Brevet FR2406173A1 — publié le 19790511

L'invention concerne un procédé pour le séchage en cinématique continue de produits tels, notamment, que des récipients en verre ou en matière plastique, et notamment, des bouteilles. Les installations dites "en cinématique continue", dans lesquelles les produits se déplacent sans arrêt à travers l'installation d'un mouvement uniforme, à vitesse constante, et dans lesquelles les opérations sont effectuées sur les produits pendant ce mouvement, sont de plus en plus utilisées dans tous les cas où l'on veut atteindre des cadences très élevées. Notamment, des installations en cinématique continue sont utilisées depuis longtemps pour le remplissage, le bouchage et l'étiquetage des bouteilles. Ces installations en cinématique continue sont alors associées à des installations de préparation des bouteilles, qui ne fonctionnent pas en général selon les principes de la cinématique continue, et dans lesquelles les bouteilles sont lavées et séchées et, éventuellement, aseptisées. Le séchage des bouteilles, en particulier, stopère en général dans des étuves où les bouteilles placées sur un convoyeur, sont soumises à un courant d'air chaud. Une telle opération de séchage est très lente et pour pouvoir alimenter l'installation de remplissage et de bouchage en cinématique continue associée à une telle installation de séchage, il est nécessaire de multiplier les lignes de séchage fonctionnant en parallèle.Toutefois, au cours des dernières années, la cadence de fonctionnement des installations en cinématique continue assurant le remplissage, le bouchage, l'étiquetage, etc. s'est considérablement accrue, si bien que l'on peut actuellement traiter sur une seule ligne dix bouteilles par seconde, ou même davantage. L'alimentation de ces installations à trés haute cadence, pose alors de sérieux problèmes car il faut rassembler pour alimenter l'installation à haute cadence en cinématique continue des bouteilles en provenance de multiples lignes de séchage et en dehors des difficultés techniques de manutention ainsi soulevées, on aboutit à un encombrement au sol qui fait perdre une grande partie des avantages obtenus par ailleurs par la mise en oeuvre d'installations à forte cadence.Le problème se pose donc de remplacer le procédé classique de séchage par étuvage par un courant d'air chaud par un procédé de séchage permettant de réduire dans des proportions considérables la durée de l'opération de séchage de façon que celle-ci puisse être elle-me me effectuée sur une installation en cinématique continue qui pourra alimenter directement l'installation à haute cadence en cinématique continue sur laquelle s'effectuent les opérations de remplissage, de bouchage, d'étiquetage, etc. La présente invention a, en conséquence, pour but de créer un tel procédé de séchage rapide permettant d'effectuer le séchage des bouteilles de modèle courant, en quelques secondes seulement, ce procédé étant par ailleurs tel qu'il puisse être mis en oeuvre sur un dispositif intégré à une installation en cinématique continue. A cet effet, l'invention concerne un procédé pour le séchage rapide de produits, notamment des produits tels que des récipients en verre ou en matière plastique, notamment des bouteilles, procédé caractérisé en ce qu'on place le produit, de préférence préalablement égoutté, dans une cavité résonnante, puis on fait agir dans cette cavité un champ électromagnétique hyperfréquentiel pour vaporiser l'eau adhérant as produits, tandis que l'on évacue la vapeur d'eau ainsi produite par un courant de gaz sec. L'expérience a montré que dans le cas de bouteilles de type courant, par exemple de bouteilles de bière de 33 centilitres, le procédé selon l'invention permettait, avec une puissance mise en jeu nettement inférieure à 1 kW,d'obtenir le séchage de la bouteille en moins de 10 secondes. En outre, l'échauffement du verre constituant la bouteille ne dépasse pas 500C, cet échauffement pouvant être très notablement réduit en faisant tourner la bouteille autour de son axe de façon à ne pas toujours exposer la même partie de la bouteille à l'impact du faisceau de micro-ondes alimentant la cavité résonnante. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. L'invention va être décrite plus en détail en se référant à un exemple de réalisation représenté schématiquement sur les dessins ci-joints, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en plan du dispositif de séchage en cinématique continue - les figures 2 et 3 sont respectivement une vue en élévation avec coupe partielle et une vue en plan d'un tronçon de la chaine de véhicule portant les bouteilles à traiter - les figures 4 à 7 montrent schématiquement les opérations mécaniques successives se déroulant sur le barillet de séchage - la figure 8 est une vue schématique en plan du barillet de séchage et des deux barillets d'introduction et d'évacuation - la figure 9 représente schématiquement,en coupe par un plan axial, le barillet de séchage avec une cavité résonnante et son magnétron d'alimentation - la figure 10 représente schématiquement en plan le barillet de séchage et ses deux barillets d'introduction et d'évacuation avec, sur le barillet de séchage, le schéma de l'alimentation des cavités résonnantes. Le dispositif de séchage selon l'invention représenté schématiquement en plan sur la figure 1, comporte le barillet de séchage 1 d'axe vertical 01, auquel sont associés les barillets de transfert 2 et 3 d'axes verticaux 2 et 03, ainsi que les barillets de renvoi 4 et 5 d'axes verticaux 04 et 05. Dans l'exemple représenté, le dispositif de séchage est destiné à assurer le séchage de bouteilles. Une chaine 6, articulée dans le plan horizontal, et-portant des véhicules 7 de transport de bouteilles s'enroule autour de l'ensemble formé par le barillet de séchage 1, les barillets de transfert 2 et 3, et les barillets de renvoi 4 et 5.Une chaine 9 circulant dans un plan horizontal placé au-dessus du plan de la chaine 6 vient s'enrouler sur le barillet de transfert 2 et amène sur ce barillet suivant la flèche F des bouteilles 8, par exemple suspendues à la chaine 9 par des pinces enserrant le goulot des bouteilles, disposées à des intervalles égaux à ceux des véhicules 7 sur la chaine 6. Sur le barillet de transfert 2, les bouteilles 8 sont transférées de la chaine 9 dans le véhicule 7 de la chaine 6. Elles passent alors autour du barillet de renvoi 4 puis suivent la périphérie du barillet de séchage 1. Elles quittent le barillet de séchage 1 par l'intermédiaire des barillets de renvoi 5 et arrivent sur le barillet de transfert 3 où ces bouteilles 8 sont transférées sur une chaine 10 circulant dans un plan horizontal placé au-dessus du plan de circulation de la chaine 6 et qui assure ltévacuation des bouteilles 8 du dispositif de séchage suivant la flèche G. Les figures 2 et 3 représentent respectivement d'une part en élévation avec coupe partielle et, d'autre part, en plan, la chaine 6 et les véhicules 7. La chaine 6 est une chaine dont les maillons sont articulés entre eux autour d'axes verticaux 11. Le véhicule 7 est essentiellement constitué d'une sellette 12 sur laquelle vient reposer la bouteille 8. La bouteille 8 est centrée et est maintenue sur la sellette 12 au moyen de lamelles élastiques 13 réparties sur la périphérie de la sellette 12 et solidaires d'un axe vertical 14 tournant dans des paliers 15 et 151 eux-memes solidaires des maillons de la chaine 6. A l'intérieur des maillons entre les paliers 15 et 15', l'arbre 14 est solidaire d'un galet 16 dont la périphérie est revêtue d'un matériau à coefficient de frottement élevé tel que du caoutchouc ou du polyuréthane. Une courroie 17, animée par rapport à la chaine 6, d'un mouvement relatif suivant la flèche J, peut venir au contact de la périphérie de ces galets et les entrainer en rotation, entrainant également la bouteille 8 en rotation autour de son axe vertical.Sur la figure 2 sont également représentées une cavité résonnante 18 dont le rôle sera expliqué plus loin, ainsi qu'une canule 19 dont le rôle sera également expliqué plus loin. Pour la clarté du dessin, la cavité résonnante 18 et la canule 19 n'ont pas été reproduites sur la figure 3. On se réfère maintenant à l'ensemble des figures 4 à 7 et des figures 8 et 9. La figure 9 montre schématiquement en coupe partielle par un plan axial, le barillet de séchage 1. Ce barillet est essentiellement constitué de trois plateaux 1', 1" et 1"'. Les deux plateaux inférieurs 1" et 1"' comportent sur leur périphérie des alvéoles 20 (figure 8) dans lesquels viennent engrener les axes 11 de la chaine 6 lorsque celle-ci, à sa sortie du barillet de renvoi 4, s'enroule sur le barillet 1. Le plateau supérieur 1' du barillet de séchage 1 porte à sa périphérie les cavités résonnantes 18 qui revêtent la forme de cylindres creux de section circulaire, coaxiaux aux bouteilles 8 et fermés à leurs deux extrémités, et qui se subdivisent suivant un plan axial en deux motiés 18' et 18" (figure 9).Seule la moitié 18' de la cavité résonnante 18 est solidaire du plateau supérieur 1' du barillet de séchage 1 (figure 4), tandis que la moitié 18" est articulée sur cette moitié 18' à l'aide de charnières 21. Si l'on se réfère maintenant à la figure 8, la rotation du barillet de séchage .1 autour de son axe Oî a été subdivisée en 4 angles alpha, bêta, ganaa et delta. Durant la partie de la rotation correspondant à l'angle alpha, c'est-à-dire avant que les bouteilles 8 portées par leurs véhicules 7 et par la chaine 6 soient amenées sur la périphérie du barillet 1, les moitiés 18" des cavités résonnantes 18 sont maintenues à l'horizontale par rapport aux moitiés verticales 18' (figures 4 et 8).Pendant la partie de la rotation correspondant à l'angle bêta, après que la bouteille 8 portée par son véhicule 7 et la chaine 6 soit venue se loger à l'intérieur de la partie 18', la partie 18" mue par un mécanisme approprié qui n'est pas représenté sur les dessins, se rabat progressivement autour des charnières 21 pour venir finalement se placer en position verticale, s'appliquant ainsi contre la partie 18' et reconstituant ainsi la cavité résonnante 18 (figures5 à 7). Simultanément, la canule 19 est déplacée vers le bas par un mécanisme non représenté de façon à ce que son extrémité inférieure pénètre dans la bouteille 8 (figures 5 à 7). Les positions de la partie 18" et de la canule 19 telles qu'elles sont représentées sur la figure 7, sont maintenues durant la partie de la rotation correspondant à l'angle gamma sur la figure 8. Durant cette partie de la rotation, la cavité résonnante 18 est alimentée en énergie hyperfréquentielle, comme cela sera expliqué plus en détail ci-après, tandis que la bouteille 8 est entrainée en rotation autour de son axe par l'intermédiaire du galet 16 et de la courroie 17. L'énergie hyperfréquentielle ainsi injectée dans la cavité résonnante 18 vaporise rapidement l'eau adhérant aux parois de la bouteille et la vapeur d'eau ainsi produite est évacuée par un balayage de gaz sec opéré par l'intermédiaire de la canule 19, si bien qu'à la fin de la partie de la rotation correspondant à l'angle gamma, la bouteille est débarrassée de toute trace d'humidité.Si, après le lavage proprement dit de la bouteille, on a effectué un rinçage de celle-ci à l'eau oxygénée, suivi d'un égouttage, l'opération de séchage telle qu'elle vient d'être décrite, se produisant pendant la partie de la rotation correspondant à l'angle gamma, s'accompagne d'une stérilisation de la bouteille qui permettra, par exemple, de remplir cette bouteille avec un liquide lui-même aseptique et de la boucher sans avoir à effectuer par la suite une stérilisation longue et coûteuse de la bouteille pleine. Le barillet de séchage poursuivant sa rotation, dans la partie de cette rotation correspondant à l'angle delta, les opérations de positionnement de la partie 18" et de la canule 19 telles qu'elles ont été décrites à l'aide des figures 4 à 7 pour la partie de la rotation correspondant à l'angle bêta, s'effectuent alors en sens inverse si bien qu'à la fin de la rotation du barillet de séchage 1 correspondant à l'angle delta la partie 18" et la canule 19 sont revenues dans leurs positions respectives représentées sur la figure 4, et le cycle qui vient d'être décrit peut se reproduire à nouveau. Ainsi, le processus opératoire se déroulant pendant que le barillet de séchage 1 tourne de l'angle bêta + gamma + delta peut se résumer comme suit - la bouteille 8 vient se loger dans la moitié 18' de la cavité résonnante 18. - la partie 18" de la cavité résonnante 18 se rabat pour reconstituer une cavité 18 fermée tandis que la canule 19 pénètre à l'intérieur de la bouteille 8. - un champ électromagnétique hyperfréquentiel est établi à l'intérieur de la cavité résonnante 18 tandis qu'un courant de gaz sec est amené par la canule 19, ces deux actions combinées ayant pour résultat de sécher la bouteille. - tandis que la canule 19 se retire vers le haut, la partie 18' de la cavité résonnante 18 se replace à l'horizontale. - la bouteille 8 est évacuée de la partie 18' de la cavité résonnante 18 ainsi que du barillet de séchage 1 par l'intermédiaire du barillet de renvoi 5. Les figures 9 et 10 montrent à titre d'exemple comment les cavités résonnantes 18 peuvent être alimentées en énergie hyperfréquentielle. Chacune des cavités résonnantes 18 est reliée par l'intermédiaire d'un guide d'onde ou d'un coaxial 22 à un générateur hyperfréquence 23. Ce générateur 23 est dans ce cas constitué essentiellement d'un magnétron. Les puissances mises en jeu dans chacune des cavités résonnantes 18 étant faibles (inférieures à 1 kW), l'encombrement de ce générateur 23 est très réduit, ce qui permet d'associer un générateur à chacune des cavités résonnantes 18 réparties sur la périphérie du barillet de séchage 1. Chacun des générateurs 23 est relié d'une part par des conducteurs 24 à un générateur basse tension 25 et, d'autre part, par des conducteurs 26, sur lesquels est intercalé un commutateur 27 commandé, à un générateur haute tension 28. Les magnétrons 23 sont alimentés en permanence par le générateur basse tension 25, mais par contre ils ne sont alimentés par le générateur haute tension,28 que pendant que la cavité résonnante 18 parcourt l'arc de cercle délimité par l'angle au sommet gamma. Cette alimentation en haute tension du magnétron 23 est enclenchée ou déclenchée par le commutateur 27 commandé de façon appropriée par la rotation du barillet de séchage 1. Le schéma d'alimentation en énergie hyperfréquentielle des cavités résonnantes 18 qui vient d'être décrit n'était donné qu'à titre d'exemple. On pourrait, en effet, concevoir d'autres schémas d'alimentation. Par exemple, le magnétron 23 pourrait être alimenté en permanence aussi bien en haute tension par le générateur 28 qu'en basse tension par le générateur 25 et l'enclenchement ou le déclenchement de l'alimentation de la cavité résonnante 18 en énergie hyperfréquentielle pourrait être commandé par un volet mobile intercalé sur le guide d'onde 22, volet mobile dont le mouvement serait commandé par la rotation du barillet de séchage 1. Une autre solution possible est d'alimenter ltensemble des cavités 18 par un générateur hyperfréquence unique qui pourrait être constitué essentiellement par un magnétron ou un thyratron relié par un réseau de guides d'onde auxdifférentes cavités résonnantes 18. D'autres solutions, intermédiaires entre l'alimentation de chaque cavité résonnante 18 par un magnétron individuel et l'alimentation de l'ensemble des cavités résonnantes 18 par un générateur hyperfréquence commun, peuvent être envisagées, solutions dans lesquelles un certain nombre de cavités résonnantes 18, par exemple deux ou trois, sont alimentées par un magnétron. Pour obtenir un séchage optimal, il est avantageux de déterminer les dimensions de la cavité pour que le mode de résonnance excité soit le mode TE111. Le procédé et le dispositif selon l'invention permettent de sécher rapidement et éventuellement d'aseptiser, tous les récipients en verre ou bien constitués d'une matière plastique ayant des pertes diélectriques faibles à la température ordinaire. Il y a lieu de préciser à ce-sujet que toutes les pièces se trouvant à l'intérieur-de la cavité résonnante 18 c'est-à-dire non seulement la bouteille 8 elle-même, mais également le véhicule 7 avec sa sellette 12, ses lamelles élastiques 13 et la partie supérieure de son axe 14, ainsi que la canule 19, doivent être constitués de matériauxayant -des pertes diélectriques faibles à la température ordinaire, ces matériaux pouvant être des céramiques, du verre, ou des matières plastiques. Le grand avantage du procédé et du dispositif selon l'invention est qu'ils permettent de sécher des p-oduits tels que des bouteilles sur une installation en cinématique continue qui tant au point de vue cadence de production, qu'au point de vue encombreMent, s'intègre parfaitement dans la succession des installations en cinématique continue assurant les autres opérations d'enbouteillage. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté à partir duquel on pourra prévoir autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1) Procédé pour le séchage rapide de produits, notamment de produits tels que des récipients en verre ou en matière plastique, et notamment des bouteilles, procédé caractérisé en ce qu'on place le produit, de préférence préalablement égoutté, dans une cavité résonnante, puis on fait agir dans cette cavité un champ électromagnétique hyperfréquentiel pour vaporiser l'eau adhérant aux produites, tandis que l'on évacue la vapeur d'eau ainsi formée par un courant de gaz sec. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait tourner la bouteille autour de son axe pendant qu'elle est soumise au champ électromagnétique hyperfréquentiel. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le mode excité dans la cavité résonnante est le mode TEl 4) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dispositif caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué d'un barillet de séchage (1), rotatif, muni sur sa périphérie de cavités résonnantes (18) dans lesquelles sont introduites des bouteilles (8) susceptibles d'être mises en rotation autour de leur axe, chacune de ces cavités résonnantes (18) étant reliée par l'intermédiaire d'un guide d'onde (2) ou d'un coaxial (22) à une alimentation en énergie hyperfréquentielle, cette alimentation étant commandée en fonction de la rotation du barillet de séchage (1) par l'intermédiaire d'un dispositif (27) pour fournir de l'énergie hyperfréquentielle à la cavité résonnante (18) pendant une partie de la révolution du barillet de séchage (1) autour de son axe, tandis qu'une canule (19) pénétrant à l'intérieur de la bouteille (18) permet d'envoyer dans celle-ci un gaz sec de balayage, la bouteille ainsi séchée étant ensuite évacuée de la cavité résonnante (18). 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au barillet de séchage (1) sont associés deux barillets de transfert (2 et 3) et deux barillets de renvoi (4 et 5), une chaine articulée de transport (6) s'enroulant autour d'une partie de la périphérie du barillet de contrôle (1), des barillets de transfert (2 et 3) et des barillets de renvoi (4 et 5) pour former une boucle sans fin, les bouteilles (8) étant introduites dans les véhicules (7) portés par la chaine (6) sur le barillet de transfert (2) placé en amont dans le sens de déplacement de la chaine (6), le barillet de renvoi (4) venant appliquer cette chaine (6) contre la périphérie du barillet de séchage (1), et de ce fait, introduire les bouteilles (8) dans des parties (18'), solidaires de la périphérie du barillet de séchage (1), des cavités résonnantes (18),. tandis que de secondes parties (18") de ces cavités résonnantes sont montées à charnière sur les parties (18') et se rabattent lors de la rotation du barillet de séchage (1) pour venir s'appliquer sur les parties (18') et reconstituer ainsi dans leur ensemble les cavités résonnantes (18) en y enprisonnant les bouteilles (8), et que simultanément les canules (19) descendent à l'intérieur des bouteilles (8) et s'y maintiennent pendant toute la durée de l'action de l'énergie hyperfréquentielle dans les cavités résonnantes (18) et du passage du gaz sec de balayage dans les canules (19), pour se retirer ensuite vers le haut tandis que les cavités résonnantes (18) s'ouvrent par basculement vers le haut de leuIsparties(l8") revenant à leurs positions de départ, et que les bouteilles (8) sont évacuées des parties (18') des cavités résonnantes (18) par l'intermédiaire du barillet de renvoi (5) pour être extraites des véhicules de transport (7) sur le barillet de transfert (3). 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les véhicules de transport (7) comportent une sellette (12) munie sur sa périphérie de languettes élastiques (13), cette sellette (12) étant solidaire d'un axe (14) tournant dans des paliers (15 et 15') solidaires de chacun des maillons de la chaine (6), un galet (16) étant solidaire de l'axe (14) et étant susceptible d'entrainer celui-ci en rotation sous l'action d'une courroie (17) adhérant sur la surface périphérique du galet (16). 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la sellette (12), les lamelles élastiques (13) et la partie de l'axe (14) pén4jtrant dans la cavité réconnante (18), ainsi que la canule (19), sont constituées de matériaux présentant de faibles pertes diélectriques à la température ambiante. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les cavités résonnantes sont constituées d'un matériau conducteur de l'électricité. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que chacune des cavités résonnantes (18) est reliée par l'intermédiaire d'un guide d'onde ou d'un coaxial (22)à un générateur d'énergie hyperfréquentielle (23) essentiellement constitué d'un magnétron, chacun de ces générateurs (23) étant relié, d'une part par l'intermédiaire de conducteurs (24) à une alimentation basse tension commune (25) qui l'alimente en permanence, et, d'autre part par l'intermédiaire de conducteurs (26) à une alimentation haute tension (28) qui l'alimente de façon intermittente sous l'action d'un commutateur (27) intercalé sur les conducteurs (26) et commandé par la rotation du barillet de séchage (1). 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que chacune des cavités résonnantes (18) est alimentée en énergie hyperfréquentielle par l'intermédiaire d'un guide d'onde (22) sur lequel est intercalé un volet command par la rotation du barillet de séchage (1), ce volet permettant de couper l'alimentation en énergie hyperfréquentielle de la cavité (18).