JPH08254300A

JPH08254300A - 低温液体の液滴供給装置及び液滴形成方法

Info

Publication number: JPH08254300A
Application number: JP7043210A
Authority: JP
Inventors: Stephen G Kellett; ジー．ケレットステファン
Original assignee: MG Industries Inc
Current assignee: MG Industries Inc
Priority date: 1994-03-04
Filing date: 1995-03-02
Publication date: 1996-10-01
Also published as: US5385025A; EP0670265A1; KR950031889A

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、罐やボトル等の受容体に低温液体を
注入するのに適した液滴供給装置及び液滴形成方法を提
供する。【構成】低温液体（３）は容器（１）に収容され、その
容器（１）にはブロック（５）が設けられる。ブロック
（５）は中央穴（９）を有するプレート（７）とオリフ
ィス（１２）を有するオリフィス栓（１１）とが離間状
態で支持され、プレート（７）とオリフィス栓（１１）
との間にスペース（１５）が形成される。スペース（１
５）には導管（１３）を介してガスが間欠的に供給さ
れ、スペース（１５）内のガス圧が低下すると、低温液
体（３）が液滴となって、順次搬送される受容体（２
１）に落下する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的には低温液体の
供給技術に関し、より具体的には、低温液体を正確に計
量された量の液滴として供給するための装置及び方法に
関する。本発明は、罐又はプラスチックボトルに液体窒
素を注入するのに特に適しているが、低温液体の液滴を
制御下で供給する必要のある他の用途にも使用すること
ができる。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】飲料物
を詰めるための容器として、軽量で且つ比較的安価であ
ることから、アルミニウム罐がよく用いられている。し
かしながら、アルミニウムは比較的軟質でもあるため、
液体を詰めたアルミニウム罐を積み上げることは、普通
は行われていない。炭酸飲料物を詰めるときのように罐
内部の液体が加圧状態にある場合を除き、積み上げた複
数の罐の底部側（下側）のものは、積層圧力に耐えるこ
とができず、押し潰され易い。このような問題を解決す
るため、少量の低温液体（通常は窒素）を罐の封止直前
に注入することが公知となっている。低温液体はほぼ瞬
時に蒸発して、もとの体積の何倍にも膨張するため、こ
の膨張蒸気によって罐に所望の内圧を付与するのであ
る。

【０００３】上述したような目的で、米国特許第４，５
６１，２５８号及び同第４，５９２，２０５号は、窒素
等の低温液体を供給するためのシステムを開示してい
る。しかしながら、これら特許のシステムでは、窒素の
定常流が形成されるのみで、分離した液滴が形成される
訳ではないため、余分の低温液体を浪費することなく、
各罐に低温液体を１滴づつ注入することはできない。

【０００４】米国特許第４，５８８，０００号は、飲料
物用罐に液体窒素を供給するための別のシステムを開示
している。同特許のシステムでは、回転ディスクを用い
て、罐への液体窒素の注入を開始したり停止したりして
いる。この場合、液体窒素が特定の罐に注入された後に
おいて、液体からの蒸気が液体窒素の流出を停止するの
に役立っている。しかしながら、この特許によれば、低
温液体を少量づつ各罐に注入することができるものの、
実際に液滴が形成される訳ではない。また、この特許の
システムでは、低温液体の流通経路を開閉するために、
計量／供給ヘッドは機械的可動部分（すなわち、回転デ
ィスク）を必要とする欠点もある。

【０００５】一方、罐又は他の受容体をプラント内で非
常に高速で搬送させることの可能な自動装置は既に存在
している。従って、低温液体の分離した液滴を高速で且
つ大量の液体を浪費することなく、搬送される受容体に
注入できるようにすることが望まれている。

【０００６】そこで、本発明の主たる課題は、低温液体
の液滴を形成するための装置及び方法を提供することに
ある。

【０００７】本発明の付随的な課題は、低温液体の分離
した液滴の形成速度を増加させることができる装置及び
方法を提供することにある。

【０００８】本発明の別の付随的な課題は、低温液体を
罐、ボトル又はその他の受容体に注入する装置の効率を
改善することにある。

【０００９】本発明の別の付随的な課題は、各罐に一滴
づつ注入する場合において、罐に低温液体の分離した液
滴を注入するときの液滴形成速度を１分当たりに数滴か
ら２００滴を越える範囲にできるようにすることにあ
る。

【００１０】本発明の別の付随的な課題は、複数の受容
体に低温液体を注入するシステムにおいて浪費される低
温液体の量を低減することにある。

【００１１】本発明のさらなる付随的な課題及び利点
は、添付図面に基づいて行う実施例の説明より当業者に
明らかになるであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の装置は低温液体を収容する容器を含んでい
る。容器はその底部に開口部を有しており、この開口部
はブロックによって包囲されている。ブロック自体も開
口部を有しており、この開口部にオリフィス栓が調整可
能に挿入される。オリフィス栓は、容器からの低温液体
の流出を許容するオリフィスを形成している。

【００１３】上記ブロックは、中央穴を有するフラット
なプレートを支持する支持部を有している。上記オリフ
ィス栓とプレートとは相互に離間され、両者間にスペー
スが形成される。プレートの中央穴とオリフィス栓のオ
リフィスとは、一緒になって容器から液体を流出させる
ための通路を形成している。また、導管を設けて、外部
のガス供給源と上記スペースとの間を流体導通させる。

【００１４】

【作用及び効果】上記構成において、導管を介してガス
がプレートとオリフィス栓との間のスペースに流入する
と、そのガスが容器からの液体の流出に対するバリアと
して作用する。反対に、ガス圧が低下すると、ガスは最
早バリアとして作用しなくなり、液体はオリフィスを介
して容器から流出できる。従って、ガス流れを反復的且
つ高速で停止及び開始することにより、液体流れを正確
に制御でき、液体は分離した液滴の形態で容器から落下
する。液滴の生成は、プレートとオリフィス栓との間の
スペースの寸法設定及びガス圧に依存する。

【００１５】以上のごとく、本発明によれば、低温液体
の液滴を正確に制御して形成することができ、例えば１
分当たり約２００〜５００滴の速度で受容体に対して低
温液体の液滴を注入することが可能となる。また、本発
明の装置は、液滴の形成を最適化することができ、低温
液体の液滴流を正確に制御する手段を提供する。

【実施例】

【００１６】以下、本発明の実施例を添付図面に基づき
説明する。

【００１７】図示されたように、貯溜手段としての容器
１には低温液体３が入っている。好適な低温液体は液体
窒素であるが、代わりに他の低温液体を用いてもよい。

【００１８】容器１はその底部に開口部を備えており、
実質的に円筒状のブロック５がこの開口部を包囲してい
る。ブロック５はフラットなプレート７を保持する手段
を有しており、プレート７は中央穴９を備えている。従
って、プレート７は環状であり、穴９は液体３の通過を
許容する。容器１の底部の開口部にはオリフィス栓１１
が挿入されている。このオリフィス栓１１はオリフィス
１２を形成しており、これにより容器１の内外の流体連
通が確立されている。オリフィス栓１１の位置は鉛直方
向に調整可能である。このためには、図示のように、オ
リフィス栓１１とブロック５にネジ切りを施し、略円筒
状のオリフィス栓１１をブロック５に対して所望深さま
で螺合できるようにするのが好ましい。しかしながら、
他の手段によりオリフィス栓１１とブロック５との調整
可能な係合を達成することもでき、そのような手段も本
発明の範囲に包摂されるものである。

【００１９】プレート７の中央穴９、並びにオリフィス
栓１１により形成されたオリフィス１２は、実質的に同
心状である。オリフィス１２及び中央穴９はブロック５
に対しても同心状であるが、両者をブロック５に対して
偏位させても効果上の大きな違いはない。

【００２０】導管１３は、オリフィス栓１１の上端とプ
レート７との間のスペース１５にガス供給源（図示せ
ず）からガスを導通させる。ガスは、容器１内に貯溜さ
れた低温液体３の蒸気の形態とできるが、他のガスであ
ってもよい。好適な実施例では、低温液体３及びガスは
共に窒素である。しかしながら、一般的には、ガス供給
源は低温液体３の供給源と完全に独立させることができ
る。

【００２１】弁装置の一例であるソレノイド弁１７は、
好ましくは容器１の外部において、スペース１５へのガ
ス流れを制御する。一般的には、スペース１５に十分な
ガスを押し込んだ場合に、ガスが容器１からの低温液体
３の流出を阻止する。反対に、ガス流れを遮断した場合
には、スペース１５内のガス圧が低下して、液体３が容
器１から流出できる。従って、弁１７を開閉することに
より、液体流れを開始させたり、停止させたりすること
ができる。オリフィス栓１１の位置を適正に設定すれ
ば、ソレノイド弁１７を繰り返し開閉して、低温液体３
の分離した液滴を容器１から落下させることが可能とな
る。

【００２２】また、図１は受容体２１に液滴を注入する
ための装置を完成させるのに必要な他の構成要素を概略
的に示している。受容体２１は、搬送手段の一例である
コンベア２３により搬送され、コンベア２３はモータ２
５により駆動される。検知手段の一例である位置センサ
２７は、オリフィス１２に対して各受容体２１が正確に
整列状態にあるかどうかを判定する。位置センサ２７は
光電素子、或いは生産ライン上の特定位置に受容体とし
ての罐又はボトルが存在するか否かを検知できる他の検
知手段であってよい。位置センサ２７は、モータ２５及
び弁１７に接続されており、図中の破線２９，３１はコ
ンベア２３及び／又は弁１７が位置センサ２７の出力に
より遠隔制御されていることを示している。

【００２３】通常、弁１７は開放状態にあり、そのため
ガスがスペース１５に充満して、液体流れを阻止する。
センサ２７が罐又はボトルがオリフィス１１の直下にあ
ることを検知すると、弁１７が一定時間（典型的には、
数ミリ秒のレベル）閉鎖し、この結果生ずるガス圧の急
速な低下によって、容器１から低温液体３の一滴が落下
する。液滴のサイズは、出口としてのオリフィス１２の
直径及び弁１７の閉鎖時間によって決まってくる。この
ように、制御された間欠的なガス流れにより、低温液体
３の液滴が定常的に発生する。

【００２４】弁１７の動作はタイマー（図示せず）によ
って制御される。すなわち、センサ２７が弁１７を閉鎖
するための信号を送ると、タイマーが制御を司り、所定
時間だけ弁１７を閉鎖状態に保持する。このように、好
適な実施例では、センサ２７が信号を発生した後は、当
該センサ２７は弁１７に対する制御を一旦放棄し、弁１
７は、次の信号を待つべく再度開放状態になるまでは、
一時的にタイマーによって制御されることになる。従っ
て、好適な実施例では、弁１７は常にセンサ２７からの
信号によって直接制御される訳ではない。

【００２５】本発明では、オリフィスセンサ１１によっ
て形成されるオリフィス１２は、常時開放状態である。
導管１３内のガス圧が容器１からの液体流出を制御す
る。ソレノイド弁１７を除き、本発明の供給装置は可動
部分を有していない。オリフィス１２の近傍に可動部分
が存在しないことは、装置の信頼性を大きく改善する上
で特に重要である。

【００２６】スペース１５の容積も重要である。この容
積が大き過ぎると、低温液体の流れを瞬時に遮断するこ
とができなくなり、液滴を形成することが不可能となる
ばかりでなく、液体流れを再開させるまでに消費するガ
ス容積も大きくなる。反対に、スペース１５の容積が小
さ過ぎると、ガス流れが不十分で、液体流れを阻止でき
なくなって、やはり分離した液滴を形成できない。

【００２７】スペース１５の容積として好適な値を一義
的に特定することはできない。何故なら、最適の容積は
導管１３へ注入されるガス圧力や、所望される液滴の発
生速度に依存するからである。従って、ガス圧力や液滴
の所望発生速度が特定されれば、それに対するスペース
１５の容積の最適値（或いは、最適値の範囲）も定まる
が、その容積は実験的に決定されるべきものである。す
なわち、供給装置が望まれるような液滴を発生するよう
になるまでオリフィス栓１１の位置を調整するのであ
る。

【００２８】一例を挙げれば、低温液体３もガスも窒素
とし、ガスを約２〜３ｐｓｉｇの圧力で供給するとし
て、１分当たり約２００〜５００個の液滴を発生させる
ことが望まれる場合、オリフィス栓１１の上端とプレー
ト７との間の最適距離は約０．０６２５〜０．０９３８
インチである。中央穴９の直径は約０．１２５インチで
あり、ブロック５の開口部の直径（これはオリフィス栓
１１の外径に対応する）は約０．１２５インチである。
オリフィス１２は最小径の約０．０６２５インチに始ま
り、最大径の約０．２５インチまで末広がり状となって
いる。図１では、上記の実例を反映するべく、オリフィ
ス１２の近傍の構成要素は略実寸どおりに示している。
しかしながら、受容体２１は実寸どおりには示されてい
ない。

【００２９】尚、上記に示した数値は、例示に過ぎず、
本発明を限定するものではない。寸法は、その他にも種
々な設定が可能であり、それら全てが本発明の範囲内に
包摂される。

【００３０】窒素ガスの圧力は３ｐｓｉｇ程度又はそれ
以上まで高く設定できる。しかしながら、圧力が高いの
は、ガスの浪費につながり、通常は望ましくない。プレ
ート７は、それがなければ低温液体の流れを全く阻止で
きなくので、極めて重要である。中央穴９の直径は変更
可能であるが、小さすぎてはならない。これが小さすぎ
ると、容器１からの液体流出を不当に阻害し、液滴発生
を所望のように迅速に制御することができなくなるから
である。

【００３１】本発明によれば、極めて正確に制御された
速度で低温液体の液滴を生成することが可能である。例
えば、１分当たり１滴の極めて遅い速度、１分当たり２
００〜５００滴程度の極めて速い速度、又はこれら両極
端の間の速度で液滴の形成が可能である。但し、１分当
たり５００滴を越えると、実際生成されるのは液滴と見
做すことはできなくなり、低温液体の連続的な流れとな
る。

【００３２】実際上、貯溜手段１は３重容器構造であ
り、中間容器は内部容器を包囲し、外部容器は中間容器
を包囲する。外部容器は装置全体を隔離するためのもの
である。図１は内部容器１のみを示している。

【００３３】上記中間容器を設ける目的は次のとおりで
ある。内部容器１内の液体窒素は蒸発し、内部容器１に
形成された抜き孔（図示せず）を介して逃げ出て、中間
容器に入り、そこで下方に流れる。この下方に流れたガ
スは、オリフィス１２の近傍に位置する別のオリフィス
（図示せず）を介して、中間容器から出ることになる
が、その際に、オリフィス１２の近傍の環境空気を押し
のけることになり、環境空気がオリフィス１２から落下
する液滴に接するのを防止するのである。このような構
成により、オリフィス１２の近傍において、空気中の水
分が低温液体との接触で凍結するのを防止できる。要す
るに、中間容器を流れるガスにより、環境空気が低温液
体の液滴流れに接するのを防止するのである。一般的
に、中間容器は導管１３からは完全に独立しており、中
間容器内のガスは導管１３内のガスからも独立してい
る。

【００３４】以上、特定の実施例に基づき本発明を説明
したが、本発明は種々に変形可能である。例えば、オリ
フィス栓１１を調整可能とする手段は変更できる。ま
た、オリフィス栓１１、容器１及び内部のブロック５の
厳密な形状も変更可能である。更に、弁１７の制御は、
タイマーを用いず、位置センサ２７の出力信号のみに基
づき直接行うようにも変更できる。以上の又はその他の
変形は当業者にとって明

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例に係る液滴供給装置を示
す部分断面図である。

【符号の説明】１容器（貯溜手段）３低温液体５ブロック７プレート９中央穴１１オリフィス栓１２オリフィス１３導管（ガス供給手段の一部）１５スペース１７ソレノイド弁（弁装置）２１受容体２３コンベア（搬送手段）２５モータ２７位置センサ（検知手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低温液体の液滴供給装置であって、 (a) 低温液体を貯溜する貯溜手段を設け、 (b) 前記貯溜手段の底部はブロックにより包囲された
開口部を有しており、 (c) 前記ブロックはプレート及びオリフィス栓を保持
するための手段を備えており、前記プレートは穴を備え
ており、前記オリフィス栓は前記ブロック内に所定深さ
まで調整可能に挿入できるようになっており、前記オリ
フィス栓はオリフィスを有することにより、低温液体が
前記穴及びオリフィスを介して前記貯溜手段から流出で
きるようになっており、前記プレートとオリフィス栓と
の間にはスペースが形成されており、 (d) ガスを前記スペースに間欠的に供給するためのガ
ス供給手段を設けて、これにより低温液体が液滴の形態
で前記貯溜手段外に落下するように構成した、低温液体の液滴供給装置。
【請求項２】請求項１の液滴供給装置であって、前記オ
リフィス栓は前記ブロックに螺合挿入されるように構成
されている。
【請求項３】請求項１又は２の液滴供給装置であって、
前記ガスは低温液体の蒸気の形態である。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかの液滴供給装置で
あって、前記ガス供給手段は、前記スペースへのガス流
れを制御する弁装置を含んでおり、この弁装置は、前記
ガスの前記スペース内への流れを許容して前記低温液体
の前記貯溜手段からの流出を阻止する第１の位置と、前
記ガスの前記スペース内への流れを阻止して前記低温液
体の前記貯溜手段からの流出を許容する第２の位置と、
をとるように構成されている。
【請求項５】容器から低温液体を液滴として供給するた
めの液滴供給装置であって、穴とオリフィスとを形成す
るための手段を設け、前記穴及びオリフィスは、低温液
体がそれら穴及びオリフィスを介して前記容器から流出
できるように相互に離間された状態で配置されており、
前記穴とオリフィスとの間にはスペースが形成されてお
り、さらに、前記スペースにガスを供給するためのガス
供給手段と、前記ガスの流れを制御するための手段と、
を設け、前記容器からの低温液体の流れを、前記スペー
スへのガス流れを制御することにより、制御するように
構成した低温液体の液滴供給装置。
【請求項６】請求項５の液滴供給装置であって、前記穴
は実質的にフラットなプレートに形成されている。
【請求項７】請求項６の液滴供給装置であって、前記オ
リフィスはオリフィス栓によって形成されており、前記
プレートに対して前記オリフィス栓の位置を調整するた
めの手段が更に設けられている。
【請求項８】請求項７の液滴供給装置であって、前記プ
レート及びオリフィス栓は前記容器内に設けたブロック
によって保持されている。
【請求項９】請求項５〜８のいずれかの液滴供給装置で
あって、前記ガスは前記容器内の低温液体の蒸気の形態
である。
【請求項１０】請求項５〜９のいずれかの液滴供給装置
であって、前記オリフィスの近傍に複数の受容体を搬送
する搬送手段と、前記受容体の位置を１個づつ検知する
検知手段と、がさらに設けられており、前記検知手段は
前記搬送手段を作動させるための手段及び前記ガス供給
手段に機能的に接続されており、もって前記オリフィス
の位置を通過する前記受容体に低温液体の液滴を注入で
きるように構成されている。
【請求項１１】複数の受容体内に低温液体を液滴として
高速で供給するための液滴供給装置であって、 (a) 低温液体を貯溜する貯溜手段を設け、 (b) 穴とオリフィスとを形成するための手段を設け、
前記穴及びオリフィスは離間配置されるとともに、低温
液体を前記容器から流出させるための通路を形成してお
り、前記穴とオリフィスとの間に限られたスペースが形
成されており、 (c) 前記貯溜手段からの低温液体の流出を制御するべ
く、前記スペースにガスを制御可能に供給するためのガ
ス供給手段を設け、 (d) 前記受容体を前記貯溜手段に向かって搬送するた
めの搬送手段を設け、 (e) 前記各受容体の位置を検知する検知手段を設け、
この検知手段は前記ガス供給手段に機能的に接続されて
おり、もって前記ガスの流れを制御することにより、前
記貯溜手段から前記受容体内に低温液体の液滴を落下さ
せるように構成した、低温液体の液滴供給装置。
【請求項１２】請求項１１の液滴供給装置であって、前
記検知手段は前記搬送手段にも機能的に接続されてい
る。
【請求項１３】請求項１１又は１２の液滴供給装置であ
って、前記オリフィスを形成する手段は前記スペースの
容積を調整する手段を含んでいる。
【請求項１４】請求項１３の液滴供給装置であって、前
記穴は実質的にフラットなプレートに形成されている。
【請求項１５】請求項１４の液滴供給装置であって、前
記オリフィスはオリフィス栓によって形成されており、
このオリフィス栓は前記貯溜手段内に設けたブロックに
調整可能に挿入されている。
【請求項１６】低温液体の液滴供給装置であって、 (a) 低温液体を貯溜する容器を設け、 (b) 穴とオリフィスとを形成する手段を設け、前記穴
及びオリフィスは離間配置されるとともに、低温液体を
前記容器から流出させるための通路を形成しており、前
記穴とオリフィスとの間に限られたスペースが形成され
ており、 (c) ガスを前記スペースに間欠的に供給するためのガ
ス供給手段を設けて、前記容器からの低温液体の流出を
制御するように構成した、低温液体の液滴供給装置。
【請求項１７】低温液体の液滴形成方法であって、 (a) 低温液体ための容器と、穴と、オリフィスと、を
設け、低温液体を前記容器から流出させるための通路を
形成するべく前記穴及びオリフィスを離間配置するとと
もに、前記穴とオリフィスとの間に限られたスペースを
形成し、 (b) 前記穴とオリフィスとの間の距離を調整して、前
記スペースの容積を変化させ、 (c) ガスを前記スペースに制御可能に供給し、もって
前記ガスが前記スペースに存在するときに前記容器から
の低温液体の流出を阻止する一方、前記ガスが前記スペ
ースからなくなったときに前記容器からの低温液体の流
出を許容するようにする、低温液体の液滴形成方法。
【請求項１８】請求項１７の液滴形成方法であって、前
記ガスの制御可能な供給は、弁装置の開閉により前記ス
ペースへの前記ガスの流れを制御することにより行い、
前記弁装置の開閉は、前記容器から低温液体が分離した
液滴として落下させるに十分な速度で行うようにする。
【請求項１９】請求項１８の液滴形成方法であって、前
記弁装置の開閉は位置センサからの信号に応答して行う
ようにし、前記位置センサは前記容器の近傍に受容体が
存在するか否か判定するための手段を備えている。
【請求項２０】請求項１９の液滴形成方法であって、前
記弁装置は通常開放状態であり、前記位置センサからの
信号に応答して所定時間閉鎖するようにした。