KR100197317B1 - 식품 및 비식품 포장용 가스치환장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

게이블 -톱판지카아톤의 개방상부를 폐쇄하기 전에 그 카아톤내의 공기를 불활성가스로 치환하는 가스치환장치 및 방법에 관한 것이다.

이 장치에는 출구에 접속된 불활성가스원(source)과, 그 출구와 연통되는 예정용량의 스페이스(space)내에서 커버하는 불활성가스를 형성하고, 수평면에 설정되어 있는 개구를 가진 후드(hood)와, 각 개방상부가 그 개구 아래를 통과하도록 이동방향으로 카아톤을 이동하는 컨베이어를 구성한다.

그 불활성가스원이 접속된 출구가 그 후드 벽에 형성되고, 그 출구에서 불활성가스의 스트림은 그 용기가 제1위치에 있을 때 그 용기의 헤드스페이스로 분사되나 그 용기가 제2위치에 있을 때 분사되지 아니하며, 그 커버하는 불활성가스는 그 용기가 제2위치에 있을 때 그 용기의 개방상부상에 위치되어 있다.

Description

식품 및 비식품 포장용 가스 치환 장치 및 방법

제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 가스 치환 장치의 측면도.

제2도는 제1도의 저면도.

제3도는 제1도의 평면도.

제4도는 제1도의 단부도.

제5도는 본 발명 장치 하부에서 통과하는 이동 용기에 대한 본 발명의 장치의 위치를 보여주는 측면도.

제6도는 본 발명의 치환 장치의 작동으로 얻어지는 분위기 공기 및 불활성가스 흐름 양식의 이론적 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 가스 치환 장치 4 : 도관

6, 10 18 : 채널(통로) 8 : 파이프

12 : 단부 14 : 구멍

16 : 후드 20 : 챔버

22 : 개구부 24 : 상측벽

26 : 주변 벽 28 : 개구부

본 발명은 일반적으로 고체 또는 액체 물질이 충전되어 있는 용기의 헤드스페이스(headspace, 용기 내측 상부의 공간 부분)로부터 산소를 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 맞배지붕 모양의 판지재 용기(gable-top paperboard cartons) 의 헤드스페이스 내의 분위기 공기(ambient air)를 불활성 가스로 치환하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 용기에 포장된 식품, 의약, 화장품 및 기타 물질은 분위기 공기에 의해 산화되고, 그 결과 물질의 품질이 떨어지게 된다. 선행 기술 분야에서는, 용기를 충전하는 동안 용기의 헤드스페이스 내의 분위기 공기를 불활성 가스로 치환함으로써, 헤드스페이스로부터 산소를 제거하는 것이 공지되어 있다.

특히, 산화성 분해 반응은 살균 포장 식품을 변질시키는 주요한 원인 중의 하나이다. 이 분해 반응은 포장 식품을 계속 저장하는 경우, 산소가 식품에 직접 접촉하여 반응을 일으킨 결과이다. 이러한 식품의 변질은 저장 온도가 높을수록 증가된다. 수종의 비식품(non-food products)도 역시 산소로부터 보호되어야 한다.

식품에서 산소를 제거하고 이 상태를 유지하기 위해 고가의 포장을 설계할 수 있으나, 어떤 제품은 혼합 및 주입을 위해 일정한 헤드스페이스 체적을 갖도록 포장되어야 한다. 상기 헤드스페이스가 분위기 공기로 채워지는 경우, 그 헤드스페이스의 체적 속에는 제거시켜야 할 산소가 21% 포함되어 있다.

맞배지붕형 용기의 헤드스페이스에 포함된 산소의 양을 감소시키는 선행 장치가 Nishiguchi 등의 미국 특허 제4,869,047호에 개시되어 있다. 그 개시된 바에 따르면 한쌍의 불활성 가스 충전 노즐이 제공된 가스 치환 스테이션(gas substitution station)이 충전 스테이션(filling station)과 상부 밀봉 스테이션(top sealing station) 사이에 배치된다. 제1노즐은 제2노즐보다 면적이 넓다. 제1노즐에 의해 헤드스페이스 속으로 주입되는 불활성 가스는 분위기 공기를 치환시킨다. 제2노즐은 상부 밀봉 단계에 앞서 용기의 상부 핀(top fin)들이 서로 향할 때 불활성 가스를 헤드스페이스 속으로 더 많이 주입하도록 배치된다.

상기 Nishiguchi등의 장치는 노즐 출구가 원형이고, 용기의 단면이 정사각형이므로, 용기의 코너에 있는 분위기 공기가 용이하게 치환되지 않는다는 결점이 있다. 더욱이, 상기 이유와 함께, 주입된 불활성 가스가 처음에는 반경 방향 외측으로, 그 다음에는 용기의 측벽을 따라 상측으로 흐르기 때문에 헤드스페이스 내의 분위기 공기를 포획하는 난류가 발생할 수 있다.

용기의 헤드스페이스 내의 산소량을 감소시키는 또 하나의 장치는 Mizandjian의 미국 특허 제4,870,801호에 개시되어 있다. 그 개시된 바에 따르면 각 용기에서의 산소 제거는 불활성 가스를 동시에 주입하는 2개의 주입 수단에 의해 불활성 분위기 하에서 수행된다. 이 불활성 장치는 포장 속으로 산소가 들어가지 못하게 하는 절연 캡(insulation cap)과, 그 절연 캡을 불활성 가스로 충전시키는 불활성 가스 공급 회로 및 그 포장을 불활성 가스로 정화하는 정화 가스 공급 회로를 포함한다.

상기 미국 특허 제4,870,801호에서 이 방법에 의해 산소 함량을 2%이하로 감소시킬 수 있다고 주장하고 있으나, 그 개시된 장치는 복잡한 구조의 분사기를 필요로 한다는 결점이 있다.

표준의 성형/충전/시일 속도에서 작동하는 통상의 포장 기계를 사용하면, 헤드스페이스내의 산소량을 21 체적% 에서 3∼6 체적%로 감소시킬 수가 있었다. 이와같은 종래의 포장 기계는 용기 헤드스페이스내의 분위기 공기와 치환되는 질소 등의 불활성 가스로 헤드스페이스를 정화하는 장치를 사용한다.

그러나, 헤드스페이스 내의 산소함량 3∼6 체적%는 너무 커서 실온과 건조저장 상태 하에서 최소한 1년간 저장 수명을 필요로 하는 이들 식품이 분해되는 것을 최적의 상태로 방지하지 못한다. 대신에, 헤드스페이스의 산소량을 평균 1 체적% 이하로 하는 것이 요구된다.

본 발명의 목적은 종래 포장 기계의 상기 결점을 극복하는 데 있다. 특히, 본 발명은 용기의 헤드스페이스 내의 산소량을 1 체적% 이하로 감소시키는 장치와 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 하나의 목적은 맞배지붕형 판지재 용기의 헤드스페이스를 불활성 가스로 정화하는 간단한 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 연속적으로 이동하는 일련의 용기가 통과하는 일정한 공간에 연속적인 불활성 가스류를 제공하는 정지형 가스 치환 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 그 용기 내의 제품을 방해하거나, 그 밀봉능에 악영향을 주거나 또는 그 용기를 팽창시키는 일이 없이 산소가 1 체적% 이하로 되도록 용기를 정화하는 장치와 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 하나의 다른 목적은 용기의 헤드스페이스로부터 산소를 제거하는 방법을 제공하는 것으로, 상기 용기는 불활성 가스로 정화하는 동안 연속적으로 이동한다.

본 발명의 다른 목적은 통상의 성형/충전/시일 장치 라인을 직렬식으로 사용하는 데 적절하고 비교적 염가인 용기의 헤드스페이스로부터 산소를 제거하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 있어서, 이들의 목적과 자명한 기타의 목적은 일반적으로 불활성 가스 분산 장치에 대하여 이동하는 용기의 헤드스페이스 속으로 불활성 가스를 효율적으로 안내하는 불활성 가스 분산 장치를 제공함으로써 달성된다. 이는 낮은 불활성 가스 속도로 상기 용기의 헤드스페이스 영역을 덮는 다량의 불활성 가스를 발생시켜 그 헤드스페이스 내의 분위기 공기를 치환시킴으로써 달성된다.

본 발명에 따르면, 상기 장치는 불활성 가스 공급원에 연결된 관형 접속부와 그 관형 접속부의 출구와 연통되는 챔버를 구비한 후드를 포함한다. 이 챔버에는 그 챔버 아래를 통과하는 용기의 헤드스페이스를 덮도록 구성된 구멍이 있다. 양호한 실시예는 단면이 일반적으로 정사각형인 통상의 맞배지붕형 용기의 사양(仕樣)과 맞도록 설계된다. 따라서, 양호한 실시예의 구멍은 그 단면이 직사각형인데, 용기의 이동 방향에 대해 횡방향으로의 구멍 폭은 용기의 이동 방향을 따라 측정한 용기의 폭보다 작고, 용기의 이동 방향으로의 구멍 길이는 이동 방향을 따라 측정한 용기의 길이보다 크다.

상기 용기의 개방 상부를 덮는 구멍부의 용기 이동 방향으로의 길이는, 0에서부터 용기가 구멍 아래의 제1경로부에 있는 동안 그 방향에서 측정한 용기의 길이까지 연속적으로 변화하고; 용기가 구멍 아래의 제2경로부에 있는 동안 용기 길이와 같고 일정하며; 용기가 상기 구멍 아래의 제3경로부에 있는 동안 그 용기 길이로부터 0까지 연속적으로 변화한다. 개방 상부를 덮는 출구부의 횡방향 폭은 일정하고, 용기가 상기 구멍 아래의 제2경로부에 있는 동안 구멍의 폭과 같다.

본 발명에 따른 가스 치환 장치는 기체 질소 또는 불활성 가스, 또는 불활성 가스들의 혼합물을 용기의 헤드스페이스 속으로 분산시킴으로써, 그 용기의 헤드스페이스로부터 분위기 공기를 정화한다. 본 발명은 판지재 용기의 헤드스페이스로부터 산소를 제거하기 위한 종래의 성형/충전/시일 장치 라인을 직렬식으로 사용하는데 특히 적합하다. 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 양호한 실시예는 맞배지붕형 용기에 사용하도록 설계된 것이다. 그러나 본 발명은 특정한 용기 구조에 한정되는 것이 아니다. 상기 구멍의 구조는 기타 용기의 설계 사양을 충족시키기 위해 필요에 따라 변형시킬 수 있다.

본 발명에 따라서, 용기의 개구부 폐쇄 전에, 용기의 헤드스페이스 내의 분위기 공기를 불활성 가스로 치환하는 가스 치환방법이 제공되는데, 제1위치로부터 제2위치까지 예정된 수평 방향으로 직선 경로를 따라 상기 용기를 연속적으로 이동시키는 단계와; 상기 용기가 상기 제1위치로부터 제2위치로까지 후드 바로 아래에서 이동함에 따라, 뒤집어진 리세스를 구비한 후드를 통해 유출구로부터 아래쪽으로 헤드스페이스 속으로 직접 불활성 가스 스트림을 주입하여, 헤드스페이스 내에 불활성 가스 층류 및 비난류를 발생시켜 1 체적% 미만의 산소가 헤드스페이스 내에 남아 있을 때까지 상기 헤드스페이스내의 가스를 치환시키는 단계를 포함하며; 상기 뒤집어진 리세스는 경사진 상측 벽과 주변 벽을 포함하며, 상기 경사진 상측 벽은 상기 헤드스페이스로부터 치환된 가스가 상기 리세스에 의해 만들어진 공간을 통해 상기 예정된 수평 방향으로 유동하도록 안내하며, 상기 주변 벽은 상기 치환된 가스를 하측 방향으로 방향 전환시켜서 상기 치환된 가스는 상기 용기의 측면 및 코너를 통해 상기 헤드스페이스로부터 점차 빠져나가게 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라서, 용기의 개구부 폐쇄 전에, 용기의 헤드스페이스 내의 분위기 공기를 불활성 가스로 치환하는 가스 치환 방법이 제공되는 데, 제1위치로부터 제2위치까지 예정된 수평 방향으로 직선 경로를 따라 상기 용기를 이동시키는 단계와; 유출부로부터 헤드스페이스를 향해 하측으로 불활성 가스 스트림을 주입하여 상기 헤드스페이스 내에 불활성 가스 층류 및 비난류를 발생시키는 단계를 포함하며, 상기 가스는 상기 용기가 상기 제1위치로부터 제2위치까지 후드 바로 아래에서 이동함에 따라, 뒤집어진 리세스를 구비한 후드를 통해 주입되며, 상기 불활성 가스의 일부가 상기 헤드스페이스를 들어가 상기 헤드스페이스 내에 산소가 1 체적% 미만으로 남을 때까지 상기 헤드스페이스 내의 가스를 치환시키며, 상기 뒤집어진 리세스는 경사진 상측 벽과 주변 벽을 포함하며, 상기 경사진 상측 벽은 상기 헤드스페이스로부터 치환된 가스가 상기 리세스에 의해 만들어진 공간을 통해 상기 예정된 수평 방향으로 유동하도록 안내하며, 상기 주변 벽은 상기 치환된 가스를 하측 방향으로 방향 전환시켜서 상기 치환된 가스는 상기 용기의 측면 및 코너를 통해 상기 헤드스페이스로부터 점차 빠져나가게 되는 것을 특징으로 한다.

양호한 실시예에 있어서, 액체 질소 탱크나 또는 기타 공급원으로부터 얻는 기체 질소는 정화용 가스로 사용된다. 액체 질소 실린더로부터 얻는 고속 가스는 적어도 4배 이상 팽창되어 그 속도가 감소하고, 다음에 치환 장치를 통과하여 컨베이어 벨트 위에서 이동하는 용기의 헤드스페이스 속으로 들어간다. 기체 속도는 용기 헤드스페이스에서 적어도 1/4배인 약 400내지 600feet/min.(2m/sec∼3m/sec)의 최대 속도로 감소된다. 이 양호한 실시예의 정화 기간(flushing period)은 1개의 용기마다 약 4초이다. 실험 데이터에 의하면, 산소 함량을 1체적% 미만으로 감소시키기 위해, 충전된 용기의 헤드스페이스 체적의 60배 이상 또는 비어 있는 용기 체적의 7배가 필요하다는 것을 나타낸다. 그러나, 본 발명의 방법이 반드시 이들이 값에 한정되는 것이 아니다.

종래의 성형/충전/시일 라인 상에서, 본 발명의 장치는 상부 히터와 밀봉기 스테이션 사이에 바로 배치된다. 본 발명의 장치는 밀봉기 조오(sealer jaws)와 같은 종래의 장치의 작동에 의해 밀봉기 스테이션에서 용기가 폐쇄되는 라인 상의 용기 이동용 불활성 가스 통로를 제공하는 이점이 있다. 이 장치 내의 출구 영역에는 본 발명의 분산 공정에서 치환되는 분위기 공기가 제공된다. 본 발명의 기타 목적, 특징 및 효과는 이하에서 설명하는 양호한 실시예의 구체적인 설명으로부터 자명하다.

이하, 본 발명의 양호한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상술한다.

제1도를 참조하면, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 가스 치환 장치(2)는 원통형 채널(6)을 구비한 도관(4), 이 도관(4)에 접속되고, 채널(6)과 연통되는 원통형 채널(10)이 구비된 파이프(8)를 포함한다. 채널(10)의 직경은 채널(6)의 직경보다 크다.

상기 파이프(8)는 후드(food)(16)내에 형성된 구멍(14)과 커플링되도록 설계된 외경 감소 단부(12)를 갖는다. 그 단부(12)의 외면과 구멍(14)의 내면에는 나사산이 마련되어 있어서, 서로 맞물릴 수 있다. 선택적으로, 상기 단부(12)의 외면과 구멍(14)의 내면은 매끄러울 수 있는데, 이 경우 대응하여 그 직경은 단부(12)가 구멍(14)에 눌려 끼워질 수 있도록 되어 있다.

도관(4)과 파이프(8)는 스테인레스강 또는 이와 기능적으로 대등한 재료로 제조하는 것이 좋고, 후드(16)는 알루미늄 또는 스테인레스강으로 제조되는 것이 좋다. 양호한 실시예에 있어서, 도관(4)은(약 12,7㎜×0.9㎜)의 스테인레스강 도관이며, 파이프(8)는(약 0.8㎜)로 밀링을 한 내경 1(약 25.4㎜)의 스테인레스강 파이프이다. 후드(16)는 반갤론(half-gallon)의 판지재 용기와 관련하여 사용될 때, 외부 치수가(약 142.9㎜×76.2㎜) 및(약 22.2㎜×44.5㎜)이다. 제3도의 평면도에서, 도관(6)과 파이프(8)는 단면으로 나타나 있다.

후드(16)에는 파이프(8)의 단부가 구멍(14)내에 장착될 때 개구부(36)를 통해 파이프(8)의 채널(10)과 연통되는 원형의 원통형 채널(통로)(18)이 있다. 후드(16)에는 타원형 개구부(22)를 통해 채널(18)과 연통되는 챔버(20)도 있다. 챔버(20)는 경사진 평면형 상부벽(24)과 주변벽(26)에 의해 형성된다. 제1도에 나타낸 바와 같이, 챔버(20)의 높이는 길이 방향으로 선형적으로 변한다. 주변벽(26)의 단면은 코너가 둥글게 된 실질적으로 직사각형이며, 동일한 형태의 구멍(28)을 형성한다. 제2도 참조. 구멍(28)은 챔버(20)를 통하여 개구부(22)와 연통된다. 이하에서 더욱 구체적으로 설명하는 바와 같이, 불활성 가스 블래킷이 구멍(28)을 통과한다.

종래의 반갤론용 맞배지붕형 판지 용기는 그 단면이 정사각형이고, 측면 치수가(약 95.3㎜)이다. 따라서, 후드의 치수는 일반적으로 필요에 따라 용기의 치수에 맞도록 한다. 예컨대, 표준형의 반갤론용 맞배지붕형 판지재 용기에 사용하기 위한 상기 장치의 양호한 실시예에 있어서, 챔버(26)의 전면벽 높이는(약 19.8㎜)이며 챔버(26)의 후면벽의 높이는(약 11.9㎜)이다. 구멍(28)은 폭이(약 41.3㎜)이고, 길이는(약 121.4㎜)이다. 그러나, 후드의 치수는 용기의 크기에 따라 변경시킬 수 있다.

제5도에 나타낸 바와 같이, 용기(40, 40')는 컨베이어 벨트(도시 생략)에 의해 후드(16)아래에서 길이 방향(화살표 A로 나타냄)으로 이동한다. 본 명세서에서 설명한 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 이들 용기의 단면은 정사각형이다. 상기 후드는 구멍(28)이 제1도에서 h로 표시된 소정의 간극만큼 하부에서 그 용기의 개방 상부와 분리되도록 되는 높이로 배열된다. 표준형의 반갤론용 맞배지붕형 판지재 용기를 처리하는 데 사용되는 양호한 실시예에 있어서, h는(약 2.4㎜)이다.

구멍(28)의 양측면에는 후드(16)의 최저부를 형성하는 한쌍의 서로 평행한 길이 방향 돌출부(30)가 위치된다(제2도 참조). 돌출부(30)는 상기 후드의 일체부인 직선 바아를 형성한다. 각 돌출부는 평탄한 바닥면(32) 높이h의 평탄한 내측면(34)을 갖는다. 상기 바닥면(32)은, 용기(40, 40')의 개방 상부의 대향하는 길이 방향 측연부(側緣部)들이 각각의 표면과 대향하며 그 하부에서 바닥면과 용기 사이의 최저 간격(38)을 두고 활주하도록 배치된다(제5도 참조). 양호한 실시예에 있어서, 그 바닥면은 폭이(약 6.4㎜), 길이가(약 142.9㎜)이며,(약 85.7㎜)에 상당하는 거리 d만큼 분리되어 있다(제4도 참조). 따라서, 바닥면(34)의 내연부(內緣部)들은(약 85.7㎜)의 거리만큼 분리되어 있고, 그 외연부는(약 98.4㎜)의 거리면큼 분리되어 있다. 단면이 정사각형인 표준형 반갤론용 맞배지붕형 판지재 용기의 측면 치수는(약 77.3㎜)이므로, 그 라인 상의 용기는 각 용기의 상연부가 용기 이동 방향으로 정렬되고, 대향하는 바닥면(34) 바로 아래에 놓이도록 배치되어 있다.

상기 후드(16) 아래에 배치되어 있는 개방 용기의 대향하는 다른 한 쌍의 상연부는 하나의 바닥면(34)으로부터 다른 바닥면으로 연장되며, 구멍(28)을 둘러싸고 있는 평탄한 바닥면(36)으로부터 소정의 간극 h만큼 분리되어 있다. 이들 상연부는 후드(16) 바닥면(36)의 도입부 및 후미부와 협동하여, 헤드스페이스 속으로 유입되는 질소 가스에 의해 치환되는 분위기 공기를 배출하기 위하여 형상이 직사각형이고, 치수가 h×d, 즉(약 2.4㎜×28.6㎜)인 출구슬릿(slits)을 형성한다.

나아가, 본 명세서에 설명된 양호한 실시예에 의하면, 구멍(28)의 전연부(前緣部)는 바닥면(36)의 전연부로부터 거리(약 9.5㎜)만큼 떨어져 있고, 구멍(28)의 후연부는 바닥면(36)의 후연부로부터(약 11.9㎜)의 거리만큼 떨어져 있으며, 구멍(28)의 측연부는 각 돌출부(30, 36)로부터(약 6.4㎜)만큼 떨어져 있다. 원형의 원통형 채널(18)은 직경이 1(약 25.4㎜)이고, 후드의 길이 방향 측면으로부터 같은 거리에 있으며, 후드의 후연부로부터 1(약 25.4㎜)의 거리만큼 떨어져 있다.

본 발명의 장치는 상부 히터와 밀봉 스테이션 사이의 스테이션에 위치하는 종래의 용기 성형/충전/시일 라인에서 직렬식으로 사용하는 데 특히 적합하다. 본 발명에 따르면, 불활성 가스 블랭킷, 바람직하게는 질소 블랭킷은 하부를 통과하는 각 용기의 헤드스페이스를 덮는다. 용기가 전진하여 밀봉 스테이션에 있는 밀봉기조 또는 다른 통상의 장치의 작동에 의해 밀봉될 때 불활성 가스의 통로가 계속해서 각 용기를 덮는다. 이동하는 컨베이어 벨트가 후드 아래에서 각 용기를 이송할 때, 구멍(28)의 증가되는 면적이 용기의 개방 상부를 덮는다. 상기 개방 상부를 덮는 구멍부의 용기 이동 방향으로의 길이는(약 95.3㎜), 즉, 표준형 반갤론용 맞배지붕형 판지재 용기의 개방 단부의 전체 길이에 걸쳐 연속적으로 변하며, 용기가 그 다음(약 26.2㎜)이동 중에는(약 95.3㎜)에 상당하고, 그 후에는(약 95.3㎜)∼0까지 연속적으로 변화한다. 따라서, 불활성 가스 블랭킷은 용기의 도입 연부에서 시작하여 용기의 개방 상부를 지나 효율적으로 쓸려간다. 상기 용기의 헤드스페이스 속으로 유입되는 질소 가스는 그 헤드스페이스 내의 분위기 공기를 치환하고, 이에 의하여 헤드스페이스의 산소 용량을 1체적% 미만의 수준으로 감소시킨다.

제6도는 가스 치환 장치의 작동시에 얻어지는 분위기 공기 및 불활성 가스 흐름 양식의 이론적 설명도이다. 본 발명에 있어서의 이점은 용기 헤드스페이스를 덮는 다량의 저속 불활성 가스류를 제공함으로써 얻게 된다고 여겨진다. 제6도에 나타낸 바와 같이, 가스 치환 장치는 용기 헤드스페이스 영역 내의 불활성 가스의 층류 및 비난류를 발생시킨다. 상기 용기 헤드스페이스 내의 분위기 공기는 그 용기의 코너와 측면을 통하여 점차적으로 치환된다. 상기 분산 가스의 층류는 용기 속으로 분위기 공기가 역류하고 혼합되는 것을 제한하므로 본 발명의 산소 분산 효율을 얻게 된다.

상기 분산 장치에 적용하는 공정 라인 패러미터(process line parameters)는 본 발명의 특정 공정 라인 적용에 부응하도록 저정되어야 하는 용기 체적과 라인 속도의 함수라는 것은 당해 기술 분야의 당업자라면 인식하게 될 것이다. 양호한 실시예에 있어서, 고속의 기체 질소는 그 체적의 적어도 4배까지 팽창되어 속도가 감소하고, 이어서 상기 치환 장치를 통과한다. 가스 속도는 용기 헤드스페이스에서 1/4배인 약 400내지 600feet/min.(2m/sec∼3m/sec)의 최대 속도로 감소된다. 이들 양호한 공정 라인 파라미터에서, 각 용기에 대한 유입 기간은 약 4초이다. 실험 데이터에 의하면 산소의 양을 1 체적% 미만으로 감소시키기 위해, 충전된 용기의 헤드스페이스 용량의 적어도 60배 또는 비어 있는 용기의 용량의 7배가 필요하다. 전술한 공정 파라미터는 상기 분산 장치의 양호한 공정 적용의 대표적인 예인데, 본 발명의 방법이 이들 값에 한정되는 것은 아니다.

이상으로부터, 전술한 설명에 비추어 본 발명을 실시함에 있어서 여러 가지의 변형이 가능하다는 사실을 알 수 있다. 예컨대, 양호한 실시예에서는 질소 가스 또는 다른 불활성 가스를 사용하고 있으나, 이와 같은 가스의 혼합물도 사용할 수 있다. 이와 유사하게, 불활성 가스, 산소 및 다른 가스상 물질의 혼합물을 본 발명의 분산장치를 사용하는 제품 포장 내에 도입할 수도 있다. 그러므로, 본 발명의 주목적은 용기 헤드스페이스 영역 내의 헤드스페이스로부터 산소를 분산시키기 위한 것이지만, 그 치환 장치는 규정된 수준으로 용기 내부로의 산소 또는 다른 가스의 분산 및/또는 분산을 제어하기 위한 기구로서도 사용할 수 있다.

따라서, 본 발명은 양호한 몇 가지 실시예에 따라 설명하였으나, 특히 청구범위에 한정된 바와 같이 본 발명의 정신과 범위 내에서 기타의 복합 구조와 이들 구조의 구성 방법도 안출해 낼 수 있다는 사실이 이해될 것이다.

Claims (17)

1. 용기 상부의 개구부 폐쇄 전에, 용기의 헤드스페이스 내의 분위기 공기를 불활성 가스로 치환하는 가스 치환 장치로서, 각 개방 단부에 제1개구부 및 제2개구부(36, 22)가 있는 원형의 원통형 단면의 통로 및 상기 제2개구부(22)를 통해 상기 통로와 연통하는 리세스(recess)를 구비하며, 이 리세스가, 수평면 상에 배치되어 후드에 제3개구부를 형성하는 폐쇄된 형태의 주연부(周緣部)를 구비하는 후드(16)와; 상기 제2개구부(22) 통과시 팽창되는 불활성 가스 압축 스트림을 상기 제1개구부에 공급하는 공급 수단(8)과; 상기 용기를 제1위치로부터 제2위치 방향까지 예정된 수평 방향으로 직선 이동시켜 상기 제2개구부를 떠나는 불활성 가스는 상기 용기가 제1위치에 있을 때 상기 헤드스페이스 속으로 주입되고, 상기 용기가 제2위치에 있을 때 상기 헤드스페이스 속으로 주입되지 않는, 직선 이동 수단을 포함하고, 상기 리세스의 적어도 일부가 상기 제1위치와 제2위치 및 이 두 위치 사이의 모든 위치에서 상기 용기 개구부의 적어도 일부를 덮으며, 상기 제3개구부(28)는 상기 이동 방향에서 상기 용기 개구부의 상기 이동 방향의 최대 크기보다 더 큰 최대 길이를 가지며, 상기 용기가 상기 제1위치에 있을 때, 상기 리세스(20)는 상기 용기의 이동 방향에 평행한 하류측 방향으로 가스 블랭킷이 유동하여 통과하는 터널로서 작동하고, 상기 하류측으로 유동하는 가스는 상기 용기가 제2위치로 이동될 때 상기 헤드스페이스를 덮으며, 상기 리세스는 평면 상측 벽과, 상기 제3개구부를 형성하는 상기 주연부에서 끝나는 실질적으로 원통형의 측벽에 의해 부분적으로 형성되고, 상기 상측 벽은 수평명에 대해 경사지고 상기 제2개구부와 동일 평면 상에 있으며 상기 경사진 상측 벽의 높이는 상기 이동 방향으로 직선적으로 증가하며, 상기 측벽은 상기 이동 방향에 실질적으로 수직하고 평범하게 배치된 제1직선부 및 제2직선부를 포함하고, 상기 제1직선부 및 제2직선부는 상기 이동방향의 횡방향으로 상기 용기 개구부의 최대 크기보다 짧은 거리만큼 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 가스 치환 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 후드의 제3개구부의 형태는 코너가 둥근 직사각형 형태인 것을 특징으로 하는 가스 치환 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 용기는 맞배지붕형 판지재 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스치환 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 불활성 가스는 질소인 것을 특징으로 하는 가스 치환 장치.
5. 용기의 개구부 폐쇄 전에, 용기의 헤드스페이스 내의 분위기 공기를 불활성 가스로 치환하는 가스 치환 방법으로서, 제1위로부터 제2위치까지 예정된 수평 방향으로 직선 경로를 따라 상기 용기를 연속적으로 이동시키는 단계와; 상기 용기가 상기 제1위치로부터 제2위치까지 후드 바로 아래에서 이동함에 따라, 뒤집어진 리세스를 구비한 후드를 통해 유출구로부터 아래쪽으로 헤드스페이스 속으로 직접 불활성 가스 스트림을 주입하여, 헤드스페이스 내에 불활성 가스 층류 및 비난류를 발생시켜 1 체적% 미만의 산소가 헤드스페이스 내에 남아 있을 때까지 상기 헤드스페이스 내의 가스를 치환시키는 단계를 포함하며; 상기 뒤집어진 리세스는 경사진 상측 벽과 주변 벽을 포함하고, 상기 경사진 상측 벽은 상기 헤드스페이스로부터 치환된 가스가 상기 리세스에 의해 만들어진 공간을 통해 상기 예정된 수평 방향으로 유동하도록 안내하며, 상기 주변 벽은 상기 치환된 가스를 하측 방향으로 방향 전환시켜서 상기 치환된 가스는 상기 용기의 측면 및 코너를 통해 상기 헤드스페이스로부터 점차 빠져 나가게 되는 것을 특징으로 하는 가스 치환 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 용기는 맞배지붕형 판지재 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 치환 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 용기는 상기 헤드스페이스를 제외하고는 고체 또는 유체 재료로 채워지고, 상기 불활성 가스는 600feet/min.(3m/sec) 미만의 속도로 상기 헤드스페이스로 들어가는 것을 특징으로 하는 가스 치환 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 용기는 맞배지붕형 판지재 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 치환 방법.
9. 제5항에 있어서, 상기 용기는 상기 용기 체적의 7배 이상에 상당하는 체적의 불활성 가스로 채워지는 것을 특징으로 하는 가스 치환 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 용기는 맞배지붕형 판지재 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 치환 방법,
11. 용기의 개구부 폐쇄 전에, 용기의 헤드스페이스 내의 분위기 공기를 불활성 가스로 치환하는 가스 치환 방법으로서, 제1위치로부터 제2위치까지 예정된 수평 방향으로 직선 경로를 따라 상기 용기를 이동시키는 단계와; 유출구로부터 헤드스페이스를 향해 하측으로 불활성 가스 스트림을 주입하여 상기 헤드스페이스 내에 불활성 가스 층류 및 비난류를 발생시키는 단계를 포함하며, 상기 가스는 상기 용기가 상기 제1위치로부터 제2위치까지 후드 바로 아래에서 이동함에 따라, 뒤집어진 리세스를 구비한 후드를 통해 주입되고, 상기 불활성 가스의 일부가 상기 헤드스페이스로 들어가 상기 헤드스페이스 내에 산소가 1 체적% 미만으로 남을 때까기 상기 헤드스페이스 내의 가스를 치환시키며, 상기 뒤집어진 리세스는 경사진 상측 벽과 주변 벽을 포함하며, 상기 경사진 상측 벽은 상기 헤드스페이스로부터 치환된 가스가 상기 리세스에 의해 만들어진 공간을 통해 상기 예정된 수평 방향으로 유동하도록 안내하며, 상기 주변 벽은 상기 치환된 가스를 하측 방향으로 방향 전환시켜서 상기 치환된 가스는 상기 용기의 측면 및 코너를 통해 상기 헤드스페이스로부터 점차 빠져나가게 되는 것을 특징으로 하는 가스 치환 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 용기는 상기 헤드스페이스를 제외하고는 고체 또는 유체 재료로 채워지고, 상기 불활성 가스는 600feet/min.(3m/sec) 미만의 속도로 상기 헤드스페이스로 들어가는 것을 특징으로 하는 가스 치환 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 용기는 상기 용기 체적의 7배 이상에 상당하는 체적의 불활성 가스로 채워지는 것을 특징으로 하는 가스 치환 방법.
14. 제11항에 있어서, 상기 용기는 맞배지붕형 판지재 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 치환 방법.
15. 제11항에 있어서, 상기 헤드스페이스 내에 불활성 가스 층류 및 비난류가 생성되는 것을 특징으로 하는 가스 치환 방법.
16. 제1항에 있어서, 상기 통로는 그 형태가 원형의 원통형인 것을 특징으로 하는 가스 치환 장치.
17. 제1항에 있어서, 상기 후드는 제1레일 및 제2레일을 포함하며, 이 제1레일 및 제2레일은 상기 제3개구부 측면에 있고 실질적으로 상기 이동 방향으로 정렬되어 있어 상기 용기 개구부의 각 측연부와 대향하여 그 사이에 각각 최소의 간극을 형성하고, 이 간극을 통하는 상기 용기로부터 치환된 공기 흐름은 최소로 되는 것을 특징으로 하는 가스 치환 장치.