JP3696592B2 - 円錐状のジェット充填管およびこのような管を備えた充填設備 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、特に壜の充填設備のための充填管の分野に関する。
【０００２】
円錐状または「傘状」の製品のジェットを条件付けする充填管の実現はすでに知られている。充填管は、壜を充填するために使用され、特に、充填管の出口からきわめて迅速に壜の内部側壁に製品を注入することができる。かくして、製品は、内壁に沿って流れながら壜に入り、壜の底に直接注入されない。そのため、できるだけ泡を形成しないように壜が充填されるので、単位時間あたりの充填流量が増え、したがって壜の充填に必要な時間を短縮することができる。
【０００３】
さらに、このようなタイプの充填管では、円錐状のジェットを妨げずに、壜に最初に含まれている空気を排出できる軸方向カニューレを配置することが知られている。
【０００４】
米国特許第４，１５６，４４４号明細書および米国特許第５，１２５，４４１号明細書には、このように構成された充填管の二つの例が記載されている。これらの充填管は、壜に詰められる製品がソーダ水またはビールのような炭酸液であっても、あるいは牛乳またはジュースのような泡立ちやすい液体であっても、壜の充填時間を著しく短縮することができる。
【０００５】
壜の充填中に遭遇する可能性のある別の問題は、製品と周囲の空気との接触の問題である。事実、多数の製品、特にビールおよびジュースは、酸素により劣化しうる。ところで、従来設計の充填管で充填する間、製品は、非常に空気に晒される。そのため、酸素が製品に混ざる傾向があり、製品の保存期間が制限される。
【０００６】
従って、本発明の目的は、上記の充填管に固有の品質を保持しながら、壜詰めされる製品と空気との接触を著しく制限するだけでなく、さらにはなくすことができる充填管の新設計を提案することにある。
【０００７】
このため、本発明は、容器に液体を供給する充填管を提案し、充填管が、円錐状のジェットを条件付けする液体供給口を含み、円錐状のジェットにより画定される空間内部に通じるガス排出管を備えた軸方向カニューレを含んでおり、前記カニューレが、円錐状のジェットにより画定される空間内部に通じ、液体の内側で、液体の円錐状のジェットに対してほぼ平行に流れるガス流を注入するガス供給管を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の別の特徴によれば、
前記ガスの供給管が、環状開口の形状で、円錐状のジェットにより画定される空間内部に通じ、
ガス供給管が、その出口に、ほぼ円錐形の偏向面を備え、
排出管が、ガス供給管の環状開口の中心に軸方向に通じており、ガス供給管が、ほぼ環状の製品の供給口の中心に軸方向に通じており、
ガス供給管が、供給する製品に対して中性のガスを供給され、
製品のジェットが、軸方向の回転成分を示し、
製品が接線速度成分により注入される、環状の回転チャンバを含み、前記回転チャンバが、環状管路により軸方向に延長され、前記管路の出口が製品供給口を形成し、
回転チャンバが、漏斗状の面により環状管に接続され、
軸方向のカニューレが、回転チャンバを軸方向に貫通する。
【０００９】
本発明は、また、容器の充填設備に関し、上記の特徴の任意のひとつを組み込んだ充填管を備える少なくとも一つの充填装置を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の特徴および長所は、以下の詳細な説明を読み、添付図面を参照することで明らかになるであろう。
【００１１】
図示された充填管１０は、特に、首部が狭い壜１２の充填用である。たとえば、充填管は、ガラス壜にも、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）のようなプラスチックボトルにも使用可能である。もちろん、このような充填管は、好適には、たとえば回転カルーセル型の複数の充填管を備えた充填設備の製造に用いられる。
【００１２】
図を説明するために使用されている「上」、「下」、「上方」、「下方」等の方向概念は、図示された例に関連しており、本発明の範囲を制限するものとして解釈するべきではない。
【００１３】
図示された充填管１０は、主に、ほぼ回転軸Ａ１の中空の本体１４を含み、この本体は、内管１６と外管１８との２個の同軸管により軸方向に一方から他方に貫通されている。
【００１４】
従って、本体１４は、管１６、１８により軸方向に貫通される内部容積を画定する。ここでは、単独部品として示された本体１４は、また製造を容易にするために複数の部品で実現してもよい。本体は上部カバー２０をかぶせられ、このカバーが、内部容積を上方で気密に閉じて、管１６、１８を支持する。
【００１５】
カバー２０は、軸方向にカバーを一方から他方へ通る階段状の内部中ぐりを備える。この中ぐりの上段２２は、本体の上方外側に通じ、軸Ａ１を中心とする円筒形であり、内管１６の外径とほぼ同じ直径を有する。
【００１６】
内部容積の下方に通じる下段２４は、軸Ａ１の円筒形であり、外管１８の外径とほぼ同じ直径を有する。
【００１７】
上段２２と下段２４との間で軸方向に延びる中間段２６は、軸Ａ１の円筒形であり、外管１８の内径とほぼ同じ直径を有する。
【００１８】
外管１８の上端は、中間段２６の下段２４を画定するストッパの環状面で支持されるまで、カバーの中ぐりの下段２６に軸方向に下から上に係合される。締め付け装置と環状パッキンを外管１８に取り付けることにより、一方で外管１８のカバー２０への固定と、他方でこうした取付の気密性を保証する。
【００１９】
内管１６は、カバー２０を完全に貫通するように、外管１８の中心で軸方向に係合される。内管２０は、カバーの中ぐりの上段２２を横切る締め付け装置により保持され、同様に、内管１６の固定を保証する。
【００２０】
図からわかるように、外管１８の内径を内管１６の外径より大きくすることによって、双方の管をカバー２０に同軸に取り付ける際に、２個の管１６、１８の間に管路２８を形成する環状空間が存在する。図１からわかるように、カバー２０の中ぐりの中間段２６により形成されるこの管路２８の上端は、中ぐりの上段２２で内管１６を気密に取り付けることで閉鎖される。
【００２１】
しかしながら、入口ポート３０は、中ぐりの中間段２４に通じるようにカバーを半径方向に貫通し、かくして、流体源と管路２８との連通を可能にする。
【００２２】
本体１４により画定される内部容積は、主に、回転する上方のチャンバ３２と、加速コーン３４と、環状の供給管路３６との三つの部分を含む。回転チャンバ３２は、ここでは、外管１８を中心として配置された単純なリング形状を示す。供給口３８は、完全に半径方向ではなく、反対に接線成分を示す配向に従って、壜詰めする製品のチャンバ３２への導入を可能にする。製品は一定の圧力によりチャンバに導入されるので、製品は、この圧力が製品の重力による流れだけから発生する場合と同様に、チャンバ内に螺旋状に循環しながら導かれる。必要に応じて、供給口３８を、あらかじめ垂直方向にやや傾斜させてもよい。
【００２３】
壜詰する製品を容器１２に向かって流す環状の供給管３６は、外管１８の下部の周囲に形成される。図示された実施例では、充填管１０のこの部分が、充填する容器の首部の内部に入るので、管路３６は、本体１４の他の部分よりも小さい直径を示すようになっている。管路３６は、筒状の円筒壁部材により画定される。チャンバ３２を管路３６に接続するために、接続面３４が設けられており、この接続面は、簡略化のために円錐台形に選択されている。
【００２４】
もちろん、充填管１０の本体１４の内部形状は、本発明の範囲を逸脱せずに、たとえば米国特許第５，１２５，４４１号明細書に記載されるように最適化可能である。
【００２５】
図１からわかるように、外管１８の下端は、管路３６の下端の下に下りており、それによって環状の製品の出口穴４０を画定している。さらに、外管１８の下端が半径方向外側に広がることにより、外管の外面が偏向板４４を形成するようにしている。偏向板は、半径方向外側に製品を噴射し、製品が、円錐状のジェットを形成して、容器の内壁に接触する。
【００２６】
外管１８の端と、管路３６の端との寸法および位置は、それぞれ、出口穴３６の通過断面が比較的小さくなるように選択される。これは、製品の供給が中止されたときに充填管に含まれる液体を留めておくようにするためである。製品が滴り落ちないようにするのに許容される最大の通過断面は、特に、製品固有の表面張力に応じて決定される。
【００２７】
同様に、内管１６の下端は、軸方向に下に外管１８の下端を越えており、内管１６の端の外面は、半径方向に外側に広がって、偏向面４６を形成している。従って、管路２８の下端は環状であり、半径方向外側に広がっている。
【００２８】
チャンバ３２の供給口３８は、作動時に、制御バルブを介して、壜詰めする製品の保管タンクに接続される。バルブの開閉は、さまざまなパラメータに応じて制御可能である。これは、すべての容器に適用される固定の充填時間を決定するタイミング制御の問題となる。制御は、容器が所定の重量に達したときに製品の供給を中止する重量制御とすることができる。さらに、充填管から送られる流量値を積算して、容器内に流す製品の容量を推定する、流量測定制御の問題となる。容量測定装置の場合、供給する製品の量は、保管タンクと充填管との間に配置された中間容積において決められる。
【００２９】
ガス供給管２８の入口ポート３０は、好適には、考慮された製品にとって中性のガス源に接続される。この中性ガスは、たとえば二酸化炭素（ＣＯ_２）または窒素（Ｎ_２）とすることができる。
【００３０】
さらに、中央管１６の内部に画定される中央管路４２は、ガス排出装置、または単に屋外に接続される。
【００３１】
従って、動作時に、充填管本体に投入される製品の流れがチャンバ３２内で回転し、この製品の流れが、出口穴４０の環状の形状と、偏向面４４の形状とで組み合わされて、製品が、充填管から円錐状のジェットとして供給されることを保証する。充填管の下部は、容器に係合されるか、または容器のすぐ近くにあり、製品は、容器の内壁に接触し、内壁に沿って流れて容器を充填する。流量が多い場合でも泡立ちが非常に少ない流れが得られる。
【００３２】
本発明によれば、管路２８の下端から流れるガス流が製品の円錐状の流れの「下に」通じるように、管路２８に中性ガスを供給する。偏向面４６の形状が広がっているので、ガス流は、壜内に製品の流れにほぼ平行に流れる。
【００３３】
かくして、本発明によれば、製品の流れが、外側の容器の内壁と内側の中性ガスの流れとの間に、いわば閉じ込められる。そのため、製品と周囲の空気との接触が非常に限られたものになり、さらにはなくなる。
【００３４】
もちろん、排出管路４２により、ガスは、容器内の製品の水位が上がるにつれて容器から排出される。こうした排出は、好適には、容器の中央から軸Ａ１に沿って上向きに行われる。排出されたガスは、充填前に最初から容器に含まれていたガス部分であるか、あるいは、管路３６から供給される中性ガス部分である。
【００３５】
製品と周囲の空気との接触の可能性をさらに制限するために、中性ガスにより容器を洗浄する予備段階で充填操作を始めるように構成することもできる。本発明による充填管を用いたこのような洗浄の有効性は、特に、充填管による特別な排出により改善される。実際、ガス供給管２８から投入される流れは、容器の壁に沿って下方に流れ、軸Ａ１に従って排出管路４２の方に上昇する。この流れにより、あらかじめ容器に含まれていた空気を非常に短時間で有効に排出することができる。かくして、容器の充填に必要な全体時間をそれほど増やさなくても、製品と空気との接触が著しく減少する。
【００３６】
本発明の充填管により、製品の充填に必要な時間を越えて中性ガスの投入を延長することもでき、中性ガスによる容器の上部空間の洗浄を完全にし、壜に栓をするときに壜内に空気が閉じ込められるのを防ぎ、従って製品との接触を回避するためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による充填管の概略的な軸方向断面図であり、充填管が、壜の充填中の動作を示す。
【図２】 図１の２−２線による縮小横断面図である。

Claims (10)

1. 容器内に液体を供給する充填管であって、前記充填管（１０）が、円錐状のジェットを条件付けする液体供給口（３６、４０）を含み、円錐状のジェットにより画定される空間内部に通じるガス排出管（４２）を備えた軸方向カニューレを含んでおり、
   前記カニューレが、円錐状のジェットにより画定される空間内部に通じ、液体の内側で、液体の円錐状のジェットに対してほぼ平行に流れるガス流を注入するガス供給管（２８）を含むことを特徴とする、充填管。
2. 前記ガス供給管（２８）が、環状開口の形状で、円錐状ジェットにより画定された空間内部に通じることを特徴とする、請求項１に記載の充填管。
3. 前記ガス供給管（２８）が、その出口に、ほぼ円錐形の偏向面（４６）を備えることを特徴とする、請求項２に記載の充填管。
4. 前記ガス排出管（４２）が、前記ガス供給管（２８）の環状開口の中心に軸方向に通じており、前記ガス供給管が、ほぼ環状の製品の供給口（３６、４０）の中心に軸方向に通じていることを特徴とする、請求項２または３に記載の充填管。
5. 前記ガス供給管が、供給する製品に対して中性のガスを供給されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の充填管。
6. 製品のジェットが、軸方向の回転成分を示すことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の充填管。
7. 前記製品が接線速度成分により注入される（３８）、環状の回転チャンバ（３２）を含み、前記回転チャンバ（３２）が、環状管路（３６）により軸方向に延長され、前記管路の出口が製品供給口（４０）を形成することを特徴とする、請求項６に記載の充填管。
8. 前記回転チャンバ（３２）が、漏斗状の面（３４）により環状管（３６）に接続されることを特徴とする、請求項７に記載の充填管。
9. 軸方向のカニューレ（１６、１８）が、回転チャンバ（３２）を軸方向に貫通することを特徴とする、請求項７に記載の充填管。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の充填管を備えた少なくとも一つの充填装置を含むことを特徴とする、容器の充填設備。

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