KR20090119905A - 다중 스트림 충전 시스템 - Google Patents

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KR20090119905A
KR20090119905A KR1020097019081A KR20097019081A KR20090119905A KR 20090119905 A KR20090119905 A KR 20090119905A KR 1020097019081 A KR1020097019081 A KR 1020097019081A KR 20097019081 A KR20097019081 A KR 20097019081A KR 20090119905 A KR20090119905 A KR 20090119905A
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KR1020097019081A
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English (en)
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제임스 이. 골드만
제임스 레세이지
도날드 이. 그루벤
케빈 엘. 레이드
조나단 커슈너
나이랑 파텔
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더 코카콜라 컴파니
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Abstract

본 발명은 다수의 용기를 충전하기 위한 충전 라인에 관한 것이다. 본 발명의 충전 라인은 연속 컨베이어와, 상기 연속 컨베이어 주변에 배치된 하나 이상의 마이크로-원료 투여기와, 상기 연속 컨베이어를 따라서 배치된 하나 이상의 마크로-원료 스테이션을 포함한다.
Figure P1020097019081
음료, 주문, 성분, 원료, 용기, 탄산 음료, 충전, 비가동 시간, 고속 충전

Description

다중 스트림 충전 시스템{MULTIPLE STREAM FILLING SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 음료 용기 고속 충전 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 농축액, 물, 감미료 및 기타 소요 원료들의 스트림을 용기의 충전 지점에 결합시키는 충전 시스템에 관한 것이다.
음료수 병과 캔은 일반적으로 배치 공정에서 음료가 충전된다. 음료 원료들(일반적으로 농축액, 감미료 및 물)은 혼합 구역에서 혼합되고, 이어서 탄산이 필요에 따라 주입되게 된다. 이어서 최종 음료 제품을 충전기 용기로 압송한다. 음료 용기들이 충전 라인을 따라서 전진함에 따라 상기 최종 음료 제품이 충전기 밸브를 거쳐서 음료 용기들에 충전된다. 이어서 음료 용기들은 마개가 씌워지고, 라벨이 부착되고, 포장되고서, 소비자에게 운송된다.
그런데, 여러 가지 음료 제품들의 수가 계속해서 늘어나고 있어서, 음료 제조업자들은 충전 라인들을 어느 한 음료 제품용으로부터 다른 음료 제품용으로 변환시키는 것이 필요하기 때문에 비가동 시간(downtime)이 증가하게 되는 상황에 직면하고 있다. 이는 다음의 제품을 충전하기에 앞서 탱크, 파이프, 및 충전기를 물로 세척해야 하는 시간 소모성 공정이다. 따라서 음료 제조업자들은 제조 공정들 간에 요구되는 비가동 시간 때문에 정해진 제품을 소량으로 제조할 수밖에 없는 처 지에 있다.
상당한 크기의 비가동 시간은 제품을 변경시킬 때에 발생함은 물론이고 제품에 여러 종류의 원료(ingredient)를 첨가할 때에도 발생한다. 일례로 오렌지 쥬스 음료에 일정량의 칼슘을 첨가할 때에 비가동 시간이 필요하다. 그런데, 오렌지 쥬스에 칼슘을 첨가하는 조업이 완료되면, 칼슘의 흔적을 제거하기 위해서 위와 동일한 세척 과정을 수행해야 한다. 그 결과, 음료에 독특한 첨가물들을 단순히 첨가하는 주문형 조업은 비가동 시간을 필요로 한다는 점에서 보면 바람직하지 않다.
따라서, 여러 가지 다른 종류의 제품들과 다양한 첨가물들을 첨가하는 제품들을 신속하게 충전할 수 있도록 하는 향상된 고속 충전 시스템에 대한 요구가 대두되고 있다. 이와 같은 시스템은 비가동 시간이나 비용 유발적 공정변경 과정이 없이도 위에서 언급한 바와 같은 제품들을 제조할 수 있는 것이 바람직하다. 또한 그러한 시스템은 고용량의 주문형 제품들을 효율적이고도 고속으로 제조할 수 있어야 한다. 또한, 향료들 또는 음료들의 혼합물을 동시에 제조하는 것도 요망되고 있다.
따라서, 본 발명은 다수의 용기를 충전하기 위한 충전 라인에 대해 개시한다. 본 발명의 충전 라인은 연속 컨베이어와, 상기 연속 컨베이어 주변에 배치된 하나 이상의 마이크로-원료 투여기(micro-ingredient doser)와, 상기 연속 컨베이어를 따라 배치된 하나 이상의 마크로-원료 스테이션(macro-ingredient station)을 포함한다.
마이크로-원료 투여기는 하나 이상의 마이크로-원료 공급원을 포함한다. 마이크로-로-원료 투여기는 마이크로-원료 공급원과 연통하는 펌프를 포함한다. 펌프는 능동 변위 펌프나 혹은 밸브리스 펌프로 구성할 수 있다. 마이크로-원료 투여기는 펌프와 연통하는 서보모터 및 펌프와 연통하는 노즐을 포함한다. 마이크로-원료 투여기는 마이크로-원료 공급원과 펌프 사이에 배치되는 유량 센서를 포함할 수 있다. 충전 라인은 추가로 상기 노즐의 하류측에 배치된 투여 센서(dosing sensor)도 포함할 수 있다. 마크로-원료 스테이션은 하나 이상의 마크로-원료 공급원 및 하나 이상의 희석액 공급원을 포함할 수 있다.
용기들 각각은 그 표면에 식별기(identifier)를 구비할 수 있고, 이 경우 충전 라인은 상기 식별기를 판독할 수 있도록 컨베이어 주변에 배치된 하나 이상의 위치 결정 센서(positioning sensor)도 구비할 수 있다. 식별기는 용기 각각에 충전되는 제품의 성질을 식별시키는 것이다.
노즐에는 회전형 노즐(rotary nozzle)이 포함될 수 있다. 회전형 노즐은 다수의 핀휠 노즐(pinwheel nozzle)을 포함할 수 있다. 컨베이어는 그에 형성된 하나 이상의 침하부(dip)를 포함할 수 있다. 컨베이어는 다수의 용기들이 상기 침하부를 통과할 때에 그 용기들을 파지할 수 있도록 상기 침하부 주변에 배치된 다수의 파지기(gripper)를 포함할 수 있다. 마이크로-원료 투여기는 상기 침하부의 중앙에 배치된 노즐을 포함할 수 있다.
마이크로-원료 투여기는 하나 이상의 마이크로-원료들을 포함할 수 있다. 상기 마이크로-원료들은 적어도 대략 10 대 1 또는 그 이상이나, 혹은 대략 100 대 1 또는 그 이상인 재구성 비(reconstruction ratio)를 가질 수 있다. 마이크로-원료들은, 무당 농축액, 무당 농축액의 산성 및 비산성 구성 성분들(components), 천연 및 인공 향미료들, 향미 첨가제들, 천연 및 인공 색소들, 인공 감미료들, 신맛을 조절하는 첨가제들, 기능성 첨가제들, 영양 보충제들(nutricuticals), 또는 약들을 포함할 수 있다. 마이크로-원료들은 일반적으로 용기의 대략 10% 이하로 구성한다. 마이크로-원료 스테이션들은 하나 이상의 마크로-원료들을 포함할 수 있다. 상기 마크로-원료들은 대략 1 대 1보다 크고, 10 대 1보다 작은 개조 비를 가질 수 있다. 마크로-원료들은 설탕 시럽, 고 과당 옥수수 시럽, 또는 쥬스 농축액을 포함할 수 있다.
본 발명은 다수의 제품을 제조하는 방법에 대해서도 개시한다. 본 발명의 방법은 컨베이어를 따라 하나 이상의 마이크로-원료 투여기들을 배치하는 단계와, 상기 컨베이어를 따라 하나 이상의 마크로-원료 스테이션을 배치하는 단계와, 상기 하나 이상의 마이크로-원료 투여기들 중 제1의 마이크로-원료 투여기에 제1의 마이크로-원료를 제1의 용기에 투여하라고 지시하는 단계와, 상기 하나 이상의 마이크로-원료 투여기들 중 제2의 마이크로-원료 투여기에 제2의 마이크로-원료를 제2의 용기에 투여하라고 지시하는 단계와, 제1 제품과 제2 제품이 형성될 수 있도록 상기 마크로-원료 스테이션에서 제1 용기 및 제2 용기에 마크로-원료와 희석액을 충전하는 단계를 포함한다.
상기 제1 용기는 제1 식별기를 포함할 수 있고, 제2 용기는 제2 식별기를 포함할 수 있다. 마이크로-원료 투여기들 중 제1의 마이크로-원료 투여기에 제1의 마이크로-원료를 제1 용기에 투여하라고 지시하는 단계는 상기 제1 식별기를 판독하는 단계를 포함할 수 있고, 마이크로-원료 투여기들 중 제2의 마이크로-원료 투여기에 제2의 마이크로-원료를 제2 용기에 투여하라고 지시하는 단계는 상기 제2 식별기를 판독하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 마이크로-원료를 가지고서 사용하기 위한 마이크로-투여기에 대해서도 개시한다. 마이크로-투여기는 능동 변위 펌프와, 상기 능동 변위 펌프를 구동시키는 서보모터와, 상기 펌프와 연통하는 노즐을 포함할 수 있다.
상기 마이크로-투여기는 또한 상기 펌프와 연통하는 하나 이상의 마이크로-원료 공급원을 포함할 수 있다. 상기 펌프는 밸브리스 펌프를 포함할 수 있다. 상기 마이크로-투여기는 또한 상기 마이크로-원료 공급원들과 펌프 사이에 배치된 유량 센서를 포함할 수 있다. 상기 노즐은 회전형 노즐을 포함할 수 있다. 상기 회전형 노즐은 다수의 핀휠 노즐을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 용기 안에 주문된 음료를 만드는 방법에 대해서도 개시한다. 이 방법은 하나 이상의 주문 원료들을 구비하는 다수의 스테이션을 미리 정한 경로를 따라 배치시키는 단계와, 주문 음료가 만들어질 수 있도록 주문 원료들을 선택하는 단계와, 상기 미리 정한 경로를 따라서 용기를 연속적으로 전진시키는 단계와, 음료가 기본 원료 및 희석액을 90% 이상 포함하고 선택된 주문 원료를 10% 이하 포함하도록 용기를 충전하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 명세서에서 개시하는 것과 같은 고속 충전 라인의 개략도이다.
도 2는 고속 충전 하인에 사용하기 위한 충전 노즐의 선택적 실시예의 측면도이다.
도 2a는 도 2의 선택적 실시예에 사용하기 위한 회전형 노즐의 단면도이다.
도 3은 고속 충전 라인에 사용하기 위한 컨베이어의 선택적 실시예의 측면도이다.
일반적으로 설명하자면, 많은 종류의 음료 제품들은 두 가지 기본 원료인 물과 시럽을 포함한다. 상기 "시럽(syrup)"은 궁극적으로는 감미료 및 향미 농축액에 분해되기도 한다. 일례로 탄산 청량 음료(soft drink)에 있어서, 물은 제품의 80%를 초과하고, 감미료(천연 또는 인공)는 약 15%이고, 나머지는 향미료 농축액이다. 향미료 및/또는 색소 농축액은 약 150 대 1 또는 그 이상의 재구성 비(reconstitution ratio)를 가질 수 있다. 이와 같은 농도에서, 통상의 12 온스 음료 내에는 약 2.5 그램의 농축 향미료가 있을 수 있다.
따라서 음료는 마크로-원료들과 마이크로-원료들과 물에 분해될 수 있다. 마크로-원료들은 약 1 대 1보다 많고 약 10 대 1 보다 작은 범위의 재구성 비를 가질 수 있고, 그리고/또는 재구성 비와 무관하게 희석액과 결합된 때의 정해진 음료 체적의 적어도 약 90%를 구성할 수 있다. 상기 마크로-원료들은 통상적으로는 약 100 센티포아즈(centipoise) 또는 그 이상의 점성을 갖는다. 마크로-원료들은 설탕, 시럽, 고 과당 옥수수 시럽(HFCS: High Fructose Corn Syrup), 쥬스 농축액, 및 이와 유사한 유형의 액체들을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 마크로-원료 기본 제품은 감 미료, 산, 및 기타 공통 원료들을 포함할 수 있다. 상기 마크로-원료들은 냉장이 필요할 수도 있고 필요하지 않을 수도 있다.
마이크로-원료들은 적어도 약 10 대 1 또는 그 이상의 재구성 비를 가질 수 있고, 그리고/또는 상기 재구성 비와 무관하게 정해진 음료 체적의 약 10% 이하를 구성할 수 있다. 구체적으로, 많은 종류의 마이크로-원료들은 약 50 대 1 내지 약 300 대 1 또는 그 이상인 범위(약 50 대 1 ~ 약 300 대 1 또는 그 이상) 내에 있을 수 있다. 마이크로-원료들의 점성은 통상적으로는 약 1 센티포아즈 내지 약 215 센티포아즈 정도의 범위이다. 마이크로-원료들의 예로는, 천연 및 인공 향미료; 향미 첨가제; 천연 및 인공 색소; 인공 감미료(고 효능 또는 기타의 것); 일례로 구연산, 구연산염 칼륨(potassium citrate)과 같은 것의 신맛을 조절하기 위한 첨가제; 비타민, 무기 영양(mineral), 허브 추출물 등과 같은 기능성 첨가제; 영양 보충제들(nutricuticals); 그리고 아세트아미노펜(acetaminophen) 및 이와 유사한 유형의 물질 등과 같은 처방전이 필요 없는(혹은 이와 반대로 필요한) 약이 있다. 마찬가지로, 무당 농축액의 산성 및 비산성 성분들은 또한 분리되어서 개별적으로 저장될 수도 있다. 마이크로-원료들은 액상 형태, 분말(고형) 형태, 또는 기상 형태이거나 그리고/또는 이들의 조합 형태일 수 있다. 마이크로-원료들은 냉장이 필요할 수도 있고 필요하지 않을 수도 있다. 페인트, 염료, 오일, 화장품 등과 같은 비음료 물질들도 사용될 수 있다. 여러 형태의 알콜도 마이크로-원료 또는 마크로-원료로서 사용될 수 있다.
이들 마이크로-원료들과 마크로-원료들을 결합시키는 여러 가지 방법들에 대 해서는 본 출원인이 일반적으로 소유하고 있는 미국 특허 출원 제11/276,550호(발명의 명칭: 음료 분배 시스템), 미국 특허 출원 제11/276,549호(발명의 명칭: 쥬스 분배 시스템), 미국 특허 출원 제11/276,553호(발명의 명칭: 산 및 산 분해능 성분을 포함하는 조성물 및/또는 다수의 선택 가능한 성분들을 포함하는 조성물을 제조하는 방법 및 장치)에 개시되어 있다.
이하에서 설명하게 되는 충전 장치 및 방법은 다수의 용기(10)들을 고속으로 충전하고자 하는 것이다. 용기(10)들은 종래의 음료수 병과 관련하여 도시되었다. 그러나 용기(10)들은 캔, 카톤(carton), 파우치(pouch), 컵, 양동이, 드럼, 또는 임의의 다른 형태의 액체 운반 장치의 형태로 구성할 수 있다. 여기서 설명하는 본 발명의 장치 및 방법의 본질은 용기(10)의 본질에 의해 제한되지 않는다. 어떠한 크기나 형상의 용기(10)도 본 발명에 사용될 수 있다. 마찬가지로, 용기(10)들은 어떠한 유형의 종래 재료로도 구성될 수 있다. 용기(10)들은 음료 및 기타 형태의 소비 제품용으로 사용될 수 있고, 이 뿐만 아니라 임의의 비소비성을 띄는 제품용으로도 사용될 수 있다. 각 용기(10)는 소망하는 임의의 크기의 하나 이상의 개구(20)와 기부(30)를 가질 수 있다.
각 용기는 그 표면에 배치되는 바코드, 눈송이 코드(snowflake code), 칼라 코드, RFID 태그, 또는 기타 유형의 인식 표지(mark) 등과 같은 식별기(identifier)(40)를 구비할 수 있다. 식별기(40)는 충전 전, 충전 중, 또는 충전 후에 용기(10)에 배치시킬 수 있다. 식별기(40)가 충전 전에 사용되는 경우에, 그 식별기는 안에 충전되는 원료들의 성질에 대한 정보를 충전 라인(100)에 제공하는 데 이용되는데, 이에 대해서는 이하에서 더 상세히 설명한다. 어떠한 형태의 식별기나 다른 형태의 표지도 본 발명에 사용될 수 있다.
전체 도면에 걸쳐서 동일한 부재에 동일한 도면 부호를 붙인 도면을 참조하면, 도 1은 본 명세서에서 개시하고 있는 충전 라인(100)을 도시하고 있다. 충전 라인(100)은 용기(10)들을 이송하기 위한 컨베이어(110)를 포함한다. 컨베이어(110)는 종래의 단일 레인 또는 다중 레인 컨베이어로 구성할 수 있다. 컨베이어(110)는 연속 운동과 간헐 운동 모두를 할 수 있다. 컨베이어(110)의 속도는 가변시킬 수 있다. 컨베이어(110)는 대략 초당 0.125 내지 1.25 미터(초당 0.42 내지 4.2 피트)로 작동할 수 있다. 컨베이어 모터(120)가 컨베이어(110)를 구동시킬 수 있다. 상기 컨베이어 모터(120)는 표준형 AC 장치일 수 있다. 다른 종류의 모터로는, 가변 주파수 드라이브, 서보모터, 또는 이와 유사한 종류의 장치들이 있다. 적절한 컨베이어(110)의 예로는 프랑스 옥떼빌르 수르 메르(Octeville sur Mer)에 소재하는 시델(Sidel)에서 제조한 상표명이 게보(Gebo)인 장치, 미국 사우스 캐롤라이나 그린빌에 소재하는 하트니스 인터내셔날(Hartness International) 사의 상표명이 그립베이어(GripVeyor)인 장치 등이 있다. 선택적으로, 컨베이어(110)는 스타 휠(star wheel)의 형태나 혹은 일련의 스타 휠 형태를 취할 수 있다. 컨베이어(110)는 임의 개수의 개별 레인들로 분할될 수 있다. 이어서 그 레인들이 재결합되거나 연장된다.
충전 라인(100)은 컨베이어(110)를 따라서 위치된 충전 스테이션을 다수 구비할 수 있다. 구체적으로, 다수의 마이크로-원료 투여기(130)가 사용될 수 있다. 마이크로-원료 투여기(130) 각각은 앞에서 설명한 바와 같이 용기(10)에 마이크로-원료(135)을 1 또는 그 이상을 투여하여 공급한다. 용기(10)의 속도 및 용기(10)의 개구(20) 크기 여하에 따라, 1 이상의 투여가 용기(10)에 추가될 수 있다.
마이크로-원료 투여기(130) 각각은 하나 이상의 마이크로-원료 공급원(140)을 포함한다. 마이크로-원료 공급원(140)은 특정의 마이크로-원료(135)가 안에 담긴 임의의 형태의 용기일 수 있다. 마이크로-원료 공급원(140)은 온도가 제어되거나 아니면 제어되지 않을 수 있다. 마이크로-원료 공급원(140)은 재충전되거나 혹은 교환될 수 있다.
마이크로-원료 투여기(130) 각각은 또한 마이크로-원료 공급원(140)과 유체 연통하는 펌프(150)를 포함할 수 있다. 일례로, 펌프(150)는 능동 변위 펌프로 구성할 수 있다. 구체적으로, 펌프(150)는 밸브 장착형 또는 밸브리스형 펌프일 수 있 있다. 밸브리스 펌프의 예로는, 미국 뉴욕 시요셋(Syosset)에 소재하는 플루이드 미터링, 인크(Fluid Metering, Inc.)에서 판매하는 세람펌프(CeramPump), 또는 미국 버몬트 노스 스프링필드에 소재하는 아이벡(IVEK)이 판매하는 새니터리 스프릿 케이스 펌프(sanitary split case pump) 등이 있다. 밸브리스 펌프는 챔버 내에서의 피스톤의 동기적 회전과 왕복을 통해 작동되고, 이로써 소정 체적이 매 회전마다 펌핑된다. 유량은 필요에 따라 펌프 헤드의 위치를 변경시킴으로써 조정될 수 있다. 압전 펌프, 압력/시간 장치, 회전 로브 펌프(rotary lobe pump), 이와 유사한 유형의 장치 등과 같은 다른 종류의 펌핑 장치도 본 발명에 사용될 수 있다.
모터(160)는 펌프(150)를 구동시킨다. 본 실시예에서, 모터(160)는 서보모터 로 구성할 수 있다. 서보모터(160)는 프로그램가능하게 구성할 수 있다. 서보모터(160)의 예로는, 미국 위스콘신 밀워키(Milwaukee)에 소재하는 로크웰 오토메이션(Rockwell Automation)에서 판매하는 서보모터들 중 알렌 브래들리(Allen Bradley) 계열의 것이 있다. 서보모터(160)는 속도를 가변시킬 수 있고 속도를 대략 5000rpm까지 상승시킬 수 있다. 스텝퍼 모터, 가변 주파수 구동 모터, AC 모터, 이와 유사한 종류의 장치 등과 같은 다른 종류의 모터(160)들도 본 발명에 사용될 수 있다.
마이크로-원료 투여기(130) 각각은 또한 노즐(170)도 포함할 수 있다. 상기 노즐(170)은 펌프(150)의 하류측에 위치된다. 상기 노즐(170)은 1 투여분의 마이크로-원료(135)가 용기(10)안으로 분배될 수 있도록 컨베이어(100) 주변에 배치될 수 있다. 노즐(170)은 출구가 컨베이어(110) 상의 용기(10)에 인접하게 되어 있는 여러 형태의 단면으로 된 하나 이상의 긴 튜브 형태로 구성할 수 있다. 오리피스 플레이트(orifice plate), 단부 개방 튜브, 밸브 장착형 팁, 이와 유사한 종류의 장치 등과 같은 여러 가지 다른 유형의 노즐(170)도 본 발명에 사용될 수 있다. 체크 밸브(175)가 펌프(150)와 노즐(170) 사이에 배치될 수 있다. 상기 체크 밸브(175)는 과잉 마이크로-원료(135)가 노즐(170)을 통과하지 못하게 한다. 마이크로-원료(135)의 투여는 순차적으로, 혹은 동시에 이루어질 수 있다. 각 용기(10)에 다중 투여가 이루어질 수 있다.
각 마이크로-원료 투여기(130)는 또한 마이크로-원료 공급원(140)과 펌프(150) 사이에 위치되는 유량 센서(180)를 포함할 수도 있다. 상기 유량 센 서(180)는 종래의 질량 유량계의 유형의 것이나, 혹은 이와 유사한 유형의 계측 장치인 코리오리스 미터(Coriolis meter), 전도계(conductivity meter), 로브 미터(lobe meter), 터빈 미터(turbine meter) 또는 전자기 유량계 등과 같은 계측 장치를 가지고 구성할 수 있다. 유량계(180)는 정확한 양의 마이크로-원료(135)가 마이크로-원료 공급원(140)으로부터 나와서 펌프(150) 안으로 들어갈 수 있도록 하는 피드백을 제공한다. 유량계(180)는 펌프(130)의 작동이 작동 범위를 벗어났을 때에 그를 교정할 수 있도록 펌프(130) 내에서의 드리프트(drift)도 검출한다.
컨베이어(100)는 또한 각 마이크로-원료 투여기(130)에 인접한 컨베이어(110)를 따라 위치되는 다수의 투여 센서(190)도 포함할 수 있다. 상기 투여 센서(190)는 검량 저울눈(check weigh scale), 로드 셀(load cell), 또는 이와 유사한 유형의 장치일 수 있다. 투여 센서(190)는 각 마이크로-원료(135)의 정확한 양이 마이크로-원료 투여기(130)를 거쳐서 각 용기(10)에 사실상 분배될 수 있도록 한다. 이와 유사한 유형의 감지 장치들이 사용될 수 있다. 선택적으로, 혹은 추가적으로, 컨베이어(110)는 마이크로-원료(135)가 노즐(170)로부터 적절한 시간에 투여될 수 있도록 하기 위해, 광학 눈(photo eye), 고속 카메라, 영상 시스템(vision system), 또는 레이저 검사 시스템도 또한 포함할 수 있다. 또한, 투여물(dose)의 색상도 감시되게 구성할 수 있다.
충전 라인(100)은 또한 마크로-원료 스테이션(200)도 포함한다. 상기 마크로-원료 스테이션(200)은 마이크로-원료 투여기(130)의 상류측 또는 하류측에 위치시키거나, 아니면 컨베이어(110)를 따라서 위치시킬 수 있다. 마크로-원료 스테이 션(200)은 미국 위스콘신 프랭클린에 소재하는 크론즈 인크(Krones Inc.)에서 센소메틱(Sensometic)이라는 제품명으로 판매하는 것이나 아니면 미국 위스콘신 와우케샤(Waukesha)에 소재하는 케이에이치에스(KHS)에서 이노필 엔브이(Innofill NV)라는 제품명으로 판매하는 종래의 비접촉식 또는 접촉식 충전 장치를 가지고 구성할 수 있다. 다른 종류의 충전 장치도 사용할 수 있다. 마크로-원료 스테이션(200)은 감미료(천연 또는 인공) 등과 같은 마크로-원료(215)가 담긴 마크로-원료 공급원(210)과, 물(225) 또는 다른 종류의 희석액이 담긴 물 공급원(220)을 구비할 수 있다. 마크로-원료 스테이션(200)은 마크로-원료(215)를 물(225)과 결합시켜서 그 결합물을 용기(10) 안으로 공급한다.
하나 이상의 마크로-원료 스테이션(200)이 사용될 수도 있다. 일례로, 하나의 마크로-원료 스테이션(200)에서는 천연 감미료가 사용되고, 또 하나의 마크로-원료 스테이션(200)에서는 인공 감미료가 사용될 수 있다. 마찬가지로, 하나의 마크로-원료 스테이션(200)은 탄산음료용으로 사용되고, 또 하나의 마크로-원료 스테이션(200)에서는 무거품 또는 약한 탄산 음료(still or lightly carbonated beverage)가 사용될 수 있다. 이와 다른 구성도 사용될 수 있다.
충전 라인은 또한 컨베이어(110) 둘레에 위치되는 다수의 위치 결정 센서(230)를 포함할 수 있다. 상기 위치 결정 센서(230)들은 종래의 광전자 장치, 고속 카메라, 기계적 접촉 장치, 또는 이와 유사한 종류의 장치들을 가지고 구성할 수 있다. 위치 결정 센서(230)들은 각 용기(10)에 있는 식별기(40)를 판독하고, 그리고/또는 각 용기들이 컨베이어(110)를 따라서 진행할 때에 각 용기(10)의 위치를 추적할 수 있다.
충전 라인(100)은 또한 제어기(240)도 구비할 수 있다. 상기 제어기(240)는 종래의 마이크로프로세서 등으로 구성할 수 있다. 제어기(240)는 앞에서 설명한 바와 같이 충전 라인(100)의 각 구성 요소들을 제어하고 작동시킨다. 제어기(240)는 프로그램 가능하게 구성할 수 있다.
컨베이어(110)는 또한 이 컨베이어(110) 주변에 위치되는 다수의 또 다른 스테이션들도 포함할 수 있다. 이들 스테이션들에는, 병 진입 스테이션, 병 헹굼 스테이션, 마개 씌움(capping) 스테이션, 교반 스테이션, 제품 배출 스테이션이 포함될 수 있다. 원한다면 또 다른 스테이션들과 기능부들도 사용할 수 있다.
사용에 있어서, 용기(10)들은 종래의 방식대로 충전 라인(100) 내에 위치되어서 컨베이어(110) 상에 적재된다. 이어서 컨베이어(110)를 경유하여 이송되는 용기(10)들은 하나 이상의 마이크로-원료 투여기(130)들을 통과하게 된다. 소망하는 최종 제품 여하에 따라, 마이크로-원료 투여기(130)들은 무당 농축액, 색소, 영양 강화제(건강 및 웰니스 원료들), 그리고 다른 유형의 마이크로-원료(135) 등과 같은 추가 마이크로-원료(135)들을 포함할 수 있다. 충전 라인(100)은 임의 개수의 마이크로-원료 투여기(130)를 구비할 수 있다. 일례로, 하나의 마이크로-원료 투여기(130)는 코카콜라(Coca-Cola: 등록 상표명) 상표의 탄산 청량 음료용 무당 농축액 공급원을 구비할 수 있다. 다른 마이크로-원료 투여기(130)는 스프라이트(Sprite: 등록 상표명) 상표의 탄산 청량 음료용 무당 농축액 공급원을 구비할 수 있다. 마찬가지로, 어느 한 마이크로-원료 투여기(130)는 파워레이드(Powerade: 등록 상표명) 상표의 라임 스포츠 음료용 녹색 색소를 첨가할 수 있고, 다른 하나의 마이크로-원료 투여기(130)는 베리(berry) 음료용 자주색 색소를 첨가할 수 있다. 또한 마찬가지로, 여러 가지의 첨가제들이 첨가될 수도 있다. 본 발명에 추가되는 마이크로-원료(135)의 종류 및 조합의 본질에는 제한이 없다. 컨베이어(110)는 다수의 용기(10)들이 동시에 일제히 투여될 수 있도록 임의 개수의 레인들로 분할될 수 있다. 그 레인들은 뒤이어 재결합될 수 있다.
충전 라인(100)의 센서(230)는 최종 제품의 성질을 판별하기 위해 용기(10)에 마련된 식별기(40)를 판독한다. 제어기(240)는 컨베이어(110)의 속도와 컨베이어(110) 상의 용기(10)의 위치를 항상 파악한다. 제어기(240)는 용기(10)가 노즐(170) 아래를 지날 때에 마이크로-원료(135)의 1 투여물을 용기(10) 안으로 공급하기 위해 마이크로-원료 투여기(130)를 기동(trigger)시킨다. 구체적으로, 제어기(240)가 서보모터(160)를 작동시키고, 그 결과 펌프(150)를 작동시키게 되어, 정확한 양의 마이크로-원료(135)가 노즐(170)과 용기(10)로 분배된다. 펌프(150)와 모터(160)는, 컨베이어(110)가 각 마이크로-원료 투여기(130)에 대한 일시 중지 없이도 연속적으로 작동할 수 있도록, 마이크로-원료(135)의 연속하는 각 투여들을 신속하게 기동시킬 수 있다. 유량 센서(180)는 마이크로-원료(135)의 정확한 투여가 펌프(150)로 전달될 수 있도록 한다. 마찬가지로, 노즐(170) 하류측의 투여 센서(190)는 용기(10)에 실제로 정확한 투여가 전달되도록 한다.
이어서 용기(10)들은 마크로-원료(215)와 물(225) 또는 다른 종류의 희석액을 첨가하기 위한 마크로-원료 스테이션(200)을 통과한다. 선택적으로, 마크로-원 료 스테이션(200)은 마이크로-원료 투여기(130)의 상류측에 있을 수 있다. 마찬가지로, 다수의 마이크로-원료 투여기(130)가 마크로-원료 스테이션(200)의 상류측이 될 수 있으며, 또한 다수의 마이크로-원료 투여기(130)가 하류측에 있을 수 있다. 또한 용기(10)에 동시 투여가 행해질 수 있다. 이어서 용기(10)들에 마개가 씌워지고, 소망하는 공정 처리가 행해진다. 이로써, 충전 라인(100)은 1분 당 약 600 내지 800 개의 병을 충전할 수 있다.
제어기(240)는 각기 다른 종류의 마이크로-원료(135)들에 대한 보정을 행한다. 일례로, 마이크로-원료(135) 각각은 각기 다른 점성, 휘발성, 및 기타의 유동 특성들을 가질 수 있다. 따라서, 제어기(240)는, 압력, 펌프의 속도, 기동 시간(trigger time)(즉, 노즐(170)로부터 용기(10)까지의 거리), 및 가속도를 수용할 수 있도록, 펌프(15)와 모터(160)에 대해 보정할 수 있다. 투여물 크기도 가변적일 수 있다. 통상의 투여량은, 다른 크기도 사용할 수 있기는 하지만 12 온스 용기에 대해서는 마이크로-원료(135)의 대략 1/4 그램 내지 2.5 그램일 수 있다. 상기 투여량은 여러 가지 다른 크기의 용기들에 대해서 그에 비례하여 각기 다르게 할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 충전 라인(100)은 공지의 충전 시스템에서 요구되고 있었던 보편화된 비가동 시간이 없이 임의 개수의 각기 다른 제품들을 제조할 수 있다. 그 결과, 내용물 제품을 달리하는 다중 포장을 소망하는 대로 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 충전 라인(100)은 현재 시중에 나와 있는 많은 종류의 각기 다른 음료들을, 상당한 수준의 비가동 시간이 없이, 제조할 수 있다.
도 2 및 도 2a는 앞에서 설명한 마이크로-원료 투여기(130)의 노즐(170)의 선택적 실시예를 도시하고 있는 것이다. 본 실시예는 회전형 노즐(250)을 보여주고 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 중앙 드럼(260)은 중앙 허브(275)를 구비한다. 핀휠 노즐(270)이 상기 중앙 드럼(260) 둘레에서 회전하게 되면, 각 노즐(270)은 중앙 허브(275)와 대략 48도의 각도에 걸쳐서 연통하게 된다. 중앙 허브(275)의 크기는 소망하는 정지 시간 여하에 따라서 변화시킬 수 있다. 어떠한 크기도 사용될 수 있다.
모터(280)는 회전형 노즐(250)을 구동시킨다. 모터(280)는 종래의 AC 모터나 혹은 이와 유사한 종류의 구동 장치로 구성할 수 있다. 모터(280)는 제어기(240)와 통신하게 할 수 있다. 모터(280)는 각각의 핀휠 노즐(270)들이 제공되는 용기(10)의 개구(20) 위에서 충분한 체류 시간을 가질 수 있도록 회전형 노즐(250)을 구동시킨다. 구체적으로, 각 핀휠 노즐(270)은 대략 4시 방향의 위치에서 용기(10)들 중 하나에 접속되어서 대략 8시 방향의 위치까지에 걸쳐서 접촉을 유지한다. 핀휠 노즐(270) 및 컨베이어(110)의 회전의 타이밍을 맞춤으로써, 각 핀휠 노즐(270)은 정지 노즐(170)에 비해서 12 정도의 계수치만큼 큰 체류 시간을 갖는다. 일례로, 분당 50 회전(50 rpm)인 속도 하에서 48°각도의 중앙 허브(275)에서, 각 핀휠 노즐(270)은 용기(10) 위에서 대략 0.016의 체류 시간을 가지는데, 이에 반해, 정지 노즐(170)은 대략 0.05초의 체류 시간을 가진다. 이와 같이 증가된 체류 시간은 투여의 정확도를 증가시킨다. 컨베이어(110)를 따라 마련되는 레인의 개수 여하에 따라서 그에 상응하는 다수의 회전형 노즐(250)이 함께 사용될 수 있다.
도 3은 충전 라인(300)의 또 다른 실시예를 보이고 있다. 이 실시예의 충전 라인(300)은 하나 이상의 U형 또는 반원형 침하부(dip)(320)를 갖춘 컨베이어(310)를 구비한다. 컨베이어(310)에는 다수의 파지기(330)도 구비시킬 수 있다. 파지기(330)들은 각 용기(10)가 침하부(320)에 다가갈 때에 그 각각의 용기(10)를 파지한다. 상기 파지기(330)들은 목 파지형 장치, 기부 파지형 장치, 또는 이와 유사한 유형의 장치로 구성할 수 있다. 상기 파지기(330)들은 스프링 부하형, 캠형, 또는 이와 유사한 유형의 장치에 의해 작동될 수 있다.
컨베이어(310)를 따라 마련된 침하부(320)들을 파지기(330)들과 조합하게 되면 각 용기(10)가 노즐(170)을 중심으로 해서 선회할 수 있게 된다. 노즐(170)은 침하부(320)의 대략 중앙에 위치시킬 수 있다. 위와 같은 선회 운동은 용기(10)의 개구(20)를 아직 컨베이어(310)의 속도로 이동하고 있는 용기(10)의 기부(30)에 대해서 가속시키게 된다. 컨베이어(310)가 상향으로 만곡되는 지점부터 기부(30)는 계속해서 컨베이어(310)의 속도로 이동하고, 그 동안에 개구(20)는, 그 개구(20)에 의해 이동하는 호의 길이가 기부(30)에 의해 이동하는 호의 길이보다 상당히 짧기 때문에, 상당히 느려진다. 노즐(170)은 용기(10)가 거의 수직이 되었을 때에 호의 바닥 지점에서 기동된다. 이에 따라, 침하부(320)를 사용하게 되면 노즐(170)을 고정된 채로 유지하면서도 개구(20)의 직선 속도를 낮출 수 있다. 구체적으로, 상기 개구의 직선 속도는, 분 당 포장 개수에 마무리 직경을 곱한 것에 기초하여 계산된 값에서부터 분 당 포장 개수에 장경(major diameter)을 곱한 것에 기초한 값까지 낮아진다.

Claims (32)

  1. 다수의 용기들을 충전하기 위한 충전 라인에 있어서,
    연속 컨베이어와,
    상기 연속 컨베이어 주변에 배치된 하나 이상의 마이크로-원료 투여기와,
    상기 연속 컨베이어를 따라서 배치된 하나 이상의 마크로-원료 스테이션을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마이크로-원료 투여기가 하나 이상의 마이크로-원료 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마이크로-원료 투여기가 상기 하나 이상의 마이크로-원료 공급원과 연통하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 펌프가 능동 변위 펌프인 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마이크로-원료 투여기가 상기 펌프와 연통하는 서보모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마이크로-원료 투여기가 상기 펌프와 연통하는 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마이크로-원료 투여기가 상기 하나 이상의 마이크로-원료 공급원과 펌프 사이에 배치되는 유량 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 노즐의 하류측에 배치된 투여 센서도 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마크로-원료 스테이션이 하나 이상의 마크로-원료 공급원과 하나 이상의 희석액 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 용기 각각은 그 용기에 마련된 식별기를 포함하고,
    충전 라인이, 상기 식별기를 판독하도록 컨베이어 주변에 배치된 하나 이상의 위치 결정 센서도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 식별기는 상기 다수의 용기 각각에 충전할 제품의 성질을 식별하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 노즐은 회전형 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 회전형 노즐은 다수의 핀휠 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 컨베이어는 그에 마련된 하나 이상의 침하부를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 컨베이어는, 상기 다수의 용기들이 상기 하나 이상의 침하부를 통과할 때에 그 다수의 용기들이 파지될 수 있도록 상기 하나 이상의 침하부 주변에 배치된 다수의 파지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마이크로-원료 투여기가 상기 하나 이상의 침하부의 중앙에 배치되는 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마이크로-원료 투여기가 하나 이상의 마이크로-원료를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마이크로-원료가 적어도 대략 10 대 1 또는 그 이상의 재구성 비(reconstitution ratio)를 갖는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마이크로-원료가 적어도 대략 100 대 1 또는 그 이상의 재구성 비(reconstitution ratio)를 갖는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 마이크로-원료들은,
    무당 농축액; 무당 농축액의 산성 및 비산성 성분; 천연 및 인공 향미료; 향미 첨가제; 천연 및 인공 색소; 인공 감미료; 신맛을 조절하기 위한 첨가제; 기능성 첨가제; 영양 보충제; 또는 약을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 마이크로-원료를 용기의 약 10% 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마크로-원료 스테이션이 하나 이상의 마크로-원료를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마크로-원료가, 약 1 대 1 이상, 약 10 대 1 미만의 재구성 비를 갖는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  24. 제22항에 있어서,
    하나 이상의 마크로-원료가 설탕 시럽, 고 과당 옥수수 시럽, 또는 쥬스 농축액을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 라인.
  25. 컨베이어를 따라서 하나 이상의 마이크로-원료 투여기를 배치하는 단계와;
    상기 컨베이어를 따라서 하나 이상의 마크로-원료 스테이션을 배치하는 단계와;
    상기 하나 이상의 마이크로-원료 투여기들 중 제1 마이크로-원료 투여기에, 제1 용기에 제1 마이크로-원료를 투여하라고 하는 지시를 내리는 단계와;
    상기 하나 이상의 마이크로-원료 투여기들 중 제2 마이크로-원료 투여기에, 제2 용기에 제2 마이크로-원료를 투여하라고 하는 지시를 내리는 단계와;
    제1 제품과 제2 제품이 형성될 수 있도록, 상기 마크로-원료 스테이션에서 제1 용기와 제2 용기에 마크로-원료와 희석액을 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다수의 제품을 제조하는 방법.
  26. 제26항에 있어서,
    상기 제1 용기가 제1 식별기를 포함하고 상기 제2 용기가 제2 식별기를 포함하며,
    상기 하나 이상의 마이크로-원료 투여기들 중 제1 마이크로-원료 투여기에, 제1 용기에 제1 마이크로-원료를 투여하라고 하는 지시를 내리는 단계는, 상기 제1 식별기를 판독하는 단계를 포함하고,
    상기 하나 이상의 마이크로-원료 투여기들 중 제2 마이크로-원료 투여기에, 제2 용기에 제2 마이크로-원료를 투여하라고 하는 지시를 내리는 단계는, 상기 제2 식별기를 판독하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다수의 제품을 제조하는 방법.
  27. 마이크로-원료를 가지고 사용하기 위한 마이크로-투여기에 있어서,
    능동 변위 펌프와,
    상기 능동 변위 펌프를 구동하는 서보모터와,
    상기 펌프와 연통하는 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로-투여기.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 펌프와 연통하는 하나 이상의 마이크로-원료 공급원도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로-투여기.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마이크로-원료 공급원과 상기 펌프 사이에 배치된 유량 센서도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로-투여기.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 노즐이 회전형 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로-투여기.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 회전형 노즐이 다수의 핀휠(pinwheel) 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로-투여기.
  32. 용기 안에 주문 음료를 제조하는 방법에 있어서,
    미리 정한 경로를 따라서, 하나 이상의 주문 원료를 포함하는 다수의 스테이션을 배치하는 단계와,
    주문 음료를 제조하기 위하여 상기 하나 이상의 주문 원료들 중 하나 이상을 선택하는 단계와,
    상기 용기를 상기 미리 정한 경로를 따라서 계속해서 전진시키는 단계와,
    상기 음료가 기본 원료 및 희석액을 90% 이상, 선택된 주문 원료를 10% 미만 포함하도록, 상기 용기를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 용기 안에 주문 음료를 제조하는 방법.
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