JPH03275491A - 糖度品質管理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は食品機械における食品充填機に適用される糖度
品質管理装置に関するものである。

（従来の技術） 容器に所定量の飲料を充填するための充填機を使用して
、飲料を容器に充填する方法には通常衣の２通りの方法
がある。

（１）飲料を構成する炭酸水と高糖度の原液を所定の割
合で混合し、所定の糖度に合せた液を予めタンクに貯蔵
し、充填機はその混合液を規定量だけ容器に充填する。

（２）炭酸水と原液は別々のタンクに貯蔵され、最初の
充填過程では容器に規定量の炭酸水が充填され、次の充
填過程では規定量の原液が充填され、後工程で撹拌され
て容器に所定の糖度の飲料を充填する。なお、この方法
では炭酸水と原液の充填順序が逆になることもある。

ところで前記（２）の従来方法について詳述すると、第
３図は前記（２）の従来方法で使用する装置の概略図で
あり、具体的には最初の充填工程で規定量の炭酸水を充
填された容器が搬送され、次の充填工程で原液が充填さ
れる装置の概略構成図である。

同図において、原液タンク１には高糖度の原液が貯蔵さ
れている。原液は投入バルブ２により計量カップ３に補
給される。計量カップ３は支持台４で支えられ、支持台
４の変位量がロードセル５で検出され、この変位検出信
号が計量制御器６に入力されて計量カップ３の風袋を含
めた全重量が計測されるようになっている。排出バルブ
７は計量カップ３から原液を容器８に充填するものであ
る。また投入バルブ２、排出バルブ７の開閉制御は計量
制御器６により行われる。

第３図の一点鎖線で囲まれた部分は、同時に充填する容
器数だけ装備されており、計量制御器６は投入バルブ２
、排出バルブ７の開閉信号ライン及びロードセル５の検
出信号ラインの多重化により、１台或は数台で全容器の
充填制御を行う。第４図は計量制御器６の１つの容器に
対する充填毎の制御シーゲンス図を示す。

さて前記装置による飲料充填作業は次のようにして行わ
れる。即ち、計量制御器６は投入Ａルブ２に開指令を出
力し、前回充填で減ッた分の原液を計量カップ３に補充
する。所定量の原液が計量カップ３に補充されると、計
量制御器６は投入バルブ２に閉指令を出力する。計量制
御器６は計量値が落ち着くまでの時間経過後投入計量値
を取得し、次に排出バルブ７に開指令を出力する。所定
量の原液が注入管９を通って容器８に充填されると、計
量制御器６は排出バルブ７に閉指令を出力する。また計
量制御器６は計量値が落ち着くまでの時間経過後、排出
量計量値を取得する。

以上の制御シーケンスが容器の充填毎に繰り返されるが
、その同期信号は容器の搬送シーケンス制御システムか
ら入力される。また計量制御器６は１台で多数の容器の
充填制御を行うことができるようになっており、計量制
御器６の投入量設定値、排出量設定値は外部より入力さ
れる構成となっている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、前記装置を使用して飲料を容器に充填すると
以下のような問題が発生する。

即ち、製品飲料の糖度を規定値に保つためには、容器内
の規定量の炭酸水に対して規定量の原液を投入する必要
がある。規定量の原液は計量制御器６により計量されて
投入されるが、このとき次のような計量誤差が発生する
。即ち、計量制御器６は排出バルブ７による原液排出量
が排出量設定値に達したときに排出バルブ７に閉指令を
出すが、排出バルブ７の作動遅れ時間により排出量計量
値は排出量設定値より大きくなる。この差を「落差量」
（＝排出量計量値排出量設定値）というが、この計量誤
差をなくすために計量制御器６には次式で定まる排出量
設定値が入力されている。

排出量設定値＝原液規定量−落差量　−−−−−（１）
しかし、排出バルブの作動遅れ時間による計量誤差は、
前記（１）式で補正できるものの、更に次のような問題
が生ずる。

（１）充填機の運転開始時には、計量カップ３内や、原
液タンク１と計量カップ３の間の配管及び計量カップ３
と排出バルブ７の間の配管内に運転開始前に行う高温水
などによる殺菌作業の残液があることがあり、この残液
と原液が混合して運転開始時には容器に充填される原液
の糖度が下がることが考えられる。

また充填機の運転終了時には、配管内や計量カップ３内
の原液を捨てずに使うために、原液タンク１内に清水を
注入し、水圧により計量カップ３への原液補充を行うこ
とがある。

そしてこのとき、注入された清水と原液が混合して原液
の糖度が下がることが考えられる。

このように充填機の運転開始時や終了時には、原液の糖
度が変化することが考えられる。

（２）運転中に原液の糖度変化を短時間（１本の容器の
充填時間内）に計測し、糖度の管理を行うことは難しく
、また原液の糖度が変わる場合、容器に充填された製品
飲料の糖度は変化してしまう。

（３）落差量は一般に次式で与えられる。

落差量（ｇ）＝注入管内の原液重量速度（ｇ／５ｅｃ）
×作動遅れ時間（ｓｅｃ）　　−−−−・−・−（２）
前記（２）式からも明らかなように、原液の糖度が変わ
ると、原液粘度が変わるため、注入管９での原液重量速
度（ｇ／５ｅｃ）が変わり、落差量も変化する。これに
より原液の充填量も変化するため製品飲料の糖度が変化
してしまう。

（４）原液粘度は原液温度によっても変わるため、原液
温度変化により落差量が変化し、製品飲料の糖度が変化
してしまう。

（課題を解決するための手段） 二のため本発明は、原液を貯蔵する原液タンクと、計量
カップと、原液タンクの原液を計量カップに補充する投
入バルブと、前記計量カップを保持する支持台と、同支
持台の変位量を検出するロードセルと、前記計量カップ
からの原液を容器に充填する排出バルブと、ロードセル
から計量カップの風袋を含めた全重量の計測信号を受け
て投入バルブと排出バルブの開閉制御を行う計量制御器
とからなる充填機において、前記計量制御器は計量カッ
プ中の原液温度Ｔと、計量制御器から出力される落差量
Ｗと、糖度推定器の出力色を入力して原液規定量の補正
量Δｓを出力する原液規定量補正器と、同原液規定量補
正器の出力Δｓと前記計量制御器より基準糖度Ｂ。での
原液規定量Ｓｏを入力して、補正原液規定量Ｓ。＋Δｓ
を出力する加算器と、糖度推定器の出力と温度検出器の
出力を入力して落差量推定値Φを出力する落差量推定器
と、前記加算器の出力と落差量推定器の出力を入力して
排出バルブの排出量設定値Ｓｏ＋Δｓ−金を計量制御器
に出力する減算器とからなる構成を備え、これを課題解
決のための手段とするものである。

（作用） 原液の糖度変化を容易に算出できる或は計測できる落差
量と原液温度とにより推定し、この推定値に基づいて原
液の糖度変化及び温度変化に対して原液の排出量規定値
を補正する。これにより常に製品の糖度を規定値に保つ
ことができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を示す糖度管理装置について糖度
管理手法と具体的構成について説明すると、第１図及び
第２図は本発明の実施例を示す。

先ずはじめに、糖度管理手法において、原液の糖度や温
度が変化した場合でも容器に充填された飲料糖度を規定
値に保つための本発明の手法を詳述する。

原液の糖度と温度が変化しても、容器に充填された製品
飲料の糖度を規定値に保つためには、次の２項目の補正
を行う必要がある。

（１）原液糖度の変化に対して容器に充填される原液規
定量を変える。

（２）原液糖度及び温度の変化に対する落差量の変化を
補正する。

なお、原液の糖度は、１本の容器の充填時間程度の短い
時間で計測することはできないので、原液の糖度を推定
する手法を用いる。また、説明の都合上、配管曲りや、
排出バルブでの圧力損失を含めた等価的長さＬ８で注入
管の長さを代表させる。

第２図において、計量カップ３の原液表面から注入管出
口までの水頭差をΔＰとすると、次式が成立つ。

ここにｆ：摩擦係数 ｄ：注入管内径 Ｔ：原液比重量 ｇ：重力加速度 Ｕ：注入管内流速 注入管９での流れは層流になるように設計されているの
で、ｆは次式で与えられる。

ｄ Ｒｏ−一 ν （５） ν＝μ／ρ＝μｇ／ｒ ここにＲ，：レイノルズ数 シ：原液動粘度 μ：原液粘度係数 （３）〜（６）式より次式が成立つ。

（６） 一方落差量Ｗは次式で与えられる。

ｗ＝−ｄ−γＵΔｔ　　　　　　　　　−−−−−・−
（８）ここにΔｔ：排出バルブ７の作動遅れ時間（７）
（８）式より （９） ２二にρ：原液密度（単位体積当りの質量）（６）（９
）式より ００）式より原液の動粘度νは次式で与えられる。

計量カップ３には容器８に原液が排出される毎に投入バ
ルブ２より原液が補給されることから、計量カップ３の
原液液面は充填毎に殆ど変わらないと考えられる。その
ため計量カップ３の原液液面から注入管出口までの水頭
差ΔＰは一定と考えられる。

また落差量Ｗは容器８への充填が終了した時点で、 Ｗ＝排出量計量値−排出量設定値　−−−−−−−−−
−０２）として算出できる。

作動遅れ時間Δｔは、予め計測して知ることも出来るが
、弁の作動時間による遅れや、弁操作部の遅れなどのた
め、正確に予測することは難しい。

しかし前記（１）式を使うことにより、作動遅れ時間Δ
ｔを推定することができる。また落差量Ｗは、０２１式
より排出量計量値と排出量設定値の差として算出される
。

一方原液の温度と糖度が与えられると、原液の粘度係数
μが定まるので、（７）式より注入管９での流速Ｕが推
定される。（８）式より排出バルブ７の作動遅れ時間Δ
ｔは、原液の糖度と温度から比重量Ｔも定まるので、次
式より算出できる。

Δｔ　＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　−川・
−−−−−０３）７−ｄ　”　ｕ 作動遅れ時間Δｔは、原液の温度や糖度で殆ど変わらな
いので、上式で定めたΔｔは、原液の動粘度νを決める
００式を使うことができる。

またＯＤ式右辺の他の量は既知であるので、容器への充
填が行われる毎に落差量Ｗが０２）式で算出され、ＯＤ
式より原液の動粘度νが算出される。

一般に原液の動粘度は、蔗糖水溶液の動粘度で近イ以で
きる。

第５図は蔗糖水溶液の動粘度特性を表わす。

原液温度上昇と共に動粘度は下がり、糖度上昇と共に動
粘度は上昇する。原液の動粘度νが算出され、原液の温
度Ｔが検出されると、第５図よりその時の原液の糖度を
推定することができる。原液糖度が変化した場合は、原
液規定量Ｓも変化する。原液の規定糖度Ｂ０での原液規
定量をＳ。とすると、原液糖度がΔＢだけ変化したとき
の原液規定量の変化量Δｓは次式で与えられる。

従ってこの時は、予め充填される炭酸水の規定量もΔｓ
だけ増減させる必要がある。即ち、糖度の減少した時は
、原液規定量がΔｓだけ増すので、炭酸水はΔｓだけ減
らして充填する必要がある。原液の糖度が充填毎に推定
されると、次の充填に対して落差量を次のように推定す
ることができる。

原液の糖度と温度が与えられると、第５図から原液の動
粘度νが定まり、第６図から原液の比重量γも定まる。

（３）式より注入管９での原液速度Ｕは次式で与えられ
る。

ｂ４　Ｌ　ｅγ　ν 推定落差壷金は（８）式より次式で与えられる。

Ｑ＝−ｄ”７ｕΔｔ　　　　　　　　　−−−−−−−
−−０６）従って、先に述べた排出量設定値を決める（
１）式に、この推定落差量Ωを使うことにより、原液の
糖度及び温度の変化に対して落差量が補正されており、
正確な原液の充填量が実現でき、製品飲料の糖度を規定
値に保つことができる。

次に前記糖度管理手法を具体化した本発明の糖度管理装
置について説明すると、第１図は本発明の糖度管理装置
の糖度管理制御プロ・ンク図、第２図は本発明の実施例
としての糖度品質管理装置の概略構成図を示す。

ヰ突普例辛 第１図において糖度品質管理器２０は、計量カップ３内
の原液の温度Ｔと、計量制御器６より原液の基準糖度Ｂ
。のときの原液規定量Ｓｏと、容器に充填した度の落差
量Ｗとを入力し、それらの値に基づいて容器に充填する
度に計量制御器６に排出量設定値を出力するように構成
されている。

また、糖度品質管理器２０は、糖度推定器１１、原液規
定量補正器１２、加算器１３、落差量推定器１４、減算
器１５等を有しており、前記各機器のうち糖度推定器１
１は、原液の糖度が変化した時の糖度を落差量と原液温
度から推定し、原液規定量補正器１２は、原液糖度が変
化した時の原液規定量の補正量を算出し、加算器１３は
排出ノ＼ルブ７が充填すべき原液規定量を算出し、落差
量推定器１４は、原液の糖度と温度が変化した時の落差
量を算出し、減算器１５は加算器１３の出力と落差量推
定器１４の出力を入力して（補正原液規定量−落差量推
定値）、即ち、排出ノ＼ルブの排出量設定値を計量制御
器６に出力する機能を有している。

次に第１図において計量カップ３の原液の温度Ｔを温度
検出器１０で検出し、温度検出器１０の出力と、計量制
御器６から容器に充填した度に落差量Ｗが糖度推定器１
１に入力され、糖度推定器１１は原液の動粘度を（１１
）式より推定し、推定した動粘度と原液の温度より第５
図の内蔵グラフにより原液の糖度を推定する。

糖度推定器１１の出力色は、原液規定量補正器１２に入
力され、測成より基準糖度Ｂ。での原液規定量Ｓｏに対
する補正値Δｓを算出する。加算器１３は計量制御器６
から入力される原液規定量Ｓｏと原液規定量補正器１２
の出力Δｓを加算して、補正原液規定量を算出する。一
方温度検出器１０の出力と糖度推定器１１の出力が落差
量推定器１４に入力され、落差量推定器１４は、第５図
と第６図の内蔵グラフにより原液の比重量Ｔと原液の動
粘度νを求め、０５１０６）式より落差量の推定値Φを
出力する。

減算器１５は加算器１３の出力と落差量推定器１４の出
力を入力し、（補正原液規定量−落差量推定値）、即ち
、排出バルブ７の排出量設定値を計量制御器６に出力す
る。

次に具体的数値例を用いて説明する。原液充填時の規定
条件を次のように定める。

注入管内径ｄ＝１．０ｃ箇 計量カップ３の原液表面から注入管出口までの水頭差Δ
Ｐ＝１０００■Ａｇ＝１００ｇ／Ｃ１ｉ注入管の等傷長
さ　しや＝１００ｃｍ 排出バルブ７の作動遅れ時間Δｔ＝０．２秒充填した結
果、落差量Ｗは、ｗ＝２０ｇであったとする。この時の
原液の動粘度νは、（１１）式より次のように推定され
る。

＝２４．Ｈｃｓｔ） 原液温度Ｔ＝１０°Ｃとすると、第５図より原液の糖度
ＢはＢ＝５１°と推定できる。

基準糖度Ｂ。＝４５°のときの原液規定量Ｓ。−３００
ｇとすると、原液規定量の補正量は側式より次のように
算出できる。

ｂ 即ち、原液規定量は４０ｇ減らす必要がある。

次に原液糖度Ｂは５１°で、原液温度がＴ＝１２°Ｃに
なったとすると、第５図、第６図より原液の動粘度ν及
び比重量γは次のようになる。

ｖ　＝０．２１８ｃｉｌｌ／ｓｅｃ γ＝１．２３９ｇ／Ｃ１ｉｌ このときの注入管での原液流速Ｕは０９式より落差量推
定器豪は００式より Φ＝−Ｘ１．０”Ｘｌ、２３９Ｘ１１３．４Ｘ０．２＝
２２．１ｇ原液温度２°Ｃ上昇により、落差量は２．１
ｇ増えるという推定結果が得られる。従って計量制御器
６への排出量設定値は、 排出量設定値＝３００−４０−２２．１＝２３７．９ｇ
となる。

なお、これまで飲料の糖度管理についての実施例につい
て述べてきたが、他の混合液を作る場合の濃度管理にも
本発明が適用できることは明らかである。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、原液の糖度変化を容
易に算出できる或は計測できる落差量と、原液温度とに
よって推定することにより、飲料を容器に充填する毎に
原液の糖度変化及び温度変化に対して原液の排出量規定
値を補正するため、常に製品飲料の糖度を規定値に保つ
ことができる。

また、充填機の運転開始時や終了時に原液の糖度が変化
していた場合でも、常に製品飲料の糖度を規定値に保つ
ことができ、更に原液の温度が変化することにより原液
の粘度が変化した場合でも、原液の排出量規定値を補正
できるため、極めて精度の高い糖度管理を実現すること
ができる。更に、糖度管理に限らす２液を混合して所定
濃度の液体を作る場合にも本発明を適用すれば、正確な
濃度管理を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る糖度品質管理装置の糖度
管理制御ブロック図、第２図は本発明の糖度品質管理装
置の概略構成図、第３図は従来の充填機の概略構成図、
第４図は充填機の充填シーケンス図、第５図は蔗糖水溶
液の動粘度特性図、第６図は蔗糖水溶液の比重量特性図
である。 図の主要部分の説明 ６−計量制御器 １〇−温度検出器 １１・−・糖度推定器 １２−規定量補正器 １４−落差量推定器 第２図 ０ ｆｉ３図 第４図 −」−一一一一］−一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原液を貯蔵する原液タンクと、計量カップと、原液タン
   クの原液を計量カップに補充する投入バルブと、前記計
   量カップを保持する支持台と、同支持台の変位量を検出
   するロードセルと、前記計量カップからの原液を容器に
   充填する排出バルブと、ロードセルから計量カップの風
   袋を含めた全重量の計測信号を受けて投入バルブと排出
   バルブの開閉制御を行う計量制御器とからなる充填機に
   おいて、前記計量制御器は計量カップ中の原液温度Ｔと
   、計量制御器から出力される落差量ｗと、糖度推定器の
   出力■を入力して原液規定量の補正量Δｓを出力する原
   液規定量補正器と、同原液規定量補正器の出力Δｓと前
   記計量制御器より基準糖度Ｂ＿ｏでの原液規定量Ｓ＿ｏ
   を入力して、補正原液規定量Ｓ＿ｏ＋Δｓを出力する加
   算器と、糖度推定器の出力と温度検出器の出力を入力し
   て落差量推定値のを出力する落差量推定器と、前記加算
   器の出力と落差量推定器の出力を入力して排出バルブの
   排出量設定値Ｓ＿ｏ＋Δｓ−■を計量制御器に出力する
   減算器とからなることを特徴とする糖度品質管理装置。