JP6812351B2 - 容器を充填物で充填する飲料充填システムの充填バルブを洗浄および消毒する装置 - Google Patents

Description

本発明は、容器を充填物で充填する飲料充填システムの充填バルブを洗浄および消毒する装置および方法に関連する。当該装置は、洗浄および消毒中に充填物出口を閉塞するキャップを備えている。当該キャップは、消毒中に消毒媒体を排出するための貫通開口、および当該貫通開口を開閉するバルブを有している。

飲料充填システムにおける充填機による充填動作は、洗浄および消毒フェーズのために定期的に中断される。定期的な洗浄および消毒を確実にするために、中断は例えば１６時間ごとになされる。加えて、洗浄および消毒作業は、製品が変更される際にも遂行されうる。次の製品の製造プロセスを準備するためである。

充填バルブを洗浄するために、製品出口をリンスキャップで閉塞することが知られている。製品に接する充填バルブの一部を再循環する洗浄媒体で確実に洗うためである。リンスキャップは、製品出口を完全に閉塞する。これにより、洗浄媒体が失われず、環境への悪影響もない。

キャップは、消毒作業中も製品出口の前に設けられる。再循環する飽和蒸気で消毒を遂行可能にするためである。このプロセスにおいては、充填機の内部に凝縮物が形成される。よって、充填機の最下端に排出口を設ける必要が生じる。当該排出口を通じて凝縮物が排出されうる。蒸気の温度を維持するために、蒸気流の一部に当該排出口を通過させる。これにより、一定の新鮮な蒸気が充填機の内部を流れる。排出口は、消毒作業中に製品出口を閉塞する蒸気キャップに穿かれた孔の形態で設けられることが通例である。

したがって、洗浄作業と消毒作業とで異なる二つのキャップが用いられることが通例である。すなわち、洗浄用の閉塞されたリンスキャップと、穿孔を有する消毒用の蒸気キャップである。よって、充填機内に両キャップを待機状態で保持するための十分な空間を確保する必要がある。加えて、各キャップは、充填バルブの下方に配置可能とされるために専用の旋回装置を必要とする。また、洗浄作業と消毒作業との間でのキャップの交換は、充填作業の中断時間が延びる原因となる。

上記に鑑み、本発明は、容器を充填物で充填する飲料充填システムの充填バルブを洗浄および消毒するための改善された装置と方法を提供することを目的とする。

この目的は、請求項１に記載の装置により達成される。さらなる有利な構成は、従属請求項に記載の特徴により得られる。

したがって、容器を充填物で充填する飲料充填システムの充填バルブを洗浄および消毒する装置が提供される。
当該装置は、
前記消毒中に消毒媒体を排出するための貫通開口を有し、前記洗浄および消毒中における前記充填バルブの充填物出口を閉塞するためのキャップと、
前記貫通開口を開閉するためのバルブと、
を備えている。
本発明によれば、前記バルブは、所定の温度で開位置と閉位置の切り替えを行なうための形状記憶材料、好ましくは形状記憶合金を含んでいる。

これにより、充填バルブの洗浄と消毒の双方を同じキャップで遂行可能である。洗浄動作中において、充填バルブは、水、苛性アルカリ溶液、酸などの洗浄媒体で洗われる。この場合、充填バルブに配置されたキャップは、充填システムにおいて充填物に接する全ての部品（特に充填エレメント）が洗われる洗浄循環内に当該洗浄媒体が残ることを防止する。洗浄動作中において、キャップ内の貫通開口は、充填物の残渣と混ざった当該洗浄媒体がキャップから漏れ出してシステムの周辺領域を汚すことを防ぎうる。

例えば飽和蒸気の状態である消毒媒体が充填エレメント（特に充填バルブ）内を流れる消毒操作中においては、キャップに貫通開口を設ける必要がある。貫通開口は、充填エレメント内に形成される凝縮物を排出可能にする。加えて、消毒媒体の一部を貫通開口から排出することにより、適当なセンサを用いて消毒プロセスが監視されうる。

切り替え可能な貫通開口が設けられるので、提供されるキャップは、洗浄動作と消毒動作の双方に適している。必要なキャップが一つだけなので、材料と設置空間の双方が節減されうる。さらに、洗浄動作と消毒動作の間でキャップを交換する必要がなくなる。これにより、充填バルブの洗浄と消毒の遂行に必要な時間が短縮される。

形状記憶材料によって所定の温度に応じてバルブが切り替えられうるので、手動操作やアクチュエータ制御によりバルブを能動的に切り替える必要がない。

形状記憶合金の形態である形状記憶材料は、温度に応じて異なる二つの結晶構造を有しうる。よって、形状記憶合金の形状は、温度を選択することにより変更されうる。いわゆる二方向効果により、形状記憶合金は、第一温度において第一形態を有し、第二温度において第二形態を有しうる。よって、形状記憶合金は、熱的に操作されるアクチュエータとして使用されうる。

提供される装置においては、形状記憶材料の第一形態から第二形態への温度依存変化（逆もまた然り）が開位置と閉位置の間のバルブの切り替えに影響を及ぼす。例えば、形状記憶材料は、洗浄動作中に生じる温度範囲においてはバルブを閉位置に保持し、消毒動作中に生じる温度範囲においてはバルブを開位置に保持するような性質をとりうる。

好ましくは、形状記憶材料は、洗浄動作が行なわれる温度範囲と消毒動作が行なわれる温度範囲の間の温度範囲において第一形態から第二形態の遷移がなされるような性質を有する。これにより、洗浄動作と消毒動作が行なわれる各温度範囲内においては、温度変動が生じても形状記憶合金の形状が変化しないようにできる。よって、各場合における所望のバルブ位置が維持される。

さらに、開位置と閉位置の間のバルブの切り替えに二方向効果が利用されるので、バルブの電気的操作を不要にできる。したがって、制御ユニットや調整ユニットとバルブを接続するための電気ケーブルや作動媒体の供給線を必要としない。加えて、開位置と閉位置の間のバルブの切り替えのために直接的なエネルギー供給を必要としない。これにより、動作コストと装置（特にバルブ）の信頼性に関して有利な効果が得られる。

好ましい構成においては、前記バルブは、当該バルブの開閉を行なうための位置決め要素を備えており、当該位置決め要素は、前記形状記憶材料を含んでいる。位置決め要素が形状記憶材料から形成されているので、当該位置決め要素が温度依存型アクチュエータの性質を有する。二方向効果により、位置決め要素は、所定のより高い温度と所定のより低い温度について、二つのとりうる形状を「記憶」する。この手法においては、形状記憶材料が、第一形態でバルブを閉じて第二形態でバルブを開いたままにするという性質を位置決め要素に与える。

充填バルブの洗浄は、当該充填バルブの消毒よりも低い温度で行なわれることが通例であるので、位置決め要素が所定のより低い温度範囲でバルブを閉じ、所定のより高い温度範囲でバルブの開位置を実現するようにバルブを設計することが有利である。これにより、洗浄中はキャップの貫通開口を閉じたままにでき、洗浄媒体がキャップから出ない。また、消毒中はキャップが開かれ、蒸気が充填バルブに加えられたときに形成される凝縮物が貫通開口を通じて排出されうる。

さらに好ましい構成においては、前記バルブは、閉塞部材と弁座を備えている。前記閉位置において、前記閉塞部材は、前記弁座内に封止的に配置されている。前記開位置において、前記閉塞部材は、前記弁座から離脱している。前記位置決め要素は、前記バルブを切り替えるために前記閉塞部材と接触可能とされている。

したがって、位置決め部材によって弁座に対する閉塞部材の移動が可能とされうる。例えば、位置決め部材の長さを変えることにより、閉塞部材が弁座内に配置されてもよいし、閉塞部材が弁座から離脱されてもよい。よって、位置決め部材は、充填バルブを洗浄する温度において弁座内に閉塞部材が配置され、充填バルブを消毒する温度において閉塞部材が弁座から離脱されるか弁座内に配置されないようにすることを可能にする。

さらに好ましい構成においては、前記位置決め要素は、前記形状記憶材料で形成されたスプリングであり、好ましくは螺旋スプリングである。

これにより、所定の第一温度において、閉塞部材は弁座に押圧されて封止を行なうことが可能であり、キャップの貫通開口が閉塞され、充填バルブの洗浄が遂行されうる。スプリングは、形状記憶材料の二方向効果により、所定の第二温度において短縮された形状をとる性質を有しうる。スプリングが短縮形状をとるとき、閉塞部材は弁座内へ押圧されず、キャップの貫通開口が開位置をとり、充填バルブの消毒が遂行されうる。

さらに好ましい実施形態においては、前記キャップを前記充填バルブの前記充填物出口に配置するための旋回装置、あるいは旋回・昇降装置が設けられている。

この場合、充填バルブの洗浄と消毒の少なくとも一方を遂行するために、手作業を必要することなく、充填バルブの充填物出口にキャップが自動的に配置されうる。昇降装置は、充填バルブの充填物出口に対するキャップの装着または離脱を可能にするための昇降移動を提供する。昇降装置は、空気圧シリンダの形態でも提供されうる。この場合、気圧の印加と解放を行なうことにより、キャップを充填バルブに配置するための昇降動作の実行が可能である。

加えて、上記の装置は、旋回装置を備えうる。当該旋回装置により、キャップは、引き続いて昇降装置により充填バルブの充填物出口への配置がなされるべく、充填バルブの充填物出口の下方を旋回されうる。

さらに、キャップは、昇降板上に配置されうる。昇降板は、充填される容器を収容・搬送するために提供される。これにより、昇降板の昇降・旋回装置を充填バルブにキャップを配置するために使用することが可能となる。

さらに好ましい構成においては、前記形状記憶材料は、ニチロール、ニッケル−チタン、ニッケル−チタン−銅、銅−鉛、銅−鉛−アルミニウム、銅−アルミニウム−ニッケル、鉄−ニッケル、アルミニウム、鉄−マンガン−シリコン、および鉄−金−銅の少なくとも一つを含有する形状記憶合金を含む。

上記のような合金は、二つの異なる結晶構造の存在を許容しており、二方向効果により、二つの異なる形状を「記憶」できる。よって、温度に応じてバルブが切り替えられうる形状記憶合金を形成するために、これらの合金を使用できる。

上記の目的は、請求項７に記載の特徴を有する方法により達成される。さらなる有利な構成は、従属請求項に記載の特徴により得られる。

したがって、上述の装置を用いて容器を充填物で充填する飲料充填システムの充填バルブを洗浄および消毒する方法が提供される。
当該方法は、
前記充填バルブの前記充填物出口に前記キャップを配置するステップと、
第一温度で前記充填バルブを洗浄するステップと、
前記バルブが開位置に切り替わる第二温度で前記充填バルブを消毒するステップと、
前記装置を前記充填バルブから取り外すステップと、
を含んでいる。

この方法によれば、上記の装置について説明した利点が同様に得られる。

さらに好ましい構成においては、前記洗浄中における前記充填バルブ、特に前記装置の前記第一温度は、前記形状記憶材料に前記バルブを閉じたままにさせる。

これにより、洗浄動作中に生じる温度において、キャップの貫通開口が閉塞されたままとされ、洗浄動作中に洗浄媒体がキャップの貫通開口から出ることを防止する。第一温度は、例えば８５℃よりも低い。

加えうるさらに好ましい構成においては、前記消毒中における前記充填バルブ、特に前記装置の前記第二温度は、前記形状記憶材料に前記バルブを開いたままにさせる。

これにより、例えば蒸気を用いる充填バルブの消毒中に、充填バルブ内に生じる凝縮物のキャップの貫通開口を通じての排出が可能とされる。第二温度は、例えば１０５℃よりも高い。

本発明のさらなる好適な実施形態と態様は、以下に列挙する図面と以降の記載を通じてより詳細に説明される。

充填バルブを洗浄および消毒する装置を模式的に示す断面図であり、貫通開口内に配置された位置決め要素がバルブを閉位置に保持している。 図１の装置を模式的に示す断面図であり、上記の位置決め要素がバルブを開位置に保持している。 充填バルブを洗浄および消毒する別の装置を模式的に示す断面図であり、貫通開口に直交する位置決め要素がバルブを閉位置に保持している。 図３の装置を模式的に示す断面図であり、上記の位置決め要素がバルブを開位置に保持している。

図面の補助を得つつ、好適な実施形態の例が以下に記載される。各図においては、同一または同様の要素、あるいは同一の効果を奏する要素は、同一の参照符号により指示される。これらの要素について繰り返しとなる説明の一部は、冗長性を避けるために省略される。

図１は、装置１０を示している。装置１０により、飲料充填システムの充填バルブが洗浄および消毒のために閉塞されうる。装置１０は、キャップ２０を備えている。キャップ２０は、充填バルブの製品吐出開口（ここでは不図示）に配置されうる。これにより、当該製品吐出開口が閉塞される。キャップ２０は、円筒形状であり、上側領域の外周面にリングシール２６を有している。充填バルブを封止するために、リングシール２６は、充填バルブの製品吐出開口の表面（より具体的にはセンタリングベルの円錘壁）に接触する。

キャップ２０は、その上側２７に穿孔２４を有している。穿孔２４は、充填バルブの要素（ガス戻りパイプの端など）を非接触的にキャップ２０の内部に収容するためのものである。穿孔２４は、ＣＩＰ洗浄中に洗浄媒体の向きを変えるためのものでもある。装着時において、充填バルブの要素と穿孔２４の表面の間には間隙が存在する。これにより、例えば、洗浄中に充填バルブの要素の周囲に流体を流すことができる。穿孔２４は、キャップ２０の中央軸Ｍと同心状に配置されている。

穿孔２４の底には、キャップ２０の中央軸Ｍと同心状に貫通開口２２が配置されている。貫通開口２２は、キャップ２０の下側２８まで延びている。貫通開口２２内には、バルブ３０が配置されている。バルブ３０により、貫通開口２２が開閉されうる。開閉によって装置１０の洗浄動作と消毒動作が切り替えられる。

バルブ３０は、弁座３６を有している。弁座３６内には、ステンレス鋼球の形態である閉塞部材３４が収容されている。この状態において、貫通開口２２は閉塞されており、装置１０は洗浄位置にある。閉塞部材３４は、位置決め要素３２によって弁座３６に対して押圧されている。位置決め要素３２は、スプリング形状に構成されている。位置決め要素３２は、装置１０の中央軸Ｍと同心状かつ螺旋状に延びている。貫通開口２２の下側領域には、保持リング３８が配置されている。位置決め要素３２は、保持リング３８に当接している。

位置決め要素３２は、ニッケルとチタンを含む形状記憶合金（ニチノールなど）のような形状記憶材料から形成されている。したがって、位置決め要素３２は、温度に応じてその形状（特に長さ）を変更可能である。これにより、位置決め要素３２は、第一温度で行なわれる洗浄動作中に図１に示される形態をとる性質を有する。これにより、閉塞部材３４は、弁座３６に対して押圧される。したがって、バルブ３０は、洗浄動作中に選択される温度に応じて閉じられる。例えば、洗浄動作は、温度が８０℃を超えないように設定されうる。よって、位置決め要素３２の形状記憶合金は、温度が８０℃になるまでは図１に示される形状を変えない性質を有する。あるいは、当該形状記憶合金の性質は、８０℃未満あるいは８０℃を上回る温度になるまで位置決め要素３２が第一形態を維持するものでありうる。

位置決め要素３２の形状記憶合金は、消毒動作中に選択される温度において図２に示される形状をとる性質をさらに有する。図２に示される装置１０において、位置決め要素３２（すなわちスプリング）は、短くなる。当該形状記憶合金は、消毒動作中に選択される第二温度において異なる結晶構造を有するからである。図２に示される位置決め要素３２の形状は、１０５℃以上である消毒温度において現れる。あるいは、位置決め要素３２の第二の形状は、当該温度未満または当該温度を上回ることにより得られてもよい。図２に示される短くなった位置決め要素３２によって閉塞部材３４が弁座３６から解放される結果、バルブ３０は開位置となる。キャップ２０を延びる貫通開口２２がこれにより開かれ、消毒動作中に充填バルブ内に形成される凝縮物が貫通開口２２を通じて流出可能となる。この場合、凝縮物の流れは、貫通開口２２の内周面と閉塞部材３４の間を流れ、位置決め要素３２と保持リング３８を通り、最終的にはキャップ２０の下側２８における開口２９から流出する。

消毒動作後に装置１０（特に位置決め要素３２）が再び冷やされると、位置決め要素３２は、再び図１に示される第一形態をとる。これにより、閉塞部材３４は、弁座３６に対して押圧される。

キャップ２０は、ステンレス鋼から製造される。あるいは、キャップ２０は、プラスチックから製造されうる。

図３は、位置決め要素３２が貫通開口２２内に配置されていない点において図１と図２に示された装置１０とは異なる。図３に示される装置１０において、貫通開口２２は、穿孔２４の底からキャップ２０の下側２８まで、装置１０の中央軸Ｍと同軸に延びている。キャップ２０は、穿孔２３を有している。穿孔２３は、貫通開口２２を垂直に横切るように延びている。穿孔２３は、その一端部に弁座３６を有している。閉塞部材３４は、穿孔２３内に配置されている。図３に示される装置においては、閉塞部材３４は、弁座３６に配置されている。これにより、閉塞部材３４は、穿孔２３と垂直に延びる貫通開口２２を閉塞しており、装置１０は、閉位置にある。閉塞部材３４は、位置決め要素３２によって弁座３６に対して押圧されている。位置決め要素３２は、穿孔２３に収容されているボルト３９に当接している。位置決め要素３２は、スプリング形状に構成されており、その両端は閉塞部材３４とボルト３９に固定されている。図３に示される位置決め要素３２は、ニッケル、チタン、および銅を含有する形状記憶合金により製造される。位置決め要素３２は、充填バルブの洗浄動作中は、図３に示される形状を維持する。

消毒動作中は、位置決め要素３２は、図４に示される形状をとる。図４に示される位置決め要素３２の形状は、図３に示される位置決め要素３２に形状よりも短い。図４に示されるバルブ３０の位置において、閉塞部材３４は、弁座３６に収容されていない。よって、キャップ２０の貫通開口２２は開放され、消毒動作中に生じる凝縮物を貫通開口２２を通じて流出可能である。

消毒動作の終了後に温度が低下すると、形状記憶合金は、位置決め要素３２に再び図３に示される形状をとらせる。したがって、スプリング形状に構成された位置決め要素３２は、閉塞部材３４を弁座３６へ押し戻す。これにより、バルブ３０が閉じられる。

発明の範囲から逸脱することなく可能な限りにおいて、各実施形態例について記載された各特徴は、組合せと交換の少なくとも一方が可能である。

１０：装置、２０：キャップ、２２：貫通開口、２３：穿孔、２４：穿孔、２６：リングシール、２７：上側、２８：下側、２９：開口、３０：バルブ、３２：位置決め要素、３４：閉塞部材、３６：弁座、３８：係止リング、３９：ボルト、Ｍ：中央軸

Claims (8)

1. 容器を充填物で充填する飲料充填システムの充填バルブを洗浄および消毒する装置（１０）であって、
   前記消毒中に消毒媒体を排出するための貫通開口（２２）を有し、前記洗浄および前記消毒中における前記充填バルブの充填物出口を閉塞するためのキャップ（２０）と、
   前記貫通開口（２２）を開閉するためのバルブ（３０）と、
   を備えており、
   前記バルブ（３０）は、形状記憶材料を含んでおり、
   前記形状記憶材料は、前記洗浄が行なわれる第一温度で前記バルブ（３０）を閉位置に切り替えることにより前記貫通開口（２２）を閉塞し、前記消毒が行なわれる第二温度で前記バルブ（３０）を開位置に切り替えることにより前記貫通開口（２２）を開放するように構成されている、
   装置（１０）。
2. 前記バルブ（３０）は、当該バルブ（３０）の開閉を行なうための位置決め要素（３２）を備えており、
   前記位置決め要素（３２）は、前記形状記憶材料を含んでいる、
   請求項１に記載の装置（１０）。
3. 前記バルブ（３０）は、閉塞部材（３４）と弁座（３６）を備えており、
   前記閉位置において、前記閉塞部材（３４）は、前記弁座（３６）内に封止的に配置されており、
   前記開位置において、前記閉塞部材（３４）は、前記弁座（３６）から離脱しており、 前記位置決め要素（３２）は、前記バルブ（３０）を切り替えるために前記閉塞部材（３４）と接触可能とされている、
   請求項２に記載の装置（１０）。
4. 前記位置決め要素（３２）は、前記形状記憶材料で形成されたスプリングである、
   請求項２または３に記載の装置（１０）。
5. 前記スプリングは、螺旋スプリングである、
   請求項４に記載の装置（１０）。
6. 前記形状記憶材料は、ニチロール、ニッケル−チタン、ニッケル−チタン−銅、銅−鉛、銅−鉛−アルミニウム、銅−アルミニウム−ニッケル、鉄−ニッケル、アルミニウム、鉄−マンガン−シリコン、および鉄−金−銅の少なくとも一つを含有する形状記憶合金を含む、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の装置（１０）。
7. 前記キャップ（２０）を前記充填バルブの前記充填物出口に配置するための旋回装置、あるいは旋回・昇降装置が設けられている、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の装置（１０）。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の装置（１０）を用いて容器を充填物で充填する飲料充填システムの充填バルブを洗浄および消毒する方法であって、
   前記充填バルブの前記充填物出口に前記キャップ（２０）を配置するステップと、
   前記第一温度で前記充填バルブを洗浄するステップと、
   前記第一温度よりも高い前記第二温度で前記充填バルブを消毒するステップと、
   前記装置（１０）を前記充填バルブから取り外すステップと、
   を含んでいる、
   方法。
   

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