JP3687349B2

JP3687349B2 - 液化不活性ガス複合充填方法及びその装置

Info

Publication number: JP3687349B2
Application number: JP15391798A
Authority: JP
Inventors: 和之黒澤; 光雄谷岡; 義彦木村
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2018-05-19
Also published as: JPH11321814A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、缶、ボトル、その他の密封容器包装において、陽圧化のために液化不活性ガスを充填する不活性ガス充填方法及び装置、特に液化不活性ガスをミスト状態と流下状態との複合状態で充填できるようにした液化不活性ガス複合充填方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、薄肉缶を使用した缶詰製造ラインにおいて、フィラーとシーマとの間の缶搬送コンベヤの上方に液化不活性ガス充填装置を設置して、内容物充填後の缶に液化不活性ガス（以下、単に液化ガスという）を流下充填して、密封後の液化ガスの気化膨脹により缶内圧を発生させて缶強度を高めることが一般に行われている。この場合、缶内に充填された極超低温の液化ガスは液面で球状となるため、缶は流下装置から巻締装置までの移動する間の振動や巻締時に缶の公転・自転による遠心力で缶外に飛散し易く、缶内への残留量が一定せず缶内圧のバラツキが発生し易かった。
【０００３】
また、液化ガス充填装置から液化ガスが流下する際、そのごく一部は外気温度により気化して低温の不活性ガスとなって液化ガスと共に缶内に充填されるが、液化ガスの流下時の気化ガスのみでは缶ヘッドスペースのガスを不活性ガスに置換するには不十分であり、不活性ガス置換は巻締時のアンダーカバーガッシングや他の手段に頼らざるを得なかった。また仮に、ヘッドスペースに不活性ガスを良好に吹き込んだとしても、缶が巻締装置までの移動、及びシーマでの公転・自転により空気の巻き込みがあるため、高不活性ガス置換率を得るのが困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、液化ガスを微細粒子（ミスト）化して充填するミスト充填方法が提案されている。ミスト充填方法は、液化ガス、例えば液体窒素をミストノズルから所定の物理的条件のもとで放出することによって、その一部が直ぐに気化して低温気化ガスとなると共にその気化膨脹により未だ液体状態にある液体窒素を微細化して、低温気化ガスと微細な液体窒素液滴を生成して缶内に充填する方法であり、低温気化ガスによる不活性ガス置換が行われると共に、液化ガスの充填により缶内圧を得る方法である。しかしながら、ミストノズルの場合は、ミストを良好に発生させるためには、圧力、流量、温度等の適正な物理的条件が必要であり、液体成分と気体成分の割合を任意にコントロールすることは困難であり、該ミスト充填装置では、ライン速度や容器の種類等の変更に対して、常に高不活性ガス置換率と任意の所定内圧を同時に得ることは困難である。
【０００５】
そこで、本発明は、従来の缶詰やその他の密封容器包装における液化ガス充填方法及び装置の上記問題点を一挙に解消しようとするものであって、流下ノズルとミストノズルを併用して、容器の不活性ガス置換率を高めること、及び所定内圧を安定して得ることが同時に達成でき、ライン速度や容器の種類等の変更に対しても簡単に対応できるような不活性液化ガス複合充填方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【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複合充填方法は、容器ヘッドスペースに液化不活性ガスを充填する密封容器詰製造ラインでの液化不活性ガス充填方法において、断熱手段で断熱してなる液化ガス流路を有するノズルボディと該ノズルボディの下端部に固定され前記液化ガス流路に通じるノズル細孔を有するノズルチップからなるミストノズルと、流下ノズルを備え、前記ミストノズルから液化不活性ガスの微細液体成分を容器内に噴霧充填すると共に、前記流下ノズルから液化不活性ガスを流下充填することによって、容器のヘッドスペース内のガスを不活性ガスと置換すると共に所定の容器内圧を確保することを特徴とするものである。その際、液化不活性ガスの微細液体成分と不活性ガスを容器内に充填することによって、容器ヘッドスペースの不活性ガス置換を効果的に行うことができる。不活性ガスとしては、前記ミストノズルから微細液体成分と共に発生する低温の気体成分、又は別途に供給される不活性ガスの何れ又は両方であっても良い。また、ライン速度や製造条件の変化に対して、前記ミストノズルを選定することによって液化不活性ガスから容器内で発生する所定低温気化ガス量を得て不活性ガス置換率を確保し、且つ前記流下ノズルの液化不活性ガス流量を制御することによって所定の容器内圧を確保することができる。
【０００７】
また、上記方法を実施する本発明の液化不活性ガス複合充填装置は、内容物充填後に容器ヘッドスペースに液化不活性ガスを充填する密封容器詰製造ラインでの液化不活性ガス充填装置において、液化ガスを流下する少なくとも１つの流下ノズル、断熱手段で断熱してなる液化ガス流路を有するノズルボディと該ノズルボディの下端部に固定され前記液化ガス流路に通じるノズル細孔を有するノズルチップからなり、液化不活性ガスの微細液体成分を容器内に噴霧充填する少なくとも１つのミストノズルとを、液化不活性ガス貯留タンクに連通して容器の進行方向に配置してなることを特徴とするものである。前記液化不活性ガス貯留タンクは、液化不活性ガスを大気と連通状態で貯留している大気開放槽と大気と遮断状態で貯留している加圧槽とに区画し、前記流下ノズルは前記大気開放槽に連通して設け、前記ミストノズルは前記加圧槽に連通して設けることが望ましい。なお、本発明でいう流下ノズルとは、液化ガスを連続状態で流下するものに限らず、液化ガスを間欠的に流下（滴下）するノズルも含むものである。そして、液化ガスは、液体窒素に限らずその他の液化不活性ガスの単独又は混合物を意味している。
【０００８】
【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は、本発明の実施形態に係る液化不活性ガス複合充填装置の正面断面図、図２はその底面図である。
本実施形態の液化不活性ガス複合充填装置（以下、単に「液化ガス複合充填装置」という）１の液化ガス貯留タンク２は、二重構造に区画され中心部が大気開放槽３、その周りが加圧槽４となっており、各槽全体を真空断熱槽５で囲い、さらに外装６で囲って構成されている。大気開放槽３の底壁部にはニードルバルブからなる流下バルブ７が取付けられ、該流下バルブの下方位置に流下ノズル体８が取り付けられている。一方、加圧槽４の底壁部には、流下バルブ７を挟んで上流側と下流側の２か所に開閉バルブ１１が取付けられ、該開閉バルブ１１の下方にミストノズル１２がそれぞれ取付けられている。該ミストノズル１２は、缶の進行方向に沿って前記流下ノズル体８を挟んで両側に設けられている。
【０００９】
流下バルブ７は、大気開放槽３の下端開口部に固定された円筒体１３を介して設けられた底壁１４の開口部にバルブシート１５を固定し、該バルブシートに対して上下動するバルブステム１６を大気開放槽３を貫通して設けてなり、バルブステム１６の上端は大気開放槽３の頂壁上に設けられたバルブ制御機構１７に連結されている。バルブ制御機構１７は、ニードルバルブの開閉手段（例えばソレノイド等で構成する）とサーボ機構でニードルバルブの開度を任意に制御する開度制御手段（例えば、ステップモータとポテンショメータとの組合せ）とを有する公知のニードルバルブ制御機構を採用し、バルブの開閉とライン速度等運転状況に応じてバルブステム１６の変位量を制御することにより、液化ガスの流下量を制御するようになっている。また、流下ノズル体８は、缶の進行方向に傾斜した傾斜流下孔２０を有する消勢ノズル２１を備え、流下ノズルから流下する液化ガスが缶内の液面到達時の衝撃を緩和して液化ガスが缶外に飛散するのを防止するように工夫されている。
【００１０】
開閉バルブ１１は、加圧槽４の下端部の開口部に固定された円筒体２５の底壁２６の中央部から立ち上がった内筒２７の上端に固定されたバルブシート２８と、該バルブシートに対して上下動してバルブ穴を開閉するバルブステム２９からなり、バルブステム上端は加圧槽４を貫通して加圧槽頂壁に設けられているバルブ開閉手段３０に連結され、外部より開閉制御ができるようになっている。弁開閉手段３０として、ソレノイド、モータ等適宜の手段が採用できる。バルブステム２９を貯留タンク内を貫通して設けることにより、該バルブステムは常に液化ガスで冷却されてバルブステムを介してバルブ部へ熱が流入するのを阻止し、内筒２７入口での液化ガスの沸騰を防止している。また、バルブシート２８には、円筒体２５と内筒２７の間に貯留される液化ガスの一部が気化することによって発生する気泡がバルブに侵入することを防止するために、気泡偏向部材２４が取り付けられている。該気泡偏向部材２４を設けることによって、例え気泡が発生してもバルブを介して液化ガス通路内に噛み込まれることがなく、後述するようにミストを発生させる良好な条件を維持することができる。
【００１１】
なお、本実施形態では、タンクを密閉型の加圧槽にして、加圧槽の内圧及び液面高さを制御することによってミストノズルへの液化ガス流量及び噴霧圧を制御しており、バルブ開度によって流量を制御する必要がないので、単に開閉バルブを採用しているが、開放槽に設けられた流下バルブのように開度が調節できるニードルバルブ等を採用することも可能である。
【００１２】
ミストノズル１２は、前記円筒体２５を抱持してその下端に延びて固定されたノズルボディ３１と、該ノズルボディの下端部に取付具によって固定されたノズルチップ３２を備えている。ノズルチップ３２は、ノズルボディ３１の液化ガス流路３４に通じるノズル細孔３５を有し、その先端部から外部に放出される液化ガスがミスト化するように構成されている。なお、ノズルチップ３２は、流下ノズル８と同様に缶の進行方向に傾斜したノズル細孔を有するように形成することも可能であり、その形状は図示のものに限定されるものではない。液化ガスをミスト化するには、開閉バルブ１１を介してノズルボディ３１の液化ガス流路３４に流入した液化ガスがノズル細孔３５に到着するまでに温度が沸点に達しない程度に次第に上昇し、ノズル細孔出口部で沸点に達するような温度勾配となるように、液化ガスの温度をコントロールすることが重要である。
【００１３】
そのため、内筒２７と円筒体２５は二重構造になって、円筒体２５と内筒２７の間に加圧槽３から液化ガスが直に流入して貯溜することによって、内筒２７の外周部を常に液化ガスで冷却して、外部からの熱の流入を阻止する断熱構造とし、且つノズルボディ３１の液化ガス流路３４の上端は内筒２７の下端に連通させ、該ノズルボディ３１自体は真空断熱より断熱度の低い空気断熱又は他の適宜の断熱手段で断熱して、液化ガスがノズル細孔３５の出口に達するまでは液化ガスが沸騰しない範囲で沸点近くまで昇温するような構造にしてある。
【００１４】
また、液化ガスは極低温（例えば、液体窒素は沸点が−１９６℃）であるため、ミストノズル１２、特にノズル細孔出口付近に大気中の水分によって霜が付着し易いので、本実施形態ではそれを防止するために、ミストノズル外周部を乾燥ガス雰囲気にして大気をパージしている。図中、３６はそのために設けられたパージフードであり、該パージフードの外周部に加圧槽又は大気解放槽のヘッドスペースに連通してタンク内で気化した低温気化ガスである乾燥ガスを導入するパイプを接続するプラグ３７が設けられ、該プラグを介して導入された乾燥ガスがパージフード内周部から噴出してミストノズル外周部を乾燥ガスで囲繞するようになっている。なお、乾燥ガスは必ずしも液化ガス貯留タンク内の気化ガスに限らず、別個に設けた乾燥ガスボンベから供給するようにしても良い。
【００１５】
また、パージフード３６の外周部には適宜カバー３８が設けられ、その外周部に必要に応じてヒータ３９及び温度検出手段を設け、ミストノズルに霜が付着したとき、或いは作業中にカバーが所定温度以下に冷えてノズル部に霜が付着する恐れがあるとき等にヒータ３９を作動させてそれらの不都合を解消できるようになっている。なお、同様な理由で、流下ノズル８にもヒータ４０が設けられている。
【００１６】
本実施形態の液化ガス複合充填装置は、以上のように構成され、缶詰製造ラインのフィラーとシーマ間のコンベヤ上に設置され、該装置の下方を内容物が充填された缶が図１において矢印４０で示すように左から右に搬送されることにより、液化ガス及びその気化ガスが充填される。なお、本実施形態では缶の搬送方向に沿ってミストノズル１２−流下ノズル体８−ミストノズル１２の順に配置されているが、必ずしもその順序である必要はなく、ノズル体の個数も少なくとも１個の流下ノズル体と１個のミストノズルであれば良く、複数個又は複数組のノズル体の組合せでも良い。また、ノズルチップのノズル細孔３５は、本実施形態のノズルチップでは１個しか設けられてないが、必要に応じて複数個のノズル細孔を有するノズルチップも採用できる。
【００１７】
缶詰は、上記液化ガス複合充填装置の下方を通過することによって、ミストノズル１２より噴霧されるミスト状液化ガスがヘッドスペースに充填されると共に、ミスト生成時に発生する低温気化ガスが缶内に吹き込まれ、缶内に存在するガス（空気）を追い出して置換する。また、流下ノズル体の下方に達すると該流下ノズルより流下している液化ガスが定量充填され、次いで再びミストノズル１２によりミスト状液化ガスと低温気化ガスが缶内に吹き込まれる。このようにして、缶内にはライン速度に対応して所定量の液化ガスが充填されると共にヘッドスペースのガス置換が行われ、シーマに達して缶蓋が巻締られて密封される。
【００１８】
上記のようにミストノズル１２から噴霧される液化ガスは、液体成分と気体成分とに分かれ、しかも液体成分は微細粒子であるので蒸発し易く、缶内に充填後にも蒸発を続け缶内で低温気体を供給し続け、ヘッドスペース内を低温気体雰囲気にする。即ち、ヘッドスペース内でミストが活発に蒸発することによって、ヘッドスペース内の空気を外部に追い出して、ヘッドスペース内を窒素ガス雰囲気にすると共に、ヘッドスペースから缶外に向けてガスの流れが生じるので、缶外に外部から大気が流れ込むのを阻止する。それにより、ヘッドスペースのガス置換を従来よりも高置換率で行うことができる。また、ミスト充填することにより、ヘッドスペースが冷却されるので密封後の温度膨脹と、巻締密封時のミストの残留液体成分の気化膨脹により缶内圧を確保する。なお、ノズルチップのノズル細孔３５の細孔径、出口部の形状等によって、ミストの噴霧領域を制御することができ、容器の種類によって最適なノズルチップを選択すれば良い。
【００１９】
一方、流下ノズルからは、その流下バルブの開口度を調節することにより、任意の所定量の液化ガスが缶内に流下するが、流下ノズルとミストノズルを併用することによって、ミストノズルは内圧を発生させる液体成分を意識することなく、発生気化ガス量での選定が可能となり、選定の幅が広がり、様々な缶詰製造条件に対応することが可能となる。例えば、シーマの変速には流下ノズルの流量変更で対応でき、ミストノズルのみのステップ制御ではなく比例制御が可能となる。
【００２０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施例に限らず、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、上記実施形態では、ミストノズルへの液化ガス供給路を、加圧槽内に配置した開閉バルブから内筒２７を介して直にノズルボディの液化ガス通路に連通して形成したが、例えば、加圧槽の下端から断熱配管を介してミストノズルに連通して、断熱配管の途中に開閉バルブを設けて形成することも可能である。従って、請求項３、４で記載されているミストノズルを加圧槽に連通して設けることは、ミストノズルを直接加圧槽に設けるものに限らず、配管等を介して設ける場合も含むものである。また、大気開放槽に連通して設けられる流下ノズルの場合も同様に解すべきである。
【００２１】
さらに、上記実施例では液化ガス貯留タンクを二重槽構造にして大気開放槽と加圧槽を一体に設けてあるが、多重槽構造にすることによって大気開放槽又は加圧槽の数を増やすことも可能であり、さらには別々に分離して独立して設けて、それぞれの槽を真空断熱槽で囲うように構成しても良い。また、大気開放槽に流下ノズルを、加圧槽にミストノズルをそれぞれ連通配置しているのが通常は望ましいが、流下ノズル、ミストノズルとも加圧槽に或いは、両方とも大気開放槽に、さらには前記実施形態と逆に加圧槽に流下ノズルを大気開放槽にミストノズルを連通して設けることも可能である。そして、本発明は缶詰に限らず、缶、ボトル、その他の密封容器のガス置換と陽圧化のために適用できることはいうまでもない。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、以上のように、密封容器包装において、液化不活性ガスの微細液体成分と極低温の気体成分が得られるミストノズルと、液化不活性ガスの液体成分が自由に得られる流下ノズルを併用することにより、ミストノズルは内圧を発生させる液体成分を意識することなく、発生気化ガス量での選定が可能となり、選定の幅が広がり、様々な製造条件で高い不活性ガス置換率と所望の内圧を得ることができる。
【００２３】
さらに、ミスト発生ノズルを加圧槽に、流下ノズルを大気開放槽に別々の槽に設けることにより、ミスト発生ノズルからの噴霧条件と流下ノズルからの流下条件を別々に制御することができ、不活性ガス置換に必要な所定低温気化ガス量と、内圧発生に必要な所定液化ガス量を容易に得ることができる。
【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複合充填装置の正面断面図である。
【図２】その底面図である。
【符号の説明】
１液化不活性ガス複合充填装置２液化ガス貯留タンク
３大気開放槽４加圧槽
５真空断熱槽７流下バルブ
８流下ノズル１１開閉バルブ
１２ミストノズル１６バルブステム
２０傾斜流下孔２１消勢ノズル
３０バルブ開閉手段３１ノズルボディ
３２ノズルチップ３５ノズル細孔
３６パージフード３９、４０ヒータ

Claims

容器ヘッドスペースに液化不活性ガスを充填する密封容器詰製造ラインでの液化不活性ガス充填方法において、断熱手段で断熱してなる液化ガス流路を有するノズルボディと該ノズルボディの下端部に固定され前記液化ガス流路に通じるノズル細孔を有するノズルチップからなるミストノズルと、流下ノズルを備え、前記ミストノズルから液化不活性ガスの微細液体成分を容器内に噴霧充填すると共に、前記流下ノズルから液化不活性ガスを流下充填することによって、容器のヘッドスペース内のガスを不活性ガスと置換すると共に所定の容器内圧を確保することを特徴とする液化不活性ガス複合充填方法。
液化不活性ガスの微細液体成分と共に不活性ガスを容器内に充填する請求項１記載の液化不活性ガス複合充填方法。
ライン速度や製造条件の変化に対して、前記ミストノズルを選定することによって液化不活性ガスから容器内で発生する所定低温気化ガス量を得て不活性ガス置換率を確保し、且つ前記流下ノズルの液化不活性ガス流量を制御することによって所定の容器内圧を確保することを特徴とする請求項１又は２記載の液化不活性ガス複合充填方法。
内容物充填後に容器ヘッドスペースに液化不活性ガスを充填する密封容器詰製造ラインでの液化不活性ガス充填装置において、液化ガスを流下する少なくとも１つの流下ノズル、断熱手段で断熱してなる液化ガス流路を有するノズルボディと該ノズルボディの下端部に固定され前記液化ガス流路に通じるノズル細孔を有するノズルチップからなり、液化不活性ガスの微細液体成分を容器内に噴霧充填する少なくとも１つのミストノズルとを、液化不活性ガス貯留タンクに連通して容器の進行方向に配置してなることを特徴とする液化不活性ガス複合充填装置。
前記液化不活性ガス貯留タンクは、液化不活性ガスを大気と連通状態で貯留している大気開放槽と大気と遮断状態で貯留している加圧槽を有し、前記流下ノズルは前記大気開放槽に連通して設けられ、前記ミストノズルは前記加圧槽に連通して設けられている請求項４記載の液化不活性ガス複合充填装置。