amount corresponding to the difference calculated in the difference calculation step is filled.
The filling method according to claim 2.
前記容器の圧力PBを前記設定圧力PB3まで下げてから、前記排気充填ステップが行われる、
請求項3に記載の充填方法。
If the peak pressure P B2 is higher than the counter pressure P F,
After lowering the pressure P B of the container to the set pressure P B 3 , the exhaust filling step is performed.
The filling method according to claim 3.
前記容器の圧力PBを前記設定圧力PB3まで上げてから、前記排気充填ステップが行われる、
請求項3に記載の充填方法。
If the peak pressure P B2 is lower than the counter pressure P F,
After raising the pressure P B of the container to the set pressure P B 3 , the exhaust filling step is performed.
The filling method according to claim 3.
前記容器の内部に密閉された前記圧力PBのガス成分を外部に排気することなく、前記圧力差により前記製品液を前記容器に充填する、
請求項1〜請求項5の請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の充填方法。
In the differential pressure filling step
The product liquid is filled in the container by the pressure difference without exhausting the gas component of the pressure P B sealed inside the container to the outside.
The filling method according to any one of claims 1 to 5, according to claim 1.
前記貯留槽から前記製品液を容器に充填する充填液供給通路と、を備え、
大気圧以上の正圧であって、かつ、前記貯留槽における前記カウンタ圧力PFより低い初期圧力PB0に保たれた前記容器に、前記カウンタ圧力PFと前記容器の圧力PBとの圧力差に基づいて、前記製品液を充填し、
次いで、前記カウンタ圧力PF以下の維持圧力PB3に前記圧力PBを維持しつつ、前記容器の内部のガス成分を排気しながら、目標充填量QGとの差分に対応する量の前記製品液を前記貯留槽から前記容器に充填する、充填装置。 A reservoir where the product solution is stored under a counter pressure P F is added environment,
A filling liquid supply passage for filling the container with the product liquid from the storage tank is provided.
A positive pressure above atmospheric pressure, and the vessel kept at the counter pressure P lower than the F initial pressure P B0 in the reservoir, the pressure of the pressure P B of the container and the counter pressure P F Based on the difference, the product liquid is filled and
Then, while maintaining the pressure P B in the counter pressure P F less maintenance pressure P B3, while exhausting the inside of the gas component of the container, the amount of the product corresponding to the difference between the target charge Q G A filling device that fills the container with liquid from the storage tank.
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