KR20130135313A - 회전식 충전기 및 회전식 충전기의 충전량 연산 방법 - Google Patents

회전식 충전기 및 회전식 충전기의 충전량 연산 방법 Download PDF

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Abstract

간소한 구성으로 충전량을 정확하게 연산하여 충전량을 정확하게 제어한다. 회전체와, 액 분배실과, 각각 액 분배실에 접속된 액 통로 및 액 밸브에 의해 용기 내에 개별적으로 액체를 유도하기 위한 유체 통로가 구성된 복수의 충전 유로 구성 유닛과, 충전 제어 장치와, 액체 공급부와, 액 분배실의 액체의 압력인 액 분배실 압력 및 회전체의 임의의 반경 방향 위치에 있어서 충전 유로 구성 유닛 내의 흐름 해방부의 압력으로서 검출되는 충전 분위기 압력의 차압 정보를 검출하는 차압 정보 검출부와, 회전체의 회전 정보를 검출하는 회전 정보 검출부를 갖고, 충전 제어 장치는, 검출한 차압 정보와 회전 정보 및 미리 구해진 차압 정보와 회전 정보와 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 액체의 유량과의 관계에 기초하여, 액 출구로부터 유출되는 액체의 유량을 연산하여, 액체의 충전량을 제어한다.

Description

회전식 충전기 및 회전식 충전기의 충전량 연산 방법 {ROTARY-TYPE FILLING MACHINE AND METHOD FOR CALCULATING FILLING QUANTITY FOR ROTARY-TYPE FILLING MACHINE}
본 발명은, 회전식 충전기 및 회전식 충전기의 충전량 연산 방법에 관한 것이다.
종래, 회전식 충전기에 있어서는, 비용성이나 메인터넌스성의 향상을 도모하기 위해, 충전 밸브마다 계량 수단을 필요로 하지 않는 충전 방식이나 장치에 의해 소정량의 액체를 정확하게 충전하는 것이 요구되고 있다.
회전식 충전기에 있어서는, 하기 특허문헌 1이 개시되어 있다.
하기 특허문헌 1에 있어서는, 용기를 회전 컬럼의 용기 보유 지지부에 보유 지지하여 원형의 충전 경로를 따라 이동시키고, 충전 개시 위치로부터 충전 밸브에 의해 용기 내에 액체를 대유량으로 소정 충전 시간 충전한 후, 충전 경로 상의 레벨 검출 위치에서 레벨 센서에 의해 용기의 액면 높이를 검출하고, 목표 액면 높이와 측정된 액면 높이의 차로부터 나머지 보충 충전량과 소유량 충전 시간을 연산하고, 이어서 충전 밸브로부터 용기 내에 액체를 소유량으로 소유량 충전 시간 충전한다. 소유량 충전시의 유량과 충전량을 충분히 작게 함으로써, 대유량 충전하는 용기 부분에 변형이 있어도, 충분히 고정밀도로 용기 내의 액면을 일정하게 제어하고 있다. 이와 같이, 충전 밸브마다 계량기나 로드셀을 설치하는 일 없이, 타이머와, 액면 높이를 측정하는 수단에 의해 충전하는 장치가 개시되어 있다.
또한, 고정식 충전기에 있어서는 하기 특허문헌 2가 개시되어 있다.
특허문헌 2에 따르면, 용기 내에 액체를 주입 가능한 충전 니들과, 충전 니들에 접속되어 있는 동시에 액체가 저류된 매니폴드와, 이 충전 니들과 매니폴드 사이의 유로를 개폐하는 개폐 밸브를 구비하는 고정식 충전기에 있어서, 매니폴드에 설치된 압력계를 사용하여 소정의 주기로 액체 압력을 측정하는 동시에, 측정 압력과 압력-충전량 함수로부터 충전량을 연산하고 있다. 그리고, 이 연산 결과를 적산하여, 목표 충전량에 도달한 시점에서 개폐 밸브를 폐쇄로 하여 충전을 완료하고 있다.
이 구성에 따르면, 충전 밸브마다 유량계나 로드셀 등을 설치하는 일 없이 액체를 충전하는 것이 가능하다.
일본 특허 출원 공개 평 10-120089호 공보 일본 특허 제2633820호 공보
그러나, 선행 특허문헌 1의 기술은, 충전량을 계측하는 수단으로서, 유량계나 로드셀 대신에 타이머와 센서를 이용한 방식이다. 따라서, 예를 들어 용기의 재질이나 색(불투명한 용기 등), 액면의 기포에 의한 액면의 오차 등 충전액의 액면을 정확하게 검출할 수 없는 경우에는, 본 선행 기술을 적용할 수 없다고 하는 과제가 있었다.
또한, 선행 특허문헌 2의 기술은, 회전식 충전기에 적용하려고 하면, 충전기의 운전 속도에 따라서 발생하는 원심력에 의한 오차가 발생하여, 액체의 충전량을 정확하게 제어할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 이러한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 회전식 충전기에 있어서 간소한 구성으로 충전 유량을 정확하게 연산하는 것을 제1 과제로 하고, 연산 결과에 기초하여 충전량을 정확하게 제어하는 것을 제2 과제로 한다.
상기한 과제에 대해, 본 발명은 이하의 수단에 의해 해결을 도모한다.
즉, 본 발명에 관한 회전식 충전기는, 회전 중심축 주위로 회전 가능한 회전체와, 상기 회전체에 설치되고, 외부로부터 공급된 액체를 저류하는 액 분배실과, 상기 회전체에 있어서 상기 회전 중심축 주위에 배열되어 있는 동시에, 각각 상기 액 분배실에 접속된 액 통로 및 상기 액 통로에 설치된 액 밸브에 의해 용기 내에 개별적으로 액체를 유도하기 위한 유체 통로가 구성된 복수의 충전 유로 구성 유닛과, 상기 각 액 밸브를 제어하여 상기 용기에 대한 상기 액체의 충전량을 제어하는 충전 제어 장치와, 고정부에 설치되고, 상기 액 분배실에 상기 액체를 공급하는 액체 공급부를 갖는 회전식 충전기에 있어서, 상기 액 분배실의 상기 액체의 압력인 액 분배실 압력 및 상기 회전체의 임의의 반경 방향 위치에 있어서 상기 충전 유로 구성 유닛 내의 흐름 해방부의 압력으로서 검출되는 충전 분위기 압력의 차압 정보를 검출하는 차압 정보 검출부와, 상기 회전체의 회전 정보를 검출하는 회전 정보 검출부를 갖고, 상기 충전 제어 장치는, 상기 검출한 상기 차압 정보와 상기 회전 정보 및 미리 구해진 상기 차압 정보와 상기 회전 정보와 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량과의 관계에 기초하여, 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량을 연산하여, 상기 용기에 대한 상기 액체의 충전량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 미리 구해진, 충전 유로 구성 유닛(유체 유로)의 액 통로의 액 출구에 있어서의 액체의 유량과 회전 정보와 차압 정보의 관계에 기초하여, 검출한 차압 정보와 회전 정보로부터 충전 유로 구성 유닛(유체 유로)의 액 통로의 액 출구로부터의 액체의 유량을 구하므로, 충전 유로 구성 유닛(유체 유로)에 있어서의 회전에 의한 원심력을 받는 액체의 유량을 구할 수 있다. 이에 의해, 충전 유로 구성 유닛마다 유량계나 로드셀 등을 설치할 필요가 없어지는 동시에, 간소한 구성으로 충전량을 정확하게 제어할 수 있다.
또한, 「미리 구해진 상기 차압 정보와 상기 회전 정보와 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량의 관계」는, 예를 들어 차압 및 회전 정보를 변수로 하는, 액 출구부로부터 유출되는 액체의 유량을 구하는 함수를 사용할 수 있다.
또한, 회전 중심축 주위로 회전 가능한 회전체와, 상기 회전체에 설치되고, 외부로부터 공급된 액체를 저류하는 액 분배실과, 상기 회전체에 있어서 상기 회전 중심축 주위에 배열되어 있는 동시에, 각각 상기 액 분배실에 접속된 액 통로 및 상기 액 통로에 설치된 액 밸브에 의해 용기 내에 개별적으로 액체를 유도하기 위한 유체 통로가 구성된 복수의 충전 유로 구성 유닛과, 상기 각 액 밸브를 제어하여 상기 용기에 대한 상기 액체의 충전량을 제어하는 충전 제어 장치와, 고정부에 설치되고, 상기 액 분배실에 상기 액체를 공급하는 액체 공급부를 갖는 회전식 충전기에 있어서, 상기 액 분배실 상기 액체의 압력인 액 분배실 압력 및 상기 회전체의 상기 액 통로의 액 출구와 대략 동일한 반경 방향 위치에 있어서 상기 충전 유로 구성 유닛 내의 흐름 해방부의 압력으로서 검출되는 상기 용기의 충전 분위기 압력의 차압 정보를 검출하는 차압 정보 검출부를 갖고, 상기 충전 제어 장치는, 상기 검출한 상기 차압 정보 및 미리 구해진 상기 차압 정보와 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량과의 관계에 기초하여, 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량을 연산하여, 상기 용기에 대한 상기 액체의 충전량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 미리 구해진, 충전 유로 구성 유닛(유체 유로)의 액 통로의 액 출구에 있어서의 액체의 유량과 차압 정보의 관계에 기초하여, 검출한 차압 정보로부터 충전 유로 구성 유닛(유체 유로)의 액 통로의 액 출구로부터의 액체의 유량을 구하므로, 충전 유로 구성 유닛(유체 유로)에 있어서의 회전에 의한 원심력을 받는 액체의 유량을 구할 수 있다. 이에 의해, 충전 유로 구성 유닛마다 유량계나 로드셀 등을 설치할 필요가 없어지는 동시에, 간소한 구성으로 충전량을 정확하게 제어할 수 있다.
즉, 용기에의 액체의 충전량의 제어에 회전 정보의 검출이 불필요하기 때문에, 더욱 간소한 장치 구성으로 할 수 있다.
또한, 회전 중심축 주위로 회전 가능한 회전체와, 상기 회전체에 설치되고, 외부로부터 공급된 액체를 저류하는 액 분배실과, 상기 회전체에 있어서 상기 회전 중심축 주위에 배열되어 있는 동시에, 각각 상기 액 분배실에 접속된 액 통로 및 상기 액 통로에 설치된 액 밸브, 상기 용기 내의 충전 분위기를 밀봉하는 밀봉구, 충전 중인 복귀 가스를 용기로부터 압력 제어된 복귀 가스실로 유도하는 복귀 가스 통로 및 상기 복귀 가스 통로에 설치된 복귀 가스 밸브에 의해 용기 내에 개별적으로 액체를 유도하기 위한 유체 통로가 구성된 복수의 충전 유로 구성 유닛과, 상기 용기에 대해 압력 제어된 가스를 공급하는 가압 가스 통로 및 상기 가압 가스 통로에 설치된 가압 가스 밸브와, 충전 종료시에 상기 용기 및 상기 밀봉구 내에 잔존하는 가압 가스를 배출하는 배출 가스 통로 및 상기 배출 가스 통로에 설치된 배출 가스 밸브와, 상기 각 액 밸브를 제어하여 상기 용기에 대한 상기 액체의 충전량을 제어하는 충전 제어 장치와, 고정부에 설치되고, 상기 액 분배실에 상기 액체를 공급하는 액체 공급부를 갖는 회전식 충전기에 있어서, 상기 액 분배실의 상기 액체의 압력인 액 분배실 압력 및 상기 회전체의 임의의 반경 방향 위치에 있어서 상기 충전 유로 구성 유닛 내의 흐름 해방부의 압력으로서 검출하는 상기 복귀 가스실의 복귀 가스실 압력과의 차압 정보를 검출하는 차압 정보 검출부와, 상기 회전체의 회전 정보를 검출하는 회전 정보 검출부를 갖고, 상기 충전 제어 장치는, 상기 검출한 상기 차압 정보와 상기 회전 정보 및 미리 구해진 상기 차압 정보와 상기 회전 정보와 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량과의 관계에 기초하여, 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량을 연산하여, 상기 용기에 대한 상기 액체의 충전량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 미리 구해진, 충전 유로 구성 유닛(유체 유로)의 액 통로의 액 출구에 있어서의 액체의 유량과 차압 정보의 관계에 기초하여, 검출한 차압 정보로부터 충전 유로 구성 유닛(유체 유로)의 액 통로의 액 출구로부터의 액체의 유량을 구하므로, 유체 유로에 있어서의 회전에 의한 원심력을 받는 가스가 포함된 액체의 유량을 구할 수 있다. 이에 의해, 충전 유로 구성 유닛마다 유량계나 로드셀 등을 설치할 필요가 없어지는 동시에, 간소한 구성으로 충전량을 정확하게 제어할 수 있다.
또한, 회전 중심축 주위로 회전 가능한 회전체와, 상기 회전체에 설치되고, 외부로부터 공급된 액체를 저류하는 액 분배실과, 상기 회전체에 있어서 상기 회전 중심축 주위에 배열되어 있는 동시에, 각각 상기 액 분배실에 접속된 액 통로 및 상기 액 통로에 설치된 액 밸브, 상기 용기 내의 충전 분위기를 밀봉하는 밀봉구, 충전 중인 복귀 가스를 용기로부터 압력 제어된 복귀 가스실로 유도하는 복귀 가스 통로 및 상기 복귀 가스 통로에 설치된 복귀 가스 밸브에 의해 용기 내에 개별적으로 액체를 유도하기 위한 유체 통로가 구성된 복수의 충전 유로 구성 유닛과, 상기 용기에 대해 압력 제어된 가스를 공급하는 가압 가스 통로 및 상기 가압 가스 통로에 설치된 가압 가스 밸브와, 충전 종료시에 용기 및 밀봉구 내에 잔존하는 가압 가스를 배출하는 배출 가스 통로 및 상기 배출 가스 통로에 설치된 배출 가스 밸브와, 상기 각 액 밸브를 제어하여 상기 용기에 대한 상기 액체의 충전량을 제어하는 충전 제어 장치와, 고정부에 설치되고, 상기 액 분배실에 상기 액체를 공급하는 액체 공급부를 갖는 회전식 충전기에 있어서, 상기 액 분배실의 상기 액체의 압력인 액 분배실 압력 및 상기 회전체의 상기 액 통로의 액 출구와 대략 동일한 반경 방향 위치에 있어서 상기 충전 유로 구성 유닛 내의 흐름 해방부의 압력으로서 검출되는 상기 복귀 가스실의 복귀 가스실 압력의 차압 정보를 검출하는 차압 정보 검출부를 갖고, 상기 충전 제어 장치는, 상기 검출한 상기 차압 정보 및 미리 구해진 상기 차압 정보와 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량과의 관계에 기초하여, 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량을 연산하여, 상기 용기에 대한 상기 액체의 충전량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 미리 구해진, 충전 유로 구성 유닛(유체 유로)의 액 통로의 액 출구에 있어서의 액체의 유량과 차압 정보의 관계에 기초하여, 검출한 차압 정보로부터 충전 유로 구성 유닛(유체 유로)의 액 통로의 액 출구로부터의 액체의 유량을 구하므로, 유체 유로에 있어서의 회전에 의한 원심력을 받는 가스가 포함된 액체의 유량을 구할 수 있다. 이에 의해, 충전 유로 구성 유닛마다 유량계나 로드셀 등을 설치할 필요가 없어지는 동시에, 간소한 구성으로 충전량을 정확하게 제어할 수 있다.
즉, 용기에의 액체의 충전량의 제어에 회전 정보의 검출이 불필요하기 때문에, 더욱 간소한 장치 구성으로 할 수 있다.
또한, 상기 액 분배실은, 상기 액체로 채워져 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, 액 분배실이 액체로 채워져 있으므로, 액 분배실 압력을 액 분배실의 여러 장소로부터 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 상기 액 분배실에는, 상기 액체에 의한 액상과 가스에 의한 기상이 형성되어 있고, 상기 액 분배실에 있어서의 상기 액체의 액위를 제어하는 액위 제어부를 액 분배실과 액체 공급부 사이에 구비하는 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, 액 분배실에 기상이 형성되는 구성에 있어서도, 충전량을 정확하게 제어할 수 있다.
또한, 상기 차압 정보 검출부는, 상기 액 분배실에 설치되고, 상기 액 분배실 압력을 검출하는 제1 검출체와, 상기 회전체 중 상기 제1 검출체로부터 이격되어 설치되고, 상기 충전 유로 구성 유닛의 흐름 해방부의 압력을 검출하는 제2 검출체와, 상기 제1 검출체와 상기 제2 검출체에 각각 접속되고, 각각의 내부에 봉입액이 봉입된 한 쌍의 캐필러리 튜브와, 상기 한 쌍의 캐필러리 튜브를 통해, 상기 제1 검출체로부터 전파된 압력과 상기 제2 검출체로부터 전파된 압력의 차를 상기 차압 정보로서 출력하는 검출기 본체를 갖는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 제1 검출체와 제2 검출체에 각각 접속된 한 쌍의 캐필러리 튜브를 구비하므로, 차압 정보의 검출 위치를 다양하게 선택 가능해진다. 이에 의해, 회전식 충전기의 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 차압 정보 검출부는, 상기 액 분배실에 설치되고, 상기 액 분배실 압력을 검출하는 제1 검출부와, 상기 제1 검출부와 대략 동일한 반경 방향 위치에 설치되고, 상기 충전 유로 구성 유닛의 흐름 해방부의 압력을 검출하는 제2 검출부를 갖는 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, 차압 정보 검출부가 액 분배실에 설치되어 있으므로, 장치 구성을 간소하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 회전식 충전기는, 회전 중심축 주위로 회전 가능한 회전체와, 상기 회전체에 설치되고, 외부로부터 공급된 액체를 저류하는 액 분배실과, 상기 회전체에 있어서 상기 회전 중심축 주위에 배열되어 있는 동시에, 각각 상기 액 분배실에 접속된 액 통로 및 상기 액 통로에 설치된 액 밸브에 의해 용기 내에 개별적으로 액체를 유도하기 위한 유체 통로가 구성된 복수의 충전 유로 구성 유닛과, 고정부에 설치되고, 상기 액 분배실에 상기 액체를 공급하는 액체 공급부를 갖는 회전식 충전기의 충전량 연산 방법에 있어서, 상기 충전 유로 구성 유닛에 있어서의 흐름의 입구측 압력 및 상기 충전 유로 구성 유닛 내의 흐름 해방부측의 흐름 해방측 압력의 차압 정보 및 상기 회전체의 회전 정보를 검출하는 정보 검출 공정과, 상기 검출한 상기 차압 정보와 상기 회전 정보 및 미리 구해진 상기 차압 정보와 상기 회전 정보와 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량과의 관계에 기초하여, 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량을 구하는 연산 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 하면, 미리 구해진, 충전 유로 구성 유닛(유체 유로)의 액 통로의 액 출구에 있어서의 액체의 유량과 회전 정보와 차압 정보의 관계에 기초하여, 검출한 차압 정보와 회전 정보로부터 충전 유로 구성 유닛(유체 유로)의 액 통로의 액 출구로부터의 액체의 유량을 구하기 때문에, 유체 유로에 있어서의 회전에 의한 원심력을 받는 액체의 유량을 구할 수 있다.
또한, 회전 중심축 주위로 회전 가능한 회전체와, 상기 회전체에 설치되고, 외부로부터 공급된 액체를 저류하는 액 분배실과, 상기 회전체에 있어서 상기 회전 중심축 주위에 배열되어 있는 동시에, 각각 상기 액 분배실에 접속된 액 통로 및 상기 액 통로에 설치된 액 밸브에 의해 용기 내에 개별적으로 액체를 유도하기 위한 유체 통로가 구성된 복수의 충전 유로 구성 유닛과, 고정부에 설치되고, 상기 액 분배실에 상기 액체를 공급하는 액체 공급부를 갖는 회전식 충전기의 충전량 연산 방법에 있어서, 상기 충전 유로 구성 유닛에 있어서의 흐름의 입구측 압력 및 상기 액 통로 출구와 거의 동일 반경 방향 위치에서의 상기 충전 유로 구성 유닛 내의 흐름 해방부측의 흐름 해방측 압력의 차압 정보를 검출하는 정보 검출 공정과, 상기 검출한 상기 차압 정보 및 미리 구해진 상기 차압 정보와 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량의 관계에 기초하여, 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량을 구하는 연산 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 하면, 미리 구해진, 충전 유로 구성 유닛(유체 유로)의 액 통로의 액 출구에 있어서의 액체의 유량과 차압 정보의 관계에 기초하여, 검출한 차압 정보로부터 충전 유로 구성 유닛(유체 유로)의 액 통로의 액 출구로부터의 액체의 유량을 구하기 때문에, 유체 유로에 있어서의 회전에 의한 원심력을 받는 액체의 유량을 구할 수 있다.
본 발명에 따르면, 회전식 충전기에 있어서 간소한 구성으로 충전 유량을 정확하게 연산할 수 있다. 또한, 연산 결과에 기초하여 충전량을 정확하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F1)의 개략 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F1)의 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F1)에 있어서의 원심력에 기인하는 수두(水頭) 상승 상황과 차압 검출기의 설치 위치의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F2)의 개략 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F2)에 있어서의 원심력에 기인하는 수두 상승 상황과 차압 검출기(50)의 설치 위치의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F3)의 개략 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F3)에 있어서의 원심력에 기인하는 수두 상승 상황과 차압 검출기의 설치 위치의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F4)의 개략 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F4)에 있어서의 원심력에 기인하는 수두 상승 상황과 차압 검출기의 설치 위치의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F5)의 개략 구성도이다.
도 11은 본 발명에 관한 회전식 충전기(F1∼F8)의 동작 스텝을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F6)의 개략 구성도이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F6)의 변형예인 회전식 충전기(F6B)의 개략 구성도이다.
도 14는 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F6)의 변형예인 회전식 충전기(F6A)의 개략 구성도이다.
도 15는 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F7)의 개략 구성도이다.
도 16은 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F8)의 개략 구성도이다.
도 17은 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F8)의 변형예인 회전식 충전기(F8A)를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
「제1 실시 형태」
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 도면을 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F1)의 개략 사시도이고, 도 2는 회전식 충전기(F1)의 개략 구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 회전식 충전기(F1)는, 액체(L)를, 용기(C)의 입구부(C1)를 밀봉하지 않은 상태, 즉 논 시일 상태에서, 용기(C)에 충전하는 것이며, 회전체(1)와, 회전체(1)에 액체(L)를 공급하는 액체 공급부(70)와, 액체(L)의 충전량을 제어하는 충전 유로 구성 유닛(8)의 액 밸브(4a)를 제어하는 충전 제어 장치(충전량 제어부)(20)와, 차압 검출기(차압 정보 검출부)(30)와, 회전계(회전 정보 검출부)(40)를 갖고 있다.
또한, 이 논 시일 상태에서의 충전(논 시일 충전)은, 대부분의 경우, 액체 중에 탄산 가스를 거의 (기본적으로) 함유하지 않는 논 가스 음료를 용기(C)에 충전할 때에 행해진다.
회전체(1)는, 회전체(1)의 외주부(1a)에 있어서 회전 중심축(P) 주위에 등간격으로 배치된 복수의 충전 유로 구성 유닛(8)과, 이들 복수의 충전 유로 구성 유닛(8)에 접속된 액 분배실(3)과, 회전체(1)에 도입된 용기(C)가 적재되는 적재대(1c)(도 1에 있어서 도시하지 않음)를 구비하고 있다.
액 분배실(3)은, 회전체(1)의 중앙부(1b)에 있어서 회전 중심축(P) 상에 배치되어 있고, 액체 공급부(70)로부터 공급된 액체(L)를 각 충전 유로 구성 유닛(8)에 분배한다.
각 충전 유로 구성 유닛(8)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 각각 액 분배실(3)에 접속된 액 통로(4) 및 액 통로(4)에 설치된 액 밸브(4a)를 구비하고 있다.
액 통로(4)는, 기단부측이 액 분배실(3)에 접속되는 한편, 선단측에 액 출구(4b)가 형성되어 있고, 액 분배실(3)로부터 직경 방향 외측으로 연장된 후에 하방으로 연장되어 있다. 이 액 통로(4)의 액 출구(4b)는, 적재대(1c)에 도입된 용기(C)의 개구부와 동심선 상에 배치되어 있고, 적재대(1c)(도 2 참조)를 향해 개구되어 있다.
액 밸브(4a)는, 액 통로(4)에 배치되어 있고, 충전 제어 장치(20)에 의해 개폐 제어된다.
이러한 구성에 의해, 각 충전 유로 구성 유닛(8)에는, 용기(C) 내에 개별적으로 액체(L)를 유도하기 위한 유체 통로(9)가 액 통로(4) 및 액 밸브(4a)에 의해 구성되어 있다.
액체 공급부(70)는, 외부로부터 보내져 오는 액체(L)를 도시하지 않은 공지의 방법에 의해 저류되는 액체의 액위(레벨)를 제어하여 저류하는 액체 저류부(71)와, 액체(L)를 액 분배실(3)로 보내기 위해 필요한 압력을 설정 조정하는 액체 공급 압력 제어부(72)를 구비하고 있다.
액체 저류부(71)는, 회전체(1)의 외부의 고정부에 설치되어 있고, 상부에 기상부(71g)를 갖고, 외부로부터 액체(L)를 공급하는 액체 공급관(71a)에 접속되고, 또한 로터리 조인트(도시하지 않음)와 급액 배관(13)을 통해, 회전체(1)의 액 분배실(3)에 접속되어 있다.
액체 공급 압력 제어부(72)는, 기상부(71g)에 접속되어 있는 추기관(71b), 가스 공급관(74)과 추기관(71b) 사이에 접속되어 있는 급기용 압력 조정 밸브(75B), 추기관(71b)측에 접속되어 있는 배기용 압력 조정 밸브(75A), 기상부(71g)에 설치되어 있는 압력 센서(76), 압력 센서(76)로부터 검출된 압력에 기초하여, 한 쌍의 압력 조정 밸브(75A, 75B)를 제어하여 액체 공급부(70)의 압력을 조정하는 압력 제어 장치(73)로 구성되어 있다. 이 압력 제어 장치(73)는, 액체 공급부(70)의 가스의 압력을 조정하여, 급액 배관(13)을 통해, 액 분배실(3)에 액체(L)를 공급한다. 또한, 본 실시 형태에서는 압력 센서(76)는, 기상부(71g)에 설치되어 있지만, 액체 저류부(71)나 급액 배관(13)에 설치해도 된다.
충전 제어 장치(20)는, 회전계(40)가 검출한 회전체(1)의 회전 속도(각속도, 회전 정보) ω와, 차압 검출기(30)가 검출한 차압(차압 정보) Δp로부터 액 통로(4)의 액 출구(4b)로부터 흐르는 유량을 연산하여, 용기(C)에 대한 액체(L)의 충전량을 제어한다.
도 3은 회전식 충전기(F1)에 있어서의 원심력에 기인하는 수두 상승과 차압 검출기(30)의 설치 위치의 관계를 나타내는 도면이다.
차압 검출기(30)는, 액 분배실(3)에 있어서의 액체(L)의 압력인 액 분배실 압력과, 액체(L)를 충전하는 분위기의 압력인 대기압[충전 분위기 압력＝충전 유로 구성 유닛(8)의 흐름 해방부인 용기(C) 내의 압력]의 차압 Δp를 검출하는 것이며, 일체적으로 형성된 제1 검출부(31)와 제2 검출부(32)와 검출기 본체(33)를 구비하고 있다. 이 차압 검출기(30)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 액 분배실(3)을 구획하는 격벽(3a)에 있어서 회전 중심축(P)으로부터의 반경 방향 거리 r이 r1만큼 이격된 위치(이하, 설치 위치 r1이라 함)에 설치되어 있고, 이 설치 위치 r1에 있어서 제1 검출부(31)가 액 분배실 압력을 받도록, 또한 제2 검출부(32)가 대기압을 받도록 되어 있다. 그리고, 제1 검출부(31)에서의 압력으로부터 제2 검출부(32)에서의 압력을 뺀 검출 차압 Δp를, 검출기 본체(33)가 충전 제어 장치(20)에 출력한다.
또한, 액 분배실(3)의 내부는 제1 검출부(31)의 위치에서의 회전에 의한 수두 상승분을 검출할 수 있도록, 액체(L)가 만수로 되도록 설계되어 있다.
회전계(40)는, 회전체(1)의 회전 중심축(P) 상에 설치되어 있고, 회전체(1)와 함께 회전하여, 회전체(1)의 회전 속도 ω를 검출하고, 검출 회전 속도 ω를 충전 제어 장치(20)에 출력한다.
다음에, 상술한 회전식 충전기(F1)의 작용에 대해 설명한다.
통상, 무회전식 충전기에서의 액 통로(4)를 흐르는 액체(L)의 유량(충전 유량)(Q)은, 비중량ㆍ액체 온도 등의 액체(L)의 특성과, 충전 유로 구성 유닛(8)의 유로의 치수, 형상으로부터 구해지는 유동 특성과, 액 통로(4)의 액체 입구부와 액체 출구부[액 출구(4b)＝대기압]의 차압 Δp로부터 계산할 수 있다.
여기서, 액체(L)의 특성과 충전 유로 구성 유닛(8)[유체 통로(9)]의 유동 특성은, 충전하는 액체(L)와 충전기의 구조가 정해지면 변화되지 않으므로, 결과적으로, 회전이 없는 상태의 액 통로(4)에서의 유량(Q)은 차압(Δp)만을 파라미터로 하여
유량 Q＝f'(Δp) f' : 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수
로 계산할 수 있다.
한편, 회전식 충전기(F1)에 있어서 회전체(1)가 회전하는 경우, 회전수가 증가하면, 상기한 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f'로부터 구해진 유량(Q)에 비해, 실제의 유량(Q)이 증가한다. 그 원인은, 도 3에 회전체(1) 내에서의 수두 상승 상황을 나타낸 바와 같이, 원심력에 기인하는 수두 상승에 있다.
이 회전에 의한 수두 상승분 h는, 회전체(1)의 회전 중심축(P)을 기준으로 하여, 도 3에 도시하는 바와 같이 회전체(1)의 회전 중심축(P)으로부터의 반경 방향 거리 r의 증가에 수반하여 증가하고, 또한 회전 속도 ω의 증가에 수반하여 증가한다.
이것을 식화하면, 회전에 의한 수두 상승분 h는, 반경 방향 거리 r과 회전 속도 ω의 함수 h(r, ω)로서 계산된다.
따라서, 차압 검출기(30)의 설치 위치 r1에 있어서의 회전에 의한 수두 상승분 hr1은,
hr1＝h(r1, ω)
충전 유로 구성 유닛(8)의 액 출구(4b)의 위치 R(반경 방향 거리 r＝R)에 있어서의 회전에 의한 수두 상승분 hR은,
hR＝h(R, ω)
로 된다.
즉, 회전체(1)가 회전하면, 차압 검출기(30)가 검출하는 검출 차압 Δp에는, 차압 검출기(30)의 설치 위치 r1의 액체(L)의 수두 상승분 hr1에 상당하는 압력 상승분은 포함되지만, 충전 유로 구성 유닛(8)의 액 출구(4b)의 위치 R에서의 수두 상승분 hR에 상당하는 압력 상승은 포함되지 않으므로, 유량(Q)의 산출에 있어서는, 차압 검출기(30)의 설치 위치 r1과 액 출구(4b)의 위치 R을 파라미터로 하여 회전 속도 ω에 따른 보정이 필요해진다. 또한, 검출 차압 Δp에 포함되는 대기압은 설치 위치 r1에서 계측하고 있지만, 충전 유로 구성 유닛(8)의 액 출구(4b)의 위치 R의 대기압으로 간주하고 있다.
여기서, 차압 검출기(30)의 설치 위치 r1과 액 출구(4b)의 위치 R은 구조에 따라 정해지는 값에 의해 변화되지 않고, 또한 액체(L)의 특성과 충전 유로 구성 유닛(8)의 유동 특성은 충전하는 액체(L)가 정해져 회전식 충전기(F1)의 구조가 정해지면 변화되지 않으므로, 결과적으로 회전식 충전기(F1)에서의 유량(Q)은, 차압 Δp 및 회전 속도 ω를 파라미터로 하여,
유량 Q＝f(Δp, ω) f : 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수
로서 계산할 수 있게 된다.
즉, 회전 속도 ω마다, 차압 검출기(30)의 설치 위치 r1에서의 수두 상승분 hr1을 포함한 차압 Δp와, 충전 유로 구성 유닛(8)의 액 출구(4b)의 위치 R에서의 수두 상승분 hR을 포함한 차압의 관계가 정해지므로, 미리 회전 속도 ω와 차압 Δp와, 원심력의 영향을 받은 유량(Q)의 관계를 구하여 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f를 설정하면, 검출 차압 Δp 및 검출 회전 속도 ω로부터 정확한 유량(Q)을 구하는 것이 가능해진다.
또한, 충전 유로 구성 유닛(8)의 유동 특성은 충전 유로 구성 유닛(8)마다 미묘하게 다른 것이 생각되므로, 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f는, 충전 유로 구성 유닛(8)마다 준비하는 것이 바람직하다.
이상의 결과를 사용하여, 충전 제어 장치(20)는, 회전계(40)가 검출한 검출 회전 속도 ω와 차압 검출기(30)가 검출한 검출 차압 Δp와, 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f(Δp, ω)로부터 각 액 통로(4)[액 출구(4b)]의 유량(Q)을 시시각각(예를 들어, 1ms마다) 연산한다.
충전 제어 장치(20)는, 이 시시각각의 유량(계측간의 유량)을 적산ㆍ연산하여, 적산ㆍ연산 결과의 값이 미리 설정되어 있는 목표 충전량과 일치하였을 때에 충전 유로 구성 유닛(8)의 액 밸브(4a)를 폐쇄로 하여 충전을 완료한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 미리 구해진 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f(Δp, ω)에 기초하여, 검출 차압 Δp와 검출 회전 정보 ω로부터 충전 유로 구성 유닛(8)의 액 통로(4)[액 출구(4b)]에 있어서의 액체(L)의 유량(Q)을 구하므로, 회전에 의해 발생하는 원심력을 고려한 유량(Q)이 구해진다. 이에 의해, 이 유량(Q)에 기초하여 충전량을 제어함으로써, 액체(L)를 정확하게 제어할 수 있다.
따라서, 중량 계량기, 유량계, 타이머 등 충전량의 계량 장치가 불필요해지므로, 구조가 간소하여 메인터넌스성이나 세정성, 비용성을 향상시킬 수 있다.
「제2 실시 형태」
이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 그 설명에 사용하는 도면에 있어서, 이미 설명을 마친 구성 요소와 마찬가지의 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여, 중복된 설명을 생략한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F2)의 개략 구성도이다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 회전식 충전기(F2)는, 상술한 제1 실시 형태의 회전식 충전기(F1)가 구비하고 있었던 차압 검출기(30) 대신에, 캐필러리 튜브식의 차압 검출기(차압 정보 검출부)(50)를 구비하고 있다. 차압 검출기(50)는, 차압 검출기(30)와 마찬가지로, 액 분배실(3)에 있어서의 액체(L)의 압력인 액 분배실 압력과, 액체(L)를 충전하는 분위기의 압력인 대기압[충전 분위기 압력＝충전 유로 구성 유닛(8)의 흐름 해방부인 용기(C) 내의 압력]의 차압 Δp를 검출하고, 충전 제어 장치(20)에 출력한다.
도 5는 회전식 충전기(F2)에 있어서의 원심력에 기인하는 수두 상승 상황과 차압 검출기(50)의 설치 위치의 관계를 나타내는 도면이다.
차압 검출기(50)는, 액 분배실(3)에 있어서의 액체(L)의 액 분배실 압력을 받는 제1 검출체(51)와, 제1 검출체(51)로부터 임의의 반경 방향 거리(r2－r1)만큼 이격된 위치에 있어서 대기압을 받는 제2 검출체(52)와, 제1 검출체(51)와 제2 검출체(52)에 각각 접속되고, 각각의 내부에 봉입액이 봉입된 한 쌍의 캐필러리 튜브(51a, 51b)(도 5에 있어서 도시하지 않음)와, 한 쌍의 캐필러리 튜브(51a, 51b)를 통해, 제1 검출체(51)로부터 전파된 압력과 제2 검출체(52)로부터 전파된 압력의 차압 Δp를 출력하는 검출기 본체(53)를 갖고 있다.
제1 검출체(51)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 액 분배실(3)을 구획하는 격벽(3a)에 있어서 설치 위치 r1에 설치되어 있다.
제2 검출체(52)는, 회전체(1)에 있어서 회전 중심축(P)으로부터 반경 방향 거리 r이 r2만큼 이격된 위치(이하, 설치 위치 r2라 함)에 있어서 장착 부재(도시하지 않음)를 통해 설치되어 있다.
제1 검출체(51)와 제2 검출체(52)는, 동일한 높이로 설정되어 있어, 설치 높이의 차에 의해 발생하는 압력차를 계측하지 않도록 되어 있다. 또한, 설치 높이에 차를 두는 경우에 있어서는, 봉입 액체의 비중량에 높이를 승산한 만큼 검출값을 보정함으로써, 설치 높이의 차의 영향을 제거한 차압 Δp를 구할 수 있다.
검출기 본체(53)는, 회전체(1)에 장착 부재(도시하지 않음)를 통해 고정되어 있다.
무회전식 충전기에서의 액 통로(4)를 흐르는 액체(L)의 유량(충전 유량)(Q)은, 차압 검출기(50)를 사용한 경우에도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 비중량ㆍ액체 온도 등의 액체(L)의 특성과, 미리 설정되어 있는 충전 유로 구성 유닛(8)의 유동 특성과, 충전 유로 구성 유닛(8)의 액체 입구부와 액체 출구부의 차압(Δp)으로부터 계산할 수 있다.
여기서, 액체(L)의 특성과 충전 유로 구성 유닛(8)의 유동 특성은, 충전하는 액체(L)가 정해져 충전기의 구조가 정해지면 변화되지 않으므로, 결과적으로, 무회전식 충전기에서의 유량(Q)은, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 차압 Δp만을 파라미터로 하여
유량 Q＝f'(Δp) f' : 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수
로 계산할 수 있다.
도 5에 회전체(1) 내에서의 수두 상승 상황을 나타낸 바와 같이, 원심력에 기인하는 수두 상승분 h는, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지로, 반경 방향 거리 r과 회전 속도 ω의 함수 h(r, ω)로서 계산된다.
따라서, 차압 검출기(50)의 설치 위치 r1에 있어서의 회전에 의한 수두 상승분 hr1은,
hr1＝h(r1, ω)
제2 검출체(52)의 설치 위치 r2에 있어서의 회전에 의한 수두 상승분 hr2는,
hr2＝h(r2, ω)
액 출구(4b)의 위치 R에 있어서의 회전에 의한 수두 상승분 hR은,
hR＝h(R, ω)로 된다.
차압 검출기(50)에 의한 검출 차압 Δp는, 캐필러리 튜브(51a) 내의 봉입 액체는 회전체(1)의 외주 방향으로 원심력을 받아 수두 상승분 hr1만큼 당겨지고, 캐필러리 튜브(51b) 내의 봉입 액체도 회전체(1)의 외주 방향으로 원심력을 받아 수두 상승분 hr2만큼 당겨진다. 그 결과, 검출기 본체(53)가 검출하는 검출 차압 Δp에는, 제1 실시 형태에 있어서의 검출 차압 Δp보다도 수두 상승분 hr2－hr1만큼 높은 압력이 검출되지만, 액 출구(4b)의 위치 R에서의 수두 상승분 hR에 상당하는 압력 상승분은 포함되지 않는다.
따라서, 유량(Q)의 산출에 있어서는, 제1 검출체(51)의 설치 위치 r1과 제2 검출체(52)의 설치 위치 r2와 액 출구(4b)의 위치 R을 파라미터로 하여 회전 속도 ω에 따른 보정이 필요해진다.
여기서, 제1 검출체(51)의 설치 위치 r1과 제2 검출체(52)의 설치 위치 r2와 액 출구(4b)의 위치 R은 구조에 따라 정해지는 값에 의해 변화되지 않고, 또한 액체(L)의 특성과 충전 유로 구성 유닛(8)의 유동 특성은 충전하는 액체(L)가 정해져 회전식 충전기(F2)의 구조가 정해지면 변화되지 않으므로, 결과적으로, 차압 검출기(50)를 사용한 회전식 충전기(F2)에서의 유량(Q)도, 차압 Δp, 회전 속도 ω를 파라미터로 하여,
유량 Q＝f(Δp, ω) f : 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수
로서 계산할 수 있게 된다.
즉, 회전 속도 ω마다, 설치 위치 r1과 설치 위치 r2에 있어서의 수두 상승분 hr2－hr1을 포함한 차압 Δp와, 액 출구(4b)의 위치 R에서의 수두 상승분 hR을 포함한 차압의 관계가 정해지므로, 미리 회전 속도 ω마다 차압 Δp와, 원심력의 영향을 받은 유량(Q)의 관계를 구하여 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f를 설정하면, 정확한 유량(Q)을 구하는 것이 가능해진다.
이상의 결과를 사용하여, 충전 제어 장치(20)에 있어서, 회전계(40)의 검출 회전 속도 ω와 차압 검출기(50)로부터의 검출 차압 Δp와, 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f(Δp, ω)로부터 각 충전 유로 구성 유닛(8)의 액 통로(4)[액 출구(4b)]의 유량(Q)을 시시각각(예를 들어, 1㎳마다) 연산한다.
충전 제어 장치(20)는, 이 시시각각의 유량(Q)을 적산ㆍ연산하여, 적산ㆍ연산 결과의 값이 미리 설정되어 있는 목표 충전량과 일치하였을 때에 액 밸브(4a)를 폐쇄로 하여 충전을 완료한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 차압 검출기(50)를 사용함으로써 차압 ΔP의 검출 위치를 다양하게 선택 가능하게 되고, 또한 설치 스페이스를 필요로 하는 검출기 본체(53)를 자유롭게 배치할 수 있다. 이에 의해, 회전식 충전기(F2)의 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.
「제3 실시 형태」
이하, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 그 설명에 사용하는 도면에 있어서, 이미 설명을 마친 구성 요소와 마찬가지의 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F3)의 개략 구성도이다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 회전식 충전기(F3)는, 상술한 제1 실시 형태의 구성과 마찬가지의 구성이지만, 회전계(회전 정보 검출부)(40)를 생략한 점과, 액 분배실(3)을 직경 방향으로 확대한 점과, 차압 검출기(30)의 설치 위치가 액 출구(4b)의 상방(반경 방향 거리 r＝R)으로 설정되어 있는 점에서, 상술한 제1 실시 형태의 구성과 다르다.
본 실시 형태의 액 분배실(3)은, 액 출구(4b)의 상방으로까지 확대되어 구성되어 있다.
충전 유로 구성 유닛(8)은, 이 액 분배실(3)의 외주부로부터 하방을 향해 연장되는 액 통로(4) 및 액 밸브(4a)로 구성되어 있다.
도 7은 회전식 충전기(F3)에 있어서의 원심력에 기인하는 수두 상승 상황과 차압 검출기의 설치 위치의 관계를 도시하는 도면이다.
차압 검출기(30)의 설치 위치 R은, 도 7에 도시하는 바와 같이, 액 분배실(3)을 구획하는 격벽(3a)에 있어서 회전 중심축(P)으로부터 반경 방향 거리 r(＝ R)만큼 이격된 위치이며, 이 설치 위치 R에 있어서 제1 검출부(31)가 액 분배실(3)의 액체(L)로부터 압력을 받도록, 또한 제2 검출부(32)가 대기압을 받도록 되어 있다. 그리고, 제1 검출부(31)에서의 압력으로부터 제2 검출부(32)에서의 압력을 뺀 차압 Δp를, 검출기 본체(33)가 충전 제어 장치(20)에 출력한다.
이 회전식 충전기(F3)는, 차압 검출기(30)의 설치 위치 R을, 유량(Q)에 관계되는 액 출구(4b)의 위치 R과 동일 원주 상으로 설정함으로써, 회전에 의한 수두 상승분 hR을 차압 검출기(30)가 직접 검출할 수 있도록 하고 있다. 그리고, 회전 속도 ω에 관한 계산을 불필요하게 하여 회전계(40)를 생략하고 있다.
왜냐하면, 차압 검출기(30)의 설치 위치 R을 액 출구(4b)의 위치 R로 하여, 차압 검출기(30)가 검출하는 액체(L)의 수두 상승분을, 유량에 관계되는 액 출구(4b)의 위치 R에서의 수두 상승분 hR＝h(R, ω)와 동등하게 하고 있다. 이에 의해, 회전에 의한 원심력이 유량에 미치는 영향만큼을 차압 검출기(30)에서 직접 검출함으로써, 유량 산출에 있어서 회전 속도 ω에 따른 보정을 불필요하게 하고 있다.
여기서, 액체(L)의 특성과 충전 유로 구성 유닛(8)의 유동 특성은, 충전하는 액체(L)와 충전기의 구조가 정해지면 변화되지 않으므로, 회전이 없는 상태의 충전 유로 구성 유닛(8)의 액 통로(4)에서의 유량(Q)은 차압(Δp)만을 파라미터로 하여
유량 Q＝f(Δp) f : 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수
로서 계산할 수 있게 된다.
즉, 차압 검출기(30)의 설치 위치 R에서의 수두 상승분 hR을 포함한 검출 차압 Δp가 검출되므로, 회전 속도 ω를 고려하지 않고 설정한 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f에 의해, 정확한 유량(Q)이 구해진다.
이상의 결과를 사용하여, 충전 제어 장치(20)에 있어서, 차압 검출기(30)로부터의 계측값 Δp와, 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f(Δp)로부터 각 충전 유로 구성 유닛(8)의 액 통로(4)[액 출구(4b)]의 유량(Q)(Δp)를 시시각각(예를 들어, 1㎳마다) 계산한다.
충전 제어 장치(20)는, 이 시시각각의 계산 유량을 적산ㆍ연산하여, 적산ㆍ연산 결과의 값이 미리 설정되어 있는 목표 유량과 일치하였을 때에 액 밸브(4a)를 폐쇄로 하여 충전을 완료한다.
이상으로부터, 차압 검출기(30)의 설치 위치를 액 출구(4b)와 동일 원주 상으로 함으로써, 유량(Q)의 산출에 있어서 회전 정보 ω를 불필요하게 함으로써 회전계(40)를 생략할 수 있어, 더욱 간소한 장치 구성으로 할 수 있다.
「제4 실시 형태」
이하, 본 발명의 제4 실시 형태에 대해 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 그 설명에 사용하는 도면에 있어서, 이미 설명을 마친 구성 요소와 마찬가지의 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.
도 8은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F4)의 개략 구성도이다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 회전식 충전기(F4)는, 상술한 제2 실시 형태의 구성과 마찬가지의 구성이지만, 회전계(회전 정보 검출부)(40)를 생략한 점과, 차압 검출기(50)의 설치 위치를 변경한 점에서, 상술한 제2 실시 형태의 구성과 다르다.
도 9는 회전식 충전기(F4)에 있어서의 원심력에 기인하는 수두 상승 상황과 차압 검출기의 설치 위치의 관계를 도시하는 도면이다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 회전식 충전기(F4)는, 제2 검출체(52)의 설치 위치를, 액 밸브(4a)의 배치 위치와 거의 동일 원주 상(설치 위치 R)에 배치하여, 회전에 의한 수두 상승분을 직접 검출하고, 회전 속도 ω에 관한 계산을 불필요하게 하여 회전계(40)를 생략한 것이다.
제2 실시 형태와 마찬가지로, 차압 검출기(50)에 의한 검출 차압은, 캐필러리 튜브가 없는 경우에 비해 봉입 액체에 의해 검출기 본체(53)에서는 hR―hr1의 수두분만큼 높은 압력 상승을 검출한다.
즉, 차압 검출기(50)를 사용한 경우, 회전체(1)를 회전시키는 것에 의한 압력 상승분은, 제1 검출체(51)의 액체(L)의 수두 상승분 hr1에 상당하는 압력 상승분과, 제1 검출체(51)로부터 제2 검출체(52)의 봉입액의 수두 상승분 hR―hr1에 상당하는 압력 상승분을 더한 것이 되고, 통상, 액체(L)의 비중량과 봉입액의 비중량은 근사한 값인 것으로부터, 결과적으로 회전시키는 것에 의한 압력 상승분은 거의 봉입액의 수두 상승분 hR에 상당하는 압력 상승분으로 된다.
제4 실시 형태에서는, 액체(L)의 비중량과 봉입액의 비중량의 근소한 차를 고려하여, 제2 검출체(52)의 반경 방향 거리 r을 거의 충전 유로 구성 유닛(8)의 설치 위치 R로 하여 제2 검출체(52)의 위치를 설정하고 있다. 이에 의해, 차압 검출기(50)가 검출하는 회전에 의한 수두 상승분을 유량에 관계되는 액 출구(4b)의 위치 R에서의 수두 상승분 hR로 할 수 있고, 회전이 유량에 미치는 영향만큼을 직접 검출하게 되어, 유량 산출에 있어서 회전 속도 ω에 따른 보정을 불필요하게 할 수 있다.
따라서, 이 경우 회전 속도 ω에 관한 고려가 불필요해져, 액체(L)의 특성과 충전 유로 구성 유닛(8)의 유동 특성은 충전하는 액체(L)가 정해져 충전기의 구조가 정해지면 변화되지 않으므로, 결과적으로 회전식 충전기(F4)에서의 유량(Q)은, 차압 Δp만을 파라미터로 하여,
유량 Q＝f(Δp) f : 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수
로서 계산할 수 있게 된다.
이상의 결과를 사용하여, 충전 제어 장치(20)에 있어서, 차압 검출기(50)로부터의 계측값 Δp와, 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f(Δp)로부터 각 충전 유로 구성 유닛(8)의 액 통로(4)[액 출구(4b)]의 유량 Q(Δp)를 시시각각(예를 들어, 1㎳마다) 계산한다.
충전 제어 장치(20)는, 이 시시각각의 계산 유량을 적산ㆍ연산하여, 적산ㆍ연산 결과의 값이 미리 설정되어 있는 목표 충전량과 일치하였을 때에 액 밸브(4a)를 폐쇄로 하여 충전을 완료한다.
이상으로부터, 차압 검출기(50)의 제2 검출체(52)의 설치 위치를 액 출구(4b)와 동일 원주 상으로 함으로써, 유량(Q)의 산출에 있어서 회전 정보 ω를 불필요하게 하고, 회전계(40)를 불필요하게 할 수 있어, 더욱 간소한 장치 구성으로 할 수 있다.
제3 실시 형태에서는, 차압 검출기(50)를 액 출구(4b)와 동일 원주 상의 액체(L)의 액 분배실(3) 상에 설치함으로써, 회전계를 불필요하게 하고 있지만, 액체(L)의 액 분배실(3)을 액 출구(4b) 상으로까지 확대할 수 없는 회전식 충전기(예를 들어, 대형의 회전식 충전기)의 경우에는, 제3 실시 형태의 구성을 취하는 것이 어렵다.
그로 인해, 대형의 회전식 충전기의 경우에는, 제4 실시 형태의 회전식 충전기(F4)와 같이, 차압 검출기(50)를 사용함으로써, 제2 검출체(52)의 설치 위치를 액 출구(4b)와 동일 원주 상으로 할 수 있으므로, 본 발명을 용이하게 적용할 수 있다.
「제5 실시 형태」
이하, 본 발명의 제5 실시 형태에 대해 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 그 설명에 사용하는 도면에 있어서, 이미 설명을 마친 구성 요소와 마찬가지의 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.
도 10은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F5)의 개략 구성도이고, 도 11은 본 발명의 제5 실시 형태에 관계되는 시일 충전 및 논 시일 충전에 있어서의 동작 스텝을 나타내고 있다.
상술한 제1 실시 형태∼제4 실시 형태(회전식 충전기 F1∼F4)에 있어서는, 액체(L)를 논 시일 충전하는 회전식 충전기에 대해 본 발명을 적용하였지만, 본 실시 형태의 회전식 충전기(F5)는, 용기(C)의 입구부(C1)를 밀봉한 상태, 즉, 시일 상태에서, 용기(C)에 액체(L)를 충전하는 것이다. 또한, 이 시일 상태에서의 충전(시일 충전)은, 대부분의 경우, 액체(L) 중에 탄산 가스를 많이 함유하는 가스가 포함된 음료를 용기(C)에 충전할 때에 행해진다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 회전식 충전기(F5)는, 제1 실시 형태∼제4 실시 형태에 나타내는 회전식 충전기에 있어서, 액체(L)를 충전 가능하게 하는 데 필요한 요건으로서 주지의 구성이 부가되어 있고, 구체적으로 부가되는 주된 것은, 용기 내의 충전 분위기를 밀봉하는 밀봉구(60), 대기압보다 높은 압력의 가스(예를 들어, CO2나 불활성 가스)를 용기(C) 내로 도입하는 가압 가스 통로(6), 액체(L) 충전 중인 복귀 가스를 유통시키는 복귀 가스 통로(5), 충전 종료시에 용기(C) 및 밀봉구(60) 내에 잔존하는 가스를 배출하는 배출 가스 통로(7)와, 복귀 가스 압력 제어부(80)이다.
밀봉구(60)는, 액 통로(4)의 액 출구(4b), 복귀 가스 통로(5)의 가스 입구(5b), 가압 가스 통로(6)의 가스 출구(6b), 배출 가스 통로(7)의 가스 입구(7b)의 각 구멍을 갖는 밀봉구 고정 부재(60a), 밀봉구 고정 부재(60a)에 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞추어지고, 도시하지 않은 공지의 수단에 의해 승강되는 승강 부재(60e), 밀봉구 고정 부재(60a)와 승강 부재(60e)의 끼워 맞춤부로부터 가스의 누설을 막기 위한 끼워 맞춤부 시일 부재(60b), 승강 부재(60e)가 하강하였을 때, 용기(C)의 입구부(C1)와의 접촉부로부터 가스의 누설을 막기 위해 승강 부재(60e)에 설치한 용기구 시일 부재(60c)로 구성되어 있고, 승강 부재(60e)를 하강시켜 용기(C)의 입구부에 용기구 시일 부재(60c)를 접촉시킴으로써, 액 통로(4)의 액 출구(4b), 복귀 가스 통로(5)의 가스 입구(5b), 가압 가스 통로(6)의 가스 출구(6b), 배출 가스 통로(7)의 가스 입구(7b)를, 용기(C)의 내부와 연통시킨 상태에서, 용기(C)의 개구부를 밀봉하여 용기(C)의 내부에 밀폐 공간을 형성한다.
가압 가스 통로(6)는, 대기압보다 높게 압력 제어된 가스를 용기(C) 내로 도입(공급)하는 것이며, 가압 가스 밸브(6a)가 배치되어 있다. 가압 가스 통로(6)는, 밀봉구(60)마다 배치되어 있고, 각각 가압 가스계 매니폴드(6c)에 있어서 다른 가압 가스 통로(6)에 합류하고 있다. 이 가압 가스계 매니폴드(6c)는, 액체 저류부(71)의 상부에 가압 배관(6d)을 통해 접속되어 있고, 액체 저류부(71)의 상부의 기상부(71g)에 연통되어 있다.
복귀 가스 통로(5)는, 용기(C)의 내부에 충전되는 액체(L)와 엇갈리게, 용기(C)의 내부에 충전되어 있었던 가스를, 복귀 가스로서 가스 출구(6b)로부터 용기(C)의 외부로 배출하는 것으로, 복귀 가스 밸브(5a)가 배치되어 있다. 복귀 가스 통로(5)는, 밀봉구(60)마다 배치되어 있고, 각각 흐름 해방부로 되는 복귀 가스계 매니폴드(복귀 가스실)(5c)에 있어서 다른 복귀 가스 통로(5)에 합류하고 있다. 이 복귀 가스계 매니폴드(5c)는, 복귀 가스 압력 제어부(80)의 복귀 가스 회수부(85)에 복귀 배관(5d)을 통해 접속되어 있다.
또한, 이 복귀 가스 통로(5) 및 복귀 가스 밸브(5a) 및 용기(C)의 밀폐 공간은, 액체(L)를 용기에 충전할 때의 복귀 가스가 흘렀을 때의 이 부분의 압력 손실이, 액 통로(4), 액 밸브(4a)에 의한 액체(L)의 흐름에 의해 발생하는 압력 손실에 비해 무시할 수 있을 정도로 작아지도록 설계되어 있다.
복귀 가스계 매니폴드(5c)는, 반경 방향 거리 r이 회전 중심축(P)으로부터 r1만큼 이격된 위치에 형성되어 있다.
배출 가스 통로(7)는, 액체(L) 충전 후의 용기(C) 내의 공극부에 잔존한 대기압보다 높은 가스를 대기(J)로 배출하는 것으로, 배출 가스 밸브(7a)가 배치되어 있다. 배출 가스 통로(7)는, 밀봉구(60)마다 배치되어 있고, 각각 배출계 매니폴드(7c)에 있어서 다른 배출 가스 통로(7)에 합류하고 있다. 이 배출계 매니폴드(7c)는, 배출 배관(7d)을 통해 대기(J)에 접속되어 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 상술한 제1 실시 형태∼제4 실시 형태가 액 통로(4) 및 액 밸브(4a)에 의해 구성된 충전 유로 구성 유닛(8)을 갖고 있었던 것에 반해, 액 통로(4) 및 액 밸브(4a), 밀봉구(60), 복귀 가스 통로(5) 및 복귀 가스 밸브(5a)에 의해 구성된 충전 유로 구성 유닛(8A)을 갖고 있다. 그리고, 이들 액 통로(4) 및 액 밸브(4a), 밀봉구(60), 복귀 가스 통로(5) 및 복귀 가스 밸브(5a)에 의해, 용기(C) 내에 개별적으로 액체(L)를 유도하여, 복귀 가스를 용기(C)로부터 외부로 복귀시키기 위한 유체 통로(9A)가 구성되어 있다.
즉, 논 시일 충전에 있어서는 충전 유로 구성 유닛(8)을 적용하고 있었던 것에 반해, 시일 충전에 있어서는 충전 유로 구성 유닛(8A)을 적용한다.
복귀 가스 압력 제어부(80)는, 충전 중인 복귀 가스를 회수하는 복귀 가스 회수부(85)와, 복귀 가스 회수부의 압력을 조정하는 압력 조정 밸브(82A), 압력 조정 밸브(82B), 압력 제어 장치(81), 압력 센서(86)와 각 기기를 접속하는 추기관(84), 가스 공급관(83)으로 구성되어 있다.
복귀 가스 압력 제어부(80)의 복귀 가스 회수부(85)는, 가스 공급관(83)에 연통되는 추기관(84)과, 상술한 복귀 배관(5d)에 접속되어 있다. 이 복귀 가스 회수부(85)에 있어서는, 가스의 압력이 대기압보다도 높게 되어 있다.
가스 공급관(83)에는, 압력 조정 밸브(82A)가 접속되고, 또한 압력 조정 밸브(82A)에는 압력 조정 밸브(82B)가 접속되어, 쌍을 이루고 있다. 그리고, 압력 조정 밸브(82A)와 압력 조정 밸브(82B) 사이에 추기관(84)을 통해 복귀 가스 회수부(85)가 접속되어 있다.
압력 제어 장치(81)는, 복귀 가스 회수부(85)에 설치된 압력 센서(86)로부터 검출된 압력에 기초하여, 한 쌍의 압력 조정 밸브(82A, 82B)를 제어하여, 복귀 가스 회수부(85)의 가스의 압력을 조정한다.
차압 검출기(30)는, 충전 유로 구성 유닛(8A)의 입구부와 출구부의 차압, 즉, 액 분배실에 있어서의 액체(L)의 압력인 액 분배실 압력과 복귀 가스계 매니폴드(5c)의 복귀 가스실 압력의 차압 Δp(차압 정보)를 검출하는 것이다. 이 차압 검출기(30)는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 액 분배실(3)을 구획하는 격벽(3b)에 있어서 회전 중심축(P)으로부터 반경 방향 거리 r이 r1만큼 이격된 위치(설치 위치 r1)에 설치되어 있고, 이 설치 위치 r1에 있어서 제1 검출부(31)가 액 분배실(3)의 액체(L)로부터 압력을 받도록, 또한 제2 검출부(32)가 복귀 가스계 매니폴드(5c)의 가스로부터 압력을 받도록 되어 있다. 그리고, 제1 검출부(31)에서의 압력으로부터 제2 검출부(32)에서의 압력을 뺀 차압 Δp를, 검출기 본체(33)가 충전 제어 장치(20)에 출력한다.
또한, 액 분배실(3)의 내부는 액체(L)가 만수로 되도록 설계되어 있다.
다음에, 회전식 충전기(F5)의 작용에 대해 도면을 사용하여 설명한다.
우선, 액체(L)를 시일 충전하는 회전식 충전기(F5)의 동작 스텝은, 도 11에 나타내는 바와 같이, 용기 도입 스텝 S1, 밀봉 스텝 S2, 가압 스텝 S3, 충전 스텝 S4, 대기 개방 스텝 S5, 밀봉 해제 스텝 S6, 용기 배출 스텝 S7의 순으로 처리가 행해진다.
처음에, 각 밀봉구(60)의 바로 아래에 용기(C)가 도입되고(용기 도입 스텝 S1), 다음에, 용기(C)의 개방부를 밀봉구(60)에 의해 밀봉하여 용기(C)의 내부에 밀폐 공간을 형성한다(밀봉 스텝 S2). 이때, 액 밸브(4a), 복귀 가스 밸브(5a), 가압 가스 밸브(6a), 배출 가스 밸브(7a)는 모두 폐쇄로 되어 있다.
다음에, 가압 가스 통로(6)의 가압 가스 밸브(6a)를 개방으로 하고, 용기(C)의 밀폐 공간을 가스에 의해 가압함으로써, 용기(C)의 내부 공간을 소정의 압력까지 상승시킨다(가압 스텝 S3). 이때, 액 밸브(4a), 복귀 가스 밸브(5a), 가압 가스 밸브(6a), 배출 가스 밸브(7a)는 모두 폐쇄로 되어 있다.
다음에, 가압 가스 밸브(6a)를 폐쇄로 한 후, 액 통로(4)의 액 밸브(4a) 및 복귀 가스 통로(5)의 복귀 가스 밸브(5a)를 개방으로 하고, 액체(L)를 소정량 용기(C)에 충전한 후, 충전 제어 장치(20)가 액 밸브(4a)를 폐쇄로 제어한다(충전 스텝 S4). 이 충전 스텝 S4에 의해, 용기(C)의 밀폐 공간의 가스를 액체(L)로 치환한다. 즉, 액 통로(4)로부터 액체(L)가 충전되는 동시에, 가스가 복귀 가스 통로(5), 복귀 가스계 매니폴드(5c)를 통해 복귀 가스 회수부(85)에 회수된다. 또한, 적절한 충전 유량(Q)으로 하기 위해 필요한 충전 유로 구성 유닛의 입구부와 출구부의 차압 Δp가 얻어지도록, 복귀 가스 압력 제어부(80)의 복귀 가스 회수부(85)의 압력을 설정하고 있다.
다음에, 복귀 가스 통로(5)의 복귀 가스 밸브(5a)를 폐쇄로 한 후, 배출 가스 통로(7)의 배출 가스 밸브(7a)를 개방으로 함으로써, 용기(C)에 잔존한 고압의 가스를 대기(J)에 개방한다(대기 개방 스텝 S5).
다음에, 밀봉구(60)를 용기(C)의 개구부로부터 탈착하여, 용기(C)의 개구부의 밀봉을 해제하고(밀봉 해제 스텝 S6), 용기(C)를 회전체(1)의 외부로 배출한다(용기 배출 스텝 S7). 이때, 액 밸브(4a), 복귀 가스 밸브(5a), 가압 가스 밸브(6a), 배출 가스 밸브(7a)는 모두 폐쇄로 되어 있다.
상술한 충전 스텝 4를, 회전체(1)의 회전을 정지시킨 상태에서 실시한 경우, 액 통로(4)를 흐르는 액체(L)의 유량(Q)은, 충전 유로 구성 유닛(8A)의 유로의 치수, 형상으로부터 구해지는 유동 특성과, 충전 유로 구성 유닛(8A)의 유로를 흐르는 유체의 특성, 즉, 비중량ㆍ액체 온도 등의 액체(L)의 특성 및 복귀 가스의 압력, 온도, 성분 등의 가스의 특성 및 상태와, 충전 유로 구성 유닛(8A)의 입구부와 출구부의 차압 Δp와, 또한 가스의 흐름을 포함하므로 충전 유로 구성 유닛(8A)의 입구부의 압력으로부터 계산할 수 있다.
여기서, 전술한 바와 같이 밀봉구(60)와 용기(C)에 의해 형성되는 밀폐 공간 및 복귀 가스 통로(5), 복귀 가스 밸브(5a)에 있어서의 가스 흐름에 의해 발생하는 압력 손실이, 액 통로(4), 액 밸브(4a)에서의 액체(L)의 흐름에 의해 발생하는 압력 손실에 비해 무시할 수 있을 정도로 작아지도록 설계되어 있는 점에서, 가스 흐름에 대해서는 무시할 수 있고, 결과적으로, 회전체(1)의 회전을 정지시킨 상태에서 실시한 경우의 액 통로(4)를 흐르는 액체(L)의 유량(Q)은, 충전 유로 구성 유닛(8A)의 액체의 유로의 치수, 형상으로부터 구해지는 유동 특성과, 비중량ㆍ액체 온도 등의 액체(L)의 특성과, 충전 유로 구성 유닛(8A)의 입구부와 출구부의 차압 Δp로부터 계산할 수 있다.
따라서, 액체(L)의 특성과 충전 유로 구성 유닛(8A)[유체 통로(9A)]의 유동 특성은, 충전하는 액체(L)와 충전기의 구조가 정해지면 변화되지 않으므로, 결과적으로, 회전이 없는 상태의 액 통로(4)에서의 유량(Q)은 차압(Δp)만을 파라미터로 하여
유량 Q＝f'(Δp) f' : 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수
로 계산할 수 있다.
한편, 상술한 충전 스텝 S4에 있어서 회전체(1)가 회전하는 경우, 회전에 의한 수두 상승분 h가 더해져, 상기한 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f'로부터 구해진 유량(Q)에 비해, 실제의 유량(Q)이 증가한다.
이 회전에 의한 수두 상승분 h는, 회전체(1)의 회전 중심축(P)을 기준으로 하여, 회전체(1)의 회전 중심축(P)으로부터의 거리의 증가에 수반하여 증가하고, 또한 회전 속도 ω의 증가에 수반하여 증가한다(도 3 참조).
이것을 식화하면 회전에 의한 수두 상승분 h는, 반경 방향 거리 r와 회전 속도 ω의 함수 h(r, ω)로서 계산된다.
따라서, 차압 검출기(30)의 설치 위치 r1에 있어서의 회전에 의한 수두 상승분 hr1은,
hr1＝h(r1, ω)
액 출구(4b)의 위치 R에 있어서의 회전에 의한 수두 상승분 hR은,
hR＝h(R, ω)
로 된다.
즉, 회전체(1)가 회전하면, 차압 검출기(30)에 의한 검출 차압 Δp는, 차압 검출기(30)의 설치 위치 r1의 액체(L)의 수두 상승분 hr1에 상당하는 압력 상승분은 포함되지만, 유량에 관계되는 액 출구(4b)의 위치 R에서의 수두 상승분 hR에 상당하는 압력 상승은 포함되지 않으므로, 유량(Q)의 산출에 있어서는, 차압 검출기(30)의 설치 위치 r1과 액 출구(4b)의 위치 R을 파라미터로 하여 회전 속도 ω에 따른 보정이 필요해진다.
여기서, 차압 검출기(30)의 설치 위치 r1과 액 출구(4b)의 위치 R은 구조에 따라 정해지는 값에 의해 변화되지 않고, 또한 액체(L)의 특성과 충전 유로 구성 유닛(8A)의 유동 특성은 충전하는 액체(L)가 정해져 충전기의 구조가 정해지면 변화되지 않으므로, 결과적으로 회전식 충전기(F5)에서의 유량(Q)은, 검출 차압 Δp, 회전 속도 ω를 파라미터로 하여,
유량 Q＝f(Δp, ω) f : 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수
로서 계산할 수 있게 된다.
또한, 충전 유로 구성 유닛(8A)의 유동 특성은 충전 유로 구성 유닛(8A)마다 미묘하게 다른 것이 생각되므로, 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f는, 충전 유로 구성 유닛(8A)마다 준비하는 것이 바람직하다.
이상의 결과를 사용하여, 충전 제어 장치(20)는, 회전계(40)의 회전 속도 ω와 차압 검출기(30)로부터의 검출 차압 Δp와, 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f(Δp, ω)로부터 각 충전 유로 구성 유닛(8A)의 액 통로(4)[액 출구(4b)]의 유량 Q(Δp, ω)를 시시각각(예를 들어, 1㎳마다) 연산한다.
충전 제어 장치(20)는, 이 시시각각의 유량(계측간의 유량)을 적산ㆍ연산하여, 적산ㆍ연산 결과의 값이 미리 설정되어 있는 목표 충전량과 일치하였을 때에 액 밸브(4a)를 폐쇄로 하여 충전을 완료한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 복귀 가스 통로(5)의 복귀 가스계 매니폴드(5c)에 있어서의 가스의 압력과, 액 분배실(3)의 액체(L)의 압력으로부터 차압 Δp를 구할 수 있다. 이에 의해, 미리 구해진 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f(Δp, ω)에 기초하여, 검출 차압 Δp와 검출 회전 정보 ω로부터, 충전 유로 구성 유닛(8A)의 액 통로(4)[액 출구(4b)]에 있어서 회전에 의한 원심력을 받는 액체(L)의 유량(Q)을 구할 수 있다. 따라서, 이 유량(Q)에 기초하여 충전량을 제어함으로써, 액체(L)를 정확하게 제어할 수 있다.
또한, 중량 계량기, 유량계, 타이머 등 충전량의 계량 장치가 불필요해지므로, 구조가 간소하여 메인터넌스성이나 세정성, 비용성을 향상시킬 수 있다.
「제6 실시 형태」
이하, 본 발명의 제6 실시 형태에 대해 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 그 설명에 사용하는 도면에 있어서, 이미 설명을 마친 구성 요소와 마찬가지의 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.
도 12는 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F6)의 개략 구성도이다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 회전식 충전기(F6)는, 상술한 제5 실시 형태가 구비하고 있었던 차압 검출기(30) 대신에, 차압 검출기(50)를 구비하고 있다.
제1 검출체(51)는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 액 분배실(3)을 구획하는 격벽(3a)에 있어서 회전 중심축(P)으로부터 반경 방향 거리 r가 r1만큼 이격된 위치에 설치되어 있고, 액 분배실(3)의 액체(L)로부터 압력을 받도록 설정되어 있다.
제2 검출체(52)는, 회전체(1)의 복귀 가스 통로(5)의 복귀 가스계 매니폴드(5c)에 있어서, 회전 중심축(P)으로부터 반경 방향 거리 r가 r2만큼 이격된 위치에 설치되어 있고, 가스로부터 압력을 받도록 설정되어 있다.
액체(L)의 특성과 충전 유로 구성 유닛(8A)의 유동 특성은, 충전하는 액체(L)가 정해져 충전기의 구조가 정해지면 변화되지 않으므로, 결과적으로, 충전 스텝 4S에 있어서, 회전체(1)의 회전을 정지시킨 상태에서 실시한 경우의 유량(Q)은, 차압 Δp만을 파라미터로 하여
유량 Q＝f'(Δp) f': 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수
로 계산할 수 있다.
원심력에 기인하는 수두 상승분 h는, 상술한 제2 실시 형태와 마찬가지로, 반경 방향 거리 r과 회전 속도 ω의 함수 h(r, ω)로서 계산된다(도 5 참조).
따라서, 차압 검출기(50)의 제1 검출체(51)의 설치 위치 r1에 있어서의 회전에 의한 수두 상승분 hr1은,
hr1＝h(r1, ω)
제2 검출체(52)의 설치 위치 r2에 있어서의 회전에 의한 수두 상승분 hr2는,
hr2＝h(r2, ω)
액 출구(4b)의 위치 R에 있어서의 회전에 의한 수두 상승분 hR은,
hR＝h(R, ω)로 된다.
차압 검출기에 의한 검출 차압은, 캐필러리 튜브(51a) 내의 봉입 액체는 회전체의 외주 방향으로 원심력을 받아 수두 상승분 hr1만큼 당겨지고, 캐필러리 튜브(51b) 내의 봉입 액체도 회전체(1)의 외주 방향으로 원심력을 받아 수두 상승분 hr2만큼 당겨진다. 그 결과, 검출기 본체(53)가 검출하는 검출 차압 Δp에는, 제5 실시 형태에 있어서의 검출 차압 Δp보다도 수두 상승분 hr2－hr1만큼 높은 압력이 검출되지만, 유량(Q)에 관계되는 액 출구(4b)의 위치 R에서의 수두 상승분 hR에 상당하는 압력 상승분은 포함되지 않는다.
따라서, 유량의 산출에 있어서는, 제1 검출체(51)의 설치 위치 r1과 제2 검출체(52)의 설치 위치 r2와 액 출구(4b)의 위치 R을 파라미터로 하여 회전 속도 ω에 따른 보정이 필요해진다.
여기서, 제1 검출체(51)의 설치 위치 r1과 제2 검출체(52)의 설치 위치 r2와 액 출구(4b)의 위치 R은 구조에 따라 정해지는 값에 의해 변화되지 않고, 또한 액체(L)의 특성과 충전 유로 구성 유닛(8A)의 유동 특성은 충전하는 액체(L)가 정해져 충전기의 구조가 정해지면 변화되지 않으므로, 결과적으로, 차압 검출기(50)를 사용한 회전식 충전기(F5)에서의 유량(Q)도, 차압 Δp, 회전 속도 ω를 파라미터로 하여,
유량 Q＝f(Δp, ω) f: 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수
로서 계산할 수 있게 된다.
즉, 회전 속도 ω마다, 설치 위치 r1과 설치 위치 r2에 있어서의 수두 상승분 hr2－hr1을 포함한 검출 차압 Δp와, 액 출구(4b)의 위치 R에서의 수두 상승분 hR을 포함한 차압의 관계가 정해지므로, 미리 회전 속도 ω마다 차압 Δp와, 원심력의 영향을 받은 유량(Q)의 관계를 구하여 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f를 설정하면, 정확한 유량(Q)을 구하는 것이 가능해진다.
이상의 결과를 사용하여, 충전 제어 장치(20)에 있어서, 회전계(40)의 회전 속도 ω와 차압 검출기(50)로부터의 계측값 Δp와, 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f(Δp, ω)로부터 각 충전 유로 구성 유닛(8A)의 액 통로(4)[액 출구(4b)]의 유량 Q(Δp, ω)를 시시각각(예를 들어, 1㎳마다) 연산한다.
충전 제어 장치(20)는, 이 시시각각의 계산 유량을 적산ㆍ연산하여, 적산ㆍ연산 결과의 값이 미리 설정되어 있는 목표 충전량과 일치하였을 때에 액 밸브(4a)를 폐쇄로 하여 충전을 완료한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 차압 검출기(50)를 사용함으로써 복귀 가스 통로(5)의 복귀 가스계 매니폴드(5c)의 복귀 가스실 압력을 용이하게 검출할 수 있는 동시에, 설치 스페이스를 필요로 하는 검출기 본체(53)를 자유롭게 배치할 수 있으므로, 회전식 충전기(F5)의 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.
도 13은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F6)의 변형예인 회전식 충전기(F6B)의 개략 구성도이다.
이 회전식 충전기(F6B)는, 상술한 제6 실시 형태에 있어서의 복귀 가스 통로(5)의 복귀 가스계 매니폴드(5c)를 액 통로(4)와 대략 동일한 반경 방향 위치(R)에 배치, 따라서 제2 검출체(52)도 복귀 가스계 매니폴드(5C)의 액 통로(4)와 대략 동일한 반경 방향 위치(R)에 배치한 것, 및 회전계(회전 정보 검출부)(40)를 불필요하게 한 것이 회전식 충전기(F6)와 다르다. 또한, 도 13에 있어서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 액 통로(4) 및 액 밸브(4a)를 1전 쇄선으로 도시하고 있다.
제1 검출체(51)는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 액 분배실(3)을 구획하는 격벽(3a)에 있어서 회전 중심축(P)으로부터 반경 방향 거리 r가 r1만큼 이격된 위치에 설치되어 있고, 액 분배실(3)의 액체(L)로부터 압력을 받도록 설정되어 있다.
제2 검출체(52)는, 회전체(1)의 복귀 가스 통로(5)의 복귀 가스계 매니폴드(5c)에 있어서, 회전 중심축(P)으로부터 반경 방향 거리 r가 R만큼 이격된 위치에 설치되어 있고, 가스로부터 압력을 받도록 설정되어 있다.
액체(L)의 특성과 충전 유로 구성 유닛(8A)의 유동 특성은, 충전하는 액체(L)가 정해져 충전기의 구조가 정해지면 변화되지 않으므로, 결과적으로, 충전 스텝 4S에 있어서, 회전체(1)의 회전을 정지시킨 상태에서 실시한 경우의 유량(Q)은, 차압 Δp만을 파라미터로 하여
유량 Q＝f'(Δp) f': 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수
로 계산할 수 있다.
원심력에 기인하는 수두 상승분 h는, 상술한 제4 실시 형태와 마찬가지로, 반경 방향 거리 r과 회전 속도 ω의 함수 h(r, ω)로서 계산된다(도 9 참조).
따라서, 차압 검출기(50)의 제1 검출체(51)의 설치 위치 r1에 있어서의 회전에 의한 수두 상승분 hr1은,
hr1＝h(r1, ω)
제2 검출체(52)의 설치 위치 R에 있어서의 회전에 의한 수두 상승분 hR은,
hR＝h(R, ω)
액 출구(4b)의 위치 R에 있어서의 회전에 의한 수두 상승분 hR은,
hR＝h(R, ω)로 된다.
즉, 제4 실시 형태와 마찬가지로 제2 검출체(52)의 설치 위치를 액 통로(4)와 대략 동일한 반경 방향 위치(R)에 배치함으로써 회전 정보가 불필요해지는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 제2 검출체(52)의 설치 위치를 액 통로(4)와 대략 동일한 반경 방향 위치(R)에 배치함으로써 회전 정보가 불필요해져, 더욱 간소한 장치 구성으로 할 수 있다.
도 14는, 회전식 충전기(F6)의 변형예인 회전식 충전기(F6A)이다.
이 회전식 충전기(F6A)는, 상술한 제5 실시 형태의 회전식 충전기(F6)로부터, 가압 가스 통로(6), 가압 가스 밸브(6a), 가압 가스계 매니폴드(6c), 가압 배관(6d), 복귀 가스 압력 제어부(80), 복귀 배관(5d)이 생략되어 있는 동시에, 액체 저류부(71)의 상부와 복귀 가스계 매니폴드(5c)를 접속하는 복귀 배관(5e)이 추가되어 있다.
이 회전식 충전기(F6A)는, 충전 유로 구성 유닛(8A)의 복귀 가스 통로(5)가 합류하고 있는 복귀 가스계 매니폴드(5c)를, 복귀 가스 압력 제어부(80)의 복귀 가스 회수부(85)에 접속하는 대신에, 액체 저류부(71)의 상부에 접속함으로써, 용기(C)의 밀폐 공간을 가압하기 위한 가스를 액체 공급부(70)의 기상부(71g)로부터 공급하고, 용기(C)의 밀폐 공간으로부터의 충전 중인 복귀 가스를 동일한 액체 공급부(70)의 기상부(71g)에 회수하도록 구성되어 있다. 본 실시 형태의 경우는, 가압 가스 통로(6)와 복귀 가스 통로(5)를 공유하게 함으로써, 회전식 충전기(6A)의 구조를 보다 간이한 구성으로 하고 있다.
또한, 액체 공급부(70)의 액체 저류부(71)는, 액체 저류부(71) 내의 액체(L)의 액면이 충전 유로 구성 유닛(8A)의 액 통로(4)의 액 출구(4b)보다도 수두차 HL만큼 상방으로 되도록 설치되어 있다. 충전 유로 구성 유닛(8A)의 액체의 유로의 치수, 형상은, 이 수두차 HL을 기초로 얻어지는 충전 유로 구성 유닛(8A)의 전후의 차압 Δp에 의해 필요한 충전 유량(Q)이 얻어지도록 설계되어 있다.
이 구성에 있어서도, 상술한 충전 스텝 S4에 있어서, 충전 유로 구성 유닛(8A)의 복귀 가스 통로(5)를 개방된 상태로 유지한 채, 충전 유로 구성 유닛(8A)의 액 통로(4)의 액 밸브(4a)를 개방으로 한다. 이와 같이 함으로써, 충전 유로 구성 유닛(8A)의 액 통로(4)로부터 액체(L)가 충전되는 동시에, 복귀 가스가 충전 유로 구성 유닛(8A)의 복귀 가스 통로(5)를 통해 액체 공급부(70)의 기상부(71g)에 회수된다.
그리고, 충전시에 있어서의 복귀 가스의 압력을 복귀 가스계 매니폴드(5c)에서 검출하고, 이것을 충전 분위기 압력으로 하여 차압 Δp를 검출한다.
이 변형예에 따르면, 장치 구성을 더욱 간소하게 할 수 있다. 예를 들어, 상술한 제5 실시 형태의 회전식 충전기(F5)에 있어서도, 액체 공급부(70)의 액체 저류부(71)를, 액체 저류부(71) 내의 액체(L)의 액면이 충전 유로 구성 유닛(8A)의 액 통로(4)의 액 출구(4b)보다도 수두차 HL만큼 상방으로 되도록 설치하고, 충전 유로 구성 유닛(8A)의 액체의 유로의 치수, 형상을, 이 수두차 HL을 기초로 얻어지는 충전 유로 구성 유닛(8A)의 전후의 차압 Δp에 의해 필요한 충전 유량(Q)이 얻어지도록 설계함으로써, 장치 구성을 간소화할 수 있다.
「제7 실시 형태」
이하, 본 발명의 제7 실시 형태에 대해 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 그 설명에 사용하는 도면에 있어서, 이미 설명을 마친 구성 요소와 마찬가지의 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.
도 15는 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F7)의 개략 구성도이다.
상술한 제1 실시 형태에 관한 회전식 충전기(F1)에 있어서는, 액 분배실(3)의 내부를 만수로 하여 액체(L)의 액상만으로 구성하고, 또한 차압 검출기(30)를 액 분배실(3)의 격벽(3a)에 배치하였다. 이에 대해, 본 실시 형태의 회전식 충전기(F7)는, 액 분배실(3A)의 내부를 액체(L)의 액상과 예를 들어, 공기, 질소 가스 등의 기상부(3g)로 구성하고, 또한 차압 검출기(30)를 액 분배실(3A)의 격벽(3b)에 배치하고 있다. 또한, 회전식 충전기(F7)는, 액 분배실(3)의 기상부(3g)의 압력을 조정하는 액 분배실 가스 압력 제어부(100)와, 액 분배실(3A)의 액체(L)의 액위를 제어하는 액 분배실 액 레벨 제어부(90)를 구비하고 있다.
차압 검출기(30)는, 액 분배실(3A)을 구획하는 격벽(3b)에 있어서 회전 중심축(P)으로부터 반경 방향 거리 r가 r1만큼 이격된 위치(설치 위치 r1)에 설치되어 있고, 이 설치 위치 r1에 있어서 제1 검출부(31)가 액 분배실(3A)의 액체(L)로부터 압력을 받도록, 또한 제2 검출부(32)가 대기(J)로부터 압력을 받도록 되어 있다.
액 분배실 가스 압력 제어부(100)는, 압력 제어 장치(101)와, 액 분배실(3A)의 기상부(3g)에 공급하는 가스가 유통하는 기체 유통관(103)과, 기체 유통관(103)에 설치된 한 쌍의 압력 조정 밸브(102A, 102B)와, 기체 유통관(103)에 있어서의 한 쌍의 압력 조정 밸브(102A, 102B)의 사이와 액 분배실(3A) 사이를 접속하는 도입관(104)과, 액 분배실(3A)의 격벽(3a)에 설치되어 액 분배실(3A)의 기상부(3g)의 압력을 검출하는 압력 센서(105)를 구비하고 있다.
압력 제어 장치(101)는, 압력 센서(105)가 검출한 액 분배실(3A)의 기상부(3g)의 압력의 검출값에 기초하여, 한 쌍의 압력 조정 밸브(102A, 102B)를 제어하고, 액 분배실(3A)의 기상부(3g)의 압력을 설정된 값으로 제어한다.
액 분배실 액 레벨 제어부(90)는, 액 분배실(3A)로 보내지는 액체(L)가 급액 배관(13) 내를 흐르는 유량을 조정하는 유량 제어 밸브(91)를 제어하는 액위 제어 장치(92)와, 액위 제어 장치(92)에 액 분배실(3A) 내의 액체(L)의 액위를 지시하는 차압 신호를 출력하는 차압식 액위계(93)를 구비하고 있다.
차압식 액위계(93)는, 차압 검출기(50)와 마찬가지의 것이며, 제1 검출체(94)가 격벽(3b)에 설치되어 액 분배실(3A)의 액체(L)로부터 압력을 받도록 되어 있고, 제2 검출체(95)가 격벽(3a)에 설치되어 액 분배실(3A)의 기상부(3g)의 압력을 받도록 되어 있다. 그리고, 제1 검출체(94)에서의 압력으로부터 제2 검출체(95)에서의 압력을 뺀 차압을, 검출기 본체(96)가 액위 제어 장치(92)에 출력한다.
이들 제1 검출체(94)와 제2 검출체(95)의 반경 방향 거리 r은, 액 분배실(3A)의 내측 반경의 대략 절반으로 되는 위치에 각각 설치되어 있고, 제어의 기준으로 되는 액위가 회전체(1)의 정지시에 있어서의 액위와 회전시의 액위가 대략 동일해지도록 설정되어 있다.
액위 제어 장치(92)는, 차압식 액위계(93)로부터 입력된 차압이, 기준 액위에 대응하는 기준 차압으로부터 변화된 경우에, 유량 제어 밸브(91)를 제어하여 급액 배관(13)으로부터 액 분배실(3A)로 송액하는 액체(L)의 유량을 조정하여 액 분배실(3A) 내의 액위를 필요 조건으로 유지하는 제어를 행한다.
다음에, 상술한 회전식 충전기(F7)의 작용에 대해 설명한다.
회전식 충전기(F7)에 있어서 회전체(1)가 회전하는 경우, 도 3에 도시하는 바와 같이, 원심력에 기인하는 수두 상승에 의해 유량(Q)이 증가한다. 이때, 액 분배실(3A) 내의 액면은 유발 형상의 곡면을 나타내고, 도 15에 도시하는 바와 같이 회전체(1)의 회전 중심축(P)을 포함하는 단면을 취하였을 때의 액면의 곡선 K2는 도 3에 도시하는 원심력에 기인하는 수두 상승 곡선 K1과 동일한 곡선으로 된다.
이것을 식화하면 회전에 의한 수두 상승분 h는, 반경 방향 거리 r과 회전 속도 ω의 함수 h(r, ω)로서 계산된다. 따라서, 차압 검출기(30)의 설치 위치 r1에 있어서의 회전에 의한 수두 상승분 hr1은,
hr1＝h(r1, ω)
액 출구(4b)의 위치 R에 있어서의 회전에 의한 수두 상승분 hR은,
hR＝h(R, ω)
로 된다.
즉, 회전체(1)가 회전하면, 차압 검출기(30)에 의한 검출 차압 Δp는, 차압 검출기(30)의 설치 위치 r1의 액체(L)의 수두 상승분 hr1에 상당하는 압력 상승분은 포함되지만, 유량에 관계되는 충전 유로 구성 유닛(8)의 액 출구(4b)의 위치 R에서의 수두 상승분 hR에 상당하는 압력 상승은 포함되지 않으므로, 유량(Q)의 산출에 있어서는, 차압 검출기(30)의 설치 위치 r1과 충전 유로 구성 유닛(8)의 액 출구(4b)의 위치 R을 파라미터로 하여 회전 속도 ω에 따른 보정이 필요해진다.
여기서, 차압 검출기(30)의 설치 위치 r1과 액 출구(4b)의 위치 R은 구조에 따라 정해지는 값에 의해 변화되지 않고, 또한 액체(L)의 특성과 충전 유로 구성 유닛(8)의 유동 특성은 충전하는 액체(L)가 정해져 충전기의 구조가 정해지면 변화되지 않으므로, 결과적으로 회전식 충전기(F7)에서의 유량(Q)은, 검출 차압 Δp, 회전 속도 ω를 파라미터로 하여,
유량 Q＝f(Δp, ω) f: 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수
로서 계산할 수 있게 된다.
즉, 회전 속도 ω마다, 차압 검출기(30)의 설치 위치 r1에서의 수두 상승분 hr1을 포함한 검출 차압 Δp와, 충전 유로 구성 유닛(8)의 액 출구(4b)의 위치 R에서의 수두 상승분 hR을 포함한 차압의 관계가 정해지므로, 미리 회전 속도 ω마다 차압 Δp와, 원심력의 영향을 받은 유량(Q)의 관계를 구하여 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f를 설정하면, 정확한 유량(Q)을 구하는 것이 가능해진다.
또한, 충전 유로 구성 유닛(8)의 유동 특성은 충전 유로 구성 유닛(8)마다 미묘하게 다른 것이 생각되므로, 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f는, 충전 유로 구성 유닛(8)마다 준비하는 것이 바람직하다.
이상의 결과를 사용하여, 충전 제어 장치(20)는, 회전계(40)의 회전 속도 ω와 차압 검출기(30)로부터의 검출 차압 Δp와, 충전 유로 구성 유닛 유량 특성 함수 f(Δp, ω)로부터 각 충전 유로 구성 유닛(8)의 액 통로(4)[액 출구(4b)]의 유량 Q(Δp, ω)를 시시각각(예를 들어, 1㎳마다) 연산한다.
충전 제어 장치(20)는, 이 시시각각의 유량(계측간의 유량)을 적산ㆍ연산하여, 적산ㆍ연산 결과의 값이 미리 설정되어 있는 목표 충전량과 일치하였을 때에 충전 유로 구성 유닛(8)의 액 밸브(4a)를 폐쇄로 하여 충전을 완료한다.
이상 설명한 바와 같이, 이 구성에 따르면, 액 분배실(3A)에 기상부(3g)가 형성되는 구성에 있어서도, 충전량을 정확하게 제어할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 액 분배실(3A)의 기상부(3g)의 압력을 조정하기 위해 액 분배실 가스 압력 제어부(100)를 설치하였지만, 기상부(3g)에 압력을 필요로 하지 않는 경우에는, 액 분배실 가스 압력 제어부(100)를 생략하고 대기 개방하는 구성으로 해도 된다.
또한, 제2 실시 형태와 같이, 차압 검출기(30) 대신에 캐필러리 튜브식의 차압 검출기(50)를 사용해도 된다.
「제8 실시 형태」
이하, 본 발명의 제8 실시 형태에 대해 도 16을 사용하여 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 그 설명에 사용하는 도면에 있어서, 이미 설명을 마친 구성 요소와 마찬가지의 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.
회전식 충전기(F8)는, 제5 실시 형태의 회전식 충전기(F5)와 마찬가지의 구성이지만, 액 분배실(가스 복귀실)(3A)은 액으로 채워지지 않는 기상부(3g)를 갖는 점, 액 분배실(3A)의 기상부(3g)의 압력을 조정하는 액 분배실 가스 압력 제어부(100)를 갖는 점, 액 분배실(3A) 내의 액체(L)의 액위를 제어하는 액 분배실 액 레벨 제어부(90)를 갖는 점, 가압 가스 통로(6)가 액체 저류부(71)의 상부의 기상부(71g)에 접속되는 대신에 액 분배실(3A)의 기상부(3g)와 접속되어 있는 점에서, 회전식 충전기(F5)와 다르다.
차압 검출기(30)는, 도 16에 도시하는 바와 같이, 액 분배실(3)을 구획하는 격벽(3b)에 있어서 회전 중심축(P)으로부터 반경 방향 거리 r이 r1만큼 이격된 위치(설치 위치 r1)에 설치되어 있고, 이 설치 위치 r1에 있어서 제1 검출부(31)가 액 분배실(3A)의 액체(L)로부터 압력을 받도록, 또한 제2 검출부(32)가 복귀 가스계 매니폴드(5c)의 가스로부터 압력을 받도록 되어 있다. 그리고, 제1 검출부(31)에서의 압력으로부터 제2 검출부(32)에서의 압력을 뺀 차압 Δp를, 검출기 본체(33)가 충전 제어 장치(20)에 출력한다.
이 구성에 따르면, 액 분배실(3A)에 기상부(3g)가 있는 경우에 있어서도, 상술한 제5 실시 형태와 마찬가지의 작용을 얻을 수 있어, 액체(L)를 정확하게 충전하는 것이 가능해진다.
도 17은, 회전식 충전기(F8)의 변형예인 회전식 충전기(F8A)를 도시하는 도면이다.
회전식 충전기(F8A)는, 회전식 충전기(F8)로부터, 가압 가스 통로(6), 가압 가스 밸브(6a), 복귀 가스 압력 제어부(80), 복귀 배관(5d)이 생략되어 있는 동시에, 충전 유로 구성 유닛(8A)의 복귀 가스 통로(5)가 복귀 가스계 매니폴드(5c)에 접속되는 대신에, 액 분배실(3A)의 기상부(3g)에 접속되어 있다.
또한, 액 분배실(3A)은, 액 분배실 내의 액체(L)의 액면이 충전 유로 구성 유닛(8A)의 액 통로(4)의 액 출구(4b)보다도 수두차 HL만큼 상방으로 되도록 설치되어 있다. 충전 유로 구성 유닛(8A)의 액체의 유로의 치수, 형상은, 이 수두차 HL을 기초로 얻어지는 충전 유로 구성 유닛(8A)의 전후의 차압 Δp에 의해 필요한 충전 유량(Q)이 얻어지도록 설계되어 있다.
이 회전식 충전기(F8A)는, 복귀 가스 통로(5)에서 용기(C)의 밀폐 공간에 가압 가스를 공급하는 동시에, 복귀 가스를 액 분배실(3A)의 기상부(3g)에 회수하도록 구성되어 있다.
본 실시 형태의 경우는, 가압 가스 통로(6)와 복귀 가스 통로(5)를 공유하게 함으로써, 회전식 충전기의 구조를 보다 간이한 구성으로 하는 것을 가능하게 하고 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 충전 유로 구성 유닛(8A)의 복귀 가스의 출구를, 회전식 충전기(F8)에서는 복귀 가스계 매니폴드(5c)로 하고 있었던 것에 반해, 액 분배실(3A)의 기상부(3g)로 하고 있다.
또한, 이 회전식 충전기(F8A)는, 차압 검출기(30) 대신에 차압 검출기(50)를 갖고 있다. 보다 구체적으로는, 제1 검출체(51)가 액 분배실(3A)의 격벽(3b)에 있어서 설치 위치 r1에, 제2 검출체(52)가 격벽(3a)에 있어서 설치 위치 r2에 배치되고, 본 실시 형태의 충전 유로 구성 유닛(8A)의 흐름 해방부로 되는 액 분배실(3A)의 기상부(3g)의 압력을, 복귀 가스실 압력으로서 검출하도록 되어 있다.
이 변형예에 따르면, 제6 실시 형태의 회전식 충전기(F6A)와 마찬가지로, 장치의 전체 구성을 더욱 간소하게 할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 차압식 액위계(93)를 설치하는 구성으로 하였지만, 차압 검출기(50)의 검출 차압 Δp를 액위 제어 장치(92)에 입력하도록 하여 차압식 액위계(93)를 생략해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서 나타낸 동작 순서, 혹은 각 구성 부재의 여러 형상이나 조합 등은 일례이며, 본 발명의 주지로부터 벗어나지 않는 범위에 있어서 설계 요구 등에 기초하여 다양한 변경이 가능하다.
예를 들어, 상술한 각 실시 형태에 있어서는, 상기한 유량 계산식에 있어서는, 압력 정보와 회전 정보를 파라미터로 하여 유량 Q＝f(Δp, ω)로 하였지만, 액체(L)의 액체 온도(T)를 계측하여, 액체 온도(T)도 파라미터로 한 유량 Q＝f(Δp, ω, T)로 하여 계산해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 액 분배실(3, 3A)을 원기둥 형상으로 구성하였지만, 다른 형상, 예를 들어 원환상으로 구성해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 용기(C)는 승강시키지 않고 적재대(1c)에 정치시키는 동시에 밀봉구(60)의 승강 부재(60e)를 승강시켰지만, 밀봉구(60)를 정지시키는 동시에 용기(C)를 적재한 적재 장치를 승강시켜도 된다.
1 : 회전체
3, 3A : 액 분배실
5c : 복귀 가스계 매니폴드(복귀 가스실)
8, 8A : 충전 유로 구성 유닛
20 : 충전 제어 장치
30, 50 : 차압 검출기(차압 정보 검출부)
40 : 회전계(회전 정보 검출부)
51 : 제1 검출체
51a : 캐필러리 튜브
51b : 캐필러리 튜브
52 : 제2 검출체
53 : 검출기 본체
60 : 밀봉구
70 : 액체 공급부
80 : 복귀 가스 압력 제어부
90 : 액 분배실 액 레벨 제어부
100 : 액 분배실 가스 압력 제어부
F1, F2, F3, F4, F5, F6, F6A, F6B, F7, F8, F8A : 회전식 충전기
C : 용기
J : 대기
L : 액체
P : 회전 중심축
Q : 유량
r : 반경 방향 거리

Claims (10)

  1. 회전 중심축 주위로 회전 가능한 회전체와,
    상기 회전체에 설치되고, 외부로부터 공급된 액체를 저류하는 액 분배실과,
    상기 회전체에 있어서 상기 회전 중심축 주위에 배열되어 있는 동시에, 각각 상기 액 분배실에 접속된 액 통로 및 상기 액 통로에 설치된 액 밸브에 의해 용기 내에 개별적으로 액체를 유도하기 위한 유체 통로가 구성된 복수의 충전 유로 구성 유닛과,
    상기 각 액 밸브를 제어하여 상기 용기에 대한 상기 액체의 충전량을 제어하는 충전 제어 장치와,
    고정부에 설치되고, 상기 액 분배실에 상기 액체를 공급하는 액체 공급부를 갖는 회전식 충전기에 있어서,
    상기 액 분배실의 상기 액체의 압력인 액 분배실 압력 및 상기 회전체의 임의의 반경 방향 위치에 있어서 상기 충전 유로 구성 유닛 내의 흐름 해방부의 압력으로서 검출되는 충전 분위기 압력의 차압 정보를 검출하는 차압 정보 검출부와,
    상기 회전체의 회전 정보를 검출하는 회전 정보 검출부를 갖고,
    상기 충전 제어 장치는, 상기 검출한 상기 차압 정보와 상기 회전 정보 및 미리 구해진 상기 차압 정보와 상기 회전 정보와 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량과의 관계에 기초하여, 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량을 연산하여, 상기 용기에 대한 상기 액체의 충전량을 제어하는 것을 특징으로 하는, 회전식 충전기.
  2. 회전 중심축 주위로 회전 가능한 회전체와,
    상기 회전체에 설치되고, 외부로부터 공급된 액체를 저류하는 액 분배실과,
    상기 회전체에 있어서 상기 회전 중심축 주위에 배열되어 있는 동시에, 각각 상기 액 분배실에 접속된 액 통로 및 상기 액 통로에 설치된 액 밸브에 의해 용기 내에 개별적으로 액체를 유도하기 위한 유체 통로가 구성된 복수의 충전 유로 구성 유닛과,
    상기 각 액 밸브를 제어하여 상기 용기에 대한 상기 액체의 충전량을 제어하는 충전 제어 장치와,
    고정부에 설치되고, 상기 액 분배실에 상기 액체를 공급하는 액체 공급부를 갖는 회전식 충전기에 있어서,
    상기 액 분배실의 상기 액체의 압력인 액 분배실 압력 및 상기 회전체의 상기 액 통로의 액 출구와 대략 동일한 반경 방향 위치에 있어서 상기 충전 유로 구성 유닛 내의 흐름 해방부의 압력으로서 검출되는 상기 용기의 충전 분위기 압력의 차압 정보를 검출하는 차압 정보 검출부를 갖고,
    상기 충전 제어 장치는, 상기 검출한 상기 차압 정보 및 미리 구해진 상기 차압 정보와 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량의 관계에 기초하여, 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량을 연산하여, 상기 용기에 대한 상기 액체의 충전량을 제어하는 것을 특징으로 하는, 회전식 충전기.
  3. 회전 중심축 주위로 회전 가능한 회전체와,
    상기 회전체에 설치되고, 외부로부터 공급된 액체를 저류하는 액 분배실과,
    상기 회전체에 있어서 상기 회전 중심축 주위에 배열되어 있는 동시에, 각각 상기 액 분배실에 접속된 액 통로 및 상기 액 통로에 설치된 액 밸브, 상기 용기 내의 충전 분위기를 밀봉하는 밀봉구, 충전 중인 복귀 가스를 용기로부터 압력 제어된 복귀 가스실로 유도하는 복귀 가스 통로 및 상기 복귀 가스 통로에 설치된 복귀 가스 밸브에 의해 용기 내에 개별적으로 액체를 유도하기 위한 유체 통로가 구성된 복수의 충전 유로 구성 유닛과,
    상기 용기에 대해 압력 제어된 가스를 공급하는 가압 가스 통로 및 상기 가압 가스 통로에 설치된 가압 가스 밸브와,
    충전 종료시에 상기 용기 및 상기 밀봉구 내에 잔존하는 가압 가스를 배출하는 배출 가스 통로 및 상기 배출 가스 통로에 설치된 배출 가스 밸브와,
    상기 각 액 밸브를 제어하여 상기 용기에 대한 상기 액체의 충전량을 제어하는 충전 제어 장치와,
    고정부에 설치되고, 상기 액 분배실에 상기 액체를 공급하는 액체 공급부를 갖는 회전식 충전기에 있어서,
    상기 액 분배실의 상기 액체의 압력인 액 분배실 압력 및 상기 회전체의 임의의 반경 방향 위치에 있어서 상기 충전 유로 구성 유닛 내의 흐름 해방부의 압력으로서 검출되는 상기 복귀 가스실의 복귀 가스실 압력과의 차압 정보를 검출하는 차압 정보 검출부와,
    상기 회전체의 회전 정보를 검출하는 회전 정보 검출부를 갖고,
    상기 충전 제어 장치는, 상기 검출한 상기 차압 정보와 상기 회전 정보 및 미리 구해진 상기 차압 정보와 상기 회전 정보와 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량과의 관계에 기초하여, 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량을 연산하여, 상기 용기에 대한 상기 액체의 충전량을 제어하는 것을 특징으로 하는, 회전식 충전기.
  4. 회전 중심축 주위로 회전 가능한 회전체와,
    상기 회전체에 설치되고, 외부로부터 공급된 액체를 저류하는 액 분배실과,
    상기 회전체에 있어서 상기 회전 중심축 주위에 배열되어 있는 동시에, 각각 상기 액 분배실에 접속된 액 통로 및 상기 액 통로에 설치된 액 밸브, 상기 용기 내의 충전 분위기를 밀봉하는 밀봉구, 충전 중인 복귀 가스를 용기로부터 압력 제어된 복귀 가스실로 유도하는 복귀 가스 통로 및 상기 복귀 가스 통로에 설치된 복귀 가스 밸브에 의해 용기 내에 개별적으로 액체를 유도하기 위한 유체 통로가 구성된 복수의 충전 유로 구성 유닛과,
    상기 용기에 대해 압력 제어된 가스를 공급하는 가압 가스 통로 및 상기 가압 가스 통로에 설치된 가압 가스 밸브와,
    충전 종료시에 용기 및 밀봉구 내에 잔존하는 가압 가스를 배출하는 배출 가스 통로 및 상기 배출 가스 통로에 설치된 배출 가스 밸브와,
    상기 각 액 밸브를 제어하여 상기 용기에 대한 상기 액체의 충전량을 제어하는 충전 제어 장치와,
    고정부에 설치되고, 상기 액 분배실에 상기 액체를 공급하는 액체 공급부를 갖는 회전식 충전기에 있어서,
    상기 액 분배실의 상기 액체의 압력인 액 분배실 압력 및 상기 회전체의 상기 액 통로의 액 출구와 대략 동일한 반경 방향 위치에 있어서 상기 충전 유로 구성 유닛 내의 흐름 해방부의 압력으로서 검출되는 상기 복귀 가스실의 복귀 가스실 압력의 차압 정보를 검출하는 차압 정보 검출부를 갖고,
    상기 충전 제어 장치는, 상기 검출한 상기 차압 정보 및 미리 구해진 상기 차압 정보와 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량과의 관계에 기초하여, 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량을 연산하여, 상기 용기에 대한 상기 액체의 충전량을 제어하는 것을 특징으로 하는, 회전식 충전기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액 분배실은, 상기 액체로 채워져 있는 것을 특징으로 하는, 회전식 충전기.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액 분배실에는, 상기 액체에 의한 액상과 가스에 의한 기상이 형성되어 있고,
    상기 액 분배실에 있어서의 상기 액체의 액위를 제어하는 액위 제어부를 액 분배실과 액체 공급부 사이에 구비하는 것을 특징으로 하는, 회전식 충전기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차압 정보 검출부는, 상기 액 분배실에 설치되고, 상기 액 분배실 압력을 검출하는 제1 검출체와,
    상기 회전체 중 상기 제1 검출체로부터 이격되어 설치되고, 상기 충전 유로 구성 유닛의 흐름 해방부의 압력을 검출하는 제2 검출체와,
    상기 제1 검출체와 상기 제2 검출체에 각각 접속되고, 각각의 내부에 봉입액이 봉입된 한 쌍의 캐필러리 튜브와,
    상기 한 쌍의 캐필러리 튜브를 통해, 상기 제1 검출체로부터 전파된 압력과 상기 제2 검출체로부터 전파된 압력의 차를 상기 차압 정보로서 출력하는 검출기 본체를 갖는 것을 특징으로 하는, 회전식 충전기.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차압 정보 검출부는, 상기 액 분배실에 설치되고, 상기 액 분배실 압력을 검출하는 제1 검출부와,
    상기 제1 검출부와 대략 동일한 반경 방향 위치에 설치되고, 상기 충전 유로 구성 유닛의 흐름 해방부의 압력을 검출하는 제2 검출부를 갖는 것을 특징으로 하는, 회전식 충전기.
  9. 회전 중심축 주위로 회전 가능한 회전체와,
    상기 회전체에 설치되고, 외부로부터 공급된 액체를 저류하는 액 분배실과,
    상기 회전체에 있어서 상기 회전 중심축 주위에 배열되어 있는 동시에, 각각 상기 액 분배실에 접속된 액 통로 및 상기 액 통로에 설치된 액 밸브에 의해 용기 내에 개별적으로 액체를 유도하기 위한 유체 통로가 구성된 복수의 충전 유로 구성 유닛과,
    고정부에 설치되고, 상기 액 분배실에 상기 액체를 공급하는 액체 공급부를 갖는 회전식 충전기의 충전량 연산 방법에 있어서,
    상기 충전 유로 구성 유닛에 있어서의 흐름의 입구측 압력 및 상기 충전 유로 구성 유닛 내의 흐름 해방부측의 흐름 해방측 압력의 차압 정보 및 상기 회전체의 회전 정보를 검출하는 정보 검출 공정과,
    상기 검출한 상기 차압 정보와 상기 회전 정보 및 미리 구해진 상기 차압 정보와 상기 회전 정보와 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량과의 관계에 기초하여, 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량을 구하는 연산 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 회전식 충전기의 충전량 연산 방법.
  10. 회전 중심축 주위로 회전 가능한 회전체와,
    상기 회전체에 설치되고, 외부로부터 공급된 액체를 저류하는 액 분배실과,
    상기 회전체에 있어서 상기 회전 중심축 주위에 배열되어 있는 동시에, 각각 상기 액 분배실에 접속된 액 통로 및 상기 액 통로에 설치된 액 밸브에 의해 용기 내에 개별적으로 액체를 유도하기 위한 유체 통로가 구성된 복수의 충전 유로 구성 유닛과,
    고정부에 설치되고, 상기 액 분배실에 상기 액체를 공급하는 액체 공급부를 갖는 회전식 충전기의 충전량 연산 방법에 있어서,
    상기 충전 유로 구성 유닛에 있어서의 흐름의 입구측 압력 및 상기 액 통로 출구와 대략 동일 반경 방향 위치에서의 상기 충전 유로 구성 유닛 내의 흐름 해방부측의 흐름 해방측 압력의 차압 정보를 검출하는 정보 검출 공정과,
    상기 검출한 상기 차압 정보 및 미리 구해진 상기 차압 정보와 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량과의 관계에 기초하여, 상기 액 통로의 액 출구로부터 유출되는 상기 액체의 유량을 구하는 연산 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 회전식 충전기의 충전량 연산 방법.
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