Brevet FR2772367A1 — publié le 19990618

La présente invention concerne l'élaboration de mélanges homogènes à partir de constituants liquides, notamment de produits alimentaires et elle concerne plus particulièrement la fabrication de boissons, notamment gazeuses, en ligne, c'est-à-dire que le dispositif de fabrication selon l'invention alimente directement l'installation de conditionnement, notamment d'embouteillage et similaire. On sait que pour mélanger efficacement les composants d'un produit pouvant présenter des viscosités différentes, il est nécessaire de réaliser un brassage énergique du mélange, obtenu généralement par des turbulences. En cas de vitesses variables et d'arrêts du débit du mélange, ce brassage disparaît, ce qui entraîne des variations nuisibles des proportions et de l'homogénéité du produit fini. Afin de résoudre cette difficulté, la technique actuelle consiste à utiliser des ballons tampons présentant des volumes plus ou moins importants, interposés entre le dispositif de fabrication et le système de conditionnement (tireuse) afin d'éviter les arrêts trop fréquents et de diluer les variations de dosage ou d'homogénéité résultant des phases d'arrêt et de redémarrage. Ces équipements connus posent des problèmes de gestion du stock tampon du produit et également de nettoyage lors des changements de produits. Partant de cet état de la technique qui ne donne pas entière satisfaction, les titulaires se proposent de réaliser un dispositif de fabrication de boissons, notamment gazeuses, répondant aux objectifs suivants: - la fabrication de la boisson doit s'effectuer en ligne à partir des différents composants, avec un volume aussi faible que possible, avant l'alimentation de la tireuse il peut inclure des moyens permettant de dissoudre un gaz (CO2) dans le liquide, pour saturation, afin de fabriquer des boissons gazeuses; le dispositif doit permettre une alimentation directe d'une soutireuse fonctionnant en débit variable avec des arrêts et redémarrages, la soutireuse étant pourvue de variateurs de fréquence assurant des redémarrages progressifs ; - il doit permettre d'obtenir une saturation constante en pourcentage, quelques soient les variations de débit; - il doit présenter une sécurité maximale en ce qui concerne le respect des proportions des différents composants ainsi que leur incorporation en un produit homogène dont les proportions des divers constituants ne doivent pas varier lors des arrêts et redémarrages. - la quantité de produit fini dans le dispositif doit être aussi faible que possible et, - le nettoyage en ligne du dispositif doit être possible, facile à réaliser et présenter les meilleures qualités d'hygiène. Ces objectifs sont atteints par un dispositif de fabrication qui est caractérisé en ce que l'on incorpore, sur la ligne d'alimentation de la tireuse, entre la pompe d'alimentation de cette dernière, et la tireuse, une boucle dynamique de saturationlcoupage, de volume réduit dans laquelle circule en continu le mélange et qui comprend: - une pompe, recevant en amont les arrivées des constituants (produits menant et menés) devant être mélangés, cette pompe assurant un débit minimal supérieur au débit de la tireuse ainsi que la circulation du mélange dans ladite boucle dynamique, une boucle de chambrage de capacité adaptée au débit et au produit fabriqué et, - un séparateur assurant la sortie du mélange homogène en vue de l'alimentation de la tireuse. Selon une caractéristique de la présente invention, appliquée au mélange de produits liquides et très visqueux, on prévoit un mélangeur disposé en amont de la pompe de la boucle et recevant les constituants à mélanger. L'invention permet de fabriquer des boissons gazeuses et dans ce cas, le dispositif comporte des moyens pour introduire et dissoudre du gaz, notamment du CO2, dans ledit mélange homogène de constituants, ces moyens incorporés entre l'entrée dans la boucle et la pompe de la boucle, ou immédiatement en amont de celleci, étant réalisés sour la forme d'un saturateur avec clapet anti-retour, incorporé dans la veine liquide afin d'empêcher tout retour de liquide dans la conduite d'amenée du gaz, ainsi qu'un mélangeur statique, prévu sur ladite boucle dynamique, afin d'assurer la dispersion du gaz dans le mélange liquide homogène. Selon un mode de réalisation préféré dudit saturateur, celui-ci comporte un corps dans lequel est disposé un corps venturi amont percé d'un canal axial d'injection de gaz débouchant sur une gorge de diffusion percée d'ajutages radiaux et munie d'une bague anti-retour en matériau élastique, notamment en élastomère. Le dispositif selon l'invention peut comporter en outre: - des vannes de réglage de pertes de charge en sortie de la boucle dynamique afin d'ajuster la pression dans le saturateur et vers la tireuse - un ou plusieurs moyens de mesures en ligne, disposés en sortie de ladite boucle dynamique ou sur ladite boucle avant ledit saturateur. - des vannes modulantes à grande plage de débit sur l'alimentation en produits (produits menés) devant être mélangés au produit menant (en général de l'eau) ; - des débitmètres de précision sur les alimentations en produits menant et menés et, des détendeurs sur les lignes d'alimentation en produits menés assurant une pression constante en aval sur lesdites vannes modulantes. L'invention prévoit également un procédé d'automatisation de l'installation mentionnée ci-dessus, ce procédé pouvant comprendre notamment les étapes suivantes - une régulation proportionnelle grâce à un algorithme de calcul de proportion entre le débit de produit fini utilisé par la tireuse et les débits respectifs des produits menés, I'automatisme générant les pourcentages consignes d'injection de produits menés en fonction du produit fini embouteillé; - une correction de la proportion en fonction de la mesure finale; - le paramétrage de produits menés, mémorisé par produits à fabriquer afin de permettre un réglage automatique de l'installation par sélection du produit à conditionner ; - la gestion de la quantité de produit à fabriquer; - la mise en oeuvre d'alarmes générées par l'automatisme en cas de variations détectées sur le produit fini, en fonction de seuils haut et bas prédéterminés, avec arrêt du tirage ou mise en recyclage automatique et, - I'arrêt de la circulation de liquides dans la boucle dynamique, en cas d'interruption du tirage ou en cas d'alarme, la pompe de la boucle dynamique s'arrêtant après une temporisation afin d'éviter la montée en température de la boucle dynamique. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue schématique représentant le dispositif objet de l'invention et, La figure 2 est une vue en coupe axiale longitudinale des moyens prévus par l'invention pour introduire un gaz dans le mélange. En se référant à la figure 1 des dessins, on voit que le produit de base, ou produit menant (notamment de l'eau) du mélange à réaliser (dans cet exemple non limitatif il s'agit d'une boisson gazeuse) est délivré au dispositif à l'aide de la pompe d'alimentation 10 de la tireuse, cette pompe délivrant ledit produit de base selon un débit et une pression nécessaires pour le type de soutireuse considéré et de liquides conditionnés. II s'agira généralement de la pompe existante d'alimentation de la tireuse. Selon la présente invention, on incorpore, sur la ligne d'alimentation 12 de la tireuse, entre ladite pompe 10 et la tireuse, une boucle dynamique de saturation/coupage, présentant un volume réduit, cette boucle étant désignée par la référence 14 sur la figure 1 des dessins annexés. Dans l'exemple de réalisation considéré qui concerne, ainsi qu'on l'a déjà mentionné, la fabrication de boissons gazeuses, cette boucle 14 comprend essentiellement : - un mélangeur statique ou dynamique 16 recevant en amont d'une part le produit menant délivré par la pompe 10 d'alimentation de la tireuse et d'autre part, les produits menés délivrés respectivement par l'intermédiaire de lignes d'alimentation, telles que la ligne d'alimentation 18 représentée sur la figure 1 et décrite plus en détails ci-après. Ce mélangeur 16 alimente une pompe 20 (dénommée ici pompe de la boucle dynamique) qui assure un débit minimal supérieur au débit de la tireuse, afin de réaliser une circulation continue dans la boucle dynamique 14 ; on notera que selon l'invention, le mélangeur 16 peut être constitué par la pompe centrifuge 10 elle-même, mono ou multi-étages, le mélangeur 16, de préférence un mélangeur dynamique, étant prévu en cas de mélanges de produits liquides et très visqueux; - une boucle de chambrage 9 de capacité adaptée au débit et au produit fabriqué. - un purgeur 22, manuel ou automatique, disposé en partie supérieure de la boucle de chambrage 9 de la boucle dynamique 14 ; - un mélangeur statique 24 pour assurer l'homogénéité finale du produit comme expliqué ci-après - des vannes de réglage de pertes de charges 26 et 26', prévues en sortie de la boucle dynamique 14 afin d'ajuster la pression dans la boucle de chambrage 9 de la boucle de dynamique 14 et dans le saturateur 1 1 décrit ci-après et vers la tireuse; - un séparateur 27 assurant la sortie du mélange liquide clair vers la ligne 12 d'alimentation de la tireuse; - une ligne d'alimentation 15 en gaz sous pression (C02) pour l'obtention de la boisson gazeuse, cette ligne d'alimentation comportant un détendeur 31, un débitmètre 32, des vannes de réglage 33 et une vanne automatique tout ou rien 34 ainsi qu'un détendeur 35 assurant une différence de pression constante entre la pression d'alimentation du gaz et la pression dans le saturateur 11, lorsque cette dernière est susceptible de varier. - un saturateur, désigné dans son ensemble par la référence 11 sur la figure 1 en vue d'introduire et de dissoudre un gaz (C02) dans le mélange homogène circulant dans la boucle 14, ce saturateur 11 comportant, ainsi qu'on le décrira ci-après, un clapet anti-retour rendant impossible tout retour de liquides dans la ligne d'alimentation 15 en C02. Sur la figure 2 des dessins annexés, on a représenté de façon détaillée le saturateur 1 1 avec clapet incorporé dans la veine liquide afin d'éviter tout retour de liquide dans la conduite 15 d'amenée du gaz. Ce saturateur comporte un corps 25 dans lequel est disposé un corps venturi amont 23 qui est percé d'un canal axial 17 pour l'injection de gaz (C02), ce canal 17 débouchant sur une gorge de diffusion 19 percée d'ajutages radiaux et munie d'une bague anti-retour 21 en matériau plastique, notamment en élastomère. On comprend que, lors de l'injection du gaz sous pression, la bague 21 se dilate de manière à dégager les ajutages prévus dans la gorge de diffusion 19 laissant ainsi passer le gaz qui se mélange au liquide circulant dans la boucle dynamique 14 de saturation/coupage et, qu'en l'absence de pression de gaz, la bague 21 vienne se plaquer contre la gorge de diffusion 19, en obturant les ajutages de cette dernière et en s'opposant ainsi à tout retour de liquide au travers du canal 17 d'injection de gaz. Le mélange produit menant, produits menés et gaz, sensiblement constant en proportion est délivré, en fonction du débit utilisé, vers la tireuse, à la boucle dynamique 14, dans laquelle il circule en continu et à vitesse constante même en cas d'arrêt sur le débit de la tireuse. La fonction de la boucle dynamique 14 est d'assurer une proportionnalité constante ainsi qu'une homogénéité du mélange, malgré les faibles variations dues aux arrêts et redémarrage du débit résultant des arrêts de la tireuse. Dans le présent exemple de réalisation, les lignes 18 délivrant les produits menés devant être mélangés au produit menant dans la boucle dynamique 14 comprennent notamment des vannes modulantes à grande plage de débit 36, 36', des vannes TOR (se fermant lors de l'arrêt de la tireuse), des débitmètres tels que 37 et des détendeurs assurant une pression constante, en aval, sur les vannes modulantes 36, 36'. Le dispositif est complété par des manomètres ou des capteurs de pression 13, 28, 29 prévus en différents points de la boucle dynamique 14, un débitmètre 30 et, des boucles de mesures en ligne, ces mesures étant prises en sortie de la boucle dynamique, sur la ligne 12 d'alimentation de la tireuse (produit fini) pour la densité ou avant saturation (produit boucle) pour le C02. Ces boucles de mesure pouvant être montées sur des boucles en dérivation lorsque les capteurs ne sont pas intégrables en ligne. Dans ce cas, on prévoit une vanne de réglage des pertes de charges, sur la boucle dynamique 14, entre les entrées et les sorties de la boucle, en dérivation, afin de permettre l'ajustement du débit dans ces boucles de mesure. Le dispositif selon l'invention peut être automatisé et le procédé d'automatisation peut comprendre les étapes suivantes: a) une régulation proportionnelle grâce à un algorithme de calcul de proportion entre le débit de produit fini (mesuré par le débitmètre 30) utilisé par la tireuse et les débits respectifs des produits menés (mesurés par les débitmètres 37 et 32 en ce qui concerne le gaz qui est assimilable à un produit mené), I'automatisme générant les pourcentages consignes d'injection de produits menés en fonction du produit fini embouteillé. Les mesures obtenues à partir de la ou des boucles de mesure mentionnées ci-dessus (C02 dissous, etc) sont utilisées en asservissement-correction lorsque le débit est stable. Pendant les phases de variation de débit, la correction devant être prise en compte sera la dernière correction mesurée avant variation du débit; b) le paramétrage de produits menés, mémorisé par produits à fabriquer afin de permettre un réglage automatique de l'installation par sélection du produit à conditionner ; c) la gestion de la quantité de produit à fabriquer; d) la mise en oeuvre d'alarmes gérées par l'automatisme en cas de variations détectées sur le produit fini, en fonction de seuils haut et bas prédéterminés, avec I' arrêt du tirage ou mise en recyclage automatique et, e) L'arrêt de la circulation de liquides dans la boucle dynamique 14 (arrêt de la pompe 20) en cas d'interruption du tirage ou en cas d'alarme, la pompe 20 de la boucle dynamique 14 s'arrêtant après une temporisation afin d'éviter la montée en température de la boucle dynamique. Parmi les avantages apportés par l'invention, on peut citer notamment les suivants - maintien d'une excellente homogénéité du mélange grâce à la présence de la boucle dynamique 14 dans laquelle le mélange circule en continu, même en cas d'arrêt de la tireuse,. - réduction considérable du volume de l'installation de production compte-tenu de la suppression des habituels ballons tampons faible quantité de produits finis maintenus dans l'installation, compte-tenu du faible volume que représente la boucle dynamique 14 ; - réduction considérable des coûts d'entretien, - obtention d'une saturation constante en pourcentage quelque soient les variations de débit et, - possibilité d'un nettoyage en ligne de l'installation ce qui permet un gain de temps et l'obtention de meilleure qualité d'hygiène. II demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et/ou représentés mais qu'elle en englobe toutes les variantes qui entrent dans le cadre de la portée des revendications annexées. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour l'élaboration de mélanges homogènes à partir de constituants liquides pouvant présenter des viscosités différentes, notamment en vue de la fabrication de boissons caractérisé en ce que l'on incorpore, sur la ligne d'alimentation (12) de la tireuse, entre la pompe d'alimentation (10) de cette dernière, et la tireuse, une boucle dynamique de saturation/coupage (14), de volume réduit dans laquelle circule en continu le mélange saturation/coupage, de volume réduit et qui comprend: - une pompe (20) recevant en amont les arrivées des constituants (produits menant et menés) devant être mélangés, cette pompe assurant un débit minimal supérieur au débit de la tireuse ainsi que la circulation du mélange dans ladite boucle dynamique (14, - une boucle de chambrage (9) de capacité adaptée au débit et au produit fabriqué et, un séparateur (27) assurant la sortie du mélange homogène vers la ligne (12) d'alimentation de la tireuse. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte en outre un mélangeur (16) disposé en amont de la pompe (20) de la boucle et recevant les constituants à mélanger, dans le cas d'un mélange de produits liquides et très visqueux. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour introduire un gaz sous pression, notamment du CO2, dans le mélange, ces moyens interposés entre la sortie de la pompe (20) de ladite boucle dynamique (14) et cette dernière étant réalisés sous la forme d'un saturateur (11) avec clapet anti retour incorporé dans la veine liquide pour éviter tout retour de liquide dans la conduite (15) d'amenée de gaz. 4 - Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit saturateur (11) comprend un corps (25) dans lequel est disposé un corps venturi amont (23) percé d'un canal axial d'injection de gaz (17) débouchant sur une gorge de diffusion (19) percée d'ajutages radiaux et munie d'une bague anti-retour (21) en matériau élastique, notamment en élastomère. 5 - Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens pour l'alimentation en gaz sous pression, notamment en C02 comprennent sur une ligne d'alimentation (15) un détendeur (31), un débitmètre (32), des vannes de réglage (33, 34) et un détendeur (35) assurant une différence de pression constante entre la pression d'alimentation du gaz et la pression dans le saturateur (11), lorsque cette dernière est susceptible de varier. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre des vannes de réglage de pertes de charge (26, 26') en sortie de la boucle dynamique (14) afin d'ajuster la pression dans ledit saturateur (11) et vers la tireuse. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractériséen ce qu'il comporte un mélangeur statique (24) afin d'assurer la dispersion du gaz introduit dans le mélange homogène. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre des mesures en ligne disposées sur la boucle dynamique (14), ou en sortie de la tireuse, sur la ligne d'alimentation (12) de cette dernière. 9 - Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que lesdites boucles de mesure sont montées en dérivation et l'on prévoit une vanne de réglage de pertes de charge sur la boucle dynamique (14) afin de permettre un ajustement de débit dans les boucles de mesure. 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte, sur les lignes (18) délivrant les produits menés devant être mélangés aux produits menants dans ladite boucle dynamique (14) des vannes modulantes (36, 36') à grande plage de débit, des débitmètres (37) et des détendeurs assurant une pression constante, en aval, sur lesdites vannes modulantes. li - Procédé d'automatisation du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: a) une régulation proportionnelle grâce à un algorithme de calcul de proportion entre le débit de produit fini, mesuré par le débitmètre (30) utilisé par la tireuse et les débits respectifs des produits menés, mesurés par le débitmètres (32 et 37), I'automatisme générant les pourcentages consignes d'injection de produits menés en fonction du produit fini embouteillé, les mesures obtenues à partir de la ou desdites boucles de mesure (C02 dissous, etc) étant utilisées en asservissement-correction lorsque le débit est stable, la correction devant être prise en compte, pendant les phases de variation de débit étant la dernière correction mesurée avant variation du débit; b) le paramétrage de produits menés, mémorisé par produits à fabriquer afin de permettre un réglage automatique du disposition par sélection du produit à conditionner ; c) la gestion de la quantité de produit à fabriquer; d) la mise en oeuvre d'alarmes gérées par l'automatisme en cas de variations détectées sur le produit fini, en fonction de seuils haut et bas prédéterminés, avec I' arrêt du tirage ou mise en recyclage automatique et, e) L'arrêt de la circulation de liquides dans la boucle dynamique (14) en cas d'interruption du tirage ou en cas d'alarme, la pompe (20) de la boucle dynamique (14) s'arrêtant après une temporisation afin d'éviter la montée en température de la boucle dynamique.