Brevet FR2765662A1 — publié le 19990108

La présente invention concerne une tête de fourniture d'un liquide cryogénique destinée à être montée sur l'extrémité d'une ligne de transfert alimentée par une source dudit liquide, ladite ligne comportant un orifice aval de sortie dudit liquide. De telles lignes de transfert trouvent leur application dans divers domaines de la technique, en particulier alimentaire ou pharmaceutique, o il est nécessaire de délivrer des doses de liquide cryogénique, à cadence plus ou moins élevée, et de manière continue ou discontinue. Ces lignes sont notamment utilisées en vue de délivrer de l'azote liquide dans des récipients contenant des denrées alimentaires, juste avant obturation de ces derniers. Cette opération vise d'une part à pressuriser et donc à rigidifier le récipient, en tirant parti de la vaporisation de l'azote qui induit un gonflement du récipient. Cette opération permet en outre d'inerter les denrées alimentaires par abaissement de la teneur résiduelle en oxygène, et donc d'en prolonger la durée de conservation. Cette opération de fourniture de liquide cryogénique est toutefois particulièrement délicate, et doit être réalisée avec une extrême précision. Il est en effet nécessaire que chaque récipient reçoive une dose égale et la plus précise possible de liquide, de sorte que la pression interne ne varie pas d'un récipient à l'autre. Si trop peu de liquide est délivré aux récipients, ces derniers se déformeront lors leur manipulation, et en particulier lors de leur gerbage. En revanche, s'ils reçoivent trop de liquide, ils se déformeront voire exploseront du fait de la pression interne excessive y régnant alors. La précision requise pour cette opération de fourniture de liquide cryogénique est particulièrement difficile à atteindre. En effet, les récipients défilent sur un convoyeur, le plus souvent à une cadence très élevée et parfois variable, pouvant atteindre plusieurs dizaines de récipients par seconde. Une difficulté supplémentaire de cette opération réside dans la vaporisation partielle du liquide cryogénique déversé, de sorte que ce dernier ne s'écoule pas en un jet vertical et continu, comme cela serait souhaitable. En outre, cette vaporisation peut entraîner la formation de bouchons gazeux provoquant une rétention du liquide cryogénique, et ainsi un écoulement discontinu de ce dernier. Afin de pallier ces différents inconvénients, l'invention vise la réalisation d'une tête de fourniture de liquide cryogénique, facilement adaptable sur une ligne de transfert dudit liquide, qui réponde aux exigences d'hygiène alimentaire et soit susceptible de délivrer un jet de liquide cryogénique franc, constant et rectiligne. A cet effet, l'invention a pour objet une tête de fourniture de liquide cryogénique du type précité, caractérisée en ce que qu'elle comprend: une buse centrale isolante dans laquelle est ménagée une ouverture traversante de passage du liquide; - un châssis extérieur entourant la buse centrale et dans lequel cette dernière est susceptible de coulisser; - des moyens de solidarisation du châssis et de la ligne de transfert; et - des moyens de rappel élastique qui, en service, appliquent l'extrémité amont de l'ouverture traversante de la buse contre la périphérie de l'orifice aval de la ligne de transfert. La tête de fourniture conforme à l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - l'extrémité amont de ladite ouverture traversante a une forme d'entonnoir, et la tête comprend en outre un embout sphérique définissant ledit orifice aval; - lesdits moyens de rappel élastique sont constitués par un soufflet formé par une feuille métallique de faible épaisseur et de grande longueur repliée plusieurs fois sur elle-même, dont une première extrémité est fixée sur un élément solidaire de la buse centrale, et dont une seconde extrémité est fixée sur un élément solidaire du châssis; - une couche isolante est disposée entre la périphérie intérieure de l'enveloppe du châssis, et la périphérie extérieure de la buse; - une couronne isolante entourant la buse est logée dans une embase inférieure du châssis qui guide l'extrémité inférieure de la buse; - la tête étant destinée à délivrer du liquide cryogénique à des récipients défilant sur un convoyeur, elle comprend une coupelle de protection du jet de liquide, dont la paroi latérale entoure la sortie de la buse et s'étend en aval de cette sortie, dans le sens d'écoulement du liquide; - la tête comprend un déflecteur de détournement d'air et de raclage présentant une extrémité située en amont de la périphérie extérieure de ladite tête, dans le sens de défilement desdits récipients, et dont la paroi latérale s'étend en aval de l'orifice aval de la tête, dans le sens d'écoulement du liquide. L'invention a également pour objet une ligne de transfert de fluide cryogénique, alimentée par une source dudit liquide cryogénique, du type comprenant un conduit central de passage dudit liquide, et une enveloppe extérieure, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'une tête telle que définie ci-dessus. La ligne de transfert conforme à l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - ladite enveloppe extérieure et ledit châssis comprennent des collerettes en regard, en saillie vers l'extérieur, sur lesquelles est disposé un collier de serrage en vue de la fixation de ladite tête sur ladite ligne; - un anneau adaptateur et un joint torique sont disposés entre lesdites collerettes. L'invention a enfin pour objet une installation de fourniture de liquide cryogénique, du type comprenant une source dudit liquide et au moins une ligne de transfert de ce liquide, caractérisée en ce que la ligne de transfert est conforme à la définition ci-dessus. L'invention va être décrite ci-dessous, en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels: - la Figure 1 est une vue en perspective d'une installation de fourniture de fluide cryogénique comprenant une tête de fourniture conforme à l'invention; - la Figure 2 est une vue de dessus d'une ligne de transfert de liquide cryogénique équipée d'une tête de fourniture conforme à l'invention; - la Figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la Figure 2. La Figure 1 représente une installation 2 de fourniture d'un liquide cryogénique, en l'occurrence de l'azote liquide. Cette installation comprend un réservoir 4 de stockage provisoire, disposé sur un châssis 6. L'alimentation en azote liquide du réservoir 4 est assurée par une source non représentée, et commandée par des moyens de commande 8 connus en tant que tels. Le réservoir de stockage comprend, à sa partie supérieure, une soupape 10 lui permettant de communiquer avec l'extérieur, de sorte qu'il règne au sein de ce réservoir une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique. Le réservoir 4 est prolongé, à son extrémité inférieure, par une ligne de transfert 12 sur laquelle est adaptée une tête de fourniture 14 conforme à l'invention, au moyen d'un collier de serrage 16. Ces trois derniers éléments seront explicités en regard des Figures 2 et 3. L'installation permet de délivrer une quantité prédéterminée d'azote liquide à l'intérieur de boîtes de conserve cylindriques 18 défilant sur un convoyeur 20 dans le sens de la flèche F. Ces récipients contiennent par exemple du jus de fruits, et défilent à une vitesse de plusieurs dizaines par seconde. L'azote liquide est délivré sous la forme d'un jet vertical continu. Apres fourniture de la dose désirée d'azote liquide à l'intérieur du récipient, un couvercle supérieur 22 est rapporté sur ce dernier au moyen de tout procédé approprié, comme par exemple soudure ou sertissage. L'azote liquide ainsi délivré permet donc, du fait de sa vaporisation, d'une part de rigidifier le récipient afin d'éviter toute déformation, et d'autre part de prolonger la durée de conservation du produit alimentaire, par inertage. Les Figures 2 et 3 représentent la ligne de transfert 12 équipée de sa tête 14 terminale de fourniture. Cette ligne 12 est d'un type connu en soi, et comprend un conduit central 24 en acier inoxydable dans lequel circule le liquide, et une gaine formée par une garniture isolante 26 entourant ledit conduit, ainsi qu'une enveloppe périphérique 28 également en acier inoxydable. L'espace d'interparoi de la ligne 12 est sous vide et est limité, en aval, par un obturateur 29. L'enveloppe 28 est pourvue, à son extrémité aval, en considérant le sens d'écoulement du liquide, d'une collerette extérieure 30 faisant saillie radialement vers l'extérieur, destinée à recevoir le collier de serrage 16 comme cela sera décrit par la suite. La collerette 30 comprend, à sa périphérie intérieure, un décrochement 32 de réception d'un anneau adaptateur 33, comme cela sera également décrit par la suite. Le conduit 24 s'étend au-delà de l'obturateur 29. Il est prolongé par un embout terminal 34 en acier inoxydable percé d'un alésage central 36 de passage du liquide. Cet embout 34 présente un profil extérieur bombé défini en particulier par une portion 38 hémisphérique, s'étendant à partir de la périphérie de l'orifice aval 39 de l'alésage 36. Cet orifice 39 définit l'orifice aval de la ligne 12. La tête de fourniture 14 comprend une buse centrale 40 de déversement de liquide, réalisée en Téflon. Sa périphérie extérieure est sensiblement cylindrique, et 6 2765662 présente un épaulement périphérique supérieur 42, en saillie vers l'extérieur. Une ouverture traversante de passage du liquide est ménagée dans la buse 40. Cette ouverture est constituée par un canal central 44 de section circulaire prolongé à sa partie supérieure par un entonnoir tronconique 45 s'évasant vers le sommet de la buse. L'orifice aval 47 du canal central 44 définit l'orifice aval de la tête de fourniture. La buse 40 prend un appui linéaire étanche, par sa paroi tronconique 45, contre la surface sphérique de l'embout terminal 34 du conduit 24 de la ligne de transfert 12. De la sorte, la zone de transfert 48 du liquide entre la ligne 12 et la buse, située immédiatement en aval de l'orifice aval 39 de l'embout, est bien isolée mécaniquement et thermiquement. L'épaulement périphérique 42 de l'organe central supporte une collerette 52 périphérique de profil correspondant qui comporte, à sa partie inférieure, un rebord 54 de réception d'un soufflet, comme cela sera décrit par la suite. La buse 40 est entourée d'un châssis en acier inoxydable constitué par une embase ou plaque inférieure 56 de profil extérieur sensiblement circulaire, et d'une enveloppe périphérique cylindrique 58 fixée sur l'embase par soudure au niveau de la périphérie extérieure de cette dernière. L'embase 56 comprend une zone centrale 62 en surépaisseur dans laquelle est ménagée une ouverture circulaire pour le passage avec un faible jeu de la buse 40. L'enveloppe 58 présente, à sa partie supérieure, une collerette 64 faisant saillie vers l'extérieur, et pourvue d'un décrochement intérieur 66. Cette collerette 64 et ce décrochement 66 sont destinés à coopérer avec la collerette 30 et le décrochement 32 correspondants de l'enveloppe 28 de la ligne de transfert 12, comme cela sera décrit par la suite. Une couche 68 de mousse de verre isolante est disposée contre la périphérie interne de l'enveloppe 58 du châssis, et prend appui sur l'embase 56. Une pièce d'habillage 70 en acier inoxydable recouvre le sommet et l'intérieur de cette couche isolante 68. Cette pièce d'habillage 70 comprend un socle 72 soudé sur la surépaisseur 62 de l'embase 56, une paroi circulaire 74 s'étendant le long de la périphérie interne de la couche isolante 68, et un rebord supérieur 76 soudé sur la périphérie intérieure de l'enveloppe 58. Une ouverture de passage avec un faible jeu de l'organe central 40 est en outre ménagée dans le socle 72 de cette pièce d'habillage 70. Une couronne intermédiaire 78 en Téflon est disposée dans un lamage inférieur de l'embase 56, et entoure avec un faible jeu la partie inférieure de la buse 40. Cette couronne 78 permet de diminuer la surface d'échange thermique entre l'embase 56 en acier inoxydable et la buse 40 en Téflon, de manière à limiter l'apport de chaleur vers le liquide cryogénique s'écoulant dans le canal 44 de l'organe central. Un fourreau 80 de guidage en acier inoxydable prend appui sur la face supérieure du socle 70 de la pièce d'habillage, et entoure la buse 40 sur une partie substantielle de la hauteur de celle-ci. Ce fourreau 80 présente, à sa partie inférieure, un rebord 82 en saillie vers l'extérieur sur lequel est soudée l'extrémité inférieure d'un soufflet 84 en acier inoxydable, formé par une feuille de faible épaisseur et de grande longueur, plusieurs fois repliée sur elle-même. L'extrémité supérieure de ce soufflet est soudée sur le rebord 54 de la collerette périphérique 52 de l'organe central 40. Ce soufflet 84 constitue donc un moyen de rappel élastique permettant de plaquer, en service, la portion tronconique supérieure 45 de la buse 40, contre l'embout terminal 34 du conduit 24 de la ligne de transfert 12, afin d'éviter tout apport de chaleur en direction du liquide qui s'écoule. La buse 40 est ainsi libre de coulisser axialement par rapport au châssis, qui est fixé sur la ligne de transfert 12 comme cela sera expliqué ci-dessous, et se trouve guidé par les surfaces internes respectivement du fourreau 82, du socle 72 de la pièce d'habillage 70, et de la surépaisseur 62 de l'embase 56. Ce moyen de rappel élastique permet donc de s'affranchir de toute dilatation différentielle entre les différents éléments constitutifs de la ligne 12 et de la tête 14, qui pourrait conduire à une désolidarisation de l'embout 34 par rapport à la buse 40, et donc à une vaporisation intempestive du liquide cryogénique par apport de chaleur. Un déflecteur 86 de détournement d'air et de raclage, ainsi qu'une coupelle 88 de protection du jet d'azote liquide, sont en outre rapportées sur la face inférieure de l'embase 56. Le déflecteur 86, réalisée en acier inoxydable, est constituée d'une plaque de base 90 présentant, en vue de dessus, sensiblement une forme de V, et s'évasant vers l'aval, en faisant référence au sens de déplacement des récipients 18 sur le convoyeur 20. Cette plaque de base présente un nez 92 faisant saillie vers l'amont par rapport à la périphérie extérieure de l'enveloppe 58 de la tête 14. Le déflecteur 86 comprend en outre une paroi latérale 94 s'étendant verticalement vers le bas à partir de la périphérie de ladite plaque de base 90. Cette paroi latérale 94 fait saillie vers le bas par rapport à l'extrémité aval du canal 44 de passage du liquide cryogénique. La conformation de ce déflecteur, en saillie à la fois vers l'aval et vers le bas, lui permet de détourner le courant d'air provoqué par la grande vitesse de déplacement des récipients 18 sur le convoyeur 20. Il peut aussi assumer une fonction de raclage visant à éliminer la mousse résiduelle se trouvant sur le dessus des récipients, avant obturation de ces derniers, ce qui permet d'éviter de la sorte tout bouchage du canal 44 de la tête 12 par les denrées alimentaires contenues dans les récipients 18. La coupelle 88, réalisée en Teflon, comprend un socle 96 reposant contre la plaque 90 de base de l'étrave, ainsi qu'une paroi latérale 98 s'étendant vers le bas. Cette paroi latérale est à section circulaire et présente sensiblement le même diamètre extérieur que l'enveloppe 58 de la tête. Cette paroi latérale s'étend, vers le bas, en saillie par rapport à l'extrémité aval du canal 44 de passage du liquide cryogénique, mais reste en retrait par rapport au bord inférieur du déflecteur 86. De la sorte s'établit, à l'intérieur du volume V défini par la coupelle, une atmosphère saturée en azote gazeux. Ceci empêche donc l'air ambiant d'approcher de l'extrémité du canal, au voisinage de laquelle règne une température bien inférieure à 0 , ce qui élimine tout risque de formation de glace due à l'humidité de l'air. Le déflecteur 86 et la coupelle 88 sont respectivement pourvues d'un orifice central de libre passage de l'organe central 40, et sont fixées au cours de la même opération contre l'embase 56 du châssis de la tête, par exemple au moyen de vis 99. On va maintenant décrire la jonction de la tête 14 sur la ligne de transfert 12. L'anneau adaptateur 33 en Téflon, en forme de couronne, est disposé entre l'extrémité aval de la ligne de transfert 12, et l'extrémité amont de la tête de fourniture 14. Cet anneau présente une section transversale en forme de T, dont l'âme 102 est tournée radialement vers l'extérieur, et se centre, par ses deux ailes 104, dans les décrochements respectifs 32, 66 dont sont pourvues les collerettes 30, 64 en regard de la ligne 12 et de la tête 14. L'âme 102 est prise en sandwich entre les faces planes en regard des deux collerettes. Un joint torique 106 en EPDM est en outre disposé à la périphérie externe de l'anneau adaptateur 33, et se trouve donc écrasé entre les collerettes respectives 30, 64 de la ligne 12 et de la tête 14. 2765662 Le collier de serrage 16, de section transversale sensiblement en forme de C et constitué d'acier inoxydable, enserre en outre, par la face intérieure de chacune de ses ailes 108, les collerettes 30 et 64. Un tel agencement permet de limiter les entrées de chaleur en direction du liquide cryogénique, puisque l'élément de serrage ne se trouve pas à proximité du conduit 24 et du canal 44 de passage dudit liquide, mais au niveau des enveloppes extérieures de la ligne 12 de la tête 14. L'invention permet de réaliser les objectifs précédemment mentionnés. En effet, la tête de fourniture conforme à l'invention est facilement adaptable sur la ligne de transfert, puisque leur liaison mutuelle fait uniquement intervenir des éléments facilement amovibles. De plus, l'utilisateur peut percer lui-même le canal 44 au diamètre désiré. La tête de fourniture conforme à l'invention répond aux exigences d'hygiène alimentaire, puisqu'elle met uniquement en oeuvre des matériaux tels que l'acier inoxydable et le Téflon, qui sont compatibles avec l'acide peracétique utilisé pour le nettoyage de l'installation. En outre, le trajet que parcourt l'azote liquide au sein de la tête ne comporte aucun recoin susceptible d'induire une éventuelle rétention d'eau ou de tout autre produit. Enfin, la tête conforme à l'invention permet de minimiser les apports de chaleur en direction du liquide cryogénique. Le raccordement entre la ligne de transfert et la tête de fourniture est en effet uniquement constitué d'éléments rapportés au voisinage des enveloppes extérieures de la ligne et de la tête. De plus, la zone de jonction entre les trajets de passage du liquide respectivement à l'intérieur de la ligne et de la tête, est bien isolée thermiquement, tout d'abord du fait de l'emploi d'une buse centrale en matériau isolant, ensuite grâce à l'utilisation d'un moyen de rappel élastique permettant de plaquer, en service, l'extrémité amont de la buse centrale de passage du liquide contre l'embout terminal de la ligne de transfert, et enfin du fait des profils de l'embout et de la buse. REVENDICATIONS 1 - Tête de fourniture (14) d'un liquide cryogénique, destinée à être montée sur l'extrémité d'une ligne de transfert (12) alimentée par une source (4) dudit liquide, ladite ligne (12) comportant un orifice aval (39) de sortie dudit liquide, caractérisée en ce qu'elle comprend: - une buse centrale isolante (40) dans laquelle est ménagée une ouverture traversante (44, 45) de passage du liquide; - un châssis extérieur (56, 58) entourant la buse centrale (40) et dans lequel cette dernière est susceptible de coulisser; - des moyens (16) de solidarisation du châssis et de la ligne de transfert (12); et - des moyens de rappel élastique (84) qui, en service, appliquent l'extrémité amont (45) de l'ouverture traversante (44, 45) de la buse contre la périphérie (38) de l'orifice aval (39) de la ligne de transfert(12). 2 - Tête selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'extrémité amont (45) de ladite ouverture traversante (44, 45) a une forme d'entonnoir, et en ce que la tête comprend en outre un embout sphérique (38) définissant ledit orifice aval (39). 3 - Tête selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de rappel élastique sont constitués par un soufflet (84) formé par une feuille métallique de faible épaisseur et de grande longueur repliée plusieurs fois sur elle-même, dont une première extrémité est fixée sur un élément (52) solidaire de la buse centrale (40), et dont une seconde extrémité est fixée sur un élément (80) solidaire du chassis (56, 58). 4 - Tête selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'une couche isolante (66) est disposée entre la périphérie intérieure de l'enveloppe (58) du châssis, et la périphérie extérieure de la buse (40). 13 2765662 - Tête selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'une couronne isolante (78) entourant la buse (40) est logée dans une embase inférieure (56) du chassis (56, 58) qui guide l'extrémité inférieure de la buse. 6 Tête selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend une coupelle (88) de protection du jet de liquide, dont la paroi latérale (98) entoure la sortie (47) de la buse (40) et s'étend en aval de cette sortie, dans le sens d'écoulement du liquide. 7 - Tête selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, destinée à délivrer du liquide cryogénique à des récipients (18) défilant sur un convoyeur (20), caractérisée en ce qu'elle comprend un déflecteur (86) de détournement d'air et de raclage présentant une extrémité (92) située en amont de la périphérie extérieure de ladite tête, dans le sens de défilement desdits récipients, et dont la paroi latérale (94) s'étend en aval de l'orifice aval (47) de la tête, dans le sens d'écoulement du liquide. 8 - Ligne de transfert (12) de fluide cryogénique, alimentée par une source (4) dudit liquide cryogénique, du type comprenant un conduit central (24) de passage dudit liquide, et une enveloppe extérieure (28), caractérisée en ce qu'elle est équipée d'une tête(14) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9 - Ligne de transfert selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite enveloppe extérieure (28) et ledit châssis (56, 58) comprennent des collerettes (30, 64) en regard, en saillie vers l'extérieur, sur lesquelles est disposé un collier de serrage (16) en vue de la fixation de ladite tête sur ladite ligne. - Ligne de transfert selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'un anneau adaptateur (33) et un joint torique (106) sont disposés entre lesdites collerettes(30, 64). 11 - Installation de fourniture de liquide cryogénique, du type comprenant une source (4) dudit liquide et au moins une ligne de transfert (12) de ce liquide, caractérisée en ce que la ligne de transfert (12) est conforme à l'une quelconque des revendications 8 à 10.