(57)【要約】  所定の量の液体製品を個別のパッケージに吐出するように構成された充填バルブシステムが提供される。そのシステムは、少なくとも１つの充填バルブ（１１０；２１０）と；少なくとも１つの充填バルブ（１１０；２１０）を開放し、したがって液体製品の吐出を可能にするように構成され、且つ少なくとも１つの充填バルブ（１１０；２１０）を閉止するように構成されたコントローラ（１５０）と；少なくとも１つの充填バルブ（１１０；２１０）を通じて吐出される液体製品の量を測定するように構成された流量計（１４０、２４０）と；を具備している。そのシステム（１００、２００）はさらに、少なくとも１つの充填バルブ（１１０；２１０）の上流の圧力を測定するように構成された圧力センサ（１２５，２２５）を具備し、少なくとも１つの充填バルブ（１１０；２１０）の閉止手順の際に、測定された圧力に基づいて予測吐出量を計算し、且つ予測吐出量に基づいた閉止手順を開始するように構成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の量の液体製品を個別のパッケージ（１３０）に吐出するように構成された充填バルブシステムであって、該システムは、
少なくとも１つの充填バルブ（１１０；２１０）と；
該少なくとも１つの充填バルブ（１１０；２１０）を開放し、したがって液体製品の吐出を可能にするように構成され、且つ前記少なくとも１つの充填バルブ（１１０；２１０）を閉止するように構成されたコントローラ（１５０）と；
前記少なくとも１つの充填バルブ（１１０；２１０）を通じて吐出される液体製品の量を測定するように構成された流量計（１４０、２４０）と；を具備し、
前記システム（１００、２００）はさらに、
前記少なくとも１つの充填バルブ（１１０；２１０）の上流の圧力を測定するように構成された圧力センサ（１２５，２２５）を具備し、前記コントローラ（１５０）はさらに、前記少なくとも１つの充填バルブ（１１０；２１０）の閉止手順の際の、前記測定された圧力に基づいた予測吐出量を計算し、且つ当該予測吐出量に基づいた閉止手順を開始するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記コントローラ（１５０）は、圧力差を決定するために、前記測定された圧力を基準圧力と比較するように構成されており、前記予測吐出量は、前記圧力差に基づいて計算されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
液体製品タンク（２２０）と流体接続されたガスシステム（２７０）をさらに具備し、前記液体製品タンク（２２０）は、前記少なくとも１つの充填バルブ（２１０）と流体接続されて配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記圧力センサ（２２５）は、前記液体製品タンク（２２０）の内部に配置されており、前記液体製品タンク（２２０）の内部のガス圧力を測定するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記ガスシステム（２７０）は領域（２８０）と流体接続されており、該領域（２８０）は、該領域（２８０）におけるガス環境を提供するために、前記少なくとも１つの充填バルブ（２１０）に隣接していることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの充填バルブ（２１０）は、第１充填ライン（２０２）に接続された充填バルブ（２１０）の第１セットと、第２充填ライン（２０４）に接続された充填バルブ（２１０）の第２セットと、を具備し、充填バルブ（２１０）の各前記セットは、互いから独立して作動状態または非作動状態となるように構成され、前記ガスシステム（２７０）は、充填バルブ（２１０）の１セットのみが作動状態となるガス環境を提供することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記ガスシステム（２７０）は、空気または窒素ガスの供給部（２７２）を具備していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の充填バルブシステム（１００、２００）を具備した、個別のパッケージ内に液体製品を充填するための充填設備。
【請求項９】
前記充填バルブシステム（１００、２００）は、前記充填設備の無菌領域内に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の充填設備。
【請求項１０】
所定の量の液体製品を個別のパッケージに吐出するように構成された充填バルブのための方法であって、該方法は、
開始時間において液体製品の吐出を可能にするために、前記充填バルブの開放を制御するステップと、
前記充填バルブを通じて吐出される液体製品の量を測定し、
ｉ）前記充填バルブの上流の圧力を測定することによって、
ｉｉ）前記測定された圧力に基づいて、前記充填バルブの閉止手順の際の予測吐出量を計算することによって、および
ｉｉｉ）前記予測吐出量に基づいて閉止手順を開始することによって、前記充填バルブの閉止を制御するステップと、を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記充填バルブの閉止を制御するステップは、圧力差を決定するために、前記測定された圧力を基準圧力と比較するステップをさらに含み、前記予測吐出量は、前記圧力差に基づいて計算されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記充填バルブの上流の圧力を測定するステップは、前記充填バルブと流体接続された液体製品タンク内の圧力を測定するステップを含んでいることを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充填バルブのための方法、および充填バルブシステムに関する。より具体的には、本発明は、充填バルブが液体製品供給部から所定の量の液体を吐出するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
充填産業、特に液体製品を個別のパッケージに充填することに対応した産業においては、充填される液体製品の実際の量の正確な制御を提供することが所望されている。このことに関して、充填バルブの使用が効果的であることが証明されており、制御コマンドは、バルブの開放を可能にしている。したがって、液体製品が吐出され、所定の量が吐出された場合に、閉止コマンドは、充填バルブが閉じることを確実にしている。
【０００３】
充填バルブは、例えば入手可能性、制御、および小型等に関する多数の利点を提供している。しかしながら、動作を制御するために、充填バルブの性能を正確に決定することが必要である。開閉は、２つの位置の間でバルブ部材を移動させることによって実行されるので、これらの移動手順の際にいくらかの吐出が発生し、これにより、所定の量の液体が、充填バルブを通じて逃げ出すことが可能であり、したがって、そのような量は吐出される総量に上乗せされる。
【０００４】
充填バルブの動作を正確に制御するために、流量計が設けられ、その流量計は、接続された流量計を通過する時間ごとの所定量のパルスを送信するように構成されている。流量計からのパルスの数を数えることにより、流量計を通過した積算量を測定することが可能である。したがって、充填バルブが開放コマンドを受けた場合、流量計は吐出される量の測定を開始する。所定の量が放出された場合、充填バルブは閉止コマンドを受け、これによりコントローラは、充填バルブの閉止動作における遅れのために、吐出量に追加される追加の量を想定する。しかしながら、充填バルブの実際の閉止動作は、ある理由のために、想定された動作とは異なっており、吐出される液体の総量は、所望の量からは離れている。このことは、充填バルブの閉止動作が何らかの方法で影響した場合に、個別のパッケージが多すぎるまたは少なすぎる液体を収容するかもしれないため、充填作業に関して欠点を与える。
【０００５】
したがって、充填バルブのより正確な制御を行うための、充填バルブのための方法および充填バルブシステムを提供する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、前述の問題を克服すること、または軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の着想は充填システムを提供することであり、充填バルブは充填バルブの上流の圧力に依存して制御されている。
【０００８】
第１の態様によれば、所定量の液体製品を個別のパッケージに吐出するように構成された充填バルブシステムが提供されている。そのシステムは、少なくとも１つの充填バルブと；少なくとも１つの充填バルブを開放し、したがって液体製品の吐出を可能にするように構成され、且つ少なくとも１つの充填バルブを閉じるように構成されたコントローラと；少なくとも１つの充填バルブを通じて吐出される液体製品の量を測定するように構成された流量計と；を具備している。そのシステムは、少なくとも１つの充填バルブの上流の圧力を測定するように構成された圧力センサを具備し、コントローラはさらに、少なくとも１つの充填バルブの閉止手順の際に、測定された圧力に基づいて予測吐出量を計算し、且つ当該予測吐出量に基づいた閉止手順を開始するように構成されている。充填バルブを通過する流速が、上流の圧力に影響されることが証明されているので、閉止手順の際の吐出量は、上流の圧力に依存して変化する。したがって、閉止手順は、累積吐出量が、所望の量と予測吐出量との差に等しくなった場合に開始され得る。
【０００９】
コントローラは、圧力差を決定するために、測定された圧力を基準圧力と比較するように構成されており、予測吐出量は、この圧力差に基づいて計算される。したがって、閉止手順の際の吐出量を正確に見積もることが可能であり、また、そのような場合において、システム動作による基準圧力を調節することが必要となり得る。
【００１０】
そのシステムは、液体製品タンクと流体接続されたガスシステムをさらに具備し、液体製品タンクは、少なくとも１つの充填バルブと流体接続されて配置されている。ガスシステムを設けることは、液体製品タンク内部の環境を制御することを可能にしている。
【００１１】
さらに、圧力センサは、液体製品タンクの内部に配置されており、液体製品タンクの内部のガス圧力を測定するように構成されている。したがって、閉止手順が液体製品タンク内部のガス圧力の関数として制御されるので、ガス圧力が変化した場合、このことが吐出量に影響しない。
【００１２】
製造の際、ガスシステムは領域と流体接続されており、この領域は、領域にガス環境を提供するために、少なくとも１つの充填バルブに隣接している。微生物または他の望まない物質の存在は、これにより減少され、したがって、液体製品およびそれを収容したパッケージの品質は、改良され得る。
【００１３】
少なくとも１つの充填バルブは、第１充填ラインと接続された充填バルブの第１セットと、第２充填ラインと接続された充填バルブの第２セットと、を具備してもよく、充填バルブの各セットは、互いから独立して作動状態または非作動状態となるように構成され、ガスシステムは、充填バルブの１セットのみが作動状態となるガス環境を提供する。このことは、充填バルブの閉止手順が、液体製品タンク内部のガス圧力に基づいて開始されるために、ガスの実際の量が必要とされる領域のみに向けられ、吐出された充填量の正確さに影響しない利点を有する。
【００１４】
ガスシステムは、空気または窒素ガスの供給部である。
【００１５】
さらなる態様によれば、液体製品を個別のパッケージ内に充填するための充填設備が提供されている。充填設備は、第１態様による充填バルブシステムを具備している。
【００１６】
充填バルブシステムは、その充填設備の無菌領域内に配置され得る。
【００１７】
またさらなる態様によれば、所定の量の液体製品を個別のパッケージに吐出するように構成された充填バルブのための方法が提供されている。その方法は、開始時間において液体製品の吐出を可能にするために、充填バルブの開放を制御するステップと、充填バルブを通じて吐出される液体の量を測定し、且つ充填バルブの閉止を制御するステップと、を含んでいる。充填バルブの閉止を制御するステップは、ｉ）充填バルブの上流の圧力を測定することによって、ｉｉ）測定された圧力に基づいて、充填バルブの閉止手順の際の予測吐出量を計算することによって、およびｉｉｉ）予測吐出量に基づいて閉止手順を開始することによって、実行される。
【００１８】
充填バルブの閉止を制御するステップは、圧力差を決定するために、測定された圧力を基準圧力と比較するステップをさらに含んでいてもよく、予測吐出量は、その圧力差に基づいて計算される。
【００１９】
さらに、充填バルブの上流の圧力を測定するステップは、充填バルブと流体接続された液体製品タンク内の圧力を測定するステップを含んでいる。
【００２０】
追加の目的、特徴と同様に、前述の本発明の利点は、添付図を参照した、本発明の好適な実施形態の、以下の事例的および非限定的な詳細な記載を通じて、より良好に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】異なった実施形態による充填バルブシステムを使用した充填設備を示した概略図である。
【図２】実施形態による充填バルブシステムの概略を示した図である。
【図３】充填バルブの手順を示した線図である。
【図４】さらなる実施形態による充填バルブシステムを概略的に示した図である。
【図５】実施形態による充填バルブシステムの一部を概略的に示した図である。
【図６】実施形態による充填バルブのための方法を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１から開始すると、充填設備の概略図が示されている。充填設備１０は、液体製品を個別のパッケージ内に充填するように好適に構成され、液体製品入口１１およびパッケージ材料供給部１２を含んでいる。パッケージ材料は、例えば開放端とされたペットボトルのような半製品容器、ガラス容器のようなものであってよいが、好適な実施形態においては、パッケージ材料は、液体食品産業において使用されるカートンベースのパッケージ材料であり、パッケージ材料のウェブまたは個別のブランクの形式である。パッケージ材料は、微生物学的物質および他の有害な微生物の存在を減少するために、殺菌ユニット１３内に好適に供給される。充填設備１０は充填ユニット１４をさらに具備し、そこで液体製品が個別のパッケージ内に入れられることが可能である。パッケージ材料がカートンベースの材料として供給された場合、充填ユニット１４は、そのようなパッケージ材料を個別のパッケージに成形し、それに応じてそれらを密封するようにさらに構成されている。例えば、充填ユニット１４は、ｉ）半製品のカートンベースパッケージを供給し、ｉｉ）そのような半製品パッケージに液体製品を充填し、ｉｉｉ）充填されたパッケージを密封して、パッケージを完全に閉じる、複数の連続したステップを実行するように構成され得る。
【００２３】
好適な実施形態においては、充填ユニット１４はカートンベースの材料のブランクを受け取り、それらを開放端を有するチューブまたはスリーブに成形し、これによりブラスチック材料の閉止された上部が、一端を閉止するために、チューブ上に直接射出成型される。後にパッケージの底端部を形成する他端は、液体製品を受容するために、続いて充填ユニットの充填バルブと整列される。所定の量の液体製品が受容されると、充填ユニット１４は、パッケージの完全な密封のために、まだ開放されている端部を密封する。閉じられたパッケージは、その後分配ユニット１５内に受容され、複数の連続したパッケージがそこで収集されて、さらなる処理および分配のために送られる。
【００２４】
パッケージ材料は、充填ユニット１４に入ったときに殺菌されるので、充填ユニット１４を無菌環境に配置することは有利である。このことは、例えば充填領域内に殺菌ガスの過圧状態を設けることにより達成されてもよく、過圧はパッケージが完全に充填されて密封されるまで維持されてもよい。
【００２５】
ここで図２に戻ると、充填バルブシステム１００の例が示されている。充填バルブシステム１００は、以下に記載される多様な異なった充填設備とともに、特に充填量の制御において高精度を必要とされる機器のために使用され得る。そのような機器は、例えば化学薬品、薬剤、化粧品等の高価な液体製品を含み得るが、消費者が高精度期待する、例えば牛乳、非炭酸飲料、ジュースのような液体食品等の液体製品も含み得る。
【００２６】
充填バルブシステム１００は、液体製品供給部１２０と流体接続された少なくとも１つの充填バルブ１１０を具備している。図２に見られたように、４つの充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄが並列に設けられ、充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄ各１つは、液体製品供給部１２０と流体接続されている。
【００２７】
充填バルブシステム１００は、半製品パッケージ１３０のための供給ユニットと直列に配置されている。図２に示されたように、空のパッケージは図の左端から受けられ、第１充填バルブ１１０ａと垂直に整列されるように移動する。一部充填の後、パッケージは搬送されて、追加の部分充填のために第２充填バルブ１１０ｂと整列される。次に、パッケージ１３０は、パッケージ１３０が完全に充填される前に、第３充填バルブ１１０ｃおよび第４充填バルブ１１０ｄを横切って移動する。連続して作動された複数の充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄを備えることは、多くの利点を提供している。第１に、充填工程を複数のステップに分割することは、その前のおよびその後のインデックス付けに適応されたパッケージ１３０の移動、ならびに充填バルブシステム１００が一部を形成した充填設備の移動を可能にしている。第２に、各充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄは、そのインデックス位置に従って最適化され得る。例えば、第１充填バルブ１１０ａは、第１の量の液体製品を空のパッケージ内に供給し、それにより急速な充填は、過度の泡形成および飛び跳ねに帰結する。したがって、第充填バルブ１１０ａは、液体製品がパッケージの内壁に当たるように、放出する液体製品の特定の分配で比較的ゆっくりとした充填を実行するように提供されている。結果的に、それに続く充填バルブ１１０ｂ〜１１０ｄは、より速い充填を提供するように構成され、これにより充填バルブ１１０ｂ〜１１０ｄのノズルの他の構成を可能にし得る。
【００２８】
好適な実施形態においては、パッケージ１３０には一定に供給され、第１パッケージが第１充填バルブ１１０ａを離れると、次のパッケージ１３０が第１充填バルブ１１０ａと整列され、第１パッケージ１３０は第２充填バルブ１１０ｂに移動する。したがって、すべての充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄは同時に作動されてもよく、各１つの充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄは、パッケージ１３０に部分充填を行ってもよい。
【００２９】
充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄから吐出される量を制御するために、各充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄは、固有の流量計１４０ａ〜１４０ｄと接続されている。これにより、各充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄは、対応した流体チャネルの端部に配置され、各流体チャネルは、液体製品供給部１２０から分岐されている。流量計１４０ａ〜１４０ｄは各流体チャネルに配置され、各流量計１４０ａ〜１４０ｄは、単一の充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄから吐出される液体製品の量のみを測定する。
【００３０】
各充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄおよび各流量計１４０ａ〜１４０ｄは、コントローラ１５０に接続されている。コントローラ１５０は、充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄを開閉するためのコマンドを送信するように構成されている。コントローラ１５０は、パッケージ１３０の位置に対応したデータを受け取るようにさらに構成されており、充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄの開閉は、パッケージ１３０が個々の充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄと整列された場合にのみ実行される。この目的のために、コントローラ１５０は中央処理ユニット１５２および高速カウンタ１５４を具備し、それらはさらに以下に記載されている。
【００３１】
パッケージ１３０が、第１充填バルブ１１０ａと整列された位置に移動された場合、コントローラ１５０は、第１充填バルブ１１０ａが開くためのコマンドを送信する。第１充填バルブ１１０ａから液体製品が吐出されるとすぐに、接続された流量計１４０ａは吐出量の測定を開始し、関連したデータを高速カウンタ１５４に送信する。流量計のパルスの数が、中央処理ユニット１５２内に格納される所定の数値、したがって対応した累積吐出量に到達した場合、高速カウンタ１５４は第１充填バルブ１１０ａに閉止コマンドを送信し、これによりバルブ１１０ａは閉止手順を開始する。第１流量計１４０ａは、閉止の間も吐出量の測定を続け、高速カウンタ１５４は、全吐出量の正確な数値を受け取る。同様の手順が、第２バルブ１１０ｂ、第３バルブ１１０ｃ、および第４バルブ１１０ｄにも適用される。
【００３２】
ここで、流量計１４０ａ〜１４０ｄは連続して液体の流れを測定するので、高速カウンタ１５４は、一連のパルスを受け取る。このために、高速カウンタ１５４は、各流量計１４０ａ〜１４０ｄのための特定のチャネルを具備していてもよく、高速カウンタ１５４は、各流量計１４０ａ〜１４０ｄのパルスの数を同時に測定してもよい。中央処理ユニット１５２は、高速カウンタ１５４にコマンドを送信することによって閉止手順を制御し、測定されたパルスの数が所定の数に到達した場合、閉止を開始する。したがって、高速カウンタ１５４の各チャネルは、接続された流量計１４０からのおよび中央処理ユニット１５２によるデータを受け取る。さらに、高速カウンタ１５４の各チャネルは、充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄの閉止コマンドを送信するために、関連した充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄに接続されている。
【００３３】
充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄは、開位置と閉位置との間をバルブ部材により作動される。典型的に、そのような動作は、バルブ部材に接続されたサーボモータを制御することによって実行される。そのようなバルブ部材の開閉動作は急激ではないが、バルブが開き始めるとすぐに、バルブが完全に開くまでに液体製品の流れは増加する。同じことが閉止手順にも当てはまり、バルブが完全に閉じるまでに、流れは減少する。このことは充填速度、すなわち時間関数としての充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄを通じた流れの線図を示した図３に示されている。
【００３４】
Ｔ１において、コントローラ１５０は、開放信号を充填バルブ１１０に送信する。したがって、充填バルブ１１０は開き始め、充填速度は、バルブがＴ２において完全に開くまで増大する。コントローラ１５０が、高速カウンタ１５４を介して充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄに閉止コマンドを送信した場合、バルブはＴ３まで開いたままである。したがって、Ｔ３は、高速カウンタ１５４によって測定される流量計パルスの所定の数に対応している。これにより、バルブは閉じ始め、充填速度は、バルブが完全に閉じるまで減少する。この工程は、すべての充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄに関して、およびすべてのパッケージ１３０に関して、連続しておよび／または並列に繰り返される。
【００３５】
充填バルブ１１０から吐出される総量は、図３の実線の曲線の下側の面積によって現されている。個々の流量計１４０ａ〜１４０ｄからの対応したパルスを受け取ったとき、高速カウンタ１５４は、吐出される累積量に関連したデータを保持する。Ｔ３、すなわち閉止手順を開始するための時間は、吐出量を、所望の量に対応した基準量と比較することにより決定される。閉止手順の際に吐出される量、すなわち、Ｔ３とＴ４との間に吐出される量および実線の曲線の下側の網掛けされた領域によって示された量は、正確にＴ３の設定に関して予測され、充填バルブ１１０から吐出される総量、すなわち各充填手順に関して接続された流量計１４０によって測定された総量は、所望の充てん量と等しいか、または極めて近接している。
【００３６】
再度図２を参照すると、コントローラ１５０はさらに、液体製品供給部１２０に配置された圧力センサ１２５に接続されている。したがって、圧力センサ１２５は、個々の充填バルブ１１０ａ〜１１０ｄに進入する液体製品の圧力を測定するように構成されている。各充填バルブ１１０に関する充填速度は、上流の液圧に依存するので、実際の流速は、生産の間にわずかに変化し得る。接続された流量計１４０は、充填バルブ１１０の閉止が特定の時間に開始されるのではなく、吐出量が所望の充てん量から閉止手順の際の予想量（すなわち図３のＴ３とＴ４との間に吐出される量）を減じた量に等しくなった場合に開始することを保証する。
【００３７】
しかしながら、閉止手順の際の流速も、実際の上流の圧力に依存してわずかに変化する。したがって、中央処理ユニット１５２は、閉止手順の際に吐出される予想値を計算するように構成され、予想値は、上流の圧力により補正される、充填バルブの特定の数値に対応している。したがって、実際の上流の圧力を受け取ることにより、中央処理ユニット１５２は、実際の上流の圧力に関して、充填バルブ１１０を閉じる間に吐出される量を決定するように構成され、高速カウンタ１５４により起動された閉止コマンドは、流量計パルスを特定の数だけ受信した後に、充填バルブ１１０に送信される。したがって、特定の数の流量計パルスは、所望の充填量に対応したパルスの数から、閉止手順の際の吐出量に対応したパルスの数を減じた数に対応している。
【００３８】
図３を参照すると、前述の通りコントローラ１５０は、閉止手順の際に期待された吐出量を計算することによって閉止手順を自動的に制御し、期待された吐出量は上流の圧力に依存しており、且つコントローラは、累積吐出量が所望の量から、閉止手順の際に期待された吐出量を減じた量と等しくなった場合に、閉止コマンドを送信することによって閉止手順を自動的に制御するように構成されている。
【００３９】
ここで図４に戻ると、充填バルブシステム２００の実施形態が示されている。充填バルブシステム２００は所謂カートンボトル、すなわちプラスチックの上部により閉じられたカートンベースのスリーブを備えた液体食品パッケージを製造するために使用される充填設備内で好適に実施され、その設備は、Ａ６ｉＬｉｎｅ（登録商標）の下にテトラパック社によって商業的に入手可能な充填設備である。
【００４０】
１時間に１００００パッケージ以上の製造が可能なこの高速設備に関して、予備殺菌された半製品パッケージは、充填バルブシステム２００内に入る。以下に記載されたように、充填バルブシステム２００は２つの別個の充填ライン２０２、２０４を含み、各充填ライン２０２、２０４は、並列に配置され且つ部分的に連続に作動されるように構成された８つの充填バルブ２１０を具備している。
【００４１】
液体製品を収容した液体製品タンク２２０は、充填バルブ２１０の上流に設けられ、液体製品タンク２２０内の液体レベルを制御するための液体製品入口２２２を具備している。液体製品タンク２２０は、複数の液体製品流体チャネル２６２と流体連通した液体製品出口２２４をさらに具備している。各流体チャネル２６２は、接続された充填バルブ２１０が終端となっている。さらに、各流体チャネル２６２は、充填バルブ２１０の上流に配置された流量計２４０を備えている。
【００４２】
充填バルブシステム２００は、ガス供給部２７２を含んだガスシステム２７０をさらに具備している。好適に殺菌された空気または窒素であるガスは、液体製品タンク２２０内に流れ、その流れは、ガス供給部２７２と液体製品タンク２２０との間に配置された制御バルブ２７４を利用して調節される。したがって、ガス供給部２７０は、液体製品タンク２２０内に制御された環境を設けるように構成されている。
【００４３】
ガスシステム２７０はさらに、１つ以上の制御バルブ２７６に延びており、その制御バルブ２７６は、制御バルブの２つのセットに配置されている。制御バルブ２７６の各セットは、各充填ライン２０２、２０４へのガスの流れを制御するように構成されている。図４に示されたように、制御バルブ２７６の各セットは、ガスが、対応した充填ライン２０２、２０４と接続された特定の領域２８０内に流れることを可能にしている。製造の際に、制御バルブ２７６は、制御された環境が充填バルブ２１０の位置に維持されることを確実にしており、そこでは対応したパッケージが充填され（図示略）、微生物および他の不要な物質が、パッケージの内部および液体製品自身に侵入しならびにそれらを汚染することを防止している。
【００４４】
好適な実施形態においては、図４に示されたように、制御バルブ２７６の各セットは、ガスが各充填ライン２０２、２０４の個々の領域２８０内に流れることを可能にしている。例えば、各充填ライン２０２、２０４のための３つの制御バルブ２７６は、個々の領域２８０へのガスの流れの制御の効果的な方法であることが実証済みである。しかしながら、他の実施形態においては、唯一の制御バルブ２７６が各充填ライン２０２、２０４に設けられてもよい。
【００４５】
コントローラ（図示略）がさらに設けられ、図２を参照してすでに記載された方式と同様に、充填バルブ２１０および流量計２４０に接続されている。一般的に、図４の実施形態に関連したコントローラは、図２に示された実施形態を参照して記載されたコントローラ１５０と原則的に同一であり、すなわち、コントローラは中央処理ユニットおよび高速カウンタを具備している。本実施形態のコントローラは、液体製品タンク２２０内のガス圧力を測定するために、液体製品タンク２２０内部に配置された圧力センサ２２５に接続されている。コントローラは、ガスシステム２７０の動作を制御するようにも構成されているが、追加のコントローラがこの目的のために設けられてもよい。
【００４６】
図４に示された実施形態に関して、各流体チャネル２６２内の流速は、液体製品タンク２２０内のガス圧力に依存している。液体製品タンク２２０内のガス圧力を測定することにより、閉止手順の際の予測排出量を計算することが可能であり、予測排出量は、液体製品タンク２２０内部のガス圧力に依存している。
【００４７】
ここで、充填バルブシステム２００の動作に戻ると、パッケージは、最初に充填ライン２０２に供給され、２番目に充填ライン２０４または両方に供給される。
【００４８】
高速製造に端を発して、両方の充填ライン２０２、２０４は制御されて作動中とされ、接続された充填バルブ２１０は、コマンド送信されて稼働状態となる。２つのパッケージが各充填ライン２０２、２０４に供給され、したがって、各充填ライン２０２、２０４内で最初の２つの充填バルブ２１０を専有する。ガスシステム２７０は、制御バルブ２７６を開くことによって、ガスの流れを充填バルブ２１０の領域２８０内に供給する。次に、コントローラは各充填ライン２０２、２０４の最初の２つの充填バルブ２１０の開放を開始し、それにより液体製品は、液体製品タンク２２０と流体連通した流体チャネル２６２から吐出され始める。コントローラは、圧力センサ２２５からの液体製品タンク２２０内の実際のガス圧力、および接続された流量計２４０からの充填バルブ２１０にある液体製品の実際の量を示した、少なくとも１つの数値を受け取る。実際のガス圧力に依存して、コントローラは閉止手順の間の予測吐出量を決定し、吐出量が、所望の量から閉止の間の予測量を減じた量と等しくなった場合に、充填バルブ２１０の閉止を開始する。
【００４９】
充填バルブ２１０の閉鎖が実行された場合、各充填ライン２０２、２０４の最初の２つの充填バルブ２１０の領域を占めたパッケージは、続く２つの充填バルブ２１０に搬送され、同時に２つの新しいパッケージが、各充填ライン２０２、２０４の最初の２つの充填バルブ２１０の位置に移動される。コントローラは、液体製品タンク２２０内の実際の圧力に応じて、開いた各充填バルブ２１０に関して、充填バルブ２１０の閉鎖を開始する。
【００５０】
したがって、各パッケージは４つの充填ステップの対象とされ、各ステップは、ガス供給の特別な領域２８０において、関連した充填バルブ２１０によって実行される。２つの充填ライン２０２、２０４の１箇所のみを参照すると、最初の２つのパッケージが４番目（および最後）の充填ステップに配置された場合、すべての充填バルブ２１０が、関連したパッケージとともに作動する。結果的に、２つのパッケージが充填された場合、それらは密封ステーションに進み、そこでパッケージのまだ開放された端部が密封されて、形成される。
【００５１】
ある場合において、中間サービスもしくは保守の際、またはより遅い生産の際に、２つの充填ライン２０２、２０４の１つのみが作動している。したがって、充填ライン２０２、２０４の１つに接続された充填ライン２１０の１セットは、非作動状態となるようにコマンド送信され、特定の充填ライン２０２、２０４に接続された制御バルブ２５６は閉止される。このことは、圧力センサ２２５によって検出される、液体製品タンク２２０内部のガス圧力にわずかな変化を誘発する。結果的に、そのような圧力変化が、流体チャネル２６２内の流速を変化させるので、充填バルブ２１０の閉止が開始した場合における累積吐出量は、所定の量に従って、正確な充填量となるように調節され得る。
【００５２】
領域２８０の一実施形態は、図５に示されている。単一の充填ライン２０２のみに関して示された領域２８０は、充填バルブ２１０の出口を取り囲んだハウジング２８２を含んでいる。ハウジング２８２は複数の出口２８４を具備し、正確な数は充填バルブ２１０の数に一致している。したがって、充填バルブ２１０が開かれると、液体製品はハウジング２０２内に吐出され、特定の出口２８４においてハウジング２８２から出る。ハウジング２８２は複数のガス入口２８６をさらに具備し、各ガス入口２８６は、制御バルブ２７６と流体連通している（図４参照）。したがって、ガスシステム２７０は、充填バルブ２１０の領域２８０内のガスの流れを可能にし、吐出される液体製品は、調整されたガス流れによって形成された、制御された環境により常に囲まれる。ガスが出口２８４においてハウジング２８２からも逃げるので、出口２８４と整列されたパッケージ１３０も、制御された環境にさらされる。
【００５３】
ここで図６に戻ると、充填方法３００の実施形態が記載されている。方法３００は、個別のパッケージ内への所定の量の液体製品の吐出を可能にするために提供されており、方法３００は、開始時において液体製品の吐出を可能にするために、充填バルブの開放を制御する第１ステップ３０２を含んでいる。第１ステップ３０２と同時に開始されるステップ３０４の際に、方法３００は、通過する液体の量を測定することが可能な流量計または他の任意のセンサを用いて、充填バルブを通じた吐出される液体の量を測定する。方法は、累積された特定の吐出量において充填バルブの閉止を開始するための、充填バルブの閉止を制御するステップ３０６をさらに含んでいる。ステップ３０６は、いくつかの副ステップによって好適に実行されており、前述の充填バルブの上流の液体製品の圧力が測定されるステップ３０８、前述の測定された圧力に基づいて、充填バルブを閉じる際の予測吐出量が計算されるステップ３１０、およびその予測吐出量に基づいて、閉止時間が調節されるステップ３１２、を含んでいる。
【００５４】
ステップ３０８とステップ３１０との間にステップ３０９が実行され、このステップでは、測定された圧力が、圧力差を決定するための基準圧力と比較され、前述の予測吐出量が、その圧力差に基づいて計算される。さらなる実施形態においては、測定された圧力が、充填バルブを閉じる際に予測吐出量を読み出し、吐出される液体製品の測定された量が、所望の量から、充填バルブを閉じる際の予測充填量を減じた量と等しくなった場合に、閉止手順が開始されるように、ステップ３１０は実行され得る。
【００５５】
方法３００は、個別のパッケージに液体食品を供給するための充填設備において好適に実行され、その設備は、個別の充填バルブを通じて液体製品を吐出することによって作動し、液体製品の供給部は、ガス媒体によって加圧された液体製品タンクである。したがって、方法３００は、液体製品タンク内部の圧力が変化した場合でも、高精度の吐出量を供給し、他の変化は、吐出量のわずかな偏差を導き得る。
【００５６】
前述の記載は、液体食品技術における充填設備のために使用される充填バルブシステムに主に言及しており、液体食品は個別のパッケージ内に充填され、方法および装置の一般的な原理は、さまざまな異なった技術分野に関して応用可能であり、液体製品の充填は、充填バルブによって達成されることが直ちに理解されるべきである。
【００５７】
さらに、本発明はいくつかの実施形態を参照して主に記載された。しかしながら、当業者によって直ちに理解されるように、これまでに記載された実施形態以外の他の実施形態が、添付の請求項に定義されたような本発明の範囲内で等しく実施可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  ・・・充填設備
１１  ・・・液体製品入口
１２  ・・・パッケージ材料供給部
１３  ・・・殺菌ユニット
１４  ・・・充填ユニット
１５  ・・・分配ユニット
１００、２００  ・・・充填バルブシステム
１１０、２１０  ・・・充填バルブ
１２０  ・・・液体製品供給部
１２５  ・・・圧力センサ
１３０  ・・・半製品パッケージ
１４０、２４０  ・・・流量計
１５０  ・・・コントローラ
１５２  ・・・中央処理ユニット
１５４  ・・・高速カウンタ
２０２、２０４  ・・・充填ライン
２２０  ・・・液体製品タンク
２２２  ・・・液体製品入口
２２４  ・・・液体製品出口
２４０  ・・・流量計
２６２  ・・・流体チャネル
２７０  ・・・ガスシステム
２７２  ・・・ガス供給部
２７４、２７６  ・・・制御バルブ
２８０  ・・・領域
２８２  ・・・ハウジング
２８４  ・・・出口
２８６  ・・・ガス入口
３００  ・・・充填方法
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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