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1. CN103313929 - 液化气添加用喷嘴

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液化气添加用喷嘴


技术领域
本发明涉及用于向塑料制瓶子等容器的顶部空间添加液态氮等液化 气的液化气添加用喷嘴。
背景技术
以往使用如下方法:向轻量化、薄壁化的罐容器内填充了内容液后、 添加液态氮等液化气从而使罐容器内正压化、加强罐容器。即,在填充到 罐容器内的内容液的液面与容器顶板之间的间隙(顶部空间)内使上述液 化气气化,从而使罐容器的内压升高,由此能够加强罐容器的强度。
但是,为了使罐头等的品质保持恒定,需要分别以恒定量将液化气填 充到罐容器内以使得顶部空间内的液化气的压力不会产生不均。并且,为 了提高生产效率,需要一边使罐容器高速行走、一边将内容液以及液化气 准确地填充到罐容器内。
以往,为了解决该问题,将分别连续流下恒定流量的液化气的多个吐 出(喷出)孔排成一列或多列,在这些吐出孔下方,使填充有内容液的罐 容器行走,向各罐容器的顶部空间内分别以预定量添加液化气。通过从一 列或多列排列的多个吐出孔作为细流而流下,与从1个吐出孔流下同量的 液化气的情况相比,对液面的冲击小。在从1个吐出孔流下的情况下,碰 撞液面时的冲击大,液化气向罐容器外飞散。液化气若气化,则体积变为 大约800倍之多,所以若飞散,则罐容器的内压的不均相应地变大。因此, 若除去在液化气添加时伴随容器的输送而容器内的液面大幅振动的情况、 不维持多股细流而变为一股的情况,则能缓和液化气碰撞到液面时的冲击、 不会飞散。结果,每个罐头的内压的不均变小,能够防止产生由于过度封 入气体导致的罐容器的鼓出变形、过少封入气体导致的罐容器的凹入(例 如参见专利文献1)。
另外,上述罐容器用铝、不锈钢等金属材料做成、刚性较高,所以在 添加液化气、密封时,即使罐容器内的压力产生某种程度的不均也不会特 别产生问题。
但是,在容器为塑料制的情况下,与金属制的情况相比容易变形,所 以内压的不均大。在内压大的情况下,若容器为瓶子,则其底部从凹反转 为凸、甚至会破裂。另外,在内压小的情况下,瓶子的强度不足,会引起 在输送期间出现堆积的货物坍塌、或在自动贩卖机内堵塞这样的问题。这 样的不良情况,尤其是在为了轻量化、省资源化等而被薄壁化的塑料制容 器中容易产生。
因此,在向塑料制容器填充内容液时,需要比金属制容器的情况更严 密地控制内压。
该塑料制容器的内压主要因液化气的添加量产生,所以若将添加量保 持为恒定,则能够减小内压的不均。但是,在顶部空间小的情况下,液化 气由于与内容液的液面接触时的冲击而容易溅出到容器外。另外,根据内 容液的温度的高低、液化气的添加量的多少等,液化气的溅出方式也不同。 因此,需要根据这样的条件不同,微调液化气的添加量。如上所述,由于 液化气的添加量因液化气的飞散即使很微小地变化,气化后的体积也会为 大约800倍之多,所以需要根据上述条件不同来细微调整液化气的添加量, 由此来尽量消除液化气的飞散、消除容器彼此之间的内压的不均。
以往,作为这样的微调液化气的添加量的手段,提出了图7(A)所示 的液化气添加用喷嘴(例如,参见专利文献2)。
该液化气添加用喷嘴,包括配置成与容器1的顶部空间2相对向的筒 体(cylinder)3、和能够滑动地插入该筒体3内的插塞(plug)4。并且, 在筒体3的内周面,沿着筒体轴地形成有供液化气G通过的多条沟槽5, 在插塞4设置有开闭阀6,当该插塞4的顶端向筒体3的出口侧移动时,
开闭阀6将所有沟槽5关闭、将液化气G的切断,当插塞4的顶端向筒体 3的入口侧移动时,开闭阀6将所有沟槽5打开、允许液化气G的流动。
另外,筒体3的沟槽5中,筒体周方向上的宽度大致恒定,筒体半径 方向上的深度随着从筒体入口侧向出口侧变浅,结果,如图7(A)所示插 塞4位于筒体入口侧时,喷嘴的开口面积大,液化气G的吐出量大,如图 7(B)所示插塞4位于筒体出口侧时,喷嘴的开口面积小、液化气G的吐 出量变少。
因此,在将液化气G的吐出量向增量侧微调的情况下,如图7(A) 所示使插塞4靠近筒体入口侧、使喷嘴的开口面积变大,使液化气G吐出 多一些,另外,在将液化气G的吐出量向减量侧微调的情况下,如图7(B) 所示,使插塞4靠近筒体出口侧、将喷嘴的开口面积减少,将液化气G的 吐出量减少,由此能够消除上述不良。
专利文献1:日本特公昭63-44609号公报
专利文献2:日本专利第3587647号公报
但是,专利文献2记载的液化气添加用喷嘴,在如图7(A)所示为了 吐出大量的液化气G而将喷嘴的开口面积设定得大的情况下,从各沟槽5 流出的液化气G的细流大致平行地到达顶部空间2内的液面a,而随着如 图7(B)所示为了减少液化气G的吐出量而将喷嘴的开口面积设定得小, 从各沟槽5流出的液化气G的细流在顶部空间2内的液面a附近合流、集 束成一股液流。这是因为,插塞4的顶端越位于喷嘴的开口面积小之处, 通过沟槽5的细流从沟槽底的斜面受到越大的作用力。于是,液化气G与 液面a激烈地冲突,向顶部空间2之外弹出,所以内压的不均变大。这样, 通过将沟槽5设为多条来缓和液面冲击的功能消失。
另外,通过液化气G与顶部空间2内的空气置换,还起到防止内容液 A的氧化的作用,在沟槽为多条的情况下,与1条的情况相比,与外部气 体接触的表面积大,所以相应地气化量多、容易与空气置换。但是,若如 图7(B)所示多股细流集束成一股,则表面积变小,相应地气化量减少。 由此,若设为多条则气体置换效果高,结果,减少初始氧化。
发明内容
因此,本发明的目的在于,提供一种能够消除上述问题的液化气添加 用喷嘴。
本发明者们为了解决上述课题采用下述构成。
本发明是一种液化气添加用喷嘴,向具有顶部空间的容器内添加液化 气,其特征在于,包括:配置成与容器的顶部空间相对向的筒体;和能够 滑动地插入该筒体内的插塞,在上述筒体的内周面,与筒体的轴平行地形 成有供液化气通过的多条沟槽,在上述插塞设有开闭阀,该开闭阀,当该 插塞的顶端向上述筒体的出口侧移动时将上述所有沟槽关闭、切断液化气 的流动,当插塞顶端向上述筒体的入口侧移动时,将上述所有沟槽打开、 允许液化气的流动,上述筒体的沟槽形成为深度大致恒定、且宽度从上述 筒体的入口侧向出口侧逐渐变窄,由此,随着上述插塞顶端从上述筒体的 入口侧向出口侧移动,能够使从筒体出口侧吐出的液化气吐出量逐渐减少, 并且不论上述插塞顶端的移动位置如何,从筒体出口的各沟槽流出的液化 气都能够成为与筒体轴大致平行的细流、向上述顶部空间内吐出。
上述液化气添加用喷嘴中,其特征在于,上述筒体的各沟槽以筒体的 内面圆筒形的母线为对称轴而左右对称形成。
上述液化气添加用喷嘴中,其特征在于,上述各沟槽形成为其两侧壁 之间的夹角α为0°<α<20°。
上述液化气添加用喷嘴中,其特征在于,上述沟槽的条数为32条以下。
根据本发明,不论液化气添加用喷嘴的开度如何,都能够使从筒体出 口的各沟槽流出的液化气的所有细流与筒体轴平行地向顶部空间内吐出。 因此,不论液化气的吐出量多少,都能够维持细流的平行状态,所以与液 面接触时的冲击小,能够使容器彼此之间的内压的不均小。因此,即使在 向薄壁的塑料制容器填充了内容液的情况下,也能够保持容器彼此之间的 形状的均匀性、能够将饮料装入容器(飲料詰め容器)的品质维持恒定。
另外,由于不论液化气的吐出量多少都能够维持细流的平行状态,所 以与外部气体接触的表面积大、气化量多,因此,能够将顶部空间内的空 气顺畅地置换为液化气。因此,能够相应地减少顶部空间内的空气的残留, 防止内容液的氧化,长期维持饮料装入容器的品质。
附图说明
图1是填充了内容液、在顶部空间内添加了液化气、用盖密封了塑料 制瓶子的主视图。
图2是具有本发明的液化气添加用喷嘴的液化气添加装置的概略垂直 剖面图。
图3(A)是表示本发明的液化气添加用喷嘴的筒体的俯视图,图3(B) 是筒体的垂直剖面图。
图4(A)是表示本发明的液化气添加用喷嘴的插塞的插塞的局部切去 主视图,图4(B)是插塞的仰视图。
图5是在关闭了喷嘴的状态下表示的液化气添加装置的主要部分的局 部切去垂直剖面图。
图6是在将喷嘴以所希望的开度打开了的状态下表示的液化气添加装 置的主要部分的局部切去垂直剖面图。
图7(A)是表示以往的喷嘴的、以较大开度打开了的状态的喷嘴的垂 直剖面图,图7(B)是以较小开度打开了的状态的喷嘴的垂直剖面图。
具体实施方式
下面说明用于实施本发明的实施方式。
首先,说明使用该液化气添加用喷嘴添加了液化气的容器的一个例子。
如图1所示,该容器是填充有饮料等内容液A的瓶装容器,具有塑料 制的瓶子6和塑料制的盖7,瓶子6被盖7密封。
瓶子6通过将大致试管状的预制件吹塑成形而形成。作为瓶子的主要 材料,能够使用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PLA(聚乳酸)、PE N(聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、聚乙烯等各种树脂。
在瓶子6的上侧设置有具有圆形的开口的头部6a。在头部6a形成有 阳螺纹8,通过在该阳螺纹8螺纹接合盖7的阴螺纹9,密封瓶子6的头部 6a的开口。
在瓶子6的头部6a内或瓶子6的主体内存在内容液A的液面a,在该 液面a和盖7的顶板之间的顶部空间(head space)2内充满了惰性气体的 液化气G。
液化气G例如是液态氮,在瓶子6填充了内容液A之后被添加到顶部 空间2内,同时成为气体而充满顶部空间2内。另外,同时顶部空间2内 的空气被置换为氮气,由此从顶部空间2内排除氧。
另外,在瓶子6的头部6a,在阳螺纹8的下方设有支承环10。瓶子6, 一边被未图示的夹钳把持支承环10而在内容液A的充填装置内行走,一 边被从头部6a的开口填充内容液A,接着向顶部空间2内添加液化气G, 通过拧盖(キャップ巻締め)装置被密封。
接着,说明向上述填充有内容液A的瓶子6的顶部空间2内添加液化 气G的液化气添加装置。
如图2所示,液化气添加装置具有液化气储存槽箱11,在该液化气储 存槽箱11的底部具备液化气添加用喷嘴12。
液化气储存槽箱11的槽箱壁由真空绝热壁形成,在液化气储存槽箱 11内储存有例如为液态氮的液化气G。在液化气储存槽箱11内,插入液 化气供给管13和液面计14。从液化气供给管13向槽箱11内供给液化气 G,以使得槽箱11内的液化气G一直保持液面计14所设定的液化气G的 预定的液面高度。
在液化气储存槽箱11的底部,呈筒状设有用于防止液化气添加用喷嘴 12结露的喷嘴加热器23。
在液化气供给管13,安装有气液分离器15。利用气液分离器15从通 过液化气供给管13供给到槽箱11内的液化气G分离气体成分,该气体从 连接于液化气储存槽箱11的排气管16被排出到槽箱11外。另外,液体成 分从气液分离器15的下部的小孔15a滴下到储存在槽箱11内的液化气G 上。
液化气添加用喷嘴12如图2所示,具有:配置成与作为容器的瓶子6 的顶部空间2相对向的筒体17、和能够滑动地插入在该筒体17内的插塞 18。
如图3(A)(B)所示,在筒体17的内周面,与筒体轴19a平行地 形成有供液化气G通过的多条沟槽19。在图示例中,沟槽19的条数是四 条,但也可以是两条、三条,也可以多于四条。多条沟槽19优选在筒体 17的内周面在其周方向上以相等角度间隔形成。
市场上出售的PET瓶子的注出口的外径大约是28mmφ~65mmφ, 所以通过将筒体17的口径增大,能够将沟槽19的条数增加到32条左右。
另外,各沟槽19如图3(B)所示,形成为:深度大致恒定,宽度从 筒体17的入口侧17a(图3(B)的纸面的上侧)朝向出口侧17b(图3(B) 的纸面的下侧)逐渐变窄。由于深度大致恒定,所以如图3(B)所示沟槽 底的倾斜角β是大约90°。
各沟槽19如图3(B)所示,优选以筒体17的内面圆筒形的母线为对 称轴左右对称地形成。另外,各沟槽19优选形成为其两侧壁之间的夹角α 为0°<α<20°。
如图2所示,上述喷嘴加热器23的下部隔着缝隙24向液化气添加用 喷嘴12的下侧绕入。与该缝隙24导通的气流(フローガス)导入管25 贯通喷嘴加热器23的筒壁。从气流导入管25供给的气流通过缝隙24向喷 嘴12的前方吹出。该气流例如是氮气,气体优选是干燥状态。通过该气流 向喷嘴12的前方吹出,防止外部气体(大气)的进入。
如图4(A)(B)所示,插塞18是圆柱形,其外周面与筒体17的内 周面接触且能够滑动。
在插塞18的上方,设置有用于将上述筒体17的所有沟槽5同时开闭 的开闭阀22。另外,与开闭阀22对应地,在上述筒体17的上部形成有研 钵状的阀座26。如图5所示,当该插塞18的顶端向筒体17的出口侧移动 时,开闭阀22将所有沟槽19关闭而切断液化气G的流动,如图6所示, 当插塞18的顶端向筒体17的入口侧17a移动时,开闭阀22打开所有沟槽 19而允许液化气G的流动。
如图2所示,插塞18悬吊在操作棒27,操作棒27向上方贯通液化气 储存槽箱11的顶壁。在顶壁上设置用于使操作棒27往复运动的伺服电机 28。
通过驱动该伺服电机28,插塞18经由操作棒27能够停止在图5所示 的位置,还能够停止在比图5所示的位置靠上方的例如图6所示的所希望 的位置。由此,随着插塞18的顶端从筒体17的出口侧17b向入口侧17a 移动,所有沟槽19的开度变大,所以能够渐增调节从筒体17的出口侧17b 吐出的液化气吐出量,相反,随着插塞18的顶端从筒体17的入口侧17a 向出口侧17b移动,所有沟槽19的开度变小,所以能够渐减调节从筒体 17的出口侧17b吐出的液化气吐出量。
另外,如上所述,筒体17内的沟槽19形成为深度大致恒定、宽度从 筒体17的入口侧朝向出口侧逐渐变窄,所以不管插塞顶端的移动位置如 何,从筒体出口的各沟槽19流出的液化气G都能够成为与筒体轴大致平 行的细流、不相交地吐出到上述顶部空间2内。即,不论插塞顶端的位置 如何,液化气G的细流都保持图6所示的流动的状态。
以往,如图7(B)所示,若为了减少液化气G的吐出量,将喷嘴12 的开度、即所有沟槽19的开口面积设定得小,则从各沟槽19流出的液化 气G的细流在顶部空间2内的液面a的附近合流而成为一股,与液面a激 烈地冲撞。结果,液化气G弹到顶部空间2之外、容器彼此之间的内压的 不均变大。另外,由于液流集束成一股,所以与外部气体接触的表面积变 小,相应地气化量减少,结果出现在顶部空间2内残留空气,内容液A容 易被氧化的问题。但是,通过使用上述本发明的喷嘴12,不论喷嘴12的 开度如何,从各沟槽19流出的液化气G流都保持着与筒体轴平行的细流 而与内容液A的液面a均等地碰撞,对液面的冲击小、内压的不均变小。 另外,液化气G的细流维持着平行状态而流入到顶部空间2内,所以与外 部气体接触的表面积变大,相应地气化量增加,防止空气残留在顶部空间 2内。
接着,说明上述装置的作用。
(1)最开始,图2所示的液化气添加装置的喷嘴12如图5所示关闭。 即,在喷嘴12内,插塞18的顶端向筒体17的出口侧17b移动,与插塞 18成为一体的开闭阀22关闭筒体17内的所有沟槽19,由此将液化气G 的流动切断。
在液化气添加装置的液化气储存槽箱11内,例如为液态氮的液化气G 以恒定的液面高度储存。
(2)根据瓶子6的顶部空间2的容量、内容液A的种类等多种条件, 决定液化气G的添加量,驱动液化气添加装置的伺服电机28使插塞18在 筒体17内向所希望的位置移动,例如在图6所示的位置停止。由此,与在 插塞18的顶端和筒体17的内周面之间划定的所有沟槽19的截面积对应 地,确定液化气G的添加量。
另外,随着插塞18的移动,开闭阀22从阀座26离开、将筒体17的 所有沟槽19与液化气储存槽箱11之间打开,由此,液化气储存槽箱11 内的液化气G通过所有沟槽19吐出。
(3)在上述开闭阀22打开之前,已填充了内容液A的瓶子6以恒定 速度在喷嘴12的下方连续行走。
从喷嘴12一直吐出由上述插塞18的停止位置设定的恒定流量的液化 气G。即,来自各沟槽19的各恒定流量的液化气G成为细流、朝向顶部 空间2内的液面a喷射。
该液化气G的细流,如图6所示,分别成为与筒体轴平行的细流、不 相交地到达顶部空间2内的内容液A的液面a。
因此,液化气G的细流即便与内容液A的液面a碰撞也不会受到大的 冲击、而积存在顶部空间2内,防止了向顶部空间2外飞散。因此,对于 所有的瓶子6,每个都按定量供给液化气G。另外,由于液化气G成为多 条平行的细流而供给到顶部空间2内,所以顶部空间2内的空气被顺畅地 置换为液化气G。
(4)在上述顶部空间2的容量、内容液的种类等各种条件变化了的情 况下,根据变化后的条件决定液化气G的添加量,驱动液化气添加装置的 伺服电机28、使插塞18在筒体17内移动、在与添加量对应的位置停止。
在该情况下,将液化气G的添加量减少时,在图6中使插塞18向筒 体17的出口侧17b下降。但是,即使在该情况下,由于筒体17的沟槽19 形成为深度恒定、且宽度从筒体17的入口侧17a向出口侧17b逐渐变窄, 所以从筒体出口的各沟槽19流出的液化气G也会成为与筒体轴大致平行 的细流、不相交地朝向顶部空间2内的液面a吐出。
因此,与以往不同,即使在减小了液化气G的流量的情况下,液化气 G的细流在与内容液A的液面a碰撞时也不会受到大的冲击、防止向顶部 空间2外飞散,对于所有的瓶子6每个都按定量供给液化气G。另外,液 化气G成为多条平行的细流供给到顶部空间2内,所以顶部空间2内的空 气被顺畅地置换为液化气G。
(5)顶部空间2内添加了液化气G的瓶子6从喷嘴12正下方脱离之 后,被盖上盖子,完成如图1所示的饮料的瓶装品。
实施例
对于实施例1以及比较例1~6,分别制作液化气添加用喷嘴,准备合 计7种喷嘴。
另外,对于实施例1以及比较例1~6,各准备100瓶填充了绿茶(绿 茶中的氧浓度:1.0ppm、绿茶的温度:22℃(常温))的500mL的PET 制瓶子。
然后,使用各液化气添加用喷嘴、使目标内压为60kPa而向顶部空间 内添加液态氮。
之后,用压力计测定各瓶子的内压,对于实施例1以及比较例1~6 分别评价100个瓶子的内压的平均值、不均(最大值-最小值)。另外, 对于实施例1以及比较例1~6分别从100个瓶子随机抽取10个瓶子,用 氧浓度计测定顶部空间内的氧浓度。
该评价结果如表1所示。
表1
在表1中,比较例1中,即使改变插塞的位置、沟槽的截面积也不变 化,所以不能调整液化气的添加量。
比较例2中,由于液压压头(hydraulic head pressure)低,所以与图 7(B)所示同样,液化气的细流集束成一股。
比较例3中,每1根沟槽的液化气的流量多,所以在内容液的液面, 液化气产生液溅起。
比较例4、5中,沟槽的条数多,所以细流在相邻彼此之间接触、成为 一股。
另外,比较例2~6中,顶部空间内的氧浓度高、不令人满意。
从以上结果可知,实施例1能够进行液化气的添加量的调整,瓶子的 内压的不均为最小,顶部空间内的氮置换效果最好。
本发明不限于上述实施方式以及实施例,能够以各种形态实施。
例如,应用本发明的液化气添加用喷嘴的容器不限于瓶子,可以应用 于其他各种容器。另外,液化气除了氮气之外、可以是氩气等其他惰性气 体。另外,液化气添加装置也不限定于图示例,可以是其他方式的液化气 添加装置。
附图标记说明
2…顶部空间
6…瓶子
12…液化气添加用喷嘴
17…筒体
18…插塞
19…沟槽
22…开闭阀
G…液化气