액체용 충전 포장기계_액체용 충전기2

[원텍지기]

2) 정량식 충전방식(Fixed Volume Filling)

충전하기 전에 일정량을 사전에 계량하여서 용기에 주입하므로 용기의 형태나 정확성에는

무관하고 컵(Cup) 계량 방식, 피스톤실린더방식, 유량계계량방식, 중량계량방식, 시한계량방식

등이 있습니다.

① 컵 (Cup) 계량 방식

충전기계 내에 일정량을 담을 수 있는 컵(Cup)을 설치해 일단 여기에 액체를 담아 주입 파이프를

통해서 낙차를 이용해 충전합니다.

② 피스톤 실린더 (Piston Cylinder) 방식

피스톤 또는 플린저(Plunger)와 실린더를 조합시킨 방식으로 점도가 높은 액체의 충전에

적합합니다. 피스톤 또는 플런저의 작동에 따라 충전량이 결정됩니다.

정밀도는 내용물에 따라 다르기 때문에 설계기술에 따라서는 높은 계량정밀도를 기대할수도

있고, 용량변경은 피스톤을 움직이는 캠의 각도를 변경하거나, 또는 링크기구를 응용해서

지점을 바꾸어주어 조정 합니다.

또 한편에서는 일정량을 고점도로 충전할 수 있으므로 의약품 등의 충전 라인에도

사용되고 있습니다. 그림6-14는 드링크제의 충전라인 그림6-8 CIP컵 자동 탈착

시스템으로 피스톤식 충전 장치입니다.

피스톤식 충전기는 내용물 공급을 위한 저장 탱크부, 계량을 위한 피스톤.실린더부,

계량 공정과 충전 공정을 변환시켜주는 충전 노즐부 등으로 구성되어 있습니다.

이 충전기에 탑재되어 있는 특정적인 기구를 다음에 설명하였습니다.

a. 보틀 리프터 시스템

피스톤식 충전기는 충전 중의 액면의 상승에 맞춰 충전 노즐을 상승시킬 수 있습니다.

그러므로 충전 구간의 용기 리프터 캠은 이러한 기능에 맞춰 부속장치로서 교환이 가능하게

되어있습니다. 보틀 리프터도 캠에 맞춰 작동하면, 완전히 정지한 상태로 전환이 가능한

시스템도 있습니다.

b. 충전 용량 가변 시스템

충전하는 제품액의 용량은 피스톤의 스트로크에 의해 설정합니다.

이 스트로크 설정은 회전하는 캠의 경사각에 따라서 결정되며 캠 위치를 상승시키는 것에

의해 경사가 변경되어 충전 용량을 설정할 수 있습니다.

구동 모터를 장착하면 이러한 동작을 자동으로 조작할 수 있습니다.

c. 충전 밸브

피스톤으로 빨아들여 계량하고 밸브를 작동시켜 토출 충전합니다. 밸브의 구조는

코크식(cock식)의 3방향 조작 로크의 외측 레버를 회전시켜 계량과 토츨을 반복합니다.

또한 No bottle No fill로 하기 위해 밸브마다 별도로 작동되도록 합니다.

이 피스톤식 충전 밸브의 작동상태를 그림 6-15에 나타내었습니다.

d. 피스톤.실린더 세정 시스템

피스톤.실린더의 씰(seal)부의 세정을 위해, 오버 스트로크 시켜 씰(seal)을 벗겨내고,

씰부의 부품을 노출시켜 세정하는 것도 많습니다.

③ 유량계(流量計) 계량방식

유량계를 응용해 정량(定量)충전하는 방식으로 대용량 충전에 적합하고 가스혼입 음료용

충전기는 기존에는 낙차식이 주로 사용되었지만, 계량 기능을 갖는 유량계식 충전기가 주류를

이루고 있습니다. 그 이유로는 CIP 성능의 향상이나 거품 발생제어 등의 난이도 높은 액체

제품에 대한 대응이나 관리 수준의 향상이 필요하게 되었기 때문입니다.

그림 6-16 은 유량계식 충전기의 예입니다. 이 충전기에 장착되어 있는 특징적인 기구를

다음에서 설명합니다.

a. 보틀 리프터 (bottle lifter) 시스템

에어식 보틀 리프터는 메카니컬식과 비교해 캠이 일부 구간 밖에 필요가 없으므로

대형기에 많이 이용되고 있습니다. 또한 에어를 투입하고 끊어 주는 것에 의해 간단히

들어 올리고 들어 올리지 않게 하는 것이 가능합니다.

b. CIP 컵 자동 탈착 시스템

CIP 공정의 자동화를 할 때, CIP 컵의 자동 탈착 기능이 필요한 것은 이미 서술한 바

있지만, 가스혼입 음료용 충전기는 무 가스 음료용과 비교해 캡핑을 하기위해 필요한 가압

하중이 높으므로 밸브 리프터에 의한 서포트를 병용하고 있습니다.

c. 충전 밸브 구조

대표적인 충전 밸브의 구조 및 작동 공정을 그림 6-17 에 나타내었습니다.

세정성의 향상을 위해, 다이아프램 밸브 (diaphragm valve)로 되어있습니다.

d. 고속 리젝트 분리휠 (High Speed Reject Separate Wheel) 시스템

보틀 이송기능의 하나로서, 불량 보틀의 배출이나 공급 등을 위한 배출용 스타 휠

(Star Wheel)에 분리기능을 가지고 있는 것이 많습니다.

그러므로 고속 리젝트 분리휠을 사용하고 있습니다.

④ 중량계측 (重量計測) 방식

충전액체의 중량과 용기의 무게를 합한 중량을 계측하여 계량하는 충전방식으로

대용량 충전용입니다. 중량계를 같이 설계하여 부착해야 하므로 구조는 복잡합니다.

이것은 로드셀 (load cell)을 내장한 질량계측 유니트를 병거치대 밑에 배치하고,

보틀을 하나씩 계량하면서 충전하는 방식의 충전기입니다. 유로가 단순하므로

CIP(Clean In Place;정치 세정) 이나 SIP(Sterilize In Place;정치 멸균)이 가능하며,

각 보틀의 충전량을 하나씩 관리할 수 있으므로, 기존의 충전 시스템과 비교해 품질

관리에서 매우 신뢰성을 높일 수 있습니다.

그러므로 중량식 충전기는 빠르게 성장하고 있습니다. 그림 6-18 은 음료충전라인용

중량식 충전기입니다. 충전기의 구조는 액공급 시스템, 충전밸브부, 계량 유니트 및

컨트롤러부, 세정 장치부, 이송부 등으로 구성되어 있습니다.

낙차식 충전기나 피스톤식 충전기에 비해 메카니컬 부분이 적으므로, 기계 내부

구조가 단순한 것이 특징 중 하나입니다.

이 충전기가 지니고 있는 특징적인 기구를 아래에 설명합니다.

a. 액공급 시스템

중량식 충전기에는, 내용물 탱크가 탑재된 방식과 별도의 가압 탱크에 의해서

액 공급을 하는 타입이 있습니다.

b. 구부 상부 충전 밸브

기존에는 보틀의 내부에 노즐을 삽입해 충전하였지만, 시스템의 단순화나 충전 유효존의

확대가 요구됨에 따라서, 보틀에 노즐을 삽입하지 않고, 보틀 구부 위에서 충전을 하는

방식으로 되어있습니다. 이와 같이 하면 충전 중에 기포 발생이 우려되지만, 액의 충전

노즐 내에서 조정하는 것에 의해서 기포를 줄일 수 있습니다. 이 구부 상부 충전 밸브의

작동방식을 그림 6-19에 나타내었습니다.

c. CIP 컵 자동 착탈 시스템

세정 공정의 자동화에 의해서 세정용 CIP 컵을 자동으로 착탈하는 충전기가 증가하고

있습니다. CIP 컵은 충전 중, 기계 내측으로 회수되기도 하고, 세정 시에 링크 기구에 의해

스윙해 노즐의 바로 아래로 이동됩니다. 이러한 동작과 충전 밸브의 상승 하강 동작을

조합해, CIP 컵의 자동착탈을 실현하고 있습니다.

d. 보틀 넥 이송 시스템

사용이 증가되고 있는 PET보틀의 이송형태의 예로서, 보틀의 넥 그립 (bottle neck

grip) 이송 시스템을 그림 6-20 에 나타내었습니다.

PET보틀과 같이 목 부분의 형상이 일정하면, 보틀넥 그립 이송은 지그 (jig)의 교체

요소가 적고, 편리한 시스템이라고 할 수 있습니다.

특히 고속 충전 라인과 같이, 기계가 대형화된 경우 지그 교체작업을 줄이는데 매우

효과적입니다. 이 시스템은 중량식 충전기뿐만 아니라 그 이외의 충전기나 다른 기계

에서도 적용될 수 있습니다.

⑤ 시한 (時限) 계량방식 (Time pressure식)

일정한 유속의 액체를 타이머 (Timer)에 의해 충전에 소요되는 시간을 제어하여

충전량을 계량하는 방식으로 타이머의 설정시간 조정에 따라 충전량을 자유로이

가감 할 수 있습니다.

의약품에는 풍전량 관리와 액 접촉부의 위생성이 요구되므로 시간 압력식 충전기가

많이 이용됩니다. 그림 6-21은 로터리형 시간 압력식 충전기의 충전부입니다.

이 충전기에 장착되어 있는 특징적인 기구를 다음에 설명합니다.

a. 충전 노즐 이동 시스템

이 기계는 로터리형 기계이므로 충전 노즐은 용기를 따라가면서 충전이 완료된 후,

초기의 위치로 돌아오는 왕복 운동을 합니다. 충전 행정에서는 노즐 유니트는 하강하고,

돌아가는 행정에서는 상승하는 상하 작동에 맞춰서 작동하는 시스템으로 되어 있습니다.

왕복.상승하강 작동의 기본적인 시스템은 수평캠 기구를 조합한 다인 디스크 유니트를

사용하고 있습니다.

b. 보틀 넥 센터링(Bottle neck centering) 시스템

용기의 내경이 매우 좁은 용기의 센터링은 중요한 요소입니다.

그러므로 용기의 목부분을 잡는 센터링 시스템을 사용합니다.