(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射ノズルと、前記噴射ノズルへの液化ガスの供給を制御するバルブ機構とを有する液化ガス噴射ユニットであって、
前記噴射ノズルの噴射方向に、噴射された液化ガスの方向及び広がり角を変更する反射部材が設けられ、
前記反射部材は、少なくとも反射面と広がり角抑制面とを備えた噴射流路を有し、
前記噴射流路は、前記噴射ノズル側から終端側まで、短径がほぼ同一で、長径が直線的に徐々に大きくなる扇型の孔形状に形成され、
前記反射面は、前記噴射ノズルから鉛直下方向に噴射された液化ガスを鉛直下方向から所定の角度の噴射角に変更して噴射するように構成され、
前記広がり角抑制面は、前記反射面の幅方向両側に設けられ、方向が変更されて前記噴射流路の終端から噴射される液化ガスの広がり角を規定するように構成されていることを特徴とする液化ガス噴射ユニット。
【請求項２】
前記噴射流路の終端から噴射される液化ガスの噴射角が、鉛直下方向から０°以上６０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の液化ガス噴射ユニット。
【請求項３】
前記噴射流路の終端から噴射される液化ガスの広がり角が、１０°以上６０°以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液化ガス噴射ユニット。
【請求項４】
噴射ノズルの噴射方向に設けられる反射部材であって、
少なくとも反射面と広がり角抑制面とを備えた噴射流路を有し、
前記噴射流路は、前記噴射ノズル側から終端側まで、短径がほぼ同一で、長径が直線的に徐々に大きくなる扇型の孔形状に形成され、
前記反射面は、前記噴射ノズルから鉛直下方向に噴射された液化ガスを鉛直下方向から所定の角度の噴射角に変更して噴射するように構成され、
前記広がり角抑制面は、前記反射面の幅方向両側に設けられ、方向が変更されて前記噴射流路の終端から噴射される液化ガスの広がり角を規定するように構成されていることを特徴とする反射部材。
【請求項５】
前記噴射ノズルの噴射方向に着脱可能に取り付ける取付部を有することを特徴とする請求項４に記載の反射部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽圧缶詰等の製造において液体窒素等の液化ガスを容器内に噴射充填する液化ガス噴射装置に使用される、噴射ノズルと噴射ノズルへの液化ガスの供給を制御するバルブ機構とを有する液化ガス噴射ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体窒素等の液化ガスを缶等の容器内にノズルから流下させて充填することによって、ガス置換を行うとともに内圧を発生させて、陽圧缶詰等のガス置換陽圧包装体を得ることは広く行われている。
しかしながら、液化ガスを直接流下させて充填すると、容器内に流下する液化ガスが内容液面との衝突時に一部が缶外へ飛散してしまうこと等があり、密封時に容器内に残留するガス量のバラツキが大きく、内圧精度が低いという問題点がある。
特に、液化ガスを少量充填する場合は、目標充填量に対するバラツキが一段と大きくなるので、従来の流下充填では少量の液化ガスを充填して低陽圧ガス置換包装体を安定して得ることができなかった。
そこで、本出願人は従来の液化ガス流下充填の欠点を解消して充填精度を高めるため、液化ガスをミスト状に噴射して容器に充填する液化ガス噴射ユニットを提案した（例えば、特許文献１等参照）。
さらに、高速ラインであっても噴射された液化ガスの微細粒を精度良く容器内に充填することができるように、液化ガスの噴射流が容器の進行方向の速度成分を有するように、噴射ノズルを傾斜させて、液化ガスを容器の進行に対して鉛直下方向から所定の角度傾斜して噴射する液化ガス噴射ユニットを提案した（例えば、特許文献２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−４３１１０号公報
【特許文献２】特開２０００−１２８１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図５に示すように、噴射ノズル５１０を傾斜させた公知の液化ガス噴射ユニット５００では、噴射ノズル５１０を傾斜して取り付けることで、噴射ノズル５１０への液化ガスの供給をオン・オフ制御する弁５２１、弁座５２２からなるバルブ機構５２０と噴射ノズル５１０との間には必ず液化ガスの供給流路Ｒが存在する。
容器の充填ラインが停止した際には、弁５２１を閉じて液化ガスの供給をオフとするが、図６に示すように、供給流路Ｒ内の液化ガスは噴射ノズル５１０から自然に流下し、供給流路Ｒ内の液化ガスの流下が終了するまでには所定の時間を要する。
【０００５】
このとき、供給流路Ｒ内の液化ガスの流下が終了する前に弁５２１を開いて液化ガスの供給をオンとすると、残存する液化ガスによって、液化ガスが微細粒化されない、或いは噴射パターンが広がらない等、正常な噴射を行うことができず、充填不良を起こすことがある。
また、供給流路Ｒ内の液化ガスの流下が終了した後に、弁５２１を開いて液化ガスの供給をオンとすると、液化ガスが噴射ノズル５１０に達して噴射されるまでにタイムラグが生じる。
このため、容器の充填ラインの再起動は、この供給流路Ｒ内に残留する液化ガスによる影響がなくなるのを待つとともに、タイムラグを考慮して行う必要があり、充填ラインの稼働効率が低下するという問題があった。
また、噴射ノズル５１０を傾斜させた公知の液化ガス噴射ユニット５００では、噴射ノズル５１０は鉛直下方向から容器搬送方向に傾けた所定の噴射角で固定されるため角度を変更することができず、また、噴射ノズル５１０から噴射された液化ガスの微細粒の空間分布状態であり、噴射の広がりを示す広がり角も噴射ノズルの交換によって変更する必要があるため、容器の形状や、充填ラインの速度が変更された際に、最適に対応することが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、前述した問題点を解決するものであり、充填ラインの稼働効率を向上するとともに、容器の形状や、充填ラインの速度に応じて最適な噴射を容易に行うことができる液化ガス噴射ユニットを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る液化ガス噴射ユニットは、噴射ノズルと、前記噴射ノズルへの液化ガスの供給を制御するバルブ機構とを有する液化ガス噴射ユニットであって、前記噴射ノズルの噴射方向に、噴射された液化ガスの方向及び広がり角を変更する反射部材が設けられ、前記反射部材は、少なくとも反射面と広がり角抑制面とを備えた噴射流路を有し、前記噴射流路は、前記噴射ノズル側から終端側まで、短径がほぼ同一で、長径が直線的に徐々に大きくなる扇型の孔形状に形成され、前記反射面は、前記噴射ノズルから鉛直下方向に噴射された液化ガスを鉛直下方向から所定の角度の噴射角に変更して噴射するように構成され、前記広がり角抑制面は、前記反射面の幅方向両側に設けられ、方向が変更されて前記噴射流路の終端から噴射される液化ガスの広がり角を規定するように構成されていることにより、前記課題を解決するものである。
また、本発明に係る反射部材は、噴射ノズルの噴射方向に設けられる反射部材であって、少なくとも反射面と広がり角抑制面とを備えた噴射流路を有し、前記噴射流路は、前記噴射ノズル側から終端側まで、短径がほぼ同一で、長径が直線的に徐々に大きくなる扇型の孔形状に形成され、前記反射面は、前記噴射ノズルから鉛直下方向に噴射された液化ガスを鉛直下方向から所定の角度の噴射角に変更して噴射するように構成され、前記広がり角抑制面は、前記反射面の幅方向両側に設けられ、方向が変更されて前記噴射流路の終端から噴射される液化ガスの広がり角を規定するように構成されていることにより、前記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本請求項１に係る液化ガス噴射ユニットによれば、噴射ノズルの噴射方向に、噴射された液化ガスの方向及び広がり角を変更する反射部材が設けられていることにより、反射部材によって噴射の方向を規定できるため、噴射ノズルを鉛直下方向に噴射するように固定しバルブ機構と近接して配置することが可能となる。
このことで、噴射ノズルとバルブ機構との間の供給流路に残留する液化ガスの量を少なくでき、液化ガスの供給をオフとした後、供給流路内の液化ガスの流下が終了するまでの時間を短縮することが可能となる。
従って、残留する液化ガスによる影響がなくなるまでの時間が短縮され、噴射開始までのタイムラグも少なくなるため、容器の充填ラインが停止した際の再起動を素早く行うことができ、充填ラインの稼働効率を向上することができる。
さらに、反射部材によって任意に噴射の方向及び広がり角を変更することが可能となるため、噴射ノズルを交換することなく反射部材を変更するだけで、容器の形状や、充填ラインの速度に応じて最適な噴射を容易に行うことができる。
【０００９】
また、本請求項１に係る液化ガス噴射ユニット及び本請求項４に係る反射部材によれば、反射面は、噴射ノズルから鉛直下方向に噴射された液化ガスを鉛直下方向から所定の角度の噴射角に変更して噴射するように構成され、広がり角抑制面は、反射面の幅方向両側に設けられ、方向が変更されて噴射流路の終端から噴射される液化ガスの広がり角を規定するように構成されていることにより、反射部材の噴射流路の形状に応じて、噴射流路の終端から噴射される液化ガスの噴射角、広がり角を自由に設定することが可能となるため、噴射ノズルを交換することなく反射部材を変更するだけで、容器の形状や、充填ラインの速度に応じて最適な噴射を容易に行うことができる
本請求項２に記載の構成によれば、噴射流路の終端から噴射される液化ガスの噴射角が、鉛直下方向から０°以上６０°以下であることにより、充填ラインの速度に応じた最適な範囲がカバー可能となる。
本請求項３に記載の構成によれば、噴射流路の終端から噴射される液化ガスの広がり角が、１０°以上６０°以下であることにより、容器の形状に応じた最適な範囲がカバー可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る液化ガス噴射ユニットを備えた液化ガス噴射装置の概略断面説明図。
【図２】本発明の一実施形態に係る液化ガス噴射ユニットの斜視半断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る液化ガス噴射ユニットの断面図。
【図４】本発明の一実施形態に係る液化ガス噴射ユニットの広がり角の説明図。
【図５】従来の液化ガス噴射ユニットの噴射時の断面図。
【図６】従来の液化ガス噴射ユニットの噴射停止時の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る液化ガス噴射ユニット１００は、図１に示す液化ガス噴射装置１の一部を構成する。
液化ガス噴射ユニット１００は、図１乃至図３に示すように、液体窒素等の低温の液化ガスを貯留する液化ガス貯留槽１０１の底部に設けられたバルブ機構１２０及び噴射ノズル１１０と、噴射ノズル１１０の噴射方向のタンク底部１０３に設けられた反射部材１３０を有している。
液化ガス貯留槽１０１は、上部の液化ガスが供給される開口と、下部のバルブ機構１２０及び噴射ノズル１１０が設けられる開口を除いて真空断熱層１０２で覆われており、さらにその周囲を、タンク底部１０３から立設された断熱カバー１０４で覆われている。
【００１２】
バルブ機構１２０はニードルバルブで構成され、弁棒１２３の先端に形成された弁１２１と弁座１２２とからなり、弁棒１２３は、液化ガス貯留槽１０１の上方開口から上部に延びており、図示しないバルブ制御手段により駆動制御できるようになっている。
弁棒１２３を下方に移動させると、図２に示すように、先端の弁１２１が弁座１２２と接触して、噴射ノズル１１０への液化ガスの供給が止まる。
弁棒１２３を上方に移動させると、図３に示すように、先端の弁１２１が弁座１２２から離間して、噴射ノズル１１０に液化ガスが供給される。
【００１３】
噴射ノズル１１０は、バルブ機構１２０の弁座１２２の直下に、液化ガスを鉛直下方に噴射するように設けられている。
このことで、図２及び図３に示すように、弁座１２２と噴射ノズル１１０の間の液化ガスの供給流路Ｒは非常に小さくなる。
噴射ノズル１１０は、液化ガスの噴射パターンが、容器等の進行方向（図示右方向）にはほとんど広がらず、幅方向（容器等の進行方向と直交する方向）に所定の広がり角を有して広がり、容器等の進行方向から見て扇形となるように、固定されている。
噴射ノズル１１０としては、特開２０００−１２８１２２号公報や特開２００１−４８１２０号公報等に記載の公知のものを使用することができる。
【００１４】
反射部材１３０は、噴射ノズル１１０の噴射方向に着脱可能に取り付ける取付部１３４と、反射部材本体に貫設され、反射面１３２と広がり角抑制面１３３とを備えた噴射流路１３１とから構成される。
反射部材１３０は、噴射ノズル１１０の直下のタンク底部１０３に、噴射流路１３１が容器等の進行方向（図示右方向）に傾斜した状態で取り付けられている。
反射部材１３０の取付部１３４は、ネジ固定等の適宜の手段により、タンク底部１０３に対し着脱自在で、かつ、確実に固定可能に構成されている。
噴射流路１３１は、図２乃至図４に示すように、噴射ノズル１１０から鉛直下方向に噴射された液化ガスを反射して鉛直下方向から所定の角度の噴射角に変更する反射面１３２と、反射面１３２の幅方向両側に設けられ、方向が変更されて噴射流路１３１の終端から噴射される液化ガスの広がり角を規定する広がり角抑制面１３３とを有している。
広がり角抑制面１３３は、反射面１３２の幅方向の両側に滑らかに連続する曲面からなる。
さらに、噴射流路１３１は、反射面１３２に対向する面を有し、噴射ノズル１１０側から終端側まで貫通する扇型の孔形状に形成されている。
すなわち、噴射流路１３１の断面はトラック形状で、噴射ノズル１１０側から終端側まで、短径がほぼ同一で、長径が直線的に徐々に大きくなるように形成されている。
【００１５】
噴射ノズル１１０から鉛直下方向に噴射された液化ガスは、図３に示すように、容器等の進行方向（図示右方向）に傾斜した反射面１３２に当たり、鉛直下方向から容器等の進行方向に噴射角を変更されて噴射される。
また、噴射ノズル１１０から鉛直下方向に噴射された液化ガスは、図４に示すように、幅方向でθｎの広がり角を有しているが、反射面１３２の幅方向の両側方の広がり角抑制面１３３がθｓの角度で延在しているため、噴射流路１３１の終端から噴射される液化ガスの幅方向の広がり角はθｓとなる。
【００１６】
以上のように構成された本発明の一実施形態に係る液化ガス噴射ユニット１００の具体的な動作について説明する。
まず、前述の本発明の実施形態で、液化ガス貯留槽１０１内の圧力Ｐを０〜１０ｋＰａ、噴射ノズル１１０の口径を約φ０．３ｍｍ及びφ１．１ｍｍ相当とし、噴射状態からバルブ機構１２０を閉じた時間を起点として、噴射ノズル１１０から液体窒素の流下が終了するまでの時間Ｔを計測した。結果を表１に示す。
比較例は、図５及び図６に示す、噴射ノズル５１０を傾斜して固定したもので、その鉛直下方向からの傾斜角度は３０°であり、本発明の実施形態と同一条件で噴射ノズル５１０から液体窒素の流下が終了するまでの時間Ｔを計測した。
【００１７】
【表１】
0006524641.tif 000002
【００１８】
上記の結果からわかるように、液体窒素の流下が終了するまでの時間を大幅に短縮することができた。
一般的に、缶の充填ラインにおいて、缶の滞留等により秒単位で短時間のライン停止が発生する場合が多い。
充填不良の発生を防ぐために、ライン停止時に即座に噴射を停止し、再起動時に噴射を再開するが、再起動時の充填不良を防ぐ必要があるため、比較例の場合では、液体窒素の流下終了を待ち、マージンを含めてライン停止後５秒程度は再起動を禁止する必要があった。
本発明では、ライン停止後２秒程度で再起動が可能であり、充填ラインの稼働効率を向上することができる。
【００１９】
次に、前述の本発明の実施形態において、反射部材１３０の反射面１３２が鉛直下方向となす角度を３０°とし、噴射ノズル１１０から噴射された液体窒素の広がり角θｎ＝４３．３°、反射部材１３０の噴射流路１３１両側の広がり角抑制面１３３のなす角度θｓ＝３０°、反射部材１３０の反射面１３２の反射位置の幅＝２３ｍｍとして噴射パターンを観察した。
噴射流路１３１の終端からの距離と広がり幅を測定した結果、測定距離５０ｍｍにて、広がり幅が７７ｍｍ（１０回測定の平均値、最小値７３ｍｍ、最大値８０ｍｍ）であった。また、噴射角は３０°であった。
図４から求めた距離５０ｍｍにおける計算値は７６．６ｍｍであり、反射部材１３０の噴射流路１３１の終端から噴射される液化ガスの広がり角が、広がり角抑制面１３３によって正確に規定できた。
以上の結果から、容器の形状や充填ラインの速度に応じて噴射角と広がり角を変えるには、噴射ノズル１１０を交換することなく反射部材１３０を変更するだけで容易に対応することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明の液化ガス噴射ユニットは、傾斜扇状に液化ガスを噴射するものであれば、缶等の容器内にガスを充填するもの以外の用途にも応用可能である。
また、缶等の容器に充填する場合は、液化ガスとして液体窒素等の低温の液化不活性ガスが好適であるが、用途に応じて他のガスであってもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１              ・・・  液化ガス噴射装置
１００、５００  ・・・  液化ガス噴射ユニット
１０１          ・・・  液化ガス貯留槽
１０２          ・・・  真空断熱層
１０３          ・・・  タンク底部
１０４          ・・・  断熱カバー
１１０、５１０  ・・・  噴射ノズル
１２０、５２０  ・・・  バルブ機構
１２１、５２１  ・・・  弁
１２２、５２２  ・・・  弁座
１２３          ・・・  弁棒
１３０          ・・・  反射部材
１３１          ・・・  噴射流路
１３２          ・・・  反射面
１３３          ・・・  広がり角抑制面
１３４          ・・・  取付部
Ｒ            ・・・  供給流路
θｎ          ・・・  ノズル広がり角
θｓ          ・・・  反射部材広がり角
Ｋ            ・・・  容器
【図１】
0006524641.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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