Brevet FR2671268A1 — publié le 19920710

APPAREIL DE DISTRIBUTION DE BOISSON CARBONATEE La présente invention concerne de manière générale les carbonateurs et en particulier un appareil de carbonatation utilisé dans les systèmes de distribution de boisson à mélange postérieur Elle concerne plus particulièrement un carbonateur dans lequel le niveau de carbonatation est commandé de façon à éviter certains problèmes qui résultent d'une carbonatation excessive. La solution du gaz carbonique dans l'eau est améliorée à des températures plus froides et à des pressions plus élevées La pression du gaz n'est pas difficile à régler Toutefois la température ambiante et la température de l'eau délivrée dans un appareil de carbonatation tendent à varier A cause de ces variations de température, la commande de la température de l'eau distribuée à un appareil de carbonatation est difficile dans un équipement de carbonatation de type commercial et, dans de nombreux cas, est économiquement infaisable, en particulier dans les carbonateurs des distributeurs de boisson à mélange postérieur En conséquence, la quantité de C 02 des boissons délivrées est difficile à contrôler. Jusqu'à présent la pratique acceptée consistait à régler la pression du C 02 entrant dans la chambre de carbonatation à un niveau suffisamment élevé pour obtenir les niveaux appropriés de carbonatation à la température la plus haute normalement attendue de l'eau Une température d'alimentation en eau réduite due à des conditions géographiques, saisonnières, journalières, cause des niveaux excessifs de carbonatation et donne prise à diverses conditions indésirables décrites ci-après. L'un des problèmes résultant de l'impossibilité de contrôler la température d'alimentation en eau est un gâchis de C 02 du à un dégazage de carbonatation en excès au point de libération à la pression atmosphérique (habituellement à la sortie de la valve de distribution de la boisson mélangée). Un autre problème est qu'un niveau excessif de carbonatation au point de distribution provoque un fonctionnement incohérent et irrégulier des contrôleurs du flux du fluide En outre, des niveaux de carbonatation excessifs au point de distribution présentent l'inconvénient de niveaux élevés d'écume dans le récipient de la boisson et provoquent un gâchis du à un débordement et aux cycles répétés de débordement Les résultats indésirables des niveaux de carbonatation excessifs dans un équipement de distribution de boisson sont aggravés avec des taux de distribution de boisson plus rapides, comme on le trouve dans les équipements de distribution de boisson modernes. C'est le principal objet de l'invention, par conséquent, de fournir un appareil de commande du niveau de carbonatation sur une gamme variant largement de température de l'eau utilisée dans le processus de carbonatation. C'est un autre objet de l'invention de fournir un appareil amélioré pour effectuer la carbonatation de l'eau dans les appareils de distribution de boisson à mélange postérieur et dans d'autres équipements nécessitant de l'eau carbonatée à des niveaux de C 02 contrôlés. C'est encore un autre objet de la présente invention de préserver le dioxyde de carbone et ainsi de réduire les coûts de fonctionnement en limitant le niveau de carbonatation à une gamme déterminée, et d'éliminer le gâchis de C 02 du au dégazage au point de libération à la pression atmosphérique. Parmi d'autres objets de l'invention, on trouve l'amélioration des performances des équipements de distribution de boisson et spécialement de la valve de mélange de boisson, et le fait d'éviter des problèmes tels qu'un fonctionnement incluant des contrôleurs de flux du fluide, des niveaux élevés d'écume dans le récipient de la boisson et le gâchis du produit. Ces objets de l'invention et également d'autres sont atteints selon la présente invention avec un système de commande dans lequel un détecteur de température est disposé pour détecter la température de l'eau et un moyen de commande, en réponse au moyen de détection de la température, commandent la pression à laquelle le dioxyde de carbone est introduit dans l'eau, la pression augmentant avec une augmentation de la température de l'eau La relation entre la température de l'eau et la pression du C 02, telle que déterminée par les moyens de commande, est de préférence telle que le niveau de carbonatation dans la boisson carbonatée délivrée est maintenu à l'intérieur d'une gamme limitée et, de préférence, à un niveau substantiellement constant. Le détecteur de température capte la température de l'eau d'alimentation délivrée au réservoir des carbonateurs, ou de l'eau carbonatée à l'intérieur du réservoir lui-même La pression du C 02 peut être commandée par un régulateur de gaz à détection de température, ou par un régulateur à commande électronique en réponse à un transducteur de température Le niveau de carbonatation désiré ou la gamme de niveaux de carbonatation peut être choisi(e), et avec l'appareil réglé pour le niveau de carbonatation désiré, le niveau peut être automatiquement maintenu, même lorsque la température de l'eau délivrée à ou à l'intérieur du réservoir du carbonateur varie. La figure 1 est un diagramme montrant la relation entre la pression du C 02 et la température de l'eau pour un niveau spécifique de carbonatation; La figure 2 représente schématiquement un distributeur de boisson selon un premier mode de réalisation de l'invention dans lequel un régulateur de pression du C 02 est mécaniquement commandé en réponse à la température du liquide dans le réservoir de carbonatation; La figure 3 représente schématiquement un appareil de distribution de boisson selon un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel un régulateur de pression de C 02 est mécaniquement commandé en réponse à la température de l'eau d'alimentation d'un réservoir de carbonatation; La figure 4 représente schématiquement un distributeur de boisson selon un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel un régulateur de pression de C 02 est commandé électroniquement en réponse à la température carbonatation; du liquide dans le réservoir La figure 5 représente schématiquement distributeur de boisson selon un quatrième mode réalisation de l'invention dans lequel un régulateur pression de C 02 est électriquement commandé en réponse à température de l'eau d'alimentation du réservoir carbonatation; de un de de la de La figure 6 est une vue en élévation d'un détecteur de température et d'une première valve de régulation de pression de C 02 commandée mécaniquement, cette dernière étant représentée en coupe; La figure 7 est une vue en coupe d'une valve de régulation de pression de C 02 à commande électronique; La figure 8 est une vue en coupe d'une autre valve commandée mécaniquement; et La figure 9 est une vue en coupe d'une autre valve commandée électroniquement. Le niveau de carbonatation dans les distributeurs de boissons non alcoolisées est défini en termes de rapport entre le volume de dioxyde de carbone et le volume d'eau. Comme représenté figure 1, lorsque la température augmente, il est nécessaire d'augmenter la pression du C 02 pour maintenir un niveau de carbonatation déterminé. Inversement, à des températures plus basses, une pression du C 02 inférieure est requise pour maintenir le niveau de carbonatation déterminé La relation entre la température et la pression est approximativement linéaire La figure 1 représente une relation typique entre la pression du gaz et la température de l'eau pour un niveau de carbonatation de , 25 En pratique, la relation entre la pression de gaz et la température de l'eau peut s'écarter du graphe de la figure 1 pour diverses raisons, telles que les pertes dans le système. Typiquement, quand la température de l'eau est de 650 C, 100 ml d'eau peuvent dissoudre 90 ml de gaz C 02 lorsque le gaz est à une pression de 105 Pascal Si le gaz carbonique est à une pression de 5,25 x 105 Pascal, alors 5,25 fois plus de C 02 sont dissouts dans l'eau à la même température C'est-à-dire 472,5 ml de CO (mesurés à 105 Pascal) seront dissouts dans 100 ml d'eau lorsque la pression augmente à 5,25 x 105 Pascal La solubilité du CO 2 décroît lorsque la température de l'eau augmente, nécessitant une pression encore supérieure pour forcer la même quantité de C 02 dans la solution. L'appareil de la figure 2 rend possible la maintenance du niveau de carbonatation désiré dans l'eau carbonatée dans le réservoir de carbonatation 10 L'eau issue d'un conduit d'alimentation en eau 12 est délivrée au réservoir 10 au moyen d'une pompe 14 motorisée et d'une valve de contrôle 16 La valve maintient la pression du C 02 dans le réservoir 10 Une valve de contrôle double est préférable pour éviter un flux de liquide ou de gaz en retour vers le conduit d'alimentation en eau 12 Le moteur de la pompe motorisée 14 est commandé par un détecteur de niveau 18 qui fait démarrer le moteur quand le niveau du liquide dans le réservoir tombe au-dessous d'un premier niveau déterminé et arrête le moteur lorsque le niveau du liquide atteint un deuxième niveau déterminé supérieur au premier niveau déterminé Le dioxyde de carbone issu du réservoir d'alimentation 20 est délivré au réservoir 10 par l'intermédiaire d'un régulateur de pression 22, d'une valve 24 à commande thermique et d'une valve de contrôle 26. L'eau carbonatée est délivrée à la valve de distribution 28 par le conduit 30. Un détecteur de température 32 immergé dans le liquide 34 dans le réservoir 10, commande une valve 24 par une ligne 34 commandant la régulation de pression dans la valve de telle manière qu'à température supérieure, le flux de C 02 à travers la valve est moins réduit Dans la valve, un ressort 52 de contrainte du détecteur (non représenté figure 2) commande le flux de C 02 dans le réservoir 10 de telle manière que la pression de C 02 augmente avec une augmentation de la température d'une façon déterminée pour maintenir le niveau de carbonatation substantiellement constant Le détecteur de température 32 peut être un dispositif de type à bulbe dans lequel le fluide d'expansion circule à travers un tube 34 pour commander un diaphragme à l'intérieur de la valve 24 Le fluide d'expansion peut être un liquide tel qu'un alcool ou un glycol ou l'un des différents fluorocarbones disponibles sous la marque FREON Autrement le fluide peut être un gaz tel que l'azote ou le dioxyde de carbone. Sur la figure 6, sont représentés les détails du détecteur de température 32 et de la valve 24 La valve 24 comprend une chambre de fluide 36 reliée par un tube 34 au détecteur 32 La chambre est fermée par un diaphragme flexible 38 Un ressort 52 (le ressort de compression du détecteur indiqué ci-avant) est logé entre le diaphragme 38 et à ce deuxième diaphragme 54 qui fait partie de la limite d'une chambre de sortie en communication avec l'orifice de sortie 42 Un clapet de valve 44 est mécaniquement connecté à un piston central 56 au fond du diaphragme 54 et coopère avec un siège 46 de valve pour déterminer un passage resserrable et fermable entre un conduit d'entrée 40 et un conduit de sortie 42 Le clapet de valve 44 est pressé vers une position fermée par un faible ressort 48 qui est en compression entre l'élément de valve et un plateau ajustable 50 Le plateau 50 présente une ouverture 51 permettant un flux de C 02 venant du conduit d'entrée 40 et se dirigeant vers l'orifice de la valve Le C 02 circule à travers la valve 24 depuis le conduit d'entrée 40 vers le conduit de sortie 42 et est commandé par la restriction entre le clapet de valve 44 et le siège de valve 46. Lorsque la pression est réduite au conduit de sortie 42, par suite d'une consommation de C 02, le ressort 52 déplace le diaphragme 54 vers le bas Le piston 56 à l'arrière du diaphragme pousse le clapet de valve 44 en position d'ouverture permettant au C 02 de circuler à partir du conduit d'entrée 40 vers le conduit de sortie 42 pour restaurer la pression du côté de la sortie de la valve 24, puis le diaphragme 54 permet au clapet de se refermer sous l'effet du ressort 48 Le ressort 52 reçoit la pression du fluide dans la chambre 36 agissant contre le diaphragme 38. Lorsque la température de l'eau qui est détectée par le détecteur 32 est supérieure, la pression du fluide détecteur dans la chambre 36 augmente la force vers le bas sur le ressort 52 Cette augmentation de la force vers le bas à son tour produit une pression du Co 2 augmentée dans le carbonateur Une réduction de la température détectée par le détecteur 32 a l'effet inverse, produisant une diminution de la pression du Co 2 dans le carbonateur. Le carbonateur de la figure 3 est similaire à celui de la figure 2 sauf en ce que, au lieu de détecter la température de l'eau carbonatée 34 à l'intérieur du réservoir 10, il détecte la température de l'eau d'alimentation du réservoir au moyen d'un détecteur de température 58 dans le conduit 60 entre la pompe motorisée 14 et la valve double de contrôle 16 Le détecteur de température 58 est également du type à expansion de fluide. Le fonctionnement du carbonateur de la figure 3 est essentiellement identique à celui de la figure 2 en ce que la pression de C 02 appliquée au réservoir de carbonateur est régulée en fonction de la température de l'eau. Le carbonateur de la figure 4 utilise un détecteur électrique de température 60 immergé dans l'eau carbonatée 34 dans le réservoir 10 Le détecteur 60 est, de préférence, du type à thermistor Le signal électrique issu du détecteur est appliqué par les conducteurs électriques 62 à une commande électronique 64 qui délivre un courant de fonctionnement à une valve 66 commandée électriquement La commande électronique 64 peut être de n'importe quel type bien connu et disponible de servoamplificateurs ou d'autres dispositifs de commande capables de délivrer un signal de sortie dont la tension ou le courant présente une relation déterminée avec le niveau du signal d'entrée Autrement la commande électronique peut être une servocommande numérique ou analogique plus élaborée L'exigence essentielle est que le signal de sortie de la commande électronique soit tel que la restriction dans la valve 66 régule la pression de C 02 dans le réservoir 10 avec la relation désirée à température détectée Avec une commande électronique, la relation désirée entre la température et la pression peut être facilement obtenue En outre, le niveau de carbonatation peut être fixé électroniquement dans la commande elle- même au lieu d'être fixé mécaniquement par réglage de la compression d'un ressort de valve. Comme représenté figure 7, la valve 26 est similaire à la valve 24 en ce qu'elle comprend un clapet de valve 68 pressé par un ressort hélicoïdal 70 vers une valve 72 La valve détermine une restriction variable pour le flux de C 02 en provenance du conduit d'entrée 74 et se dirigeant le conduit de sortie 76 Le mouvement du clapet de valve 68 contre la force du ressort 70 est commandé par une bobine proportionnelle 78 dont l'armature est mécaniquement reliée au clapet 68 par l'intermédiaire du piston central 80 et du ressort 82 qui presse contre le diaphragme 84. Le carbonateur de la figure 5 est similaire à celui de la figure 4 sauf en ce que, au lieu de détecter la il température de l'eau carbonatée 34 à l'intérieur du réservoir 10, il détecte la température de l'eau d'alimentation du réservoir au moyen d'un détecteur électronique de température 86 dans le conduit 88 entre la pompe motorisée 14 et la double valve de contrôle 16 Le détecteur de température 86 est, de préférence, de type à thermistor Le fonctionnement du carbonateur de la figure 5 est essentiellement identique à celui de la figure 4 en ce que la pression du C 02 appliquée au réservoir du carbonateur est régulée en fonction de la température de l'eau. La valve de la figure 8 remplace la valve commandée par la température 24 et la valve de contrôle 26 de la figure 2 La structure de la valve est similaire à celle de la valve de la figure 6 sauf en ce que la valve inclut une bille de contrôle arrangée pour éviter un flux inverse de C 02 Comme représenté figure 8, la valve 90 est commandée par le fluide circulant de et vers le détecteur 92 à travers le conduit 94 La valve comprend une arrivée de C 02 96, une sortie de C 02 98, l'entrée étant connectée à une alimentation en gaz et la sortie étant connectée au réservoir du carbonateur L'entrée est normalement fermée par une valve de contrôle comprenant une bille 100 pressée contre un siège 102 par un petit ressort 104 Le ressort 104 est maintenu dans la chambre contenant l'élément de siège 106 et est enfermé entre le clapet 108 et la bille de contrôle 100 Le ressort 104 est plus faible que le ressort 114 et permet à la fois à la bille de contrôle 100 et au clapet de valve 108 d'être ouverts simultanément Ceci permet un flux de C 02 à travers la valve depuis l'entrée 96 vers la sortie 98 lorsqu'une force augmentée appliquée au ressort 114 provoque la pression du diaphragme 116 contre le piston central 118 forçant le clapet de valve 108 à s'ouvrir. La valve commandée électriquement de la figure 9 est similaire à la valve de la figure 8 sauf en ce qu'elle met en oeuvre une bobine proportionnelle 120 pour presser vers le bas sur le diaphragme 122 au moyen d'un ressort 124 pour ouvrir le clapet de valve 126. Diverses modifications peuvent être apportées au carbonateur décrit Par exemple, à la place des détecteurs à expansion de fluide 32, 58 et 92 représentés respectivement figures 2, 3 et 7, il est possible d'utiliser d'autres moyens, par exemple un lien mécanique solide pour relier le détecteur de température à la valve de régulation de pression La relation désirée entre la température et la pression dans la valve de régulation peut être obtenue de diverses façons, par exemple en choisissant des formes appropriées pour le clapet et le siège de valve ou en utilisant des liens mécaniques spéciaux entre le clapet de valve et le diaphragme La valve de contrôle de C 2 et la valve de contrôle de l'eau entrant peuvent être intégrées dans un boîtier unique avec la valve de réponse en température dans le trajet du C 02 et un détecteur de température dans le trajet de l'eau Une autre modification jouant sur le prix du dispositif est une simple valve commandée électroniquement dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par un microprocesseur en réponse à des transducteurs de pression et de température disposés à l'intérieur du réservoir du carbonateur Ces modifications et d'autres peuvent être apportées sans sortir du cadre de l'invention tel que défini dans les revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S 1 Appareil de carbonatation pour introduire un gaz de dioxyde de carbone dans un liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen ( 32) de détection de la température disposé de manière à détecter la température du liquide, et un moyen de commande ( 44, 46), en réponse au dit moyen de détection de température, pour commander la pression à laquelle le dioxyde de carbone est introduit dans le dit liquide, la pression augmentant avec l'augmentation de la température du liquide. 2 Appareil de carbonatation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dite pression augmente substantiellement linéairement avec une augmentation de la température du liquide. 3 Appareil de carbonatation selon la revendication 1, incluant un réservoir de carbonatation ( 10), caractérisé en ce que le dit moyen ( 32) de détection de la température est disposé de manière à détecter la température du liquide ( 34) à l'intérieur du dit réservoir de carbonatation ( 10). 4 Appareil de carbonatation selon la revendication 1 et incluant un réservoir de carbonatation ( 10) et un conduit d'alimentation ( 60) pour apporter l'eau dans le dit réservoir ( 10), caractérisé en ce que le dit moyen de détection ( 58) de température est disposé de manière à détecter la température du liquide à l'intérieur du dit conduit d'alimentation ( 60). Appareil de carbonatation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit moyen de détection de la température est un transducteur générant un signal électrique représentant la température détectée et en ce que les dits moyens de commande comprennent un moyen de valve à commande électrique déterminant une restriction variable dans le chemin du dioxyde de carbone devant être introduit dans le dit liquide, et un moyen de commande électronique en réponse au dit signal électrique et commandant le dit moyen de valve à commande électrique. 6 Appareil de carbonatation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit moyen de commande comprend un moyen de valve ( 24) connecté pour réguler l'introduction du dioxyde de carbone dans le dit liquide, le dit moyen de valve ( 24) comportant une entrée ( 40) et une sortie ( 42) et un chemin du flux entre la dite entrée et la dite sortie, un siège de valve ( 46) disposé dans le dit chemin de flux, un clapet de valve ( 44) disposé pour coopérer avec le dit siège ( 46), un diaphragme mobile ( 54) ayant un côté exposé à la pression du fluide à la dite sortie, un moyen logé entre le dit diaphragme ( 54) et le dit clapet de valve pour presser le dit clapet de valve hors de son dit siège et vers une position ouverte quand le dit diaphragme se déplace en réponse à une diminution dans la pression du fluide à la dite sortie ( 42), un premier moyen de ressort ( 48) pressant le dit clapet de valve ( 44) vers le dit siège ( 46), un moyen mobile en réponse au dit moyen de détection de la température, et un deuxième moyen de ressort ( 52), logé entre le dit moyen mobile et le dit diaphragme ( 54) pour transmettre une force du dit moyen mobile vers le dit diaphragme, de telle manière que la pression à la dite sortie soit régulée en réponse au mouvement du dit diaphragme, et que le mouvement du dit diaphragme ( 54) est influencé à la fois par pression à la dite sortie ( 42) et par la température détectée par le dit moyen de détection de la température. 7 Appareil de carbonatation selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de valve de contrôle ( 100) logé dans la dite entrée pour éviter un flux de la dite sortie vers la dite entrée. 8 Appareil de carbonatation selon la revendication 6, caractérisé en ce que les dits moyens mobiles en réponse au dit moyen de détection de température est un deuxième diaphragme. 9 Appareil de carbonatation selon la revendication 6, caractérisé en ce les dits moyens mobiles en réponse au dit moyen de détection de la température est une bobine proportionnelle commandée électriquement. Appareil de carbonatation selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de réglage de la contrainte exercée sur le dit premier ressort. 11 Appareil de distribution d'une boisson carbonatée incluant une valve de distribution et un moyen pour introduire un gaz de dioxyde de carbone dans un liquide à délivrer à travers la dite valve, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de détection de la température disposé pour détecter la température du liquide, et un moyen de commande, en réponse au dit moyen de détection de la température, pour commander la pression à laquelle le dioxyde de carbone est introduit dans le liquide, la pression augmentant avec une augmentation de la température du liquide, de telle manière que le niveau de carbonatation dans le liquide délivré à travers la dite valve soit maintenu à un niveau substantiellement constant.