СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПОЛНЕНИЯ, В ЧАСТНОСТИ ЕМКОСТЕЙ БОЛЬШОГО ОБЪЕМА
METHOD AND DEVICE FOR FILLING, IN PARTICULAR, LARGE-VOLUME VESSELS

Изобретение относится к способу наполнения, в частности, емкостей большого объема жидкостью, в частности, содержащим газ напитком, согласно которому жидкость подается с заданной скоростью потока.
2
Подобного рода способы наполнения применяются в общем для напитков, содержащих CO, например для розлива пива, или вообще при производстве напитков. В рамках розлива пива обычно в качестве емкостей большого объема применяются кег-бочки. При этом речь идет о многоразовых бочках, которые, как правило, располагают объемной емкостью примерно 30 или 50 л.
Такие кег-бочки на своей верхней стороне оборудованы клапаном, так называемой кег-головкой, на которую может устанавливаться подобающая сливная головка. С помощью сливной головки из внешнего бака обычно подается углекислый газ, так что содержимое кег-бочки может отводиться к разборной установке. С помощью выталкивающего газа в кеге создается избыточное давление, которое при открытии сливного крана через трубы выдавливает содержимое внутрь кега. Если сливная головка снимается, клапан герметично закрывает кег, благодаря чему возможно дальнейшее хранение содержимого. Избыточное давление внутри бочки продолжает сохраняться и уменьшает вспенивание напитка.
Подобного рода способы розлива на практике применяются многократно и являются, например, предметом публикации DE 3008213 A1.
Кроме того, из DE 19648493 A1, вообще из других контекстов известен способ для повторяемого дозирования жидкости в выбираемом и воспроизводимом количестве с помощью однажды вручную осуществленного процесса дозирования. Однако подобного рода способы действия при розливе напитков неизвестны, так как здесь речь идет о том, чтобы соответствующую кег-бочку или вообще емкость большого объема наполнить по возможности быстро.
При этом на практике установлено, что скорость потока на участке наполнения и, следовательно, скорость наполнения емкости, в частности, при наполнении емкости содержащими газ напитками, в данном случае преимущественно продуктами, содержащими углекислый газ, ограничена. Это ограничение следует из того, что при превышении максимального значения для очерченных скоростей углекислый газ, находящийся в жидкости, имеет склонность к газации, и это может привести к образованию пены. В результате этого образования пены наполнение емкости существенно осложняется.
По этой причине на практике уже используют меняющиеся скорости потока, которые зависят от степени заполнения или коэффициента заполнения внутри емкости. При этом, как и раньше имеется значительная потребность в улучшении. Участок наполнения на практике имеет обычно значительную длину. Вследствие этого внутри участка находится более и менее большой объем жидкости, который временами замедляет изменение скорости течения. На практике это часто приводит к несовместимости, так что на отпускном отверстии участка наполнения наблюдается другая скорость потока, чем та, которая, например, была задана с помощью регулируемого клапана на участке наполнения. Здесь применяют изобретение.
Задача предлагаемого изобретения состоит в создании способа наполнения, в частности, емкостей большого объема однажды описанного вида, при котором наполнение оптимизировано. Кроме того, задача состоит в создании особенно подходящего для этого способа устройства. Оптимизация имеет своей целью, в частности, повышение скорости потока при наполнении, соответственно скорости наполнения. Кроме того, должны сократиться до минимума наблюдаемые на практике колебания давления или удары давления вдоль участка наполнения, поскольку такие удары давления или колебания давления часто ведут к газации углекислого газа, содержащегося в жидкости.
Для решения поставленной выше задачи в отношении способа для наполнения, в частности, емкостей большого объема жидкостью предусмотрено, что фактическая скорость потока задается в зависимости от одного или нескольких параллельно замеренного (замеренных) значения параметра (значений параметров), а также в комбинации с относящимися к значениям параметров значениями скорости, по меньшей мере, одного предыдущего процесса наполнения.
Таким образом, в рамках изобретения фактически требуемая скорость потока задается не только в зависимости от одного или нескольких замеренного (замеренных) значения параметра (значений параметров), а эти значения параметров комбинируются с уже известными значениями скорости, которые должны определяться с помощью одного или нескольких предыдущих процессов наполнения. То есть параллельно с фактической скоростью замеренные параметры потока отражают не только определенное состояние жидкости внутри участка наполнения, но и особые относящиеся к технической аэродинамике существенные свойства этого специального участка наполнения. При этом состоянии значение скорости для скорости потока, определенное из предыдущего процесса наполнения или нескольких процессов наполнения, оказалось особенно полезным. Это значение скорости, по меньшей мере, одного предшествовавшего процесса заполнения теперь используется, чтобы задать фактическую скорость потока. При этом замеренные значения параметров, естественно, играют не только роль при определении значения скорости при предыдущем процессе наполнения, но могут при необходимости дополнительно учитываться при задании фактической скорости потока таким образом, что значение скорости модифицируется, исходя из прошлого (выводится из, по меньшей мере, одного из предыдущих процессов наполнения).
В этой связи оказалось предпочтительным, если оптимизируется фактическая скорость течения. При этом при оптимизации могут преследоваться различные целевые направления или целевые установки. Как правило, стремятся к тому, чтобы требуемое время наполнения емкости с учетом определенного коэффициента заполнения было по возможности минимальным. Другая или альтернативная целевая установка может заключаться в том, чтобы вдоль участка наполнения удары давления или колебания давления внутри жидкости не возникали совсем или сводились к минимуму. Разумеется, с учетом других целевых установок возможны и другие направления оптимизации и они охватываются изобретением.
Во всяком случае, все начинается с соответствующим значением скорости, по меньшей мере, одного предыдущего процесса наполнения. Она теперь модифицируется тем, что, например, повышается скорость. Если при этом выявляется, что целевые установки выдерживаются, то речь идет об оптимизированной фактической скорости потока.
Оптимизированная в этом отношении фактическая скорость потока может вместе с параллельно замеренными значениями параметров в совокупности заноситься в матрицу значений скорости. В эту матрицу значений скорости, естественно, раньше было внесено значение скорости одного или нескольких предыдущих процессов наполнения. То есть изобретение возвращается к значениям скорости, которые занесены в матрице значений скоростей и принадлежат к одному или нескольким предыдущим процессам заполнения, чтобы в сочетании с параллельно замеренными значениями параметров задать фактическую скорость потока. После выполнения оптимизации фактическая оптимизированная скорость потока заносится в матрицу значений скорости и со своей стороны служит теперь для будущего процесса наполнения в качестве соответствующего значения скорости предыдущего процесса наполнения.
При этом в отдельности фактическая (модифицированная) скорость потока сопоставляется со скоростью предыдущего процесса наполнения, принадлежащей параллельно замеренным значениям параметров. Эта скорость потока при предыдущем процессе наполнения или соответствующие значения скорости при предыдущем процессе заполнения, как описано, заносится в матрицу значений скорости. Сравнение фактической (модифицированной) скорости с предыдущей скоростью потока осуществляется с учетом одной или нескольких целевых установок. В части этих целевых установок речь, например, может идти о возможно минимальном времени наполнения емкости с учетом соответствующего коэффициента заполнения.
Если это сравнение показывает, что, например, время наполнения с учетом фактической (модифицированной) скорости течения уменьшилось, то вместо предыдущей скорости потока или относящихся значений скорости теперь в матрицу значений скорости вносится фактическая и, следовательно, оптимизированная скорость потока. Если, напротив, скорость потока предыдущего процесса наполнения показала меньшее время наполнения, то она остается при записи значения скорости в матрице значений скорости.
Таким образом в примерном случае минимизации необходимого времени наполнения емкости с учетом определенного коэффициента заполнения имеет место самообучающийся процесс за счет того, что соответственно фактическая (модифицированная) скорость течения сравнивается с предыдущей скоростью течения. В конце этого процесса определенная таким образом оптимизированная скорость потока соответственно ее значения, принадлежащие к значениям параметров, вносятся в матрицу значений скорости и для последующего процесса заполнения имеется в распоряжении в качестве значения скорости теперь предыдущего процесса наполнения.
Предпочтительно, если значения параметров регистрируются в различных местах наполнения, соответствующих местах между запасной емкостью для подлежащей розливу жидкости и отпускающим отверстием. В непосредственном соседстве с отпускным отверстием находится заполняемая емкость большого объема, в случае примера, в частности кег-бочка. В целом фактическая скорость потока задается в смысле закрытого регулирования. При этом из параллельно замеренных значений параметров и относящихся значений скорости одного или нескольких процессов наполнения в виде входных параметров в качестве регулирующей в качестве регулируемой переменной выводится соответственно фактическое (модифицированное) значение скорости. Это фактическое значение скорости корреспондирует с фактической скоростью потока, которая со своей стороны сравнивается с предыдущей скоростью потока при равных или сравнимых значениях параметров в смысле самообучающегося процесса.
В этой связи дополнительно оказалось выгодным, если регулирование выполняется (составляется черновик) в виде так называемого предварительного регулирования. Такое предварительное регулирование характеризируется тем, что, например, учитываются возможные отклонения фактической скорости заполняемого продукта на его пути от места наполнения до отпускного отверстия с целью определения значений параметров. То есть, таким образом, могут учитывать поведение потока и/или реакция соответствующего места наполнения. Описанные выше поступательное движение и возможные задержки таким образом перехватываются при переносе изменения скорости потока.
Таким образом, может учитываться объем жидкости, имеющий место между местом наполнения и отпускным отверстием и его поведение или поведение соответствующего участка наполнения, причем так, что относящийся регулировочный клапан для установки скорости потока, например при ее повышении открывается не слишком сильно и потом резко закрывается, так как задержанный объем жидкости уменьшает подъем скорости потока. Скорее этот факт может учитываться посредством того, что, например, рост скорости потока выбирается по экспоненте до желаемого значения, чтобы сначала ускорить медлительный объем жидкости. Во всяком случае, такие сведения из предыдущих процессов наполнения могут точно отображаться для данного места наполнения и храниться в матрице значений скорости вместе с относящимися к ним значениями параметров. При этих значениях параметров речь могла бы идти, например, о желаемом изменении скорости потока, которое благодаря «приобретенному» поведению осуществляется только при последующем процессе заполнения, т.е. для фактической скорости потока, теперь не резко обрывается, а скорее поднимается по экспоненте. Предметом изобретения также является устройство по пункту 8 формулы изобретения для наполнения жидкостью, в частности, емкостей большого объема, которое преимущественно предназначено для осуществления описанного способа. Предпочтительные варианты осуществления этого устройства являются предметом пунктов 9 и 10 формулы изобретения.
В результате в рамках изобретения удалось впервые оптимизировать процесс наполнения содержащими газ, в частности углекислый газ напитками емкостей большого объема, а именно как в отношении скорости наполнения, так и в отношении предотвращения колебаний давления и ударов давления. По сути это приводит к тому, что способ и устройство возвращаются к хранящимся в памяти опытным данным для подобных состояний жидкости (значения скорости предыдущего процесса наполнения) и улучшают их с помощью фактических измерений постоянно в смысле обучающегося процесса (оптимизированные значения скорости). В этом направлении следует усматривать существенные преимущества.
Ниже изобретение более подробно поясняется с помощью чертежа, изображающего только один пример осуществления, где показывают:
фиг.1 - предложенное согласно изобретению устройство и
фиг.2 - процесс наполнения в диаграмме, где на оси Y отложено изменение во времени транспортируемого объема V, т.е. скорость течения, а на оси Х коэффициент заполнения от 0 до 100%. При этом следует обратить внимание, что интеграл кривой (площадь поверхности) представляет объем наполнения.
На фигуре 1 изображено устройство для наполнения емкостей 1, в частности, большого объема. Емкость представляет собой кег-бочку 1, которая в данном случае через устройство для розлива заполняется пивом, что, правда, не является обязательным. Емкость 1 или кег-бочка 1 наполняется благодаря тому, что поток или скорость потока (изменение во времени транспортируемого объема V) напитка в примере осуществления регулируется вдоль участка 2 наполнения от запасной емкости 3 до отпускного отверстия 4. В принципе также можно изменять давления внутри кег-бочки с помощью регулирования рециркуляционного воздуха. Однако это не изображено.
Регулирование потока или установление скорости потока жидкости на ее пути от запасной емкости 3 до отпускного отверстия 4 осуществляется посредством регулируемого клапана 5. Этот регулируемый клапан 5 в примере осуществления без ограничения комбинируется с байпасом 6 с регулируемой диафрагмой 7 потока. Как регулируемая диафрагма 7 потока, так и регулируемый клапан 5 соответственно присоединены к блоку 8 регулирования, который в примере осуществления выполнен в виде блока 8 управления, который контролирует и регулирует все устройство.
Далее вдоль участка 2 наполнения установлены несколько датчиков 9, 10, 11, 12. Датчики 9, 11, 12 являются соответственно датчиками давления 9, 11, 12, в то время как датчик 10 выполнен в виде датчика 10 потока. Дополнительно предусмотрены еще клапан 13 для заполнения и газовый клапан 14.
Датчик 12 давления и газовый клапан 14 относятся к трубопроводу, подводящему газ, с помощью которого к кег-бочке 1 подводится требуемый выталкивающий газ, как это было однажды описано во введении. Датчик 11 давления и клапан 13 для заполнения относятся к головке кега и благодаря им обеспечивается, чтобы кег-бочка после процесса наполнения была безупречно закрыта. Для настоящего изобретения оба клапана 11, 12 давления, а также клапан 13 для заполнения и газовый клапан 13 не имели значения.
Процесс наполнения происходит следующим образом. Сливаемая из запасной емкости 3 жидкость в ответственных местах наполнения или местах вдоль участка наполнения измеряется с помощью датчика 9 давления и датчика 10 потока. Измеренные значения параметров давления и потока или скорость потока регистрируются блоком 8 управления и применяются в дальнейшем. К параметрам относятся давление или скорость потока, одно или несколько значений скорости, по меньшей мере, одного предыдущего процесса наполнения. Эти значения скорости записаны в матрице значений скорости в блоке 8 управления или в предусмотренном тем запоминающем устройстве 8. Такая матрица значений скоростей может, например, выглядеть так:
Клапан<sub>1</sub>
Клапан<sub>2</sub>
Клапан<sub>3</sub>
Давление<sub>1</sub>
Скорость потока<sub>11</sub>
Скорость потока<sub>12</sub>
Скорость потока<sub>12</sub>
Давление<sub>2</sub>
Скорость потока<sub>21</sub>
Скорость потока<sub>22</sub>
Скорость потока<sub>23</sub>
Давление<sub>3</sub>
Скорость потока<sub>31</sub>
Скорость потока<sub>32</sub>
Скорость потока<sub>33</sub>
1
2
3
1
2
3
11
33
В блоке 8 управления в случае примера, следовательно, для трех различных значений датчика 9 давления (давление, давление, давление) и трех различных положений клапана 5 (клапан, клапан, клапан) всего имеется соответственно девять значений скорости потока в предыдущем процессе наполнения (от скорости потока  до скорости потока ). С помощью этой матрицы значений скорости теперь в случае примера соответственно с помощью давления, замеренного датчиком давления 9, и с помощью скорости потока, определенной датчиком 10 потока, блоком 8 управления может задаваться положение клапана 5.
2
22
2
22
То есть фактическая скорость потока жидкости задается в зависимости от параллельно замеренных значений параметров для давления и потока в комбинации с относящимися значениями из матрицы значений скоростей, а именно таким образом, что клапан 5 занимает указанное с помощью матрицы значений скорости положение. К примеру на датчике 9 давления зафиксировано давление и на датчике 10 потока - скорость потока, тогда клапан 5 (сначала) занимает положение клапана. Получающаяся при этом скорость потока (скорость потока) может теперь оптимизироваться с учетом целевых установок. При этом речь может идти о возможном минимальном времени наполнения кег-бочки 1 до определенного коэффициента заполнения.
22
22
С этой целью, например, повышается фактическая скорость потока и потом сравнивается со скоростью потока (скорость потока) при предыдущем процессе наполнения с учетом целевой установки в части возможно минимального времени наполнения. Это может происходить в смысле повторяющегося процесса с помощью самообучающегося процесса. После окончания этого процесса в блоке 8 управления запоминается соответственно оптимизированное значение скорости (новая скорость потока).
Фактически действительная скорость потока задается в смысле закрытого регулирования. При этом из значений параметров и относящихся значений скорости одного или нескольких предыдущих процессов наполнения в качестве входных параметров выводится соответственно действительное значение скорости в качестве регулируемой переменной или клапан 5 претерпевает соответствующее регулирование. В деталях это происходит таким образом, что во время стартовой фазы наполнения кег-бочки 1, но также в области конечного наполнения скорость потока полностью, или, по меньшей мере, частично регулируется с помощью регулируемой и присоединенной к блоку 8 управления диафрагмы 7. Одновременно клапан 5 может быть более или менее открыт.
При этом работа может производиться с предварительным регулированием. Это предварительное регулирование учитывает, что изменения скорости потока, вызванные изменением положения клапана 5, становятся ощутимыми только после определенной задержки, так как места наполнения, т.е. места для датчиков 9, 10, имеют незначительное расстояние от подлежащей наполнению емкости 1. Жидкость, находящаяся в этой области между местом наполнения (датчиком 9 давления) и отпускным отверстием 4, оказывает влияние теперь на возможные изменения скорости потока и учитывается теперь в ходе предварительного регулирования.
Фактически в этом случае клапан открывается не резко, а, например, по экспонентной кривой, как это уже было описано во введении. Благодаря этому внутри участка 2 наполнения предотвращаются удары давления или колебания давления. Такая установочная характеристика для клапана 5 получается благодаря тому факту, что блок 8 управления на основании одного или нескольких предыдущих процессов наполнения «знает», что желаемое изменение скорости потока будет наблюдаться на отпускном отверстии 4 также фактически, если работа осуществляется с описанной и обученной характеристикой.
В качестве результата этого способа действия представляется ход временного изменения потока или скорости потока V по отношению к коэффициенту наполнения, как он графически воспроизведен на фиг.2. При этом штриховая кривая отражает прежний и осуществленный согласно уровню техники процесс наполнения, в то время как сплошные кривые представляют процесс наполнения в соответствии с изобретением. Это действительно как для, так сказать, гладкого хода кривой, так и для прямоугольного хода кривой.