JP3630025B2

JP3630025B2 - 液化不活性ガス噴霧充填装置及びその噴霧ノズル

Info

Publication number: JP3630025B2
Application number: JP22717199A
Authority: JP
Inventors: 和之黒澤; 健竹之内; 力岩崎; 克己千本; 佳之森田
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2019-08-11
Also published as: JP2001048120A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽圧缶詰等の製造ラインにおいて液体窒素等の液化不活性ガスを容器内に噴霧充填する液化ガス噴霧充填装置及びその噴霧ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、内圧のバラツキの少ない陽圧缶詰等を製造する方法として、液体窒素等の液化不活性ガス（以下、液体窒素で代表する）を液化ガス噴霧ノズルによリミスト状に微細化して充填する液化不活性ガス噴霧充填方法とその装置を先に提案した（特開平１１−４３１１０号公報）。該提案された液化不活性ガス噴霧充填の液化ガス噴霧ノズルは、細孔からなるノズル孔を有し、液体窒素を所定圧力で供給することによって液体窒素を微細粒にして容器のヘッドスペースに充填して密封するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記提案された液化不活性ガス噴霧充填装置及びその噴霧ノズルの改良に係るものであり、特に、ノズル出口部近傍を外気と遮断する外気パージ機構、液化ガス貯留タンクの構造、ノズル構造等を改良することにより、噴霧充填装置の構造をより単純化し、且つ液体窒素の大量充填から微小充填まで、高精度で充填でき、且つ高速ラインにも対応できるようにした液化不活性ガス噴霧充填装置及びその噴霧ノズルを提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の液化不活性ガス噴霧充填装置は、液化不活性ガスを貯留する液化ガス貯留タンクと、該液化ガス貯留タンクの底部に連通して設けられた噴霧ノズルを有する噴霧手段とを備え、前記噴霧ノズル出口部近傍を、該噴霧ノズルの噴霧誘導孔の延長軸線上に位置する噴霧流路を有するパージフードで囲い、該パージフードと前記噴霧手段との間に形成されるパージガス路に前記液化ガス貯留タンクの気相部から気化ガスを導入することにより、該噴霧ノズル出口部近傍外部を低温の不活性ガスにより外気から遮断して、前記噴霧ノズルから噴霧されて微粒化された液化ガスが、前記パージフードに設けられた噴霧流路を通って容器内に充填されるようにしたことを特徴とするものである。
【０００５】
前記パージフードにヒータを設け、該ヒータにより前記パージフードの温度を制御できるようにすることによって、噴霧ノズル出口部近傍への霜付きをより確実に防止することができると共に、良好な噴霧条件を創出することができる。前記液化ガス貯留タンクの底部には、前記噴霧ノズルを有する噴霧手段と共に、流下ノズルを有する液化不活性ガス流下手段を設けることにより、通常の陽圧缶詰の内圧発生に必要な比較的多量の液体窒素量から微小陽圧缶詰の製造の場合の微小液体窒素量まで、缶詰内圧条件に応じて所定量の液体窒素を充填精度良く、しかも高速充填ができる。その際、液化不活性ガスタンクを１槽の圧力調節タンクで構成し、噴霧ノズルと流下ノズルを共に同じ圧力調節タンクに設けることにより、２槽式の液化不活性ガスタンクと比べて構造が著しく単純化することができるとともに、１槽の液化不活性ガスタンクで液化ガス噴霧充填用と液化ガス流下充填用とに適宜兼用することができる。
【０００６】
また、本発明の液化ガス噴霧ノズルは、液化ガス貯留タンクの下部に取り付けて、液化不活性ガスを微細粒にして噴霧するための液化ガス噴霧ノズルであって、複数のノズル孔を有することを特徴とする。それにより、所定噴霧量を複数の噴霧ノズルに分割して個々の噴霧ノズルから微小量の液体窒素を充填することができるので、充填量のバラツキが低減してより精密充填が可能となる。前記ノズル孔は１本の噴霧誘導孔の下端に複数設けても良く、又は複数本設けられた噴霧誘導孔の下端に各噴霧誘導孔毎に１個宛形成しても良い。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明の実施形態に係る液化不活性ガス充填装置を示している。本実施形態では１槽からなる密閉型の液化ガス貯留タンクの底部に２個の噴霧ノズル組立体と１個の流下ノズル組立体を配置して、高速ラインで液体窒素の少量充填（低陽圧缶詰を製造する場合）から通常充填（一般の陽圧缶詰を製造する場合）まで、充填精度よく充填できるようにしたものである。
【０００８】
図１において、１は真空断熱された１槽からなる密閉型（圧力調節型）の液化ガス貯留タンク（以下、単にタンクという）であり、その底部に１個の流下ノズル組立体３と２個の噴霧ノズル組立体２が、缶の流れ方向に沿って上流側からその順に配置されている。噴霧ノズル組立体２の噴霧機構が判り易いようにその要部が図２に拡大して示されている。
【０００９】
噴霧ノズル組立体２は、基本構成として液体窒素の流量を制御するバルブ機構５と噴霧ノズル機構６からなり、液体窒素を確実に微細粒化して噴霧する付加的構成として、バルブ機構５から噴霧ノズル機構６までの液体窒素流路７、該流路を冷却するノズル冷却槽８、ノズル外周部及び出口部を外気と遮断して霜付きを防止するパージ手段等を有し、タンク１の下部に一体に取り付けられている。
【００１０】
前記バルブ機構５のバルブシート及び噴霧ノズル機構６を一体に支持している噴霧ボディ９は、タンク１の底壁に形成された開口部に合致する内径を有する円筒状外壁１１を有し、その底壁１２を貫通して液体窒素通路を構成するパイプ１３が立ち上がって設けられている。従って、噴霧ボディの円筒状外壁１１とパイプ１３は二重構造になって、円筒状外壁１１とパイプ１３の間が、タンク１から液体窒素が流入するノズル冷却槽８を構成している。該ノズル冷却槽８は、図示のようにノズル近傍まで延びており、パイプ１３と噴霧ノズル機構６の噴霧ノズル１７を常時液体窒素で冷却するようになっている。それにより、液体窒素をタンクから噴霧ノズルまで沸騰気化させることなく、且つ沸点近傍までの温度勾配を持たせて噴霧ノズル１７に供給することを可能にしている。
【００１１】
パイプ１３の上端開口部はタンク１の開口部に臨み、その入口部にはノズルへの液体窒素の供給を制御するバルブ機構５のバルブシート１４が設けられている。バルブ機構５はニードルバルブで構成され、バルブシート１４に対向して上下動可能に設けられる弁棒１５がタンク内を貫通してタンク上部に突出しており、タンク上部に設けられた弁駆動制御手段１０により外部から駆動制御できるようになっている。パイプ１３の上端には、バルブシート１４の上方に位置して気泡偏向部材１６が設けられノズル冷却槽８に貯溜されている液体窒素が気化しても気泡が液体窒素流路７内に侵入するのを阻止して、液体窒素の微細粒化の妨げとなる気泡のノズルへの浸入を阻止している。
【００１２】
パイプ１３の下端部は、容器の進行方向Ａに対して噴霧方向が鉛直方向下向きにαだけ傾くように傾斜面に形成され、該傾斜面にノズル６が水平面に対してα傾いた状態で固定されている。傾斜角αは、５°〜４５°の範囲内で適宜選択される。噴霧ノズル機構６は、噴霧ノズル１７と該噴霧ノズルを噴霧ボディに固定する保持口金１８で構成されている。
【００１３】
噴霧ノズル１７は、図３に拡大して示すように、ノズルボディ２０の下端部が断面ほぼ長方形状に形成され、その下端面中央部に短辺を横断して１条の溝２２が形成され、該溝に面するように中心軸方向に沿って１本の噴霧誘導孔２１が形成されている。そして、該噴霧誘導孔２１の下端部を蓋ってノズルチップ２４が設けられている。ノズルチップ２４は下端面に１条の凹部２５を有し、該凹部２５の中央部に該凹部を横断するように略長方形状の細孔からなるノズル孔２６がそれぞれ形成されている。噴霧ノズル１７が上記構造を有することによって、該ノズルから噴霧される液体窒素は、所定の広がり角をもって進行方向に対して扁平で全体として直方形状乃至楕円形の扁平状の噴霧パターンを形成して、進行方向に速度成分を有するように傾斜して噴霧される。噴霧パターンの広がり角は、前記ノズルチップの形状と噴霧圧とによって左右されるが、２０°〜１００°の範囲内で適宜選択するのが良い。
【００１４】
本実施形態におけるパージ手段は、噴霧ノズル１７の出口部近傍をパージフード３０で囲って構成され、該パージフードと前記噴霧手段との間に形成されるパージガス路３１に液化ガス貯留タンク１の気相部から気化ガスを導入することにより、該噴霧ノズル出口部近傍外部を低温の不活性ガスにより外気から遮断するようになっている。パージガス路３１はパージガス供給管３５（図１）を介して、液化ガス貯留タンク１の気相部３６に連結されている。パージガスを加圧タンクの気相部から導入するようにしてあるので、多量の低温気化ガスを得ることができ、外部から別個にパージガスを導入しなくても、十分にパージすることができる。なお、パージガス供給管３５の途中には、図示してないが、パージガスの流量を調整する電磁弁及び絞り弁が設けられ、常時パージガス量が適正量となるように制御している。
【００１５】
パージフード３０には、噴霧ノズル１７の噴霧誘導孔２１の延長軸線上に位置するように、噴霧流路３２が傾斜して形成されている。該噴霧流路は液体窒素の噴霧形状と略一致するように末広がりの扁平漏斗状に形成されている。該パージフード３０の外周部にはヒータ３３が設けられており、該ヒータによリバージフードを加熱して、液体窒素が良好に噴霧できるようにパージフードを所望の温度に制御することができると共に、噴霧ノズル及び該パージフードへの露結・氷結を防止することができる。
【００１６】
流下ノズル組立体３は、従来のものを採用したものであり、ニードルバルブのバルブステム２９を開口量駆動制御装置１９により、駆動制御することによって傾斜ノズル孔２７を有する流下ノズル２８から適量の液体窒素を、容器の搬送方向に速度成分を有するように傾斜状に流下又は滴下させることができる。それにより、液体窒素流の容器液面への衝突時の衝撃を緩和して、液体窒素の缶外への飛散を防止することができる。なお、本実施例では２個の噴霧ノズル組立体２と１個の流下ノズル組立体３を配置しているが、必要に応じてその数は任意に変更することができる。
【００１７】
また、図示されてないが、液化ガス貯留タンク１には、該液化ガス貯留タンクに液化不活性ガスを供給する給液管、液化ガス貯留タンク内の気化ガスを外部に放出する排気管、液化ガス貯留タンク内の液位を測定する液面レベルセンサ、タンク内圧を測定する圧力計が設けられ、液化ガス貯留タンク１の内圧、液面レベルを常に監視してそれらを自動的に適正量に制御できるようになっている。本実施形態では、流下ノズルと噴霧ノズルを備えているにもかかわらず液化ガス貯留タンク１が１槽式で構成されているため、これら何れも１個宛設ければ良いので、２槽式の場合と比べて構造を非常に単純化することができた。
【００１８】
本実施形態の液化不活性ガス噴霧充填装置は、以上のように構成され、例えば流下ノズルを閉止状態にすれば、噴霧ノズルのみが作動する液体窒素噴霧装置として使用することができ、噴霧ノズルのバルブを閉止状態にすれば、液体窒素流下装置として使用することができるので、一つ装置で噴霧充填、流下充填の両方を兼用することができる利点がある。
【００１９】
噴霧ノズルによる液体窒素の噴霧は、次のようにして行われる。タンクの底部開口→バルブシート１４の弁孔→パイプ１３を経てタンク１からノズルチップ２４のノズル孔２６までの液体窒素流路を形成する。パイプ１３は外周部が液体窒素で冷却されて外部からの熱流入が阻止されているので、タンク１からノズル孔２０までの液体窒素流路は断熱経路となっている。しかしながら、タンクと違って完全な断熱構造ではないので、噴霧ボディ９及び噴霧ノズル１７への外気熱の流入は完全に阻止されず、パイプ１３を通過する液体窒素は熱流入の影響を受け温度が次第に上昇し、温度勾配が生じる。該温度勾配を利用することによって、ノズル孔２６を通過する液体窒素を噴霧圧での沸点近くまで上昇させることが可能であり、ノズル孔２６から放出する液体窒素を効果的に微細粒化することができる。
【００２０】
極低温の液体窒素を安定して噴霧するには、ノズル温度、ノズル孔径、噴霧圧、噴霧流量、及び噴霧ノズルへ霜付き防止等が適正に維持されているのが要求されるが、本実施形態ではこれらの条件をタンク１に設けた液面レベルセンサ、圧力計により常にタンク内圧、液位を制御することによって所定の噴霧圧及び噴霧流量を得ている。また、ノズル温度は、噴霧ノズル１７を支持しているパイプ１３をノズル冷却槽８に流入している液体窒素で冷却すると共に、ノズル表面を液体窒素の気化ガスである低温窒素ガスで外気と遮断して冷却状態を保ち、またノズル表面が過度の冷却状態にある場合には、ヒータ３３で加熱することができるので、常に適正な温度に保つことができる。従って、ノズルへの霜付きを防止するために常温の窒素ガス等別途のパージガスを導入しなくてもノズルへの霜付きを防止することができ、構造が簡単である。
【００２１】
上記実施形態では、単一のノズル孔を有する噴霧ノズルを複数個設けて噴霧充填する場合について説明したが、噴霧量を大きくするためには、単純にはノズル孔径を大きくすれば良いが、ノズル孔面積が０．１５〜４．０ｍｍ^２の範囲を越えると微小粒滴の形成が困難となるので、ノズル孔径を大きくするのに制限を受ける。その問題点を解決する方策として、単一の噴霧ノズルに複数のノズル孔を形成してノズル孔を大きくすることなく、噴霧量を安定して増やすことができる方法を見出した。
【００２２】
図４はそのための噴霧ノズルの実施形態を示している。本実施形態の噴霧ノズル４０は、単一の噴霧ノズルに複数（２個）のノズル孔を形成したノズルチップが採用されている。該ノズル４０は、ノズルボディ４１の下端部が断面ほぼ長方形状に形成され、その下端面中央部に短辺を横断して１条の溝４２が形成され、該溝に面するように中心軸方向に沿って１本の噴霧誘導孔４３が形成されている。そして、該噴霧誘導孔４３の下端部を蓋ってノズルチップ４４が設けられている。ノズルチップ４４は下端面に２条の凹部４５を有し、各凹部４５の中央部に該凹部を横断するように略長方形状の細孔からなるノズル孔４６がそれぞれ形成されている。従って、本実施形態の噴霧ノズル４０によれば、パイプ１３の液化ガス流路７に連通する１本の噴霧誘導孔４３に流入した液体窒素が２個のノズル孔から噴霧され、噴霧された液体窒素の微小粒滴は互いに混ざり合って缶内に充填されることになり、１個の噴霧ノズルからの噴霧量を従来の１個のノズル孔を有する噴霧ノズルより増やすことが可能であり、且つ全体のバラツキを少なくすることができる。
【００２３】
図５は本発明の噴霧ノズルの他の実施形態を示している。本実施形態はノズルボディに２本の噴霧誘導孔を設けて、各噴霧誘導孔の下端に１個ノズル孔を有するノズルチップをそれぞれ設けて、１個の噴霧ノズルで２個ノズル孔から同時に噴霧できるようにしたものである。即ち、本実施形態の噴霧ノズル５０は、ノズルボディ５１の下端部が断面ほぼ長方形状に形成され、その下端面中央部に短辺を横断して２条の溝５２が所定間隔をおいて形成され、該各溝に面するように軸方向に沿って２本の噴霧誘導孔５３が形成されている。各噴霧誘導孔５３の下端部を蓋ってノズルチップ５４がそれぞれ設けられている。ノズルチップ５４は下端面に１条の凹部５５を有し、各凹部５５の中央部に該凹部を横断するように略長方形状の細孔からなるノズル孔５６がそれぞれ形成されている。以上のように、単一の噴霧ノズルに複数のノズル孔を形成することによって、単一の噴霧ノズルで噴霧流量を大きくすることができるので、複数本の噴霧ノズルを設ける場合と比べて構造が簡単であり、製造コストの低減を図ることができる。
【００２４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限らずその技術的思想の範囲内で種々の設計変更が可能である。例えば、上記噴霧ノズルは、１個の噴霧ノズルに２個のノズル孔を有する場合について説明したが、ノズル孔の個数はそれに限らず、可能であるならば３個以上設けても良い。また、図１に示す実施形態では噴霧ノズルは単一のノズル孔を有するものを採用したが、もちろん図４及び図５に示すような複数のノズル孔を有する噴霧ノズルを採用しても良い。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の液化不活性ガス噴霧充填装置によれば、ノズル出口部近傍を外気と遮断する外気パージ機構が非常に簡単な構成にすることができるので、設備コストの低減化を図ることができる。そして、パージフードにヒータを設けてパージフードの温度を制御することによって、霜付きをより確実に防止することができると共に、噴霧ノズル出口近傍の温度を制御できて良好な噴霧条件を創出することができる。さらに、液化不活性ガス噴霧手段と共に液化不活性ガス流下手段を設けることにより、通常の陽庄缶詰の内圧発生に必要な比較的多量の液体窒素量から微小陽圧缶詰の製造の場合の微小液体窒素量まで、缶詰内圧条件に応じて所定量の液体窒素を精度良く、且つ高速充填ができる。しかも、液化不活性ガスタンクを１槽の圧力調節タンクで構成することができるので、２槽式の液化不活性ガスタンクと比べて構造を著しく単純化することができる。
【００２６】
また、本発明の噴霧ノズルによれば、１個の噴霧ノズルに複数のノズル孔を有しているので、所定噴霧量を複数の噴霧ノズルに分割して個々の噴霧ノズルから微小量の液体窒素を充填することができる結果、より精密充填が可能となり、内圧のバラツキのより少ない低陽圧缶詰を得ることができる。また、複数のノズル孔を形成することによって、単一の噴霧ノズルで噴霧流量を大きくすることができるので、複数本の噴霧ノズルを設ける場合と比べて構造が簡単であり、製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る液化不活性ガス噴霧充填装置の要部断面図である。
【図２】その噴霧ノズル組立体部の拡大断面図である。
【図３】（ａ）その噴霧ノズルの側面図、（ｂ）は正面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る噴霧ノズルを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は正面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る噴霧ノズルを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【符号の説明】
１液化ガス貯留タンク２噴霧ノズル組立体
３流下ノズル組立体５バルブ機構
６噴霧ノズル機構７液化ガス流路
８ノズル冷却槽１３パイプ
１７、４０、５０噴霧ノズル２１、４３、５３噴霧誘導孔
２４、４４、５４ノズルチップ２６、４６、５６ノズル孔

Claims

液化不活性ガスを貯留する液化ガス貯留タンクと、該液化ガス貯留タンクの底部に連通して設けられた噴霧ノズルを有する噴霧手段とを備え、前記噴霧ノズル出口部近傍を、該噴霧ノズルの噴霧誘導孔の延長軸線上に位置する噴霧流路を有するパージフードで囲い、該パージフードと前記噴霧手段との間に形成されるパージガス路に前記液化ガス貯留タンクの気相部から気化ガスを導入することにより、該噴霧ノズル出口部近傍外部を低温の不活性ガスにより外気から遮断して、前記噴霧ノズルから噴霧されて微粒化された液化ガスが、前記パージフードに設けられた噴霧流路を通って容器内に充填されるようにしたことを特徴とする液化不活性ガス噴霧充填装置。
前記パージフードにヒータを設け、該ヒータにより前記パージフードの温度を制御できるようにした請求項１記載の液化不活性ガス噴霧充填装置。
前記液化ガス貯留タンクの底部には、前記噴霧ノズルを有する噴霧手段と共に、流下ノズルを有する液化不活性ガス流下手段が設けられている請求項１又は２記載の液化不活性ガス噴霧充填装置。
前記液化ガス貯留タンクは、１槽の圧力調節タンクからなる請求項３記載の液化不活性ガス噴霧充填装置。
液化ガス貯留タンクの下部に取り付けて、液化不活性ガスを微細粒にして噴霧するための液化ガス噴霧ノズルであって、単一の噴霧ノズルに複数のノズル孔を有することを特徴とする液化ガス噴霧ノズル。
前記ノズル孔は１本の噴霧誘導孔の下端に複数設けられている請求項５記載の液化ガス噴霧ノズル。
前記ノズル孔は、複数本設けられた噴霧誘導孔の下端に各噴霧誘導孔毎に１個宛形成されている請求項５記載の液化ガス噴霧ノズル。