特に大型容器の充填方法および装置

专利摘要:
本発明の対象は、液体、特にガスを含んだ飲料を、特に大型容器１に充填するための方法と装置である。その際、液体は設定された流速で供給される。本発明に従い、実際の流速は平行して測定された１つまたは複数のパラメータ値に依存して並びにパラメータ値に関連する、少なくとも１つの先行充填過程の流速値と組み合わせて設定される。
公开号:JP2011516346A
申请号:JP2011502250
申请日:2009-03-17
公开日:2011-05-26
发明作者:モンツェル・アローイス
申请人:カーハーエス・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング；
IPC主号:B67C3-30

专利说明:

[0001] 本発明は、液体が設定された流速で供給される、液体、特にガスを含んだ飲料を、特に大型容器に充填するための方法に関する。]
背景技術

[0002] このような充填方法は一般的に、ＣＯ２を含んだ飲料に使用され、例えば飲料工業においてビール充填等のために使用される。ビール充填の分野では、通常、いわゆる小樽が大型容器として用いられる。この小樽は一般的に例えば３０〜５０リットルの何回も使える容器である。]
[0003] このような小樽はその上側に弁、いわゆる小樽ヘッドを備えている。この小樽ヘッド上には、嵌め込み式栓ヘッドを装着することができる。この栓ヘッドを用いて炭酸ガスが外部の容器から規則的に供給されるので、小樽の内容物を栓装置に排出することができる。駆動ガスによって小樽内に正圧が生じる。この正圧により、内容物は、栓コックを開放すると、管を通って小樽の内部に押し込まれる。栓ヘッドを取り外すと、弁が小樽を気密に閉鎖する。それによって、内容物のさらなる貯蔵が可能である。正圧は容器内部に引き続き保たれ、飲料の発泡を減少する。]
[0004] このような充填方法は実際には多方面で使用され、例えば特許文献１の対象である。]
[0005] さらに、選択可能で再現可能な量の液体を繰り返し配量するための方法において、１回だけ手動で行った配量過程を学習し、かつ呼び出し可能に記憶することが、特許文献２によって一般的におよび他の関連から知られている。しかしながら、このようなやり方は飲料充填では使用されていない。なぜなら、各小樽または一般的に大型容器をできるだけ迅速に充填することが重要であるからである。]
[0006] その場合、特にガスを含んだ飲料および好ましくは炭酸を含んだ製品を容器に充填する際に、充填区間での流速、ひいては容器の充填速度が制限されることが実際に分かった。この制限は、予定した速度の最大値を超える場合に液体内の炭酸がガスを出す傾向があり、それによって発泡することになるという事実に基づいて生じる。この発泡の結果、容器の充填がきわめて困難になる。]
[0007] この理由から、実際には既に、容器内の充填度または充填率に対応する可変の流速で作業が行われている。その際、依然として大きく改良する必要がある。なぜなら、実際に充填区間がきわめて長く、その結果、充填区間内に多少大きな液体容積が存在し、この液体容積が流速の変更を時間的に遅らせるからである。それによって、実際には、例えば、調節可能な弁によって充填区間に沿って設定された流速と異なる流速が充填区間の排出口で生じるという、この方法に反することがしばしば起こる。そこで、本発明が用いられる。]
先行技術

[0008] 独国特許出願公開第３００８２１３Ａ１号明細書
独国特許出願公開第１９６４８４９３Ａ１号明細書]
発明が解決しようとする課題

[0009] 本発明の根底をなす技術的課題は、充填が最適化されるように、上記構成の特に大型容器を充填するための方法をさらに発展させることである。さらに、非常に適した装置を提供すべきである。その際、最適化は特に、充填時の流速または充填速度を高めることを目指している。さらに、実際に観察される、充填区間に沿った圧力変動または圧力衝撃を最小限に低減すべきである。なぜなら、このような圧力衝撃または圧力変動がしばしば、液体に含まれる炭酸を発泡させることになるからである。]
課題を解決するための手段

[0010] 前述の課題を解決するために、特に大型容器に液体を充填するための冒頭に述べた方法において、実際の流速が、平行して測定された１つまたは複数のパラメータ値に依存してかつ少なくとも１つの先行する充填過程の、パラメータ値に関連する速度値と組み合わせて設定される。]
[0011] 本発明の範囲においては、所望な実際の流速が平行して測定された１つまたは複数のパラメータ値に依存して設定されるだけでなく、このパラメータ値が、先行する１つまたは複数の充填過程に基づいて決定された既に知られている速度と組み合わされる。すなわち、実際の流速に対して平行して測定されたパラメータ値は、充填区間内の液体の所定の状態、しかもこの特別な充填区間の流れ技術的に重要な特別な特性を反映する。この状態のためには、先行する１つの充填過程または先行する複数の充填過程の流速のための１つの所定の速度値がきわめて所望であることが分かった。先行する少なくとも１つの充填過程のこの速度値は実際の流速を設定するために利用される。その際、測定されたパラメータ値は、先行する充填過程の速度値を決定する際に重要であるだけでなく、これまでのもの（少なくとも１つの先行する充填過程から導き出されたもの）からの速度値を修正することにより、実際の流速の設定のために場合によっては補足的に考慮することができる。]
[0012] これに関連して、実際の流速が最適化されると有効であることが分かった。その際、最適化のためのいろいろな目標方向および目標設定を追求することができる。一般的に、所定の充填度を考慮に入れて容器の必要な充填時間をできるだけ短くすることを目指している。他の目標設定または代替的な目標設定は、充填区間に沿って液体内の圧力衝撃または圧力変動を発生しないようにするかまたは発生を最小限に抑えることである。もちろん、他の目標設定に基づいて他の最適化を行うことができ、この最適化は本発明に含まれる。]
[0013] いかなる場合にも、まず最初にその都度の速度値によって少なくとも１つの先行する充填過程がスタートする。この充填過程は、例えば速度を高めることにより修正される。この場合、目標設定が維持されるので、最適化された実際の流速であることが分かる。]
[0014] このように最適化された実際の流速は、平行して測定されたパラメータ値と共に、速度値マトリックスに記憶することが可能である。この速度値マトリックスには、もちろん、先行する１つまたは複数の充填過程の速度値が予め書き込まれている。すなわち、本発明は、平行して測定されたパラメータ値と関連して実際の流速を設定するために、速度値マトリックスに記憶されかつ先行する１つまたは複数の充填過程に所属する速度値を用いる。ここで、上述のようにこの個所で最適化が行われた後で、最適化された実際の流速が速度値マトリックスに書き込まれ、将来の充填過程のために先行する充填過程のその都度の速度値として作用する。]
[0015] 詳細に述べると、実際の（修正された）流速は、平行して測定されたパラメータ値に関連する、先行する充填過程の流速と比較される。この先行する充填過程の流速または先行する充填過程の相応する速度値は上述のように、速度値マトリックスに記憶される。実際の（修正された）流速と先行する流速との比較は、１つまたは複数の目標設定を考慮して行われる。この目標設定は例えば、しかるべき充填度を考慮した、できるだけ短い容器充填時間である。]
[0016] この比較により、例えば、充填時間が実際の（修正された）流速を考慮して短くなると、先行する流速または関連する速度値の個所に、実際の流速、従って最適化された流速が速度値マトリックスに書き込まれる。それに対して、先行する充填過程の流速が短い充填時間を示すと、速度値マトリックスに速度値を記入する際にそのままである。]
[0017] これにより、所定の充填度を考慮して容器の必要な充填時間を最小限に抑える例の場合、その都度の実際の（修正された）流速を、先行する流速と比較することにより、自己学習プロセスが行われる。このプロセスの終わりに、このようにして決定され最適化された流速またはパラメータ値に属するその速度値が速度値マトリックスに書き込まれ、後続の充填過程のために先行する充填過程の速度値として供される。]
[0018] パラメータ値が充填すべき液体の貯蔵容器と排出口との間の異なる充填個所または場所で検出されると有効であることが分かった。充填すべき大型容器、特に小樽は本例の場合、排出口のすぐ近くにある。全体として、実際の流速は閉ループ制御（ｇｅｓｃｈｌｏｓｓｅｎｅｎ Ｒｅｇｅｌｕｎｇ）に従って設定される。その際、基準量としての、平行して測定されるパラメータ値と、先行する１つまたは複数の充填過程の関連する速度値とから、その都度実際の（修正された）速度値が操作量として導き出される。この実際の速度値は実際の流速に一致し、この流速自体は自己学習プロセスに従って同じかまたは類似のパラメータ値の場合に先行する流速と比較される。]
[0019] これに関連して、制御がいわゆる事前制御として動作するかまたは構成されると、有利であることが分かった。このような事前制御は、例えば、パラメータ値を検出するために、充填個所から排出口までの経路に沿った充填物質の実際の流速の万一の偏差を考慮することを特徴とする。すなわち、これにより、その都度の充填個所の流れ状態および／または応答状態が考慮される。これによって、流速の変化を変更する際の前述の先行および万一の遅延が食い止められる。]
[0020] これにより、例えば流速の上昇時に流速を調節するための所属の制御弁を、大きく開放しないように、そして急に閉鎖するように、充填個所と排出口との間に存在する液体容積と、液体の状態またはその都度の充填区間の状態を考慮することができる。なぜなら、前方に位置する液体容積が流速の上昇を減衰するからである。この事実は、例えば、まず最初に惰性の液体容積を加速するために、流速の上昇を所望な値まで指数関数的に選択することによってむしろ考慮することができる。いかなる場合でも、当該の充填個所の先行する充填過程のこのような認識は正確に反映可能であり、そして関連するパラメータ値と共に速度値マトリックスに記憶可能である。このパラメータ値は例えば充填個所の流速の所望な変化である。この変化は、「学習した」状態に基づいて次の充填過程の際に、すなわち実際の流速のために、急激ではなく、むしろ指数関数的に増大するように行われる。]
[0021] さらに、好ましくは上記方法を実施するために適している、特に大型の容器に液体を充填するための、請求項８に記載の装置が、本発明の対象である。この装置の有利な実施形態は請求項９と１０の対象である。]
[0022] 結果的に、本発明の範囲において、ガスを含む飲料、特に炭酸を含む飲料の、大型容器への充填過程を初めて最適化すること、しかも充填速度に関しておよび回避すべき圧力変動または圧力衝撃に関して最適化することができた。これは、本当は、本方法と本装置が類似の液体状態の記憶された経験値を用い（先行する充填過程の速度値）、そしてこの経験値が実際の測定に基づいて学習プロセスに従って常に改善される（最適化された実際の速度値）ことに起因すると考えられる。ここに重要な利点が認められる。]
[0023] 次に、一実施形態を示す図に基づいて本発明を詳しく説明する。]
図面の簡単な説明

[0024] 本発明に係る装置を概略的に示す。
充填過程をグラフで示す図であり、Ｙ軸は搬送された容積



の時間的な変化、すなわち流速を示し、Ｘ軸は０〜１００％の充填度を示す。その際、曲線の積分（面積）が充填された容積を示すことに留意すべきである。]
実施例

[0025] 図１には、特に大型容器１の充填装置が示してある。この容器１は小樽１である。小樽は本実施形態では逆さ（Ｕｅｂｅｒｋｏｐｆａｎｏｒｄｎｕｎｇ）にしてビールが充填される。これは、もちろん、必ずしもそうでなければならないわけではない。容器１または小樽１は、本実施形態では貯蔵容器３から排出口４までの充填区間２に沿って飲料の流量または流速（搬送された容積の時間的な変化



）を制御することによって充填される。基本的には、小樽内の圧力は背部空気制御によって変化する。これは図示していない。] 図１
[0026] 貯蔵容器３から排出口４までの経路に沿った液体の流量の制御または速度の調節は、調節可能な弁５によって行われる。この調節可能な弁５は本実施形態では調節可能な流量絞り７を有するバイパス６と組合わさっているが、これに限定されない。調節可能な流量絞り７も調節可能な弁５もそれぞれ、制御ユニット８に接続されている。この制御ユニットは本実施形態では装置全体を監視および制御する制御ユニット８として形成されているかまたはこの制御ユニットの一部である。]
[0027] さらに、充填区間２に沿って多数のセンサ９、１０、１１、１２が設けられている。センサ９、１１、１２はそれぞれ圧力センサ９、１１、１２であり、センサ１０は流量センサ１０として形成されている。さらに、充填弁１３とガス弁１４が配置されている。]
[0028] 圧力センサ１２とガス弁１４はガス供給管路に設けられている。このガス供給管路によって、冒頭で既に述べたように、必要な駆動ガスが小樽１に供給される。圧力センサ１１と充填弁１３は小樽ヘッドに属し、充填過程後小樽１を完全に閉鎖する。本発明にとって、両圧力センサ１１、１２と充填弁１３とガス弁１４は重要ではない。]
[0029] 充填過程は次のように行われる。貯蔵容器３から排出された液体は、充填区間２に沿った担当の充填個所または場所で圧力センサ９と流量センサ１０によって測定される。それによって、圧力と流量または流速のパラメータ値が生じ、このパラメータ値は制御ユニット８によって検出され、そして後述するようにさらに使用される。実際には、例えば圧力と流速、少なくとも１つ前に先行する充填過程の１つまたは複数の速度値が両パラメータ値に属している。この速度値は制御ユニット８またはそこのメモリ８′内の速度値マトリックス内に記憶されている。このような速度値マトリックスは例えば次のように形成されている。]
[0030] ]
[0031] 従って、制御ユニット８内には例えば、圧力センサ９の３つの異なる値（圧力１、圧力２、圧力３）と、弁５の３つの異なる位置（弁１、弁２、弁３）とに関してそれぞれ、１つ前に先行する充填過程の流速の速度値が全部で９つ存在する（流速１１〜流速３３）。この速度値マトリックスに基づいて、例えば、弁５の位置が圧力センサ９によって測定された圧力と流量センサ１０によって測定された流速とに応じて制御ユニット８によって設定可能である。]
[0032] すなわち、液体の実際の流速は、平行して測定された圧力と流量のパラメータ値に依存して、速度値マトリックスからの関連する値と組み合わせて設定され、しかも弁５が速度値マトリックスによって決められた位置に達することにより設定される。例えば圧力センサ９で圧力２が生じ、流量センサ１０で流速２２が生じると、弁５は弁２の位置に（まず最初に）ある。その結果生じる実際の流速（流速２２）は目標設定を考慮して最適化可能である。この場合、設定された所定の充填度まで小樽１を充填するまでの時間をできるだけ短くすることが重要である。]
[0033] そのために、実際の流速が例えば高められ、そしてできるだけ短い充填時間の目標設定を考慮して、先行する充填過程の流速（流速２２）と比較される。これは自己学習プロセスによって反復過程のように行われる。この過程が終了した後で、その都度最適な速度値（新しい流速値２２）が制御ユニット８に記憶される。]
[0034] 実際には、そのときの流速が閉ループ制御に従って設定される。その際、基準量としての１つまたは複数の先行する充填過程のパラメータ値と、関連する速度値とから、その都度の実際の速度値が操作量として導き出され、弁５が相応する調節を受ける。これは詳しくは、小樽１の充填の開始相の間、しかも最終充填領域において、流速の全部または少なくとも一部が、制御ユニット８に接続された調節可能な絞り７を介して行われる。、弁５は多少開放可能である。]
[0035] その際、全体として、事前制御（フィードフォワード制御）によって処理することができる。この事前制御は、弁５の位置の変化に基づく流速の変化が所定の遅れの後で初めて認められることを考慮する。なぜなら、充填個所、すなわちセンサ９、１０のための場所が、充填すべき容器１からあまり離れていないからである。充填個所（圧力センサ９）と排出口４との間のこの領域にある液体は場合によっては流速の変化に影響を与え、事前制御の過程で考慮される。]
[0036] 実際には、例えば弁５がこの場合に急激に開放されないで、例えば冒頭で述べたように、指数関数曲線に沿って開放される。それによって、場合によって起こり得る、充填区間２内での圧力衝撃または圧力変動が回避される。弁５のこの調節特性は、制御ユニット８が１つまたは複数の先行する充填過程に基づいて、上記の学習した特性によって処理されるときにのみ、流速の所望な変化が実際に排出口４で観察されることを「知っている」という事実に基づいて生じる。]
[0037] この手順の結果として、充填率に対する、流量または流速



の時間的な変化が、図２に図示するように示される。その際、破線の曲線は従来技術で行われた今までの充填過程を示し、実線の両曲線は本発明による充填過程を示している。これはほぼ滑らかな充填過程と長方形の充填過程に当てはまる。] 図２

权利要求:

請求項1
液体が設定された流速で供給される、液体、特にガスを含んだ飲料を、特に大型容器（１）に充填するための方法において、実際の流速が、平行して測定された１つまたは複数のパラメータ値に依存してかつ少なくとも１つの先行する充填過程の、前記パラメータ値に関連する速度値と組み合わせて事前に設定されることを特徴とする方法。
請求項2
実際の流速が容器（１）の必要な充填時間、圧力衝撃および／または圧力変動の欠如またはそのような目標設定を考慮して最適化されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
請求項3
実際の流速が平行して測定されたパラメータ値と共に速度値マトリックスに記憶されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
請求項4
実際の流速が、１つまたは複数の目標設定を考慮して、平行して測定されたパラメータ値に関連する先行充填過程の流速と比較され、その都度最適な速度値だけが自己学習プロセスに従って記憶されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
請求項5
パラメータ値が充填区間（２）に沿った、貯蔵容器（３）と排出口（４）との間の異なる充填個所で検出されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
請求項6
実際の流速が閉ループ制御に従って設定され、基準量としての、平行して測定されたパラメータ値と１つまたは複数の先行する充填過程の関連する速度値とから、実際の流速値のためのその都度の実際の速度値が操作量として導き出されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
請求項7
制御が、例えば、パラメータ値を測定する充填個所から排出口（４）までの経路に沿って起こり得る実際の流速の偏差を考慮する事前制御として構成されていることを特徴とする請求項６に記載の方法。
請求項8
充填個所で少なくとも１つのパラメータ値を測定するための少なくとも１個のセンサ（９、１０）と、流速を設定するための調節可能な弁（５）と、パラメータ値に応じて前記弁（５）を調節する制御ユニット（８）とを備えている、好ましくは請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法を実施するための、液体、特にガスを含んだ飲料を、特に大型容器（１）に充填する装置において、前記制御ユニット（８）がメモリ（８′）を備え、このメモリ内に、パラメータ値に関連する、先行する充填過程の速度値が記憶され、この速度値がパラメータ値と組み合わせて、前記弁（５）の対応する調節によって実際の流速を設定することを特徴とする装置。
請求項9
調節可能な流れ絞り（７）を備えたバイパス（６）が前記弁（５）に付設されていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
請求項10
貯蔵容器（３）と排出口（４）との間の充填区間（２）に沿って、多数のセンサ（９、１０、１１、１２）、例えば圧力センサ（９）、流量センサ（１０）、温度センサ、ＣＯ２センサ等が配置されていることを特徴とする請求項８または９に記載の装置。