液体混合方法及び装置
【課題】コストを低減した制御装置により、粘性の低い液体と粘性の高い液体とを混合する場合であっても所望の比率で混合することができる。
【解決手段】複数の液体供給源Ｔ１，Ｔ２に接続する給液配管ＳＰ１，ＳＰ２を分岐させ、分岐管路を複数の混合タンクＭＴ１，ＭＴ２に接続して第１液体と混合用液体とからなる液体を供給可能とし、混合タンクに供給された第１液体の積算流量を測定し、この測定値から混合タンクに供給することが必要な液体の積算流量を算出し混合用液体の理論上の必要量を求め、混合タンクに供給された混合用液体の積算流量を測定し、この測定値と混合用液体の理論上の必要量とから混合用液体の不足量を算出し、混合用液体の積算流量の測定値が混合用液体の理論上の必要量に対し不足する場合には、予め求めておいた混合用液体の不足量に対する流量制御弁の弁開度に基づいて流量制御弁の弁開度を制御し混合用液体を混合タンクに供給する。
【解決手段】複数の液体供給源Ｔ１，Ｔ２に接続する給液配管ＳＰ１，ＳＰ２を分岐させ、分岐管路を複数の混合タンクＭＴ１，ＭＴ２に接続して第１液体と混合用液体とからなる液体を供給可能とし、混合タンクに供給された第１液体の積算流量を測定し、この測定値から混合タンクに供給することが必要な液体の積算流量を算出し混合用液体の理論上の必要量を求め、混合タンクに供給された混合用液体の積算流量を測定し、この測定値と混合用液体の理論上の必要量とから混合用液体の不足量を算出し、混合用液体の積算流量の測定値が混合用液体の理論上の必要量に対し不足する場合には、予め求めておいた混合用液体の不足量に対する流量制御弁の弁開度に基づいて流量制御弁の弁開度を制御し混合用液体を混合タンクに供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の液体を所望の比率で混合するための液体混合方法及び装置に係り、特に果汁や水等の粘性の低い液体と果実繊維や果肉等の固形物を含んだ粘性の高い液体とを所望の比率で混合するための液体混合方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
食品、化粧品、薬品等の各種製造プラントにおいて、複数種類の液体、例えば２種類の液体原料を混合して液体製品を製造することが行われている。例えば、飲料製造プラントにおいては、２種類の液体原料をそれぞれ貯留タンクに貯留し、タンク内に貯留された液体原料をそれぞれ給液配管を介して混合タンクに供給し、混合タンクで混合した後に混合液を充填機等に供給することが行われている。２種類の液体原料を所望の比率に混合するために、各給液配管には流量計と流量制御弁とを設け、流量計の測定値に基づいて流量制御弁を制御するようにしている。２種類の液体の混合制御には、通常、ＰＩＤ制御を採用している。
【０００３】
上述した飲料製造プラントにおいて、２種類の液体を混合する混合タンクが複数系列、例えば、２系列ある場合がある。２系列の場合を例に挙げて説明すると、２種類の液体を貯留した２つの貯留タンクと２つの混合タンクとを１対１で対応させてそれぞれ専用配管によって個別に接続する専用配管システムを採用する場合には、４本の専用配管及び４台の送液ポンプが必要になり、貯留タンクと混合タンクとが離間している場合には配管コストが上昇するという問題点がある。そこで、各貯留タンクに１本の給液配管を設け、混合タンクの直上流で分岐させ２本の分岐管路をそれぞれ混合タンクに接続する分岐配管システムの適用が考えられる。この場合には、給液配管が２本になり、送液ポンプも２台になるため、配管及びポンプのコストを低減することができるので、貯留タンクと混合タンクとが離間している場合には有効な配管システムとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３０６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、２つの貯留タンクにそれぞれ１本の給液配管を設け、各給液配管を混合タンクの直上流で分岐させ２本の分岐管路をそれぞれ混合タンクに接続する分岐配管システムを採用して混合タンクに２種類の液体を供給して混合する実験を繰り返し行った。この場合、各分岐管路に流量計と流量制御弁とを設け、分岐管路を流す目標とする流量比率にしたがってＰＩＤ制御により流量制御弁を制御して２種類の液体を混合タンクに供給するようにしたものである。
【０００６】
本発明者らは、種々の液体を用いて上述の実験を繰り返し行った結果、水や果汁とアルコールとを混合する場合のように、繊維質のものや固形物のものを含んでいない粘性の低い液体同士を混合する場合には、ＰＩＤ制御により所望の比率に混合することができるが、果汁や水等の粘性の低い液体と果実繊維や果肉等の固形物を含んだ粘性の高い液体とを混合する場合には、果実繊維や果肉等の固形物が一方の系路で詰まったり、あるいはその逆に詰まりが突然解消される場合があり、流量制御が困難となるため、ＰＩＤ制御では果実繊維や果肉等の固形物を含んだ粘性が高い液体を所望の比率で流すことができないという事態が生ずることを見出したものである。また、上述した果実繊維や果肉等の固形物を含んだ粘性が高い液体を分岐管路で分流させる場合に、一方の管路に多量に流れ始めた場合に、多量の流れができた管路側に偏重して流れ続ける傾向があり、ＰＩＤ制御では調整が困難であることを見出したものである。
【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、複数の貯留タンク等の液体供給源にそれぞれ１本の給液配管を設け、各給液配管を複数に分岐させて複数の分岐管路を複数の混合タンクにそれぞれ接続して各混合タンクに複数種類の液体を供給可能とした配管システムにおいて、果汁や水等の粘性の低い液体と果実繊維や果肉等の固形物を含んだ粘性の高い液体を所望の比率で混合することができる液体混合方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明の液体混合方法は、第１液体を含む異なった種類の液体を供給する複数の液体供給源から複数の混合タンクの各々に複数種類の液体を供給してこれらの液体を所望の比率で混合する液体混合方法において、複数の液体供給源にそれぞれ接続された給液配管を複数に分岐させ、複数の分岐管路を複数の混合タンクにそれぞれ接続して各混合タンクに第１液体と第１液体と混合すべき１又は２以上の混合用液体とからなる複数種類の液体を供給可能とし、混合タンクに供給された第１液体の積算流量を測定し、この測定値から前記所望の比率にするために混合タンクに供給することが必要な液体の積算流量を算出して混合用液体の理論上の必要量を求め、混合タンクに供給された混合用液体の積算流量を測定し、この測定値と前記混合用液体の理論上の必要量とから混合用液体の不足量を算出し、前記混合用液体の積算流量の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量に対して不足量が生じた場合には、予め求めておいた混合用液体の不足量に対する流量制御弁の弁開度に基づいて流量制御弁の弁開度を制御して混合用液体を混合タンクに供給し、前記混合用液体の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量以上であれば前記流量制御弁を全閉にすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の液体混合装置は、第１液体を含む異なった種類の液体を供給する複数の液体供給源から複数の混合タンクの各々に複数種類の液体を供給してこれらの液体を所望の比率で混合する液体混合装置において、複数の液体供給源にそれぞれ接続された給液配管を複数に分岐させ、複数の分岐管路を複数の混合タンクにそれぞれ接続して、各混合タンクに第１液体と第１液体と混合すべき１又は２以上の混合用液体とからなる複数種類の液体を供給可能とし、第１液体を流す分岐管路に設けられた流量計により測定された第１液体の流量に基づいて、混合用液体を流す分岐管路に設けられた流量制御弁の弁開度を制御して混合用液体の積算流量を制御する制御装置を設け、前記制御装置は、混合タンクに供給された第１液体の積算流量の測定値から前記所望の比率にするために混合タンクに供給することが必要な液体の積算流量を算出して前記混合用液体の理論上の必要量を求め、混合タンクに供給された混合用液体の積算流量の測定値と前記混合用液体の理論上の必要量とから混合用液体の不足量を算出し、前記混合用液体の積算流量の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量に対して不足量が生じた場合には、予め求めておいた混合用液体の不足量に対する流量制御弁の弁開度に基づいて流量制御弁の弁開度を制御して混合用液体を混合タンクに供給し、前記混合用液体の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量以上であれば前記流量制御弁を全閉にするようにしたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、混合タンクに供給された第１液体の積算流量を測定し、この測定値から、第１液体と、第１液体と混合すべき１又は２以上の混合用液体とを所望の比率に混合するために混合タンクに供給することが必要な混合用液体の積算流量を算出して混合用液体の理論上の必要量を求め、この求めた混合用液体の理論上の必要量に対応した弁開度に流量制御弁を制御して混合用液体を混合タンクに供給し、次に混合タンクに供給された混合用液体の積算流量を測定し、この測定値と前記混合用液体の理論上の必要量とから混合用液体の不足量を算出し、混合用液体の測定値と混合用液体の理論上の必要量との間に不足量が生じた場合には、予め求めておいた混合用液体の不足量に対する流量制御弁の弁開度に基づいて流量制御弁の弁開度を制御して混合用液体を混合タンクに供給し、前記混合用液体の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量以上であれば前記流量制御弁を全閉にするようにしたものである。
【００１１】
本発明の好ましい態様は、前記第１液体は粘性の低い液体からなり、前記混合用液体は粘性の高い液体からなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の液体供給源が異なった種類の液体をそれぞれ貯留した複数の貯留タンクからなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の混合タンクが２又は３の混合タンクからなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１液体を流す分岐管路には、流量計と開閉弁が設置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記混合用液体を流す分岐管路には、前記流量制御弁と流量計が設置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記給液配管が前記複数の混合タンクの直上流で複数に分岐していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記給液配管にポンプを設け、インバータ制御により該ポンプの回転数を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下に列挙する効果を奏する。
（１）第１液体の供給量により定まる混合用液体の供給量を所定時間毎に測定して不足量を求め、この混合用液体の不足量を補填することができるため、果汁や水等の粘性の低い第１液体と果実繊維や果肉等の固形物を含んだ粘性の高い混合用液体とを混合する場合であっても、第１液体と混合用液体とを所望の比率で混合することができる。
（２）複数の液体供給源にそれぞれ接続された給液配管を複数の混合タンクの直上流で複数に分岐させ、複数の分岐管路を複数の混合タンクにそれぞれ接続して各混合タンクに第１液体と１又は２以上の混合用液体とからなる複数種類の液体を供給可能としたため、給液配管及び送液ポンプの必要数は、複数の供給液体の数と同数で足りるので、配管及びポンプに関するコストを低減することができ、液体供給源と混合タンクとが離間している場合に有効な配管システムとなる。
（３）複雑なＰＩＤ制御を採用する必要がないため、制御装置が簡易になり、装置コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の液体混合装置を備えた飲料製造プラントの構成例を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の液体混合装置を備えた飲料製造プラントの別の構成例であり、混合タンクを３個備えた例を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の液体混合装置を備えた飲料製造プラントの別の構成例であり、３つの液体供給源を備えた例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る液体混合方法及び装置の実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。図１乃至図３において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明の液体混合装置を備えた飲料製造プラントの構成例を示す概略図である。本実施形態においては、粘性の低い液体としての果汁や水等の第１液体と粘性の高い液体としての繊維状の成分や固形物等を含有した混合用液体（以下、第２液体と総称する）とを混合する場合を説明する。
【００１５】
図１に示すように、飲料製造プラントは、液体供給源としての第１貯留タンクＴ１と第２貯留タンクＴ２とを備えている。第１貯留タンクＴ１には第１液体が貯留されており、第２貯留タンクＴ２には第２液体が貯留されている。第１貯留タンクＴ１には給液配管ＳＰ１が接続され、第２貯留タンクＴ２には給液配管ＳＰ２が接続されている。第１貯留タンクＴ１には第１液体供給系から粘性の低い第１液体が補充され、第２貯留タンクＴ２には２液体供給系から粘性の高い第２液体が補充されるようになっている。
【００１６】
給液配管ＳＰ１には、第１貯留タンク側から下流側に向かって給液バルブＳＶ１、送液ポンプＰ１が設置されている。給液配管ＳＰ１は下流端ですなわち混合タンクの直上流で第１分岐管ＢＰ１１と第２分岐管ＢＰ２１とに分岐しており、第１液体は第１分岐管ＢＰ１１を介して第１混合タンクＭＴ１に供給されるとともに第２分岐管ＢＰ２１を介して第２混合タンクＭＴ２に供給されるようになっている。第１分岐管ＢＰ１１には流量計ＦＭ１１と開閉弁ＡＶ１が設置されており、第２分岐管ＢＰ２１には流量計ＦＭ２１と開閉弁ＡＶ２が設置されている。
【００１７】
一方、給液配管ＳＰ２には、第２貯留タンク側から下流側に向かって給液バルブＳＶ２、送液ポンプＰ２が設置されている。給液配管ＳＰ２は下流端ですなわち混合タンクの直上流で第１分岐管ＢＰ１２と第２分岐管ＢＰ２２とに分岐しており、第２液体は第１分岐管ＢＰ１２を介して第１混合タンクＭＴ１に供給されるとともに第２分岐管ＢＰ２２を介して第２混合タンクＭＴ２に供給されるようになっている。第１分岐管ＢＰ１２には流量計ＦＭ１２と流量制御弁ＣＶ１が設置されており、第２分岐管ＢＰ２２には流量計ＦＭ２２と流量制御弁ＣＶ２が設置されている。各貯留タンクＴ１，Ｔ２からそれぞれ２つの混合タンクＭＴ１，ＭＴ２に送液する場合、インバータ制御により送液ポンプＰ１，Ｐ２の回転数（回転速度）を制御することによって必要流量に対応して送液ポンプＰ１，Ｐ２の流量を制御している。
【００１８】
第１混合タンクＭＴ１および第２混合タンクＭＴ２には、低液位（ＬＬ）を検出するレベル計ＬＭ１と高液位（ＬＨ）を検出するレベル計ＬＭ２とが設置されており、低液位（ＬＬ）と高液位（ＬＨ）を検出してタンク内の液位が低液位と高液位との間に制御されるようになっている。第１混合タンクＭＴ１および第２混合タンクＭＴ２は、供給された第１液体と第２液体とを撹拌して混合するための攪拌機５を備えている。そして、第１混合タンクＭＴ１および第２混合タンクＭＴ２で混合された混合液は、それぞれ充填機（図示せず）に供給されるようになっている。
【００１９】
流量計ＦＭ１１，ＦＭ１２，ＦＭ２１，ＦＭ２２は、各分岐管ＢＰ１１，ＢＰ１２，ＢＰ２１，ＢＰ２２を流れる液体の流量を測定するものであり、制御装置１０に接続されている。図１においては、流量計ＦＭ２１および流量計ＦＭ２２と制御装置１０とを接続するラインは省略している。流量計ＦＭ１１〜ＦＭ２２には、電磁流量計、超音波流量計、差圧式流量計、質量流量計等の種々の形式の流量計を用いることができる。流量計ＦＭ１１〜ＦＭ２２は、流量計の形式を適宜選定することにより、体積流量（ｍ３／ｓ，Ｌ／ｓ等）又は質量流量（ｋｇ／ｓ等）を測定することができる。また、流量制御弁ＣＶ１，ＣＶ２は、空気圧で作動する自動制御弁からなり、制御装置１０に接続されている。図１においては、流量制御弁ＣＶ２と制御装置１０とを接続するラインは省略している。
制御装置１０は、流量計ＦＭ１１，ＦＭ１２，ＦＭ２１，ＦＭ２２の測定値に基づいて流量制御弁ＣＶ１，ＣＶ２の弁開度を制御するように構成されている。
【００２０】
次に、図１に示す飲料製造プラントにおける液体混合装置の動作について説明する。
給液バルブＳＶ１，ＳＶ２を開き、送液ポンプＰ１，Ｐ２を運転するとともに、開閉弁ＡＶ１，ＡＶ２を開き、流量制御弁ＣＶ１，ＣＶ２の弁開度を制御することにより、第１貯留タンクＴ１内の第１液体は給液配管ＳＰ１を経て第１分岐管ＢＰ１１と第２分岐管ＢＰ２１とに分流した後に第１混合タンクＭＴ１と第２混合タンクＭＴ２に供給され、第２貯留タンクＴ２内の第２液体は給液配管ＳＰ２を経て第１分岐管ＢＰ１２と第２分岐管ＢＰ２２とに分流した後に第１混合タンクＭＴ１と第２混合タンクＭＴ２に供給される。
【００２１】
第１混合タンクＭＴ１に供給される第１液体の流量は流量計ＦＭ１１により測定され、第２混合タンクＭＴ２に供給される第１液体の流量は流量計ＦＭ２１により測定される。第１分岐管ＢＰ１１および第２分岐管ＢＰ２１に設置された開閉弁ＡＶ１，ＡＶ２は、開閉機能しかなく、流量制御機能を持たないので、第１分岐管ＢＰ１１および第２分岐管ＢＰ２１を流れる第１液体の流量を制御することはできない。しかしながら、第１分岐管ＢＰ１２および第２分岐管ＢＰ２２に設置された流量制御弁ＣＶ１，ＣＶ２は、弁開度を制御することにより第２液体の流量を制御することができる。したがって、第１混合タンクＭＴ１側の第１混合系においては、流量計ＦＭ１１により測定された第１液体の流量に基づいて流量制御弁ＣＶ１の弁開度を制御して第２液体の流量を制御することにより、第１液体と第２液体とを所望の比率で混合することができる。また、第２混合タンクＭＴ２側の第２混合系においても、流量計ＦＭ２１により測定された第１液体の流量に基づいて流量制御弁ＣＶ２の弁開度を制御して第２液体の流量を制御することにより、第１液体と第２液体とを所望の比率で混合することができる。
【００２２】
次に、第１液体と第２液体とを所望の比率で混合するための制御方法について説明する。第１混合タンクＭＴ１側の第１混合系と第２混合タンクＭＴ２側の第２混合系とは、同一の制御方法であるため、第１混合系のみについて説明する。制御装置１０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)を備え、ＣＰＵによって各種数値計算、記憶等の情報処理および機器制御を行って、流量計ＦＭ１１により測定された第１液体の流量に基づいて流量制御弁ＣＶ１の弁開度を制御して第２液体の流量を制御することにより、以下に述べる方法によって第１液体と第２液体とを所望の比率で混合することができる。
第１液体を第１分岐管ＢＰ１１を介して第１混合タンクＭＴ１に供給し、流量計ＦＭ１１により第１分岐管ＢＰ１１から第１混合タンクＭＴ１に所定時間（例えば３秒を１サイクルとする）内に供給された第１液体の流量を１サイクル分測定した積算流量を測定値Ｖ１（Ｉ）（流量の単位はリットル（Ｌ）とし、以下省略する）として記憶する。
【００２３】
一方、第２液体の理論上必要とされる流量Ｖ２（Ｑ）は、第１液体の積算流量の測定値Ｖ１（Ｉ）に対して所定の混合比率（ボリューム％）を乗じて算出する。例えば、第１液体に対して５％のボリューム比率を設定して第２液体を混合する場合、第２液体の理論上の必要流量Ｖ２（Ｑ）は、第１液体の積算流量Ｖ１（Ｉ）に対して、Ｖ２（Ｑ）＝０．０５×Ｖ１（Ｉ）と算出される。この第２液体の理論上の必要量は、例えばリットルを単位とした場合小数点以下４桁程度まで算出する。
【００２４】
第１混合タンクＭＴ１には、第１液体の供給と同時に第２液体が供給される。そして、第１分岐管ＢＰ１２から第１混合タンクＭＴ１に所定時間内に供給された第２液体の積算流量を流量計ＦＭ１２により測定し、Ｖ２（Ｉ）として記憶する。
【００２５】
次に、第２液体の理論上の必要流量Ｖ２（Ｑ）（＝０．０５×Ｖ１（Ｉ））から実際に第１混合タンクＭＴ１に投入された第２液体の積算流量Ｖ２（Ｉ）を減算した不足量Ｖ２（Ｑ）−Ｖ２（Ｉ）（＝０．０５×Ｖ１（Ｉ）−Ｖ２（Ｉ））をサイクル毎に算出する。
【００２６】
算出した第２液体の不足量に対する流量制御弁ＣＶ１の弁開度は、以下の表１で示すように予め求めておき、テーブルとして記憶している。表１においては、第２液体の不足量（リットル）に対する流量制御弁ＣＶ１の弁開度を百分率（％）で示している。
【表１】
このように、第２液体の理論上の必要流量に対して測定値（実測値）が少なくて不足量が生じた場合には、表１から第２液体の不足量に対応した流量制御弁ＣＶ１の弁開度に制御する。これによって、第１混合タンクＭＴ１には、第１液体の積算流量の測定値に対応した第２液体の必要流量に前記不足量を加味して投入する。次に、制御開始からの第１液体のトータル積算流量を測定し、この測定値をＶ１（Ｉ）として記憶し、前述と同様に第２液体の理論上の必要流量Ｖ２（Ｑ）を求め、かつ制御開始からの第２液体のトータル積算流量Ｖ２（Ｉ）を測定し、再びＶ２（Ｑ）−Ｖ２（Ｉ）（＝０．０５×Ｖ１（Ｉ）−Ｖ２（Ｉ））の計算を行い、不足量を算出する。
【００２７】
以下、前記不足量に対応した流量制御弁ＣＶ１の弁開度を表１から求め、先の手順と同様の手順で、不足量を加味した第２液体の液体量が供給される。その後、この手順を繰り返すことにより、第１液体と第２液体とを所望の比率で第１混合タンクＭＴ１に供給して混合することができる。
【００２８】
一方、第２液体の測定値と第２液体の理論上の必要量が等しいか、または第２液体の測定値が第２液体の理論上の必要量より大きければ、流量制御弁ＣＶ１を全閉にし、３秒の１サイクル分だけ、第１液体のみ供給し、第２液体は供給しない。そして、次の３秒のサイクル、またはその次の３秒のサイクルの測定の際に第２液体が不足して不足量が出れば、流量制御弁を開いて表１に基づいて流量制御弁ＣＶ１の弁開度を制御する。
このように、第１液体と第２液体とを第１供給タンクＭＴ１に供給して混合している間に、混合液は第１供給タンクＭＴ１から連続的に充填機に供給されている。
【００２９】
従来にあっては、２つの貯留タンクにそれぞれ１本の給液配管を設け、各給液配管を混合タンクの直上流で分岐させ２本の分岐管路をそれぞれ混合タンクに接続する配管システムにおいて、各分岐管路に流量計と流量制御弁とを設け、分岐管路を流す目標とする流量比率にしたがってＰＩＤ制御により流量制御弁を制御して２種類の液体を混合タンクに供給するようにしたが、果汁や水等の粘性の低い液体と果実繊維や果肉等の固形物を含んだ粘性の高い液体を混合する場合には、果実繊維や果肉等の固形物が一方の系路で詰まったり、あるいはその逆に詰まりが突然解消される場合があり、流量制御が困難となるため、ＰＩＤ制御では粘性が高い液体を所望の比率で流すことができないという事態が生じた。また、上述した果実繊維や果肉等の固形物を含んだ液体を分岐管路で分流させる場合に、一方の管路に多量に流れ始めた場合に、他方の管路の流量制御弁を全開にしても多量の流れができた一方の管路側に偏重して流れ続ける傾向があり、ＰＩＤ制御では調整が困難であった。
【００３０】
本発明は、所定時間内に第１液体を実際に混合タンクに供給した測定値に基づいて第２液体の理論上の必要量を求め、この理論上の必要量に対応した弁開度に流量制御弁を制御して第２液体を前記所定時間と同一の時間だけ混合タンクに供給した後に、第２液体を実際に混合タンクに供給した量を測定し、この測定値と前記理論上の必要量とから第２液体の不足量を算出して、この第２液体の不足量に対応した弁開度に流量制御弁を制御して第２液体を混合タンクに供給するようにしたものである。
【００３１】
本発明によれば、第２液体の不足量を次のサイクルで補填することができるため、果汁や水等の粘性の低い第１液体と果実繊維や果肉等の固形物を含んだ粘性の高い第２液体とを混合する場合であっても所望の比率で混合することができる。
【００３２】
図２は、本発明の液体混合装置を備えた飲料製造プラントの別の構成例を示す概略図である。図２に示す本実施形態においては、図１に示す実施形態と比較して混合タンクが１個増え３個存在し、給液配管も３つに分岐し３個の分岐管路が存在する。その他の構成は図１に示したものと同一である。
図２に示す実施形態においては、給液配管ＳＰ１は下流端ですなわち混合タンクの直上流で第１分岐管ＢＰ１１と第２分岐管ＢＰ２１と第３分岐管ＢＰ３１とに分岐しており、第１液体は第１分岐管ＢＰ１１を介して第１混合タンクＭＴ１に供給されるとともに第２分岐管ＢＰ２１を介して第２混合タンクＭＴ２に供給され、第３分岐管ＢＰ３１を介して第３混合タンクＭＴ３に供給されるようになっている。第１分岐管ＢＰ１１には流量計ＦＭ１１と開閉弁ＡＶ１が設置されており、第２分岐管ＢＰ２１には流量計ＦＭ２１と開閉弁ＡＶ２が設置されており、第３分岐管ＢＰ３１には流量計ＦＭ３１と開閉弁ＡＶ３が設置されている。
【００３３】
給液配管ＳＰ２は下流端ですなわち混合タンクの直上流で第１分岐管ＢＰ１２と第２分岐管ＢＰ２２と第３分岐管ＢＰ３２とに分岐しており、第２液体は第１分岐管ＢＰ１２を介して第１混合タンクＭＴ１に供給されるとともに第２分岐管ＢＰ２２を介して第２混合タンクＭＴ２に供給され、第３分岐管ＢＰ３２を介して第３混合タンクＭＴ３に供給されるようになっている。第１分岐管ＢＰ１２には流量計ＦＭ１２と流量制御弁ＣＶ１が設置されており、第２分岐管ＢＰ２２には流量計ＦＭ２２と流量制御弁ＣＶ２が設置されており、第３分岐管ＢＰ３２には流量計ＦＭ３２と流量制御弁ＣＶ３が設置されている。
【００３４】
図２に示す飲料製造プラントにおける液体混合装置の動作は、図１における動作と同様である。
図３は、本発明の液体混合装置を備えた飲料製造プラントの別の構成例を示す概略図である。図３に示す実施形態においては、図１に示す実施形態と比較して、第２液体供給系が１個増え、第２液体Ａ供給系と第２液体Ｂ供給系が存在する。すなわち３つの液体供給源を有している。その他の構成は図１に示したものと同一である。
図３に示す実施形態においては、第１液体と２種類の第２液体（第２液体Ａと第２液体Ｂ）の合計３種類の液体を、各混合タンクＭＴ１，ＭＴ２に所望の混合比率で混合することができる。この場合、第１液体を基準として、第２液体Ａを所定の比率で混合し、第２液体Ｂを所定の比率で混合する。例えば、第１液体に対して、第２液体Ａを５％の比率で、第２液体Ｂを３％の比率で混合する。
図３に示す飲料製造プラントにおける液体混合装置の動作は、図１に示す装置の動作と同様である。すなわち、図１の実施形態における「第２液体」の供給方法、流量測定、理論流量値算出、不足量算出、必要量算出、液体混合等は、図３の実施形態においては「第２液体Ａ及び第２液体Ｂ」の供給方法、流量測定、理論流量値算出、不足量算出、必要量算出、液体混合等となる。したがって、第１液体を基準として、第２液体Ａが所望の必要量混合されるように制御されるとともに、第２液体Ｂが所望の必要量混合されるように制御されることになる。
図１及び図３には２個の混合タンクを用いる場合を示し、図２には３個の混合タンクを用いる場合を示したが、４個以上の混合タンクを用いてもよい。その場合には、各混合タンクの直上流で給液配管を混合タンクの数に合わせて複数に分岐させ、複数の分岐管路を各混合タンクに各々接続する。
【００３５】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００３６】
５ 攪拌機
１０ 制御装置
ＡＶ１，ＡＶ２，ＡＶ３ 開閉弁
ＢＰ１１，ＢＰ１２，ＢＰ２１，ＢＰ２２，ＢＰ３１，ＢＰ３２，ＢＰ１２Ａ，ＢＰ２２Ａ，ＢＰ１２Ｂ，ＢＰ２２Ｂ 分岐管
ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３，ＣＶ１Ａ，ＣＶ２Ａ，ＣＶ１Ｂ，ＣＶ２Ｂ 流量制御弁
ＦＭ１１，ＦＭ１２，ＦＭ２１，ＦＭ２２，ＦＭ３１，ＦＭ３２，ＦＭ１２Ａ，ＦＭ２２Ａ，ＦＭ１２Ｂ，ＦＭ２２Ｂ 流量計
ＬＭ１，ＬＭ２ レベル計
ＭＴ１，ＭＴ２，ＭＴ３ 混合タンク
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂ 送液ポンプ
ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ２Ａ，ＳＰ２Ｂ 給液配管
ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ２Ａ，ＳＶ２Ｂ 給液バルブ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ２Ａ，Ｔ２Ｂ 貯留タンク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の液体を所望の比率で混合するための液体混合方法及び装置に係り、特に果汁や水等の粘性の低い液体と果実繊維や果肉等の固形物を含んだ粘性の高い液体とを所望の比率で混合するための液体混合方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
食品、化粧品、薬品等の各種製造プラントにおいて、複数種類の液体、例えば２種類の液体原料を混合して液体製品を製造することが行われている。例えば、飲料製造プラントにおいては、２種類の液体原料をそれぞれ貯留タンクに貯留し、タンク内に貯留された液体原料をそれぞれ給液配管を介して混合タンクに供給し、混合タンクで混合した後に混合液を充填機等に供給することが行われている。２種類の液体原料を所望の比率に混合するために、各給液配管には流量計と流量制御弁とを設け、流量計の測定値に基づいて流量制御弁を制御するようにしている。２種類の液体の混合制御には、通常、ＰＩＤ制御を採用している。
【０００３】
上述した飲料製造プラントにおいて、２種類の液体を混合する混合タンクが複数系列、例えば、２系列ある場合がある。２系列の場合を例に挙げて説明すると、２種類の液体を貯留した２つの貯留タンクと２つの混合タンクとを１対１で対応させてそれぞれ専用配管によって個別に接続する専用配管システムを採用する場合には、４本の専用配管及び４台の送液ポンプが必要になり、貯留タンクと混合タンクとが離間している場合には配管コストが上昇するという問題点がある。そこで、各貯留タンクに１本の給液配管を設け、混合タンクの直上流で分岐させ２本の分岐管路をそれぞれ混合タンクに接続する分岐配管システムの適用が考えられる。この場合には、給液配管が２本になり、送液ポンプも２台になるため、配管及びポンプのコストを低減することができるので、貯留タンクと混合タンクとが離間している場合には有効な配管システムとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３０６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、２つの貯留タンクにそれぞれ１本の給液配管を設け、各給液配管を混合タンクの直上流で分岐させ２本の分岐管路をそれぞれ混合タンクに接続する分岐配管システムを採用して混合タンクに２種類の液体を供給して混合する実験を繰り返し行った。この場合、各分岐管路に流量計と流量制御弁とを設け、分岐管路を流す目標とする流量比率にしたがってＰＩＤ制御により流量制御弁を制御して２種類の液体を混合タンクに供給するようにしたものである。
【０００６】
本発明者らは、種々の液体を用いて上述の実験を繰り返し行った結果、水や果汁とアルコールとを混合する場合のように、繊維質のものや固形物のものを含んでいない粘性の低い液体同士を混合する場合には、ＰＩＤ制御により所望の比率に混合することができるが、果汁や水等の粘性の低い液体と果実繊維や果肉等の固形物を含んだ粘性の高い液体とを混合する場合には、果実繊維や果肉等の固形物が一方の系路で詰まったり、あるいはその逆に詰まりが突然解消される場合があり、流量制御が困難となるため、ＰＩＤ制御では果実繊維や果肉等の固形物を含んだ粘性が高い液体を所望の比率で流すことができないという事態が生ずることを見出したものである。また、上述した果実繊維や果肉等の固形物を含んだ粘性が高い液体を分岐管路で分流させる場合に、一方の管路に多量に流れ始めた場合に、多量の流れができた管路側に偏重して流れ続ける傾向があり、ＰＩＤ制御では調整が困難であることを見出したものである。
【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、複数の貯留タンク等の液体供給源にそれぞれ１本の給液配管を設け、各給液配管を複数に分岐させて複数の分岐管路を複数の混合タンクにそれぞれ接続して各混合タンクに複数種類の液体を供給可能とした配管システムにおいて、果汁や水等の粘性の低い液体と果実繊維や果肉等の固形物を含んだ粘性の高い液体を所望の比率で混合することができる液体混合方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明の液体混合方法は、第１液体を含む異なった種類の液体を供給する複数の液体供給源から複数の混合タンクの各々に複数種類の液体を供給してこれらの液体を所望の比率で混合する液体混合方法において、複数の液体供給源にそれぞれ接続された給液配管を複数に分岐させ、複数の分岐管路を複数の混合タンクにそれぞれ接続して各混合タンクに第１液体と第１液体と混合すべき１又は２以上の混合用液体とからなる複数種類の液体を供給可能とし、混合タンクに供給された第１液体の積算流量を測定し、この測定値から前記所望の比率にするために混合タンクに供給することが必要な液体の積算流量を算出して混合用液体の理論上の必要量を求め、混合タンクに供給された混合用液体の積算流量を測定し、この測定値と前記混合用液体の理論上の必要量とから混合用液体の不足量を算出し、前記混合用液体の積算流量の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量に対して不足量が生じた場合には、予め求めておいた混合用液体の不足量に対する流量制御弁の弁開度に基づいて流量制御弁の弁開度を制御して混合用液体を混合タンクに供給し、前記混合用液体の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量以上であれば前記流量制御弁を全閉にすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の液体混合装置は、第１液体を含む異なった種類の液体を供給する複数の液体供給源から複数の混合タンクの各々に複数種類の液体を供給してこれらの液体を所望の比率で混合する液体混合装置において、複数の液体供給源にそれぞれ接続された給液配管を複数に分岐させ、複数の分岐管路を複数の混合タンクにそれぞれ接続して、各混合タンクに第１液体と第１液体と混合すべき１又は２以上の混合用液体とからなる複数種類の液体を供給可能とし、第１液体を流す分岐管路に設けられた流量計により測定された第１液体の流量に基づいて、混合用液体を流す分岐管路に設けられた流量制御弁の弁開度を制御して混合用液体の積算流量を制御する制御装置を設け、前記制御装置は、混合タンクに供給された第１液体の積算流量の測定値から前記所望の比率にするために混合タンクに供給することが必要な液体の積算流量を算出して前記混合用液体の理論上の必要量を求め、混合タンクに供給された混合用液体の積算流量の測定値と前記混合用液体の理論上の必要量とから混合用液体の不足量を算出し、前記混合用液体の積算流量の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量に対して不足量が生じた場合には、予め求めておいた混合用液体の不足量に対する流量制御弁の弁開度に基づいて流量制御弁の弁開度を制御して混合用液体を混合タンクに供給し、前記混合用液体の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量以上であれば前記流量制御弁を全閉にするようにしたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、混合タンクに供給された第１液体の積算流量を測定し、この測定値から、第１液体と、第１液体と混合すべき１又は２以上の混合用液体とを所望の比率に混合するために混合タンクに供給することが必要な混合用液体の積算流量を算出して混合用液体の理論上の必要量を求め、この求めた混合用液体の理論上の必要量に対応した弁開度に流量制御弁を制御して混合用液体を混合タンクに供給し、次に混合タンクに供給された混合用液体の積算流量を測定し、この測定値と前記混合用液体の理論上の必要量とから混合用液体の不足量を算出し、混合用液体の測定値と混合用液体の理論上の必要量との間に不足量が生じた場合には、予め求めておいた混合用液体の不足量に対する流量制御弁の弁開度に基づいて流量制御弁の弁開度を制御して混合用液体を混合タンクに供給し、前記混合用液体の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量以上であれば前記流量制御弁を全閉にするようにしたものである。
【００１１】
本発明の好ましい態様は、前記第１液体は粘性の低い液体からなり、前記混合用液体は粘性の高い液体からなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の液体供給源が異なった種類の液体をそれぞれ貯留した複数の貯留タンクからなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の混合タンクが２又は３の混合タンクからなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１液体を流す分岐管路には、流量計と開閉弁が設置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記混合用液体を流す分岐管路には、前記流量制御弁と流量計が設置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記給液配管が前記複数の混合タンクの直上流で複数に分岐していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記給液配管にポンプを設け、インバータ制御により該ポンプの回転数を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下に列挙する効果を奏する。
（１）第１液体の供給量により定まる混合用液体の供給量を所定時間毎に測定して不足量を求め、この混合用液体の不足量を補填することができるため、果汁や水等の粘性の低い第１液体と果実繊維や果肉等の固形物を含んだ粘性の高い混合用液体とを混合する場合であっても、第１液体と混合用液体とを所望の比率で混合することができる。
（２）複数の液体供給源にそれぞれ接続された給液配管を複数の混合タンクの直上流で複数に分岐させ、複数の分岐管路を複数の混合タンクにそれぞれ接続して各混合タンクに第１液体と１又は２以上の混合用液体とからなる複数種類の液体を供給可能としたため、給液配管及び送液ポンプの必要数は、複数の供給液体の数と同数で足りるので、配管及びポンプに関するコストを低減することができ、液体供給源と混合タンクとが離間している場合に有効な配管システムとなる。
（３）複雑なＰＩＤ制御を採用する必要がないため、制御装置が簡易になり、装置コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の液体混合装置を備えた飲料製造プラントの構成例を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の液体混合装置を備えた飲料製造プラントの別の構成例であり、混合タンクを３個備えた例を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の液体混合装置を備えた飲料製造プラントの別の構成例であり、３つの液体供給源を備えた例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る液体混合方法及び装置の実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。図１乃至図３において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明の液体混合装置を備えた飲料製造プラントの構成例を示す概略図である。本実施形態においては、粘性の低い液体としての果汁や水等の第１液体と粘性の高い液体としての繊維状の成分や固形物等を含有した混合用液体（以下、第２液体と総称する）とを混合する場合を説明する。
【００１５】
図１に示すように、飲料製造プラントは、液体供給源としての第１貯留タンクＴ１と第２貯留タンクＴ２とを備えている。第１貯留タンクＴ１には第１液体が貯留されており、第２貯留タンクＴ２には第２液体が貯留されている。第１貯留タンクＴ１には給液配管ＳＰ１が接続され、第２貯留タンクＴ２には給液配管ＳＰ２が接続されている。第１貯留タンクＴ１には第１液体供給系から粘性の低い第１液体が補充され、第２貯留タンクＴ２には２液体供給系から粘性の高い第２液体が補充されるようになっている。
【００１６】
給液配管ＳＰ１には、第１貯留タンク側から下流側に向かって給液バルブＳＶ１、送液ポンプＰ１が設置されている。給液配管ＳＰ１は下流端ですなわち混合タンクの直上流で第１分岐管ＢＰ１１と第２分岐管ＢＰ２１とに分岐しており、第１液体は第１分岐管ＢＰ１１を介して第１混合タンクＭＴ１に供給されるとともに第２分岐管ＢＰ２１を介して第２混合タンクＭＴ２に供給されるようになっている。第１分岐管ＢＰ１１には流量計ＦＭ１１と開閉弁ＡＶ１が設置されており、第２分岐管ＢＰ２１には流量計ＦＭ２１と開閉弁ＡＶ２が設置されている。
【００１７】
一方、給液配管ＳＰ２には、第２貯留タンク側から下流側に向かって給液バルブＳＶ２、送液ポンプＰ２が設置されている。給液配管ＳＰ２は下流端ですなわち混合タンクの直上流で第１分岐管ＢＰ１２と第２分岐管ＢＰ２２とに分岐しており、第２液体は第１分岐管ＢＰ１２を介して第１混合タンクＭＴ１に供給されるとともに第２分岐管ＢＰ２２を介して第２混合タンクＭＴ２に供給されるようになっている。第１分岐管ＢＰ１２には流量計ＦＭ１２と流量制御弁ＣＶ１が設置されており、第２分岐管ＢＰ２２には流量計ＦＭ２２と流量制御弁ＣＶ２が設置されている。各貯留タンクＴ１，Ｔ２からそれぞれ２つの混合タンクＭＴ１，ＭＴ２に送液する場合、インバータ制御により送液ポンプＰ１，Ｐ２の回転数（回転速度）を制御することによって必要流量に対応して送液ポンプＰ１，Ｐ２の流量を制御している。
【００１８】
第１混合タンクＭＴ１および第２混合タンクＭＴ２には、低液位（ＬＬ）を検出するレベル計ＬＭ１と高液位（ＬＨ）を検出するレベル計ＬＭ２とが設置されており、低液位（ＬＬ）と高液位（ＬＨ）を検出してタンク内の液位が低液位と高液位との間に制御されるようになっている。第１混合タンクＭＴ１および第２混合タンクＭＴ２は、供給された第１液体と第２液体とを撹拌して混合するための攪拌機５を備えている。そして、第１混合タンクＭＴ１および第２混合タンクＭＴ２で混合された混合液は、それぞれ充填機（図示せず）に供給されるようになっている。
【００１９】
流量計ＦＭ１１，ＦＭ１２，ＦＭ２１，ＦＭ２２は、各分岐管ＢＰ１１，ＢＰ１２，ＢＰ２１，ＢＰ２２を流れる液体の流量を測定するものであり、制御装置１０に接続されている。図１においては、流量計ＦＭ２１および流量計ＦＭ２２と制御装置１０とを接続するラインは省略している。流量計ＦＭ１１〜ＦＭ２２には、電磁流量計、超音波流量計、差圧式流量計、質量流量計等の種々の形式の流量計を用いることができる。流量計ＦＭ１１〜ＦＭ２２は、流量計の形式を適宜選定することにより、体積流量（ｍ３／ｓ，Ｌ／ｓ等）又は質量流量（ｋｇ／ｓ等）を測定することができる。また、流量制御弁ＣＶ１，ＣＶ２は、空気圧で作動する自動制御弁からなり、制御装置１０に接続されている。図１においては、流量制御弁ＣＶ２と制御装置１０とを接続するラインは省略している。
制御装置１０は、流量計ＦＭ１１，ＦＭ１２，ＦＭ２１，ＦＭ２２の測定値に基づいて流量制御弁ＣＶ１，ＣＶ２の弁開度を制御するように構成されている。
【００２０】
次に、図１に示す飲料製造プラントにおける液体混合装置の動作について説明する。
給液バルブＳＶ１，ＳＶ２を開き、送液ポンプＰ１，Ｐ２を運転するとともに、開閉弁ＡＶ１，ＡＶ２を開き、流量制御弁ＣＶ１，ＣＶ２の弁開度を制御することにより、第１貯留タンクＴ１内の第１液体は給液配管ＳＰ１を経て第１分岐管ＢＰ１１と第２分岐管ＢＰ２１とに分流した後に第１混合タンクＭＴ１と第２混合タンクＭＴ２に供給され、第２貯留タンクＴ２内の第２液体は給液配管ＳＰ２を経て第１分岐管ＢＰ１２と第２分岐管ＢＰ２２とに分流した後に第１混合タンクＭＴ１と第２混合タンクＭＴ２に供給される。
【００２１】
第１混合タンクＭＴ１に供給される第１液体の流量は流量計ＦＭ１１により測定され、第２混合タンクＭＴ２に供給される第１液体の流量は流量計ＦＭ２１により測定される。第１分岐管ＢＰ１１および第２分岐管ＢＰ２１に設置された開閉弁ＡＶ１，ＡＶ２は、開閉機能しかなく、流量制御機能を持たないので、第１分岐管ＢＰ１１および第２分岐管ＢＰ２１を流れる第１液体の流量を制御することはできない。しかしながら、第１分岐管ＢＰ１２および第２分岐管ＢＰ２２に設置された流量制御弁ＣＶ１，ＣＶ２は、弁開度を制御することにより第２液体の流量を制御することができる。したがって、第１混合タンクＭＴ１側の第１混合系においては、流量計ＦＭ１１により測定された第１液体の流量に基づいて流量制御弁ＣＶ１の弁開度を制御して第２液体の流量を制御することにより、第１液体と第２液体とを所望の比率で混合することができる。また、第２混合タンクＭＴ２側の第２混合系においても、流量計ＦＭ２１により測定された第１液体の流量に基づいて流量制御弁ＣＶ２の弁開度を制御して第２液体の流量を制御することにより、第１液体と第２液体とを所望の比率で混合することができる。
【００２２】
次に、第１液体と第２液体とを所望の比率で混合するための制御方法について説明する。第１混合タンクＭＴ１側の第１混合系と第２混合タンクＭＴ２側の第２混合系とは、同一の制御方法であるため、第１混合系のみについて説明する。制御装置１０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)を備え、ＣＰＵによって各種数値計算、記憶等の情報処理および機器制御を行って、流量計ＦＭ１１により測定された第１液体の流量に基づいて流量制御弁ＣＶ１の弁開度を制御して第２液体の流量を制御することにより、以下に述べる方法によって第１液体と第２液体とを所望の比率で混合することができる。
第１液体を第１分岐管ＢＰ１１を介して第１混合タンクＭＴ１に供給し、流量計ＦＭ１１により第１分岐管ＢＰ１１から第１混合タンクＭＴ１に所定時間（例えば３秒を１サイクルとする）内に供給された第１液体の流量を１サイクル分測定した積算流量を測定値Ｖ１（Ｉ）（流量の単位はリットル（Ｌ）とし、以下省略する）として記憶する。
【００２３】
一方、第２液体の理論上必要とされる流量Ｖ２（Ｑ）は、第１液体の積算流量の測定値Ｖ１（Ｉ）に対して所定の混合比率（ボリューム％）を乗じて算出する。例えば、第１液体に対して５％のボリューム比率を設定して第２液体を混合する場合、第２液体の理論上の必要流量Ｖ２（Ｑ）は、第１液体の積算流量Ｖ１（Ｉ）に対して、Ｖ２（Ｑ）＝０．０５×Ｖ１（Ｉ）と算出される。この第２液体の理論上の必要量は、例えばリットルを単位とした場合小数点以下４桁程度まで算出する。
【００２４】
第１混合タンクＭＴ１には、第１液体の供給と同時に第２液体が供給される。そして、第１分岐管ＢＰ１２から第１混合タンクＭＴ１に所定時間内に供給された第２液体の積算流量を流量計ＦＭ１２により測定し、Ｖ２（Ｉ）として記憶する。
【００２５】
次に、第２液体の理論上の必要流量Ｖ２（Ｑ）（＝０．０５×Ｖ１（Ｉ））から実際に第１混合タンクＭＴ１に投入された第２液体の積算流量Ｖ２（Ｉ）を減算した不足量Ｖ２（Ｑ）−Ｖ２（Ｉ）（＝０．０５×Ｖ１（Ｉ）−Ｖ２（Ｉ））をサイクル毎に算出する。
【００２６】
算出した第２液体の不足量に対する流量制御弁ＣＶ１の弁開度は、以下の表１で示すように予め求めておき、テーブルとして記憶している。表１においては、第２液体の不足量（リットル）に対する流量制御弁ＣＶ１の弁開度を百分率（％）で示している。
【表１】
このように、第２液体の理論上の必要流量に対して測定値（実測値）が少なくて不足量が生じた場合には、表１から第２液体の不足量に対応した流量制御弁ＣＶ１の弁開度に制御する。これによって、第１混合タンクＭＴ１には、第１液体の積算流量の測定値に対応した第２液体の必要流量に前記不足量を加味して投入する。次に、制御開始からの第１液体のトータル積算流量を測定し、この測定値をＶ１（Ｉ）として記憶し、前述と同様に第２液体の理論上の必要流量Ｖ２（Ｑ）を求め、かつ制御開始からの第２液体のトータル積算流量Ｖ２（Ｉ）を測定し、再びＶ２（Ｑ）−Ｖ２（Ｉ）（＝０．０５×Ｖ１（Ｉ）−Ｖ２（Ｉ））の計算を行い、不足量を算出する。
【００２７】
以下、前記不足量に対応した流量制御弁ＣＶ１の弁開度を表１から求め、先の手順と同様の手順で、不足量を加味した第２液体の液体量が供給される。その後、この手順を繰り返すことにより、第１液体と第２液体とを所望の比率で第１混合タンクＭＴ１に供給して混合することができる。
【００２８】
一方、第２液体の測定値と第２液体の理論上の必要量が等しいか、または第２液体の測定値が第２液体の理論上の必要量より大きければ、流量制御弁ＣＶ１を全閉にし、３秒の１サイクル分だけ、第１液体のみ供給し、第２液体は供給しない。そして、次の３秒のサイクル、またはその次の３秒のサイクルの測定の際に第２液体が不足して不足量が出れば、流量制御弁を開いて表１に基づいて流量制御弁ＣＶ１の弁開度を制御する。
このように、第１液体と第２液体とを第１供給タンクＭＴ１に供給して混合している間に、混合液は第１供給タンクＭＴ１から連続的に充填機に供給されている。
【００２９】
従来にあっては、２つの貯留タンクにそれぞれ１本の給液配管を設け、各給液配管を混合タンクの直上流で分岐させ２本の分岐管路をそれぞれ混合タンクに接続する配管システムにおいて、各分岐管路に流量計と流量制御弁とを設け、分岐管路を流す目標とする流量比率にしたがってＰＩＤ制御により流量制御弁を制御して２種類の液体を混合タンクに供給するようにしたが、果汁や水等の粘性の低い液体と果実繊維や果肉等の固形物を含んだ粘性の高い液体を混合する場合には、果実繊維や果肉等の固形物が一方の系路で詰まったり、あるいはその逆に詰まりが突然解消される場合があり、流量制御が困難となるため、ＰＩＤ制御では粘性が高い液体を所望の比率で流すことができないという事態が生じた。また、上述した果実繊維や果肉等の固形物を含んだ液体を分岐管路で分流させる場合に、一方の管路に多量に流れ始めた場合に、他方の管路の流量制御弁を全開にしても多量の流れができた一方の管路側に偏重して流れ続ける傾向があり、ＰＩＤ制御では調整が困難であった。
【００３０】
本発明は、所定時間内に第１液体を実際に混合タンクに供給した測定値に基づいて第２液体の理論上の必要量を求め、この理論上の必要量に対応した弁開度に流量制御弁を制御して第２液体を前記所定時間と同一の時間だけ混合タンクに供給した後に、第２液体を実際に混合タンクに供給した量を測定し、この測定値と前記理論上の必要量とから第２液体の不足量を算出して、この第２液体の不足量に対応した弁開度に流量制御弁を制御して第２液体を混合タンクに供給するようにしたものである。
【００３１】
本発明によれば、第２液体の不足量を次のサイクルで補填することができるため、果汁や水等の粘性の低い第１液体と果実繊維や果肉等の固形物を含んだ粘性の高い第２液体とを混合する場合であっても所望の比率で混合することができる。
【００３２】
図２は、本発明の液体混合装置を備えた飲料製造プラントの別の構成例を示す概略図である。図２に示す本実施形態においては、図１に示す実施形態と比較して混合タンクが１個増え３個存在し、給液配管も３つに分岐し３個の分岐管路が存在する。その他の構成は図１に示したものと同一である。
図２に示す実施形態においては、給液配管ＳＰ１は下流端ですなわち混合タンクの直上流で第１分岐管ＢＰ１１と第２分岐管ＢＰ２１と第３分岐管ＢＰ３１とに分岐しており、第１液体は第１分岐管ＢＰ１１を介して第１混合タンクＭＴ１に供給されるとともに第２分岐管ＢＰ２１を介して第２混合タンクＭＴ２に供給され、第３分岐管ＢＰ３１を介して第３混合タンクＭＴ３に供給されるようになっている。第１分岐管ＢＰ１１には流量計ＦＭ１１と開閉弁ＡＶ１が設置されており、第２分岐管ＢＰ２１には流量計ＦＭ２１と開閉弁ＡＶ２が設置されており、第３分岐管ＢＰ３１には流量計ＦＭ３１と開閉弁ＡＶ３が設置されている。
【００３３】
給液配管ＳＰ２は下流端ですなわち混合タンクの直上流で第１分岐管ＢＰ１２と第２分岐管ＢＰ２２と第３分岐管ＢＰ３２とに分岐しており、第２液体は第１分岐管ＢＰ１２を介して第１混合タンクＭＴ１に供給されるとともに第２分岐管ＢＰ２２を介して第２混合タンクＭＴ２に供給され、第３分岐管ＢＰ３２を介して第３混合タンクＭＴ３に供給されるようになっている。第１分岐管ＢＰ１２には流量計ＦＭ１２と流量制御弁ＣＶ１が設置されており、第２分岐管ＢＰ２２には流量計ＦＭ２２と流量制御弁ＣＶ２が設置されており、第３分岐管ＢＰ３２には流量計ＦＭ３２と流量制御弁ＣＶ３が設置されている。
【００３４】
図２に示す飲料製造プラントにおける液体混合装置の動作は、図１における動作と同様である。
図３は、本発明の液体混合装置を備えた飲料製造プラントの別の構成例を示す概略図である。図３に示す実施形態においては、図１に示す実施形態と比較して、第２液体供給系が１個増え、第２液体Ａ供給系と第２液体Ｂ供給系が存在する。すなわち３つの液体供給源を有している。その他の構成は図１に示したものと同一である。
図３に示す実施形態においては、第１液体と２種類の第２液体（第２液体Ａと第２液体Ｂ）の合計３種類の液体を、各混合タンクＭＴ１，ＭＴ２に所望の混合比率で混合することができる。この場合、第１液体を基準として、第２液体Ａを所定の比率で混合し、第２液体Ｂを所定の比率で混合する。例えば、第１液体に対して、第２液体Ａを５％の比率で、第２液体Ｂを３％の比率で混合する。
図３に示す飲料製造プラントにおける液体混合装置の動作は、図１に示す装置の動作と同様である。すなわち、図１の実施形態における「第２液体」の供給方法、流量測定、理論流量値算出、不足量算出、必要量算出、液体混合等は、図３の実施形態においては「第２液体Ａ及び第２液体Ｂ」の供給方法、流量測定、理論流量値算出、不足量算出、必要量算出、液体混合等となる。したがって、第１液体を基準として、第２液体Ａが所望の必要量混合されるように制御されるとともに、第２液体Ｂが所望の必要量混合されるように制御されることになる。
図１及び図３には２個の混合タンクを用いる場合を示し、図２には３個の混合タンクを用いる場合を示したが、４個以上の混合タンクを用いてもよい。その場合には、各混合タンクの直上流で給液配管を混合タンクの数に合わせて複数に分岐させ、複数の分岐管路を各混合タンクに各々接続する。
【００３５】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００３６】
５ 攪拌機
１０ 制御装置
ＡＶ１，ＡＶ２，ＡＶ３ 開閉弁
ＢＰ１１，ＢＰ１２，ＢＰ２１，ＢＰ２２，ＢＰ３１，ＢＰ３２，ＢＰ１２Ａ，ＢＰ２２Ａ，ＢＰ１２Ｂ，ＢＰ２２Ｂ 分岐管
ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３，ＣＶ１Ａ，ＣＶ２Ａ，ＣＶ１Ｂ，ＣＶ２Ｂ 流量制御弁
ＦＭ１１，ＦＭ１２，ＦＭ２１，ＦＭ２２，ＦＭ３１，ＦＭ３２，ＦＭ１２Ａ，ＦＭ２２Ａ，ＦＭ１２Ｂ，ＦＭ２２Ｂ 流量計
ＬＭ１，ＬＭ２ レベル計
ＭＴ１，ＭＴ２，ＭＴ３ 混合タンク
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂ 送液ポンプ
ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ２Ａ，ＳＰ２Ｂ 給液配管
ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ２Ａ，ＳＶ２Ｂ 給液バルブ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ２Ａ，Ｔ２Ｂ 貯留タンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１液体を含む異なった種類の液体を供給する複数の液体供給源から複数の混合タンクの各々に複数種類の液体を供給してこれらの液体を所望の比率で混合する液体混合方法において、
複数の液体供給源にそれぞれ接続された給液配管を複数に分岐させ、複数の分岐管路を複数の混合タンクにそれぞれ接続して各混合タンクに第１液体と第１液体と混合すべき１又は２以上の混合用液体とからなる複数種類の液体を供給可能とし、
混合タンクに供給された第１液体の積算流量を測定し、この測定値から前記所望の比率にするために混合タンクに供給することが必要な液体の積算流量を算出して混合用液体の理論上の必要量を求め、
混合タンクに供給された混合用液体の積算流量を測定し、この測定値と前記混合用液体の理論上の必要量とから混合用液体の不足量を算出し、
前記混合用液体の積算流量の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量に対して不足量が生じた場合には、予め求めておいた混合用液体の不足量に対する流量制御弁の弁開度に基づいて流量制御弁の弁開度を制御して混合用液体を混合タンクに供給し、前記混合用液体の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量以上であれば前記流量制御弁を全閉にすることを特徴とする液体混合方法。
【請求項２】
前記第１液体は粘性の低い液体からなり、前記混合用液体は粘性の高い液体からなることを特徴とする請求項１記載の液体混合方法。
【請求項３】
前記複数の液体供給源は、異なった種類の液体をそれぞれ貯留した複数の貯留タンクからなることを特徴とする請求項１又は２記載の液体混合方法。
【請求項４】
前記複数の混合タンクは、２又は３の混合タンクからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の液体混合方法。
【請求項５】
前記第１液体を流す分岐管路には、流量計と開閉弁が設置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の液体混合方法。
【請求項６】
前記混合用液体を流す分岐管路には、前記流量制御弁と流量計が設置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の液体混合方法。
【請求項７】
前記給液配管は、前記複数の混合タンクの直上流で複数に分岐していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の液体混合方法。
【請求項８】
前記給液配管にポンプを設け、インバータ制御により該ポンプの回転数を制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の液体混合方法。
【請求項９】
第１液体を含む異なった種類の液体を供給する複数の液体供給源から複数の混合タンクの各々に複数種類の液体を供給してこれらの液体を所望の比率で混合する液体混合装置において、
複数の液体供給源にそれぞれ接続された給液配管を複数に分岐させ、複数の分岐管路を複数の混合タンクにそれぞれ接続して、各混合タンクに第１液体と第１液体と混合すべき１又は２以上の混合用液体とからなる複数種類の液体を供給可能とし、
第１液体を流す分岐管路に設けられた流量計により測定された第１液体の積算流量に基づいて、混合用液体を流す分岐管路に設けられた流量制御弁の弁開度を制御して混合用液体の流量を制御する制御装置を設け、
前記制御装置は、
混合タンクに供給された第１液体の積算流量の測定値から前記所望の比率にするために混合タンクに供給することが必要な液体の積算流量を算出して前記混合用液体の理論上の必要量を求め、
混合タンクに供給された混合用液体の積算流量の測定値と前記混合用液体の理論上の必要量とから混合用液体の不足量を算出し、
前記混合用液体の積算流量の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量に対して不足する場合には、予め求めておいた混合用液体の不足量に対する流量制御弁の弁開度に基づいて流量制御弁の弁開度を制御して混合用液体を混合タンクに供給し、前記混合用液体の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量以上であれば前記流量制御弁を全閉にするようにしたことを特徴とする液体混合装置。
【請求項１０】
前記第１液体は粘性の低い液体からなり、前記混合用液体は粘性の高い液体からなることを特徴とする請求項９記載の液体混合装置。
【請求項１１】
前記複数の液体供給源は、異なった種類の液体を貯留した複数の貯留タンクからなることを特徴とする請求項９又は１０記載の液体混合装置。
【請求項１２】
前記複数の混合タンクは、２又は３の混合タンクからなることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項記載の液体混合装置。
【請求項１３】
前記給液配管は、前記複数の混合タンクの直上流で複数に分岐していることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項記載の液体混合装置。
【請求項１４】
前記給液配管にポンプを設け、インバータ制御により該ポンプの回転数を制御することを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項記載の液体混合装置。
【請求項１】
第１液体を含む異なった種類の液体を供給する複数の液体供給源から複数の混合タンクの各々に複数種類の液体を供給してこれらの液体を所望の比率で混合する液体混合方法において、
複数の液体供給源にそれぞれ接続された給液配管を複数に分岐させ、複数の分岐管路を複数の混合タンクにそれぞれ接続して各混合タンクに第１液体と第１液体と混合すべき１又は２以上の混合用液体とからなる複数種類の液体を供給可能とし、
混合タンクに供給された第１液体の積算流量を測定し、この測定値から前記所望の比率にするために混合タンクに供給することが必要な液体の積算流量を算出して混合用液体の理論上の必要量を求め、
混合タンクに供給された混合用液体の積算流量を測定し、この測定値と前記混合用液体の理論上の必要量とから混合用液体の不足量を算出し、
前記混合用液体の積算流量の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量に対して不足量が生じた場合には、予め求めておいた混合用液体の不足量に対する流量制御弁の弁開度に基づいて流量制御弁の弁開度を制御して混合用液体を混合タンクに供給し、前記混合用液体の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量以上であれば前記流量制御弁を全閉にすることを特徴とする液体混合方法。
【請求項２】
前記第１液体は粘性の低い液体からなり、前記混合用液体は粘性の高い液体からなることを特徴とする請求項１記載の液体混合方法。
【請求項３】
前記複数の液体供給源は、異なった種類の液体をそれぞれ貯留した複数の貯留タンクからなることを特徴とする請求項１又は２記載の液体混合方法。
【請求項４】
前記複数の混合タンクは、２又は３の混合タンクからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の液体混合方法。
【請求項５】
前記第１液体を流す分岐管路には、流量計と開閉弁が設置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の液体混合方法。
【請求項６】
前記混合用液体を流す分岐管路には、前記流量制御弁と流量計が設置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の液体混合方法。
【請求項７】
前記給液配管は、前記複数の混合タンクの直上流で複数に分岐していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の液体混合方法。
【請求項８】
前記給液配管にポンプを設け、インバータ制御により該ポンプの回転数を制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の液体混合方法。
【請求項９】
第１液体を含む異なった種類の液体を供給する複数の液体供給源から複数の混合タンクの各々に複数種類の液体を供給してこれらの液体を所望の比率で混合する液体混合装置において、
複数の液体供給源にそれぞれ接続された給液配管を複数に分岐させ、複数の分岐管路を複数の混合タンクにそれぞれ接続して、各混合タンクに第１液体と第１液体と混合すべき１又は２以上の混合用液体とからなる複数種類の液体を供給可能とし、
第１液体を流す分岐管路に設けられた流量計により測定された第１液体の積算流量に基づいて、混合用液体を流す分岐管路に設けられた流量制御弁の弁開度を制御して混合用液体の流量を制御する制御装置を設け、
前記制御装置は、
混合タンクに供給された第１液体の積算流量の測定値から前記所望の比率にするために混合タンクに供給することが必要な液体の積算流量を算出して前記混合用液体の理論上の必要量を求め、
混合タンクに供給された混合用液体の積算流量の測定値と前記混合用液体の理論上の必要量とから混合用液体の不足量を算出し、
前記混合用液体の積算流量の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量に対して不足する場合には、予め求めておいた混合用液体の不足量に対する流量制御弁の弁開度に基づいて流量制御弁の弁開度を制御して混合用液体を混合タンクに供給し、前記混合用液体の測定値が前記混合用液体の理論上の必要量以上であれば前記流量制御弁を全閉にするようにしたことを特徴とする液体混合装置。
【請求項１０】
前記第１液体は粘性の低い液体からなり、前記混合用液体は粘性の高い液体からなることを特徴とする請求項９記載の液体混合装置。
【請求項１１】
前記複数の液体供給源は、異なった種類の液体を貯留した複数の貯留タンクからなることを特徴とする請求項９又は１０記載の液体混合装置。
【請求項１２】
前記複数の混合タンクは、２又は３の混合タンクからなることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項記載の液体混合装置。
【請求項１３】
前記給液配管は、前記複数の混合タンクの直上流で複数に分岐していることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項記載の液体混合装置。
【請求項１４】
前記給液配管にポンプを設け、インバータ制御により該ポンプの回転数を制御することを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項記載の液体混合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１２６５６５（Ｐ２０１１−１２６５６５Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８６２００（Ｐ２００９−２８６２００）
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（３９２０３２１００）キリンエンジニアリング株式会社 (54)
【出願人】（５０９３４７２６２）株式会社藤原電機製作所 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（３９２０３２１００）キリンエンジニアリング株式会社 (54)
【出願人】（５０９３４７２６２）株式会社藤原電機製作所 (1)
【Ｆターム（参考）】
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