JPWO2012137317A1 - 回転式充填機及び回転式充填機の充填量演算方法 - Google Patents
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Abstract
Description
下記特許文献1においては、容器を回転コラムの容器保持部に保持して円形の充填経路に沿って移動させ、充填の開始位置から充填バルブで容器内に液体を大流量で所定充填時間充填した後、充填経路上のレベル検出位置でレベルセンサにより容器の液面高さを検出し、目標液面高さと測定された液面高さとの差から残りの補充充填量と小流量充填時間とを演算し、次いで充填バルブから容器内に液体を小流量で小流量充填時間充填する。小流量充填時の流量と充填量を充分に小さくすることで、大流量充填する容器部分に変形があっても、充分に高精度で容器内の液面を一定に制御している。このように、充填バルブ毎に計量器やロードセルを設けることなく、タイマーと、液面高さを測定する手段により充填する装置が開示されている。
特許文献2によれば、容器内に液体を注入可能な充填針と、この充填針に接続されていると共に液体が貯留されたマニホールドと、この充填針とマニホールドとの間の流路を開閉する開閉弁を備える固定式充填機において、マニホールドに設けられた圧力計を用いて所定の周期で液体圧力を測定すると共に、測定圧力と圧力―充填量関数とから充填量を演算している。そして、この演算結果を積算し、目標充填量に達した時点で開閉弁を閉として充填を完了している。
この構成によれば、充填バルブ毎に流量計やロードセル等を設けることなく液体を充填することが可能である。
また、先行特許文献2の技術は、回転式充填機に適用しようとすると、充填機の運転速度に応じて生ずる遠心力による誤差が生じて、液体の充填量を正確に制御することができないという問題があった。
すなわち、本発明に係る回転式充填機は、回転中心軸周りに回転可能な回転体と、前記回転体に設けられ、外部から供給された液体を貯留する液分配室と、前記回転体において前記回転中心軸周りに配列されていると共に、それぞれ前記液分配室に接続された液通路及び前記液通路に設けられた液弁によって容器内に個別に液体を導くための流体通路が構成された複数の充填流路構成ユニットと、前記各液弁を制御して前記容器に対する前記液体の充填量を制御する充填制御装置と、固定部に設けられ、前記液分配室に前記液体を供給する液体供給部と、を有する回転式充填機において、前記液分配室の前記液体の圧力である液分配室圧力、及び、前記回転体の任意の半径方向位置において前記充填流路構成ユニット内の流れ解放部の圧力として検出される充填雰囲気圧力の差圧情報を検出する差圧情報検出部と、前記回転体の回転情報を検出する回転情報検出部と、を有し、前記充填制御装置は、前記検出した前記差圧情報と前記回転情報、及び、予め求められた前記差圧情報と前記回転情報と前記液通路の液出口から流出する前記液体の流量との関係に基づいて、前記液通路の液出口から流出する前記液体の流量を演算して、前記容器に対する前記液体の充填量を制御することを特徴とする。
この構成によれば、予め求められた、充填流路構成ユニット(流体流路)の液通路の液出口における液体の流量と回転情報と差圧情報との関係に基づいて、検出した差圧情報と回転情報とから充填流路構成ユニット(流体流路)の液通路の液出口からの液体の流量を求めるので、充填流路構成ユニット(流体流路)における回転による遠心力を受ける液体の流量を求めることができる。これにより、充填流路構成ユニット毎に流量計やロードセル等を設ける必要がなくなると共に、簡素な構成で充填量を正確に制御することができる。
なお、「予め求められた前記差圧情報と前記回転情報と前記液通路の液出口から流出する前記液体の流量との関係」は、例えば差圧及び回転情報を変数とする、液出口部から流出する液体の流量を求める関数を用いることができる。
この構成によれば、予め求められた、充填流路構成ユニット(流体流路)の液通路の液出口における液体の流量と差圧情報との関係に基づいて、検出した差圧情報から充填流路構成ユニット(流体流路)の液通路の液出口からの液体の流量を求めるので、充填流路構成ユニット(流体流路)における回転による遠心力を受ける液体の流量を求めることができる。これにより、充填流路構成ユニット毎に流量計やロードセル等を設ける必要がなくなると共に、簡素な構成で充填量を正確に制御することができる。
即ち、容器への液体の充填量の制御に回転情報の検出が不要であるので、さらに簡素な装置構成にすることができる。
この構成によれば、予め求められた、充填流路構成ユニット(流体流路)の液通路の液出口における液体の流量と差圧情報との関係に基づいて、検出した差圧情報から充填流路構成ユニット(流体流路)の液通路の液出口からの液体の流量を求めるので、流体流路における回転による遠心力を受けるガス入りの液体の流量を求めることができる。これにより、充填流路構成ユニット毎に流量計やロードセル等を設ける必要がなくなると共に、簡素な構成で充填量を正確に制御することができる。
この構成によれば、予め求められた、充填流路構成ユニット(流体流路)の液通路の液出口における液体の流量と差圧情報との関係に基づいて、検出した差圧情報から充填流路構成ユニット(流体流路)の液通路の液出口からの液体の流量を求めるので、流体流路における回転による遠心力を受けるガス入りの液体の流量を求めることができる。これにより、充填流路構成ユニット毎に流量計やロードセル等を設ける必要がなくなると共に、簡素な構成で充填量を正確に制御することができる。
即ち、容器への液体の充填量の制御に回転情報の検出が不要であるので、さらに簡素な装置構成にすることができる。
この構成によれば、液分配室が液体で満たされているので、液分配室圧力を液分配室の様々な場所から容易に得ることができる。
この構成によれば、液分配室に気相が形成される構成においても、充填量を正確に制御することができる。
この構成によれば、第一検出体と第二検出体とにそれぞれ接続された一対のキャピラリーチューブを備えるので、差圧情報の検出位置を種々選択可能になる。これにより、回転式充填機の設計の自由度を向上させることができる。
この構成によれば、差圧情報検出部が液分配室に設けられているので、装置構成を簡素にすることができる。
このようにすれば、予め求められた、充填流路構成ユニット(流体流路)の液通路の液出口における液体の流量と回転情報と差圧情報との関係に基づいて、検出した差圧情報と回転情報とから充填流路構成ユニット(流体流路)の液通路の液出口からの液体の流量を求めるので、流体流路における回転による遠心力を受ける液体の流量を求めることができる。
このようにすれば、予め求められた、充填流路構成ユニット(流体流路)の液通路の液出口における液体の流量と差圧情報との関係に基づいて、検出した差圧情報から充填流路構成ユニット(流体流路)の液通路の液出口からの液体の流量を求めるので、流体流路における回転による遠心力を受ける液体の流量を求めることができる。
「第一実施形態」
以下、本発明の第一実施形態について図を用いて説明する。
図1は本発明の第一実施形態に係る回転式充填機F1の概略斜視図であり、図2は回転式充填機F1の概略構成図である。
なお、このノンシール状態での充填(ノンシール充填)は、多くの場合、液体中に炭酸ガスをほとんど(基本的に)含有しないノンガス飲料を容器Cに充填する際に行われる。
液弁4aは、液通路4に配設されており、充填制御装置20によって開閉制御される。
このような構成により、各充填流路構成ユニット8には、容器C内に個別に液体Lを導くための流体通路9が液通路4及び液弁4aによって構成されている。
差圧検出器30は、液分配室3における液体Lの圧力である液分配室圧力と、液体Lを充填する雰囲気の圧力である大気圧(充填雰囲気圧力=充填流路構成ユニット8の流れ解放部である容器C内の圧力)との差圧△pを検出するものであり、一体的に形成された第一検出部31と第二検出部32と検出器本体33とを備えている。この差圧検出器30は、図3に示すように、液分配室3を画定する隔壁3aにおいて回転中心軸Pからの半径方向距離rがr1だけ離れた位置(以下、設置位置r1という。)に設置されており、この設置位置r1において第一検出部31が液分配室圧力を受けるように、また、第二検出部32が大気圧を受けるようになっている。そして、第一検出部31での圧力から第二検出部32での圧力を差し引いた検出差圧△pを、検出器本体33が充填制御装置20に出力する。
なお、液分配室3の内部は第一検出部31の位置での回転による水頭上昇分が検出できるよう、液体Lが満水となるように設計してある。
通常、無回転式充填機での液通路4を流れる液体Lの流量(充填流量)Qは、比重量・液体温度等の液体Lの特性と、充填流路構成ユニット8の流路の寸法、形状から求められる流動特性と、液通路4の液体入口部と液体出口部(液出口4b=大気圧)との差圧△pと、から計算できる。
ここで、液体Lの特性と充填流路構成ユニット8(流体通路9)の流動特性は、充填する液体Lと充填機の構造が決まれば変化しないことから、結果的に、回転がない状態の液通路4での流量Qは差圧(△p)のみをパラメータとして
流量Q=f’(△p) f’:充填流路構成ユニット流量特性関数
と計算できる。
これを式化すると回転による水頭上昇分hは、半径方向距離rと回転速度ωとの関数h(r,ω)として計算される。
従って、差圧検出器30の設置位置r1における回転による水頭上昇分hr1は、
hr1=h(r1,ω)
充填流路構成ユニット8の液出口4bの位置R(半径方向距離r=R)における回転による水頭上昇分hRは、
hR=h(R,ω)
となる。
流量Q=f(△p,ω) f:充填流路構成ユニット流量特性関数
として計算できることになる。
なお、充填流路構成ユニット8の流動特性は充填流路構成ユニット8毎に微妙に異なることが考えられることから、充填流路構成ユニット流量特性関数fは、充填流路構成ユニット8毎に準備するのが好ましい。
充填制御装置20は、この時々刻々の流量(計測間の流量)を積算・演算し、積算・演算結果の値が予め設定されている目標充填量と一致した時に充填流路構成ユニット8の液弁4aを閉にして充填を完了する。
従って、重量計量器、流量計、タイマーなど充填量の計量装置が不要となるので、構造が簡素でメンテナンス性や洗浄性、コスト性を向上させることができる。
以下、本発明の第二実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
図4に示すように、回転式充填機F2は、上述した第一実施形態の回転式充填機F1が備えていた差圧検出器30に代えて、キャピラリーチューブ式の差圧検出器(差圧情報検出部)50を備えている。差圧検出器50は、差圧検出器30と同様に、液分配室3における液体Lの圧力である液分配室圧力と、液体Lを充填する雰囲気の圧力である大気圧(充填雰囲気圧力=充填流路構成ユニット8の流れ解放部である容器C内の圧力)との差圧△pを検出し、充填制御装置20に出力する。
差圧検出器50は、液分配室3における液体Lの液分配室圧力を受ける第一検出体51と、第一検出体51から任意の半径方向距離(r2−r1)だけ離れた位置において大気圧を受ける第二検出体52と、第一検出体51と第二検出体52とにそれぞれ接続され、それぞれの内部に封入液が封入された一対のキャピラリーチューブ51a,51b(図5において不図示)と、一対のキャピラリーチューブ51a,51bを介して、第一検出体51から伝播された圧力と第二検出体52から伝播された圧力との差圧△pを出力する検出器本体53とを有している。
第二検出体52は、回転体1において回転中心軸Pから半径方向距離rがr2だけ離れた位置(以下、設置位置r2という。)において取付部材(不図示)を介して設置されている。
第一検出体51と第二検出体52とは、同一の高さに設定されており、設置高さの差によって発生する圧力差を計測しないようにしてある。なお、設置高さに差を設ける場合においては、封入液体の比重量に高さを乗算した分だけ検出値を補正することにより、設置高さの差の影響を除去した差圧△pを求めることができる。
検出器本体53は、回転体1に取付部材(不図示)を介して固定されている。
ここで、液体Lの特性と充填流路構成ユニット8の流動特性は、充填する液体Lが決まり充填機の構造が決まれば変化しないことから、結果的に、無回転式充填機での流量Qは、第一実施形態と同様に、差圧△pのみをパラメータとして
流量Q=f’(△p) f’:充填流路構成ユニット流量特性関数
と計算できる。
従って、差圧検出器50の設置位置r1における回転による水頭上昇分hr1は、
hr1=h(r1,ω)
第二検出体52の設置位置r2における回転による水頭上昇分hr2は、
hr2=h(r2,ω)
液出口4bの位置Rにおける回転による水頭上昇分hRは、
hR=h(R,ω)となる。
流量Q=f(△p,ω) f:充填流路構成ユニット流量特性関数
として計算できることになる。
充填制御装置20は、この時々刻々の流量Qを積算・演算し、積算・演算結果の値が予め設定されている目標充填量と一致した時に液弁4aを閉にして充填を完了する。
以下、本発明の第三実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図6に示すように、回転式充填機F3は、上述した第一実施形態の構成と同様の構成であるが、回転計(回転情報検出部)40を省略した点と、液分配室3を径方向に拡大した点と、差圧検出器30の設置位置が液出口4bの上方(半径方向距離r=R)に設定されている点とで、上述した第一実施形態の構成と異なっている。
差圧検出器30の設置位置Rは、図7に示すように、液分配室3を画定する隔壁3aにおいて回転中心軸Pから半径方向距離r(=R)だけ離れた位置であり、この設置位置Rにおいて第一検出部31が液分配室3の液体Lから圧力を受けるように、また、第二検出部32が大気圧を受けるようになっている。そして、第一検出部31での圧力から第二検出部32での圧力を差し引いた差圧△pを、検出器本体33が充填制御装置20に出力する。
何故ならば、差圧検出器30の設置位置Rを液出口4bの位置Rとして、差圧検出器30が検出する液体Lの水頭上昇分を、流量に関係する液出口4bの位置Rでの水頭上昇分hR=h(R,ω)に等しくしている。これにより、回転による遠心力が流量に与える影響分を差圧検出器30で直接検出することで、流量算出にあたって回転速度ωに応じた補正を不要としている。
流量Q=f(△p) f:充填流路構成ユニット流量特性関数
として計算できることになる。
充填制御装置20は、この時々刻々の計算流量を積算・演算し、積算・演算結果の値が予め設定されている目標流量と一致した時に液弁4aを閉にして充填を完了する。
以下、本発明の第四実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図8に示すように、回転式充填機F4は、上述した第二実施形態の構成と同様の構成であるが、回転計(回転情報検出部)40を省略した点と、差圧検出器50の設置位置を変更した点とで、上述した第二実施形態の構成と異なっている。
図9に示すように、回転式充填機F4は、第二検出体52の設置位置を、液弁4aの配設位置とほぼ同一円周上(設置位置R)に配置して、回転による水頭上昇分を直接検出し、回転速度ωに関する計算を不要として回転計40を省いたものである。
流量Q=f(△p) f:充填流路構成ユニット流量特性関数
として計算できることになる。
充填制御装置20は、この時々刻々の計算流量を積算・演算し、積算・演算結果の値が予め設定されている目標充填量と一致した時に液弁4aを閉にして充填を完了する。
以下、本発明の第五実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
上述した第一実施形態〜第四実施形態(回転式充填機F1〜F4)においては、液体Lをノンシール充填する回転式充填機について本発明を適用したが、本実施形態の回転式充填機F5は、容器Cの口部C1を封止した状態、即ちシール状態で、容器Cに液体Lを充填するものである。尚、このシール状態での充填(シール充填)は、多くの場合、液体L中に炭酸ガスを多く含有するガス入り飲料を容器Cに充填する際に行われる。
図10に示すように、回転式充填機F5は、第一実施形態〜第四実施形態に示す回転式充填機において、液体Lを充填可能とするに必要な要件として周知の構成が付加されており、具体的に付加される主なものは、容器内の充填雰囲気を封止する封止具60、大気圧より高い圧力のガス(例えばCO2や不活性ガス)を容器C内へ導入する加圧ガス通路6、液体L充填中の戻りガスを流通させる戻りガス通路5、充填終了時に容器C及び封止具60内に残存するガスを排出する排出ガス通路7と、戻りガス圧力制御部80である。
また、この戻りガス通路5及び戻りガス弁5a及び容器Cの密閉空間は、液体Lを容器に充填する際の戻りガスが流れた時のこの部分の圧力損失が、液通路4、液弁4aでの液体Lの流れにより生じる圧力損失に比べて無視できる程度に小さくなるように設計されている。
戻りガス系マニホールド5cは、半径方向距離rが回転中心軸Pからr1だけ離間した位置に形成されている。
すなわち、ノンシール充填においては充填流路構成ユニット8を適用していたのに対して、シール充填においては充填流路構成ユニット8Aを適用する。
なお、液分配室3の内部は液体Lが満水となるように設計されている。
まず、液体Lをシール充填する回転式充填機F5の動作ステップは、図11に示すように、容器導入ステップS1、封止ステップS2、加圧ステップS3、充填ステップS4、大気開放ステップS5、封止解除ステップS6、容器排出ステップS7の順に処理がなされる。
ここで、前述のとおり封止具60と容器Cにより形成される密閉空間及び戻りガス通路5、戻りガス弁5aにおけるガス流れにより生じる圧力損失が、液通路4、液弁4aでの液体Lの流れにより生じる圧力損失に比べて無視できる程度に小さくなるように設計されていることから、ガス流れについては無視でき、結果的に、回転体1の回転を停止した状態で実施した場合の液通路4を流れる液体Lの流量Qは、充填流路構成ユニット8Aの液体の流路の寸法、形状から求められる流動特性と、比重量・液体温度等の液体Lの特性と、充填流路構成ユニット8Aの入口部と出口部との差圧△pとから計算できる。
従って、液体Lの特性と充填流路構成ユニット8A(流体通路9A)の流動特性は、充填する液体Lと充填機の構造が決まれば変化しないことから、結果的に、回転がない状態の液通路4での流量Qは差圧(△p)のみをパラメータとして
流量Q=f’(△p) f’:充填流路構成ユニット流量特性関数
と計算できる。
一方、上述した充填ステップS4において回転体1が回転する場合、回転による水頭上昇分hが加わって、上記の充填流路構成ユニット流量特性関数f’から求められた流量Qに比べて、実際の流量Qが増加する。
この回転による水頭上昇分hは、回転体1の回転中心軸Pを基準として、回転体1の回転中心軸Pからの距離の増加に伴って増え、また、回転速度ωの増加に伴って増える(図3参照)。
これを式化すると回転による水頭上昇分hは、半径方向距離rと回転速度ωとの関数h(r,ω)として計算される。
従って、差圧検出器30の設置位置r1における回転による水頭上昇分hr1は、
hr1=h(r1,ω)
液出口4bの位置Rにおける回転による水頭上昇分hRは、
hR=h(R,ω)
となる。
流量Q=f(△p,ω) f:充填流路構成ユニット流量特性関数
として計算できることになる。
なお、充填流路構成ユニット8Aの流動特性は充填流路構成ユニット8A毎に微妙に異なることが考えられることから、充填流路構成ユニット流量特性関数fは、充填流路構成ユニット8A毎に準備するのが好ましい。
充填制御装置20は、この時々刻々の流量(計測間の流量)を積算・演算し、積算・演算結果の値が予め設定されている目標充填量と一致した時に液弁4aを閉にして充填を完了する。
また、重量計量器、流量計、タイマーなど充填量の計量装置が不要となるので、構造が簡素でメンテナンス性や洗浄性、コスト性を向上させることができる。
以下、本発明の第六実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図12に示すように、回転式充填機F6は、上述した第五実施形態が備えていた差圧検出器30に代えて、差圧検出器50を備えている。
第二検出体52は、回転体1の戻りガス通路5の戻りガス系マニホールド5cにおいて、回転中心軸Pから半径方向距離rがr2だけ離れた位置に設置されており、ガスから圧力を受けるように設定されている。
流量Q=f’(△p) f’:充填流路構成ユニット流量特性関数
と計算できる。
従って、差圧検出器50の第一検出体51の設置位置r1における回転による水頭上昇分hr1は、
hr1=h(r1,ω)
第二検出体52の設置位置r2における回転による水頭上昇分hr2は、
hr2=h(r2,ω)
液出口4bの位置Rにおける回転による水頭上昇分hRは、
hR=h(R,ω)となる。
流量Q=f(△p,ω) f:充填流路構成ユニット流量特性関数
として計算できることになる。
充填制御装置20は、この時々刻々の計算流量を積算・演算し、積算・演算結果の値が予め設定されている目標充填量と一致した時に液弁4aを閉にして充填を完了する。
この回転式充填機F6Bは、上述した第六実施形態における戻りガス通路5の戻りガス系マニホールド5cを液通路4と略同一の半径方向位置(R)に配設、従って第二検出体52も戻りガス系マニホールド5Cの液通路4と略同一の半径方向位置(R)に配設したこと、および回転計(回転情報検出部)40を不要としたこと、が回転式充填機F6と異なる。なお、図13においては、理解容易のために、液通路4及び液弁4aを一転鎖線で図示している。
第二検出体52は、回転体1の戻りガス通路5の戻りガス系マニホールド5cにおいて、回転中心軸Pから半径方向距離rがRだけ離れた位置に設置されており、ガスから圧力を受けるように設定されている。
流量Q=f’(△p) f’:充填流路構成ユニット流量特性関数
と計算できる。
従って、差圧検出器50の第一検出体51の設置位置r1における回転による水頭上昇分hr1は、
hr1=h(r1,ω)
第二検出体52の設置位置Rにおける回転による水頭上昇分hRは、
hR=h(R,ω)
液出口4bの位置Rにおける回転による水頭上昇分hRは、
hR=h(R,ω)となる。
即ち第四実施形態と同様に第二検出体52の設置位置を液通路4と略同一の半径方向位置(R)に配設したことにより回転情報が不要となるものである。
この回転式充填機F6Aは、上述した第五実施形態の回転式充填機F6から、加圧ガス通路6、加圧ガス弁6a、加圧ガス系マニホールド6c、加圧配管6d、戻りガス圧力制御部80、戻り配管5dが省略されていると共に、液体貯留部71の上部と戻りガス系マニホールド5cを接続する戻り配管5eが追加されている。
この回転式充填機F6Aは、充填流路構成ユニット8Aの戻りガス通路5が合流している戻りガス系マニホールド5cを、戻りガス圧力制御部80の戻りガス回収部85に接続するかわりに、液体貯留部71の上部に接続することにより、容器Cの密閉空間を加圧するためのガスを液体供給部70の気相部71gから供給し、容器Cの密閉空間からの充填中の戻りガスを同じ液体供給部70の気相部71gに回収するように構成されている。本実施形態の場合は、加圧ガス通路6と戻りガス通路5とを共有にすることで、回転式充填機6Aの構造をより簡易な構成としている。
尚、液体供給部70の液体貯留部71は、液体貯留部71内の液体Lの液面が充填流路構成ユニット8Aの液通路4の液出口4bよりも水頭差HLだけ上方になるように設置されている。充填流路構成ユニット8Aの液体の流路の寸法、形状は、この水頭差HLを基に得られる充填流路構成ユニット8Aの前後の差圧△pによって必要な充填流量Qが得られるように設計されている。
そして、充填時における戻りガスの圧力を戻りガス系マニホールド5cで検出し、これを充填雰囲気圧力として差圧△pを検出する。
以下、本発明の第七実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
上述した第一実施形態に係る回転式充填機F1においては、液分配室3の内部を満水にして液体Lの液相のみで構成し、また、差圧検出器30を液分配室3の隔壁3aに配置した。これに対して、本実施形態の回転式充填機F7は、液分配室3Aの内部を液体Lの液相と例えば、空気、窒素ガスなどの気相部3gとで構成し、また、差圧検出器30を液分配室3Aの隔壁3bに配置している。さらに、回転式充填機F7は、液分配室3の気相部3gの圧力を調整する液分配室ガス圧力制御部100と、液分配室3Aの液体Lの液位を制御する液分配室液レベル制御部90とを備えている。
圧力制御装置101は、圧力センサ105が検出した液分配室3Aの気相部3gの圧力の検出値に基づいて、一対の圧力調整弁102A,102Bを制御し、液分配室3Aの気相部3gの圧力を設定された値に制御する。
これら第一検出体94と第二検出体95の半径方向距離rは、液分配室3Aの内半径の略半分となる位置にそれぞれ設置されており、制御の基準となる液位が回転体1の停止時における液位と回転時の液位とが略同一になるように設定されている。
回転式充填機F7において回転体1が回転する場合、図3に示すように、遠心力に起因する水頭上昇によって流量Qが増加する。この時、液分配室3A内の液面はすり鉢状の曲面を呈し、図15に示すように回転体1の回転中心軸Pを含む断面をとった時の液面の曲線K2は図3に示す遠心力に起因する水頭上昇曲線K1と同じ曲線となる。
これを式化すると回転による水頭上昇分hは、半径方向距離rと回転速度ωとの関数h(r,ω)として計算される。従って、差圧検出器30の設置位置r1における回転による水頭上昇分hr1は、
hr1=h(r1,ω)
液出口4bの位置Rにおける回転による水頭上昇分hRは、
hR=h(R,ω)
となる。
流量Q=f(△p,ω) f:充填流路構成ユニット流量特性関数
として計算できることになる。
なお、充填流路構成ユニット8の流動特性は充填流路構成ユニット8毎に微妙に異なることが考えられることから、充填流路構成ユニット流量特性関数fは、充填流路構成ユニット8毎に準備するのが好ましい。
充填制御装置20は、この時々刻々の流量(計測間の流量)を積算・演算し、積算・演算結果の値が予め設定されている目標充填量と一致した時に充填流路構成ユニット8の液弁4aを閉にして充填を完了する。
なお、本実施形態においては、液分配室3Aの気相部3gの圧力を調整するために液分配室ガス圧力制御部100を設けたが、気相部3gに圧力を必要としない場合には、液分配室ガス圧力制御部100を省略して大気開放する構成にしてもよい。
また、第二実施形態のように、差圧検出器30の代わりにキャピラリーチューブ式の差圧検出器50を使用してもよい。
以下、本発明の第八実施形態について図16を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
回転式充填機F8Aは、回転式充填機F8から、加圧ガス通路6、加圧ガス弁6a、戻りガス圧力制御部80、戻り配管5dが省略されていると共に、充填流路構成ユニット8Aの戻りガス通路5が戻りガス系マニホールド5cに接続される代わりに、液分配室3Aの気相部3gに接続されている。
尚、液分配室3Aは、液分配室内の液体Lの液面が充填流路構成ユニット8Aの液通路4の液出口4bよりも水頭差HLだけ上方になるように設置されている。充填流路構成ユニット8Aの液体の流路の寸法、形状は、この水頭差HLを基に得られる充填流路構成ユニット8Aの前後の差圧△pによって必要な充填流量Qが得られるように設計されている。
本実施形態の場合は、加圧ガス通路6と戻りガス通路5とを共有にすることで、回転式充填機の構造をより簡易な構成とすることを可能としている。
なお、上述した実施の形態では、差圧式液位計93を設ける構成にしたが、差圧検出器50の検出差圧△pを液位制御装置92に入力するようにして差圧式液位計93を省略してもよい。
例えば、上述した各実施形態においては、上記の流量計算式においては、圧力情報と回転情報をパラメータとして流量Q=f(△p,ω)としたが、液体Lの液体温度Tを計測し、液体温度Tもパラメータとした流量Q=f(△p,ω,T)として計算してもよい。
3,3A…液分配室
5c…戻りガス系マニホールド(戻りガス室)
8,8A…充填流路構成ユニット
20…充填制御装置
30,50…差圧検出器(差圧情報検出部)
40…回転計(回転情報検出部)
51…第一検出体
51a…キャピラリーチューブ
51b…キャピラリーチューブ
52…第二検出体
53…検出器本体
60…封止具
70…液体供給部
80…戻りガス圧力制御部
90…液分配室液レベル制御部
100…液分配室ガス圧力制御部
F1,F2,F3,F4,F5,F6,F6A,F6B,F7,F8,F8A…回転式充填機
C…容器
J…大気
L…液体
P…回転中心軸
Q…流量
r…半径方向距離
Claims (10)
- 回転中心軸周りに回転可能な回転体と、
前記回転体に設けられ、外部から供給された液体を貯留する液分配室と、
前記回転体において前記回転中心軸周りに配列されていると共に、それぞれ前記液分配室に接続された液通路及び前記液通路に設けられた液弁によって容器内に個別に液体を導くための流体通路が構成された複数の充填流路構成ユニットと、
前記各液弁を制御して前記容器に対する前記液体の充填量を制御する充填制御装置と、
固定部に設けられ、前記液分配室に前記液体を供給する液体供給部と、を有する回転式充填機において、
前記液分配室の前記液体の圧力である液分配室圧力、及び、前記回転体の任意の半径方向位置において前記充填流路構成ユニット内の流れ解放部の圧力として検出される充填雰囲気圧力の差圧情報を検出する差圧情報検出部と、
前記回転体の回転情報を検出する回転情報検出部と、を有し、
前記充填制御装置は、前記検出した前記差圧情報と前記回転情報、及び、予め求められた前記差圧情報と前記回転情報と前記液通路の液出口から流出する前記液体の流量との関係に基づいて、前記液通路の液出口から流出する前記液体の流量を演算して、前記容器に対する前記液体の充填量を制御することを特徴とする回転式充填機。 - 回転中心軸周りに回転可能な回転体と、
前記回転体に設けられ、外部から供給された液体を貯留する液分配室と、
前記回転体において前記回転中心軸周りに配列されていると共に、それぞれ前記液分配室に接続された液通路及び前記液通路に設けられた液弁によって容器内に個別に液体を導くための流体通路が構成された複数の充填流路構成ユニットと、
前記各液弁を制御して前記容器に対する前記液体の充填量を制御する充填制御装置と、
固定部に設けられ、前記液分配室に前記液体を供給する液体供給部と、を有する回転式充填機において、
前記液分配室の前記液体の圧力である液分配室圧力、及び、前記回転体の前記液通路の液出口と略同一の半径方向位置において前記充填流路構成ユニット内の流れ解放部の圧力として検出される前記容器の充填雰囲気圧力の差圧情報を検出する差圧情報検出部を有し、
前記充填制御装置は、前記検出した前記差圧情報、及び、予め求められた前記差圧情報と前記液通路の液出口から流出する前記液体の流量との関係に基づいて、前記液通路の液出口から流出する前記液体の流量を演算して、前記容器に対する前記液体の充填量を制御することを特徴とする回転式充填機。 - 回転中心軸周りに回転可能な回転体と、
前記回転体に設けられ、外部から供給された液体を貯留する液分配室と、
前記回転体において前記回転中心軸周りに配列されていると共に、それぞれ前記液分配室に接続された液通路及び前記液通路に設けられた液弁、前記容器内の充填雰囲気を封止する封止具、充填中の戻りガスを容器から圧力制御された戻りガス室に導く戻りガス通路及び前記戻りガス通路に設けられた戻りガス弁によって容器内に個別に液体を導くための流体通路が構成された複数の充填流路構成ユニットと、
前記容器に対して圧力制御されたガスを供給する加圧ガス通路及び前記加圧ガス通路に設けられた加圧ガス弁と、
充填終了時に前記容器及び前記封止具内に残存する加圧ガスを排出する排出ガス通路及び前記排出ガス通路に設けられた排出ガス弁と、
前記各液弁を制御して前記容器に対する前記液体の充填量を制御する充填制御装置と、
固定部に設けられ、前記液分配室に前記液体を供給する液体供給部と、を有する回転式充填機において、
前記液分配室の前記液体の圧力である液分配室圧力、及び、前記回転体の任意の半径方向位置において前記充填流路構成ユニット内の流れ解放部の圧力として検出される前記戻りガス室の戻りガス室圧力との差圧情報を検出する差圧情報検出部と、
前記回転体の回転情報を検出する回転情報検出部と、を有し、
前記充填制御装置は、前記検出した前記差圧情報と前記回転情報、及び、予め求められた前記差圧情報と前記回転情報と前記液通路の液出口から流出する前記液体の流量との関係に基づいて、前記液通路の液出口から流出する前記液体の流量を演算して、前記容器に対する前記液体の充填量を制御することを特徴とする回転式充填機。 - 回転中心軸周りに回転可能な回転体と、
前記回転体に設けられ、外部から供給された液体を貯留する液分配室と、
前記回転体において前記回転中心軸周りに配列されていると共に、それぞれ前記液分配室に接続された液通路及び前記液通路に設けられた液弁、前記容器内の充填雰囲気を封止する封止具、充填中の戻りガスを容器から圧力制御された戻りガス室に導く戻りガス通路及び前記戻りガス通路に設けられた戻りガス弁によって容器内に個別に液体を導くための流体通路が構成された複数の充填流路構成ユニットと、
前記容器に対して圧力制御されたガスを供給する加圧ガス通路及び前記加圧ガス通路に設けられた加圧ガス弁と、
充填終了時に容器及び封止具内に残存する加圧ガスを排出する排出ガス通路及び前記排出ガス通路に設けられた排出ガス弁と、
前記各液弁を制御して前記容器に対する前記液体の充填量を制御する充填制御装置と、
固定部に設けられ、前記液分配室に前記液体を供給する液体供給部と、を有する回転式充填機において、
前記液分配室の前記液体の圧力である液分配室圧力、及び、前記回転体の前記液通路の液出口と略同一の半径方向位置において前記充填流路構成ユニット内の流れ解放部の圧力として検出される前記戻りガス室の戻りガス室圧力の差圧情報を検出する差圧情報検出部を有し、
前記充填制御装置は、前記検出した前記差圧情報、及び、予め求められた前記差圧情報と前記液通路の液出口から流出する前記液体の流量との関係に基づいて、前記液通路の液出口から流出する前記液体の流量を演算して、前記容器に対する前記液体の充填量を制御することを特徴とする回転式充填機。 - 前記液分配室は、前記液体で満たされていることを特徴とする請求項1から4のうちいずれか一項に記載の回転式充填機。
- 前記液分配室には、前記液体による液相とガスによる気相とが形成されており、
前記液分配室における前記液体の液位を制御する液位制御部を液分配室と液体供給部との間に備えることを特徴とする請求項1から4のうちいずれか一項に記載の回転式充填機。 - 前記差圧情報検出部は、前記液分配室に設けられ、前記液分配室圧力を検出する第一検出体と、
前記回転体のうち前記第一検出体から離間して設けられ、前記充填流路構成ユニットの流れ解放部の圧力を検出する第二検出体と、
前記第一検出体と前記第二検出体とにそれぞれ接続され、それぞれの内部に封入液が封入された一対のキャピラリーチューブと、
前記一対のキャピラリーチューブを介して、前記第一検出体から伝播された圧力と前記第二検出体から伝播された圧力との差を前記差圧情報として出力する検出器本体と、
を有することを特徴とする請求項1から6のうちいずれか一項に記載の回転式充填機。 - 前記差圧情報検出部は、前記液分配室に設けられ、前記液分配室圧力を検出する第一検出部と、
前記第一検出部と略同一の半径方向位置に設けられ、前記充填流路構成ユニットの流れ解放部の圧力を検出する第二検出部と、を有することを特徴とする請求項1から6のうちいずれか一項に記載の回転式充填機。 - 回転中心軸周りに回転可能な回転体と、
前記回転体に設けられ、外部から供給された液体を貯留する液分配室と、
前記回転体において前記回転中心軸周りに配列されていると共に、それぞれ前記液分配室に接続された液通路及び前記液通路に設けられた液弁によって容器内に個別に液体を導くための流体通路が構成された複数の充填流路構成ユニットと、
固定部に設けられ、前記液分配室に前記液体を供給する液体供給部と、を有する回転式充填機の充填量演算方法において、
前記充填流路構成ユニットにおける流れの入口側圧力及び前記充填流路構成ユニット内の流れ解放部側の流れ解放側圧力の差圧情報、並びに、前記回転体の回転情報を検出する情報検出工程と、
前記検出した前記差圧情報と前記回転情報、及び、予め求められた前記差圧情報と前記回転情報と前記液通路の液出口から流出する前記液体の流量との関係に基づいて、前記液通路の液出口から流出する前記液体の流量を求める演算工程と、
を有することを特徴とする回転式充填機の充填量演算方法。 - 回転中心軸周りに回転可能な回転体と、
前記回転体に設けられ、外部から供給された液体を貯留する液分配室と、
前記回転体において前記回転中心軸周りに配列されていると共に、それぞれ前記液分配室に接続された液通路及び前記液通路に設けられた液弁によって容器内に個別に液体を導くための流体通路が構成された複数の充填流路構成ユニットと、
固定部に設けられ、前記液分配室に前記液体を供給する液体供給部と、を有する回転式充填機の充填量演算方法において、
前記充填流路構成ユニットにおける流れの入口側圧力及び前記液通路出口と略同一半径方向位置での前記充填流路構成ユニット内の流れ解放部側の流れ解放側圧力の差圧情報を検出する情報検出工程と、
前記検出した前記差圧情報、及び、予め求められた前記差圧情報と前記液通路の液出口から流出する前記液体の流量との関係に基づいて、前記液通路の液出口から流出する前記液体の流量を求める演算工程と、
を有することを特徴とする回転式充填機の充填量演算方法。
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