Brevet FR2428613A1 — publié le 19800111

La présente invention est relative à un appareil saturateur pour liquides, destiné à effectuer une solution et une dispersion d'un gaz dans un liquide, et, plus particulièrement, de l'anhydride carbonique dans de l'eau, formant ainsi de l'eau gazeuse, généralement destinée à la consommation dans les boissons. L'appareil peut être utilisé aussi bien à l'échelle industrielle que comme simple appareil de comptoir, manuel, automatique ou semi-automatique, pour la préparation de boissons, où l'eau gazeuse est mélangée à un sirop, au moment même de la consommation. Les appareils actuellement sur le marché sont généralement constitués par un récipient fermé sous pression, dans lequel se trouvent un alimenteur de gaz, une buse-vaporisateur de liquide et un distributeur du liquide saturé. Le récipient est mis sous une pression déterminée et le liquide est maintenu à un niveau fixé au moyen, par exemple, d'électrodes qui commandent l'admission du liquide à travers la buse-vaporisateur, au fur et à mesure que l'on effectue un prélavement de liquide saturé pour la consommation. Généralement, dans ces appareils, le gaz et le liquide sont introduits dans la partie supérieure du récipient, au-dessus du niveau du liquide, et le degré élevé de saturation est obtenu par suite du mélange intime du liquide, pulvérisé et réduit en minuscules petites gouttes, avec le gaz, qui forme l'atmosphère au-dessus du niveau du liquide, dans le récipient.Evidemment, les conditions de saturation que l'on peut atteindre dépendent de la pression existant dans le récipient et de la température à laquelle se déroule l'opération, le degré de saturation étant plus élevé à des pressions élevées et à des températures basses. Par ailleurs, la pression et la température sont, toutes deux, des facteurs qui doivent être maintenus dans des limites déterminées, suivant les conditions voulues de sortie du liquide,qui ne doit pas être trop froid et pour la raison que des pressions de saturations trop élevées entrassent la fabrication de récipients plus solides et plus coûteux, avec danger d'explosion et une perte de saturation lors du passage à la pression atmosphérique. Généralement, les saturateurs habituels pour eau gazeuse travaillent à des pressions de l'ordre de 5 atmosphères et permettent d'obtenir, dans le liquide débité, un degré de saturation de 3-3,5 volumes environ. Ceci étant dit, la présente invention consiste en un appareil saturateur, de fonctionnement tout à fait nouveau capable d'atteindre une saturation beaucoup plus élevée, à des pressions égales à celles prévues dans les saturateurs habituels, et même inférieures, tout en maintenant inchangée cette saturation, même au cours de l'émission, à condition que cette dernière se fasse grâce à un dispositif distributeur spécial* associé au saturateur lui-même. De plus, un autre but de cette invention est d'obtenir un appareil du type cité, qui permette d'obtenir une meilleure qualité de saturation, c'est-à-dire un mélange meilleur et plus poussé du gaz dans le liquide, procurant ainsi aux boissons préparées avec de l'eau gazeuse, obtenue de cette manière, des caractéristiques organoleptiques appréciables. Afin de réaliser tous ces objectifs, l'appareil saturateur faisant l'objet de la présente invention, essentiellement structuré comme mentionné plus haut, est caractérisé par le fait que l'alimenteur de gaz possède un dispositif en vue de la subdivision du débit de gaz, alimenté en une multitude de petites bulles, ayant des dimensions le plus réduites possibles, qui sont émises au-dessous de la charge d'eau précédemment mentionnée. Grâce à cette émission du gaz au-dessous de la charge d'eau, il est possible d'obtenir non seulement un mélange parfait du liquide vaporisé dans le milieu gazeux, au-dessus du niveau liquide, comme dans les saturateurs traditionnels, mais également un mélange parfait du gaz dans le milieu liquide, au-dessous dudit niveau. Pour réaliser ce dernier mélange dans les meilleures conditions, il est indispensable que le gaz soit réduit en de petites bulles minuscules, afin d'augmenter, à volume gazeux égal, la surface de contact gaz-liquide. Pour ce faire, le gaz est amené, à travers un tube, sur le fond du récipient, d'où il est émis à travers une ou plusieurs pierres poreuses, obtenues par frittage, dans lesquelles il a été pratiqué un trou borgne, se terminant à peu près dans une zone centrale desdites pierres et débouchant dans un raccord relié audit conduit d'alimentation du gaz. Toujours dans le but d'améliorer les conditions de saturation, en augmentant le degré de cette dernière, cette invention prévoit un autre raccord pour le prélèvement de gaz sous pression sion de la zone qui se trouve audessus du niveau de liquide dans le récipient, et pour l'envoi de ce gaz vers d'autres utilisations ou d'autres services, et/ou à des dispositifs de recyclage ou de dispersion. De cette façon, la quantité erale de gaz, introduit dans l'appa- reil et qui entre en contact intime avec le liquide, est supérieure à la quantité débitée avec le liquide saturé, ce qui entraîne un échange gaz-liquide bien supérieur par rapport aux saturateurs traditionnels. Comme il a été dit, les conditions de saturation sont influencées par la température à laquelle l'opération a lieu, et on a une saturation meilleure à basses températures. Le saturateur faisant l'objet de l'invention sera donc, de préférence,refroidi de l'extérieur grâce à un serpentin, enroulé autour du récipient et relié à une installation frigorigène.Cette installation est également utilisée pour un pré-refroidissement de l'eau ou du liquide entrant dans le récipient, ainsi que, éventuellement, des sirops, moyennant échange thermique entre ledit serpentin et un ou plusieurs serpentins, enroulés à proximité du premier, dans lequel passe le liquide avant d'être envoyé à la buse alimenteur-vaporisateur placée dans le saturateur, Enfin, il va de soi qu'il ne suffit pas d'obtenir un degré de saturation élevé à l'intérieur de l'appareil, mais qu'il est également et surtout nécessaire de maintenir élevé ce degré de saturation lors de l'émission du liquide gazeux et, en particulier, dans la boisson obtenue avec l'eau gazeuse. À cet effet, le distributeur de liquide saturateur est branché, à travers au moins une soupape d'interception, à un régulateur de débit, qui est formé d'un tube muni d'un renflement conique à faible angle de conicité, pour donner lieu à un passage réglable, qui régularise le débit en aval du corps à tête conique, permettant ainsi d'obtenir un écoulement laminaire du liquide gazeux, sans les turbulences qui risquent de réduire le degré de saturation. du liquide. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère au dessin annexé dans lequel la figure 1 est une vue schématique, partiellement en coupe, d'un appareil saturateur suivant l'invention, relié à un dispositif distributeur et régulateur du débit, émis, par exemple, dans un appareil de distribution de boissons à base de sirops. la figure 2 est une vue schématique, partiellement en coupe, illustrant une forme de réalisation alternative en vue de la subdivision du gaz émis en petites bulles. Il doit être bien entendu, toutefois, que ce dessin et les parties descriptives correspondantes, sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention,dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. L'appareil saturateur illustré a été conçu pour être utilisé dans des équipements manuels, automatiques ou semi-automatiques, destinés à produire des boissons à base de sirops, obtenues en mélangeant judicieusement, lors de l'émission, du sirop et de l'eau gazeuse, qui arrivent à un groupe distributeur-mélangeur à une pression déterminée. Cependant, il va de soi que L'appareil, avec les modifications et les adaptations jugées nécessaires par l'homme de l'Art, pourra être adapté à d'autres utilisations. L'appareil illustré est essentiellement formé d'un récipient 10 étanche, fermé par un couvercle 12, sur lequel sont montés les divers dispositifs et moyens pour l'alimentation et le prélèvement des deux fluides à mélanger intimement. En particulier, le couvercle 12 est muni d'une buse distributrice-vaporisatrice 14,alimentée par le liquide,généralement de l'eau, d'un raccord 16 pour l'admission du gaz, généralement de l'anhydride carbonicue, sous une certaine pression, ainsi que d'un raccord 18 pour le prélèvement du liquide saturé A l'intérieur du récipient 10, le liquide est maintenu toujours au même niveau 20, sous le contrôle d'une électrode 22, fonctionnant de façon conventionnelle, qui commande l'admission de liquide, à travers une buse 14, lorsque le niveau 20 baisse à la suite d' un prélèvement de liquide saturé à travers un tube plongeant 24 branché au raccord 18. Le gaz est alimenté à une pression déterminée et pénètre dans le récipient 10 à travers le raccord 16 et un tube 26, qui le conduit à un dispositif 28 qui est à même de diffuser ce gaz au-dessous de la charge liquide, sous forme de fines gouttelettes. Le dispositif 28 de diffusion du gaz est constitué par une ou plusieurs pierres poreuses (figure 2), obtenues par frittage de granulés, dans lesquelles ont été pratiqués des trous 30 qui se terminent à peu Frets dans la zone centrale de chaque pierre 28. Chaque trou 3G est relié à un raccord 32, qui, à son tour, est relié au tube 26.La structure des pierres poreuses 28 et la façon dont ces dernières sont alimentées en gaz font que le gaz est émis sous forme de minuscules petites bulles, qui ont ainsi une très grande surface de contact avec le liquide, par rapport au volume de ga débité. L'on obtient donc un premier mélange de gaz dans le liquide, dans la zone 34, au-dessous du niveau 20, suivi par un nouveau mélange du liquide dans le milieu gazeux, au-dessus du niveau 20. Le milieu gazeux 36 est évidemment constitué par la partie de gaz qui ne se mélange pas au liquide 24,et l'émission de gaz à travers les pierres poreuses 28, se produit lors d'une réduction de la pression à l'intérieur du récipient 10, consécutive au prélèvement de liquide saturé. Toujours selon l'invention, pour obtenir un degré de saturation élevé, il a été prévu d'alimenter le saturateur en gaz selon des quantités supérieures à celles prélevées par le tube 24, en même temps que le liquide saturé. Un dispositif de prélèvement 38, monté sur le couvercle 12, est en effet en mesure d prélever du saturateur une certaine quantité de gaz et de l'envoyer à d'autres services ou à des dispositifs de recyclage et/w de dispersion. En particulier, il est prélevé du gaz destiné à des services de pressurisation des récipients de sirops, afin d'assurer l'émission de ces derniers. Par conséquent, dans un appareil pour la distribution de boissons, le gaz utilisé pour les différents services ne sera plus prélevé directement à l'émission, comme c'est le cas dans les appareils traditionnels, mais sera, au contraire, prélevé par le saturateur, ce qui entraîne un meilleur contact entre gaz et liquide et, par voie de conséquence, un meilleur degré de saturation. Pour améliorer encore les conditions de saturation, l'appareil 10 est refroidi grâce au passage d'un fluide frigorigène spécial dans un serpentin 40, qui s'enroule autour du récipient, à l'extérieur de celui-ci, et qui est alimenté par un groupe frigorigène conventionnel. il en va de même pour le liquide alimenté par la buse 14, qui est également pré-refroidi par un serpentin 42, dans lequel passe le liquide avant l'entrée dans le récipient 10, à proximité du serpentin 40, avec lequel s'effectue un échange thermique. Au moyen du serpentin 40, il est également possible de refroidir les sirops, qui passent dans des serpentins 42', toujours à proximité du serpentin 40, ou bien, encore, dans des serpentins 42", immergés dans le liquide 34, à l'intérieur du saturateur. Enfin, il est indispensable que le degré de saturation élevé obtenu au moyen de l'appareil saturateur ci-dessus décrit, puisse être maintenu au cours de l'émission du liquide saturé, et, en particulier, au cours de l'émission d'eau gazeuse,qui est prélevé par le tube 24 et envoyé au groupe distributeur, désigné par la référence 44. Toujours suivant l'invention, lorsque, à un saturateur ayant les caractéristiques décrites plus haut, l'on adjoint un distributeur dans lequel la régulation du débit d'eau gazeuse s'effectue selon les modalités que nous allons exposer, on obtient un maintien substantiel du niveau quantitatif et qualitatif de la saturation obtenue dans l'appareil 10. Dans le groupe distributeur 44, en aval d'une soupape d'interception, faisant partie ou non du groupe 44, et qui n'est pas représentée a u d e s s i n,est prévu un régulateur de débit, constitué par un tube 46, ayant un renflement conique 48 avec un petit angle de conicité, dans lequel vient s'engager la tête conique 50 d'un clapet 52 réglable axialement, par exemple au moyen d'une vis 54, de manière à coopérer avec le renflement conique et à déterminer le débit de l'eau gazeuse en aval, à travers un tube 56 se terminant par une buse 58, où l'eau gazeuse sera mélangée à un sirop, La forme particulière du renflement conique 48 et du clapet 52 a été spécialement étudiée pour assurer un écoulement essentiellement laminaire du liquide gazeux, c'est-à-dire un écoulement exempt de turbulences qui entraîneraient, dans le degré de saturation, des pertes bien supérieures à celles qui se produisent déjà en partie par suite de la différence de pression entre le saturateur et la buse 58. En utilisant conjointement toutes les caractéristiques nouvelles et originales décrites dans la présente invention, on obtient, dans le liquide saturé, des caractéristiques particulièrement élevées, tant du point de vue quantitatif que du point de vue qualitatif. Par exemple, dans un saturateur d'eau gazeuse par de l'anhydride carbonique, il est possible d'opérer à une pression de l'anhydride carbonique de l'ordre de 3-3,5 atmosphères, en obtenant un liquide ayant un degré de saturation de l'ordre de 4,5 volumes. il va de soi que les particularités et les caractéristiques ci-dessus décrites pourront subir diverses modifications et diverses adaptations, suivant les exigences particulières d'utilisation ou d'application du saturateur. Par exemple, pourront être prévus des soupapes de sécurité, d'autres systèmes de contrôle du niveau du liquide, d'autres utilisations du gaz prélevé pour les services, etc. Toutes les modifications susceptibles d'être apportées devront, toutefois, être considérées comme parties intégrantes de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Appareil saturateur pour liquides, en particulier pour la saturation de l'eau par de l'anhydride carbonique, constitué par un récipient fermé et pressurisé, dans lequel le liquide est maintenu à un niveau fixé et duquel sortent une buse d'alimentation-vaporisation pour le liquide, située au-dessus de ce niveau, un distributeur du liquide saturé et un alimenteur du gaz sous pression, caractérisé par le fait que ledit dispositif d'alimentation du gaz est équipé d'un système pour la subdivision du débit de gaz en une multitude de petites bulles, qui se dégagent au-dessous du niveau du liquide. 2. Appareil saturateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le système pour la subdivision du gaz en petites bulles est constitué par une ou plusieurs pierres poreuses synthétiques, dans lesquelles a été pratiqué un trou, pénétrant jusqu'à environ le centre desdites pierres, et auquel trou a été branché pneumatiquement un raccord d'envoi du gaz 3. Appareil saturateur, selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le récipient possède en outre, au-dessus du niveauduliquide,au moins un raccord pour le prélèvement du gaz et pour l'envoi de celui-ci à d'autres utilisations ou services, à des dispositifs de recyclage et/ou à des dispositifs de dispersion, et par le fait que la quantité de gaz alimentant l'appareil, est supérieure à la quantité débitée avec le liquide saturé. 4. Appareil saturateur,selon l'une quelconque des Revendications 1 2 et 3, caractérisé par le fait que le récipient est refroidi à l'extérieur au moyen d'un serpentin s'enroulant autour dudit récipient et relié à une installation frigorigène. 5. Appareil saturateur, selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que la buse d'alimentation-vaporisation du liquide est branchée en aval, à l'extérieur du récipient, à un tube, dans lequel le liquide est prérefroidi par échange thermique avec ledit serpentin. 6. Appareil saturateur, selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu' un ou plusieurs serpentins, acheminant le ou les sirops à la sortie, sont disposés en rapport d'échange thermique avec ledit serpentin de refroidissement et/ou avec le liquide, dans le saturateur. 7. Appareil saturateur, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le distributeur de liquide saturé est relié, à travers, au minimum, une soupape d'interception, à un régulateur de débit, formé par un tube muni d'un renflement cônique à petit angle de conicité, dans lequel vient s'emboîter un corps à tête conique, spécialment adapté, pour donner lieu à un passage réglable, réglant le débit en aval du corps de tête conique, en maintenant un écoulement laminaire du liquide, exempt de toute turbulence risquant de réduire considérablement le degré de saturation dua liquida