JPH0329680B2

JPH0329680B2 -

Info

Publication number: JPH0329680B2
Application number: JP56186918A
Authority: JP
Priority date: 1981-11-24
Filing date: 1981-11-24
Publication date: 1991-04-24
Also published as: JPS5890096A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、壜、缶詰機等の回転式充填機におけ
る回転タンク内の液面制御装置に関するものであ
る。

前記の回転式充填機における回転タンク内の液
面制御装置の従来例を第１図に示し、図中１は定
圧に保たれた貯液タンク、２は貯液タンク２に連
通した固定配管、３は固定配管２の先端側にロー
タリーシール機構４を介して軸線Ａを中心に回転
する回転タンクであつて、定圧の貯液タンク１内
の充填液ａが固定配管２、ロータリーシール機構
４を介して回転タンク３内に送られ、該回転タン
ク３内に付設された公知の充填バルブ（図示省
略）により該充填バルブに配置された壜（又は
缶）等の容器に充填されるようになつている。

また、回転タンク３の一方の上面に排気口１２
を設け、該排気口１２の下側に設けたフロート保
持枠１３にアーム１４を枢着し、アーム１４の先
端に取付けたフロート１５を回転タンク３内の液
面a′上に浮上せしめて、前記液面a′によるフロー
ト１５の昇降により、アーム１４の基部側上に付
設した排気弁１６にて前記排気口１２を開閉せし
める構造を付設し、さらに、回転タンク３の他方
の上面には給気弁２０を内蔵した給気口２１を設
け該給気口２１をロータリーシール機構２２を介
して給気管２３に連通せしめるとともに、前記給
気口２１の下側に設けたフロート保持枠２４にア
ーム２５を枢着し、該アーム２５の先端に取付け
たフロート２６の液面a′による昇降により、アー
ム２５の基部側にて前記給気弁２０を開閉せしめ
る構造になつている。よつて、前記装置では、回
転タンク３内の液面a′が低下すると、フロート１
５が下がりアーム１４が回転して該アーム１４上
の排気弁１６が排気口１２から離れて開口される
ので、回転タンク３内のガスが排気口１２から放
出され即ち回転タンク３内のガス圧が低下し、そ
の結果、定圧の貯液タンク１からその圧力にて回
転タンク３へ充填液ａが供給され同タンク３内の
液面a′が上昇する。次に、液面a′上昇に伴ないフ
ロート１５によりアーム１４が回転して排気弁１
６が排気口１２を塞ぎ、回転タンク３内のガス圧
が上昇するようになり、貯液タンク１から回転タ
ンク３への送り液量が減少する。さらに、前記液
面a′の上昇が続くと、他方のフロート２６が上昇
しアーム２５が回転して給気弁２０の弁棒２０′
を持上げ給気口２１を開き、図示外の公知機構の
圧力源から配管２３、ロータリーシール機構２
２、給気口２１により回転タンク３内に、より高
い一定圧力のガスが供給され回転タンク３内のガ
ス圧を急増させる。その結果、回転タンク３から
貯液タンク１へ液が逆流して液面a′が低下するた
め、フロート２６が下がりアーム２５が回転して
給気弁２０が下がり給気口２１が塞がれて、回転
タンク３内が前記の一定圧力となり貯液タンク１
への液の逆流が止まり、以上の作用により回転タ
ンク３内の液面a′は、回転タンク３内の圧力を変
化させることにより一定範囲内に保たれるように
なつている。

従つて、前記したような従来の液面制御装置に
おいては、 (イ) 回転タンク３内にフロート１５，２６、給排
気弁１６，２０等の機構があり、満液にして回
転タンク３内を洗浄する際の邪魔となる。ま
た、前記の両弁は回転系内にあるためその開閉
操作を自動化することが難かしく複雑な機構に
なる。

(ロ) 回転タンク３内の圧力は、定圧の貯液タンク
１のガス圧力および液位、貯液タンク１と回転
タンク３間の管路の摩擦損失により決まるた
め、回転タンク内のガス圧のみの制御ではその
液面位を一定に保つことができず、また、回転
タンク３内から壜（又は缶）等の容器に液を移
送することに起因する回転タンク内の円周方向
の液面位の変化、バラツキにより回転タンク内
への送液量に変化を生ずることになる。

(ハ) 回転タンク３内の液面a′を回転系外で設定変
更することが困難であり、定圧の貯液タンク１
内の圧力を設定変更すると、液面a′位の制御特
性が変化する。

よつて、回転タンク３内の液面a′変動、圧力変
化が大きく、また、基本的に回転タンク３内の圧
力を変化させないと液面a′制御ができないため、
容器に液を充填する条件が一定せず、特に発泡し
やすいビール、ガス飲料等の液体充填において入
味精度が悪くなりその影響が顕著である。

さらに供給液の流量にムラを生じ、加熱又は冷
却等の温度制御等の液処理を行なう際に負荷変動
を生じそれらの制御を正確に行なうことができな
いなどの欠点を有している。

本発明は、従来の回転式充填機の液面制御装置
における前記したような欠点を解消するにあり、
回転式充填機の回転タンク内に供給される液の圧
力および同回転タンク内の圧力をそれぞれ回転タ
ンクにロータリシール機構を介して接続した固定
配管に設けた検出端で検出してその差圧を検出す
る検出器と、同検出器からの差圧と液の比重量ま
たは比重量と粘度とから回転タンク内の液面位を
演算して、これと回転タンク内の目標液面位とか
ら流量制御信号を出力するコントローラと、同コ
ントローラからの信号により前記回転タンク内へ
供給される液の流量を制御する流量制御機器とよ
りなる構成に特徴を有するものであつて、その目
的とする処は、回転タンク内から液面検出、制御
用の各種機構を排除したサニタリー構造（接液系
の簡素化）とし、回転タンク内の液面を、回転系
外に設けた機構にて検出し、回転タンク内の圧力
とは無関係にそのレベルを容易に設定できかつ一
定レベルに保つことができ、さらに、回転タンク
内の圧力を回転系外で容易に設定し内部のガス純
度も容易に調節し得る回転式充填機の液面制御装
置を供する点にある。

本発明は、前記した構成になつており、回転系
外（固定部）に設置した検出器により、回転タン
ク内に供給される液の圧力および回転タンク内の
圧力（ガス）を検出してその差圧を検出し、コン
トローラにより、前記の差圧と液の物性即ち液の
比重量または比重量と粘度とから回転タンク内の
液面位を演算して、これと回転タンク内の目標液
面位とから流量制御信号を出力し、前記コントロ
ーラからの信号により、流量制御機器が制御駆動
されて回転タンク内へ供給される液の流量が制御
されるので、回転タンク内の液面を、回転系外
（固定部）に設置した検出器により検出して容易
に設定できかつ回転タンク内の圧力とは無関係に
一定レベルに保つことができるとともに、回転タ
ンク内の圧力を、液面位に関係なく回転系外で容
易に設定することができ、また、回転タンク内の
ガス純度も回転系外で容易に調節することができ
て、回転タンク内の液面、圧力の制御機能が著し
く向上されるとともに、容器への充填条件設定が
容易にかつ正確となり、操作性能が大幅に向上さ
れる。

さらに、本発明においては、回転タンク内から
液面検出、同制御等の機構を排除することがで
き、回転タンクの洗浄などの保守管理が容易とな
り、そのサニタリー性（接液系の簡素化）が向上
される。

以下、本発明の実施例を図示について説明す
る。第２図に本発明の一実施例を示し、図中１は
貯液タンク、２は固定配管、３は固定配管２の先
端部にロータリーシール機構４を介し連通され軸
Ａを中心に回転可能に配設された回転タンク、７
０は固定配管２中に介装され貯液タンク１から充
填用の液ａを回転タンク３内に圧送する圧送装置
であつて、貯液タンク１から固定配管２、ロータ
リーシール機構４を経て回転タンク３へ管路が続
き、回転タンク３内のガス圧は、ロータリーシー
ル機構２２を通つて固定配管２３に導びかれてお
り、さらに、２７ａは、充填用の液ａが通る固定
配管２に液ａの動圧がかからないように設置した
高圧側の圧力検出端、２７ｂは、固定配管２３に
設置した低圧側の圧力検出端、２８は、圧力検出
端２７ａ，２７ｂから圧力伝達用チユーブ２８′
ａ，２８′ｂを介して伝達される圧力の差を検出
する差圧伝送器であつて、前記の両圧力検出端２
７ａ，２７ｂ、圧力伝達用チユーブ２８′ａ，２
８′ｂおよび差圧伝送器２８にて、回転タンク３
内に供給される液ａの圧力および回転タンク３内
の圧力をそれぞれ回転系外に設けた検出端２７
ａ，２７ｂで検出してその差圧を検出する検出器
とし、該検出器の差圧伝送器２８から前記の差圧
信号を信号伝送ライン３３を介しコントローラ２
９に伝送するようになつている。

また、３０は、固定配管２中に介装された流量
制御機器（例えば自動弁）であつて、コントロー
ラ２９から信号伝送ライン３６を介し伝送される
信号に応じ固定配管２を流れる液ａの流量を制御
するものであり、３１は、固定配管２を流れる液
ａの流量を検出する計量計であつて、信号伝送ラ
イン３５を介しコントローラ２９に測定流量信号
を伝送する。さらに、３２は、軸Ａを中心に回転
する回転タンク３の回転角速度に比例した信号を
図示省略の手段にて検出する回転計であつて、信
号伝送ライン３４を介しコントローラ２９に測定
回転角速度を伝送するようになつている。

第２図に示す実施例は、前記したような構造に
なつているので、 (1) 回転タンク３内の液面a′位は、両圧力検出端
２７ａ，２７ｂ、圧力伝達用チユーブ２８′ａ，
２８′ｂ、差圧伝送器２８よりなる検出器によ
り、回転タンク３内に供給される液ａの圧力お
よび回転タンク３内のガス圧力をそれぞれ検出
してその差圧をコントローラ２９に伝送し、そ
の差圧と液ａの物性即ち液の比重量とからコン
トローラ２９内で演算して求めることができ
る。

(2) 充填用の液ａが固定配管２中を流れた時に、
圧力検出端２７ａから回転タンク３内の液面
a′までの間の管路の流体摩擦による圧力損失が
大きい場合には、コントローラ２９内で流量計
３１により検出した流量、管路の構造、液体の
物性即ち液の比重量と粘度とから算出し得る値
を用いて前記１で求めた回転タンク３内の液面
a′位の演算結果を補正することができる。

即ち、圧力検出端２７ａにおける検出圧力：
P₁、圧力検出端２７ｂにおける検出圧力：P₂、
圧力検出端２７ａから液面a′までの鉛直距離即
ち液面a′位：ｈ（第４図参照）と、液ａの比重
量：γ、液ａの粘度：μおよび流量計３１によ
り検出した流量：Ｑとの関係は、通常、圧力検
出端２７ｂから液面a′までのガスの比重量およ
び液面a′部分の動圧が無視できるため、流量：
Ｑが変化しない場合、圧力検出端２７ａおよび
液面a′の位置におけるベルタイの式から P₁／γ＋ｅ（Ｑ）＝P₂／γ＋ｈ＋ｆ（Ｑ、γ、μ）となる。

ただし、この式中、関数ｅ（Ｑ）は、圧力検
出端２７ａにおける動圧、関数ｆ（Ｑ、γ、μ）
は圧力検出端２７ａから液面a′までの圧力損失
である。この式を変形すると、ｈ＝P₁−P₂／γ−ｆ（Ｑ、γ、μ）＋ｅ（Ｑ）となる。

ここで関数ｆおよびｅの式の構造は、管路の
構造によつて決まることにより、液面a′位：ｈ
は、差圧：P₁−P₂と比重量：γで求めた演算
結果：P₁−P₂／γを、管路構造によつて決まる関数ｆ、ｅ、流量：Ｑ、液の比重量：γ、液の粘
度：μから求めた値：−ｆ（Ｑ、γ、μ）＋ｅ
（Ｑ）で補正して求めることができる。

なお液の物性の検出は、コントローラ２９内
にあらかじめ設定するかあるいは公知の検出手
段によつて検出し、その結果をコントローラ２
９に入力する。

(3) さらに、回転タンク３が軸Ａを中心に回転し
た時に、遠心力により圧力低下が大きい場合に
は、コントローラ２９内で回転計３２により検
出した回転タンク３の回転角速度に比例した信
号、回転タンク３の構造とから演算した値を用
いて、前記１で求めた回転タンク３内の液面
a′位の演算結果を補正することができる。

(4) 前記(1)、(2)あるいは(1)、(3)、あるいは(1)、
(2)、(3)によつて演算して求めた回転タンク内の
液面a′位と、図示省略の手段にてコントローラ
２９に与えた回転タンク内の液面a′の目標液面
位との偏差を小さくする流量制御信号を、コン
トローラ２９が流量制御機器３０に与え、固定
配管２を流れる液ａの流量を制御する。その結
果、回転タンクの液面a′はコントローラ２９に
与えた目標液面位に制御することができる。

前記した流量制御機器３０は、第２図に示すよ
うな自動弁を用いることが可能であり、又は定容
量式ポンプ等の回転数制御による流量制御手段を
とることも可能にして、コントローラ２９より与
えられる回転タンクの液面a′を一定に保つのに必
要な液流量を調節するものである。

また、前述の第２図に示す３８は、回転式充填
機に図示省略の公知手段により導入され、また公
知機構の昇降装置３９によりさらに公知機構の充
填部４０にクランプされた容器、３７は充填部４
０にクランプされた容器３８の有無を検出するた
めの検出端であつて、第３図に示すように、容器
３８はコンベア４４上を搬送され、図示省略の公
知手段にて回転式スターホイル４２に受渡された
のち、図示外の公知手段により回転式スターホイ
ル４２から回転式充填機４１に受渡され、回転式
充填機４１に受渡された容器３８には、回転軸Ａ
のまわりを回転しながら回転タンク３の充填部４
０から液ａが充填され、充填完了後、図示外の機
構により回転式スターホイル４３に受渡されて搬
出されるようになつており、第２図の充填部４０
にクランプされた容器３８の有無を検出するため
の検出端３７は、第３図に示すように容器３８に
液充填が開始される付近に設置されている。

よつて、検出端３７によつて検出された容器有
無信号と回転計３２により検出した回転タンク３
の回転角速度に比例した信号と、回転タンク３に
取付けてある充填部４０の個数（立本数）と液ａ
を充填する際の１個当りの充填流量および容器１
個当りの充填容量とから、回転タンク３から液ａ
が充填されている際中の容器の個数および回転タ
ンク３から充填中の全容器への総充填流量をコン
トローラ２９内で逐次計算する。そして、Ａ、こ
の総充填流量の計算値の時間的変化量が大きい場
合には、コントローラ２９で計算した回転タンク
３内の液面a′の液位とは無関係に、この総充填流
量の計算値が固定配管２に流れるようにコントロ
ーラ２９からの信号で流量制御機器３０により流
量制御することができる。また、Ｂ、総充填流量
の計算値の時間的変化量が小さい時には、コント
ローラ２９で計算した回転タンク３内の液面a′位
が、予めコントローラ２９内に設定した目標液面
位に近づくように、流量制御機器３０を制御す
る。

また、前記ＡからＢの状態への切換えは、流量
計３１の流量変化が小さくなつた時に行なわれ
る。

前記したような装置において、固定配管２を流
れる液ａの流量変化が大きい場合には、固定配管
２内の圧力がその流量変化量に応じて急激に変化
する。この時、現実のプラントでは差圧伝送器２
８、流量計３１等の信号検出遅れ、特性の違い、
コントローラ２９の演算上の制限等により、回転
タンク３の液面a′位を正しく計算することが困難
となる。従つて、容器導入開始時等の非定常時に
も回転タンクの液面a′の液位を許容範囲内に保つ
ために、必然的に固定配管２内の流量変化が大き
くなる状態ができる場合には、固定配管２の流量
変化が大きくなる状態をコントローラ２９で判断
し、流量変化が大きい時には回転タンク３の液面
a′の計算液位とは無関係にコントローラ２９で計
算した総充填流量を固定配管２に流して、回転タ
ンクの液面a′の液位を保つことができ、有効な制
御となる。

さらに、第４図、第５図に回転タンク３内の液
面a′を検出するさらに具体例を示し、図中２７
ａ，２７ｂ自体には公知機構の隔膜式の圧力検出
端、２８′ａ，２８′ｂは圧力を圧力検出端２７
ａ，２７ｂから差圧伝送器２８へ伝達するために
液の物性即ち比重量γ₀の液を封入した公知のフレ
キシブルチユーブを使用することができ、図中
a′は回転タンク３内の比重量γの液ａの液面、ｈ
は圧力検出端２７ａから液面a′までの鉛直距離、
Ｈは圧力検出端２７ａと２７ｂ間の鉛直距離を示
し、回転タンク３は、圧力検出端２７ｂと鉛直距
離を一定に保ちながら、図示省略の公知機構にて
上下可能な構造になつている。なお、第５図は第
４図の回転タンク３および圧力検出端２７ｂを鉛
直方向にΔHだけ上げた時の状態を示している。

よつて、第４図、第５図において、回転タンク
３の下面から回転タンクの液面a′までの鉛直距離
Ｌを一定にした場合、第４図において差圧伝送器
２８で検出した差圧信号C₁は、 C₁＝Hγ₀−hγ＋Ｂただし、Ｂは差圧伝送器２８の調整によつて決
まる一定値。第５図においては、差圧伝送器２８
で検出する差圧信号C₂は C₂＝（Ｈ＋ΔH）γ₀−（ｈ＋ΔH）γ＋Ｂ＝Hγ₀−hγ＋Ｂ＋ΔH（γ₀−γ）＝C₁＋ΔH（γ₀−γ）ここで、封入液の物性即ち比重量γ₀は充填液の
物性即ち比重量γとほぼ等しい。従つて、Ｌが一
定の場合には第４図、第５図の差圧伝送器２８で
検出する差圧信号C₁とC₂はほぼ等しくなる。

従つて、回転タンク３の下面から回転タンクの
液面a′までの鉛直距離を一定に保つ場合、回転タ
ンク３の上下で圧力検出端２７ｂも同一に上下す
る構造にすることにより、回転タンク３が上下し
ても差圧伝送器２８からの差圧信号にほぼ等しく
なり、差圧伝送器２８の出力信号の零位調節をす
る必要がない。

さらに、第６図には回転タンク３のガス圧を制
御する機構を示しており、図中５０は、回転タン
ク３のガス圧力よりも高い圧力を保ち図示外の公
知ガス圧力供給源に接続された配管であつて、配
管５１と５２に分岐し、その後、配管５３に合流
し、ロータリーシール機構２２を通つて回転タン
ク３の上部空間気相部に接続されている。５５は
回転タンク３の上部空間気相部からロータリーシ
ール機構２２を通つて大気あるいは回転タンク３
内ガス圧力よりも低い圧力を持つタンクに接続さ
れている配管。６１は回転タンク３内ガス圧力を
圧力コントローラ６０に導く配管。５６および５
７は、それぞれ配管５１および５５の途中に接続
されたガス流量をコントロールするためのコント
ロールバルブで、圧力コントローラ６０から信号
ライン６２を通つて指示される信号によつて開閉
するようになつている。５８は配管５２の途中に
接続された開閉弁。５９は配管５２の途中に接続
されたガス流量調節用の可変絞りである。圧力コ
ントローラ６０は、圧力設定が可能な図示しない
公知の構造を持つている。第７図にも回転タンク
３のガス圧力制御する機構を示し、開閉弁５８、
可変絞り５９を給気用配管５３に接続する代り
に、排気用配管５５から分岐した配管６３に接続
した点においてのみ第６図のものと異なつてい
る。

よつて、前記の構造によれば、配管６１を介し
て検出される回転タンク３内のガス圧力が、圧力
コントローラ６０に予め設定された圧力よりも高
い場合には、圧力コントローラ６０からの信号に
基づいて、コントロールバルブ５７を開き回転タ
ンク３内のガスを配管５５から排出し、回転タン
ク３内ガス圧力を下げることができる。（この時
コントロールバルブ５６は閉）逆に回転タンク３
内ガス圧力が、圧力コントローラ６０の設定圧よ
りも低い場合には、コントロールバルブ５６を開
き図示しない公知のガス圧力供給源から回転タン
ク３内にガスを供給する。この時、コントロール
バルブ５７は閉。以上の制御動作により、回転タ
ンク３内のガス圧力は圧力コントローラ６０の設
定圧力に制御される。回転タンク３内の液位変化
等の原因により同タンクのガス圧力が上昇した場
合、コントロールバルブ５６が全閉になつても、
開閉弁５８を開にし可変絞り５９を調節すること
によつて、回転タンク３への最小限度必要なガス
供給流量を保つことができる。なお、第７図の例
は回転タンク３内のガスを可変絞り５９、開閉弁
５８を介して回転タンク３内より排出することが
できる。

図示した実施例は、前記したようになつてお
り、それらの実施例によれば、回転タンク内のメ
カニカルフロート等を全て除くことができ、回転
系外（固定部）にて回転タンク内の液面のみなら
ずガス圧、ガス純度をも正確に設定しかつ一定に
保つ制御ができるとともに、前記したような作
用、効果のほかにも、回転タンクの液面位を一定
に保つことにより回転タンク内の液総量を一定に
保ち、回転タンク内の円周方向の液面位の変化に
影響されない信号を検出し得るとともに、回転タ
ンクに送液する液流量がより一定となつて、回転
タンクの上部気相部のガス圧力を一定に制御しや
すくなるし、さらには、回転タンク内のガス純度
を間接的に容易に調整、調節し得ることができ
る。

以上本発明を実施例について説明したが、勿論
本発明はこのような実施例にだけ局限されるもの
ではなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内で
種々の設計の改変を施しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回転式充填機の液面制御装置の
機構図、第２図は本発明の一実施例を示す機構
図、第３図は回転式充填機の容器搬送の機構図、
第４図は第２図の液面検出機構の説明図、第５図
は第４図と同様な説明図、第６図は第２図の回転
タンクのガス圧力制御の機構図、第７図は第６図
の他の実施例図である。ａ：充填用の液、a′：液面、１：貯液タンク、
２：固定配管、３：回転タンク、４，２２：ロー
タリーシール機構、２３：固定配管、２７ａ，２
７ｂ：圧力検出端、２８：差圧伝送器、２９：コ
ントローラ、３０：流量制御機器、３１：流量
計、３２：回転計、３８：容器、４０：充填部。

Claims

【特許請求の範囲】

１回転式充填機の回転タンク内に供給される液
の圧力および同回転タンク内の圧力をそれぞれ回
転タンクにロータリシール機構を介して接続した
固定配管に設けた検出端で検出してその差圧を検
出する検出器と、同検出器からの差圧と液の比重
量または比重量と粘度とから回転タンク内の液面
位を演算して、これと回転タンク内の目標液面位
とから流量制御信号を出力するコントローラと、
同コントローラからの信号により前記回転タンク
内へ供給される液の流量を制御する流量制御機器
とよりなる構成に特徴を有する回転式充填機の液
面制御装置。