Brevet FR2889175A1 — publié le 20070202

La présente invention concerne les dispositifs de remplissage de récipients avec des liquides alimentaires, tels par exemple des liquides visqueux à base de produits laitiers. L'invention concerne plus précisément une buse de remplissage de récipients avec un liquide alimentaire, comprenant un tube extérieur s'étendant selon une direction longitudinale et ayant une extrémité libre d'où sort le liquide. De telles buses de remplissage sont déjà connues et se trouvent notamment dans une station de remplissage d'une chaîne de fabrication de pots de yaourt, cette station de remplissage étant généralement située en aval d'une station de thermoformage de récipients et en amont d'une station de fermeture des récipients remplis. De telles buses de remplissage sont généralement orientées verticalement de manière à être montées à l'extrémité de conduites reliées à un réservoir de liquide. Généralement, lorsqu'une série de récipients vient d'être thermoformée, elle est amenée dans la station de remplissage de telle manière que chacun des récipients vides soit disposé sous l'une des buses de remplissage. Ensuite, on ouvre une vanne disposée dans la conduite en amont des buses afin de verser une quantité prédéterminée de liquide dans chacun des récipients. Lorsque les récipients de cette série sont remplis, on ferme la vanne puis on déplace la série de récipients remplis vers la station de 25 fermeture. Simultanément, la série suivante de récipients vides venant d'être thermoformés est amenée dans la station de remplissage sous les buses afin d'être à leur tour remplis. On constate en pratique qu'après avoir refermé la vanne, une goutte de liquide se forme à l'extrémité libre du tube extérieur de la buse, cette goutte tombant le plus souvent sur les récipients en déplacement. La cause de ce phénomène est que deux types de forces antagonistes s'appliquent à la goutte de liquide: une force de maintien due à la tension superficielle du liquide qui tend à maintenir la goutte contre l'extrémité libre du tube extérieur, et la force de pesanteur qui tend à faire tomber la goutte de liquide. 2889175 2 Par suite, en fonction de la nature du liquide, la somme des forces appliquées à cette goutte fait que cette dernière a plus ou moins tendance à tomber. Le cas le plus défavorable est bien évidemment celui dans lequel cette goutte de liquide tombe, notamment au moment où l'on déplace la série de récipients venant d'être remplis. Dans ce cas, la goutte souille le bord des récipients et peut même nuire à la bonne fermeture des récipients. Ce phénomène est accentué lorsque l'on remplit les récipients avec un liquide visqueux inhomogène du type fromage cottage, également connu sous le nom de cottage cheese en anglais, ou yaourt aux morceaux de fruits. L'invention se propose de remédier substantiellement à cet inconvénient. L'invention atteint son but par le fait que la buse de remplissage comporte en outre un tube intérieur s'étendant sensiblement selon la direction longitudinal du tube extérieur. Ainsi, la présence d'un tube intérieur permet avantageusement d'augmenter la surface de cette zone de contact et, par voie de conséquence, d'augmenter la force de maintien appliquée à la goutte, cette force étant proportionnelle au coefficient de tension superficielle du liquide et à la longueur de la zone de contact entre le liquide et cet objet. L'augmentation de la surface de la zone de contact ne doit toutefois pas se faire au détriment de l'écoulement du liquide. Selon l'invention, le tube intérieur est de préférence ouvert à ses extrémités, si bien que le liquide peut également s'écouler par le tube intérieur. Cette augmentation de la surface de la zone de contact est particulièrement avantageuse pour retenir les gouttes de liquides visqueux comportant des corps hétérogènes tels des morceaux de fromage caillé ou des morceaux de fruits, tels le fromage cottage ou le yaourt aux fruits, le fromage cottage, appelé également cottage cheese étant un fromage constitué par le mélange de lait chaud et de morceaux de fromage caillé ayant une dureté semblable à celle du gruyère. En effet, de tels liquides visqueux inhomogènes présentent une masse volumique importante du fait de la présence des corps 2889175 3 hétérogènes, si bien que la force de pesanteur est relativement importante et, par suite, lorsqu'on utilise des buses de l'art antérieur, la force de maintien due à la tension superficielle n'est pas suffisante pour retenir la goutte. La buse selon la présente invention est donc particulièrement adaptée au remplissage avec de tels liquides. Avantageusement, le tube intérieur s'étend sensiblement jusqu'à l'extrémité libre du tube extérieur. Autrement dit, l'extrémité libre du tube extérieur et l'extrémité du tube intérieur située du côté de l'extrémité libre se trouvent sensiblement dans un même plan, qui s'étend de préférence orthogonalement par rapport à la direction longitudinale du tube extérieur. Dans cette configuration avantageuse, la distance orthogonale entre lesdites extrémités des tubes extérieur et intérieur est minimale, de manière à améliorer le maintien de la goutte. De préférence, en coupe dans un plan orthogonal à la direction longitudinale du tube extérieur, la distance orthogonale entre le tube extérieur et le tube intérieur est sensiblement constante sur sensiblement toute la longueur du tube intérieur. Grâce à cette configuration particulière, le liquide conserve une vitesse sensiblement constante lorsqu'il s'écoule le long du tube intérieur, afin de ne pas perturber l'écoulement et le remplissage des récipients. De préférence, les tubes extérieur et intérieur sont des cylindres coaxiaux de section sensiblement circulaire. Toutefois, sans sortir du cadre de l'invention, les tubes extérieur et intérieur peuvent avoir une forme tronconique s'ouvrant vers l'extrémité libre, de manière à diminuer la vitesse du liquide à la sortie de la buse. On comprend donc que selon la présente invention, un corps hétérogène, tel un morceau de fruit ou un morceau de fromage caillé, traversant la buse, peut passer soit à l'intérieur du tube intérieur, soit entre le tube intérieur et le tube extérieur. Il existe donc deux voies d'écoulement possibles pour le liquide. De préférence, le diamètre du tube intérieur est sensiblement égal à la moitié du diamètre du tube extérieur. Avantageusement, l'extrémité libre du tube extérieur comporte un renflement substantiellement périphérique. 2889175 4 De même, l'extrémité du tube intérieur, du côté de l'extrémité libre, comporte avantageusement un autre renflement substantiellement périphérique. De préférence, chacune de ces deux extrémités comporte un renflement s'étendant sur toute la périphérie de l'extrémité, les renflements étant disposés en vis-à-vis l'un de l'autre, de telle manière que la distance orthogonale entre le tube intérieur et le tube extérieur d'une part, et le diamètre du tube intérieur d'autre part, sont localement réduits afin d'améliorer encore la retenue de la goutte. Avantageusement, la buse comporte en outre des moyens de fixation pour fixer le tube intérieur au tube extérieur à distance de l'extrémité libre. L'intérêt de disposer les moyens de fixation à distance de l'extrémité libre, c'est-à-dire essentiellement du côté opposé à l'extrémité libre, réside dans le fait que l'écoulement du liquide à la sortie de la buse est de la sorte peu perturbé par la présence de ces moyens de fixation. Par ailleurs, comme on l'a déjà expliqué, la buse qui comporte un tube intérieur présente deux voies d'écoulement et, par suite, chacune de ces deux voies d'écoulement présente une section d'écoulement plus faible qu'une buse de l'art antérieur. Par conséquent, il peut se produire la situation dans laquelle le liquide comporte des corps hétérogènes, tel des morceaux de fruit ou de fromage caillé, ayant une taille supérieure aux sections d'écoulement des deux voies d'écoulement de la buse de remplissage. Il en résulte un risque d'obstruction de l'une ou l'autre des voies, voire des deux voies, pouvant entraîner une perturbation de l'écoulement, voire une obstruction complète de la buse. Pour remédier à cet inconvénient, les moyens de fixation comportent avantageusement au moins un bras ayant une arête coupante orientée vers une extrémité de la buse opposée à l'extrémité libre. On comprend que l'arête coupante permet de couper les corps hétérogènes ayant une taille relativement élevée dès leur entrée dans la buse de remplissage selon l'invention, par quoi on évite que la buse ne s'obstrue. De manière préférentielle, les moyens de fixation comportent trois bras, chacun ayant une telle arête coupante. 2889175 5 La présente invention concerne également une installation, de préférence une station de remplissage d'une chaîne de fabrication, comportant au moins une buse de remplissage selon la présente invention. De préférence, la station de remplissage comporte deux platines sur chacune desquelles sont montées six buses de remplissage selon la présente invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 est une représentation simplifiée d'une chaîne de production de récipients comportant une station de remplissage équipée d'une buse de remplissage selon l'invention; - la figure 2 est vue en perspective de l'entrée de la buse de remplissage selon l'invention; la figure 3 est une vue en plan de l'entrée de la buse de remplissage selon l'invention; la figure 4 est une vue en coupe de la buse de remplissage selon l'invention, prise selon le plan de coupe longitudinal IV-IV de la figure 3; et la figure 5 est une vue en perspective de la buse de remplissage selon l'invention, en coupe selon le plan de coupe V-V de la figure 3, la buse étant montée à l'extrémité d'une conduite d'amenée de liquide alimentaire. Sur la figure 1, on a représenté une chaîne de fabrication 10 de récipients 11 comportant plusieurs stations au travers desquelles est entraînée pas à pas une bande thermoplastique 12 par des moyens d'entraînement (non représentés ici). De préférence, les récipients sont destinés à contenir un liquide alimentaire, notamment mais pas nécessairement un liquide visqueux inhomogène (ie contenant des particules solides), tel du fromage cottage ou du yaourt aux morceaux de fruits. Toutefois la buse de remplissage 22 selon l'invention convient également au remplissage de récipients avec tout autre type de produit laitier homogène, tel du yaourt brassé ou de la crème. 2889175 6 Considérée successivement dans le sens F d'avancement de la bande 12, l'installation 10 comprend une station 14 de chauffage, une station 16 de thermoformage, une station 18 de remplissage des récipients thermoformés et une station 20 de fermeture de ces récipients 11 par scellement. La station de remplissage 18 comporte de préférence deux platines sur chacune desquelles sont montées six buses de remplissage 22 selon l'invention. Par soucis de lisibilité, on a schématisé sur la figure 1 une seule buse de remplissage 18. La buse de remplissage 18 est le plus souvent montée à l'extrémité inférieure d'une conduite 23 d'amenée du liquide alimentaire, reliée au réservoir de liquide 25. Comme on l'a déjà expliqué ci-dessus, la buse de remplissage 22 selon la présente invention est particulièrement avantageuse lorsqu'elle est utilisée pour remplir des récipients 11 avec un liquide alimentaire comportant des corps hétérogènes de type morceaux de fromage caillé ou morceaux de fruits. Par exemple, le formage cottage, également connu sous l'appellation cottage cheese peut être formé d'un mélange de lait chaud et de morceaux de fromage caillé dont la dureté est proche de celle du gruyère, ces morceaux de fromage caillé constituant de tels corps hétérogènes. Comme on l'a déjà expliqué ci-dessus, la buse de remplissage de l'art antérieur présente l'inconvénient de ne pas pouvoir correctement retenir la goutte d'un tel liquide qui se forme après le remplissage d'un récipient 11. On va maintenant décrire plus en détail la buse de remplissage 22 selon l'invention, à l'aide des figures 2 à 5. Comme on le voit sur la figure 2, la buse de remplissage 22 présente la forme générale d'un cylindre, dont une première extrémité 24 constitue l'entrée de la buse 22 fixée à la conduite par laquelle entre le liquide, et une seconde extrémité 26 constitue la sortie de la buse. L'écoulement du liquide dans la buse 22 est schématisé par des flèches sur les figures 4 et 5, dirigée de l'entrée 24 vers la sortie 26. 2889175 7 La buse 22 comporte un tube extérieur 28 s'étendant selon une direction longitudinale D, se terminant par une extrémité libre 30 du côté de la sortie de la buse par laquelle sort le liquide. Sur l'exemple représenté sur les figures 2 à 5, le tube extérieur 28 est un cylindre de section circulaire. Toutefois, on peut prévoir que le tube ait une forme légèrement tronconique s'ouvrant vers l'extrémité libre 30, de telle sorte que la vitesse du liquide soit diminuée à la sortie de la buse 22. Comme on le voit bien sur la figure 4, la buse 22 comporte en outre un tube intérieur 32 de section circulaire, qui est disposé à l'intérieur du tube extérieur 28 en étant coaxial à ce dernier. En l'espèce, le diamètre du tube intérieur 32 est de préférence sensiblement égal à la moitié du diamètre du tube extérieur 28. Le tube intérieur 32 comprend une première extrémité 34 située du côté de l'extrémité libre 30 du tube extérieur 28, ainsi qu'une seconde extrémité 36 située à l'opposée de la première extrémité 34. On comprend donc que le liquide peut s'écouler par le tube intérieur ou bien dans l'espace compris entre le tube extérieur et le tube intérieur, définissant ainsi deux voies d'écoulement pour le liquide. Du fait de la géométrie des tubes extérieur 28 et intérieur 32, on comprend que la section de chacune des deux voies, prise dans un plan orthogonal à la direction longitudinale D, est sensiblement constante sur toute la longueur du tube intérieur 32. Autrement dit, la distance orthogonale h entre le tube extérieur 28 et le tube intérieur 32, représentée sur les figures 3 et 4, est sensiblement constante sur sensiblement toute la longueur du tube intérieur. Il en résulte que la vitesse du liquide est également constante sur toute cette longueur. En se référant à la figure 4, on constate que la première extrémité 34 du tube intérieur 32 et l'extrémité libre 30 du tube extérieur 28 sont de préférence disposées dans un même plan, ce plan étant orthogonal à la direction longitudinale D. Par ailleurs, la longueur du tube intérieur 32 est de préférence inférieure à la longueur du tube extérieur 28. En outre, comme on le voit sur les figures, le tube intérieur 32 est fixé au tube extérieur 28 par l'intermédiaire de moyens de fixation 2889175 8 comportant de préférence trois bras 38 qui s'étendent sensiblement radialement par rapport auxdits tubes 28 et 32. De manière préférentielle, ces bras 38 sont fixés du côté de la seconde extrémité 36 du tube intérieur 32, de telle sorte qu'ils sont situés à distance de l'extrémité libre du tube extérieur 28, afin de ne pas perturber l'écoulement du liquide en sortie de buse. En outre, chacun des bras 38 comprend avantageusement une arête coupante 40 disposée vers l'entrée de la buse 22, de façon à pouvoir couper des morceaux de fromage caillé ou de fruits de grosse taille qui seraient susceptibles d'obstruer l'une et/ou l'autre des voies d'écoulement. De manière avantageuse, le tube intérieur 32 présente une faible épaisseur radiale, de telle sorte que le pourtour 42 de la seconde extrémité 36 du tube intérieur 32 constitue également une arête coupante apte à couper les corps hétérogènes de grosse taille. Comme on le voit sur les figures 4 et 5, l'extrémité libre 30 du tube extérieur 28 ainsi que la première extrémité 34 du tube intérieur 32 comportent des renflements ou bourrelets périphériques référencés respectivement 44 et 46, qui s'étendent radialement de manière à réduire localement le diamètre du tube intérieur d'une part et la distance orthogonale h' entre le tube extérieur 28 et le tube intérieur 32 d'autre part. Ceci permet d'augmenter l'interface de contact entre le liquide et la buse de manière à augmenter la force de maintien agissant sur la goutte de liquide, par quoi on améliore la retenue de la goutte de liquide qui se forme après le remplissage du récipient 11. 9 REVENDICATIONS 1. Buse de remplissage (22) de récipients avec un liquide alimentaire, comprenant un tube extérieur (28) s'étendant selon une direction longitudinale et ayant une extrémité libre (30) d'où sort le liquide, caractérisée en ce que la buse (22) comporte en outre un tube intérieur (32) s'étendant sensiblement selon la direction longitudinale du tube extérieur (28). 2. Buse de remplissage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tube intérieur (32) s'étend sensiblement jusqu'à l'extrémité libre (30) du tube extérieur (28). 3. Buse de remplissage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que, en coupe dans un plan orthogonal à la direction longitudinale du tube extérieur (28), la distance orthogonale entre le tube extérieur (28) et le tube intérieur (32) est sensiblement constante sur sensiblement toute la longueur du tube intérieur (32). 4. Buse de remplissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les tubes extérieur (28) et intérieur (32) sont des cylindres coaxiaux de section sensiblement circulaire. 5. Buse de remplissage selon la revendication 4, caractérisée en ce que le diamètre du tube intérieur (32) est sensiblement égal à la moitié du diamètre du tube extérieur (28). 6. Buse de remplissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'extrémité libre (30) du tube extérieur (28) comporte un renflement (44) substantiellement périphérique. 7. Buse de remplissage selon l'une quelconque des revendications 1 35 à 6, caractérisée en ce que l'extrémité du tube intérieur (32), du 2889175 10 côté de l'extrémité libre (30), comporte un renflement (46) substantiellement périphérique. 8. Buse de remplissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la buse comporte en outre des moyens de fixation (38) pour fixer le tube intérieur (32) au tube extérieur (28) à distance de l'extrémité libre (30). 9. Buse de remplissage selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens de fixation comportent au moins un bras (38) ayant une arête coupante (42) orientée vers une extrémité (24) de la buse (22) opposée à l'extrémité libre (30). 10. Installation de remplissage de récipients comportant au moins une buse de remplissage (22) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.