JP6166109B2 - 充填用ヘッドタンク及び飲料液の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、コーヒー飲料（乳入りコーヒーを含む）、果汁飲料等の飲料液を容器に充填する充填機へ飲料を供給する充填用ヘッドタンク及びこの充填用ヘッドタンクを用いた飲料液の処理方法に関する。

例えば、コーヒー飲料の製造工程では、コーヒー飲料（飲料液）はレトルト殺菌した後、製品液のｐＨが低下するため、予め重曹を入れてｐＨ（ペーハー）を調整してから、飲料液を容器に充填する充填機に供給する為の充填用ヘッドタンクに注入していた。
充填用ヘッドタンクでは、飲料液を収納するヘッドタンク本体で泡が発生したり、飲料液にガスが溶存したりすることがあり、泡が発生した場合には泡の成分が熱変性物質としてヘッドタンク本体の壁面に付着することがあった。
ヘッドタンク本体において、飲料液にガスが溶存すると容器に充填するときの入味量が不安定になるという不都合があり、またヘッドタンク本体の壁面に熱変性物質が付着するとこれが剥離して飲料液内に混入するおそれがあった。

一方、特許文１には、飲料液の充填時に泡立を防止する方法として、充填時における飲料液中に不活性ガスを圧入し、飲料液中の溶存ガスを低減することが開示されている。

特開２００６−２５７３８号公報

しかしながら、不活性ガスの圧入は、ガスを圧入する装置が必要になると共に圧入したガスのガス抜きも必要になり、操作や設備が複雑になるという問題があった。

そこで、本発明は、簡易な構成と方法で、飲料充填時における溶存するガスを低減すると共に熱変性物質の混入を防止できる充填用ヘッドタンク及び飲料液の処理方法の提供を目的とする。

請求項１に記載された発明は、飲料液を容器に充填する充填機に飲料液を送る充填用ヘッドタンクであって、飲料液を収納するヘッドタンク本体と、ヘッドタンク本体内に飲料液を流入する流入口部と、ヘッドタンク本体の底部に設けてヘッドタンク本体内の飲料液を充填機へ流出する流出口部とを備え、流入口部はヘッドタンク本体の内壁面の周方向に沿って飲料液を流入することを特徴とする充填用ヘッドタンクである。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の発明において、ヘッドタンク本体は、円筒形状の胴部と、胴部の下で内壁が下側ほど先細りにした円錐形状のコーン部とを備え、流出口部はコーン部の下端に設けてあり、流入口部は胴部に設けてあることを特徴とする。

請求項３に記載された発明は、請求項２に記載の発明において、ヘッドタンク本体は定常運転状態で一定の定常水位を保持して、流入口部から飲料液を一定流量で流入すると共に流出口部から一定流量で飲料液を流出しており、流入口部は前記定常水位よりも下に設けてあることを特徴とする。

請求項４に記載された発明は、請求項３に記載の発明において、流入口部はヘッドタンク本体の内周面の接線方向に向けて開口していることを特徴とする。

請求項５に記載された発明は、請求項４に記載の発明において、コーン部の縦断面における内壁の傾斜角度は３０〜６０度であり、胴部とコーン部との境目から定常水位まで寸法はコーン部の高さ寸法以上としてあることを特徴とする。

請求項６に記載された発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発明において、飲料液は、乳入り飲料液であることを特徴とする。

請求項７に記載された発明は、飲料液を収納するヘッドタンク本体を備え、飲料液を容器に充填する充填機に飲料液を供給する充填用ヘッドタンクにおける飲料液の処理方法であって、ヘッドタンク本体は円筒形状の胴部と、胴部の下に配置して内壁が下側ほど先細りにした円錐形状を成すコーン部とを備えており、飲料液を胴部の内壁面の周方向に流入して、コーン部の下端からタンク内の飲料液を流出して充填機へ送ることを特徴とする飲料液の処理方法である。

請求項８に記載された発明は、請求項７に記載の発明において、定常運転状態におけるヘッドタンク本体内の飲料液の水位を、飲料液の流入口よりも高い一定の水位に保持しつつ、充填用ヘッドタンク内の飲料液を流出することを特徴とする。

請求項９に記載された発明は、請求項８に記載の発明において、飲料液はヘッドタンク本体への流入前に重曹を添加してｐＨ調整してあることを特徴とする。

請求項１０に記載された発明は、請求項７〜９のいずれか一項に記載の発明において、飲料液は、乳入り飲料であることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ヘッドタンク本体に流入した飲料液は、ヘッドタンク本体内を周方向に旋回して流入し、渦状になるので、ガスを含む軽い飲料液は渦の中央に集められると共に上昇流となって上に向かう。これにより、ヘッドタンク本体内で発生した泡は飲料液の液面の中央部に集められるから、流出口部から流出する飲料液は、溶存ガスや泡がほとんどない飲料液となって充填機へ供給できる。
特に、ヘッドタンク本体内に泡が発生した場合でも、泡は旋回流により液面中央部に集められるから、泡がヘッドタンク本体の壁面に付着するのを防止でき、従来のようにヘッドタンク本体の壁面に付着した泡成分が乾燥した熱変性物質が飲料液に落下するのを防止できる。
したがって、簡易な構成で、飲料充填時における溶存ガスを低減すると共に熱変性物質の混入を防止できる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の作用効果を奏すると共に、ヘッドタンク本体には、胴部の下側にコーン部を設けているので、流入液で生じる旋回流に対して旋回半径がコーン部で下側ほど小さくなるので、コーン部における旋回流の流速を高めることができ、溶存ガスを低減すると共に、泡が旋回流の中心側へ移動し且つ上昇するのを高めることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の作用効果を奏すると共に、流入口部を定常水位よりも下に設けてあるので、飲料液をヘッドタンク本体内へ流入するときの泡の発生を低減し、特にヘッドタンク本体の壁面付近での泡の発生を防止して、壁面に泡が付着するのを防止できる。
また、定常水位よりも上から流入する場合に比較して、ヘッドタンク本体内における旋回流を生じさせる水力を得ることができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の作用効果を奏すると共に、流入口部から流入した飲料液は旋回方向の水力となって、ヘッドタンク内に流入できるから、最も高い効率で旋回流を生じさせることができると共に開口を接線方向に切断して形成すればよいので、流入口の形成が容易にできる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の作用効果を奏すると共に、コーン部における旋回流の流速を早くして溶存しているガスを泡状に促進できると共に、胴部で泡の分離を促進できる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の作用効果を奏すると共に、乳入り飲料は、泡成分がたんぱく質の熱変性物質として生成し易い為、熱変性物質の混入を特に防止できる。

請求項７に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。

請求項８に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。

請求項９に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明と同様の作用効果を奏すると共に、特にｐＨ調整用に重曹を添加したことにより飲料内に溶存ガスが発生しやすくなるが、飲料液に重曹を添加した場合でも容器に充填する飲料液内の溶存ガスの減少を図り且つ泡の発生を防止できる。

請求項１０に記載の発明によれば、請求項６に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。

本発明の実施の形態にかかる充填用ヘッドタンクのヘッドタンク本体の縦断面図であり、定常運転状態にあるときの作用を説明する図である。 本発明の実施の形態にかかる充填用ヘッドタンクのヘッドタンク本体の縦断面図であり、定常運転状態前における飲料注入時の作用を説明する図である。 本発明の実施の形態にかかる充填用ヘッドタンクであり、ヘッドタンク本体を図１に示すＡ−Ａ位置で切断して示す断面図である。 本発明の実施の形態にかかる充填用ヘッドタンクのヘッドタンク本体の縦断面図であり、ヘッドタンク内の洗浄工程を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる充填用ヘッドタンクの正面図であり、カバーのみを切断して示した図である。

以下に、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本実施の形態にかかる充填用ヘッドタンク１は、製品液としての飲料液を容器に充填する充填機へ送るものであり、飲料製造装置における充填機の手前に設けている。
図５に示すように、充填用ヘッドタンク１は、ヘッドタンク本体３とカバー５とを備えており、カバー５はヘッドタンク本体３を覆って熱の放出を遮蔽している。

図１〜図３に示すように、ヘッドタンク本体３は、円筒形状の胴部７と、胴部７の下で内壁を下側ほど先細りにした円錐形状のコーン部９とを備え、胴部７には飲料液を流入する流入口部１１が設けてあり、コーン部９の下端には飲料液を充填機へ向けて流出する流出口部１３が設けてある。
流入口部１１は胴部７の内壁面の周方向に沿って飲料液を流入するようになっており、図３に示すように、流入口１１ａを内壁の接線方向に向けて開口している。
図１及び図２に示すように、流入口部１１は、充填用ヘッドタンク１が運転中の定常運転状態にあるときの水位Ｈ（以下、「定常水位」という）よりも下方に位置している。

図１に示すように、胴部７とコーン部９との境目Ｍから定常水位Ｈまでの寸法Ｌ１は、コーン部９の高さ寸法Ｌ２以上の寸法としてある。
コーン部９の縦断面における内壁の傾斜角度Ｒは３０〜６０度であり、本実施の形態では、約４５度である。

飲料液は、コーヒー飲料（乳入り）であり、加熱殺菌処理した後に、ｐＨ（ペーハー）調整の為に重曹が添加されている。
充填用ヘッドタンク１において、ヘッドタンク本体３の天面部には、覗き窓付きのマンホール１５及びスピンボール付きの洗浄器１７が設けてある。

次に、本実施の形態にかかる充填用ヘッドタンク１における作用、効果について説明する。
図２に示すように、充填機への流出口部１３を閉じた状態で、流入口部１１から飲料液を流入する。図２及び図３に示すように、流入した飲料液は、ヘッドタンク本体３において、胴部７の壁面に沿って周方向に旋回しながら下方へ向けて流れ、コーン部９に溜まるが、コーン部９では、下側ほど半径が小さくなるので、旋回流が旋回速度を速めて、水位の上昇速度を上げていく。

特に、図２中に矢印で示すように、コーン部では、旋回流が渦状になって、中央部にガスを含有する軽い液体が集まり、軽い液体は中央部で上昇していき、発生した気泡Ｋは液面の上に浮遊する。
更に、飲料液が流入しつづけると、胴部７に液面が到達した後、更に流入口部１１を超えて水位があがっていく。
そして、図１に示すように、水位が定常水位Ｈになったところで、流出口部１３から充填機へ流出を開始する。

定常運転状態では、流入口部１１からの飲料液の流入と流出口部１３からの流出とが均衡して定常水位Ｈを保持しつつ、充填機への飲料液の流出を行う。
定常運状態では、図１に示すように、コーン部９での飲料液の旋回は上述したように、胴部７よりも早い速度で旋回し、胴部７でも流入速度に近い速度で旋回を続け、ガスを含有した軽い液体及び気泡Ｋは、飲料液の旋回により中央に集められると共に軽い液体からは気泡が発生し易くなり、気泡Ｋは液面上に集められる。

運転終了後には、図４に示すように、流出口部１３から充填機への飲料液の流出を停止し、充填用ヘッドタンク１のドレイン１９を開いて、洗浄器１７からシャワー水でタンク内を洗浄する。

本実施の形態によれば、充填用ヘッドタンク１に流入した飲料液は、ヘッドタンク内を周方向に旋回して流入し、渦状になるので、ガスを含む軽い飲料液は渦の中央に集められると共に上昇流となって上に向かう。これにより、ヘッドタンク内で発生した泡Ｋは飲料液の液面の中央部に集められるから、流出口部から流出する飲料液は、溶存ガスや泡がほとんどない飲料液となって充填機へ供給できる。
特に、充填用ヘッドタンク１内で泡Ｋが発生した場合でも、泡Ｋは旋回流により液面中央部に集められるから、泡Ｋがタンクの壁面に付着するのを防止でき、従来のようにタンク壁面に付着した泡成分が乾燥した熱変性物質が飲料液に落下するのを防止できる。
流出口部１３から充填機へ流出する飲料液には、溶存ガスが少なく且つ気泡Ｋの含有も少ないので、充填機で容器に飲料を充填するときに、流量のばらつきを防止でき、入味量を安定にできる。

充填用ヘッドタンク１は、胴部７の下側にコーン部９を設けているので、流入液で生じる旋回流に対して旋回半径がコーン部９で下側ほど小さくなるので、コーン部９における旋回流の流速を高めることができ、泡が旋回流の中心側への移動の促進と上方への上昇を高めることができる。
流入口部１３を定常水位Ｈよりも下に設けてあるので、定常運転時に充填用ヘッドタンク１内へ流入するときにヘッドタンク壁面付近での泡Ｋの発生を防止して、壁面に泡が付着するのを防止できる。また、定常水位Ｈよりも上から流入する場合に比較して、ヘッドタンク内における旋回流を生じさせる水力を保持することができる。

流入口部１１は、充填用ヘッドタンク１の内壁の接線方向に沿って流入するので、流入口部１１から流入した飲料液は旋回方向の水力となって、ヘッドタンク内に流入できるから、最も高い効率で旋回流を生じさせることができると共に開口を接線方向に切断して形成すればよいので、流入口１１ａの形成が容易にできる。

コーン部９の縦断面における内壁の傾斜角度は３０〜６０度であり、胴部７とコーン部９との境目Ｍから定常水位Ｈまで寸法Ｌ１はコーン部９の高さ寸法Ｌ２以上としてあるので、コーン部９における旋回流の流速を早くして溶存しているガスを泡状に促進できると共に、胴部７で泡Ｋの分離を促進できる。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、飲料はコーヒー飲料に限らず、果汁入り飲料や乳酸飲料等であっても良い。

１ 充填用ヘッドタンク
３ ヘッドタンク本体
７ 胴部
９ コーン部
１１ 流入口部
１３ 流出口部
Ｈ 定常水位
Ｋ 泡

Claims (9)

1. 飲料液を容器に充填する充填機に飲料液を送る充填用ヘッドタンクであって、飲料液を収納するヘッドタンク本体と、ヘッドタンク本体内に飲料液を流入する流入口部と、ヘッドタンク本体の底部に設けてヘッドタンク本体内の飲料液を充填機へ流出する流出口部とを備え、流入口部はヘッドタンク本体の内壁面の周方向に沿って飲料液を流入し、
   ヘッドタンク本体は定常運転状態で一定の定常水位を保持して、流入口部から飲料液を一定流量で流入すると共に流出口部から一定流量で飲料液を流出しており、流入口部は前記定常水位よりも下に設けてある、ことを特徴とする充填用ヘッドタンク。
2. ヘッドタンク本体は、円筒形状の胴部と、胴部の下で内壁が下側ほど先細りにした円錐形状のコーン部とを備え、流出口部はコーン部の下端に設けてあり、流入口部は胴部に設けてあることを特徴とする請求項１に記載の充填用ヘッドタンク。
3. 流入口部はヘッドタンク本体の内周面の接線方向に向けて開口していることを特徴とする請求項２に記載の充填用ヘッドタンク。
4. コーン部の縦断面における内壁の傾斜角度は３０〜６０度であり、胴部とコーン部との境目から定常水位まで寸法はコーン部の高さ寸法以上としてあることを特徴とする請求項３に記載の充填用ヘッドタンク。
5. 飲料液は、乳入り飲料液であ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充填用ヘッドタンク。
6. 飲料液を収納するヘッドタンク本体を備え、飲料液を容器に充填する充填機に飲料液を供給する充填用ヘッドタンクにおける飲料液の処理方法であって、ヘッドタンク本体は円筒形状の胴部と、胴部の下に配置して内壁が下側ほど先細りにした円錐形状を成すコーン部とを備えており、飲料液を胴部の内壁面における、前記ヘッドタンクの定常水位より下の位置に周方向に流入して、コーン部の下端からヘッドタンク内の飲料液を流出して充填機へ送ることを特徴とする飲料液の処理方法。
7. 定常運転状態におけるヘッドタンク本体内の飲料液の水位を、飲料液の流入口よりも高い一定の水位に保持しつつ、充填用ヘッドタンク内の飲料液を流出することを特徴とする請求項６に記載の飲料液の処理方法。
8. 飲料液はヘッドタンク本体への流入前に重曹を添加してｐＨ調整してあることを特徴とする請求項７に記載の飲料液の処理方法。
9. 飲料液は、乳入り飲料であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の飲料液の処理方法。

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