Brevet FR2765661A1 — publié le 19990108

La présente invention est relative à un appareil de fourniture d'un liquide cryogénique, du type comprenant une conduite principale thermiquement isolée dans laquelle est monté un organe d'étranglement du courant de liquide. Elle s'applique notamment à la fourniture régulée d'azote liquide à des récipients en défilement, en vue de leur inertage et/ou de leur pressurisation. Comme il est bien connu, les entrées de chaleur inévitables dans les conduites véhiculant les liquides cryogéniques provoquent l'apparition de bulles dans ces liquides, ce qui rend difficile leur transfert à débit constant, notamment pour des débits inférieurs à 10 1/h. Une situation particulièrement sensible à ce phénomène se rencontre dans le procédé de pressurisation de boîtes de conserve par l'azote liquide. Dans cette technique, une rangée de boites de conserve au contact les unes des autres défile, après leur remplissage par un produit non gazeux, par exemple par une boisson plate, sous une buse d'o coule un mince filet d'azote liquide. Chaque boîte reçoit ainsi quelques gouttes d'azote liquide, puis est fermée hermétiquement. Le début de la vaporisation de l'azote, avant fermeture de la boîte, chasse l'air de la boîte, assurant ainsi l'inertage du produit. Puis, après la fermeture de la boîte, la fin de la vaporisation de l'azote met la boîte en surpression, ce qui permet de la manutentionner à volonté sans risque de cabossage ou d'écrasement. Comme on le comprend, si la quantité d'azote liquide reçue par une boîte est trop faible, la pressurisation ne sera pas suffisante pour maintenir l'intégrité de la boîte et, si cette quantité est excessive, la boite risque d'exploser. Les chaînes de remplissage actuelles font défiler plusieurs dizaines de boîtes par seconde sur une seule file, et des cadences de plus en plus élevées sont envisagées. Si l'on tient compte en outre des périodes d'accélération et de freinage des chaines pendant les phases de démarrage et d'arrêt de l'installation, on comprend qu'un réglage très précis du débit d'azote liquide déversé à chaque instant est critique pour le développement du procédé. L'invention a pour but de permettre un réglage amélioré du débit de liquide cryogénique. A cet effet, elle a pour objet un appareil du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite de dégazage piquée sur la conduite principale en aval de l'organe d'étranglement. L'appareil suivant l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - la conduite de dégazage est piquée sur la partie supérieure de la conduite principale; - l'organe d'étranglement est l'obturateur d'une vanne qui comprend un corps de vanne définissant un tronçon intermédiaire amont et un tronçon intermédiaire aval de la conduite principale, ainsi qu'un siège situé entre ces deux tronçons, l'obturateur étant monté mobile dans le corps par rapport au siège, et le corps de vanne est muni d'un perçage qui débouche dans la partie supérieure du tronçon intermédiaire aval et qui est relié à la conduite de dégazage; - la conduite de dégazage s'étend dans l'enveloppe extérieure de la conduite principale; - l'appareil comprend en outre un réservoir de liquide cryogénique du fond duquel part la conduite principale, et la conduite de dégazage débouche dans la partie supérieure de ce réservoir. L'invention a également pour objet une vanne cryogénique pour un tel appareil. Cette vanne cryogénique, du type comprenant un corps de vanne qui définit un tronçon de conduite amont, un tronçon de conduite aval, ainsi qu'un siège situé entre ces deux tronçons, et un obturateur monté mobile dans le corps par rapport au siège, est caractérisée en ce que le corps de vanne est muni d'un perçage qui débouche dans la partie supérieure du tronçon aval. Dans un mode de réalisation de cette vanne, le siège est tronconique et convergent vers le bas et est prolongé vers le bas par une cavité, et l'obturateur comprend une partie tronconique conjuguée du siège et une partie inférieure adaptée pour être reçue avec du jeu dans ladite cavité lorsque l'obturateur est en position de fermeture. L'invention a encore pour objet une installation de conditionnement d'un produit dans des récipients en défilement, comprenant un appareil de fourniture d'azote liquide tel que défini plus haut, disposé au-dessus du convoyeur des récipients, entre un poste de remplissage des récipients avec le produit et un poste de fermeture des récipients. Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexes, sur lesquels: - la Figure 1 représente schématiquement, partiellement en coupe, une installation de conditionnement conforme à l'invention; - la Figure 2 représente en coupe, à plus grande échelle, la vanne de régulation de l'installation de la Figure 1; et - la Figure 3 représente schématiquement, à encore plus grande échelle, un détail de cette vanne. On a représenté schématiquement sur la Figure 1 une installation de conditionnement d'un produit liquide non gazeux dans une rangée de boîtes de conserve cylindriques jointives 1. Ces boîtes sont portées par un convoyeur 2 et défilent successivement, dans le sens de la flèche F, sous un poste 3 de remplissage des boîtes avec le produit, sous un appareil 4 de fourniture d'un filet 5 d'azote liquide, et sous un poste 6 de sertissage d'un couvercle étanche 7. Les postes 3 et 6 sont classiques, de sorte que l'on ne décrira ci-dessous que l'appareil 4. L'appareil 4 comprend, d'amont vers l'aval, un réservoir d'azote liquide 8 à double enveloppe, les ouvertures supérieures des deux enveloppes étant reliées par un col thermiquement isolant 9. L'enveloppe extérieure est équipée d'une structure 11 de fixation à un support approprié (non représenté). Le col 9 est traversé par une conduite d'alimentation 12 pilotée par un capteur 12A du niveau d'azote liquide dans l'enveloppe intérieure 13 du réservoir, et par une conduite de dégazage 14 débouchant sur l'atmosphère environnante. Le réservoir est équipé en outre de divers accessoires classiques, non représentés. Le fond de l'enveloppe 10 présente un orifice d'o part l'enveloppe extérieure 15 d'une conduite principale 16 de fourniture d'azote liquide. Cette conduite est constituée d'un premier tronçon 17 s'étendant verticalement vers le bas, d'un deuxième tronçon 18 horizontal, et d'un troisième tronçon 19 s'étendant verticalement vers le bas. De même, du fond de l'enveloppe intérieure 13 du réservoir part le tube intérieur 20 de la conduite 16, lequel s'étend coaxialement tout le long de l'enveloppe 15. A l'extrémité aval de la conduite, un dispositif d'obturation 21 est prévu entre l'enveloppe 15 et le tube 20. L'espace d'inter-paroi de la conduite 16, ainsi que celui du réservoir 8, qui communique avec le précédent, sont isolés thermiquement sous vide de façon classique. Eventuellement, comme représenté en traits mixtes sur la Figure 1, une tête de distribution d'azote liquide 22, interchangeable, est prévue à l'extrémité aval de la conduite 16. Dans le tronçon horizontal 18 est montée une vanne de réglage 23. Cette dernière (Figures 1 et 2) comprend essentiellement un corps de vanne 24 entouré d'une isolation thermique 25, un obturateur 26 actionné par une tige de commande verticale 27, et un actionneur 28 situé à l'extrémité supérieure de la tige 27. Comme on le voit mieux à la Figure 2, le corps de vanne 24 présente, à partir de sa face supérieure, un alésage vertical 29 prolongé vers le bas par un contre- alésage borgne de même axe X-X, lequel définit une cavité cylindrique 30. Un tronçon de conduite amont 31, incliné vers le bas, part d'une face latérale du corps de vanne et débouche dans la cavité 30. Son diamètre est légèrement inférieur à celui du contre-alésage (Figure 3). Un tronçon de conduite aval 32, incliné vers le bas de la même manière que le tronçon 31, part de l'alésage 29 et débouche sur la face latérale opposée du corps de vanne. Lorsque la vanne est en position d'ouverture, les tronçons de conduite 31 et 32 ainsi que l'espace qui les relie peuvent être considérés comme faisant partie de la conduite principale 16, les tronçons 31 et 32 formant respectivement des tronçons intermédiaires amont et aval de cette conduite. Par ailleurs, un perçage 33 pratiqué dans la partie aval du corps 24 débouche en un point intermédiaire du tronçon aval 32 et est relié à joint étanche, par une soudure, à un tube de dégazage 34. Ce dernier (Figure 1) s'étend vers l'amont entre le tube 20 et l'enveloppe 15 de la conduite 16, puis dans l'espace d'inter-paroi du réservoir 8, et se termine par une crosse 35 qui traverse à joint étanche la partie supérieure de l'enveloppe intérieure 13 et débouche dans celle-ci. On a représenté sur la Figure 2 les deux parties du tronçon horizontal du tube 20, qui sont reliées par des soudures aux débouchés des tronçons de conduites 31 et 32. L'alésage 29 et le contre-alésage 30 sont reliés par un siège tronconique 36. L'obturateur 26 présente une partie intermédiaire 37 tronconique conjuguée du siège 36, munie d'une garniture d'étanchéité 38 en Téflon, une partie inférieure 39, également de forme générale tronconique mais à angle d'ouverture nettement plus faible, et une partie supérieure de liaison 40. Cette dernière est reliée à l'extrémité inférieure de la tige 27 par un jonc 41 qui autorise un léger débattement angulaire de l'obturateur autour de l'axe X-X. Au repos, la partie 37 de l'obturateur 26 est appliquée sur le siège 36, et sa partie inférieure 39 est reçue avec un large jeu dans la cavité 30 (position basse de la Figure 3). En fonctionnement, l'obturateur est soulevé de son siège (position haute en traits mixtes de la Figure 3), ce qui met en communication les tronçons de conduite 31 et 32. Le passage de l'azote liquide à travers la région centrale du corps de vanne provoque une perte de charge, laquelle produit une vaporisation partielle du liquide (flash). Grâce à la présence du perçage 33 relié au tube 34 et, de là, via le réservoir 8 et le tube 4, à l'atmosphère, le gaz de flash ainsi produit s'évacue immédiatement de l'azote liquide et ne parvient pratiquement pas à la partie aval de la conduite 16. L'efficacité de l'invention a été démontrée par les essais suivants: avec l'appareil 4 décrit plus haut, la levée de l'obturateur de 14% de sa course maximale conduit à une mise en régime quasi-instantanée et à un débit d'azote liquide, en sortie, ayant une régularité suffisante pour l'application considérée. En revanche, avec le même appareil dépourvu du perçage 33 et de la ligne de dégazage 34, une levée de l'obturateur de 46% est nécessaire pour obtenir le débit d'azote liquide requis, mais le débit est irrégulier; de plus, plusieurs minutes sont nécessaires pour obtenir la mise en régime. REVENDICATIONS 1 - Appareil de fourniture d'un liquide cryogénique, du type comprenant une conduite principale (16) thermiquement isolée dans laquelle est monté un organe (26) d'étranglement du courant de liquide, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite de dégazage (34) piquée sur la conduite principale (16, 31, 32) en aval de l'organe d'étranglement (26). 2 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite de dégazage (34) est piquée sur la partie supérieure de la conduite principale (16, 31, 32). 3 - Appareil suivant la revendication 1 ou 2, dans lequel l'organe d'étranglement (26) est l'obturateur d'une vanne (23) qui comprend un corps de vanne (24) définissant un tronçon intermédiaire amont (31) et un tronçon intermédiaire aval (32) de la conduite principale, ainsi qu'un siège (36) situé entre ces deux tronçons, l'obturateur (26) étant monté mobile dans le corps par rapport au siège, caractérisé en ce que le corps de vanne (24) est muni d'un perçage (33) qui débouche dans la partie supérieure du tronçon intermédiaire aval (32) et qui est relié à la conduite de dégazage (34). 4 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la conduite de dégazage (34) s'étend dans l'enveloppe extérieure (15) de la conduite principale. - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à. 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un réservoir (8) de liquide cryogénique du fond duquel part la conduite principale (16, 31, 32), et en ce que la conduite de dégazage (34) débouche dans la partie supérieure de ce réservoir. 6 - Vanne cryogénique, du type comprenant un corps de vanne (24) qui définit un tronçon de conduite amont (31), un tronçon de conduite aval (32), ainsi qu'un siège (36) situé entre ces deux tronçons, et un obturateur (26) monté mobile dans le corps par rapport au siège, caractérisée en ce que le corps de vanne (24) est muni d'un perçage (33) qui débouche dans la partie supérieure du tronçon aval(32). 7 - Vanne cryogénique suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le siège (36) est tronconique et convergent vers le bas et est prolongé vers le bas par une cavité (30), et en ce que l'obturateur (26) comprend une partie tronconique (37) conjuguée du siège et une partie inférieure (39) adaptée pour être reçue avec du jeu dans ladite cavité lorsque l'obturateur est en position de fermeture. 8 - Installation de conditionnement d'un produit dans des récipients (1) en défilement, caractérisée en ce qu'elle comprend un appareil de fourniture d'azote liquide suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, disposé au-dessus du convoyeur (2) des récipients, entre un poste (3) de remplissage des récipients avec le produit et un poste (6) de fermeture des récipients.