KR100509091B1 - 원추형 분사 충전구와 이러한 충전구를 갖춘 충전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용기 내에 용액 분배를 위한 충전튜브에 관한 것으로, 이러한 유형에서 튜브(10)는 원추형의 분사를 조건짓는 용액의 분배 도관(36, 40)을 갖고 있으며, 또한 튜브가 원추형 분사에 의해 범위가 정해진 공간의 내부로 통하는 기체 배기관(42)을 갖춘 축을 따라 일어나는 노즐을 갖춘 것으로, 그 특징으로는 노즐이 기체 공급관(28)을 갖는 것으로, 이 공급관은 원추형 분사에 의해 범위가 정해진 공간의 내부로 빠져나가며, 본질적으로 용액의 원추형 분사와 평행으로 유출되는 많은 기체를 분출한다.

Description

원추형 분사 충전구와 이러한 충전구를 갖춘 충전기 {CONE-SHAPED JET FILLING TUBE AND FILLING MACHINE EQUIPPED THEREWITH}

본 발명은 충전구에 관한 것으로, 특히 병에 내용물을 충전하기 위한 충전기에 사용되는 충전구에 관한 것이다.

어떠한 제품을 원추형 또는 "우산형"으로 분사하여 포장할 수 있도록 하는 충전구는 잘 알려져 있다. 제품을 병에 충전화기 위하여 사용되는 경우, 이들 충전구는 제품이 충전구로부터 병의 내벽측으로 매우 신속히 투사될 수 있도록 한다. 이와 같이 제품은 내벽을 따라 병에 주입되고 병의 저면측으로 직접 투사되지 아니한다. 이와 같이 함으로서, 제품은 가능한 한 기포를 발생하지 않고 병에 충전되어 충전속도를 증가시킬 수 있으며 병에 제품을 충전하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있도록 한다.

또한 이러한 충전구의 형태에 축방향의 중공형 튜브들을 배치하여 원추형 분사를 방해함이 없이 병의 내부에 들어 있는 공기를 배출할 수 있도록 한 것이 알려져 있다.

이러한 형태의 충전구를 갖는 두가지의 예가 미국특허 제4,156,444호 및 제5,125,441호에 소개되어 있다. 이들 충전구는 병입되는 제품이 소다수나 맥주와 같은 탄산음료 또는 우유나 과실주스 처럼 기포가 발생되기 쉬운 액체인 경우에도 이들 제품을 병에 충전하는 시간을 크게 줄여줄 수 있도록 한다.

병에 제품을 충전하는 과정에서 대두될 수 있는 다른 문제점은 제품이 주위공기와 접촉하는 것이다. 실제로 맥주나 과실주스와 같은 많은 제품들은 산소에 의하여 좋지 않은 영향을 받을 수 있다. 고전적인 형태의 충전구를 이용하여 충전하는 경우에도 제품이 공기에 크게 노출된다. 따라서 공기중의 산소가 제품에 결합되어 제품의 저장시간을 단축시킨다.

도 1은 충전구를 통하여 병에 제품이 충전되는 과정을 보인 본 발명에 따른 충전구를 보인 축방향 단면도.

도 2는 도 1의 2-2선 단면도.

본 발명의 목적은 상기 언급된 충전구의 특성은 그대로 유지한 상태에서 병입되는 제품이 공기와 접촉하는 것을 크게 제한하거나 배제할 수 있는 새로운 형태의 충전구를 제안하는데 있다.

이러한 목적에 따라서, 본 발명은 병에 액체를 공급하기 위한 충전구를 제안하고 있는 바, 이 충전구가 우산형 분사가 이루어질 수 있도록 하는 액체의 공급수단으로 구성되고 충전구가 우산형 분사영역에 의하여 한정되는 공간의 내측으로 개방된 배기관이 구비된 축방향의 중공형 튜브조립체를 가지며, 중공형 튜브조립체가 액체의 우산형 분사영역에 의하여 한정된 공간의 내측으로 개방되고 액체의 우산형 분사영역과 평행하게 기체를 공급하는 체널로 구성된다.

본 발명의 다른 특징은 다음과 같다.

- 기체를 공급하는 채널이 우산형 분사영역에 의하여 한정되는 공간의 내부에 환상 개방부 형태로 개방된다.

- 기체를 공급하는 채널이 그 개방단부의 높이에서 원추형의 편향면을 갖는다.

- 배기관이 환상의 형태인 환상공급도관과 유출구의 중심에서 축방향으로 개방된 채널의 환상 개방부의 중앙에서 축방향으로 개방된다.

- 기체를 공급하는 채널이 공급될 제품에 대하여 중성인 기체를 공급한다.

- 제품의 분사가 축방향 회전성분을 갖는다.

- 접선방향 속도성분을 가지고 도입되는 제품을 회전시키는 상부회전챔버가 구성되어 있으며 이 상부회전챔버가 환상공급도관에 의하여 축방향으로 연장되고 그 개방단부에 제품의 공급을 위한 유출구가 형성되어 있다.

- 상부회전챔버가 가속원추면에 의하여 환상공급도관에 연결된다.

- 축방향의 중공형 튜브조립체를 구성하는 내부튜브와 외부튜브가 상부회전챔버를 통하여 축방향으로 관통한다.

본 발명은 또한 용기를 충전하기 위한 충전기에 관한 것으로, 이는 상기 언급된 특징들의 어느 하나가 결합된 충전구를 갖는 적어도 하나의 충전단으로 구성된다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면에서 보인 충전구(10)는 좁은 네크부분을 갖는 병(12)에 제품을 충전하기 위한 것이다. 예를 들어 이는 유리병 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 플라스틱 물질의 병에 사용될 수 있는 것이다. 물론 이러한 충전구는 예를 들어 회전대 형태로서 다수의 충전구를 갖는 충전기에 사용될 수 있다.

본 발명에서 방향을 나타내는 용어인 "상", "하", "상측", "하측" 등의 용어는 도면을 기준으로 하여 방향을 나타내는 것으로 본 발명의 범위를 제한 하는 것은 아니다.

도시된 충전구(10)는 중심축선 A1을 갖는 중공형 주동체(14)를 포함하며, 이는 모두 축방향으로 연장된 중공형 튜브조립체로서 두개의 동축상 튜브인 내부튜브(16)와 외부튜브(18)를 갖는다.

따라서, 주동체(14)는 그 내부공간이 이러한 주동체를 통하여 축방향으로 연장된 튜브(16)(18)에 의하여 한정된다. 단일체로 보인 주동체(14)는 제작이 용이하도록 여러 부분으로 구성될 수 있다. 상부커버(20)는 주동체의 내부공간의 상부를 밀폐하고 상부에서 튜브(16)(18)를 지지한다.

상부커버(20)는 그 전 길이를 통하여 축방향으로 연장된 내부통공을 갖는다. 주동체의 외측으로 향하여 상측으로 개방된 내부통공의 상부단(22)은 축선 A1을 따라서 원통형을 이루며 내부튜브(16)의 외경과 동일한 직경을 갖는다.

주동체의 내부공간에서 상측으로 개방된 하부단(26)은 축선 A1을 따라 원통형을 이루고 외부튜브(18)의 외경과 동일한 직경을 갖는다.

상부단(22)과 하부단(26) 사이에 축방향으로 연장된 중간단(24)은 축선 A1을 따라 원통형을 이루고 외부튜브(18)의 내경과 동일한 직경을 갖는다.

외부튜브(18)의 상측단부는 중간단(24)과 하부단(26)의 경계를 이루는 환상접속면에 접촉할 때까지 상부커버에서 하부단(26)의 저면으로부터 상측으로 결합된다. 외부튜브(18)는 한편으로는 상부커버(20)에 외부튜브(18)를 고정하고 다른 한편으로는 밀폐가 이루어질 수 있도록 밀폐링의 개재하에 고정되는 것으로 도시되어 있다.

내부튜브(16)는 상부커버(20)를 완전히 관통하도록 외부튜브(18)의 내부에서 축방향으로 결합되어 있다. 이 내부튜브(16)는 상부커버의 내부통공에 형성된 상부단(22)을 가로질러 연장된 턱에 의하여 고정된다.

도시된 바와 같이, 외부튜브(18)와 내부튜브(16)가 상부커버(20)에 동축상으로 착설될 수 있도록 외부튜브(18)의 내경은 내부튜브(16)의 외경 보다 크며, 이들 내부튜브(16)와 외부튜브(18)사이의 환상공간이 채널(28)을 형성한다. 도 1에서 보인 바와 같이, 상부커버(20)의 내부통공의 중간단(24)에 의하여 형성된 채널(28)의 상측단부는 내부통공의 상부단(22)에 내부튜브(16)가 밀폐결합됨으로서 폐쇄된다.

그러나, 내부통공의 중간단(24)측으로 상부커버를 방사상으로 관통하여 유입구(30)가 형성되어 있으며 이 유입구는 채널(28)이 액체공급원에 연결될 수 있도록 한다.

주동체(14)에 의하여 한정된 내부공간은 3개의 부분, 즉, 액체의 회전이 이루어질 수 있도록 하는 상부회전챔버(32), 가속원추면(34)과, 환상공급도관(36)을 갖는다. 상부회전챔버(32)는 외부튜브(18)의 둘레에 배치되는 간단한 링의 형상을 갖는다. 이러한 상부회전챔버(32)에 형성된 공급구(38)는 병입될 제품이 상부회전챔버(32)측으로 도입될 수 있도록 하며 이러한 공급구(38)는 단순히 방사상 방향으로 연장된 것이 아니고 접선방향으로 연장되어 있다. 제품은 어느 정도의 압력을 가지고 상부회전챔버측으로 도입되므로 제품은 상부회전챔버내에서 소용돌이를 일으키며 이러한 압력이 중력에 의한 제품의 유동에 의하여 나타난다 하여도 마찬가지이다. 필요한 경우, 공급구(38)는 수직방향으로 약간 경사지게 형성될 수도 있다.

병입될 제품이 병(12)을 향하여 유동하게 되는 환상공급도관(36)은 외부튜브(18)의 하측부 둘레에 형성된다. 도시된 실시형태에서, 충전구(10)의 이 부분은 충전될 병의 네크부분의 내측으로 삽입될 수 있게 되어 있으며 이러한 환상공급도관(36)의 직경은 주동체(14)의 하측부 직경 보다 작다. 환상공급도관(36)은 원통형 관상벽에 의하여 한정된다. 상부회전챔버(32)를 환상공급도관(36)에 연결하기 위하여, 설명을 간편히 하기 위하여 단순히 경사면의 형태로 도시된 가속원추면(34)이 제공된다.

물론, 충전구(10)를 구성하고 있는 주동체(14)의 내부형상은 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한 예를 들어 미국특허 제5,125,441호에서 보인 바와 같이 최적화될 수 있다.

도 1에서 보인 바와 같이, 외부튜브(18)의 하측단부는 환상공급도관(36)의 하측단부의 높이 아래에 놓이므로서, 이 환상공급도관의 유출구(40)가 환상의 형태로 구성되도록 한다. 아울러, 외부튜브(18)의 하측단부는 방사상 외측으로 확개되어 제품이 방사상 외측으로 투사될 수 있도록 하는 편향부(44)를 형성하며 이러한 편향부에 의하여 제품이 우산형의 분사되어 병의 내벽에 접촉할 수 있도록 한다.

외부튜브(18)의 단부와 환상공급도관(36)의 단부의 크기와 상대적인 위치는 유출구(40)의 통과영역이 비교적 작게 되도록 하여 제품공급이 중단되었을 때 충전구내에 수용되어 있는 액체상의 제품이 이러한 유출구에서 잠정적으로 보류될 수 있도록 한다. 특히 제품의 고유한 표면장력에 따라서 제품의 무단유출이 방지될 수 있도록 이러한 통과영역의 최대허용크기가 결정된다.

이에 비하여, 내부튜브(16)의 하측단부는 외부튜브(18)의 하측단부 보다 축방향 하측으로 연장되고 내부튜브(16)의 단부외면이 방사상으로 확개되어 외측에 편향면(46)이 형성될 수 있도록 한다. 이와 같이, 채널(28)의 하측단부는 환상의 형태이고 방사상 외측으로 확개된 형상을 갖는다.

기능에 있어서, 상부회전챔버(32)의 공급구(38)는 중간에 착설되는 제어밸브를 통하여 병입될 제품의 공급원인 저장탱크에 연결된다. 밸브의 개방과 폐쇄는 여러 파라메타에 따라서 제어될 수 있다. 타임 콘트롤러가 모든 용기에 대하여 고정충전시간을 결정하는데 사용될 수 있다. 이러한 콘트롤러는 중량형 콘트롤러로서 제품이 병입되는 병이 충전의 결과로 사전에 결정된 중량에 이르렀을 때 제품의 공급이 중단될 수 있게 되어 있다. 또한 병에 주입되는 제품의 체적을 추정하기 위하여 충전구에 의하여 공급되는 공급량이 적분될 수 있도록 하는 공급콘트롤러가 사용될 수 있다. 체적형 충전기의 경우에 있어서, 공급될 제품의 양은 저장탱크와 충전구 사이에 배치된 중간체적측정수단에 의하여 측정된다.

채널(28)의 유입구(30)측으로는 기체가 공급되며 이러한 유입구는 제품에 대하여 무해한 중성기체의 공급원에 연결된다. 이러한 중성기체는 예를 들어 이산화탄소(CO₂) 또는 질소(N₂)일 수 있다.

끝으로, 내부튜브(16)의 내부에 의하여 한정되는 배기관(42)은 기체배출장치 또는 간단히 공중에 연결될 것이다.

작동에 있어서, 충전구의 주동체측으로 도입되는 제품의 흐름은 상부회전챔버(32)에서 회전하고, 유출구(40)의 환상형태와 편향부(44)의 형상의 조합으로, 제품은 충전구에 의하여 축방향 회전성분을 갖는 우산형 분사의 형태로 공급된다. 충전구의 하측단부는 병에 연결되거나 이에 근접하여 연결되므로 제품이 병의 내벽에 접촉하여 공급되면서 병에 충전될 것이다. 이러한 제품의 흐름은 그 공급속도가 매우 빠르다 하여도 기포는 거의 발생되지 않는다.

본 발명에 따라서, 채널(28)에는 중성기체가 공급되고 이 채널(28)의 하측단부를 통하여 공급되는 기체는 제품의 우산형 분사유동영역의 "하측"으로 유동한다. 편향면(46)이 확개된 형상으로 되어 있어 기체는 실질적으로 병에 대하여 제품이 공급되는 제품의 유동방향과 평행하게 유동할 것이다.

이와 같이, 본 발명에 의하여, 제품의 흐름은 병의 내벽과 내부에서 중성기체 사이에서 이루어진다. 이와 같이 함으로서 제품과 주위공기 사이의 접촉은 극히 제한되거나 완전히 배제될 수 있다.

배기관(42)은 제품의 높이가 병의 내부에서 증가함에 따라 기체가 점진적으로 병으로부터 배출될 수 있도록 한다. 이러한 기체의 배출은 병의 중심에서 중심축선 A1을 따라 상측으로 이루어지는 것이 좋다. 배출되는 기체는 충전전에 병의 내부에 있던 기체의 일부이거나 환상공급도관(36)에 의하여 공급된 주성기체의 일부일 수 있다.

또한, 제품이 주위공기와 접촉하는 가능성을 더욱 제한하기 위하여, 충전단계의 초기에 병의 내부를 중성기체로 충전하는 예비단계를 거칠 수도 있다. 본 발명에 따라서 이러한 예비단계의 효과는 특히 충전구에 의하여 제품를 과량공급함으로서 개선될 수 있다. 실제로, 채널(28)을 통하여 공급되는 제품은 병의 내벽을 따라 저면측으로 유동하여 배기관(42)의 방향으로 축선 A1을 따라서 상승하게 된다. 이러한 과량공급은 매우 짧은 시간내에 그리고 매우 효과적으로 이미 병의 내부에 들어 있던 공기를 배출할 수 있도록 한다. 이와 같이, 병을 충전하는데 소요되는 전체 시간을 현저히 증가시킴이 없이 제품과 공기의 접촉을 현저히 줄일 수 있다.

본 발명에 따른 충전구에 의하여, 병의 상측부 공간을 중성기체로 채워 병안에 공기가 갇히는 것을 방지함으로서 제품과 공기의 접촉을 방지하기 위하여 제품을 충전하는데 소요되는 시간 이후에도 중성기체를 도입하는 과정을 연장할 수 있다.

Claims (10)

1. 병에 액체를 공급하기 위한 충전구로서, 이 충전구(10)가 우산형 분사가 이루어질 수 있도록 하는 액체의 공급수단으로서 환상공급도관(36)과 유출구(40)로 구성되고 충전구가 우산형 분사영역에 의하여 한정되는 공간의 내측으로 개방된 배기관(42)이 구비된 축방향의 중공형 튜브조립체를 갖는 것에 있어서, 중공형 튜브조립체가 액체의 우산형 분사영역에 의하여 한정된 공간의 내측으로 개방되고 액체의 우산형 분사영역과 평행하게 기체를 공급하는 체널(28)로 구성됨을 특징으로 하는 충전구.
2. 제1항에 있어서, 기체를 공급하는 채널(28)이 우산형 분사영역에 의하여 한정되는 공간의 내부에 환상 개방부 형태로 개방됨을 특징으로 하는 충전구.
3. 제2항에 있어서, 기체를 공급하는 채널(28)이 그 개방단부의 높이에서 원추형의 편향면(46)을 가짐을 특징으로 하는 충전구.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 배기관(42)이 환상의 형태인 환상공급도관(36)과 유출구(40)의 중심에서 축방향으로 개방된 채널(28)의 환상 개방부의 중앙에서 축방향으로 개방됨을 특징으로 하는 충전구.
5. 제1항에 있어서, 기체를 공급하는 채널(28)이 공급될 제품에 대하여 중성인 기체를 공급함을 특징으로 하는 충전구.
6. 제1항에 있어서, 제품의 분사가 축방향 회전성분을 가짐을 특징으로 하는 충전구.
7. 제6항에 있어서, 접선방향 속도성분을 가지고 도입되는 제품을 회전시키는 상부회전챔버(32)가 구성되어 있으며 이 상부회전챔버(32)가 환상공급도관(36)에 의하여 축방향으로 연장되고 그 개방단부에 제품의 공급을 위한 유출구(40)가 형성되어 있음을 특징으로 하는 충전구.
8. 제7항에 있어서, 상부회전챔버(32)가 가속원추면(34)에 의하여 환상공급도관(36)에 연결됨을 특징으로 하는 충전구.
9. 제7항에 있어서, 축방향의 중공형 튜브조립체를 구성하는 내부튜브(16)와 외부튜브(18)가 상부회전챔버(32)를 통하여 축방향으로 관통함을 특징으로 하는 충전구.
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