Brevet FR2547017A1 — publié le 19841207

"APPAREIL POUR FOUENIR UN FILET CONTINU D'UN LIQUIDE CRYOGE 7:IQUE, NOTAMOENT Dt AZOTE LIQUIDE". La présente invention est relative à un appareil pour fournir un filet continu d'un liquide cryogénique, notamment d'azote liquide, du type comprenant un dispositif de régulation de pression pourvu d'une conduite d'arrivée de liquide et d'une conduite de sortie de liquide Elle s'applique notamment à la pressurisation de bottes de conserves par vaporisation d'azote liquide. Les fabricants de récipients, en particulier de boîtes métalliques pour liquides de grande consommation tels que les boissons, ont été amenés, pour des raisons de prix de revient, à utiliser des épaisseurs de matière, en particulier de métal, de plus en plus réduites Il en résulte une diminution de la résistance mécanique de ces récipients et un danger d'écrasement lorsqu'on les empile les uns sur les autres Si les récipients contenant un produit dégageant un gaz par lui-même, par exemple une boisson carbonatée, résistent relativement bien à l'écrasement, il n'en est pas de même pour les récipients renfermant un liquide non gazeux, par exemple une boisson plate telle que l'eau minérale, un jus de fruit, etc On procède dans ce cas à une pressurisation artificielle des récipients, avant le sertissage de leur couvercle, par introduction de quelques gouttes de gaz liquéfié, généralement de l'azote, ce qui permet de résoudre le problème de l'écrasement. Lorsque cette technique est appliquée à des machines de conditionnement à forte cadence, c'est-à-dire capables de remplir 30.000 à 120 000 récipients à l'heure disposés en une seule file, il ne peut être question d'interrompre l'écoulement d'azote liquide entre les récipients successifs; on préfère alors laisser couler un filet continu d'azote liquide et admettre une petite perte de liquide entre les récipients successifs qui défilent à grande vitesse sous l'orifice de déversement de ce liquide. Un problème se pose lorsque, pour une raison quelconque, le défilement des récipients est momentanément interrompu En effet, il serait souhaitable de pouvoir interrompre simultanément l'écoulement d'azote, mais la présence d'une simple électrovanne d'arrêt sur la conduite de sortie de liquide conduirait à une entrée de chaleur engendrant des bulles dans l'orifice de sortie, ce qui est absolument prohibé dans cette application Le même problème se pose si l'on souhaite ajuster le débit d'azote liquide à des vitesses de défilement variables. L'invention a pour but de fournir des moyens simples et efficaces pour arrêter à volonté tout ou partie de l'écoulement de liquide sans perturber cet écoulement pendant le fonctionnement normal de l'installation. A cet effet, l'invention a pour objet un appareil du type précité, caractérisé en ce que la conduite de sortie est équipée d'une vanne d'arrêt combinée à un dispositif de dégazage situé en aval de son siège d'obturateur. Dans un premier mode de réalisation, la vanne d'arrêt comprend un corps pourvu, en aval du siège d'obturateur, d'une chambre de dégazage qui communique avec l'extérieur par un évent situé à l'extrémité supérieure de cette chambre. Dans un autre mode de réalisation, en aval de la vanne d'arrêt est monté un purgeur adapté pour se mettre à l'atmosphère lorsque le liquide qu'il contient descend au-dessous d'un niveau prédéterminé. Quelques exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation de l'appareil suivant l'invention; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale à plus grande échelle d'un détail de cet appareil; la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un deuxième mode de réalisation de l'appareil suivant l'invention; la figure 4 est une vue partielle en coupe longitudinale, à plus grande échelle, d'une variante de l'appareil de la figure 3, adaptée pour assurer le réglage du débit de liquide; la figure 5 est une vue analogue d'une-autre variante; et les figures 6 et 7 sont des vues partielles en perspective de deux autres appareils suivant l'invention capables d'assurer le réglage du débit de liquide. L'appareil représenté à la figure 1 est destiné à fournir en service normal un filet continu d'azote liquide à une série de récipients ou boîtes cylindriques en aluminium de faible épaisseur qui défilent à grande vitesse sous son orifice 1 de déversement, en étant supportées par un transporteur L'orifice 1 a un diamètre faible, par exemple compris entre 1 et 2 mm; le débit d'azote liquide est faible lui aussi-, par exemple de l'ordre de 15 1/h pour une cadence de défilement de l'ordre de 30 000 boites par heure. En particulier, ces boîtes peuvent contenir une denrée alimentaire telle qu'une boisson plate; en passant sous l'orifice 1, chacune d'elles reçoit quelque gouttes d'azote liquide, puis est fermée hermétiquement par un autre appareil non représenté; l'azote se vaporise dans les boîtes fermées et met celles-ci sous pression, ce qui assure leur bonne tenue mécanique ultérieure Dans une autre application, on peut envisager de déverser une petite quantité d'azote liquide dans les boites vides, en amont de leur poste de remplissage, afin d'en évacuer l'air par vaporisation de l'azote. L'appareil de la figure 1 comprend un dispositif 2 de régulation de la pression d'azote liquide à l'orifice 1 Ce dispositif 2 est alimenté par une conduite 3 d'arrivée d'azote liquide et délivre l'azote liquide sous pression régulée par une conduite de sortie 4 Cette dernière est équipée à son extrémité aval d'une électrovanne 5 combinée à un dispositif de dégazage. Le dispositif de régulation 2 comporte un récipient 6 dans lequel plonge un tube d'entrée vertical perforé 7 pourvu d'une électrovanne 8 et auquel se raccorde la conduite 3 L'électrovanne 8 est commandée par une sonde 9 de détection du niveau d'azote liquide, laquelle peut être de tout type connu Le récipient 6 comporte encore une cloison verticale anti-remous 10 et, à sa partie supérieure, un conduit d'évent 11 ouvert à l'atmosphère. La conduite de sortie 4, qui part verticalement du fond du récipient 6, est constituée par un double tube intérieur 12 et extérieur 13 L'intervalle annulaire 14 qui les sépare est fermé à son extrémité inférieure, et le tube intérieur 12 communique à cette extrémité avec l'intervalle 14 par une couronne de trous 15 Ce même tube 12 débouche enfin dans l'orifice d'entrée 16 de l'électrovanne , que l'on voit mieux à la figure 2. L'électrovanne 5 est constituée d'un corps 17 et d'un dispositif d-'actionnement 18 Le corps 17-forme un conduit allongé divisé en une chambre supérieure et en une chambre inférieure par une chicane horizontale 19 De part et d'autre de cette dernière s'étend une large ouverture latérale 20 obturable par un clapet 21. Juste au-dessous de la chicane 19, à l'opposé de l'ouverture 20, est percé un petit évent 22, dont le diamètre peut être de l'ordre de 0,5 mm Devant cet évent, dans la chambre inférieure 23 du corps 17, est monté un tamis oblique 24 Une tubulure coudée 25 ouverte vers le bas est fixée extérieurement au corps 17 autour de l'évent 22 La chambre 23 se termine à son extrémité inférieure par l'orifice 1 de déversement de l'azote liquide. Le dispositif d'actionnement 18 est constitué par un solénoïde dont la partie mobile 26 porte le clapet 21. L'ensemble de l'appareil est convenablement isolé thermiquement De préférence, l'électrovanne 5 est pourvue d'une isolation séparée démontable, pour permettre d'intervenir commodément en cas de panne Pour la clarté du dessin, seule l'isolation du dispositif 2-a été représentée. En fonctionnement normal, l'azote liquide arrive dans le récipient 6 par la conduite 3 et le tube 7 et est maintenu à un niveau constant dans ce récipient par la sonde 9 et l'électrovanne 8, ce qui assure à l'orifice 1 une pression constante d'azote liquide égale à la colonne de liquide surmontant cet orifice. L'électrovanne 5 est ouverte, de sorte que l'azote liquide contourne la chicane 19 et s'écoule en un filet continu par l'orifice 1. L'azote liquide qui entoure le tube 12 assure une isolation thermique parfaite de ce tube Les entrées de chaleur qui atteignent la conduite 4 se traduisent par la formation de bulles dans l'espace annulaire 14; ces bulles, en remontant dans le récipient 6, créent une circulation d'azote liquide du tube 12 au tube 13 par les trous 15, suivant les flèches indiquées Ceci assure que seul du liquide franc atteint l'électrovanne 5 De plus, les entrées de chaleur au niveau de cette dernière ont pour résultat la formation de bulles dans la chambre 23; ces bulles se rassemblent sous la chicane 19 (la séparation des phases étant favorisée par le tamis 24), et l'azote gazeux s'évacue par l'évent 22. Ainsi, c'est du liquide franc qui sort par l'orifice inférieur 1, ce qui est une condition impérative pour que les récipients reçoivent une quantité d'azote liquide sensiblement constante Les gouttelettes de liquide qui passent éventuellement 2547 '01 par l'évent 22 sont récupérées par la tubulure 25 et tombent elles aussi dans les récipients, ce qui limite les pertes d'azote liquide. Lorsqu'un incident de la chaine de conditionnement oblige à interrompre momentanément le défilement des récipients, on ferme l'électrovanne 5 en appliquant le clapet 21 contre son siège, lequel est constitué par la partie de l'ouverture 20 située sous la chicane 19 L'azote liquide contenu dans la chambre 23 se vide, puis l'écoulement s'arrête Lors du redémarrage du transporteur, on ouvre de nouveau l'éléctrovanne 5, et un écoulement continu de liquide franc se rétablit très rapidement. La figure 3, sur laquelle ont été représentés un récipient R et le transporteur T, illustre un appareil qui ne diffère du précédent que par son dispositif d'arrêt de l'écoulement d'azote liquide En effet, la conduite 4 alimente par son tube intérieur 12 une électrovanne classique 5 A adaptée pour le niveau de température considéré et débouchant dans un purgeur 27, que l'on voit mieux à la figure 4. Le purgeur 27 est constitué d'un récipient 28 qui contient un flotteur 29 et est muni à son sommet d'un raccord de purge 30 A ce dernier est relié un tube-évent 31 débouchant à l'air libre et équipé d'un robinet d'arrêt 32 normalement ouvert. Sur la partie inférieure du raccord 30 est articulée une extrémité d'un levier horizontal 33 portant un téton obturateur 34. L'extrémité libre de ce levier est en prise avec un crochet 35 fixé au sommet du flotteur 29 L'orifice 1 de déversement de l'azote liquide est prévu au bas du récipient 28. En fonctionnement normal (figure 3), l'électrovanne 5 A étant ouverte, l'azote liquide parvient sous pression régulée dans le récipient 28 et soulève le flotteur 29, ce qui provoque la 3 o fermeture du raccord 30 par le téton 34 Les bulles qui se forment dans ce récipient se rassemblent dans la partie supérieure de celui-ci, ce qui assure un écoulement de liquide franc par l'orifice 1 Ces bulles font monter la pression dans le récipient 28 en repoussant vers le bas l'azote liquide, et donc le flotteur 29 et le levier 33 qui en est solidaire Dès qu'une certaine surpression s'est développée, la descente du flotteur ouvre donc le raccord 30, ce qui assure la purge du gaz excédentaire Lorsqu'on ferme l'électrovanne 5 A, le récipient 28 se vide et, lors du redémarrage, l'azote est immédiatement dégazé dans le purgeur 27 et s'écoule tout de suite sous forme de liquide franc. Comme représenté, il est avantageux d'entourer l'orifice l par une cloche 36 afin de limiter l'accès de l'humidité et de la chaleur vers cet orifice. L'appareil de la figure 4 est analogue à celui de la figure 3, mais la conduite 4 est pourvue, juste en amont de l'électrovanne 5 A, d'un dispositif 37 de réglage de la pression, ce qui convient particulièrement lorsque l'azote liquide est fourni par la conduite 4 sous une pression relativement élevée, par exemple de l'ordre de 0,3 à 1,5 bar relatif Ce dispositif 37 se compose d'une vanne à aiguille 38, éventuellement motorisée et automatisée, précédée d'un second purgeur 39 identique au purgeur 27 Ce second purgeur est nécessaire car le laminage du liquide assuré par la vanne 38 n'est efficace que s'il agit sur du liquide f ranc La pression se lit sur un manomètre 40 relié au purgeur 27. L'appareil de la figure 4 comporte en outre un dispositif d'interruption instantanée de l'écoulement d'azote liquide dans les récipients R lors des arrêts du transporteur T Ce dispositif est constitué par une palette rétractable 41 actionnee par un vérin pneumatique 42 En variante (figure 5), il peut s'agir d'une buse à air comprimé 43 dirigée sur le filet d'azote liquide Un tel dispositif permet d'éviter de déverser une quantité excessive d'azote liquide dans le récipient arrêté sous l'orifice 1, et d'écarter par suite le risque d'éclatement de ce récipient après son bouchage. Dans la variante de la figure 5, l'orifice 1 est équipé d'un bouchon poreux conique 44 Ainsi, l'azote liquide sort avec une pression relative pratiquement nulle, même si l'alimentation est assurée par un dispositif de régulation adapté pour fournir ce liquide sous une pression relativement élevée Ceci permet d'éviter l'effet d'impact de l'azote liquide dans les récipients et donc de ne pas causer de projections hors de ceux-ci du produit qu'ils contiennent ou de l'azote liquide lui-même. A la figure 5 également, on a représenté une dérivation 45 qui relie la conduite 4,en amont de l'électrovanne 5 A, au tube-évent 31, en amont du robinet 32, qui est ici une électrovanne La dérivation 45 comporte un serpentin vaporiseur 46 et une électrovanne 47. Lorsqu'on ferme l'électrovanne 5 A, on ferme également l'électrovanne 32 et on ouvre l'électrovanne 47 Ainsi, de l'azote se vaporise dans le serpentin 46, parvient dans le purgeur 27, chasse rapidement l'azote liquide qui y est contenu, puis s'échappe par l'orifice 1 en maintenant dans le purgeur une atmosphère d'azote sec et froid Ceci réduit les risques d'accumulation de glace autour de l'orifice 1. Les figures 6 et 7 illustrent deux montages permettant de régler la quantité d'azote liquide fournie à chaque récipient R A la figure 6, entre le purgeur amont commun 39 et le purgeur aval commun 27 sont montées trois tubulures 4 A en parallèle débouchant dans deux collecteurs 4 B et équipées chacune d'un organe d'étranglement 38 A et d'une électrovanne 5 A A la figure 7, ces trois tubulures 4 A sont montées entre le purgeur amont commun 39 et trois purgeurs aval respectifs 27 pourvus chacun d'un orifice 1 de = déversement d'azote liquide. En particulier, aux figures 6 et 7, les trois organes 38 A peuvent avoir des sections de passage différentes, par exemple dans des rapports 1, 2 et 3, ce qui permet, en ouvrant une, deux ou trois électrovannes 5 A d'obtenir six débits différents, dans des rapports échelonnés de 1 à 6 - Les appareils des figures 6 et 7 comme celui de la figure 4 permettent d'adapter le débit d'azote liquide aux variations de vitesse du transporteur T, en particulier à ses phases de montée en vitesse Le réglage de la vanne 38 (figure 4) ou l'ouverture sélective d'une ou de plusieurs électrovannes 5 A (figures 6 et 7) peut s'effectuer automatiquement en détectant, en aval, la pression intérieure des récipients R après fermeture, par exemple par mesure du bombé de leur couvercle La possibilité de modifier le débit d'azote liquide permet également d'adapter l'appareil à diverses utilisations d'une même installation (récipients R vides ou contenant des liquides à différentes températures). Un montage analogue à celui de la figure 7 peut s'adapter à l'appareil de la figure 1 Pour cela, on fait déboucher vers le 25470:17 bas le tube 13 dans un collecteur horizontal fermé aux deux extrémités et divisé à mi-hauteur par une t 8 le perforée horizontale; le tube intérieur 12 se prolonge jusqu'au-dessous de cette t 8 le, et plusieurs tubulures, par exemple au nombre de trois, partent de la génératrice inférieure dudit collecteur et alimentent respectivement des électrovannes telles que l'électrovanne 5 de la figure 2 Ainsi est assuré un dégazage d'une part dans le tube double 12 13, d'autre part dans le collecteur horizontal, et enfin dans le corps 17 de chaque électrovanne 5. REVENDICATIONS 1 Appareil pour fournir un filet continu d'un liquide cryogénique, notamment d'azote liquide, du type comprenant un dispositif de régulation de pression ( 2) pourvu d'une conduite ( 3) d'arrivée de liquide et d'une conduite ( 4) de sortie de liquide, caractérisé en ce que la conduite de sortie ( 4) est équipée d'une vanne d'arrêt ( 5; 5 A) combinée à un dispositif de dégazage ( 22 27) situé en aval de son siège d'obturateur. 2 Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne d'arrêt ( 5) comprend un corps ( 17) pourvu, en aval du siège d'obturateur, d'une chambre de dégazage ( 23) qui communique avec l'extérieur par un évent ( 22) situé à l'extrémité supérieure de cette chambre. 3 Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'un tamis ( 24) est disposé dans la chambre de dégazage ( 23), devant l'évent ( 22). 4 Appareil suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'une tubulure coudée ( 25) ouverte vers le bas prend naissance à la sortie de l'évent ( 22). Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'en aval de la vanne d'arrêt ( 5 A) est monté un purgeur ( 27) adapté pour se mettre à l'atmosphère lorsque le liquide qu'il contient descend au-dessous d'un niveau prédéterminé. 6 Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'une dérivation ( 45) formant vaporiseur relie ladite conduite de sortie ( 4), en amont de la vanne d'arrêt ( 5 A), au conduit d'évent ( 31) du purgeur ( 27), cette dérivation ainsi que le conduit d'évent, en aval de celle-ci, étant équipés chacun d'un robinet d'arrêt ( 47, 32). 7 Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite conduite de sortie ( 4) comprend, sur au moins une partie de sa longueur à partir du dispositif de régulation de pression ( 2), un tube intérieur ( 12) entouré d'un tube extérieur ( 13) avec lequel il communique à son extrémité aval. 8 Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite conduite de sortie débouche dans un collecteur ( 4 B)d'o partent plusieurs tubulures ( 4 A) d'alimentation de vannes d'arrêt ( 5 A) combinées à un dispositif de dégazage commun ( 27) ou à des dispositifs de dégazage respectifs ( 27). 9 Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'en amont de la ou de chaque vanne d'arrêt ( 5 A) est monté un dispositif de réglage de débit ( 37) constitué d'un deuxième dispositif de dégazage ( 39) suivi d'un organe d'étranglement ( 38; 38 A). 10 Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'orifice ( 1) de déversement de liquide est muni d'un bouchon poreux ( 44). 11 Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que sous l'orifice ( 1) de déversement de liquide est disposé un dispositif d'arrêt instantané du liquide, notamment une palette rétractable ( 41) ou une buse ( 43) de gaz comprimé.