Brevet FR2813071A1 — publié le 20020222

Bec de remplissage à jet en parapluie et machine de remplissage munie d'un tel bec L'invention se rapporte au domaine des becs de remplissage, notamment ceux destinés aux machines de remplissage de bouteilles. II est déjà connu de réaliser des becs de remplissage qui conditionnent un jet de produit conique ou "en parapluie". Utilisés pour le remplissage de bouteilles, ils permettent notamment de faire en sorte que le produit soit projeté, très rapidement dès la sortie du bec, contre la paroi latérale interne de la bouteille. Ainsi, le produit est introduit dans la bouteille en s'écoulant le long de la paroi interne, et non pas en étant projeté directement au fond de la bouteille. De la sorte, le remplissage de la bouteille s'effectue avec le moins de formation de mousse possible, ce qui permet d'augmenter le débit de remplissage et donc de diminuer le temps nécessaire au remplissage d'une bouteille. Il est par ailleurs connu de disposer, dans un tel type de bec, une canule axiale qui permet d'évacuer l'air initialement contenu dans la bouteille sans pour autant perturber le jet conique. On trouve deux exemples de becs ainsi conçus dans les documents US-A-4.156.444 et US-A-5.125.441. Ces becs permettent de diminuer de manière significative le temps de remplissage d'une bouteille même lorsque le produit embouteillé est un liquide carbonaté, tel que les sodas et la bière, ou un liquide ayant tendance à mousser tel que le lait ou les jus de fruits. Un autre problème que l'on peut rencontrer au cours du remplissage d'une bouteille est celui du contact du produit avec l'air ambiant. En effet, de nombreux produits, notamment la bière et les jus de fruits, peuvent être dégradés par l'oxygène. Or, au cours du remplissage avec un bec de conception classique, le produit se trouve fortement exposé à l'air. L'oxygène tend alors à s'incorporer dans le produit, ce qui limite la durée de conservation de celui-ci L'invention a donc pour but de proposer une nouvelle conception d'un bec de remplissage qui, tout en conservant les qualités propres aux becs décrits plus haut, permet par ailleurs de limiter fortement voire d'éliminer le contact du produit embouteillé avec l'air. Dans ce but, l'invention propose un bec de remplissage pour distribuer un liquide dans un récipient, du type dans lequel le bec comporte un orifice de distribution du liquide qui conditionne un jet en parapluie, et du type dans lequel le bec comporte une canule axiale munie d'un conduit d'évacuation de gaz qui débouche à l'intérieur de l'espace délimité par le jet en parapluie, caractérisé en ce que la canule comporte une canalisation d'amenée de gaz qui débouche à l'intérieur de l'espace délimité par le jet en parapluie et qui projette un flux de gaz qui s'écoule essentiellement en parallèle au jet en parapluie du liquide, du côté interne de celui-ci. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la canalisation d'amenée de gaz débouche à l'intérieur de l'espace délimité par le jet en parapluie sous la forme d'une ouverture annulaire ; - au niveau de son extrémité débouchante, la canalisation d'amenée de gaz comporte une surface de déflexion sensiblement conique ; - le conduit d'évacuation débouche axialement au centre de l'ouverture annulaire de la canalisation d'amenée de gaz, laquelle débouche axialement au centre de l'orifice de distribution de produit qui est sensiblement annulaire ; - la canalisation d'amenée de gaz est alimentée avec un gaz neutre vis-à-vis du produit à distribuer ; - le jet de produit présente une composante de rotation axiale ; - le bec comporte une chambre annulaire de mise en rotation dans laquelle le produit est injecté avec une composante de vitesse tangentielle, la chambre de mise en rotation étant prolongée axialement par un canal annulaire dont l'extrémité débouchante forme l'orifice de distribution de produit ; - la chambre de mise en rotation est raccordée au canal annulaire par une surface en entonnoir ; - la canule axiale traverse axialement la chambre de mise en rotation ; L'invention concerne aussi un machine de remplissage de récipients, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un poste de remplissage muni d'un bec de remplissage incorporant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, ainsi qu'à la vue des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un bec de remplissage conforme aux enseignements de l'invention, le bec étant illustré en fonctionnement au cours du remplissage d'une bouteille ; - la figure 2 est une vue à échelle réduite en coupe transversale selon la ligne 2-2 de la figure 1. Le bec de remplissage 10 illustré sur les figures est plus particulièrement destiné au remplissage de bouteilles 12 à col étroit. II pourra par exemple être utilisé aussi bien pour des bouteilles en verre que pour des bouteilles en matière plastique telle que le polyéthylène téréphtalate (PET). Bien entendu un tel bec sera de préférence utilisé pour la fabrication de machines de remplissage à becs multiples, par exemple du type à carrousel rotatif, Les notions d'orientations telles que "haut", "bas", "supérieur", "inférieur", etc... qui sont utilisées pour fa description des figures se rapportent à l'exemple illustré et ne doivent pas être interprétées comme étant des limitations à la portée de l'invention. Le bec 10 illustré sur les figures comporte pour l'essentiel un corps principal 14 creux, sensiblement de révolution d'axe A1, qui est traversé axialement de part en part par deux tubes coaxiaux : un tube interne 16 et un tube externe 18. Le corps principal 14 délimite donc un volume interne qui est traversé axialement par les tubes 16, 18. Le corps principal 14, qui est ici représenté en une seule pièce, peut aussi être réalisé en plusieurs pièces pour faciliter la fabrication. II est chapeauté par un couvercle supérieur 20 qui ferme de manière étanche le volume interne vers le haut et qui supporte les tubes 16, 18. Le couvercle 20 comporte un alésage interne étagé qui le traverse axialement de part en part. L'étage supérieur 22 de l'alésage, qui débouche vers le haut vers l'extérieur du corps principal, est cylindrique d'axe A1, sensiblement de même diamètre que le diamètre externe du tube interne 16. L'étage inférieur 24, qui débouche vers le bas dans le volume interne, est cylindrique d'axe Al, sensiblement de même diamètre que le diamètre externe du tube externe 18. L'étage intermédiaire 26, qui s'étend axialement entre les étages supérieur 22 et inférieur 24, est cylindrique d'axe Al, sensiblement de même diamètre que le diamètre interne du tube externe 18. L'extrémité supérieure du tube externe 18 est engagée axialement du bas vers le haut dans le l'étage inférieur 26 de l'alésage du couvercle, jusqu'à venir en appui contre une surface annulaire de butée qui délimite l'étage inférieur 24 de l'étage intermédiaire 26. Le tube 18 est monté avec serrage et avec présence d'un joint torique de manière à assurer d'une part la fixation du tube externe 18 sur le couvercle 20, et d'autre part l'étanchéité de ce montage. Le tube interne 16 est engagé, axialement au centre du tube externe 18, de manière à traverser entièrement le couvercle 20. Le tube interne 20 est maintenu avec serrage au travers de l'étage supérieur 22 de l'alésage du couvercle, ce qui assure là aussi la fixation du tube interne 16. Comme on peut le voir sur les figures, le diamètre intérieur du tube externe 18 est supérieur au diamètre extérieur du tube interne 16 de telle sorte que, lorsqu'ils sont montés coaxialement sur le couvercle 20, il subsiste entre les deux tubes 16, 18 un espace annulaire qui forme une canalisation 28. Comme on peut le voir sur la figure 1, l'extrémité supérieure de cette canalisation 28, qui est formée par l'étage intermédiaire 26 de l'alésage du couvercle 20, est fermée du fait du montage étanche du tube interne 16 dans l'étage supérieur 22 de l'alésage. Cependant, un port d'entrée 30 traverse radialement le couvercle pour déboucher dans l'étage intermédiaire 24 de l'alésage et ainsi permettre la mise en communication de la canalisation 28 avec une source de fluide. Le volume interne délimité par le corps principal 14 comporte essentiellement trois parties : une chambre supérieure de mise en rotation 32, un cone d'accélération 34, et un canal annulaire de distribution 36. La chambre de mise en rotation 32 présente ici une forme simple d'anneau agencé autour du tube externe 18. Une entrée d'alimentation 38 permet d'introduire le produit à embouteiller dans la chambre 32 selon une orientation qui n'est pas purement radiale mais qui, au contraire, présente une composante tangentielle. Comme le produit est introduit dans la chambre avec une certaine pression, le produit se trouve entraîné dans une circulation en spirale dans la chambre, même dans le cas où cette pression ne provient que de l'écoulement par gravité du produit. Eventuellement, on peut aussi prévoir donner à l'entrée d'alimentation 38 une légère inclinaison selon la direction verticale. Le canal annulaire de distribution 36, par lequel le produit à embouteiller s'écoule vers le récipient 12, est formé autour de la partie inférieure du tube externe 18. Dans l'exemple de réalisation illustré, il est prévu que cette partie du bec 10 pénètre à l'intérieur du col du récipient à remplir, de sorte que le canal 36 présente un diamètre inférieur à celui du reste du corps principal 14. Le canal 36 est délimité par un élément de paroi cylindrique tubulaire. Pour raccorder la chambre 32 au canal 36, il est prévu une surface de raccordement 34 qui, par mesure de simplicité, à été choisi tronconique. Bien entendu, les formes internes du corps principal 14 du bec 10 peuvent être optimisées, par exemple comme illustré dans le document US-A-5.125.441, sans pour autant se départir de l'enseignement de l'invention. Comme on peut le voir sur la figure 1, l'extrémité inférieure du tube externe 18 descend en dessous du niveau de l'extrémité inférieure du canal 36, délimitant ainsi un orifice 40 de sortie du produit qui est annulaire. De plus, l'extrémité inférieure du tube externe 18 s'évase radialement vers l'extérieur de telle façon que la surface externe du tube externe forme ainsi un déflecteur 44 qui tend à projeter le produit radialement vers l'extérieur pour qu'il vienne au contact de la paroi interne du récipient en formant un jet en parapluie. Les dimensions et la position respective de l'extrémité du tube externe 18 et de l'extrémité du canal 36 sont choisies de telle manière que la section de passage de l'orifice de sortie 40 est relativement réduite, ceci afin de pouvoir retenir le liquide contenu dans le bec lorsque l'alimentation en produit est coupée. La section de passage maximale acceptable pour éviter que le produit ne s'égoutte est déterminée notamment en fonction de la tension superficielle intrinsèque du produit. De manière comparable, l'extrémité inférieure du tube interne 16 dépasse axialement en dessous de celle du tube externe 18 et la surface externe de l'extrémité du tube interne 16 s'évase radialement vers l'extérieur pour former une surface de déflection 46. L'extrémité inférieure de la canalisation 28 est donc annulaire et s'évase radialement vers l'extérieur. En fonctionnement, l'entrée d'alimentation 38 de la chambre 32 est reliée à une cuve de stockage du produit à embouteiller, avec interposition d'une vanne commandée. L'ouverture et la fermeture de la vanne peuvent être commandée en fonction de différent paramètres. II peut s'agir d'une commande temporelle qui détermine une durée fixe de remplissage qui sera appliquée à tous les récipients. La commande peut être de type pondérale, la distribution de produit étant interrompue lorsque le récipient a atteint un poids prédéterminé. II peut encore s'agir d'une commande débimétrique dans laquelle on intègre la valeur du débit délivré par le bec pour avoir une estimation du volume de produit déversé dans le récipient. Dans le cas d'une machine volumétrique, la quantité de produit à distribuer sera dosée dans un volume intermédiaire placé entre la cuve de stockage et le bec de remplissage. Le port d'entrée 30 de la canalisation 28 d'amenée de gaz sera de préférence relié à une source de gaz neutre pour le produit considéré. Ce gaz neutre pourra par exemple être du dioxyde de carbone (C02) ou de l'azote (N2). Enfin, le conduit central 42 délimité à l'intérieur du tube central 16 sera relié à un dispositif d'évacuation de gaz ou tout simplement à l'air libre. En fonctionnement, le flot de produit qui est injecté dans le corps du bec est donc mis en rotation dans la chambre 32, ce qui, en combinaison avec la forme annulaire de l'orifice de sortie 40 et avec la forme de la surface de déflection 44, assure que le produit est distribué par le bec sous la forme d'un jet en parapluie. La partie inférieure du bec étant engagée dans le récipient ou étant à proximité immédiate de celui-ci, le produit vient alors au contact de la paroi interne du récipient et s'écoule le long de celle-ci pour remplir le récipient. On obtient un écoulement qui crée très peu de mousse, même pour des hauts débits. Selon l'invention, on alimente la canalisation 28 avec un gaz neutre de telle sorte que le flux de gaz qui s'écoule par l'extrémité inférieure de la canalisation 28 débouche "en dessous" de l'écoulement en parapluie de produit. Du fait de la forme évasée de la surface de déflection 46, le flux de gaz s'écoule sensiblement parallèlement au flux de produit dans la bouteille. Ainsi, grâce à l'invention, le flux de produit se trouve en quelque sorte emprisonné entre, du côté externe, la paroi du récipient, et du côté interne, le flux de gaz neutre. De la sorte, le contact du produit avec l'air ambiant se trouve très limité, voire annulé. Bien entendu, le conduit d'évacuation 42 permet aux gaz de s'échapper du récipient au fur et à mesure que le niveau de produit dans le récipient augmente. Cet échappement se fait de manière préférentielle par le centre du récipient, vers le haut le long de l'axe A1. Les gaz évacués peuvent être soit une partie du gaz initialement contenu dans le récipient avant le remplissage, soit une partie du gaz neutre amené par la canalisation 36. Pour encore limiter la possibilité de contact du produit avec l'air ambiant, on peut prévoir de commencer l'opération de remplissage par une étape préalable de balayage du récipient par un gaz neutre. L'efficacité d'un tel balayage avec le bec selon l'invention sera particulièrement améliorée par l'écoulement particulier dû au bec. En effet, le flux injecté par la canalisation d'amenée de gaz 28 s'écoule vers le bas le long des parois du récipient et il remonte selon l'axe A1 en direction de la conduite d'évacuation 42. Cet écoulement permet de chasser en très peu de temps et de manière très efficace l'air auparavant contenu dans le récipient. Ainsi, sans trop augmenter le temps total nécessaire au remplissage d'un récipient, on diminue de manière très importante le contact du produit avec l'air. Grâce au bec selon l'invention, on peut aussi prolonger l'injection de gaz neutre au-delà du temps nécessaire au remplissage du produit, ceci afin de parfaire le balayage de l'espace de tête du récipient avec un gaz neutre pour éviter d'emprisonner de l'air dans la bouteille, donc au contact du produit, au moment du bouchage de la bouteille. REVENDICATIONS 1. Bec de remplissage pour distribuer un liquide dans un récipient, du type dans lequel le bec (10) comporte un orifice de distribution (36, 40) du liquide qui conditionne un jet en parapluie, et du type dans lequel le bec comporte une canule axiale munie d'un conduit d'évacuation (42) de gaz qui débouche à l'intérieur de l'espace délimité par le jet en parapluie, caractérisé en ce que la canule comporte une canalisation (28) d'amenée de gaz qui débouche à l'intérieur de l'espace délimité par le jet en parapluie et qui projette un flux de gaz qui s'écoule essentiellement en parallèle au jet en parapluie du liquide, du côté interne de celui-ci. 2. Bec de remplissage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la canalisation d'amenée de gaz (28) débouche à l'intérieur de l'espace délimité par le jet en parapluie sous la forme d'une ouverture annulaire. 3. Bec de remplissage selon la revendication 2, caractérisé en ce que, au niveau de son extrémité débouchante, la canalisation (28) d'amenée de gaz comporte une surface de déflexion (46) sensiblement conique. 4. Bec de remplissage selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le conduit d'évacuation (42) débouche axialement au centre de l'ouverture annulaire de la canalisation d'amenée de gaz (28), laquelle débouche axialement au centre de l'orifice de distribution (36, 40) de produit qui est sensiblement annulaire. 5. Bec de remplissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la canalisation d'amenée de gaz est alimentée avec un gaz neutre vis-à-vis du produit à distribuer. 6. Bec de remplissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le jet de produit présente une composante de rotation axiale. 7. Bec de remplissage selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre annulaire (32) de mise en rotation dans laquelle le produit est injecté (38) avec une composante de vitesse tangentielle, la chambre de mise en rotation (32) étant prolongée axialement par un canal annulaire (36) dont l'extrémité débouchante forme l'orifice (40) de distribution de produit. 8. Bec de remplissage selon la revendication 7, caractérisé en ce que la chambre de mise en rotation (32) est raccordée au canal annulaire (36) par une surface en entonnoir (34). 9. Bec de remplissage selon la revendication 7, caractérisé en ce que la canule axiale (16, 18) traverse axialement la chambre de mise en rotation (32). 10. Machine de remplissage de récipients, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un poste de remplissage muni d'un bec de remplissage conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.