Brevet FR2799137A1 — publié le 20010406

La présente invention concerne un procédé de production d'un liquide, notamment d'un liquide alimentaire, carbonaté. Elle concerne en outre un équipement de production de neige carbonique et une installation de production de récipients de liquide carbonaté. L'invention s'applique notamment aux installations de production de boissons faiblement carbonatées. Les installations habituelles de carbonatation de liquide comprennent un réservoir de carbonatation appelé carbonateur qui est relié à une conduite d'alimentation de liquide plat et à une conduite d'alimentation de dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone est fourni typiquement sous une pression de 20 bars. Afin de remplir des bouteilles ou cannettes avec du liquide carbonaté, le réservoir est raccordé à une soutireuse. Pour fabriquer du liquide carbonaté, on introduit le liquide plat dans le réservoir de carbonatation. Ensuite, on applique du dioxyde de carbone au liquide sous une pression inférieure à 20 bars. Le liquide ainsi carbonaté est évacué du réservoir vers la soutireuse, qui assure le remplissage de bouteilles et cannettes. Cette technologie implique que la soutireuse puisse fonctionner sous la pression du liquide carbonaté. Les composants de telles soutireuses ne permettent pas un fonctionnement sous les conditions aseptiques qui sont nécessaires par exemple pour le soutirage de boissons laitières. L'invention a pour but de pallier cet inconvénient et de fournir un procédé qui permette la production des récipients avec du-liquide carbonaté aseptique. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité caractérisé en ce qu'on remplit le récipient avec un liquide plat sensiblement à la pression atmosphérique et on effectue la carbonatation du liquide au moyen de dioxyde de carbone à l'état solide. Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé suivant l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - . on remplit le récipient avec le liquide plat ; . puis on dépose du dioxyde de carbone à l'état solide sur la surface libre du liquide dans le récipient ; . puis on obture le récipient ; - . on dépose du dioxyde de carbone à l'état solide dans le récipient ; . puis on remplit le récipient avec le liquide plat ; . puis on obture le récipient ; - le dioxyde de carbone est déposé dans le récipient sous forme de granulés dosés ; - le dioxyde de carbone est déposé dans le récipient sous forme de neige carbonique ; - on introduit la neige carbonique dans l'ouverture du récipient sous forme d'une masse agglomérée de neige carbonique ; - pour produire la masse agglomérée de neige carbonique, on détend du dioxyde de carbone liquide, on dirige vers un support temporaire le jet de dioxyde de carbone qui se produit lors de la détente, et on transfère dans le récipient la neige de dioxyde de carbone formée sur ce support ; - on détend le dioxyde de carbone liquide en deux étapes pour former la neige carbonique ; - le dioxyde de carbone liquide est à l'état 100% liquide après la première détente ; - on réalise ledit transfert par soufflage au moyen d'un gaz sous pression, ou par poussée mécanique ; - on filtre le dioxyde de carbone à l'état liquide avant la détente pour former de la neige carbonique aseptique. L'invention a également pour objet un équipement de production de neige carbonique destinée à la carbonatation d'un liquide, notamment d'un liquide alimentaire, caractérisé en ce que ledit équipement comporte des moyens pour fournir du dioxyde de carbone liquide sous pression, des moyens de détente de ce dioxyde de carbone liquide et des moyens de support temporaire adaptés pour former une masse agglomérée de neige carbonique ayant des dimensions suffisamment petites pour traverser l'ouverture d'un récipient destiné à contenir ledit liquide carbonaté. Suivant des modes particuliers de réalisation, l'équipement peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes . - les moyens de détente .de dioxyde de carbone liquide comportent une vanne de détente qui forme un jet de neige carbonique, et les moyens de support temporaire comportent une paroi inclinée vers laquelle le jet de neige carbonique est dirigé ; - la paroi est inclinée entre 5 et 60 par rapport à l'horizontale ; - la paroi comporte une surface supérieure en matériau semi-glissant, notamment en acier inoxydable ; - l'équipement comporte en outre des moyens de transfert positif de la masse agglomérée de neige carbonique depuis les moyens de support temporaire vers l'ouverture d'un récipient sous-jacent ; - les moyens de transfert positif comportent des moyens de fourniture d'un jet de gaz sous pression dirigé vers le côté inférieur de ladite paroi, ou un poussoir mécanique ; - les moyens de détente comprennent deux organes de détente disposés en série. En outre, l'invention a pour objet une installation de production de récipients contenant un liquide, notamment un liquide alimentaire, carbonaté, caractérisée en ce qu'elle comporte un poste de remplissage de récipients avec le liquide plat sensiblement à la pression atmosphérique, un poste de carbonatation muni d'un équipement de production de neige carbonique précité, et un poste d'obturation des récipients, ainsi que des moyens de transport des récipients d'un poste au suivant. Cette installation peut comporter les caractéristiques suivantes . - le poste de carbonatation est placé immédiatement avant le poste d'obturation ; - le poste de carbonatation est placé immédiatement avant le poste de remplissage ; - tous les postes sont des postes aseptiques. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la Figure 1 est une vue schématique d'une installation de production de bouteilles de liquide carbonaté, et - la Figure 2 montre une section d'un détail de la Figure 1. Sur la Figure 1 on voit une installation de production de bouteilles de boisson faiblement gazeuse selon l'invention. L'installation comporte essentiellement un poste de remplissage aseptique 2 à liquide plat, un poste de carbonatation aseptique 4 et un poste d'obturation aseptique Les trois postes 2, 4, 6 sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'un convoyeur 8. Le poste de remplissage 2 comporte une soutireuse aseptique 10 de liquide plat. Sous cette soutireuse 10 est illustrée une bouteille B2 en cours de remplissage à moitié remplie de liquide plat. Sur le convoyeur 8, en amont de cette soutireuse 10, est illustrée une bouteille vide B1 destinée à être remplie. En aval de cette soutireuse 10, sur le convoyeur 8, on voit des bouteilles remplies de liquide plat B3, B4 destinées à passer au poste de carbonatation. Le poste de carbonatation 4 comprend une tête de carbonatation 14 qui est illustrée au-dessus d'une bouteille B5 comprenant du liquide destiné à être carbonaté. La construction de la tête de carbonatation 14 est montrée de façon détaillée sur la Figure 2. La tête de carbonatation 14 comprend un boîtier constitué par des parois latérales 16, un couvercle 18 et une paroi inférieure inclinée 20. La paroi inférieure 20 forme une glissière qui mène à un prolongement du boîtier 22 en forme d'entonnoir. Cette paroi 20 est inclinée sur l'horizontale d'un angle compris entre 5 et 60 . par exemple de 10 . L'entonnoir 22 comporte une ouverture 24 de sortie qui se trouve au-dessus du goulot de la bouteille B5 contenant du liquide à carbonater. La paroi inférieure 20, ou paroi de réception de neige carbonique, est munie sur sa face supérieure d'une couche semi-glissante 26, par exemple en acier inoxydable. L'expression semi-glissante signifie dans ce contexte que lorsque de la neige carbonique tombe sur la couche 26, elle adhère à cette couche 26 sous l'effet du refroidissement de celle-ci. Si l'on surmonte cette force d'adhérence, la neige carbonique glisse sur la couche 26 sans y adhérer de nouveau. En variante, la couche semi-glissante 26 peut être fabriquée en Teflon. En outre, la couche semi-glissante 26 peut être omise si le boîtier de la tête de carbonatation 14 est fabriquée en un matériau correspondant. Une masse agglomérée 27 de neige carbonique se trouve sur la couche semi-glissante 26. Au-dessus de la paroi 20 sont agencés des moyens de production de neige carbonique qui comportent, dans ce cas, une électrovanne de détente 28 commandable reliée à une conduite de fourniture 30 de dioxyde de carbone liquide. Une deuxième électrovanne 32 se trouve sensiblement à l'extrémité supérieure de la paroi de réception 20. Cette électrovanne 32 est reliée par une conduite 33 à des moyens de fourniture d'azote aseptique qui sont représentés par une bouteille d'azote 34 sur la Figure 1. Cet agencement permet de fournir un faible jet d'azote sous une pression compris entre 0,5 et 1 bar. Ce jet sert à pousser la neige carbonique et à surmonter la force d'adhérence de celle-ci sur la paroi de réception. En variante, la vanne 32 peut être reliée à une source de tout autre gaz aseptique sous pression. En outre, les moyens pour pousser la neige carbonique peuvent être réalisés par d'une autre manière appropriée, par exemple par une raclette reliée à un vérin pneumatique. Les deux vannes 28, 32 sont commandées par deux lignes pilotes 36, 38 reliées à une unité de commande 40 (Figure 1). Le poste de carbonatation 4 comprend en outre un capteur 42 de présence de bouteille qui est agencé de façon à pouvoir signaler la présence d'une bouteille sous l'ouverture de sortie 24 de la tête de carbonatation 14. Le capteur 42 est relié par une ligne pilote 44 à l'unité de commande 40. Les moyens de fourniture de dioxyde de carbone comprennent un réservoir 46 de stockage de dioxyde de carbone liquide classique sous une pression de 20 bars et à une température de -20 C. Ce réservoir 46 est relié à une conduite 48 qui mène à un dispositif de filtration 50 de dioxyde de carbone liquide. Ce dispositif 50 permet de filtrer le dioxyde de carbone à 0,2 u, pour la production de dioxyde de carbone liquide aseptique. Un exemple d'un tel dispositif de filtration 50 est décrit dans le FR-A-2 774 006. Le côté sortie de ce dispositif 50 est relié par une conduite 52 à une vanne 54 de détente partielle de 20 bars à environ 6 bars. La conduite 3 0 qui se raccorde à la sortie de cette vanne de détente mène, à travers le couvercle 18 de la tête de carbonatation 14, à la vanne de production de neige carbonique 28. En aval de la tête de carbonatation 14, on voit sur le convoyeur 8 des bouteilles remplies de liquide B6, B7 qui comportent une masse agglomérée de neige carbonique 27 sur la surface libre du liquide. Le convoyeur 8 mène ensuite au poste d'obturation 6 aseptique qui se trouve immédiatement après le poste de carbonatation 4, poste d'obturation où les bouteilles ouvertes sont obturées par une capsule, comme cela est classique. Le convoyeur 8 assure un transport des bouteilles ouvertes suffisamment vite pour que les bouteilles soient obturées avant que la neige carbonique 27 soit sublimée. En aval du poste d'obturation 6, le convoyeur 8 mène par exemple à un poste d'emballage (non représenté) L'installation fonctionne de la façon suivante. Les bouteilles vides Bi sont amenées par le convoyeur 8 et remplies l'une après l'autre avec du liquide plat sous la soutireuse aseptique 10, sous la pression atmosphérique. Ensuite, les bouteilles B3, B4 remplies du liquide plat sont envoyées par l'intermédiaire du convoyeur 8 vers le poste de carbonatation 4. Au poste de carbonatation 4, une masse de dioxyde de carbone 27 sous forme de neige agglomérée est introduite à travers le goulot de chaque bouteille. La production de cette masse de neige carbonique 27 se déroule de la façon suivante. On part de la situation d'une bouteille B6 qui vient d'avoir reçu une masse de neige carbonique 27 agglomérée et qui se trouve sous l'ouverture de sortie 24 de la tête de carbonatation 14. Alors aucune masse de neige ne se trouve sur la paroi inclinée 20 de la tête de carbonatation 14. Les deux vannes 28, 32 agencées à l'intérieur de la tête sont fermées. L'unité de commande 40 donne alors, par la ligne pilote 38, l'ordre d'ouvrir la vanne 28 de production de neige carbonique. En conséquence, du dioxyde de carbone est évacué du réservoir 46 et est envoyé par la conduite 48 dans le dispositif de filtration 50. Dans ce dispositif 50, le dioxyde de carbone est libéré des particules et des microbes éventuels. A sa sortie, le dioxyde de carbone se présente ainsi sous une forme aseptique. Le dioxyde de carbone est envoyé à la vanne de pré-détente 54, où il est détendu de 20 bars à environ 6 bars. A la sortie de cette vanne 54 le dioxyde de carbone est toujours à l'état 100% liquide. Le dioxyde de carbone circule ensuite dans la vanne de production de neige 28, où il est détendu et après laquelle il se présente sous la forme d'un jet de neige carbonique qui est dirigé vers la paroi inclinée 20 de réception. La détente en deux étapes permet de réduire la vitesse du jet qui parvient sur la paroi inclinée 20, et donc de bien maîtriser la quantité de neige délivrée à chaque récipient. Grâce à l'adhérence de la neige carbonique, celle-ci ne glisse pas instantanément sur la paroi inclinée 20 et reste sur celle-ci en formant une masse de neige carbonique agglomérée 27. On peut aisément régler les paramètres de fonctionnement pour que la plus grande dimension de cette masse de neige carbonique 27 soit inférieure au diamètre du goulot des bouteilles. Après une durée d'ouverture de cette vanne 28 prédéterminée pour la formation d'une quantité de neige carbonique suffisante pour la carbonatation du liquide d'une bouteille, par exemple de 0,5 s, l'unité de commande 40 ferme la vanne 28 de production de neige. Pendant ce temps de production de neige carbonique, une nouvelle bouteille B5 remplie avec du liquide plat est transportée par le convoyeur sous l'ouverture de sortie 24. Lorsque le capteur 42 constate la présence de cette bouteille B5, il donne un signal correspondant à l'unité de commande 40. Lors de la présence de ce signal et après avoir fermé la vanne 28 de production de neige, l'unité de commande 40 ouvre la deuxième vanne 32 pendant une durée courte (0,1 s), ce qui produit un jet d'azote aseptique dirigé vers la masse de neige carbonique 27. La force exercée par le jet amène la masse de neige carbonique 27 à surmonter la force d'adhérence existant entre cette masse 27 et la couche semi-glissante 26, de façon telle qu'elle glisse vers l'ouverture de sortie 24. La neige carbonique 27 tombe à travers le goulot dans la bouteille B5 remplie de liquide plat. La bouteille 135 ainsi remplie du liquide et ayant reçu une masse de neige carbonique 27 est envoyée vers le poste d'obturation 6 par le convoyeur 8. L'unité de commande 40 ferme alors la deuxième vanne 32 et ouvre de nouveau la vanne 28 de production de neige. Ainsi la production d'une nouvelle masse de neige carbonique 27 se produit pendant le transfert de la bouteille remplie de liquide en cours de carbonatation Au poste d'obturation 6, qui se trouve immédiatement après le poste de carbonatation 4, les bouteilles sont capsulées de la façon classique, avant que la neige carbonique 27 puisse se vaporiser. I1 est à noter que l'invention peut être aussi bien appliquée dans d'autres domaines que la production des boissons, par exemple pour la production de liquides sanitaires carbonatés. L'utilisation de neige carbonique aseptique permet ainsi la production de tout liquide carbonaté aseptique. On constate que l'invention permet d'utiliser une soutireuse aseptique standard pour liquide plat et un poste d'obturation aseptique standard pour la production de liquide carbonaté aseptique. Les moyens pour la production de neige carbonique aseptique selon l'invention sont fiables et bon marché. En variante, on peut déposer la neige carbonique dans chaque récipient vide, puis effectuer le remplissage du récipient avec le liquide plat. En variante également, le poste de carbonatation peut comprendre un dispositif de dosage de granulés comprimés ou pellets de dioxyde de carbone ; ces granulés, stockés dans un réservoir thermiquement isolé ou réalisé sur place, peuvent être déposés dans chaque récipient avant ou après le remplissage de celui-ci avec le liquide plat. REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'un liquide, notamment d'un liquide alimentaire, carbonaté, caractérisé en ce que - on remplit le récipient (B1 à B9) avec un liquide plat sensiblement à la pression atmosphérique et, - on effectue la carbonatation du liquide au moyen de dioxyde de carbone à l'état solide (27). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que . - on remplit le récipient (B1 à B9) avec le liquide plat ; - puis on dépose du dioxyde de carbone à l'état solide (27) sur la surface libre du liquide dans le récipient ; - puis on obture le récipient. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que - on dépose du dioxyde de carbone à l'état solide (27) dans le récipient ; - puis on remplit le récipient avec le liquide plat ; - puis on obture le récipient. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dioxyde de carbone est déposé dans le récipient sous forme de granulés dosés. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dioxyde de carbone est déposé dans le récipient sous forme de neige carbonique (27). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on introduit la neige carbonique dans l'ouverture du récipient (B1 à B9) sous forme d'une masse agglomérée de neige carbonique (27) . 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que pour produire la masse agglomérée de neige carbonique (27), on détend du dioxyde de carbone liquide, on dirige vers un support temporaire (20) le jet de dioxyde de carbone qui se produit lors de la détente, et on transfère dans le récipient (B5) la neige de dioxyde de carbone (27) formée sur ce support. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on détend le dioxyde de carbone liquide en deux étapes pour former la neige carbonique (27). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dioxyde de carbone liquide est à l'état 100% liquide après la première détente. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'on réalise ledit transfert par soufflage au moyen d'un gaz sous pression, ou par poussée mécanique. il. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'on filtre le dioxyde de carbone à l'état liquide avant la détente pour former de la neige carbonique aseptique. 12. Equipement de production de neige carbonique destiné à la carbonatation d'un liquide, notamment d'un liquide alimentaire, caractérisé en ce que ledit équipement comporte des moyens pour fournir du dioxyde de carbone liquide sous pression (30, 46, 48, 52), des moyens de détente (28, 54) de ce dioxyde de carbone liquide, et des moyens de support temporaire (20) adaptés pour former une masse agglomérée de neige carbonique (27) ayant des dimensions suffisamment petites pour traverser l'ouverture d'un récipient destiné à contenir ledit liquide carbonaté. 13. Equipement selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de détente de dioxyde de carbone liquide comportent une vanne de détente (28) qui forme un jet de neige carbonique, et en ce que les moyens de support temporaire comportent une paroi inclinée (20) vers laquelle le jet de neige carbonique est dirigé. 14. Equipement selon la revendication 13, caractérisé en ce que la paroi (20) est inclinée entre 5 et 60 par rapport à l'horizontale. 15. Equipement selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que la paroi (20) comporte une surface supérieure (26) en matériau semi-glissant, notamment en acier inoxydable. 16. Equipement selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de transfert positif (32, 34) de la masse agglomérée de neige carbonique (27) depuis les moyens de support temporaire (20) vers l'ouverture d'un récipient sous-jacent (B5). 17. Equipement selon les revendications 13 et 16 prises ensemble, caractérisé en ce que les moyens de transfert positif comportent des moyens (32, 34) de fourniture d'un jet de gaz sous pression dirigé vers le côté inférieur de ladite paroi (20), ou un poussoir mécanique. 18. Equipement selon l'une quelconque des revendications 12 à 17, caractérisé en ce que les moyens de détente (28, 54) comprennent deux organes de détente disposés en série. 19. Installation de production de récipients contenant un liquide, notamment un liquide alimentaire, carbonaté, caractérisée en ce qu'elle comporte un poste de remplissage (2) de récipients avec le liquide plat sensiblement à la pression atmosphérique, un poste de carbonatation (4) muni d'un équipement selon l'une des revendications 12 à 18, et un poste d'obturation (6) des récipients, ainsi que des moyens de transport des récipients (8) d'un poste au suivant. 20. Installation selon la revendication 19, caractérisée en ce que le poste de carbonatation (4) est placé immédiatement avant le poste d'obturation (6). 21. Installation selon la revendication 19, caractérisée en ce que le poste de carbonatation est placé immédiatement avant le poste de remplissage. 22. Installation selon l'une quelconque des revendications 19 à 21, caractérisée en ce que tous les postes (2, 4, 6) sont des postes aseptiques.