JP6830755B2 - 炭酸入り充填物を容器に充填する装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、好ましくは飲料充填設備内で、炭酸入り充填物を容器に充填する装置および方法に関する。

炭酸入り充填物を容器に充填する装置および方法は、従来からよく知られている。炭酸入り飲料を充填する場合、充填用容器の口を充填弁へ押しつけて、加圧ガスによって容器を与圧した後、充填物が充填されることが一般的である。続いて、充填物が過剰に泡立つのを防止するために、容器の口を充填弁から外す前に、容器内に存在する過剰圧を周囲へ逃がさなければならない。

特許文献１には、瓶などの容器を充填物で無菌充填する充填システムが示されている。同システムは、排出口を介して液状の充填物をそれぞれの容器内へ排出するための少なくとも一つの充填部材と、無菌室であって、その中に少なくとも一つの充填部材の排出口が配置されており、かつその中に容器の少なくとも、それぞれの容器開口部を備える部分が収容されているものと、液状の充填物を収容するために用いられる部分室およびその上に位置し、ガス状や蒸気状の無菌媒体を供給可能なガス室を形成するボイラーと、ボイラーのガス室内の圧力をバランスさせる装置と、を備えている。

特許文献２は、充填機構を用いて容器を充填する方法を示している。充填機構は、容器を液体で規則的に充填するための第一の充填モードで駆動される。充填機構は、容器不具合の後は少なくとも一つの機サイクルの間、第二の充填モードで駆動される。第一の充填モードは、充填済み容器の圧力解放を制御下で行なうステップを備えている。

飲料充填設備においては、経済的理由から、長い製造サイクルが必要とされる。しかし、圧力解放プロセスにおいては、解放された加圧ガスによって充填物エアロゾルが常に引きさらわれることにより、充填物粒子が解放導管内に堆積する。解放導管の出口では、堆積した充填物粒子が殺菌されていない外気と接触するので、そこに細菌が堆積する。堆積した細菌は、この環境内で急速に増殖することにより、解放導管内にバイオフィルムが形成される。当該バイオフィルムが充填弁に至るまで激しく増殖することがあり、容器、充填弁、充填物の少なくとも一つを汚染するおそれがある。上記の長い製造サイクルは、このようなバイオフィルムを形成可能にするのに充分であって、そのバイオフィルムが充填ユニットと容器を汚染してしまう。これを避けるため、製造サイクルが制限されて清掃サイクルが短くなり、飲料充填設備の望ましくない停止時間をもたらす。

国際公開第２０１０／０００４３１（Ａ１）号パンフレット 独国特許出願公開第１０２０１１０５６７０７（Ａ１）号明細書

したがって、本発明の課題は、既知の従来技術よりも改良された炭酸入り充填物を容器に充填する装置を提供することである。

この目的は、請求項１に記載の特徴を備える容器充填装置により達成される。さらなる有利な構成は、従属請求項に記載の特徴により得られる。

ここに提案される装置は、好ましくは飲料充填設備において、充填用容器に炭酸入り充填物を充填する装置である。当該装置は、充填用容器を充填するための充填弁、充填済み容器内に存在する過剰圧を逃がすための解放弁を備えた解放装置、および無菌領域を有し、その領域内に充填用容器の容器開口部と接続するための充填弁の少なくとも一つの排出口が収容されている。本発明によれば、無菌領域内へ過剰圧を逃がすための解放装置が、無菌領域と連通している。

解放装置が無菌領域と連通しており、かつ過剰圧を無菌領域内へ逃がすことによって、容器を搬出する際に充填物の汚染をもたらすことがない。解放装置の排気口は、同様に無菌領域内へ開口し、かつそれと連通しているので、従来知られている構成に比較して、解放装置の排気口が微生物と細菌に曝される可能性が著しく減少されている。それにより、製造サイクルが長い場合でも、解放装置内のバイオフィルムの形成を減少させ、あるいは回避できる。したがって、本装置と本装置を備える設備（好ましくは飲料充填設備）の少なくとも一方において、従来技術に比較して長い製造サイクルを、搬出領域の顕著な細菌汚染なしで実現できる。

さらに、解放装置が無菌領域内へ直接排気することによって、密閉と清掃が面倒な複雑な配管を省略できる。

無菌領域内へ直接排気することによって、さらに、解放装置の領域内の動的な封止を省略できる。すなわち、例えば回転充填機において、解放装置は、回転する充填弁から直接的に無菌領域を包囲するアイソレータの回転する壁内へ通じることができ、解放装置の領域内に互いに対して回転する部分やユニットが配置されることはない。換言すると、解放装置は充填カルーセルと共に回転する。これにより、設備コスト、保守コスト、維持補修コストの少なくとも一つを抑制できる。

解放装置が解放弁を備えていることによって、解放装置の開放と閉鎖、およびそれに伴う容器の搬出は、解放弁を介して時間的に制御できる。

好ましい構成において、解放装置は排気口を備えた解放通路を有しており、当該解放通路の排気口は、無菌領域内へ開口している。

これにより、容器内に存在する加圧ガスが、無菌領域内へ逃げるために解放装置を通って移動する距離を最小限にできる。また、排気口の位置は、充填弁の排出口の位置に対し、排気口を通して加圧ガスを逃がすことにより充填物粒子と充填物エアロゾルの少なくとも一方が充填弁の排出口や充填前後の容器の口領域あるいはその外側へ達することがないように定められる。

勾配を備える解放通路を適切に形成することによって、充填物粒子と充填物エアロゾルの少なくとも一方が勾配に沿って滑り移動できる。したがって、装置の一部と充填物の少なくとも一方を汚染するおそれのあるバイオフィルムが形成されない。また、凝結したガスや蒸気、あるいは装置を清掃するために使用される清掃液が、解放装置の内壁に接して解放装置から完全に流出するようにできる。

好ましい代替的な実施形態において、解放装置は、無菌領域の無菌排気管と連通している。

解放装置が無菌領域の無菌排気管と連通していることによって、充填済み容器から解放される充填物エアロゾルは直接排気管内へ逃げることができる。これにより、容器を中心とする無菌領域は損なわれず、充填物エアロゾルが容器上に堆積することもない。すなわち排気口は、容器および充填弁から遠く離して配置できる。

好ましい他の形態において、解放装置は、回転分配器を介して無菌領域と連通する。

これにより、回転充填機に多数の装置が配置されている場合に、各充填機構の配管は共通の回転分配器と接続され、その回転分配器から少なくとも一つの共通の排気導管が無菌領域内へ開口する。その場合、配管は、少なくとも部分的に回転分配器内へ統合されていることが好ましい。これにより、部品数、材料に対する要求、設備コスト、保守コストの少なくとも一つを抑制でき、効率的な駆動を保証できる。この構成は、後付けも簡単に可能である。

好ましい構成において、解放装置は、過剰圧を管理して解消させるための絞りユニットを備えている。

絞りユニットを設けることによって、容器から逃がすべき加圧ガスの体積流を制御し、充填物からの二酸化炭素の放出と充填物の泡立ちの少なくとも一方を防止できる。これにより、与圧圧力の急激な低下に基づく充填損失を防止できる。すなわち充填すべき充填物および容器について圧力解放を最適に調節することができ、例えば圧力解放の推移を充填物の飽和圧力に関連付けて調節できる。長いネックと狭いヘッド空間とを備える容器は、短いネックと大きいヘッド空間とを備える容器よりも長い解放時間を必要とするからである。必要に応じて、複数段階あるいは複数ステップの圧力解放を行なうこともできる。

上記の目的は、請求項７に記載の特徴を備える方法によっても達成される。さらなる有利な構成は、従属請求項に記載の特徴により得られる。

ここに提案される方法は、好ましくは飲料充填設備において、上述の実施形態に係る装置によって炭酸入り充填物を容器に充填する方法である。本発明によれば、充填済み容器内に存在する過剰圧が、解放装置によって解放され、無菌領域内へ逃がされる。

本発明の好ましい他の実施形態は、以下の図の説明によりさらに例示される。

アイソレータ内で容器に充填物を充填する回転充填機を模式的に示す。当該回転充填機は直接アイソレータ内へ排気する解放装置を備えている。 図１に基づく回転充填機を模式的に示す。当該解放装置は、回転分配器と接続されたアイソレータ内へ連通する導管配置を備えている。 図２に基づく回転充填機を模式的に示す。当該解放装置は、無菌排気管と接続されている。

以下、図を参照しつつ好ましい実施例を説明する。同一、同様、あるいは同等の部材は、同一の参照符号で示される。冗長性を避けるために、以下の説明においては、これらの部材を繰り返し説明することを一部省略する。

図１は、それぞれ充填用容器４に充填物を充填するための複数の充填機構１を備える回転充填機１００を示している。充填物供給部２０を介して充填物タンク２（例えば模式的に示す中央ボイラー）に、充填用容器４内へ充填すべき充填物が供給される。当該充填物は、好ましくは炭酸入り充填物（ソフトドリンク、ミネラルウォーター、ビールなど）である。

炭酸は、大気圧下では充填物から放出されてしまうので、充填物タンク２には加圧ガス供給導管２４を介して導入された加圧ガスにより過剰圧が供給される。その場合、加圧ガスとして二酸化炭素が供給される。あるいは、窒素または酸素のような他の気体も加圧ガスとして供給できる。したがって、充填物タンク２は過剰圧下にあり、充填物上には好ましくは二酸化炭素雰囲気が充分に高い圧力下で存在し、その高い圧力が充填物からの二酸化炭素の放出を阻止するので、充填機構１には所望の炭酸入り充填物が存在し、当該充填物は、その後周知の手法で充填用容器内へ充填されうる。

充填物タンク２は、充填弁３と接続されている。充填物は、その充填弁を通して充填用容器４に充填される。充填用容器４は、容器収容部４２内に収容されている。容器開口部４０もしくは口は、その容器収容部を通して充填弁３の排出口３０へ押圧され、排出口３０と容器開口部４０の間に液密かつ気密の接触が形成される。

充填中に二酸化炭素が充填物から放出される。したがって、充填プロセス中に充填物の激しい泡立ちが生じて効率的な充填を阻止することを防止するために、充填用容器４は加圧ガスによって与圧される。加圧ガスは、例えば充填物タンク２から加圧ガス導管２２を介し、充填弁３に設けられている弁を介して、すでに排出口３０に気密に圧接されている充填用容器４へ案内されうる。充填弁３が開放されると、加圧ガスは、容器４内へ流入する充填物によってガス還流パイプを介して、再び充填物タンク２内へ押し戻される。このプロセスは、原理的に知られており、「逆圧充填」とも称される。換言すると、充填物は、過剰圧下にある充填物タンク２から、同様に過剰圧下にある充填用容器４内へ充填される。

その後、充填済み容器４を排出口３０から外す前に、容器４内に存在する圧力が制御解放される。これによっても二酸化炭素の過剰な放出が抑制される。すなわち、容器開口部４０と排出口３０の間の気密の接続が即座に解除される場合には、過剰圧が急激に解消されることにより充填物内に溶けている二酸化炭素の一部が同様に急激に放出され、これに伴って充填物の一部が容器から流出もしくは溢流することがあり得る。「解放」とも称される、過剰圧の排出を制御下で行なうことによって、この溢流を然るべく抑制できる。

充填物が酸素に敏感な場合に充填物をさらに丁寧に扱うために、充填用容器４は、充填に先立つ与圧の前に、さらに不活性の洗浄ガス（例えば二酸化炭素など）によって、洗浄されうる。

回転充填機１００は、さらにアイソレータ５を備えており、その内部に無菌領域６が設けられている。飲料充填装置にこの種の無菌領域６を設けること自体は公知である。その場合、充填弁３の排出口３０と容器収容部４２および容器４は無菌領域６内に配置されているので、充填用容器４内への充填物の滅菌した充填が可能である。換言すると、開放された充填用容器４は、無菌の雰囲気内でまず容器収容部４２へ移送されうる。充填用容器４は、容器収容部４２に収容された後、排出口３０へ圧接される。充填後に、充填済み容器４は、再び排出口３０から外され、さらに無菌の雰囲気内で後段に接続されている閉鎖器へ移送されうる。アイソレータ５およびその中に保持されている無菌の雰囲気によって、充填用容器４と充填済み容器４およびその中に収容されている充填物の細菌汚染が最小限に抑えられるので、充填物は可及的に高い安定性を得る。

容器４と排出口３０が無菌の雰囲気６内で案内されることによって、これらの部材の細菌汚染を抑制できる。無菌領域は、実質的に大気圧を有している。その場合、無菌領域６内には、アイソレータ５の外部の無菌でない雰囲気よりもわずかな過剰圧が供給されていることが一般的である。これにより、万一漏れ箇所があった場合にそこにおいて、あるいは無菌領域６内へ容器４を搬送する搬送ゲートにおいて、無菌領域６内へ汚染する物質が達しないようにできる。

図１には、他の容器収容部４２’に収容されている他の容器４も示されている。他の容器収容部４２’は、容器収容部４２に比較して下がった状態にあるので、容器４と排出口３０は互いに離れている。その場合、容器収容部４２’は、容器４を搬送する搬送位置にある。充填用容器４は、その位置において不図示の供給スターホイールから搬送され、充填済み容器４は、不図示の出口スターホイールへ搬送される。図示された回転充填機１００においては、取り出すための搬送位置と戻すための搬送位置が互いに並んでいるので、容器を処理するためのより大きい処理角度が提供されている。その場合、充填物タンク２は、回転軸線Ｒを中心に回転するように配置されている。あるいは、充填物タンク２を固定的に配置し、回転分配器を介して充填物を個々の回転する充填弁へ案内することもできる。同様に、充填物タンクを回転するリング容器として設けることも可能である。

その場合、充填物タンク２に固定的に配置されている充填機構１は、充填物タンク２と共に回転する。充填弁３は、回転するアイソレータ天井５０と気密に接続されている。アイソレータ天井５０は、例えばサージタンク５４の形態である動的なシールによって、固定的に配置されているアイソレータ槽５２に対して気密に密閉されている。その場合、排出口３０は、無菌領域６によって包囲されるように配置されている。

図１に示される装置１は、充填弁３と接続された解放装置７をさらに備えている。ガス経路の開放と閉鎖を解放装置７によって開ループ制御もしくは閉ループ制御できるようにするために、解放弁７０が設けられている。その場合、解放装置７は、解放導管７１を有している。解放導管７１の排気口７２は、アイソレータ天井５０を通って無菌領域６内へ開口している。すなわち、充填済み容器４の圧力解放を行なう場合、容器開口部４０と充填弁３の排出口３０との間の気密の接続を解除する前に、加圧ガスが無菌領域６内へ直接排気される。

この構成によって、容器４の圧力を解放する際に充填物に汚染をもたらすことが防止される。解放装置７の排気口７２は、無菌でない外気と接続されることはなく、よって解放装置７内へ細菌が達することもないからである。さらに、長い製造サイクルの間に解放装置７内にバイオフィルムが形成され、そのバイオフィルムが解放導管７１を伝って充填弁３に至るまで増殖し、最終的に充填物と充填用容器４の少なくとも一方を汚染することを排除できる。したがって、従来技術よりも簡単な手法で、回転充填機１００の衛生状態が改良される。

解放導管７１には勾配が設けられているので、充填物粒子と充填物エアロゾルの少なくとも一方は、勾配に沿って滑るように下降し、装置１の部分と充填物の少なくとも一方を汚染させてしまうバイオフィルムが形成されない。さらに、凝結したガスや蒸気、あるいは装置１を清掃するために使用される清掃液は、解放装置７の内壁に接して解放装置７から完全に流出されうる。

解放装置７内には、絞り装置がさらに設けられている。その絞り装置によって充填済み容器４から案内すべき加圧ガスの体積流が制御可能となり、これにより管理された排気が達成される。それに伴い、充填物の発泡と、与圧の急激な低下に基づく充填損失が防止される。すなわち、充填すべき充填物と容器４の圧力解放は、最適に調節されうる。例えば充填物の飽和圧力に対する圧力解放の推移を調節できる。

処理角度の範囲内で、回転充填機１００に種々の処理領域が設けられており、それらの処理領域内で容器４が様々な処理工程を経る。滅菌、排気、中間洗浄の少なくとも一つのような前処理ステップの後、容器４が充填物タンク２からの加圧ガスによって与圧される。次に充填弁３が開放され、充填用容器４に充填物の充填が開始される。充填工程（必要に応じて充填高さ補正も）が終了した後に、容器４は沈静化および圧力解放されねばならない。後続の沈静化および圧力解放段階は、充填圧を低下させて、充填物からの二酸化炭素の放出、およびそれに伴う泡形成による充填損失を回避するために行なわれる。沈静化時間において、充填物内にガス状で存在する二酸化炭素が増加するので、圧力解放する際に泡形成をもたらすことがない。必要に応じて、圧力解放は、複数のステップまたは段階で行なわれうる。解放装置７を介して容器４のヘッド空間の圧力を解放した後、容器４内は、再び無菌領域６内を占める圧力となる。次に、容器収容部４２を下降させることにより、容器４は、搬送位置へ移動され、好ましくは後段に配置されている閉塞器へ搬送される。

図２は、図１に基づく回転充填機１００を模式的に示している。本例においては、解放装置７は、回転分配器８と接続された導管配置７３を備えている。解放導管７１は、固定的に配置されている。解放導管７１は、回転分配器８から無菌領域６内へ向いている。各装置１の導管配置７３は、共通の回転分配器８と接続されている。これにより部品数、材料に対する要求、設備コスト、保守コストの少なくとも一つが抑制され、効率的な駆動を保証できる。

この場合においても、充填弁３の排出口３０と充填済み容器４の容器開口部４０との間の気密の接続を解除する前に、充填済み容器４のアイソレータ５内への、そしてそれに伴う無菌領域６内への排気が行なわれる。この実施形態においても、解放導管７１の排気口７２が無菌領域６内へ開口することにより、最終的に充填物を損なうおそれのある細菌が解放導管７１内に住み着くことがないようにできる。

図３は、図２の回転充填機１００を模式的に示している。本例においては、解放装置７（特に解放通路７１）が無菌領域６の無菌排気管６０と接続されている。無菌排気管６０によって、無菌領域６内の過剰圧が制御解消され、もしくは無菌領域６内へ無菌の供給空気が常に流入されるので、無菌領域６は、常に無菌空気によって貫流される。排気配管６０は、配水管としても用いられることが好ましい。

解放通路７１が無菌排気管６０と接続されていることによって、ここでも解放通路７１の排気口７２が無菌領域６内へ開口するようにできる。無菌領域内には無菌空気が存在するため、細菌による解放通路７１の汚染を抑制できる。また、排気口７２は、容器４と充填弁３の排出口３０から最大限に離れて配置されている。これにより、バイオフィルムが著しく成長することに対する特に高い安全性が実現されうる。

適用可能であれば、実施形態に示されているすべての個々の特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、組み合わせと置き換えの少なくとも一方が可能である。

１００：回転充填機、１：充填機構、２：充填物タンク、２０：充填物供給部、２２：加圧ガス導管、２４：加圧ガス供給導管、３：充填弁、３０：排出口、４：容器、４０：容器開口部、４２、４２’：容器収容部、５：アイソレータ、５０：アイソレータ天井、５２：アイソレータ槽、６：無菌領域、６０：無菌排気管、７：解放装置、７０：解放弁、７１：解放通路、７２：排気口、７３：導管配置、８：回転分配器

Claims (10)

1. 充填用容器（４）に炭酸入り充填物を充填する装置であって、
   充填用容器（４）を充填するための充填弁（３）と、
   充填済み容器（４）内に存在する過剰圧を解放するための解放弁（７０）を備えている解放装置（７）と、
   無菌領域（６）と、
   を備えており、
   前記充填用容器（４）の容器開口部（４０）と接続するための前記充填弁（３）の少なくとも一つの排出口（３０）は、前記無菌領域（６）内に収容されており、
   前記解放装置（７）は、前記無菌領域（６）内へ過剰圧を逃がすために前記無菌領域（６）と連通しており、
   前記解放装置（７）は、排気口（７２）を備えた解放通路（７１）を有しており、
   前記解放通路（７１）の排気口（７２）が前記無菌領域（６）内へ開口しており、
   前記解放通路（７１）は、前記排気口（７２）に向かう下り勾配を有している、
   装置。
2. 前記解放装置（７）は、アイソレータ（５）によって包囲されている前記無菌領域（６）と連通している、
   請求項１に記載の装置。
3. 充填用容器（４）に炭酸入り充填物を充填する装置であって、
   充填用容器（４）を充填するための充填弁（３）と、
   充填済み容器（４）内に存在する過剰圧を解放するための解放弁（７０）を備えている解放装置（７）と、
   無菌領域（６）と、
   を備えており、
   前記充填用容器（４）の容器開口部（４０）と接続するための前記充填弁（３）の少なくとも一つの排出口（３０）は、前記無菌領域（６）内に収容されており、
   前記解放装置（７）は、前記無菌領域（６）内へ過剰圧を逃がすために前記無菌領域（６）と連通しており、
   前記解放装置（７）は、前記無菌領域（６）の無菌排気管（６０）と連通している、
   装置。
4. 充填用容器（４）に炭酸入り充填物を充填する装置であって、
   充填用容器（４）を充填するための充填弁（３）と、
   充填済み容器（４）内に存在する過剰圧を解放するための解放弁（７０）を備えている解放装置（７）と、
   無菌領域（６）と、
   を備えており、
   前記充填用容器（４）の容器開口部（４０）と接続するための前記充填弁（３）の少なくとも一つの排出口（３０）は、前記無菌領域（６）内に収容されており、
   前記解放装置（７）は、前記無菌領域（６）内へ過剰圧を逃がすために前記無菌領域（６）と連通しており、
   前記解放装置（７）は、回転分配器（８）と接続されており、かつ当該回転分配器（８）を介して前記無菌領域（６）と連通している、
   装置。
5. 充填用容器（４）に炭酸入り充填物を充填する装置であって、
   充填用容器（４）を充填するための充填弁（３）と、
   充填済み容器（４）内に存在する過剰圧を解放するための解放弁（７０）を備えている解放装置（７）と、
   無菌領域（６）と、
   を備えており、
   前記充填用容器（４）の容器開口部（４０）と接続するための前記充填弁（３）の少なくとも一つの排出口（３０）は、前記無菌領域（６）内に収容されており、
   前記解放装置（７）は、前記無菌領域（６）内へ過剰圧を逃がすために前記無菌領域（６）と連通しており、
   前記解放装置（７）は、前記無菌領域（６）内の過剰圧を制御解消させるための絞りユニットを備えている、
   装置。
6. 飲料充填設備内で前記充填用容器（４）に炭酸入り充填物を充填するように構成されている、
   請求項１、３、４、および５のいずれか一項に記載の装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の装置によって、充填用容器（４）に炭酸入り充填物を充填する方法であって、
   前記解放装置（７）が過剰圧を前記無菌領域（６）内へ逃がすことによって、前記充填済み容器（４）内に存在する過剰圧が解放装置（７）を介して解放される、
   方法。
8. 前記解放は、前記解放装置（７）の解放通路（７１）を介して行われ、当該解放通路（７１）の排気口（７２）が前記無菌領域（６）内へ開口している、
   請求項７に記載の方法。
9. 前記解放は、前記解放装置（７）を介して前記無菌領域（６）の無菌排気管（６０）内へ行なわれる、
   請求項７または８に記載の方法。
10. 前記解放は、回転分配器（８）と接続された前記解放装置（７）の導管配置（７３）を介して行なわれる、
    請求項７から９のいずれか一項に記載の方法。

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