JP5090298B2 - 液体充填設備及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は飲料充填設備及びその運転方法に関し、より詳しくは、例えばジュース等の高温の飲料のような飲料を容器内に充填する設備において、充填する飲料の品質劣化を防止しつつ充填設備停止後の飲料の廃棄ロスを低減させる飲料充填設備及びその運転方法に関する。

通常の飲料製造設備においては、中味液としての飲料を貯蔵する貯蔵タンクから飲料充填装置（以下フィラと呼ぶ）への飲料の供給は一方向の流れであり、ボトル等の容器の不具合等によりフィラが停止して飲料の受入ができなくなれば、センサーが感知してフィラへの飲料の送液を停止するようになっている。送液が停止すると、フィラのフィラタンク内の中味液すなわち飲料は自然冷却もしくは無菌エアの流れにより冷却されるため一定時間以上設備が停止すると容器を殺菌可能な温度以下となる。この場合充填を再開する際にはフィラタンク内の冷えた液を廃棄し、更に、フィラの構成要素であるフィラタンク、充填ノズル等の温度を上げるために加熱した飲料をブロー（フィラタンク、充填ノズル等に流して捨てる）する必要があり、また、充填が停止した場合に加熱した飲料をフィラを除く設備の一部をバイパスさせて循環させるシステムも開発されていた（特公平２−２７２３６号公報）が、この場合もフィラタンク内の飲料の温度が低下し、フィラの昇温ブロー（飲料をフィラタンク及び充填バルブ等に流してそれらを昇温させた後廃棄すること）が必要であり、廃棄ロスが生じるという問題があった。これらのロスを低減するために、充填設備が停止した場合に第１戻り経路の分岐点からフィラへの分岐点までの経路内の飲料を回収して製品タンクに戻し、再度加熱して充填する方法（特開平２００１−７２１８９号公報）や、フィラタンク内の飲料を再加熱して循環させる方法（特開２００２−３３７９８８号公報）等が開発されている。しかしながら、いずれの場合も設備が大がかりになり、既存設備の改修では設計が困難である。さらにメインテナンスを加増するものである。また、製品タンク、加熱殺菌装置、充填バルブを含む設備を常時循環させる系も開発されている（特開昭５９−７４０９７号公報）が、この系においても、前述の装置、設備と同様の問題がある。

一方、飲料を高温で充填する場合、上記のような、フィラが停止するとセンサにより送液が停止するシステム、或いはダイバート循環経路で循環させる経路を有するシステムにしても、フィラの動作停止時にはフィラタンクに高温の充填液が供給されなくなるため、フィラ内の飲料の温度が徐々に低下する。特に、雑菌汚染を避けるために無菌エアの流れのある環境でフィラを運転する場合もあり、その場合はさらに温度低下が起こりやすい。この温度低下は極めて早く１分程度フィラが動作停止した場合でも充填の規定温度よりも低下する場合がある。これに対して通常フィラ停止時間は１分間よりも長い。

温度低下が早い原因の一つはフィラ、フィラ周辺の配管等が冷却されやすいためである。従来の製造設備では冷却を受けやすい一部のバルブ、配管等について部分的に保温手段が用いられていた。従って、保温手段が設けられた部分は高温がより長時間維持されるがそれ以外の部分については短時間でも温度を維持することができていなかった。ある部分では温度保持できていても、一部の部分では温度を保持できていない状態となることは全ての液体を廃棄または再加熱することを余儀なくする。そこで充填が停止した場合にも全製造設備にわたって温度低下を防止するシステムの開発が求められていた。
特開２００１−７２１８９号公報 特開２００２−３３７９８８号公報 特開昭５９−７４０９７号公報 特許平２−２７２３６号公報

本発明は、前記のような問題に鑑みなされたものであって、運転停止時に液温の低下したフィラタンク内の飲料を迅速に液体貯蔵タンクに流入させ、かつ運転再開時のリードタイムを短くする液体充填設備及びその運転方法を提供することを目的とする。
本発明の目的は、また、設備全体を効率良く保温し廃棄ロスを低減できる液体充填設備の運転方法並びにこれに用いる設備を提供することである。
本発明の目的は、また、既存の液体充填ラインに簡易な改造を施すことによりフィラタンク内の充填液の廃棄量を低減できる液体充填設備及びその運転方法を提供することである。

請求項１の発明によれば、液体貯蔵タンクからフィラへ液体を送液して容器に充填する液体充填設備であって、充填停止後にフィラタンク内の液体を液体貯蔵タンクに還流させる手段を有し、前記還流の際に液体貯蔵タンクからフィラタンクへの送液経路の少なくとも一部でフィラタンク内の液体を逆流させて液体貯蔵タンクに還流させ、還流経路としてダイバート経路を利用することを特徴とする液体充填設備が提供される。

本発明によれば、フィラタンクへの送液経路の少なくとも一部を逆流させることによりフィラタンク内の液体を液体貯蔵タンクに還流させ、再度充填に使用することができる。そのため、ホット充填の際にフィラが停止し、液温が規定温度以下になった場合でも再度加熱して充填に用いることができる。また、沈殿や浮遊しやすい成分を含む液体についてもフィラ停止後フィラ内の液体を液体貯蔵タンクに還流させ、送液、還流を繰り返すことにより沈殿や浮遊による成分の分離を少なくすることができ、より均一な充填が可能になるという効果を有する。この均一充填を目的とする場合には送液経路の全てを逆流させることもできる。また、加熱により変質しにくい飲料（例えば、パスツーリゼーションにより加熱殺菌を行う日本酒等）や、常温、低温充填の場合にも送液経路の全部を逆流させることができる。さらに、同じ熱交換器で加熱と冷却を行うような場合には、送液経路は加熱、逆流経路は冷却するように配管を設置すれば送液経路の一部を逆流させて往復循環させることも可能である。また、本発明によれば、通常のダイバート経路を有する液体充填ラインを用いることによりフィラ内の液体を還流させることができ、既存の配管を利用できるため、新たに還流用の配管を増設する必要がないという効果を有する。また、逆流させる送液経路はフィラタンクの流入口からフィラに最も近いダイバートバルブまでであるので、既存の経路をそのまま利用することが出来るという効果を有する。

請求項２の発明によれば、還流させる手段が気体の圧力であることを特徴とする請求項１に記載の液体充填設備が提供される。

本発明によれば気体の圧力によりフィラ内の液体を押し出して還流させることができる。この場合、気体の温度を液温に近い温度にすることにより、フィラ、配管の温度低下を低減することもできる。

請求項３の発明によれば、還流させる手段がポンプであることを特徴とする請求項１に記載の液体充填設備が提供される。

本発明によれば、ポンプによりフィラ内の液体を還流させるため、より効率よく還流させることができる。

請求項４の発明によれば、空検知手段またはタイマーを有することを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の液体充填設備が提供される。

本発明によれば、空になったことを検知することにより、気体による加圧やポンプによる還流を停止するタイミングを正確に決定することができる。空検知手段の設置場所としては、ポンプ２７ｂの直前が好ましいがこれに限定されない。例えば、ダイバートバルブからフィラタンクにいたる配管中に空検知手段を設けることで、ダイバートリターンラインに空の部分が生じるのを少なくすることもできる。あるいはフィラタンク内にレベル計を設置することにより空検知することも可能である。

請求項５の発明によれば、液体貯蔵タンクからフィラへ液体を送液して容器に充填する液体充填設備であって、液体貯蔵タンクからフィラタンクへの送液経路の少なくとも一部を逆流させてフィラタンク内の液体を液体貯蔵タンクに還流させ、還流経路としてダイバート経路を利用することを特徴とする液体充填設備の運転方法が提供される。

本発明によればフィラタンク内の液体を既存の送液経路を逆流させることにより液体貯蔵タンクに還流させるため、既存の設備を大幅に変更することなく運転方法を変えるだけで還流させることができるという効果を有する。

請求項６の発明によれば、液体貯蔵タンクからフィラへ液体を送液して容器に充填する液体充填設備の運転方法であって、液体貯蔵タンクからフィラタンクへの送液経路の少なくとも一部を逆流させてフィラタンク内の液体を液体貯蔵タンクに還流させる際にポンプ及び気体の圧力のうち少なくとも一方を利用し、還流経路としてダイバート経路を利用することを特徴とする液体充填設備の運転方法が提供される。

本発明によればポンプ及び気体の圧力のうち少なくとも一方を利用することにより、より効率よくフィラタンク内の液体を液体貯蔵タンクに還流させることができるという効果を有する。

請求項７の発明によれば、液体貯蔵タンクからフィラへ液体を送液して容器に充填する液体充填設備の運転方法であって、液体貯蔵タンクからフィラタンクへの送液経路の少なくとも一部を逆流させてフィラタンク内の液体を液体貯蔵タンクに還流させる際にポンプ及び気体の圧力のうち少なくとも一方を利用し、空検知手段及びタイマーのうち少なくとも一方により還流を制御し、還流経路としてダイバート経路を利用することを特徴とする液体充填設備の運転方法が提供される。

本発明によれば還流の終了をより確実に設定でき、次の送液のタイミングをより正確なものにできるという効果を有する。また、これにより、より迅速に送液を開始できるという効果も有する。

請求項８の発明によれば、液体貯蔵タンクからフィラへ液体を送液して容器に充填する液体充填設備の運転方法であって、送液経路の一部を逆流させるとともにダイバートリターン経路を介してフィラタンク内の液体を液体貯蔵タンクに還流させることを特徴とする液体充填設備の運転方法が提供される。

本発明によれば、送液経路の一部とダイバートリターン経路を介してフィラタンク内の液体を液体貯蔵タンクに還流させることができ、既存の設備を有効に利用できるという効果を有する。

請求項９の発明によれば、液体貯蔵タンクからフィラへ液体を送液して容器に充填する液体充填設備の運転方法であって、フィラの充填停止後に少なくとも一部の送液経路を逆流させる工程と、フィラタンク内の液体を気体の圧力及びポンプのうち少なくとも一方により送液経路を逆流させて、還流経路としてダイバート経路を利用して還流させる工程と、空検知手段及びタイマーのうち少なくとも一方により、気体による加圧及びポンプのうち少なくとも一方を停止させる工程と、を有することを特徴とする液体充填設備の運転方法が提供される。

本発明によればフィラタンク内の液体の還流の終了をより正確に検知することができ、ポンプにエア等の気体を巻き込むことや、フィラタンク内に多くの液体が残った状態で還流を停止するという危険性を低減することが出来る。

請求項１０の発明によれば、充填停止後還流を開始することを特徴とする請求項５に記載の液体充填設備の運転方法が提供される。

本発明によれば、充填が停止すると還流を開始することから液温が低下することが少なく、フィラタンク内の液体の温度を充填可能温度に保つことが容易になるという効果を有する。この際、充填停止後直ちに還流を開始することにより、より効率よく温度低下を防止することができる。また、沈殿や浮遊しやすい成分を含む液体を充填する場合でもフィラの充填停止後に還流を開始するため、液体と沈殿や浮遊しやすい成分の分離を少なくでき、また、還流、送液による攪拌効果により、液体の状態をより均一に保つことができる。この場合もフィラの充填停止後直ちに還流を開始すればより効率よく攪拌することができる。

請求項１１の発明によれば、充填停止後還流を開始し、還流の終了後、フィラへの送液を開始し、充填開始まで還流、送液を交互に繰り返すことを特徴とする請求項５に記載の液体充填装置の運転方法が提供される。

本発明によれば還流、送液を交互に繰り返すことにより、フィラタンク内の液温の低下が低減できるために液体の廃棄量を低減できる。また、沈殿や浮遊しやすい液体の場合でも攪拌効果により、より均一な状態で充填できるという効果を有する。

また、充填停止後直ちに還流を開始し、還流の終了後直ちに送液を開始し、送液修了後直ちに還流を開始するというように、還流と送液を連続的に充填再開まで繰り返すこともできる。これにより、保温効果、攪拌効果をより高めることができる。

請求項１２の発明は少なくともダイバートバルブからフィラタンクにいたる経路及びフィラタンクを保温することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の液体充填設備を提供する。

本発明によれば少なくともダイバートバルブからフィラタンクにいたる経路及びフィラタンクを保温することから往復循環の保温効率を高めることができる。また、往復循環をせずに液体の温度を充填可能に保持できる時間が長くなるという効果を有する。保温の部位はダイバートバルブからフィラタンクにいたる経路及びフィラタンクに限られず、例えば、ポンプ２６からダイバートバルブまでの経路などを保温することもできる。

請求項１３の発明によれば、保温される各部位の温度低下勾配が同一になるように保温された請求項１２に記載の液体充填設備が提供される。
本発明によれば、保温される各部位の温度低下勾配が同一になるように保温設計されるた
め、保温効果がより高まる。

請求項１４の発明によれば、少なくともダイバートバルブからフィラタンクにいたる経路及びフィラタンクを保温することを特徴とする請求項５ないし請求項１１の何れか１項に記載の液体充填方法が提供される。

本発明によれば少なくともダイバートバルブからフィラタンクにいたる経路及びフィラタンクを保温することから往復循環の保温効率を高めることができる。また、往復循環をせずに液体の温度を充填可能に保持できる時間が長くなるという効果を有する。

請求項１５の発明によれば、保温される各部位の温度低下勾配が同一になるように保温された請求項１４に記載の液体充填方法が提供される。

本発明によれば、保温される各部位の温度低下勾配が同一になるように保温設計されるため、保温効果がより高まる。

請求項１６の発明によれば、液体貯蔵タンクからフィラへ液体を送液して容器に充填する液体充填設備であって、液体貯蔵タンクと液体を容器に充填するフィラとの間の送液経路の途中から分岐して液体を前記液体貯蔵タンクに循環させる循環経路を有し、充填停止後にフィラタンク内の液体を液体貯蔵タンクに還流させる手段を有し、前記還流の際に液体貯蔵タンクからフィラタンクへの送液経路の少なくとも一部でフィラタンク内の液体を逆流させ、前記循環経路を介して液体貯蔵タンクに還流させるとともに、該還流動作の動作時間を制御することを特徴とする液体充填設備が提供される。

請求項１７の発明によれば、前記フィラタンク内の液体が空になったことを検知する空検知手段を用いて、前記還流動作の動作時間を制御することを特徴とする請求項１６に記載の液体充填設備が提供される。
請求項１８の発明によれば、前記フィラタンク内の液体が空になる時間を設定したタイマーを用いて、前記還流動作の動作時間を制御することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の液体充填設備が提供される。

なお、本明細書においては、液体貯蔵タンクと液体を容器に充填するフィラとの間の送液経路の途中から分岐して液体を前記液体貯蔵タンクに循環させる循環経路をダイバート循環経路という。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（イ）フィラ停止時に、ダイバートバルブ以降の液体を循環させることにより、加熱充填
製品の充填後温度補償のための液体ブロー量を大幅に削減できる。また、その循環 （往復循環）は既存設備の大幅な改造を行うことなく可能である。
（ロ）フィラ停止により、フィラに高温液体が送液されない状態になったとしても保温効
果によりダイバートバルブ以降のフィラタンク内、配管内、バルブ内の液体をより 長時間充填可能温度に保つことができる。
（ハ）全ての部位の温度勾配を保証することにより、廃棄を低減させ、安定した充填が可
能となる。
（ニ）フィラ内の液体を還流後、送液、充填を行うことにより沈殿又は浮遊しやすい成分を含有する飲料についてもより均一な充填が可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の参考例及び実施例について、液体として飲料を充填する場合で説明する。なお、ここでは循環受けタンクがある場合（参考例）とない場合（実施例）の２通りについて説明を行う
循環受タンクのある場合（参考例）
図１において本発明の参考例（循環受タンクあり）を実施する飲料充填設備１が示されている。同図において、２は飲料を貯蔵するクッションタンクすなわち液体貯蔵タンクであり、３は飲料を加熱殺菌する加熱殺菌装置であり、４は切換バルブであり、５はヘッドタンクであり、６はダイバートバルブであり、７はフィラのフィラタンクであり、それらは送液設備１２により直列に接続され、送液経路１１を構成している。ダイバートバルブ６にはダイバートリターンライン１４が接続され、飲料を送液経路１１から液体貯蔵タンク２に戻すダイバート循環経路１３を構成している。ダイバートリターンライン１４にはダイバート循環経路１３を介して貯蔵タンク２に戻される飲料を冷却する冷却装置１５が設けられている。上記経路及び各構成機器の構造及び機能は従来の飲料充填設備のものと同じであるから詳細な説明は省略する。本発明を実施するために、送液経路１１のダイバートバルブ６より下流側の位置に切換バルブ１６を設け、そのバルブをライン１８及び循環受タンク１７を介してダイバートバルブ６に接続し、ダイバートリターンライン１４に接続可能にしている。なお、切換バルブ１６及び循環受タンク１７の構造及び機能も公知のものでよいので、詳細な説明は省略する。

上記構成の飲料充填設備１において、飲料を容器ｂ内に充填する充填運転時は、クッションタンクすなわち貯蔵タンク２内の飲料は、ポンプ２５により送液経路１１の加熱殺菌装置３により加熱殺菌された後ヘッドタンク５内に送られ、そのヘッドタンク５からダイバートバルブ６及び新設の切換バルブ１６を介して旋回するフィラタンク７内に送られる。フィラタンクが旋回しながらその中の飲料が充填バルブ８を介して容器ｂ内に充填される。ダイバートバルブ６からフィラタンク７までの経路は、この参考例では充填経路２０を構成する。
（充填停止時）
充填停止時の運転としてはダイバート循環と往復循環の２通りが考えられる。ダイバート循環とは従来からある考え方で、クッションタンクすなわち飲料貯蔵タンク２から送液された液体をフィラ手前に設けたダイバートバルブから還流させダイバートリターンライン１４を通し、再び貯蔵タンク２へ循環させる。当然ダイバート循環ではダイバートバルブ以降の液体は滞留し、温度は低下する。これに対し本発明の往復循環ではダイバート循環では滞留してしまうダイバートバルブより下流側（循環経路で見て）の液体も循環される。この往復循環を行うタイミングについては特に指定しない。滞留している液体の温度により実施しても良いし、予めタイマーを設定することもできる。また温度条件が満たされるのであれば、充填直前に１回だけ実施することも考えられるし、その逆に充填が停止した瞬間から往復循環を実施し続けても良い。
（ダイバート循環）
循環受タンク１７が設置されているため、微生物的に心配であれば、循環受タンクがダイバート循環経路に入るようにダイバート循環経路を設計する。もし少量の残液に対して微生物などの心配がないのであれば、あえて循環受タンクをダイバート循環経路内に含める必要はない。ここでは、参考例として循環受タンクがダイバート循環経路内に入っている場合を説明する。

充填運転の停止時には、切換バルブ１６が切り換えられ、ダイバートバルブ６とフィラタンク７との接続が断たれ、ダイバートバルブ６が循環受タンク１７と接続される。したがって、貯蔵タンク２から送られた飲料は、加熱殺菌装置３、ヘッドタンク５、ダイバートバルブ６及び切換バルブ１６を介して循環受タンク１７に流れる。循環受タンク１７内の飲料は、ダイバートバルブ６、冷却装置１５を通り貯蔵タンク２に戻る。以上がフィラの充填運転停止時のダイバート循環ルートとなる。
（往復循環）
往復循環時には切換バルブ１６を切り換えて循環受タンク１７とフィラタンク７とを接続する。この時、フィラの充填バルブ８は閉じた状態にある。そしてこの状態でフィラタンク７内に図示しない窒素ガスの供給源より窒素ガスの圧力を加えて加圧する。（この場合、加圧に用いるガスは窒素ガスに限らず、空気や炭酸ガス等の気体でもよい。ガスの種類は充填する液体の性質等により選択される。）すると切換バルブ１６より下流側の配管２１、２２及びフィラタンク７内に滞留している飲料は循環受タンク１７に回収される。またこの時ポンプ２６により送られた液体はダイバートバルブ６からダイバートリターンライン１４を通り貯蔵タンク２へ循環されている。なお、循環受タンク内に回収されるのはフィラタンク内の液体の温度が所定値以下に下がったときとして、その温度が所定値より高い場合には回収しないで一部を充填用ノズルからブローさせた後容器内への充填を開始してもよい。そして、切換バルブ１６より下流側の配管２１、２２及びフィラタンク７内に滞留している飲料が実質的になくなったら、再び切換バルブ１６を切り換え、ダイバートバルブ６とフィラタンク７とを接続し、貯蔵タンク２内の飲料をフィラタンク７に送る。この時フィラタンク７、配管２１、２２で失われる熱量を考慮して、熱交換機すなわち加熱殺菌装置３の設定温度を通常より高めに設定しても良い。

循環受タンク内１７に回収された液体は、回収終了後、直ちにクッションタンクすなわち液体貯蔵タンク２へ送られる。特に、往復循環を繰り返す場合は早急に循環受タンク１７を液体を受け容れる余裕がある状態にする必要がある。循環受タンク１７から貯蔵タンク２への送液は、ヘッドタンク５からフィラタンク７へ送液している最中（充填中）でも可能である。この場合、バルブ６では貯蔵タンク２からフィラタンク７への経路と、循環受タンク１７から貯蔵タンク２へ還流する経路の両方の経路を開放した状態になる。この場合にはこれらの二つの経路は合流しない。このような機能を果たすバルブとしては例えば弁体が上下に移動するダブルシートバルブ等を用いればよい。循環受タンク１７から貯蔵タンク２への送液方法としては、気体の圧力、例えば、窒素ガス等による圧力で送液することができる。この場合、循環受タンクを密閉状態にできるので衛生面で優れている。この際、循環受タンクに気体を流入させる手段を設けると、圧力により循環受タンク内の液体を液体貯蔵タンク２に還流させると同時に、液体貯蔵タンク２からフィラへの送液を行うことができる。他の送液手段としては、ポンプを用いてもよい。ポンプは還流ライン１８内に設けることが好ましいが、ダイバートリターンライン１４内やダイバート循環経路１３内に設けても良い。ポンプを用いる場合には循環受タンク１７は開放系もしくは半開放系にすればよい。また、気体の圧力とポンプの両方を用いてもよい。

この参考例によれば経路の途中にタンク５のようなタンクがある場合でもタンク内の液温を低下させることなく液体をダイバート循環でき、また、温度が低下したフィラ内の液体を循環受タンクに流入させ、貯蔵タンクに還流させることにより、フィラ内液体等の廃棄ロスを減少させることができる。また、工事も最小限で済むという効果も得られる。

なお、上記参考例では循環受タンク１７を切換バルブ１６に接続したが、ダイバートバルブ６から分岐するダイバートリターンライン１４の途中に循環受タンクを設けてもよい。この場合、循環受タンクにダイバートバルブ６からフィラタンク７内部等の液体を流入させる際には、貯蔵タンク２から送液された液はバルブ４から１３のライン、１５の冷却装置を経由して貯蔵タンクに循環させる。すなわち、循環受タンクに切換バルブ１６からフィラタンク７内までの液体が流入中は、貯蔵タンク２から送液された液体はタンク５、バルブ６、ライン１４を経由せずに、４，１３，１５の経路で循環する。

この場合、フィラからの液体受け入れの際は、バルブ６を切り替えてタンク５との通路を遮断し、フィラからバルブ６を介して経路１４にある循環受タンクとを連通させ、バルブ６からフィラまでの液体及びバルブ６から循環受タンクまでの経路内の液体を循環受タンクに流入させる。この場合にも循環受タンクへの流入手段、循環受タンクから液体貯蔵タンクへの還流手段として気体による加圧及びポンプのうち少なくとも一方等を用いることができる。この実施形態の場合には、タンク５内の液体の温度が低下するおそれがあるが、バルブ４からタンク５を介してバルブ６に至る経路に保温手段を設けることにより、より効率的に充填設備を運転できる。この際、全ての冷える部分の温度勾配を同一にすることでさらに保温効率を高めることもできる。この経路を用いた場合には既存のダイバート経路の途中にタンクを設けるだけでよいので設備が単純になり、工事の負担も少なくなる。

図２において、本発明に用いられる保温方法を実施する飲料充填設備１ａが示されている。この図において、図１の飲料充填設備１の構成要素と共通の要素は同じ参照番号に接尾語ａを付して表す。この飲料充填設備の最大のポイントは冷える部分を部位毎に分けて考えている点であり、これら全ての部位の温度勾配を保証する事により、初めて廃棄量の大幅削減が可能となる。つまり、冷える部分個々が部位毎に温度低下の勾配が違うため、それぞれの部位に適切な保温を設計する必要がある。そして保温後は各部位の温度勾配が一様となるように設計する。例えば、フィラタンク７ａの部位（ｅ）の温度勾配が改善されたとしても、ダイバートバルブ６ａとデアレーションタンク２５ａとの間の部位（ａ）が改善されていなければ結局この滞液量を全て廃棄しなければならない。なお、（ｂ）はデアレーションタンク２５ａの部位であり、（ｃ）及び（ｄ）は配管２１ａ及び２２ａの部位である。

そこで以下の方針に基づいて保温条件を設定した。

ア．温度低下時の温度勾配が等しいであろう部位毎にダイバートバルブ以降を部位分
けする。

イ．それぞれの部位の保温後の目標温度勾配を一定とし保温を設計する。
各部位の保温条件を表１から表３に示した。
その結果、表４の保温条件であればグラスウール程度の断熱材を保温材として用いた場合にダイバートバルブ以降の配管、タンク、バルブ、フィラの温度低下速度を同一にしつつ保温することができる。これにより、大部分が規定温度以上で一部分が規定温度以下になるという温度ムラによる不都合を回避し、より保温効率を上げることができる。

上述の条件を満たす限り保温の方法については特に限定はしないが、
１．微生物の巣とならない、
２．脱落により保温材が容器内に混入しない（特にフィラー保温において）、
事に留意し選定することが必要である。すなわち保温材の材料は、飲料を殺菌状態で充填することから微生物管理が容易でかつ容易に脱落しない保温材が望ましい。例えば、二重管を用いて、外管部分を真空にする。もしくは、外管部分にグラスウール、発泡ポリウレタン、高温用ガラス繊維などの保温材を詰めると言った方法が考えられるが、これらに限られない。要するに上述の特性を満たすものであれば良い。

充填再開時には攪拌部材を取り付けたフィラタンクを用いることにより、固形成分を含む液体の攪拌効果を高めることができる。特にフィラ停止後、保温効果によりフィラタンク内の液体を廃棄せずにそのまま充填する場合にはフィラタンク内の固形成分と液体の分離が問題となる。この場合、フィラタンクを、液体を容器に充填しない状態で回転させ内部の液体を攪拌することもできるが、回転により温度低下がより起こりやすい。そこで、内部に攪拌部材を取り付けて回転させると攪拌部材の攪拌効果により、回転時間を大幅に短縮できる。これにより、フィラタンクの温度低下が抑制され、容器への充填温度を規定温度に保つことが可能となる。この攪拌部材の形態としては、例えば、板状体であって、厚さが2mmないし5mmで横幅がフィラ内部を水平方向に横断することができ、フィラタンク内周の外側面と外周の内側面に取り付け可能な幅であり、縦幅は液体の深さの20％ないし90％程度、最も望ましくは70％程度の長さを有し、水平面に対して20度ないし40度程度の角度を有する、液体を上方から下方もしくは下方から上方へと押し下げることのできる攪拌板等が考えられる。かかる攪拌部材の形状は典型的には板状体が考えられるが、これに限られず、例えば、断面が流線形、楕円形、長円形、三角形、台形、その他の多角形の柱状の形状等が考えられるがこれらに限られず、液体を上方から下方もしくは下方から上方に押し下げもしくは押し上げることにより、浮き上がった固形成分及び沈降した固形成分のうち少なくとも一方を攪拌できる機能を有するものであればよい。
循環受タンクなしの場合（実施例）
図３において本発明の実施形態である、循環受タンクの無い液体充填設備１ｂが示されている。この実施例において、図１に示された液体充填装置すなわち設備１の構成要素と同じ構成要素には同じ参照番号に接尾語ｂを付して表し、それらの機能の詳細な説明は省略する。この実施例では図１に示されるバルブ１６、循環受タンク１７及びライン１８は設置されず、ダイバートリターンライン１４ｂにはダイバートバルブ６ｂと切換バルブ２８ｂとの間にポンプ２７ｂが設けられている。その他の構成要素については循環受タンクありの場合と同様である。

次に上記実施例の液体充填設備１ｂの運転動作について説明する。
（充填運転時）
循環受タンクが省略されたため、ダイバートバルブ１６なくなっているが、その他の運転方法については循環受タンクありの場合と同じである。
（充填停止時）
充填停止時の運転としては循環受タンクありの場合と同様に、ダイバート循環と往復循環の２通りが考えられる。またこの２通りの運転の考え方についても同様である。
充填停止時には、フィラタンク内の液体の温度を低下させないために以下のような往復循環又はダイバート循環を行う。往復循環を常時繰り返すのが、本発明の最も好ましい実施形態である。すなわち、
（往復循環時）
（１）ポンプ２６ｂを停止し、フィラタンク７ｂに圧力を掛け、ポンプ２７ｂを動作させ、ダイバートバルブ６ｂより下流側の配管２１ｂ、２２ｂ及びフィラタンク７ｂに滞留している液体を、ダイバート循環経路１３ｂを介して、貯蔵タンク２ｂに流入させる。この時フィラタンク内は密閉状態にする必要があるのでフィラの大気開放弁（図示せず）、充填バルブ８ｂなどは閉とする。またこの時ダイバートバルブ６ｂにより液体はダイバートバルブ６ｂ→ポンプ２７ｂ→切換バルブ２８ｂの方向のみ通過可能となっており、ダイバートバルブ６ｂからヘッドタンク５ｂに向かう流れは阻止されている。そして切換バルブ２８ｂによりそのバルブから→冷却装置１５ｂ→貯蔵タンク２ｂの方向のみ通過可能となっており、切換バルブ２８ｂからダイバートリターンライン２９ｂを介して切換バルブ４ｂの方向の流れは阻止されている。そしてまた、切換バルブ4ｂにより加熱殺菌装置３ｂ→切換バルブ４ｂ→ヘッドタンク５ｂの方向のみ液体は通過可能となっており、切換バルブ４ｂ→切換バルブ２８ｂ→冷却装置１５ｂの方向の流れは阻止されている。なお、フィラタンクに圧力をかけず、ポンプ２７ｂのみによりフィラタンク内の液体を貯蔵タンクに還流させてもよい。この場合にはフィラタンク内を密閉状態にする必要はない。

（２）ポンプ２７ｂの直前に設置している図示しない空検知器により、液のない事を確認したらポンプ２７ｂの動作を停止する。この場合、空検知手段を用いず、タイマーによりポンプ２７ｂの動作時間を制御してもよい。ポンプ２７ｂが停止したらダイバートバルブ６ｂによりダイバートリターンライン１４ｂへの接続を遮断し、ヘッドタンク５ｂ→ポンプ２６ｂ→フィラタンク７ｂの方向のみ液体が通過できる状態とする。一方、ポンプ２７ｂ停止直前もしくは以降、空検知以降、又はタイマーで設定された時間経過後フィラタンクへの加圧を停止し（フィラタンクを加圧した場合）、これと同時にフィラの大気開放弁（図示せず）を開とし液体受入が可能な状態とする。タイマーで設定された時間とは配管２１ｂ、２２ｂ及びフィラタンク７ｂ内に滞留していた液体が空になる程度の時間に設定する。フィラの液体受入が可能となり、ヘッドタンク５ｂ→ダイバートバルブ６ｂ→フィラタンク７ｂの方向のみに液体が通過可能な状態となったら、ポンプ２６ｂを回転させ、フィラタンク７ｂに液体を導入する。

（３）配管２１ｂ、２２ｂ及びフィラタンク７ｂに滞留した液体を貯蔵タンク２ｂに流入させている間は、ポンプ２６ｂが停止し、ポンプ２５ｂと２７ｂが動作している。よって、この間にポンプ２５ｂから送られてくる液体の量が全て受け入れられる程度の余裕量をもって、充填運転時のヘッドタンク５ｂの液面制御を行う必要がある。必要であればヘッドタンク５ｂの容量を大きくする。

ポンプ２７ｂの吐出量はポンプ２５ｂの吐出量以下であることが望ましい。ポンプ２７ｂの吐出量がポンプ２５ｂの吐出量以上となる場合は、ポンプ２７ｂを動作させる前に貯蔵タンク２ｂの液面を下げるなどの工夫が必要である。

上記実施形態のポイントはダイバートバルブ以降の液体を送られてきたルートと同じルートで逆流させ、途中でタンクに受けるような事はせずに、一気に貯蔵タンク２ｂに送液してしまうという発想と方法である。一般的な充填ラインであれば新設部分はダイバート循環経路のダイバートリターンラインに設置するポンプのみで済み、既設充填ラインに容易に適用可能である。なお、必要によりタンクを増設ないし置換する場合もある。

充填運転再開時のフィラへの送液温度はフィラタンク７ｂ、配管２１ｂ、２２ｂで失われる熱量を考慮して、通常より高めに設定してもよい。具体的には、充填運転が停止した直後から加熱殺菌装置３ｂの設定温度を上げ始め、充填運転再開時には必要な送液温度になっているというような制御方法が考えられる
季節、内容物の温度等によっては、常時往復循環を繰り返す必要の無い場合もある。フィラ停止の原因によっては早期に運転再開できることが明らかな場合もある。このような場合にまで往復循環を行うと却って次の充填までのリードタイムが長くなる場合も生じ得る。また、運転エネルギーの無駄となる場合もある。

そこでそのような場合にはフィラ停止中に通常のダイバート循環を行わせることにより、よりエネルギーロスの少ない運転方法が可能となる。すなわち、例えば予め短時間とわかっている停止の場合等には往復循環を行わず、以下のダイバート循環により運転を行い、停止の原因が取り除かれ充填可能になり次第充填を再開すればよい。あるいはフィラ停止後一定時間後やフィラ内液体が一定温度以下になった場合に往復循環を開始させることもできる。

フィラの運転が停止し、往復循環を直ちに行わない場合は以下のダイバート循環を行う。ダイバートバルブ６ｂがその連通状態を切り換え、ポンプ２６ｂをダイバート循環経路１３ｂのダイバートリターンライン１４ｂと接続する。したがってポンプ２６ｂにより送られた液体はダイバートバルブ６ｂ及びダイバートリターンライン１４ｂを介して切換バルブ２８ｂに送られ、その切換バルブから貯蔵タンク２ｂ内に送られる。したがって、ポンプ２６ｂから送られた液体がフィラタンク７ｂ内に送られることはない。このときポンプ２７ｂにより液体をダイバート循環経路１３ｂに戻すのではないので、ポンプ２７ｂは液体の通過を許容できる程度に動作していればよい。このとき配管２１ｂ、２２ｂ、フィラタンク７ｂ及び充填バルブ８ｂ内には液体が滞留しその温度が低下する。

なお、上記ダイバート循環中も通常運転時と同じく、ポンプ２６ｂよりポンプ２５ｂの送液量が多いため、そのままではヘッドタンク５ｂの液面レベルは上昇し続けてしまう。これを避けるための制御としては、基本的にはヘッドタンクの液面レベルが上昇した場合に、ヘッドタンクへの流入量を減少させ、流出量を増やす制御手段を設ければよい。例えば、ポンプ２６ｂの送液量を液面レベルにより制御し、液面レベル上昇時にはダイバートバルブ６ｂ、ダイバートリターンライン１４ｂ及び切換バルブ２８ｂを介して貯蔵タンク２ｂに流れる流量をより多くすればよい。又は、液体貯蔵タンクからの送液を切換バルブ、ダイバートリターンライン２９ｂ及び切換バルブ２８ｂを介して液体貯蔵タンクに還流させ、ヘッドタンクへの流入量をより少なくしてもよい。要するに、ヘッドタンクへの流入量を減少させ、流出量を増加させる手段であればいかなる手段でもよい。

本発明の運転方法を実施する飲料充填設備の参考例を示す図である。 本発明に用いられる保温方法の実施を説明する飲料充填設備を示す図である。 本発明の運転方法を実施する飲料充填設備の実施例を示す図である。

１、１ａ、１ｂ 飲料充填設備 ２、２ａ、２ｂ 貯蔵タンク
３、３ａ、３ｂ 加熱殺菌装置 ４、４ｂ 切換バルブ
５、５ｂ ヘッドタンク ６、６ａ、６ｂ ダイバートバルブ
７、７ａ、７ｂ フィラタンク ８、８ｂ 充填バルブ
１１、１１ｂ 送液経路 １３、１３ｂ ダイバート循環経路
１５、１５ｂ 冷却装置 １６ 切換バルブ
１７ 循環受タンク ２１、２２、２１ｂ、２２ｂ 配管
２５ａ デアレーションタンク

Claims (18)

1. 液体貯蔵タンクからフィラへ液体を送液して容器に充填する液体充填設備であって、
   充填停止後にフィラタンク内の液体を液体貯蔵タンクに還流させる手段を有し、
   前記還流の際に液体貯蔵タンクからフィラタンクへの送液経路の少なくとも一部でフィラタンク内の液体を逆流させて液体貯蔵タンクに還流させ、還流経路としてダイバート経路を利用することを特徴とする液体充填設備。
2. 還流させる手段が気体の圧力であることを特徴とする請求項１に記載の液体充填設備。
3. 還流させる手段がポンプであることを特徴とする請求項１に記載の液体充填設備。
4. 空検知手段またはタイマーを有することを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の液体充填設備。
5. 液体貯蔵タンクからフィラへ液体を送液して容器に充填する液体充填設備の運転方法であって、
   液体貯蔵タンクからフィラタンクへの送液経路の少なくとも一部を逆流させてフィラタンク内の液体を液体貯蔵タンクに還流させ、還流経路としてダイバート経路を利用することを特徴とする液体充填設備の運転方法。
6. 液体貯蔵タンクからフィラへ液体を送液して容器に充填する液体充填設備の運転方法であって、
   液体貯蔵タンクからフィラタンクへの送液経路の少なくとも一部を逆流させてフィラタンク内の液体を液体貯蔵タンクに還流させる際にポンプ及び気体の圧力のうち少なくとも一方を利用し、還流経路としてダイバート経路を利用することを特徴とする液体充填設備の運転方法。
7. 液体貯蔵タンクからフィラへ液体を送液して容器に充填する液体充填設備の運転方法であって、
   液体貯蔵タンクからフィラタンクへの送液経路の少なくとも一部を逆流させてフィラタンク内の液体を液体貯蔵タンクに還流させる際にポンプ及び気体の圧力のうち少なくとも一方を利用し、空検知手段及びタイマーのうち少なくとも一方により還流を制御し、還流経路としてダイバート経路を利用することを特徴とする液体充填設備の運転方法。
8. 液体貯蔵タンクからフィラへ液体を送液して容器に充填する液体充填設備の運転方法であって、
   送液経路の一部を逆流させるとともに既存のダイバート経路を介してフィラタンク内の液体を液体貯蔵タンクに還流させることを特徴とする液体充填設備の運転方法。
9. 液体貯蔵タンクからフィラへ液体を送液して容器に充填する液体充填設備の運転方法であって、
   フィラの充填停止後に少なくとも一部の送液経路を逆流させる工程と、
   フィラタンク内の液体を気体の圧力及びポンプのうち少なくとも一方により送液経路を逆流させて、還流経路としてダイバート経路を利用して還流させる工程と、
   空検知手段及びタイマーのうち少なくとも一方により、気体による加圧及びポンプのうち少なくとも一方を停止させる工程と、
   を有することを特徴とする液体充填設備の運転方法。
10. 充填停止後還流を開始することを特徴とする請求項５に記載の液体充填設備の運転方法。
11. 充填停止後還流を開始し、還流の終了後、フィラへの送液を開始し、充填開始まで還流、送液を交互に繰り返すことを特徴とする請求項５に記載の液体充填設備の運転方法。
12. 少なくともダイバートバルブからフィラタンクにいたる経路及びフィラタンクを保温することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の液体充填設備。
13. 保温される各部位の温度低下勾配が同一になるように保温された請求項１２に記載の液体充填設備。
14. 少なくともダイバートバルブからフィラタンクにいたる経路及びフィラタンクを保温することを特徴とする請求項５ないし請求項１１の何れか１項に記載の液体充填設備の運転方法。
15. 保温される各部位の温度低下勾配が同一になるように保温された請求項１４に記載の液体充填設備の運転方法。
16. 液体貯蔵タンクからフィラへ液体を送液して容器に充填する液体充填設備であって、液体貯蔵タンクと液体を容器に充填するフィラとの間の送液経路の途中から分岐して液体を前記液体貯蔵タンクに循環させる循環経路を有し、
    充填停止後にフィラタンク内の液体を液体貯蔵タンクに還流させる手段を有し、
    前記還流の際に液体貯蔵タンクからフィラタンクへの送液経路の少なくとも一部でフィラタンク内の液体を逆流させ、前記循環経路を介して液体貯蔵タンクに還流させるとともに、
    該還流動作の動作時間を制御することを特徴とする液体充填設備。
17. 前記フィラタンク内の液体が空になったことを検知する空検知手段を用いて、前記還流動作の動作時間を制御することを特徴とする請求項１６に記載の液体充填設備。
18. 前記フィラタンク内の液体が空になる時間を設定したタイマーを用いて、前記還流動作の動作時間を制御することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の液体充填設備。
    

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