Brevet FR2750689A1 — publié le 19980109

SIMPLIFICATION AUX INSTALLATIONS DE REMPLISSAGE DE BOUTEILLES PAR DU GPL La présente invention est relative à un appareil de remplissage automatique de bouteilles ou réservoirs généralement métalliques, par du gaz liquéfié, particulièrement du gaz de pétrole liquéfié (GPL) tel que du butane ou du propane. Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication d'installation de remplissage automatique de bouteille de gaz. I1 est connu par le brevet FR2681 934 (Provençale d'Automation et de Mécanique) une installation de remplissage de bouteille de gaz liquéfié qui comporte une unité de pesage des bouteilles en amont d'un carroussel, un automate programmable relié à l'unité de pesage pour déterminer le poids de gaz à introduire dans chaque bouteille pour son remplissage et commandant la vanne de remplissage qui équipe un poste de remplissage, l'installation comporte également une unité de pesage située en aval du carroussel pour contrôler après remplissage la quantité de gaz effectivement introduit dans les bouteilles ; le carroussel est équipé d'une pluralité de bascules de contrôle du poids de la bouteille lors de son remplissage. La présente invention a pour objectif de procurer des installations ou appareils de remplissage de bouteille de gaz améliorés et simplifiés. L'objectif de l'invention consiste plus particulièrement à permettre de remplir des bouteilles de gaz avec une précision améliorée et à une cadence élevée. En effet, les bascules équipant des carroussel de remplissage ont une précision relativement médiocre ce qui, compte tenu en outre de la constante de temps (ou temps mort ou temps de réaction) des systèmes électromécaniques ou électropneumatiques de fermeture des conduits de remplissage, entraîne des disparités dans le remplissage des bouteilles, de l'ordre d'une centaine de grammes ou plus. I1 en résulte que les bouteilles sont effectivement remplies d'au moins une centaine de grammes au dessus ou au dessous de la valeur de consigne de remplissage ; afin de garantir un remplissage minimum d'une bouteille de gaz à une valeur déterminée, la valeur de consigne devra donc être supérieure d'une centaine de grammes environ à cette valeur déterminée ; il en résulte par conséquent, une perte importante de produit introduit inutilement dans la bouteille. En outre, l'imprécision du remplissage résulte de problèmes liés à la détermination de la tare d'une bouteille ; au sens de la présente demande, le terme "tare" désigne la masse d'une bouteille dont on a extrait le gaz liquéfié ; la tare ainsi définie résulte de la somme de trois composantes - une première composante (qui est normalement la plus importante) est constituée par la masse de la bouteille elle-même cette composante est sujette à des variations au cours de la "vie" (c'est à dire la durée d'utilisation) d'une bouteille, notamment lorsque la bouteille est réparée et/ou du fait de son oxydation -une deuxième composante est constituée par la masse des corps (généralement solides) adhérant à la partie externe de la bouteille tel que la peinture de celle-ci ou de la terre par exemple - une troisième composante est constituée par la masse des corps solides, pâteux ou liquides (généralement épais) présents dans la bouteille, tels que des résidus pétroliers. Du fait de la difficulté de contrôler ou maîtriser les différents paramètres ou phénomènes entrant en ligne de compte dans ces différentes composantes, il en résulte des variations très significatives de la valeur de la tare, d'une bouteille à une autre pourtant réputée identique, ainsi que, pour une bouteille déterminée, tout au long de sa "vie", qui peuvent être de l'ordre de 10 % de la première composante ci-dessus et parfois plus. En outre, les installations de remplissage de bouteilles de gaz liquéfié incorporant des moyens de prise en compte de la tare, par exemple par lecture optique d'une valeur (généralement fausse !) inscrite sur la bouteille, sont complexes et couteuses. Pour les mêmes raisons qu'exposées ci-dessus concernant la précision des appareils de remplissage, les incertitudes ou variations de la valeur de la tare ont des conséquences économiques très lourdes. La solution au problème posé consiste à vider ou vidanger le gaz en phase liquide présent dans les bouteilles automatiquement et systématiquement, avant de remplir les bouteilles. Ceci permet d'éliminer notamment les bascules ou organes de contrôle de poids, à l'entrée et/ou à la sortie d'un carroussel de remplissage, et de s'affranchir des incertitudes liées à la tare des bouteilles. En d'autres termes, l'invention consiste à procurer une installation de traitement (notamment de remplissage) de bouteilles de gaz liquéfié (particulièrement de gaz de pétrole liquéfié), comportant au moins un poste de vidange automatique desdites bouteilles, pour extraire de celles-ci le gaz liquéfié en phase liquide avant de les remplir. Selon des modes préférentiels de réalisation de l'invention - ladite installation comporte, successivement disposés (par référence au sens de déplacement de bouteilles) - un convoyeur d'entrée, - un manège de vidange muni de plusieurs postes de vidange automatique de bouteille, - un convoyeur intermédiaire de transfert des bouteilles sortant dudit manège de vidange automatique, - un manège de remplissage automatique de bouteille de gaz comportant plusieurs postes de remplissage; - un dispositif de transfert des bouteilles du convoyeur d'entrée au manège de vidange, - un convoyeur de sortie et d'évacuation des bouteilles remplies (lequel manège de vidange est par conséquent disposé en amont du manège de remplissage) - ladite installation comporte plusieurs postes de remplissage automatique de bouteilles, chacun desdits postes de remplissage comportant (successivement raccordés sur une canalisation d'arrivée de gaz liquéfié) un débitmètre massique suivi d'une vanne ou électrovanne d'ouverture et de fermeture de la canalisation d'arrivée, et une pince d'emplissage à être raccordée un orifice de remplissage prévu sur la bouteille - ledit poste de vidange automatique comporte un détecteur prévu sur une canalisation d'évacuation de gaz liquéfié, lequel détecteur est sensible à la présence de gaz liquéfié en phase liquide dans ladite canalisation et est de préférence raccordé à un organe électronique de commande des organes électriques ou pneumatiques d'actionnement de chaque poste de vidange du manège de vidange - chacun desdits postes de vidange comporte des moyens de retournement de la bouteille et comporte un organe mobile apte à être raccordé à l'orifice prévu sur les bouteilles lesquels moyens de retournement comportent de préférence des moyens pour soumettre la bouteille disposé sur le poste de vidange ainsi que ledit organe ou pince de vidange, à une rotation selon un axe de préférence sensiblement horizontal, lequel organe ou pince de vidange est de préférence monté mobile en translation par rapport à un support de bouteille équipant le poste de vidange - ladite installation comporte au moins une pompe de vidange raccordée audit poste de vidange par une ou plusieurs canalisation(s) de vidange, et l'installation comporte un joint tournant commun aux différents postes de vidange d'un manège, et de préférence ledit ou lesdits poste(s) de vidange comporte(nt) chacun un joint ou raccord tournant afin de permettre l'évacuation du gaz liquéfié en phase liquide évacué de la bouteille jusqu'à un réservoir de stockage disposé à distance desdits postes de vidange - à chaque poste d'emplissage est associé un organe électronique de commande d'ouverture et de fermeture de la vanne de remplissage en fonction de signaux délivrés par le débitmètre massique associé audit poste - ladite installation est dénuée d'organe (tel qu'une balance) de contrôle de poids de bouteille en entrée d'un carroussel de remplissage et est dénuée d'organe (tel qu'une balance) de contrôle de poids de la bouteille en sortie d'un carroussel de remplissage et est dénuée de balance de contrôle de poids de la bouteille durant son remplissage - ladite installation comporte un carroussel rotatif (d'axe vertical) de vidange automatique de bouteille de gaz et un carroussel rotatif (d'axe vertical) de remplissage de bouteille de gaz qui sont tels que le rapport du nombre de postes équipant le carroussel de vidange au nombre de postes de remplissage équipant le carroussel de remplissage est compris entre 3.33 et 3, de préférence compris entre 0.5 et 2 particulièrement voisin de 0.75 à 1,2. La solution au problème posé consiste également à utiliser un procédé de remplissage de bouteilles de gaz liquéfié selon lequel l'on vide ou l'on extrait de la bouteille la phase liquide résiduelle de gaz liquéfié présent dans la bouteille, avant son remplissage, que l'on contrôle de préférence à l'aide d'un débitmètre massique disposé sur la canalisation de remplissage de la bouteille. I1 a été constaté que des débitmètres peuvent être utilisés dans une installation conforme à l'invention alors que de nombreux essais de débitmètres divers se sont révélés infructueux, et ceci malgré le fait que les installations de remplissage de bouteilles de gaz de pétrole liquifié sont soumises à des contraintes d'environnement sévères notamment en matière de vibrations, de température ambiante pouvant varier par exemple de 00C à 40"C, et de pression d'alimentation en GPL ; en effet la pression à laquelle le gaz est délivré à l'installation de remplissage, peut varier dans des proportions importantes (par exemple de 7 bars à 20 Bars, tandis que la pression dans la bouteille est de l'ordre de 5 bars) en fonction de la conception et du dimensionnement des différents organes situés en amont, à partir d'un réservoir principal de grande capacité à partir duquel le GPL est délivré et acheminé, jusqu'aux appareils de remplissage, incluant différents appareils situés sur les conduits d'alimentation en GPL. L'utilisation d'un débitmètre, de préférence un débitmètre massique direct utilisant l'effet de Coriolis, permet d'obtenir une précision de remplissage des bouteilles de gaz très nettement améliorée, qui est de l'ordre d'une dizaine de grammes environ. Selon d'autres modes préférentiels de réalisation de l'invention - chaque poste du manège d'emplissage comporte une pince d'emplissage et une vanne (telle qu'une électrovanne ou une vanne pneumatique ou auto-pneumatique) disposée entre ledit débitmètre massique et ladite pince d'emplissage, de sorte que l'on maintient le débitmètre massique en pression et on évite par conséquent de favoriser la formation de bulles ou poches gazeuses dans la conduite d'alimentation en GPL située en amont du débitmètre - l'installation comporte en outre un convertisseur de mesure associé à chaque débitmètre, qui est apte à émettre un signal numérique et/ou impulsionnel représentatif de la masse de GPL ayant traversé le débitmètre - chaque poste du manège d'emplissage comporte une unité électronique indépendante de contrôle (telle qu'un automate programmable) apte à commander l'ouverture et la fermeture d'une vanne située sur la conduite de remplissage de la bouteille, laquelle unité de contrôle comporte des moyens de mesure de la masse de GPL traversant le débitmètre après qu'un ordre de fermeture ait été envoyé à ladite vanne, afin de tenir compte du temps de réponse de système électromécanique de coupure de l'alimentation en GPL d'une part, ainsi que des caractéristiques hydrodynamiques transitoires de la vanne lors de sa fermeture d'autre part - chaque poste d'emplissage comporte successivement disposés sur le conduit d'alimentation en GPL : un débitmètre massique (et son convertisseur associé), une vanne de fermeture d'une canalisation d'alimentation en GPL, et une pince d'emplissage -l'installation est dénuée d'un régulateur de pression d'alimentation en GPL - ledit débitmètre massique comporte deux tubes en forme de boucle parallèles superposées ou juxtaposées, chaque boucles étant équipée d'un barreau transversal ou diamétral monté sur une barre de torsion, chacune des boucle étant apte à osciller en rotation autour de l'axe longitudinal de la barre de torsion sous l'action d'actionneurs électromagnétiques, lesdites deux boucles étant aptes à osciller en opposition de phase et ledit débitmètre comporte deux détecteurs inductifs sensibles aux mouvements d'oscillation ou de torsion desdites boucles, et comporte des moyens de délivrance d'un signal proportionnel au déphasage entre les déplacements desdites deux boucles, qui est proportionnel au débit massique traversant le débitmètre. L'invention permet de proposer des installations de remplissage automatique très simples, très précises, peu coûteuses et dont la maintenance est très nettement facilitée comparativement aux installation munies de bascules comportant des ensembles électromécaniques complexes et en outre volumineux ; en outre de telles installations de remplissage utilisant des débitmètres massiques ne nécessitent pas de contrôle de réglage des débitmètres (de contrôle de dosage) après la mise en service, et permettent d'assurer une très grande répétabilité ou fidélité d'emplissage. En outre, grâce à une très grande sensibilité et à une très grande dynamique de ce type de capteur, il est possible de tenir compte pour le contrôle de remplissage d'une bouteille, de la quantité de gaz introduite dans celle-ci après qu'une vanne de fermeture de la conduite d'alimentation de celle-ci ait été commandée, c'est à dire de continuer de mesurer la quantité de gaz introduite dans la bouteille pendant ( et le cas échéant après) la fermeture de cette vanne. Les nombreux avantages procurés par l'invention seront mieux compris au travers de la description suivante qui se réfère aux dessins annexés, qui illustrent sans aucun caractère limitatif des modes préférentiels de réalisation d'une installation selon l'invention. Sauf indication contraire les repères numériques identiques dans les différentes figures, désignent des éléments identiques ou similaires. La figure 1 illustre en perspective schématique une installation de remplissage automatique de bouteille de gaz équipée d'un manège de vidange automatique conformément à l'invention. La figure 2 illustre en vue schématique un détail de réalisation selon un mode préféré d'un poste de vidange automatique d'une installation conforme à l'invention, et est une vue selon II-II de la figure 1. Par référence aux figures 1 et 2, l'installation 1 de remplissage automatique de bouteille de gaz 2, comporte un convoyeur d'entrée 1 1 à bande ou à chaîne, d'axe longitudinal 30, et comporte un convoyeur 13 d'axe longitudinal 31 d'évacuation des bouteilles 2 après leur remplissage sur le manège 5. L'installation comporte un dispositif 28 d'introduction ou transfert des bouteilles 2 avant leur remplissage, du convoyeur 11 sur un support 4 ou poste de vidange, lequel dispositif 28 peut être essentiellement constitué par un vérin actionnant un poussoir 53 selon un axe 29 selon lequel s'étend un support de transfert intermédiaire (repère 32 figure 2), afin que toutes les bouteilles déplacées par le convoyeur 1 1 selon la flèche 9 soient transférées sur le manège 3 de vidange. Le manège 5 de remplissage et le manège 3 de vidange comportent chacun un support 46 horizontal en forme de plateau ou disque ou couronne d'axe vertical 8, respectivement 7, lesquels supports (et lesquels manèges) sont montés rotatifs comme illustré par la flèche 10 selon cet axe vertical 8, 7, sous l'action d'un moteur respectif 26. Le manège d'emplissage 5 comporte une pluralité de postes ou emplacements 6 juxtaposés de remplissage sur chacun desquels une bouteille peut être introduite, venant d'un convoyeur intermédiaire 12, par un dispositif mécanique (non représenté) par exemple similaire au dispositif 28. Le fonctionnement des convoyeurs 11 à 13, du dispositif de transfert 28 et des moteurs 26 d'entraînement des manèges 3, 5 est placé sous la commande d'une unité centrale 27 telle qu'un automate programmable. Chaque poste ou emplacement 6 de remplissage est équipé d'un débitmètre massique direct 17 placé sur une canalisation 14 d'alimentation en GPL du poste considéré. Une vanne 16 telle qu'une électrovanne est disposée en aval du débitmètre massique 17, sur la canalisation 14 par exemple souple reliant le débitmètre massique 17 à une pince 15 d'emplissage apte à être connectée sur l'embout de remplissage (repère 47 figure 2) d'une bouteille disposée sur le poste 6. Les différents débitmètres massiques équipant chacun des postes 6 sont chacun associé à un convertisseur (non représenté), qui délivre un signal électrique impulsionnel représentatif de la masse de GPL ayant traversé le débitmètre massique ; chacun de ces convertisseurs délivre ledit signal à destination d'un organe électronique 25 de préférence situé sur le carroussel 5 à l'intérieur d'une armoire pressurisée 19, qui peut traiter les signaux émis par le convertisseur associé à un des débitmètres massiques et les transmettre le cas échéant (par l'intermédiaire d'un joint rotatif ou joint tournant pressurisé 18) à l'unité de contrôle centrale 27 gérant l'installation de remplissage ; le pilotage de chacune des vannes 16 (par des signaux électriques ou pneumatiques de commande d'ouverture ou de fermeture) est effectué de préférence indépendamment par l'organe 25 associé au débitmètre et à ladite vanne 16 correspondante ou alternativement de manière centralisée par l'unité centrale 27. Le manège 3 de vidange comporte un détecteur 21 de gaz liquéfié en phase liquide qui peut équiper chaque poste 4 de vidange automatique ou bien, comme illustré figures 1 et 2 particulièrement, peut comporter un seul détecteur 21 commun aux différents postes de vidange du carroussel 3 ; ce détecteur 21 est monté sur une canalisation 50, 51 reliant une pince de vidange 41 à une pompe 22 de vidange et d'évacuation du gaz de pétrole liquéfié sous forme liquide vers un réservoir (non représenté) par l'intermédiaire d'un raccord tournant 43 équipant le manège et d'une canalisation 49 ; les signaux délivrés par le détecteur 21 permettent de déterminer que le gaz liquéfié en phase liquide a été extrait d'une bouteille en cours de vidange, et permettent alors de commander l'expulsion de la bouteille hors du poste de vidange à destination d'un poste d'emplissage, et le cas échéant de commander la marche et l'arrêt de la pompe 22 d'évacuation du GPL récupéré. Par référence à la figure 2 particulièrement, le manège 3 de vidange du gaz en phase liquide résiduel présent dans les bouteilles 2 est disposé à proximité du convoyeur 1 1 acheminant les bouteilles 2 un poste 4 constituant un module du manège 3 de vidange peut recevoir une bouteille 2 transférée du convoyeur 1 1 au poste 4 par l'éjecteur 28 à vérin muni d'un poussoir 53 et déplaçant la bouteille 2 selon la flèche 33 par exemple par l'intermédiaire d'un support ou moyen de transfert intermédiaire 32 tel qu'un convoyeur à rouleaux. Le poste 4 de vidange comporte un support 40 de bouteille en forme de plaque ou de plateau horizontal sur lequel la bouteille 2 peut être disposée sensiblement dans le prolongement de l'axe 37 vertical d'actionnement d'un vérin 42 apte à déplacer selon un mouvement de translation 34 une pince 41 de vidange apte à venir coopérer avec l'organe 47 ou orifice prévu en partie supérieure de la bouteille 2 pour récupérer le gaz en phase liquide contenu dans cette bouteille lorsque l'ensemble constitué par cette dite pince 41, et cette dite bouteille sur le support 40 est retourné, c'est à dire a subi par rapport à la position représentée figure 2 une rotation 36 (selon un axe 35 horizontal) de 1800 par exemple. Cette rotation de l'ensemble peut être obtenue par un vérin 44 entraînant en translation verticale une crémaillère 45 entraînant elle même par l'intermédiaire d'un pignon denté, un arbre s'étendant selon l'axe horizontal 36, qui est muni d'un joint tournant 23 permettant le raccordement de la canalisation 5 1 mobile montée sur la partie pivotante du poste 4 à la canalisation 50 qui est fixe, c'est à dire liée au plateau ou support 46 tournant du manège 3. A cet effet, un support 39 en forme d'arche ou de "C" est monté à l'extrémité de l'arbre s'étendant selon l'axe 35, et reçoit sur l'une de ses branches ledit vérin 42 d'actionnement en translation de la pince 41, et reçoit par l'intermédiaire de son autre branche (et d'un raccord 38) ledit support 40 de bouteille 2 ; ledit arbre s'étendant selon l'axe 35 est monté rotatif selon cet axe grâce à un palier de rotation prévu en partie supérieure d'un support (ou chaise) 52 reposant sur le plateau 46 du manège 3 ; ledit plateau 46 est monté pivotant comme repéré par la flèche 10 selon l'axe 7 vertical de rotation du manège 3 et repose par l'intermédiaire de pieds 48 sur le sol dans lequel est prévue une canalisation 49 de retour du GPL récupéré par le manège de vidange vers un réservoir (non représenté). REVENDICATIONS 1. Installation (1) de traitement de bouteilles (2) de gaz liquéfié, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un poste (4) de vidange automatique desdites bouteilles. 2. Installation selon la revendication 1 qui comporte, successivement disposés par référence au sens (9) de déplacement de bouteilles - un convoyeur (11) d'entrée, - un manège (3) de vidange muni de plusieurs postes (4) de vidange automatique des bouteilles, - un convoyeur (12) intermédiaire de transfert des bouteilles sortant dudit manège 3 de vidange automatique, - un manège (5) de remplissage automatique de bouteille de gaz comportant plusieurs postes (6) de remplissage; - un dispositif (28) de transfert des bouteilles (2) du convoyeur (11) d'entrée au manège (3) de vidange, - un convoyeur (13) de sortie et d'évacuation des bouteilles remplies. 3. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 qui comporte plusieurs postes (6) de remplissage automatique des bouteilles (2), chacun desdits postes de remplissage comportant, successivement disposés sur une canalisation (14) d'arrivée de gaz liquéfié : un débitmètre (17) massique, une vanne (16) d'ouverture et de fermeture de la canalisation (14) d'arrivée, et une pince (15) d'emplissage apte à être raccordée à un orifice de remplissage prévu sur la bouteille. 4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans laquelle ledit ou lesdits poste(s) (4) de vidange automatique comporte(nt) un détecteur (21) prévu sur une canalisation (50, 51) d'évacuation de gaz, lequel détecteur (21) est sensible à la présence de gaz liquéfié en phase liquide dans ladite canalisation. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans laquelle ledit ou lesdit(s) poste(s) de vidange comporte(nt) des moyens de retournement de la bouteille et comporte(nt) un organe (41) mobile apte à être raccordé à un orifice (47) prévu sur les bouteilles, lesquels moyens de retournement comportent de préférence des moyens pour soumettre la bouteille disposée sur le poste de vidange ainsi que ledit organe (41) de vidange à une rotation (36) selon un axe (35) de préférence sensiblement horizontal, lequel organe ou pince (41) de vidange est de préférence monté mobile en translation (34) par rapport à un support (40) de bouteille (2) équipant le poste de vidange. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 qui comporte au moins une pompe (22) de vidange raccordée audit (auxdits) poste(s) (4) de vidange par une ou plusieurs canalisation(s) (49, 50, 51) de vidange, laquelle installation comporte un joint tournant (43) commun aux différents postes de vidange d'un manège (3), et de préférence ledit ou lesdits poste(s) de vidange (4) comporte(nt) chacun un joint ou raccord tournant (23) afin de permettre l'évacuation du gaz liquéfié en phase liquide provenant de la bouteille jusqu'à un réservoir de stockage disposé à distance dudit ou desdits poste(s) de vidange. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 3 à 6 dans laquelle à chaque poste (6) d'emplissage est associé un organe électronique (25) de commande d'ouverture et de fermeture de la vanne (16) de remplissage en fonction de signaux délivrés par le débitmètre massique (17) associé audit poste (6) d'emplissage. 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 qui est dénuée d'organe de contrôle de poids de bouteille en entrée d'un carroussel de remplissage et est dénuée d'organe de contrôle de poids de bouteille en sortie d'un carroussel de remplissage et est dénué d'organe de contrôle de poids de la bouteille durant son remplissage. 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 qui comporte un carroussel (3) rotatif d'axe vertical de vidange automatique de bouteilles de gaz et un carroussel (5) rotatif d'axe vertical de remplissage de bouteilles de gaz qui sont tels que le rapport du nombre de postes (4) équipant le carroussel (3) au nombre de postes (6) équipant le carroussel (5) est compris entre 3.33 et 3, de préférence compris entre 0.5 et 2. 10. Procédé de remplissage de bouteilles de gaz liquéfié caractérisé en ce que l'on vide la bouteille de la phase liquide résiduelle de gaz liquéfié présent dans la bouteille avant son remplissage, que l'on contrôle de préférence à l'aide d'un débitmètre massique disposé sur la canalisation de remplissage de la bouteille.