HU226023B1

HU226023B1 - Process and device for automatic bottling of carbonated drinks

Info

Publication number: HU226023B1
Application number: HU0202123A
Authority: HU
Inventors: Laszlo Schlotthauer
Original assignee: Laszlo Schlotthauer
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2008-03-28
Also published as: HU0202123D0; AU2003279703A1; HUP0202123A2; WO2004002874A1

Abstract

Method and an apparatus for charging carbonated drinks particularly soda-water into bottles. The apparatus comprises a charging head (8), a bottle support (9), a buffer tank (1) for temporary storing the carbonated drink, and a pipe with an admission valve (2) is installed between the charging head (8) and the buffer tank (1). The apparatus further comprises a branching joined to the pipe section connecting the charging head (8) and the admission valve (2), the branching is in communication with a blow-off tank (5) through a blow-off valve (3). The blow-off tank (5) is provided with an adjustable overpressure discharge valve (6). The apparatus is provided with a level detector (4) which is adjustably fastened to the bottle support (9), and a controller (7) which periodically and alternately opens the admission valve (2) and the blow-off valve (3) according to a predetermined timing, until an electric output signal is transmitted by the level detector (4) indicating the end of the filling cycle.

Description

A találmány tárgya eljárás és automata töltőberendezés szénsavas italok, különösen szódavíz palackba töltéséhez. A berendezés el van látva töltőfejjel, palacktartóval, a szénsavas italt átmenetileg tároló puffertartállyal, valamint a töltőfej és a puffertartály között csővezeték, és egy abba beiktatott töltőszelep van.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method and an automatic filling device for bottling carbonated beverages, particularly soda water. The apparatus is provided with a filling head, a bottle holder, a buffer tank for temporarily storing the carbonated beverage, and a pipeline between the filling head and the buffer tank, and a filling valve therein.

Szénsavas italok töltésekor a viszonylag nagy nyomáson, kb. 6-10⁵ Pa üzemi töltési nyomáson egy töltőfejen keresztül a palackba kerülő ital kiszorítja a palackból a levegőt, továbbá maga az ital is termel széndioxid-gázt, amely annak mozgatásával erőteljesen szabadul fel, és ez is hozzáadódik a palack zárt légteréhez. Ezen két forrásból származó gáz együttesen egyre fokozódó nyomású lesz a töltés során, és egy bizonyos ponttól kezdve csak akkor lehet a töltést folytatni, ha gondoskodunk a gáz elvezetéséről. Hagyományos palackok esetén ez megoldható úgy, hogy a töltőfejbe két külön csővezeték csatlakozik, az egyik az ital betöltésére, a másik a gáz elvezetésére szolgál. Ez utóbbi a folyadék feletti gáztérbe nyúlik. Ezek működtetését egyidejűleg vagy egymással váltakozva egyaránt meg lehet oldani. Nehezebb a helyzet szódáspalack töltésekor, mert itt csak egyetlen nyílás, a kifolyócső áll rendelkezésre a folyadék betöltésére és a gáz elvezetésére. A szifonfej töltés alatt is rajta van a palackon, belőle egy cső nyúlik a palack aljába. Ezért, hogy ez a cső a gáztérbe nyúljon, a palackot szifonfejjel lefelé kell a töltéskor befogni, és a szifonfej kifolyócsövét a működtetőkar lenyomásával nyitott helyzetben tartani. Ebben az esetben csak időben tudjuk elkülöníteni az említett betöltési és túlnyomásos gáz elvezetési lépéseket, mivel a szifonfejen nem tudunk átvezetni két külön a töltőfejhez tartozó csövet. Ennek megfelelően a szódáspalackot egy bizonyos mértékig megtöltjük szódával, majd ezt követően a túlnyomásos gáz kerül elvezetésre, majd ismét töltés és ismét elvezetés következik, szükség esetén többször ismétlődően. A lépések közötti váltásokat, a szelepek vezérlését az ismert megoldásokban és készülékekben emberi beavatkozással, mechanikus módon végzik. A töltés eredménye ezáltal nagy szórást mutat mind a palackba zárt nyomás, mind a folyadékszint tekintetében.When filling carbonated drinks at relatively high pressure, approx. At a working charge pressure of 6-10 ⁵ Pa, the beverage that enters the bottle through a filling head displaces air from the bottle, and the beverage itself produces carbon dioxide gas which, by its movement, is powerfully released and added to the enclosed air space of the bottle. Together, the gas from these two sources will be under increasing pressure during charging and, from a certain point, charging will only continue if gas is vented. In the case of conventional bottles, this can be achieved by connecting two separate pipes to the filling head, one for filling the beverage and the other for venting the gas. The latter extends into the gas space above the liquid. They can be actuated simultaneously or alternately. It is more difficult to fill a soda bottle because there is only one opening, the drain hose, for filling the liquid and for venting the gas. The siphon head is still on the bottle during filling, from which a tube extends to the bottom of the bottle. Therefore, to allow this tube to reach into the gas chamber, the bottle should be gripped with the siphon head down during filling and the siphon outlet spout held open by pressing the actuating lever. In this case, it is only in time that we can distinguish between the said filling and the pressurized gas discharge steps, since we cannot pass through the siphon head two separate pipes belonging to the filling head. Accordingly, the soda bottle is filled to a certain extent with soda, and then the pressurized gas is discharged, followed by filling and re-draining, repeated several times if necessary. The switching between the steps, the control of the valves in the known solutions and devices is performed by human intervention, mechanically. The result of the filling thus exhibits a high variation in both the pressure in the cylinder and the liquid level.

A CN 2040071U számú, továbbá a CN 2228076U, valamint CN 2228077U számú kínai iratok szódavíztöltő gépi berendezést ismertetnek. A túlnyomás elvezetés problémájára azonban ezek nem adnak kielégítő megoldást.Chinese papers CN 2040071U and CN 2228076U and CN 2228077U disclose a soda water filling machine. However, they do not provide a satisfactory solution to the problem of overpressure discharge.

Ennek megfelelően a találmány célja olyan eljárás és automata berendezés kidolgozása, amely lehetővé teszi előre adott program szerint palackok, különösen szódáspalackok töltését, lehetőségekhez képest emberi beavatkozás nélkül.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method and an automatic apparatus which enables bottles, in particular soda bottles, to be filled according to a predetermined program, without human intervention being possible.

A találmány alapvető felismerése, hogy a közös nyílásra csatlakozó töltőfejen keresztül két puffertartályt kell alkalmazni, egyet a szénsavas ital, egyet pedig a túlnyomásos elvezetendő gáz számára, és ezeket adott, például tapasztalat útján megállapított időprogram szerint felváltva, vagyis egyidejű nyitást elkerülve kell működtetni. További felismerés volt, hogy a töltési ciklus leállítására és egyúttal a töltet szintjének pontos beállítására szintérzékelőt kell alkalmazni. Felismertük végül, hogy általános esetben a legalkalmasabb szintérzékelő kapacitív elven működik.The basic realization of the invention is that two buffer tanks, one for the carbonated beverage and one for the pressurized gas to be discharged, are to be applied through the filler port connected to the common orifice and to operate alternately according to a given time schedule, e.g. A further realization was that a level sensor should be used to stop the charge cycle and to accurately adjust the charge level. We have finally discovered that in general, the most appropriate level sensor operates on a capacitive basis.

A célnak megfelelő már említett fajta berendezésben a találmány szerint a töltőfejet és a töltőszelepet összekötő csővezetékszakaszba egy leágazás van bekötve, amely egy lefúvatószelepen keresztül egy beállítható túlnyomáslevezető szeleppel ellátott lefúvatótartályba vagy a levegőbe vezet, valamint a berendezés a palacktartóhoz képest állítható módon rögzített szintérzékelővel van ellátva, és töltésvezérlője van, amely a töltőszelepet és a lefúvatószelepet szakaszosan felváltva nyitja, előre adott időzítés szerint, vagy a töltési ciklusnak a szintérzékelő villamos kimeneti jele által meghatározott végéig.According to the present invention, in a suitable apparatus of the aforesaid type, a branch is connected to the piping section connecting the filling head and the filling valve, which leads through a discharge valve to a discharge container with an adjustable pressure relief valve or to the air. and a charge controller, which opens the fill valve and the blow-off valve intermittently, at a predetermined time or until the end of the charge cycle as determined by the electrical output signal of the level sensor.

Az eljárás ennek megfelelően tehát a töltőfejet és a töltőszelepet összekötő csővezetékszakaszba bekötött leágazáson, és abba iktatott lefúvatószelepen keresztül egy lefúvatótartályba vezetjük a palackban a töltés során felgyülemlő túlnyomásos gázt, és a lefúvatótartályból a többletgázt egy beállítható túlnyomáslevezető szelepen át szabad térbe engedjük ki; valamint a töltőszelepet és a lefúvatószelepet szakaszosan felváltva nyitjuk, előre adott időzítés szerint, a töltési ciklus egy adott villamos jel által meghatározott végéig. Az adott villamos jelként előnyösen egy szintérzékelő kimeneti jelét alkalmazzuk.Accordingly, the method accordingly introduces a pressurized gas that accumulates in the bottle through a junction in the pipeline section connecting the filler head and the filler valve, and a blowdown valve therein, and discharges excess pressure from the blowdown tank into the outlet. and opening the fill valve and the blow-off valve alternately, at a predetermined time, until the end of the charge cycle as determined by a particular electrical signal. Preferably, the output signal of a level sensor is used as the given electrical signal.

A továbbiakban ábrákkal szemléltetjük a találmányt.The invention is illustrated by the following figures.

Az 1. ábra a találmány szerinti berendezés két egymás melletti töltési helyet bemutató részlete.Figure 1 is a detail view of two adjacent filling locations of the apparatus of the invention.

A 2. ábra a töltőeljáráshoz tartozó elrendezés elvi blokkvázlata.Figure 2 is a schematic block diagram of an arrangement for the filling process.

Az 1. ábrán látható szódáspalack töltőberendezés részlet tartalmaz egy 9 palacktartót, amely egy 11 kar segítségével a belehelyezett 10 palack, esetünkben szódáspalack, szifonfejének adagolókarját nyitja, ezáltal lehetővé téve a töltést. A 10 palack szifonfejjel lefelé fordított helyzetben van, a gáztérhez való kapcsolódás érdekében. A 8 töltőfej a 10 palack kifolyócsövére csatlakozik. A 8 töltőfejből kiinduló összekötő vezeték kétfelé ágazik, az egyik ágában egy 2 töltőszelepen keresztül áramlik a betöltésre kerülő ital, amely az F nyíl irányából betöltött alapanyag átmeneti tárolását biztosító 1 puffertartáíyból származik. Ennek nyomása szódavíz esetében 6-10⁵ Pa közeli értéken van. A másik ágban egy 3 lefúvatószelepen keresztül az 5 lefúvatótartályba jut el a 10 palack gázteréből kivezetett felesleges túlnyomásos gáz. Az 5 lefúvatótartály az 1. ábrán külön nem látszik, mert az 1 puffertartály mögött, azzal fedésben van. A 2 töltőszelep és a 3 lefúvatószelep értelemszerűen nem lehet egyidejűleg nyitott állapotban. A működtetést felváltva végezve, egy töltési ciklus elején először a 2 töltőszelepet nyitjuk, amelyen keresztül a 10 palackot egy adott telítettségi mértékig töltjük, amely általában 50-70%. Ezután a 2 töltőszelep zárása után nyitjuk a 3 lefúvatószelepet, és ezzel a 10 palack gázteréből a megnövekedett nyomású, felesleges gázt elvezetjük. Ehhez rövidebb szelep nyitvatartási idő is elegendő, mint a megelőző töltéshez. A kettő kö2The soda bottle filling apparatus detail shown in Figure 1 includes a bottle holder 9 which, by means of a lever 11, opens the metering lever of the siphon head of the inserted bottle 10, in this case a soda bottle, thereby enabling filling. The bottle 10 is in an inverted position with the siphon head in order to engage the gas chamber. The filling head 8 is connected to the outlet of the bottle 10. The connecting line starting from the filling head 8 is divided into two branches, in one of its branches the filling beverage flows from a buffer container 1 for the temporary storage of the raw material loaded in the direction of arrow F. Its pressure in the case of soda water is close to 6-10 ⁵ Pa. In the other branch, excess pressurized gas discharged from the gas space of the cylinder 10 passes through a discharge valve 3 to the discharge vessel 5. The blow-off container 5 is not shown separately in Figure 1 because it is covered behind the buffer tank 1. The filling valve 2 and the discharge valve 3 must obviously not be simultaneously open. Alternatively, at the beginning of a filling cycle, the filling valve 2 is first opened, through which the bottle 10 is filled to a given degree of filling, which is generally 50-70%. Then, after closing the filling valve 2, the drain valve 3 is opened, thereby removing excess pressure gas from the gas space of the cylinder 10. For this, shorter valve opening times are sufficient than for pre-filling. The two are volume2

HU 226 023 Β1 zötti arány olyan, hogy jellemzően a 3 lefúvatószelep nyitvatartási ideje 2-10%-a a 2 töltőszelep megelőző nyitvatartási időtartamának. A következő töltés-lefúvatás párokat ennek megfelelően rövidebbekre választhatjuk, a nyitvatartási idők arányának megtartása mellett. Mindez addig folytatódik, amíg a 4 szintérzékelő, amely a 9 palacktartóra van erősítve, azt nem jelzi, hogy a kívánt töltési szintet elértük. Érzékelőnek legcélszerűbb kapacitív érzékelőt választani. Ennek előnye, hogy a palack fajtájától, minőségétől, optikai átláthatóságától függetlenül nagy biztonsággal lehet egy adott szint elérését érzékelni. Amikor ez a 4 szintérzékelő egy villamos kimenőjelet szolgáltat, a töltési ciklusnak véget vetünk. Ezután a palackcserére kerülhet sor, és a töltési ciklus újra indulhat. Az 1. ábrán két egymás melletti palacktöltő állást mutatunk be. A második palacktöltő állásnál az 5 lefúvatótartály és a 3 lefúvatószelep között egy V visszacsapó szelepet alkalmaztunk, amely akkor lehet szükséges, ha a 3 lefúvatószelep mágneses vezérlésű szelep. Ekkor ugyanis az 5 lefúvatótartály felől a zárt állapotban levő mágneses vezérlésű szelepre nehezedő nagy nyomás nehezítené annak nyitását.The ratio is such that typically the opening time of the drain valve 3 is 2-10% of the preceding opening time of the filling valve 2. Accordingly, the following charge-bleed pairs may be shorter, while maintaining the opening hours. This continues until the level sensor 4 mounted on the bottle holder 9 indicates that the desired filling level has been reached. It is best to choose a capacitive sensor as a sensor. The advantage of this is that, regardless of the type, quality and optical transparency of the bottle, it is possible to detect with certainty that a certain level has been reached. When these level sensors provide an electrical output signal, the charge cycle is completed. The bottle can then be replaced and the filling cycle restarted. Figure 1 shows two adjacent bottle filling positions. In the second bottle filling position, a non-return valve V, which may be required if the valve 3 is a magnetic control valve, is used between the discharge vessel 5 and the discharge valve 3. In this case, the high pressure exerted on the magnetic control valve in the closed state from the discharge vessel 5 would make it difficult to open it.

Az 5 lefúvatótartályba a gyakorlatban nemcsak tisztán gáz jut, mivel a 2 töltőszelep és a 3 lefúvatószelep nyitott állapotának váltásakor megváltozik az áramlási irány, és a közös csőszakaszban maradt töltőfolyadék is ide jut. Az említett kis mennyiségű folyadék az 5 lefúvatótartály aljába jut, ahonnan azt időnként el lehet távolítani.In practice, the purge tank 5 is not only supplied with purely gas, since when the filling valve 2 and the valve 3 are open, the flow direction is changed and the filling liquid remaining in the common pipe section is also transferred there. Said small amount of liquid enters the bottom of the drainage container 5, from where it can be removed from time to time.

A 2. ábrán a töltési eljárás és blokkvázlatát mutatjuk be, utalva a berendezés elemeire. Az 1 puffertartályból a 2 töltőszelepen keresztül az első lépésben az ital a 8 töltőfejbe jut, míg a következő lépésben a 3 lefúvatószelepen át az 5 lefúvatótartályba már gáz fog áramlani a 8 töltőfejen át, a folyadékkal ellenkező irányban. Az 5 lefúvatótartály 6 túlnyomáslevezető szelepe arra szolgál, hogy az 5 lefúvatótartályban felhalmozódó többletgáz nyomása csak egy adott küszöbértékig emelkedhessen, ezután a 6 túlnyomáslevezető szelep, amely célszerűen egy súlyszelep, kinyit és a környező szabad légtérbe engedi a túlnyomást. Tipikus kiviteli esetben a súlyszelep nyitási küszöbértéke 3-8Ί0⁵ Pa közé van beállítva.Figure 2 is a schematic diagram of the filling process and a block with reference to the elements of the apparatus. From the buffer tank 1 through the filling valve 2, in the first step, the beverage enters the filling head 8, and in the next step, gas flows through the filling head 8 in the opposite direction to the liquid through the outlet valve 3. The pressure relief valve 6 of the blow tank 5 serves to increase the pressure of the excess gas accumulating in the blow tank 5 to a certain threshold value, after which the pressure relief valve 6, preferably a weight valve, opens and releases the overpressure into the surrounding air space. In a typical embodiment, the opening threshold for the weight valve is set to 3-8Ί0 ⁵ Pa.

A 2 töltőszelep és a 3 lefúvatószelep egyszerre soha nem lehet nyitva. A nyitási időtartamok adott időzítési program szerint váltakozó nyitva tartást biztosítanak, ez jelenti az automatikus töltés elvi alapját. A megfelelő időtartamok függenek a palack űrméretétől, fajtájától, az ital töltőnyomásától stb. Mindazonáltal előnyös lehet, ha a 2 töltőszelep első nyitási időtartama az adott, a palacktartóba fogott palack űrtartalmának az adott szénsavas itallal való 50-70%-os megtöltéséhez szükséges idő, és minden ezt követő 2 töltőszelep nyitási időtartam ennél rövidebb. Az időtartamok betartásáról egy 7 vezérlő gondoskodik, amely programozható kialakítású. A töltési ciklus indításától kezdve vezérlőjelet ad az elektronikusan vezérelhető 2 töltő- és 3 lefúvatószelepeknek. Az előre adott időprogram szerinti működtetéshez szükséges programokat is a 7 vezérlő tárolja.The filling valve 2 and the discharge valve 3 must never be open at the same time. Opening times provide alternate opening times according to a given timing program, which is the basic principle of automatic charging. The appropriate times depend on the size of the bottle, its type, the filling pressure of the beverage, etc. However, it may be advantageous if the first opening time of the filling valve 2 is about 50 to 70% of the filling volume of a given bottle trapped in the bottle holder and each subsequent opening time of the filling valve 2 is shorter. The time intervals are controlled by a controller 7 which is programmable. From the start of the charge cycle, it gives a control signal to the electronically controlled filling and discharge valves 2. The programs required for operation according to a predetermined time program are also stored by the controller 7.

Ha a 10 palack megtelt, vagyis benne a folyadék elért egy adott szintet, a 4 szintérzékelő egy jelet juttat a 7 vezérlőbe, amely automatikus üzemmódban a töltési ciklus végét a 4 szintérzékelő említett villamos kimeneti jele alapján határozza meg. A 4 szintérzékelő állítható módon van a 9 palacktartóra erősítve, azonban egy töltési ciklus, illetve egy adott palackfajta adott módon való töltésekor egy töltésiciklus-sorozat során egyetlen, fix rögzített helyzetben marad. A 4 szintérzékelő lehet optikai érzékelő, amelyet azonban a palack változó külső optikai tisztasága zavarhat. Ezért előnyösen ez egy kapacitív érzékelő, amely a 9 palacktartóba helyezett 10 palack oldalánál kívül elhelyezett egy vagy több kapacitív elektródot tartalmaz, amelyek önmagukban ismertek.When the bottle 10 is full, i.e. the liquid has reached a certain level, the level sensor 4 sends a signal to the controller 7 which in automatic mode determines the end of the filling cycle based on said electrical output signal of the level sensor 4. The level sensor 4 is adjustably mounted on the bottle holder 9 but remains in a single, fixed, fixed position during a charge cycle or series of charge cycles during a given fill cycle. The level sensor 4 may be an optical sensor, but may be disturbed by the variable external optical purity of the cylinder. Therefore, it is preferably a capacitive sensor which comprises one or more capacitive electrodes located outside the side of the bottle 10 placed in the bottle holder 9, which are known per se.

A bemutatott eljárás és ennek megfelelő berendezés alkalmazható egyéb palackok töltésére is, amely esetben a külön töltő- és külön lefúvatócsöves megoldással szemben egyszerűbb felépítése jelenthet előnyt, azonban a rendelkezésre álló ismert megoldásokkal összehasonlítva a legnagyobb előnyt a szifonfejes szódás palackok esetében képviseli. A rendszerből a lefúvatótartály elhagyható, a rendszer hatékonyságának némi csökkenése árán.The method described and corresponding apparatus can also be used for filling other bottles, in which case a simpler construction may be advantageous over the separate filling and separate discharge pipe solution, however, compared to the known solutions available, it offers the greatest advantage in the case of siphon soda bottles. The bleed tank can be omitted from the system at the expense of some reduction in system efficiency.

Claims

PATENT CLAIMS

An automatic filling device for filling carbonated beverages into a bottle having a filling head with the same conduit for filling the beverage and collecting the excess pressurized gas, and further comprising a bottle holder, a pressurized buffer tank for temporarily storing the carbonated beverage, wherein the filling head and , characterized in that a pipe branch is connected to the piping section connecting the filling head (8) and the filling valve (2), which leads to a discharge vessel (5) with an adjustable pressure relief valve (6) or to the air via a discharge valve (3) with a level sensor (4) adjustable relative to the bottle holder (9) and alternately alternating between the filling valve (2) and the discharge valve (3) according to a predetermined timing or during the filling cycle. the intake sensor (4) has a charge controller (7) which is open until the end defined by the electrical output signal.

Filling device according to Claim 1, characterized in that, according to a predetermined timing, the first opening time of the filling valve (2) is set at 50-70% of the volume of a given bottle (10) trapped in the bottle holder (9). and the preset opening times of the filling valve (2) are then shorter.

Filling device according to claim 1 or 2, characterized in that the carbonated beverage is soda water and the bottle (10) is a soda bottle.

Filling device according to claim 3, characterized in that the filling head (8) is fitted to the outlet pipe of the soda bottle.

HU 226 023 Β1

5. Filling device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the adjustable pressure relief valve (6) is a weight valve.

Filling device according to Claim 5, characterized in that the opening threshold of the weight valve is set between ^{3 and} 10 ⁵ Pa.

7. Filling device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the level sensor (4) is a capacitive sensor which comprises an electrode located outside the side of the bottle (10) placed in the bottle holder (9).

8. A filling device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a non-return valve (V) is provided in the pipe section connecting the outlet valve (3) and the outlet vessel (5).

9. A method for filling carbonated beverages into a bottle, wherein the beverage is filled and the accumulating pressurized gas is discharged with a filling head provided with the same conduit, and the carbonated beverage is transferred from a temporary storage buffer to is characterized in that, through a branch in the pipeline section connecting the filling head (8) and the filling valve (2), and through a discharge valve (3) therein, is introduced into the discharge container (5) during the filling, discharging excess gas from the bleed tank (5) into an open space through an adjustable pressure relief valve (6); and holding the filling valve (2) and the discharge valve (3) intermittently open, according to a predetermined timing, until the end of the charging cycle is determined by a given electrical signal.

Method according to claim 9, characterized in that the output signal of a level sensor (4) in a fixed position relative to the filling position of the bottle (10) is used as a specific electrical signal defining the end of the filling cycle.

The process according to claim 9 or 10, characterized in that the carbonated beverage is filled with soda water into the soda bottle.

12. A 9-11. A method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the operating pressure in the buffer tank (1) is between ^{3 and 8 to} 10 ⁵ Pa.

13. A 9-12. A method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the predetermined timing is defined by the first opening time of the filling valve (2) necessary to fill the volume of the given filled bottle (10) with 50-70% of the carbonated beverage. time, and each subsequent filling valve (2) opening time is shorter.

14. A 9-13. A method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the outlet valve (3) is kept open for a time between 2% and 10% of the preceding opening time of the filling valve (2).