Brevet FR2865466A1 — publié le 20050729

1-DESCRIPTION Domaine technique de l'invention. La présente invention concerne un dispositif permettant l'écoulement d'un liquide visqueux véhiculé jusqu'à lui par une tuyauterie reliée à un système de pompage, comprenant pompe (en l'occurrence dans l'application réalisée, une pompe péristaltique) et cuve d'alimentation. Le contexte est celui de la fabrication industrielle d'une pâtisserie, spécialité 10 aveyronnaise et pyrénéenne: le gâteau à la broche . Ce gâteau présente les caractéristiques suivantes: 1. forme conique creuse (dans notre application: diamètre de base 10 cm, hauteur 24 cm, pour une épaisseur d'environ 1,5 cm) 2. cuisson par exposition à une source thermo-rayonnante (traditionnellement, un feu de braises, industriellement, des résistances électriques) d'un cône en rotation horizontale selon son axe, recouvert progressivement de couches successives de pâte semi liquide (type quatre quarts ). Indication de l'état technique antérieur. 1. la technique traditionnelle procède par versement manuel de la pâte à l'aide d'une louche, directement sur le cône, jusqu'à obtenir l'épaisseur voulue. 2. la technique industrielle précédant l'invention consiste, elle, en un approvisionnement manuel, à la louche, d'une gouttière de section en V placée au dessus du cône et dont le fond comprend des orifices calibrés de diamètres dégressifs répartis régulièrement, afin d'assurer 1' écoulement d'un débit adapté, fonction de la position de l'orifice vis à vis de la zone du cône qu'il alimente (petit diamètre = petit débit vers la pointe, grand diamètre = grand débit vers la base). 3. inconvénients de ce dispositif: É mauvaise précision des débits ce qui entraîne des excédents de pâte qui s'égouttent à la partie inférieure du gâteau (car non saisie par la chaleur) nécessitant une récupération puis un recyclage importants. É Risques sanitaires de divers ordres liés à l'activité manuelle et au recyclage. É Imprécision du poids des gâteaux et variations importantes de leur cuisson liées à la nécessité d'une interprétation humaine des différents paramètres d'une fournée à l'autre (quantité de pâte, durée de cuisson). 40 2865466 -2- É Exposition importante de l'opérateur à la chaleur des éléments de cuisson afin de pouvoir surveiller celle-ci en permanence. É Important besoin de main d'oeuvre (10 personnes pour 16 5 éléments de cuisson). 4. Solution apportée: Dans l'application industrielle particulière qui a justifié cette recherche, il s'agissait de permettre la mise en place d'un dispositif d'automation en remplacement du process manuel de façon à supprimer ces différents inconvénients. Le succès de cette automatisation dépendait d'une mise en oeuvre complexe de techniques, les unes connues (automate numérique), les autres originales, puisque adaptées à une fabrication non étudiée à ce jour (recherche du meilleur système de pompage, filtrage, conception d'une cuve d'alimentation climatisée, climatisation des canalisation de transport, etc.). Cependant, la principale difficulté, résidait dans la conception du procédé d'écoulement final, spécifique du produit fabriqué, dont l'originalité de forme et de cuisson, imposait une solution particulièrement contraignante. Le succès de cette automatisation et de tous les bénéfices qui en découleraient, dépendait donc de la mise au point de ce procédé d'éjection qui constitue la présente invention. Exposé de l'invention La présente invention concerne un dispositif d'écoulement terminal d'un liquide visqueux propulsé par une pompe et dont l'éjection le long d'une rampe horizontale, percée d'orifices disposés, régulièrement, doit permettre d'obtenir pour chacun d'entre eux un débit différent, non confluent avec les débits adjacents et selon le profil d'écoulement souhaité, compte tenu de la forme conique à enrober. Le recours évident à un simple tube perforé de trous de calibres dégressifs n'était pas envisageable compte tenu du fait que: ^ Il y avait une difficulté de réalisation. ^ Le risque était important de voir s'obstruer les trous de plus faibles calibres, le filtrage ne pouvant pas s'effectuer en dessous d'une certaine dimension des particules. ^ Il y avait le risque d'une difficulté de nettoyage et de contrôle notamment avec un tube de faible diamètre. La solution retenue consiste donc en un tube horizontal (1 fig 1) d'un diamètre suffisant pour permettre une inspection et un bon nettoyage, et d'une épaisseur permettant les différents usinages (décrits ci-après). Ce tube est fileté à ses deux extrémités (4 fig 1) pour accueillir deux bouchons filetés (3 fig 1) assurant l'étanchéité et le démontage, et est muni d'une cheminée 30 35 40 2865466 -3- (2 fig 1) par laquelle arrive le fluide, cette cheminée débouche dans le tube et est fixée perpendiculairement à son axe à sa partie supérieure, à l'aplomb des orifices de sortie où le débit est maximum. Ce tube comporte des orifices d'écoulements (5 fig 1) de calibre identique; la variation de débit est obtenue par un effet de charge s'exerçant sur le fluide tout au long de son parcours dans le tube; cet effet de charge provient de la mise en place dans le tube d'un dispositif de contrainte de charge dont la forme convient pour obtenir le profil d'écoulement recherché. Ce dispositif est constitué d'un rondin de diamètre inférieur au diamètre intérieur du tube (fig 2). Ce rondin est maintenu dans l'axe du tube par deux épaulements (6 fig 2) de diamètre égal au diamètre intérieur de celui ci et situés à chacune de ses extrémités. L'écart entre le diamètre du rondin et le diamètre intérieur du tube détermine un espace préservé qui génère une contrainte de charge à l'écoulement. Afin d'éviter la confluence dans le cadre d'une application nécessitant des points d'écoulement relativement proches les uns des autres, le dispositif peut comprendre deux lignes parallèles d'orifices disposés en quinconce et séparées par un profilé en U (9 fig 4). Pour faciliter la fixation par sa base du profilé en U (8 fig 3), un méplat (7 fig 3) est usiné sur la longueur inférieure du tube éjecteur. Ce méplat est réalisé avec une largeur qui permet le perçage plus aisé des orifices d'éjection. Selon un mode particulier de réalisation, permettant la fabrication de deux gâteaux à la fois, aboutés symétriquement par leur base conique, le dispositif est constitué de deux éjecteurs aboutés l'un à l'autre en miroir (1 fig 5). La cheminée d'alimentation (2 fig.5) est placée au centre de l'axe longitudinal de l'éjecteur, les points d'écoulement étant répartis symétriquement de part et d'autre du point d'implantation de la cheminée. Le dispositif de contrainte de charge (fig 6) introduit dans le tube est également symétrique à ce même point. Dans cette conformation, le tuyau d'alimentation est commun aux deux éjecteurs aboutés, les usinages et équipements à la partie inférieure de l'éjecteur (profilé en U, méplat, rampes d'orifices) sont dédoublés à l'identique. Il en va de même pour le dispositif interne de contrainte. Exposé d'un mode de réalisation La solution retenue dans l'application industrielle (planche 4/4) consiste en un tube en INOX horizontal (1 fig 7) de longueur 540 mm, de diamètre intérieur 26 mm et d'une épaisseur de paroi de 3 mm. Ce tube est fileté (4 fig 7) sur une longueur de 20 mm à ses deux extrémités pour accueillir deux bouchons filetés assurant l'étanchéité et le démontage. Un méplat (7 fig 7) est usiné sur une largeur de 10 mm en partie inférieure du 2865466 -4- tube entre les deux zones filetées. Ce méplat, sur toute sa longueur, est équipé par soudage d'un profilé en U (8 fig 7), de section 6 mm, fixé par sa base et dont les axes sont concomitants. Les rampes d'orifices se trouvent situées de part et d'autre du profilé en U et sur l'espace resté libre du méplat. Enfin, pour individualiser plus efficacement l'éjecteur en deux demi éjecteurs, le tube est équipé de deux cheminées (2 fig 7) (distance d'entraxe 26 mm) de 50 mm de longueur et de 8 mm de diamètre intérieur, soudées perpendiculairement à la partie supérieure de part et d'autre du centre de l'axe longitudinal, et permettant la connection de deux tuyaux d'alimentation en pâte. Ce dispositif correspond de fait à l'utilisation de deux éjecteurs tels que décrits ci-dessus mais aboutés l'un à l'autre en miroir , afin d'exploiter ce procédé d'éjection sur deux gâteaux à la fois, également aboutés symétriquement par leurs bases coniques. Le calibrage des orifices (5 fig 7 et 8), tous de diamètres identiques, est choisi le plus petit possible pour assurer une alimentation à chaque orifice de l'éjecteur (à concurrence tout de même d'une dimension suffisante pour ne pas entraîner de risques d'obstruction eut égard à la nature du fluide concerné), dans l'application concernée: diamètre des orifices 1.5 mm. Le dispositif de contrainte de charge (fig 9) est maintenu dans l'axe de l'éjecteur par deux épaulements(6 fig 9) prenant chacun 5 mm sur la longueur du rondin, de diamètre égal au diamètre intérieur de celui ci et situés à chacune de ses extrémités. Son diamètre a été déterminé de façon à obtenir le profil d'écoulement recherché dans l'application concernée, soit 20 mm. Ce rondin est équipé d'un épaulement supplémentaire (10 fig 9) de diamètre égal au diamètre intérieur du tube éjecteur, occupant 5 mm sur la longueur du rondin, positionné au centre de son axe longitudinal et constituant le cloisonnement fonctionnel entre les deux demi éjecteurs. Le fluide visqueux, propulsé par la pompe, pénètre par les cheminées d'alimentation dans l'éjecteur et remplit ce dernier jusqu'à ses deux extrémités. Dans ce cheminement, une partie du flux s'échappe progressivement par les orifices successivement rencontrés, avec un débit d'autant plus faible que la distance au point d'arrivée du fluide dans le tube est grande et que ce fluide a rencontré un nombre important de points d'écoulements, compte tenu aussi de la pression de charge imposée par la présence du rondin dont le diamètre est calculé dans cet objectif, ne laissant qu'un espace réduit pour ce déplacement. L'écoulement se fait ensuite à la partie inférieure, mais sans confluence d'un orifice à l'autre grâce à la disposition en quinconce des orifices et au profilé en U , tout en permettant une proximité nécessaire de ces points d'écoulement, laquelle serait impossible sans confluence si les orifices se 2865466 -5- présentaient sur la même ligne. On obtient donc pour chaque orifice un débit d'écoulement différentiel décroissant avec un débit maximum pour les orifices situés à l'aplomb immédiat de chaque cheminée d'alimentation, puis un débit minimum pour les points d'éjection situés aux extrémités de l'éjecteur. Présentation des figures. Figure 1 planche 1/4: Ejecteur en coupe verticale dans l'axe de la rampe de trous d'éjections (5), représenté avec deux bouchons inox filetés (3). Figure 2 planche 1/4: Dispositif interne de contrainte de charge, accompagné d'une coupe selon 15 A-A. Figure 3 planche 2/4: Ejecteur en coupe verticale dans l'axe de l'une des deux rampes de trous d'éjections, et accompagné d'une coupe selon B-B, permettant de mettre en évidence l'usinage du méplat (7), le positionnement du profilé en U (8) séparant les deux rampes d'orifices d'éjection (5). Figure 4 planche 2/4: Ejecteur vu de dessous, représenté avec deux bouchons inox filetés (3) permettant de mettre en évidence l'usinage du méplat (7), le positionnement du profilé en U (8) séparant les deux rampes d'orifices d'éjection et la disposition en quinconce des orifices (9). Figure 5 planche 3/4: Ejecteur double en coupe verticale dans l'axe des trous d'éjections. Figure 6 planche 3/4: Dispositif interne de contrainte de charge adapté à l'éjecteur double. Figure 7 planche 4/4: Ejecteur double selon la réalisation industrielle, vu en coupe verticale dans l'axe des trous d'éjections et montrant les deux cheminées d'alimentations (2). Figure 8 planche 4/4: Ejecteur selon la réalisation industrielle, vu de dessous. Figure 9 planche 4/4: Dispositif interne de contrainte de charge selon la réalisation industrielle, présentant l'épaulement central d'individualisation. 15 20 25 30 35 2- REVENDICATIONS 1: Dispositif permettant l'éjection d'un fluide visqueux, sous pression, au travers d'orifices de même calibre répartis selon son axe, à des débits différents selon un profil prédéterminé, caractérisé en ce qu'il est constitué de: É un tube horizontal (1 fig 1) d'épaisseur et de diamètre permettant d'effectuer les usinages nécessaires et offrant une bonne nettoyabilité , fileté à ses deux extrémités (4 fig 1) et obturé par deux bouchons filetés (3 fig 1). Ce tube est perforé en partie basse d'un alignement de trous de même calibre servant de points d'écoulement (5 fig 1). É une cheminée (2 fig 1), par laquelle arrive le fluide, débouche dans le tube et est fixée perpendiculairement à son axe, à sa partie supérieure, à l'aplomb des orifices de sorties où le débit est maximum. 2: Dispositif selon la revendication 1, permettant le rapprochement des points d'écoulement, caractérisé par un méplat (7 fig 3 et 4) réalisé tout le long du tube (à l'exception des zones filetées) et par un profilé en U (8 fig 3 et 4), fixé sur le méplat par sa base. Ce profilé, en séparant la double rangée d'orifices disposés en quinconces (9 fig 4), permet d'éviter la confluence des écoulements. 3: Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le profil de l'écoulement est déterminé par l'introduction dans le tube d'une pièce (fig 2) dont la forme exerce sur le fluide la contrainte de charge recherchée. Ce dispositif est enfermé dans le tube par les deux bouchons filetés. 4: Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la pièce (fig 2) introduite dans le tube est un rondin de diamètre inférieur au diamètre intérieur du tube maintenu dans l'axe du tube par deux épaulements (6 fig 2) de diamètre égal au diamètre intérieur du tube, situés à chacune de ses extrémités. L'écart entre le diamètre du rondin et le diamètre intérieur du tube détermine un espace préservé mais générant une contrainte de charge correspondant au profil d'écoulement recherché. 25 2865466 -8- 5: Dispositif selon toutes les revendications précédentes caractérisé en ce que pour obtenir un profil d'écoulement dédoublé en miroir selon le même axe, la cheminée d'alimentation de l'éjecteur est placée au centre de l'axe longitudinal de l'éjecteur et en ce que les points d'écoulement sont répartis symétriquement de part et d'autre du point d'implantation de la cheminée (fig 5). Le dispositif de contrainte de charge (fig 6) introduit dans le tube est également symétrique à ce même point. 6: Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on peut individualiser plus efficacement l'éjecteur en deux demi éjecteurs, en équipant le dispositif de deux cheminées d'alimentation côte à côte légèrement espacées (fig 7), et en munissant le dispositif introduit dans le tube d'un épaulement de diamètre identique au diamètre intérieur du tube et positionné à l'entraxe des deux cheminées d'alimentation de l'éjecteur (10 fig 8). 25 30 35