(57)【要約】      （修正有）【課題】液体が充填された容器のヘッドスペースガス中の酸素含有量を、液体中の酸素含有量とは別に正確に測定することを可能にし、また測定にかかる時間を短縮する。【解決手段】穿刺ヘッド１に設けられ、中空に形成されたピアサー２により、液体が充填された容器６に採取開口部を形成し、採取チューブ３を挿入し、前記採取開口部を、シール要素を用いて、気密に覆う方法において、前記容器６のヘッドスペース４内に存在するヘッドスペースガスを、ポンプ９により、複数のセンサを含むセンサユニット８に送り、その後再び、前記容器６のヘッドスペース４の中に戻すことによって、前記ヘッドスペースガスの酸素含有量及び／又は酸素分圧及び／又はヘッドスペース容積を、前記センサユニット８によって算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が充填された容器（６）、具体的には飲料用缶、ガラス瓶、又は、プラスチック瓶内のヘッドスペースガスの酸素含有量及び／又は酸素分圧を測定する方法であって、
穿刺ヘッド（１）に設けられ、中空に形成されたピアサー（２）により、採取開口部を前記容器に形成し、前記採取開口部に採取チューブ（３）を挿入し、前記採取開口部を、前記ピアサー（２）又は前記穿刺ヘッド（１）に配置されたシール要素を用いて、気密に覆う方法において、
前記容器（６）のヘッドスペース（４）内に存在するヘッドスペースガスを、ポンプ（９）により、前記採取チューブ（３）及び／又は前記中空に形成されたピアサー（２）及び／又は前記穿刺ヘッド（１）を介して、複数のセンサを含むセンサユニット（８）に送り、その後再び、前記容器（６）のヘッドスペース（４）の中に戻すことによって、前記ヘッドスペースガスの酸素含有量及び／又は酸素分圧及び／又はヘッドスペース容積を、前記センサユニット（８）によって算出することを特徴とする、方法。
【請求項２】
特に、発泡性の液体を含む容器（６）の測定時に、前記容器（６）の前記ヘッドスペース（４）において、前記ヘッドスペースガス又は前記ヘッドスペースガスの一部が結合された泡を生成し、生成された前記泡を、前記センサユニット（８）に送り、その後再び前記容器（６）の前記ヘッドスペース（４）に戻すことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記センサユニット（８）は、前記ヘッドスペースガスの酸素含有量及び／又は酸素分圧を測定するための酸素センサ（１２）を備え、ここで、具体的には、酸素含有量及び／又はヘッドスペース容積は、圧力センサ（１０）による追加的な圧力測定によって算出され、及び／又は、特に前記ヘッドスペースガスの容積が変化した場合には、温度センサ（１１）による温度測定によって算出することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記ヘッドスペースガスを、前記ヘッドスペース（４）から、前記センサユニット（８）、具体的には温度センサ（１１）及び／又は酸素センサ（１２）に送り、その後再び前記ヘッドスペースに戻すことを、前記センサユニット（８）、具体的には、前記圧力センサ（１０）及び／又は前記温度センサ（１１）及び／又は前記酸素センサ（１２）、及び／又は、前記ヘッドスペースガスが安定した、好ましくは同じ温度に到達するまで、何回も行うことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記ヘッドスペースガスの酸素含有量を測定した後、前記採取チューブ（３）を、前記容器（６）内に存在する液体の中に沈めて、その後、前記容器（６）から前記液体を採取し、前記センサユニット（８）に案内することによって、前記液体中に存在する酸素含有量を検出することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記センサユニット（８）は、複数のさらなるセンサ、具体的にはＣＯ２センサ、アルコールセンサ、及び／又は、糖センサを備え、これらのさらなるセンサにより、前記容器内に存在する液体中のＣＯ２含有量、及び／又は、アルコール含有量、及び／又は、糖含有量が測定されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記ヘッドスペースガスの測定の前に、前記容器（６）内の液面を、前記ヘッドスペースが前記採取開口部に直接接続するように前記採取チューブ（３）を介して低下させることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
測定の前に、前記ピアサー（２）、前記穿刺ヘッド（１）、前記センサユニット（８）、前記ポンプ（９）、前記環状導管（２２）、及び／又は、前記採取チューブ（３）を、洗浄剤、具体的には窒素で洗浄することによって、酸素及び／又はサンプル残留物を除去することを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記容器（６）を穿刺する前に、前記ピアサー（３）及び／又は前記穿刺ヘッド（１）及び／又は前記環状導管（２２）内の圧力を、具体的には窒素ガスを導入することによって、前記容器（６）の内圧と等しくし、サンプル液体が発泡しないようにすることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記容器（６）を穿刺した後、前記酸素センサ（１２）及び／又は温度センサ（１１）を、具体的には前記採取チューブ（３）又は前記ピアサー（２）を介して、前記容器の前記ヘッドスペース（４）の中に挿入し、前記ヘッドスペースガスの酸素含有量及び／又は温度を、前記ヘッドスペース（４）において検出することを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
特に、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法を実施するために、液体が充填された容器（６）、具体的には飲料用缶、ガラス瓶、又は、プラスチック瓶内のヘッドスペースガスの酸素含有量を測定するための装置であって、前記装置は、具体的には中空に形成されたピアサー（２）及び採取チューブ（３）が設けられた穿刺ヘッド（１）を備える装置において、
前記装置は、ポンプ（６）及び環状導管（２２）を備え、前記環状導管（２２）内に、前記容器の前記ヘッドスペースガスの酸素含有量及び／又は酸素分圧、並びに、具体的にはヘッドスペース容積を算出可能なセンサユニット（８）が設けられており、前記環状導管（２２）は、前記容器（６）のヘッドスペースガスを、前記中空に形成されたピアサー（２）又は前記穿刺ヘッド（１）を介して、前記ポンプ（６）によって採取可能であり、前記環状導管（２２）を介して、具体的には前記採取チューブ（３）を介して、前記容器（６）の前記ヘッドスペース（４）に戻すことが可能であるように構成されていることを特徴とする、装置。
【請求項１２】
前記センサユニット（８）は、酸素センサ（１２）、及び／又は、圧力センサ（１０）、及び／又は、温度センサ（１１）、及び／又は、ＣＯ２センサ、及び／又は、アルコールセンサ、及び／又は、糖センサを備え、前記酸素センサ（１２）は、具体的には、蛍光消光原理に基づく光化学センサとして、又は、電気化学酸素センサとして、構成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ポンプ（９）は、循環ポンプとして、好ましくは膜ポンプ、蠕動ポンプ、ピストンポンプ、歯車ポンプ、ねじポンプ、外輪ポンプ、又は、噴射ポンプとして構成されていることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記装置は、前記環状導管（２２）に一体化された複数の弁（１３，１４，１５）を備え、前記弁（１３，１４，１５）は、前記弁（１３，１４，１５）を介して前記装置、具体的には前記環状導管の自動浄化、及び／又は、洗浄ガス、具体的には窒素による洗浄、及び／又は、前記環状導管（２２）の充填、及び／又は、液体の採取が実施可能なように、前記環状導管（２２）内に配置されていることを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記ピアサー（２）は、中空に形成されており、前記採取チューブ（３）を、前記ピアサー（２）を貫通して前記採取開口部の中に挿入可能であることを特徴とする、請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載した概念に係る方法、及び、請求項１１に記載した概念に係る方法を実行するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料製造業者にとって、飲料用缶や瓶等といった容器内の酸素含有量を知ることは、大きな関心事である。なぜなら、酸素含有量は、飲料の賞味期限や味に影響し、金属容器の場合には、その腐食にも影響するからである。場合によっては生じる酸素侵入の原因を推理可能にするには、液体中の酸素含有量と、液体の上の気体空間、いわゆる「ヘッドスペース」内の酸素含有量とを、別々に測定することが重要である。
【０００３】
こうすることによって、酸素が液体と一緒に容器の中に入ったか、又は、場合によっては位置合わせが不良であった充填工程によって入ったかを判定することが可能になる。この気体空間における測定は、特に重要である。なぜなら、液体中の酸素の溶解度は低いため、容器の大部分の酸素はヘッドスペース内又はヘッドスペースガス中に存在するからである。通常、液体サンプルは、容器からホース導管を介して酸素センサを通過させることによって採取可能であるため、液体サンプルの測定は平凡な業務である。一般的には、液体サンプルは十分あり、酸素センサが等化時間後に安定値を示すまで酸素センサに供給できる。難しいのは、ヘッドスペースガスを測定する際の状況である。わずか数ミリメートルのヘッドスペースガスしか存在しない場合が多いため、これを排出して酸素センサに流すことは難しい。
【０００４】
従来技術からは、ヘッドスペース内の酸素濃度を測定するための測定方法が多数知られている。化学的方法を用いて、通常ＣＯ２、Ｎ２、及び、Ｏ２から成るヘッドスペースガスを、ＣＯ２を吸収するソーダ溶液を通って流す。そうすると、残りの容積は、Ｎ２及びＯ２から成り、これは、外気との化合物であると見なされ、そうして、ヘッドスペースガスの酸素含有量が計算される。この方法の欠点は、ヘッドスペースガスが実際に約２０％の酸素を有する空気との天然化合物である場合にしか、Ｏ２含有量を正確に推測することができない点にある。しかしながら、一般に、これは当てはまらない。なぜなら、充填時に、Ｎ２が容器を洗浄するために使用され、このため、酸素と窒素との関係を変化させるからである。さらなる欠点は、この方法は自動化ができない点である。
【０００５】
さらに、従来技術では、ヘッドスペースガス中の酸素含有量を、溶存酸素を用いて測定する。そのための条件は、容器又は容器内に存在する酸素を、揺動することによって、液体及びヘッドスペースガスと平衡させ、その後、液体中の酸素含有量を測定することである。この方法の欠点は、酸素が気相を介して容器に到達したか、又は、液相を介して容器に到達したかについての情報が、失われる点である。さらなる欠点は、手間のかかる揺動手順であり得、この手順には少なくとも３分間かかる。
【０００６】
ヘッドスペースガスを測定するための他の公知の方法は、測定を、直接ヘッドスペースにおいて行うことである。この方法では、容器を穿刺し、酸素センサをヘッドスペースの中に導く。この方法の欠点は、この方法で酸素含有量を測定するためには、測定箇所の温度も分かっている必要がある点である。なぜなら、このセンサは、温度依存度が高いからである。構造が狭小であるため、この箇所に、追加的に温度測定器を配置することは、極めて困難である。さらなる欠点は、ヘッドスペースにおいて、気体の流れが存在しないため、極めてゆっくりにしかセンサを等化させることができず、又は、完全にセンサを等化させることはできない点である。例えばビールの場合のように、ヘッドスペースの中に泡があれば、この測定方法が信頼性を有して機能することはない。
【０００７】
さらに他の公知の方法は、ヘッドスペースガスを抽出することである。この方法では、ヘッドスペースガスを、酸素センサに流すように採取する。まず好適な方法で、液体とヘッドスペースとの間の平衡を取れば、この測定から、全酸素含有量についての情報を得ることができる。この方法の欠点は、ガスの量が十分でないため、酸素センサを安定して等化させることを確実に行うことができない点である。さらなる欠点は、この酸素は、元々液体中に存在していたものか、ヘッドスペース中に存在していたものかが、確認できない点である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の課題は、従来技術の欠点を克服し、ヘッドスペースガス中の酸素含有量を、液体中の酸素含有量とは別に正確に測定することを可能にする、本明細書の初めの部分で説明した種類の方法を提供する点にあり、これによって、測定にかかる時間を短縮することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、請求項１に記載した特徴により解決される。ここで、容器のヘッドスペース内に存在するヘッドスペースガスを、ポンプにより、採取チューブ及び／又は中空に形成されたピアサーを介して、複数のセンサを含むセンサユニットに送り、その後再び、容器のヘッドスペースの中に戻すことによって、ヘッドスペースガスの酸素含有量及び／又は酸素分圧、並びに、具体的にはヘッドスペース容積を、センサユニットによって算出するように構成されている。
【００１０】
本発明に係る方法によれば、存在するヘッドスペースガスとは無関係に、ヘッドスペースガス中の酸素含有量を容易に測定できることになり、ヘッドスペース内の自由容積とは無関係に、複数のセンサを用いることが可能になる。また、これらのセンサをヘッドスペースの中に直接挿入する必要がなく、このため、この方法の扱いは単純になる。また、ヘッドスペースガスが循環し、又は、再びヘッドスペースに戻されるので、常に十分なヘッドスペースガスが利用可能である。これによって、酸素含有量、及び／又は、酸素分圧、及び、ヘッドスペース容積の正確な測定が実現される。
【００１１】
本発明に係る方法の特に有効な実施形態は、従属請求項に記載した特徴により、より詳細に規定される。
【００１２】
好ましくは、特に、発泡性の液体を含む容器の測定時に、容器のヘッドスペースにおいて、前記ヘッドスペースガス又は前記ヘッドスペースガスの一部が結合された泡を生成し、生成された泡を、センサユニットに送り、その後再び容器のヘッドスペースに戻す。こうすることによって、例えば、わずかな量のヘッドスペースガスしか存在しない場合でも、泡と結合されたヘッドスペースガス又はその中に含まれる酸素を、容易に検出することができる。なぜなら、液状物質における酸素の溶解度は低いため、泡の酸素含有量は、ヘッドスペース内の酸素含有量とほぼ対応するからである。
【００１３】
酸素含有量、及び／又は、酸素分圧、及び／又は、ヘッドスペース容積を容易に測定するためには、センサユニットが、ヘッドスペースガスの酸素含有量及び／又は酸素分圧を測定するための酸素センサを備えているように構成されていてもよい。ここで、具体的には、酸素含有量及び／又はヘッドスペース容積は、圧力センサによる追加的な圧力測定によって、及び／又は、好ましくはヘッドスペースガスの容積が変化した場合に温度センサによる温度測定によって算出する。
【００１４】
複数のセンサが温度感受性を有しているため、又は、極めて高い精度を実現するためには、測定される手段に対する温度等化が必要であるため、ヘッドスペースガスを、ヘッドスペースから、センサユニット、具体的には温度センサに送り、その後再びヘッドスペースに戻すことを、センサユニット、具体的には圧力センサ及び／又は温度センサ及び／又は酸素センサ、及び／又は、ヘッドスペースガスが安定した、好ましくは同じ温度に到達するまで何回も行うように構成されていてもよい。ヘッドスペースガスがセンサユニットを通って何回も周回することにより、センサユニットの個々のセンサがヘッドスペースガスの温度を受容することが可能であり、又は、この温度に等化させることが可能であり、そして、ヘッドスペースガスの測定を、等化された温度領域において行うことが可能になる。また、このようにして、センサ又はセンサユニットの温度をヘッドスペースガスの温度に等化させることが加速される。さらに、酸素センサにおける、例えば拡散工程などの他の等化工程は、完全な等化を行うための十分な時間を有する。
【００１５】
同様にサンプル液体の酸素含有量を算出可能にするためには、ヘッドスペースガスの酸素含有量を測定した後、採取チューブを容器内に存在する液体の中に沈めて、その後、液体を容器から採取し、センサユニットに案内することによって、液体中に存在する酸素含有量を検出してもよい。
【００１６】
好ましくは、センサユニットは複数のさらなるセンサ、具体的にはＣＯ２センサ、アルコールセンサ、及び／又は、糖センサを備えており、これらのさらなるセンサにより、容器内に存在する液体中のＣＯ２含有量、及び／又は、アルコール含有量、及び／又は、糖含有量が測定されるように構成されていてもよい。このようにセンサユニット内又は測定アセンブリ内に様々なセンサを配置することにより、サンプル液体又はヘッドスペースガスの様々なパラメータを算出することが可能であるので、サンプル液体及び／又はヘッドスペースガスの完全な分析を行うことが可能である。あるいは、追加的なセンサを、センサユニット以外の、導管又は環状導管内に配置してもよい。
【００１７】
容器内部のサンプル液体の充填高さは、容器に応じて、及び、充填容積に応じて異なり得る。したがって、例えば飲料用缶の場合にたびたび生じるように、容器の構造によっては、ヘッドスペースガスに直接アクセスできず、したがって、採取開口部を介して間接的に吸引される。ヘッドスペースガスの利用可能性を容易にするためには、又は、ヘッドスペースを拡大するためには、ヘッドスペースガスの測定の前に、容器内の液面を、ヘッドスペースが採取開口部に直接接続するように採取チューブを介して低下させるように構成されていてもよい。
【００１８】
場合によっては存在する、サンプル構造体からの酸素又は異物を除去可能にするために、又は、測定結果のエラーをより良好に回避可能にするために、測定の前に、ピアサー、穿刺ヘッド、センサユニット、ポンプ、環状導管、及び／又は、採取チューブを、洗浄剤、具体的には窒素で洗浄することによって、酸素及び／又はサンプル残留物を除去するように構成されていてもよい。
【００１９】
好ましくは、容器を穿刺する前に、ピアサー、及び／又は、穿刺ヘッド、及び／又は、環状導管内の圧力を、具体的には窒素ガスを導入することによって、容器の内圧と等しくし、サンプル液体が発泡しないようにしてもよい。こうすることによって、泡の形成を容易に妨げることが可能であり、望ましくないヘッドスペースガスの流出を回避することが可能である。
【００２０】
選択的に、容器を穿刺した後に、酸素センサ及び／又は温度センサを、採取チューブ又はピアサーを介して、容器のヘッドスペースの中に挿入し、ヘッドスペースガスの酸素含有量及び／又は温度をヘッドスペースにおいて算出してもよい。こうすることによって、周回によって、素早いセンサの等化が実現可能であり、ヘッドスペースガスの層形成を有効に回避できる。
【００２１】
本発明のさらなる課題は、ヘッドスペースガスの酸素含有量を容易に測定可能な装置を実現することにある。
【００２２】
この課題は、請求項１１に記載した特徴により解決される。ここで、本発明によれば、本装置は、ポンプ及び環状導管を備え、環状導管内に、容器のヘッドスペースガスの酸素含有量及び／又は酸素分圧、並びに、具体的にはヘッドスペース容積を算出可能なセンサユニットが設けられており、環状導管は、容器のヘッドスペースガスを、中空に形成されたピアサー又は前記穿刺ヘッドを介して、ポンプによって採取可能であり、環状導管を介して、具体的には採取チューブを介して、容器のヘッドスペースに戻すことが可能であるように構成されている。
【００２３】
本発明に係る装置によって、酸素含有量又は酸素分圧、及び／又は、ヘッドスペース容積を容易に測定可能であり、高い測定精度を実現可能である。
【００２４】
好ましくは、センサユニットは、酸素センサ、及び／又は、圧力センサ、及び／又は、温度センサ、及び／又は、ＣＯ２センサ、及び／又は、アルコールセンサ、及び／又は、糖センサを備えていてもよく、酸素センサは、具体的には、蛍光消光原理に基づく光化学センサとして、又は、電気化学酸素センサとして構成されていてもよい。
【００２５】
ポンプを、循環ポンプとして、好ましくは、膜ポンプ、蠕動ポンプ、ピストンポンプ、歯車ポンプ、ねじポンプ、外輪ポンプ、又は、噴射ポンプとして構成することによって、ヘッドスペースガスの効率的な循環が容易に実現可能である。
【００２６】
例えば窒素などの洗浄ガスを容易に装置内に導入することを可能にするために、本装置は、環状導管に一体化された複数の弁を備えていてもよく、これらの弁は、これらの弁を介して本装置、具体的には環状導管の自動浄化が実施可能なように、環状導管内に配置されていてもよい。
【００２７】
とりわけ狭い首部を有する容器の場合、利用可能な穿刺領域がわずかであるため、ピアサー及び採取チューブを小型に構成又は形成することが好ましい。このため、本発明によれば、ピアサーが、中空に形成されており、採取チューブを、ピアサーを貫通して採取開口部の中に挿入可能であるように構成してもよい。
【００２８】
本発明のさらなる特有の効果及び態様は、明細書及び添付の図面に明示される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
以下に、本発明を、特に有効な実施形態に基づき図面に概略的に示し、当該図面を参照しながら例示的に説明する。しかしながら、本実施形態は、限定的なものと解釈されるべきではない。
【図１】図１は、本発明に係る装置を示す概略的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１には、本発明に係る、容器のヘッドスペースガスの酸素含有量を測定するための装置が、概略図に示されている。この装置は、中空に形成されたピアサー２が配置された穿刺ヘッド１を含む。ピアサー２は、この実施形態では、針に似たものとして構成されており、穿刺ヘッド１の内部において、図示した矢印に沿って運動可能である。この装置は、図１に示される実施形態では瓶である容器６が設置されるサンプル保持部２１をさらに備えている。電源装置７によって、容器６は、穿刺ヘッド１の方向に運動可能であり、これによって、穿刺ヘッド１は、閉鎖された容器６の上に載せられる、又は、固定されることが可能である。この装置は、採取チューブ３をさらに備えており、採取チューブ３は、本実施形態では、ピアサー２と同心に配置されている。ピアサー２は、本実施形態では、中空に構成されており、採取チューブ３がピアサー２の中に入り、及び、これを通ってヘッドスペース４の中に到達することが可能である。ここでは、採取チューブ３は、電源装置５によって動かされる。選択的に、サンプル保持部２１、ピアサー２、穿刺ヘッド１、及び／又は、採取チューブ３は、手動で、又は、制御装置を有する電源装置によって制御されて運動可能なように構成されていてもよい。採取チューブ３の、穿刺ヘッド１の反対側の端部において、環状導管２２が始まり、そして、再び穿刺ヘッド１に戻る、又は、再びこれに合流する。環状導管２２には、センサユニット８及びポンプ９が一体化されている。ポンプ９によって、容器６に入ったサンプル液体、又は、容器６のヘッドスペース４に入ったヘッドスペースガスを、採取チューブ３を介して採取し、センサユニット８に供給することが可能である。センサユニット８を介して、サンプル液体又はヘッドスペースガスは、再びポンプ９によって穿刺ヘッドに戻され、そして、再び容器６又は容器６のヘッドスペース４の中に戻される。必要ならば、ヘッドスペースガス及び／又はサンプル液体が、穿刺ヘッドを介して採取され、採取チューブ３を通って再び容器６のヘッドスペース４に戻されるように構成されていてもよい。
【００３１】
センサユニット８は、本実施形態では、温度センサ１１及び酸素センサ１２を備えている。本装置は、環状導管２２や容器６のヘッドスペース４に存在する圧力を検出可能な圧力センサ１０をさらに備えている。
【００３２】
以下に、図１の実施形態を参照しながら、本発明に係る方法の一例を説明する。
【００３３】
本発明に係る方法では、第１のステップにおいて、容器６又は穿刺ヘッド１を設置して、穿刺ヘッド１が容器６、例えば瓶の蓋に配置されるようにする。その後、ピアサー２を、容器６の方向に動かし、例えば瓶の蓋を貫通させて、容器６に採取開口部を生成する。ピアサー２及び／又は穿刺ヘッド１に取り付けられたシール要素によって、採取開口部を気密に覆い、周囲から、別の気体が装置又は環状導管２２の中に侵入しないように、又は、容器６のヘッドスペース４の中に侵入できないように、及び、ヘッドスペースガスが容器６から流出できないようにする。ここで、穿刺ヘッド１又はピアサー２のシール要素は、容器６及び環状導管を装置の周囲に対して気密に覆う。その後、採取チューブ３を容器６のヘッドスペース４の中に沈めて、採取チューブ３が、容器６の液体又はサンプル液体に浸ることなく、ヘッドスペース４の中に入るようにする。そして、採取チューブ３を介して、ポンプ９により、ヘッドスペースガスは、ヘッドスペース４から吸引され、環状導管２２を介してセンサユニット８に供給される。センサユニット８において、温度センサ１１及び酸素センサ１２によって、ヘッドスペースガスの酸素含有量及び温度が測定される。さらに、圧力センサ１０によって、ヘッドスペース４に存在する圧力が検出され、その後、例えばガス方程式により、ヘッドスペースガスの容積が判定される。その後、環状導管２２を介して、ヘッドスペースガスは、ポンプ９によってセンサユニット８から、再び穿刺ヘッド１を介して容器６のヘッドスペース４に戻される。ヘッドスペースガスを、環状導管２２を介して周回させることによって、装置内のヘッドスペースガスの回路が生成されるので、ヘッドスペースガスは、一回又は複数回、この装置のセンサユニット８又は複数のセンサに送られることが可能である。ヘッドスペースガスをセンサユニット８又は複数のセンサに一回又は複数回送ることによって、センサの温度等化が改善され、その結果、酸素含有量、酸素分圧、及び／又は、ヘッドスペース容積の測定を促進すること、及び、正確に測定することが可能である。さらに、酸素センサにおける、例えば拡散工程といったセンサ独自の等化工程を終了するには、十分に時間がある。
【００３４】
ヘッドスペースガスの酸素含有量、又はヘッドスペース容積、又は、酸素分圧を測定した後、採取チューブ３を、ヘッドスペース４から、さらに容器のサンプル液体の中に沈めることが可能である。その後、サンプル液体を、センサユニット８に送り、サンプル液体の酸素含有量、温度、又は、圧力を測定する。
【００３５】
発泡性の液体が入った容器６は、特に素早くサンプル保持部２１に設置した場合、ピアサー２による穿刺の後に発泡しやすいので、例えば、容器６のヘッドスペース４における泡の形成を意図的に増大させることが可能であり、又は、まず泡を形成させて、ヘッドスペースガス全体が均一に泡と結合されるようにすることが可能である。その後、生成された泡は、ポンプ９によって、環状導管２２を介してセンサユニット８に供給され、こうすることによって、泡の酸素含有量を測定可能である。泡の酸素含有量はヘッドスペース４又はヘッドスペースガスの酸素含有量に相当するので、このようにして、ヘッドスペースガスの酸素含有量を測定可能である。
【００３６】
センサは、多くの場合、温度依存性の測定動作を行い、異なる物理的作用に起因する等化動作を行うので、センサ、具体的には酸素センサ１２及び温度センサ１１は、ヘッドスペースガス又はサンプル液体の温度に等しくすること、又は、他の等化工程に時間をかけることが有効である。この等化を素早く実施可能にするために、任意ではあるが、ヘッドスペースガスを、複数回センサユニット８又はセンサに送ることにより、等化を加速させる。ヘッドスペースガスを循環させることによって、又は、ヘッドスペースガス４を何回も周回させることによって、少量のヘッドスペースガスであっても、センサユニット８によって測定することができる、又は、少量のヘッドスペースガスの場合であっても、センサをヘッドスペースガス及びサンプル液体に素早く等化させることができる。
【００３７】
本装置は、環状導管２２内に設けられた弁１３をさらに含む。弁１３は、周囲の洗浄用開口部１７に繋がった導管に接続されている。洗浄用開口部１７を介して、例えば、窒素などの洗浄ガスや浄化溶液を、環状導管に、又は、センサユニット８又はポンプ９及び複数のセンサに到達させることが可能であり、そうして、本装置からのサンプル残留物又は残りの酸素を、洗浄することが可能である。
【００３８】
必要ならば、図１に示されるように、本装置は、複数のさらなる弁１４、１５、及び、１つの貯蔵装置１６を含むように構成されていてもよい。貯蔵装置１６は、弁１５を介して圧力センサ１０に接続されており、別の弁１４を介して、本装置の周囲と接続されている。
【００３９】
元々ヘッドスペース３においてのみ存在するヘッドスペースガスが、容器６を開けた時に、ピアサー２によって環状導管２２内に分散され得るため、元々閉鎖された容器６のヘッドスペース４内に存在しているものよりも、低いＯ２濃度が測定される。このシステムエラーは、演算で修正される。そのためには、ポンプ循環量、又は、環状導管２２及びそれに接続された部品の容積、並びに、ヘッドスペース容積が分かっている必要がある。ヘッドスペース容積は、測定手順の間に、センサユニット８、又は、圧力センサ１０及び温度センサ１１によって測定技術的に測定され、及び／又は、気体の法則を用いることによって算出される。
【００４０】
さらに、この図１の実施形態にかかる装置には、空の貯蔵装置１６が一体化されている。容器６を穿刺する前の第１のステップにおいて、空気入口１８を介して装置の周囲と接続されている弁１４を開き、貯蔵装置１６を外気圧力にする。また、貯蔵装置を環状導管２２に接続する弁１５を開いて、第１の空気圧力ｐ１を測定可能である。ここで、弁１４及び１５を閉鎖する。容器６をピアサー２によって穿刺した後、穿刺された容器６の圧力と穿刺ヘッド１及び環状導管２２内に印加された圧力との組み合わせから成る圧力ｐ２を測定する。そして弁１５を開き、設定する混合圧力ｐ３を測定する。ここで、貯蔵装置１６が分かっている場合、ボイルマリオットの法則数１を使用して、ヘッドスペース容積Ｖｈｅａｄｓｐａｃｅを算出可能である。
【数１】
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【００４１】
膨張は、純粋に等温線で移行するわけでも、純粋に断熱線で移行するわけでもないため、この結果は良好な近似を示しているだけである。
【００４２】
膨張容積ＶＥｘｐａｎｓｉｏｎ及び装置容積Ｖａｐｐａｒａｔ、すなわち装置又は環状導管２２、採取チューブ３、ピアサー２、及び、穿刺ヘッド１内の容積が、この構造から測定可能であるが、様々な公知のヘッドスペース容積ＶＨｅａｄｓｐａｃｅを用いて一連の測定を実施し、これから、ＶＥｘｐａｎｓｉｏｎ及びＶＡｐｐａｒａｔを算出することがより好ましい。これら両方の値は、公知の形状情報に加えて、等温線の動作からの偏差に対する修正を含み、こうすることによって、より正確な測定結果を得ることが可能である。
【００４３】
そして、測定された酸素濃度は、分かっている容積を用いて、数２に基づき修正可能である。
【数２】
2020173253.tif 000004
【００４４】
あるいは、測定を開始する際に、貯蔵装置１６を、容器６内に存在する圧力よりも高い圧力にすることも可能である。このために、ピアサー２での穿刺の前に、穿刺ヘッド１を容器６に対して密閉する。その後、弁１４及び１５を開いて、空気入口１８と穿刺ヘッド１との間の領域全体において、同一の圧力となるようにする。この圧力は、圧力センサ１０によって測定される。その後、弁１４及び１５を閉じて、これによって圧力を、貯蔵装置１６に「閉じ込める」。その後、酸素濃度を測定する残りの方法を、上述の方法と同様に実施する。
【００４５】
あるいは、ヘッドスペースガス又はサンプル液体を、ピアサー２を介して環状導管２２の中に送るように構成されていてもよいし、又は、採取チューブ３を直接ピアサー２に接続するように構成されていてもよい。あるいは、ピアサー２を、容器６を開口又は貫通させた後、ヘッドスペース４に残留させ、及び、これを介してヘッドスペースガス又はサンプル液体を、環状導管２２の中に送ってもよい。
【００４６】
必要ならば、センサユニット８又は本装置は、環状導管２２又はセンサユニット８に一体化された、複数のさらなるセンサ、例えば、ＣＯ２センサ、アルコールセンサ、糖センサ、及び／又は、他のセンサを含んでいてもよい。このさらなるセンサによって、例えば、サンプル液体のＣＯ２含有量又はアルコール含有量又は糖含有量を測定可能であり、こうして、サンプル液体のさらなるパラメータを検出可能である。さらなるセンサは、任意により、開口部１７を介してサンプル液体で充填されることも可能である。これらのさらなるセンサは、例えば、ビールやレモネード等の飲料の製造時に、さらなる情報を提供するので、本発明に係る装置によって、充填工程又は製造工程の品質管理を容易に監視可能である。
【００４７】
酸素センサ１２は、具体的には、蛍光消光原理に基づく光化学センサとして、又は、例えば電気化学酸素センサとして構成されていてもよい。図１に示される実施形態において、必要ならば、センサユニットは、ヘッドスペースガス及び／又はサンプル液体の酸素含有量を測定する１つの酸素センサ１２だけを含んでいてもよい。
【００４８】
ポンプ９は、図１に示される実施形態では、例えば、循環ポンプ、具体的には膜ポンプ、蠕動ポンプ、ピストンポンプ、歯車ポンプ、ねじポンプ、外輪ポンプ、又は、噴射ポンプとして形成されていてもよい。
【００４９】
選択的に、ピアサー２及び採取チューブ３の電源装置７又は運動機構は、手動により、又は、他の方法で駆動されてもよく、これによって、個々の部品の運動を連動させてもよい。
【００５０】
あるいは、酸素センサ１２を環状導管２２又はセンサアセンブリ８の内部に配置する代わりに、酸素センサ１２を、採取チューブ３又はピアサー２を介して容器６のヘッドスペース４の中に挿入するように構成されていてもよい。その後、ヘッドスペースガスを、環状導管２２を介して周回させ、こうして、センサの等化を、ヘッドスペースガスを循環させることによって改善する、又は、加速させることが可能である。また、必要ならば、温度センサ１１をヘッドスペース４の中に挿入してもよい。
【図１】
2020173253.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月14日(2020.8.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
特に、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法を実施するために、液体が充填された容器（６）、具体的には飲料用缶、ガラス瓶、又は、プラスチック瓶内のヘッドスペースガスの酸素含有量を測定するための装置であって、前記装置は、具体的には中空に形成されたピアサー（２）及び採取チューブ（３）が設けられた穿刺ヘッド（１）を備える装置において、
前記装置は、ポンプ（９）及び環状導管（２２）を備え、前記環状導管（２２）内に、前記容器の前記ヘッドスペースガスの酸素含有量及び／又は酸素分圧、並びに、具体的にはヘッドスペース容積を算出可能なセンサユニット（８）が設けられており、前記環状導管（２２）は、前記容器（６）のヘッドスペースガスを、前記中空に形成されたピアサー（２）又は前記穿刺ヘッド（１）を介して、前記ポンプ（９）によって採取可能であり、前記環状導管（２２）を介して、具体的には前記採取チューブ（３）を介して、前記容器（６）の前記ヘッドスペース（４）に戻すことが可能であるように構成されていることを特徴とする、装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１４】
前記装置は、前記環状導管（２２）に一体化された複数の弁（１３，１４，１５）を備え、前記弁（１３，１４，１５）は、前記弁（１３，１４，１５）を介して前記装置、具体的には前記環状導管の自動浄化、及び／又は、洗浄ガス、具体的には窒素による洗浄、及び／又は、前記環状導管（２２）の充填、及び／又は、液体の採取が実施可能なように、前記環状導管（２２）内に配置されていることを特徴とする、請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
センサは、多くの場合、温度依存性の測定動作を行い、異なる物理的作用に起因する等化動作を行うので、センサ、具体的には酸素センサ１２及び温度センサ１１は、ヘッドスペースガス又はサンプル液体の温度に等しくすること、又は、他の等化工程に時間をかけることが有効である。この等化を素早く実施可能にするために、任意ではあるが、ヘッドスペースガスを、複数回センサユニット８又はセンサに送ることにより、等化を加速させる。ヘッドスペースガスを循環させることによって、又は、ヘッドスペースガスを何回も周回させることによって、少量のヘッドスペースガスであっても、センサユニット８によって測定することができる、又は、少量のヘッドスペースガスの場合であっても、センサをヘッドスペースガス及びサンプル液体に素早く等化させることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
元々ヘッドスペース４においてのみ存在するヘッドスペースガスが、容器６を開けた時に、ピアサー２によって環状導管２２内に分散され得るため、元々閉鎖された容器６のヘッドスペース４内に存在しているものよりも、低いＯ２濃度が測定される。このシステムエラーは、演算で修正される。そのためには、ポンプ循環量、又は、環状導管２２及びそれに接続された部品の容積、並びに、ヘッドスペース容積が分かっている必要がある。ヘッドスペース容積は、測定手順の間に、センサユニット８、又は、圧力センサ１０及び温度センサ１１によって測定技術的に測定され、及び／又は、気体の法則を用いることによって算出される。
【外国語明細書】
2020173253000001.pdf