Brevet FR2980182A1 — publié le 20130322

La présente invention concerne un dispositif d'échappement contrôlé associé à un dispositif de distribution sous pression de liquide dans un récipient. ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION Pour le remplissage à niveau constant de récipients avec un liquide distribué sous pression on connaît des becs de remplissage comportant : une partie de liaison annulaire configurée pour réaliser un appui étanche avec un col de récipient et délimiter une zone de distribution ; un conduit de distribution relié à une source d'alimentation en liquide sous une pression de distribution par l'intermédiaire d'un clapet de distribution et débouchant dans la zone de distribution ; un évent d'échappement débouchant d'une part dans la zone de distribution, et d'autre part selon un orifice de mise à l'air libre, et un dispositif d'échappement contrôlé comprenant un clapet de verrouillage d'échappement commandé par un niveau de liquide dans l'évent d'échappement, interposé dans l'évent d'échappement entre la zone de distribution et l'orifice de mise à l'air libre. Lors du remplissage d'un récipient, l'air contenu dans le récipient est chassé par le liquide introduit dans le récipient et s'échappe par l'orifice de mise à l'air libre. Lorsque le liquide atteint l'extrémité inférieure de l'évent d'échappement, le liquide monte dans l'évent d'échappement et provoque la fermeture du clapet de verrouillage d'échappement. Le clapet de distribution est ensuite fermé et le récipient est séparé de la partie de liaison annulaire de sorte que le liquide contenu dans l'évent d'échappement retombe dans le récipient. Pour éviter que du liquide s'échappe par l'orifice de mise à l'air libre, il est nécessaire que le clapet de verrouillage d'échappement se ferme avant que le liquide atteigne le siège du clapet de verrouillage d'échappement. Pour cela les dispositifs existants comprennent un clapet de verrouillage d'échappement associé à un flotteur. Lorsque le récipient est séparé de la partie de liaison annulaire, le flotteur continue d'être porté par le liquide contenu dans l'évent d'échappement. En outre la force appliquée par le flotteur engendre des forces de retenue par capillarité à l'interface entre le clapet de verrouillage d'échappement et son siège. Par ailleurs, la quantité de liquide qui remonte dans l'évent d'échappement et retourne ensuite dans le récipient est fonction du volume du flotteur assurant la manoeuvre de fermeture du clapet de verrouillage d'échappement. Ceci pose un problème dans la mesure où le liquide servant à soulever le flotteur retourne ensuite dans le récipient et risque d'être pollué lors de son passage dans l'évent d'échappement. Il est donc souhaitable de minimiser le volume du clapet de verrouillage d'échappement, ce qui ne peut pas être fait avec un flotteur. OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est de minimiser le volume de liquide transitant par l'évent d'échappement tout en assurant une fermeture et une réouverture rapides du clapet de verrouillage d'échappement. BRÈVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose selon l'invention un dispositif d'échappement contrôlé associé à un dispositif de distribution sous pression de liquide dans un récipient, le dispositif d'échappement contrôlé comportant : - un évent d'échappement débouchant d'une part dans une zone de distribution de liquide sous pression, et d'autre part dans une enceinte fermée ayant une paroi supérieure comportant un orifice d'échappement entouré d'un siège supérieur pour un clapet de verrouillage d'échappement ; - un clapet de verrouillage d'échappement disposé dans l'enceinte en dessous du siège supérieur de clapet de verrouillage d'échappement et commandé par un niveau de liquide dans l'évent d'échappement, dans lequel le clapet de verrouillage d'échappement comprend un clapet pesant monté pour coulisser entre une position haute et une position basse dans un guide de clapet de verrouillage d'échappement comportant un conduit de guidage ayant une extrémité inférieure communiquant avec l'évent d'échappement, et une extrémité supérieure coaxiale au siège supérieur de clapet de verrouillage d'échappement, et le clapet de verrouillage d'échappement est monté dans le conduit de guidage avec un jeu créant une perte de charge suffisante pour que le clapet de verrouillage d'échappement soit poussé à la façon d'un piston par du liquide pénétrant dans l'enceinte par l'évent d'échappement. Ainsi, la force de fermeture est principalement fonction de la différence de pression entre la pression de distribution et la pression au-delà du clapet de verrouillage d'échappement. Le clapet de verrouillage d'échappement peut donc être de petite dimension de sorte que la quantité de liquide transitant par l'évent d'échappement est faible. En outre dès le dégagement du récipient la pression chute dans l'évent d'échappement de sorte que le clapet de verrouillage d'échappement n'est plus plaqué contre son siège et retombe donc instantanément. Selon une version avantageuse de l'invention, le dispositif comporte un conduit de court-circuit s'étendant en parallèle au conduit de guidage et ayant une extrémité inférieure débouchant en dessous du clapet de verrouillage d'échappement et une extrémité supérieure débouchant au-dessus du clapet de verrouillage d'échappement lorsque celui-ci est dans la position basse. Ainsi dès que le clapet de verrouillage d'échappement quitte son siège une prise d'air s'établit au dessus du liquide contenu dans l'évent d'échappement de sorte que le liquide contenu dans l'évent d'échappement s'écoule très rapidement dans le récipient, ce qui permet d'augmenter la cadence de remplissage. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, le conduit de court-circuit a un volume supérieur à un volume balayé par le clapet de verrouillage d'échappement entre la position basse et la position haute. Le conduit de court-circuit joue alors un rôle de volume tampon et garantit une fermeture du clapet de verrouillage d'échappement avant que du liquide atteigne le siège du clapet de verrouillage d'échappement. Selon encore un autre aspect avantageux de l'invention le conduit de court-circuit est délimité par une encoche sur un coté du guide de clapet de verrouillage d'échappement, et une paroi latérale de l'enceinte. Ainsi on minimise les forces de frottement sur les parois du conduit de court-circuit et la vidange de l'évent d'échappement est encore accélérée. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif comporte un clapet taré monté entre le clapet de verrouillage d'échappement et l'orifice de mise à l'air libre. De préférence, l'évent d'échappement est relié à un orifice d'introduction de fluide équipé d'un clapet antiretour. Il est ainsi possible de conditionner des liquides gazeux en établissant une contre pression dans le récipient, ou de conditionner des liquides plats sensibles à l'oxygène en injectant un gaz neutre dans le récipient avant son remplissage. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de description qui suit d'un mode de réalisation préféré non limitatif du dispositif d'échappement contrôlé selon l'invention, en référence aux figures ci-jointes parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue de côté schématique d'un carrousel de remplissage équipé de becs de remplissage selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe très agrandie de l'encadré A de la figure 1, selon la ligne II-II de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe très agrandie de l'encadré B de la figure 1, selon la ligne III-III de la figure 1, - la figure 4 est une vue en perspective agrandie du guide de clapet de verrouillage d'échappement selon l'invention, - la figure 5 est une vue encore agrandie de l'encadré C de la figure 3. DESCRIPTION DETAILLÉE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, le carrousel de remplissage selon l'invention comporte un collecteur d'alimentation annulaire 1 alimenté en liquide sous pression par des conduits radiaux 2 ayant une extrémité reliée au collecteur d'alimentation 1 et une extrémité opposée reliée à un joint tournant 3 assurant une liaison avec une source d'alimentation en liquide sous pression symbolisée par une pompe 4 associée à une cuve de stockage 5. Comme illustré par la figure 2, le collecteur 1 est formé par une rainure annulaire 6 réalisée dans un plateau 7, et fermée par un couvercle annulaire 8 convenablement fixé au plateau 7 par des boulons non représentés s'étendant dans des perçages 9, l'étanchéité entre le plateau 7 et le couvercle 8 étant assurée par des joint toriques 10 et 11. Des becs de remplissage 12 sont suspendus sous le plateau 7. Chaque bec de remplissage 12 comporte un corps de bec 13 traversé par un alésage vertical 14 comportant à sa partie inférieure un décrochement 15 dans lequel est monté un joint annulaire 16 formant une partie de liaison annulaire configurée pour réaliser un appui étanche avec un col de récipient 17. Un conduit de distribution formé par un tube rectiligne 18 est monté dans l'alésage 14 et est maintenu en place par un joint torique 19 comprimé par une douille vissée 20. L'extrémité inférieure du conduit de distribution 18 s'étend à l'intérieur du récipient dans lequel elle définit une zone de distribution 21. L'extrémité supérieure 22 du conduit de distribution 18 est fixée sous le plateau 7 et est relié au collecteur d'alimentation 1 par un perçage 23, par l'intermédiaire d'un clapet de distribution 24. Dans le mode de réalisation illustré le clapet de distribution 24 comporte une bille 25 reposant sur une cuvette 26 montée de façon étanche en travers du conduit de distribution 18 et comportant un orifice de distribution 27 ayant un diamètre inférieur à celui de la bille 25. La bille 25 est manoeuvrée par un actionneur magnétique comprenant un doigt 28 porté par une armature magnétique cylindrique 29 disposée à l'intérieur du conduit de distribution 18 et dont la position est déterminée par une bague magnétique 30 montée mobile axialement au conduit de distribution 18 et entourant celui-ci au niveau de l'armature magnétique 29. La position de la bague magnétique est déterminée par un organe de manoeuvre comprenant ici un galet 31 fixé sur la bague magnétique 30 et coopérant avec une came de guidage 30. Le doigt 28 s'étend coaxialement à l'orifice de distribution 27 de la coupelle 26 de sorte qu'en fonction des mouvements axiaux de l'armature magnétique 29, la bille 25 est soit en appui sur le bord de l'orifice de distribution 27 pour assurer une fermeture du conduit d'alimentation 18, soit écartée de cette position par le doigt 28 de sorte que du liquide sous pression peut s'écouler à travers l'orifice de distribution 27 dans le conduit de distribution 18. À la partie inférieure de l'alésage 14 celui-ci comporte un décrochement 33 dans lequel est monté un tube 34 qui s'étend coaxialement au conduit de distribution 18 en étant espacé de celui-ci et qui s'étend vers le bas jusqu'à proximité de l'extrémité inférieure du conduit de distribution 18. À son extrémité supérieure, le tube 34 est percé d'un orifice 35 qui coïncide avec un perçage 36 dans le corps de bec 13. Le tube 34 et le perçage 36 définissent ainsi une partie d'un évent d'échappement dont l'extrémité supérieure débouche dans un organe de contrôle d'échappement 37. Dans le mode de réalisation illustré, l'organe de contrôle d'échappement 37 comporte un corps 38 comportant un perçage longitudinal 39. À son extrémité inférieure, le perçage 39 débouche dans un alésage 44 de plus grand diamètre que le perçage 39 de sorte que le décrochement entre le perçage 39 et l'alésage 44 définit un siège supérieur 45 pour un clapet pesant formé ici par une bille en acier 46. On entend par clapet pesant au sens de l'invention un clapet ayant une densité suffisante pour ne pas pouvoir être porté par le liquide à conditionner. La bille 46 est montée dans un guide de clapet de verrouillage d'échappement formé ici par une douille 47 ayant une paroi latérale 48 cylindrique de même diamètre que l'alésage 44, pourvue d'une collerette annulaire 49 ayant des dimensions identiques à un décrochement 50 de l'alésage 48 de sorte qu'après emmanchement à force de la douille 47 dans le corps 38 et fixation sur le corps 13 par des moyens non représentés, la douille 47 est montée de façon étanche dans le corps 38 et est appliquée de façon étanche sur le bloc 13. La douille 47 délimite ainsi avec l'alésage 48 une enceinte fermée 67 pourvue d'un orifice d'échappement 45. La douille 47 comporte un perçage central 51 coaxial au perçage 39 dans le corps 38 et de même diamètre que celui-ci. L'extrémité inférieure du perçage 51 coïncide avec l'extrémité supérieure du perçage 36 dans le bloc 13. En regard de l'extrémité inférieure du perçage 39 la douille 47 comporte un perçage supérieur 52, coaxial au perçage 51 formant un conduit de guidage pour la bille 46 et ayant un diamètre, supérieur à celui de la bille, adapté pour que le jeu entre la bille 46 et le perçage 52 crée une perte de charge suffisante pour que la bille 46 soit repoussée à la façon d'un piston par du liquide arrivant par le perçage 36. En pratique un jeu de 0,5 dixième de mm à un dixième de mm est satisfaisant. Le décrochement entre le perçage 51 et l'alésage 52 définit un siège inférieur 55 pour la bille 46. De préférence le siège inférieur 55 est à une distance du siège supérieur telle que la course d de la bille 46 entre la position basse représentée en trait continu sur la figure 5, et la position haute représentée en tirets, soit au plus égale au rayon de la bille 46. Par ailleurs, la douille 47 comporte un perçage radial 54, de même diamètre que le perçage 51, associé à une encoche latérale 53 ayant une section supérieure au perçage 51 pour délimiter, avec la paroi latérale 48 de l'enceinte 67 un conduit de court-circuit s'étendant en parallèle au conduit de guidage 52 et ayant une extrémité inférieure débouchant en dessous de la bille 46 et une extrémité supérieure débouchant au-dessus de la bille 46 lorsque celle-ci dans une position de repos en appui sur le siège inférieur 55. De préférence, le conduit de court-circuit a un volume supérieur à un volume balayé par le clapet de verrouillage d'échappement entre une position basse et une position haute. En référence à la figure 3, le corps 38 comporte en outre un perçage 56 transversal au perçage 39 et associé à un alésage 57 dans lequel est vissé une douille 58 dont le conduit central 59 forme une partie de l'évent d'échappement et débouche à l'extérieur du corps 38 selon un orifice de mise à l'air libre 60. L'alésage 57 a un diamètre supérieur au perçage 56 et le décrochement ainsi réalisé forme un siège pour une bille 61 rappelée vers celui-ci par un ressort 62 disposé dans le conduit central de la douille 58, et dont la force d'appui est déterminée par le vissage de la douille 58. La douille 58, la bille 61 et le ressort 62 forment ainsi un clapet taré entre l'orifice d'échappement 45 et l'orifice de mise à l'air libre 60. Toujours en référence à la figure 3, l'extrémité supérieure du perçage longitudinal 39 est équipée d'un organe d'injection de gaz sous pression comprenant une douille 40 dans laquelle est monté un clapet anti retour 41. La douille 40 est reliée à une source de gaz sous pression telle qu'une bouteille d'azote 42, par l'intermédiaire d'une vanne 43 dont la position est commandée par un organe de manoeuvre tel qu'un galet associé à une came, non représentés. Par ailleurs, le bec remplissage selon l'invention comporte un conduit de liaison 63 débouchant d'une part dans le conduit de distribution 18 et d'autre part dans le perçage 39. Une vanne 64 est montée sur le conduit de liaison 63 et sa position est déterminée par un organe de commande tel qu'un galet 65 associé à une came escamotable 66. Le dispositif ainsi décrit sert à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention comme décrit ci-dessous. Le clapet taré 61 est tout d'abord réglé pour fermer l'évent d'échappement selon un tarage à la pression d'échappement maximale que l'on souhaite atteindre dans le récipient au cours du remplissage, cette pression de tarage étant bien entendu inférieure à la pression de distribution. Un récipient à remplir est mis en appui sur la partie de liaison annulaire. Si nécessaire en fonction des conditions de remplissage recherchées, un gaz à une pression au plus égale à la pression d'échappement est injecté dans l'évent d'échappement. On remarquera à ce propos qu'en raison de son poids le clapet de verrouillage d'échappement 46 est normalement en appui sur le siège inférieur 55. En outre, en raison de l'existence du conduit de court-circuit 53 et de l'écart de dimension entre le perçage 51 et l'alésage 52, le clapet de verrouillage d'échappement est plaqué sur le siège inférieur 55 avec une force d'autant plus grande que la pression est plus élevée dans l'évent d'échappement. Le clapet de distribution est ensuite ouvert et le liquide s'écoule alors dans le récipient à un débit qui est fonction de la différence entre la pression de distribution et la pression dans le récipient. Lorsque le liquide atteint l'extrémité inférieure du tube 34, comme illustré sur la figure 3, le liquide remonte dans l'évent d'échappement. Lorsqu'il atteint la douille 47, le liquide remonte simultanément dans le perçage 51 et dans le conduit de court-circuit 53 mais en raison de la différence de volume entre le conduit de court-circuit et le perçage 51, le liquide monte plus vite dans le perçage 51 que dans le conduit de court-circuit de sorte que le clapet de verrouillage d'échappement est poussé contre le siège supérieur 45 avant que le liquide l'atteigne par le conduit de court-circuit. Lorsque l'évent d'échappement est fermé par le clapet de verrouillage d'échappement 46, le liquide cesse de s'écouler dans le récipient. Le clapet de distribution 25 est alors fermé et le récipient est abaissé pour le dégager du joint 16. Le col du récipient est donc mis à l'air libre et en raison du gaz sous pression emprisonné entre le clapet taré 61 et le clapet de verrouillage d'échappement 46, ce dernier est poussé brusquement vers le bas et le liquide contenu dans l'évent d'échappement est chassé vers le récipient. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier bien que l'invention ait été illustrée avec un clapet de verrouillage d'échappement sous forme d'une bille en acier, on peut utiliser un clapet de verrouillage d'échappement en un autre matière, par exemple en céramique, ou utiliser un clapet de verrouillage d'échappement ayant une autre forme, par exemple une forme de tronc de cône, ou encore utiliser un clapet de verrouillage d'échappement comportant plusieurs parties reliées les unes aux autre, une partie servant à fermer l'orifice d'échappement de façon étanche tandis qu'une autre partie sert d'organe de manoeuvre. Bien que l'invention ait été illustrée en relation avec un dispositif comportant un clapet taré monté entre le clapet de verrouillage d'échappement et l'orifice de mise à l'air libre, et un organe d'introduction de fluide équipé d'un clapet antiretour relié à l'évent d'échappement, ce qui permet de conditionner des liquides gazeux ou des liquides plats sensibles à l'oxygène, le clapet de verrouillage d'échappement peut déboucher directement à l'air libre pour le conditionnement de liquides plats à une cadence élevée . Bien que l'invention ait été illustrée avec un conduit de court-circuit débouchant sous le clapet de verrouillage d'échappement par un perçage de même dimension que le perçage sous le clapet de verrouillage d'échappement, on peut mettre le conduit de court-circuit en liaison avec l'évent d'échappement à travers un orifice plus petit, ce qui crée une perte de charge plus importante ralentissant la montée du liquide dans le conduit de court-circuit, et permet de réduire les dimensions du conduit de court-circuit et donc de réduire la quantité de liquide transitant par l'évent d'échappement, mais le retour du liquide vers le récipient sera également ralenti. Les dimensions de chaque composant seront donc déterminées en fonction des priorités propres à chaque cas. REVENDICATIONS1. Dispositif d'échappement contrôlé associé à un dispositif de distribution sous pression de liquide dans un récipient, le dispositif d'échappement contrôlé comportant : - un évent d'échappement (36,51,39,59) débouchant d'une part dans une zone de distribution (21) de liquide sous pression, et d'autre part dans une enceinte fermée (67) ayant une paroi supérieure comportant un orifice d'échappement (45) entouré d'un siège supérieur pour un clapet de verrouillage d'échappement (46) ; - un clapet de verrouillage d'échappement disposé dans l'enceinte en dessous du siège supérieur de clapet (45) de verrouillage d'échappement et commandé par un niveau de liquide dans l'évent d'échappement, caractérisé en ce que le clapet de verrouillage d'échappement comprend un clapet pesant (46) monté pour coulisser entre une position haute et une position basse dans un guide de clapet de verrouillage d'échappement comportant un conduit de guidage (52) ayant une extrémité inférieure communiquant avec l'évent d'échappement, et une extrémité supérieure coaxiale au siège supérieur de clapet de verrouillage d'échappement, et en ce que le clapet de verrouillage d'échappement est monté dans le conduit de guidage (52) avec un jeu créant une perte de charge suffisante pour que le clapet de verrouillage d'échappement soit repoussé à la façon d'un piston par du liquide pénétrant dans l'enceinte par l'évent d'échappement. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un conduit de court-circuit (53) s'étendant en parallèle au conduit de guidage (52) et ayant une extrémité inférieure débouchant en dessous du clapet de verrouillage d'échappement (46) et une extrémité supérieure débouchant au-dessus du clapet de verrouillage d'échappement (46) lorsque celui-ci est dans la positionbasse. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le conduit de court-circuit (53) a un volume supérieur à un volume balayé par le clapet de verrouillage d'échappement entre la position basse et la position haute. 4. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le conduit de court-circuit est délimité par une encoche (53) sur un coté du guide de clapet de verrouillage d'échappement, et une paroi latérale (44) de l'enceinte. 5. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le clapet de verrouillage d'échappement comprend une bille (46), et en ce que le conduit de guidage comprend un perçage (52) ayant un diamètre supérieur à celui de la bille. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le guide de clapet de verrouillage d'échappement comporte un perçage (51) coaxial au conduit de guidage (52) s'étendant en dessous du conduit de guidage et délimitant avec celui-ci un siège inférieur (55) pour le clapet de verrouillage d'échappement. 7. Dispositif selon la revendication 2 et la revendication 6 caractérisé en ce que le conduit de court-circuit débouche sous le siège inférieur (55) du clapet de verrouillage d'échappement selon un perçage (54) ayant un diamètre au plus égal au diamètre du siège inférieur. 8. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que la bille (46) a une course (d) inférieure à un rayon de la bille. 9. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un clapet taré (61,62) monté entre le clapet de verrouillage d'échappement (46) et l'orifice de mise à l'air libre (60). 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que l'évent d'échappement (39) est relié à un orifice d'introduction de fluide équipé d'un clapet antiretour (41).