CA1228797A

CA1228797A - Appareil pour fournir un filet continu d'un liquide cryogenique, notamment d'azote liquide

Info

Publication number: CA1228797A
Application number: CA000455047A
Authority: CA
Inventors: Alain Roullet; Andre Lermuzeaux
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1983-05-30
Filing date: 1984-05-24
Publication date: 1987-11-03
Also published as: NL193747C; DE3419855C3; FR2547017A1; NL193747B; FR2547017B1; DE3419855C2; DE3419855A1; US4546609A; NL8401719A; JPS608600A

Abstract

La divulgation décrit un appareil du type comprenant un dispositif de régulation de pression pourvu d'une conduite d'arrivée de liquide et d'une conduite de sortie de liquide. Pour arrêter le filet continu d'azote liquide fourni par la conduite de sortie du dispositif de régulation de pression, cette conduite est munie d'une électrovanne d'arrêt combinée à un dispositif de dégazage, ce qui ne perturbe pas l'écoulement du liquide franc en fonctionnement normal. Application à la pressurisation de boîtes de conserve par vaporisation d'azote liquide.

Description

9'7 La présente invention est relative à un appareil pour fournir un filet continu d'un liquide cryogénique, notamment d'azote liquide, du type comprenant un dispositif de régulation de pression pourvu d'une conduite dériver de liquide et dîme conduite de sortie de liquide. Elle s'applique notamment à la pressurisation dû
boîtes de conserves par vaporisation d'azote liquide.
Les fabricants de reciplents, en particulier de boites métalliques pour liquides de grande consommation tels que les boissons, ont oie amènes, pour des raisons de prix de revient, à
là utiliser des épaisseurs de matière, en particulier de motel, de plus en plus réduites. Il en résulté une diminution de la résistance mécanique de ces récipients et un danger d'ecrasement lorsqu'on les empile les uns sur les autres. Si les récipients contenant un produit dégageant un gaz par lui-m&me, par exemple une boisson carbonatée, résistent relativement bien à l'ecrasement, il n'en est pas de même pour les récipients renfermant un liquide non gazeux, par exemple une boisson plate telle que l'eau minérale, un jus de fruit, etc. On procède dans ce cas à une pressurisation artificielle des récipients, avant le sertissage de leur couvercle, par introduction de quelques gouttes de gaz liquéfié, généralement de l'azote, ce qui permet de résoudre le problème de l'ecrasement.
Lorsque cette technique est appliquée à des machines de conditionnement forte cadence, c'est-à-dire capables de remplir 30.000 à 120.000 récipients à l'heure disposes en une seule file, il ne peut être question d'interrompre l'ecoulement d'azote liquide entre les récipients successifs ; on profère alors laisser couler un filet continu d'azote liquide et admettre une petite perte de liquide entre les récipients successifs qui défilent à grande vitesse sous l'orifice de déversement de ce liquide.
Un problème se pose lorsque, pour une raison quelconque, le defilement des récipients est mumentanement interrompu. En effet, il serait souhaitable de pouvoir interrompre simultanément l'ecoulement d'azote, mais la présence d'une simple electrovanne d'arrêt sur la conduite de sortie de liquide conduirait une entrée de chaleur engendrant des bulles dans l'orifice de sortie, ce qui est absolument prohibé dans cette application. Le même problème se pose si 1'~1 souhaite ajuster le débit d'azote liquide à des ,,' 9'7 vitesses de défile ment variables.
L'invention a pour but de fournir des moyens simples et efficaces pouls arrêter à volonté tout ou partie de l'écoulement de liquide sans perturber cet écoulement pendant le fonctionnement normal de l'installation.
A cet effet, l'invention a pour objet un appareil du type précisé, caractérisé en ce que la conduite de sortie est équipée d'une vanne d'arrêt disposée à l'extérieur du dispositif de régulation de pression et combinée à un dispositif de dégazage situé
là en aval de son siège d'obturateur, ladite conduite de sortie débouchant à l'air libre par un orifice situé en aval du dispositif de dégazage.
Dans un premier mode de réalisation, la vanne d'arrêt canprend un corps pourvu, en aval du siège d'obturateur, dune chambre de dégazage qui communique avec l'extérieur par un évent situe à l'extrémite supérieure de cette chambre.
Dans un autre mode de réalisation, en aval de la vanne d'arrêt est monté un purgeur adapte pour se mettre à 1'at~osphère lorsque le liquide qu'il contient descend au-dessous d'un niveau prédéterminé.
Quelques exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, Æ lesquels:
- la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un premier ode de réalisation de l'appareil suivant l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale à plus grande échelle d'un détail de cet appareil ;
la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un deuxième mode de réalisation de l'appareil suivant l'invention ;
- la figure 4 est une vue partielle en coupe longitudinale, à plus grande échelle, d'une variante de l'appareil de la figure 3, adaptée pour assurer le réglage du débit de liquide ;
- la figure 5 est une vue analogue d'une autre variante ; et - les figures 6 et 7 sont des vues partielles en perspective de deux autres appareils suivant l'illvention capables d'assurer le réglage du débit de liquide.
L'appareil représente à la figure 1 est destiné à fournir en service normal un filet continu d'azote liquide à une série de récipients ou boites cylindriques en aluminium de faible épaisseur qui défilent à grande vitesse sous son orifice 1 de déversement, en étant supportées par un transporteur. L'orifice 1 a un diamètre faible, par exemple confis entre l et 2 mm ; le débit d'azote liquide est faible lui aussi, par exemple de l'ordre de 15 oh pour une cadence de defilement de l'ordre de 30.000 boites par heure.
En particulier, ces boîtes peuvent contenir une denrée alimentaire telle qu'une boisson plate ; en passant sous l'orifice 1, chacune d'elles reçoit quelque gouttes d'azote liquide, puis est fermée hermétiquement par un autre appareil non représenté ; l'azote se vaporise dans les boites fermées et met celles-ci sous pression, ce qui assure leur bonne tenue mécanique ultérieure. Dans une autre application, on peut envisager de déverser une petite quantité
d'azote liquide dans les moites vides, en amont de leur poste de remplissage, afin d'en évacuer l'air par vaporisation de l'azote.
L'appareil de la figure 1 comprend un dispositif 2 de régulation de la pression d'azote liquide à l'orifice 1. Ce dispositif 2 est alimente par une conduite 3 d'arrivée d'azote liquide et délivré azote liquide sous pression reculée par une conduite de sortie 4. Cotte dernière est équipée à son extrémité
aval d'une électrovanne 5 cabine à un dispositif de degazage.
Le dispositif de régulation 2 comporte un récipient 6 dans lequel plonge un tube denrée vertical perfore 7 pourvu d'une electrovanne 8 et auquel se raccorde la conduite 3. L'electrcvanne 8 est commandée par une sonde 9 de détection du niveau d'azote liquide, laquelle peut être de tout type connu. Le récipient 6 comporte encore une cloison verticale anti-remous 10 et, à sa partie su~erieure, un conduit devînt il ouvert à l'atm~sphère.
La conduite de sortie 4, qui part verticalement du fond du récipient 6, est constituée par un double tube intérieur 12 et extérieur 13. L'intervalle annulaire 14 qui les séparé est ferreux à
son extrémité inférieure, et le tube intérieur 12 communique cette extrémité avec l'intervalle 14 par une couronne de trous 15. Ce même tube 12 débouché enfin dans l'orifice d'entree 16 de l'electrovanne 5, que l'on voit mieux la figure 2.
L'electrcvanne 5 est constituée d'un corps 17 et d'un dispositif d'actionn~ment 18. Le corps 17 forme un conduit allonge

2~9~7 divise en une chambre supérieure et en une chambre inférieure par une chicane horizontale 19. De part et d'autre de cette dernière sautent une large ouverture latérale 20 obturable par un clapet 21.
Juste au-dessous de la chicane 19, à l'oppose de l'ouverture 20, est perce un petit évent 22, dont le diamètre peut être de l'ordre de 0,5 mm. Devant cet évent, dans la chambre inférieure 23 du corps 17, est monté un tamis oblique 24. Une tubulure coudée 25 ouverte vers le bas est fixée extérieurement au corps 17 autour de lèvent 22. Ira chambre 23 se termine à son extrémité inférieure par l'orifice 1 de là déversement de l'azote liquide.
Le dispositif d'actionnement 18 est constitué par un solénoïde dont la partie mobile 26 porte le clapet 21.
L'ensemble de l'appareil est convenablement isole thermique ment. De préférence, l'électrovanne 5 est pourvue d'une isolation séparée démontable, pour permettre d'intervenir ccmmDdement en cas de panne. Pour la alerte du dessin, seule l'isolation du dispositif 2 a été représentée.
En fonctionnement normal, l'azote liquide arrive dans le récipient 6 par la conduite 3 et le tube 7 et est maintenu un niveau constant dans ce récipient par la sonde 9 et l'electrovanne 8, ce qui assure à l'orifice 1 une pression constante d'azote liquide égalé à la colonne de liquide surmontant cet orifice.
L'electrovanne 5 est ouverte, de sorte que l'azote liquide contourne la chicane là et semoule en un filet continu par l'orifice l.
L'azote liquide qui entoure le tube 12 assure une isolation thermique parfaite de ce tube. Les entrées de chaleur qui atteignent la conduite 4 se traduisent par la formation de bulles dans l'espace annulaire 14 ; ces bulles, en remontallt dans le récipient 6, créent une circulation d'azote liquide du tube 12 au tube 13 par les trous 15, suivant les flèches indiquées. Ceci assure que seul du liquide franc atteint l'Plectrovanne 5. De plus, les entrées de chaleur au niveau de cette dernière ont pour résultât la formation de bulle dans la chambre 23 ; ces bulles se rassemblent sous la chicane là (la séparation des phases étant favorisée par le tamis 24), et l'azote gazeux s'evacue par lèvent 22.
Ainsi, c'est du liquide franc qui sort par l'orifice inférieur l, ce qui est une condition im~erative pour que les y 7~7 récipients reçoivent une quantité d'azote liquide sensiblement constante. Les gouttelettes de liquide qui passent éventuellement par lèvent 22 sont récupérées par la tubulure 25 et tombent elles aussi dans les récipients, ce qui limite les pertes d'azote liquide.
Lorsqu'un incident de la chaîné de conditionnement oblige à interrompre momentanément le defilement des récipients, on ferme l'electrovanne 5 en appliquant le clapet 21 contre son siège, lequel est constitue par la partie de l'ouverture 20 située sous la chicane 19. L'azote liquide contenu dans la chambre 23 se vide, puis o l'ecoulement s'arrête. Lors du redémarrage du transporteur, on ouvre de nouveau l'electrovanne 5, et un écoulement continu de liquide franc se rétablît très rapidement.
La figure 3, sur laquelle ont oie représentés un récipient R et le transporteur T, illustre un appareil qui ne diffère du précèdent que par son dispositif d'arrêt de l'ecoulement d'azote liquide. En effet, la conduite 4 alimente par son tube intérieur 12 une electrovanne classique FA adaptée pour le niveau de température considère et débouchant dans un purgeur 27, que l'on voit mieux à la figure 4.
Le purgeur 27 est constitue d'un récipient 28 qui contient un flotteur 29 et est muni à son sommet d'un raccord de purge 30. A
ce dernier est relie un tube-event 31 débouchant à l'air libre et équipé d'un robinet d'arrêt 32 normalement ouvert.
Sur la partie inférieure du raccord 30 est articulée un extrémité d'un levier horizontal 33 portant un toton obturateur 34.
L'extremite libre de ce levier est en prise avec un crochet 35 fixe au sommet du flotteur 29. L'orifice 1 de déversement de l'azote liquide est prévu au bas du récipient 28.
En fonctionnement normal figure 3), l'electrovanne FA
étant ouverte, l'azote liquide parvient sous pression regulee dans le récipient 28 et soulève le flotteur 29, ce qui provoque la fermeture du raccord 30 par le toton 34. Les bulles qui se forment dans ce récipient se rassemblent dans la p rite supérieure de celui-ci, ce qui assure un écoulement de liquide franc par l'orifice 1. Ces bulles font monter la pression dans le récipient 28 en repoussant vers le bas l'azote liquide, et donc le flotteur 29 et le levier 33 qui en est solidaire. Dès qu'une certaine suppression 7~9~

s'est développée, la descente du flotteur ouvre donc le raccord 30, ce qui assure la purge du gaz excédentaire. Lorsqu'on ferme l'electrovanne FA, le récipient 28 se vide et, lors du redémarrage, l'azote est imnediatement dégazé dans le purgeur 27 et semoule tout de suite sous forme de liquide franc.
Comme représenté, il est avantageux d'entourer l'orifice 1 par une cloche 36 afin de limiter llaccès de l'humidite et de la chaleur vers cet orifice.
L'appareil de la figure 4 est analogue à celui de la figure 3, mais la conduite 4 est pourvue, juste en amont de l'electrovanne FA, d'un dispositif 37 de réglage de la pression, ce qui convient particulièrement lorsque l'azote liquide est fourni par la conduite 4 sous une pression relativement élevée, par exemple de l'ordre de 0,3 à 1,5 bar relatif. Ce dispositif 37 se compose d'une vanne aiguille 38, éventuellement motorisée et automatisée, précédée d'un second purgeur 39 identique au purgeur 27. Ce second purgeur est nécessaire car le laminage du liquide assure par la vanne 38 n'est efficace que s'il agit sur du liquide franc. La pression se lit sur un manomètre 40 relie au purgeur 27. Comme représenté, le dispositif 37 et le purgeur 27 sont calorifuges, et l'electrovanne FA baigne dans l'air ambiant.
L'appareil de la figure 4 comporte en outre un dispositif d'interruption instantanée de l'ecoulement d'azote liquide dans les récipients R lors des arrêts du transporteur T. Ce dispositif est constitue par une palette retractable 41 actionnée par un venin pneumatique 42. En variante (figure 5), il peut s'agir d'une buse air comprime 43 dirigée sur le filet d'azote liquide. Un tel dispositif permet deviser de déverser une quantité excessive d'azote liquide dans le récipient arrête sous l'orifice 1, et de carter par suite le risque d'eclatement de ce récipient âpres son bouchage.
Dans la variante de la figure 5, l'orifice 1 est équipé
d'un bouchon poreux conique 44. Ainsi, l'azote liquide sort avec une pression relative pratiquement nulle, môme si l'alLmentation est assurée par un dispositif de régulation adapte pour fournir ce liquide sous une pression relativement élevée, Ceci permet d'éviter l'effet d'impact de l'azote liquide dans les récipients et donc de 79'7 ne pas causer de projections hors de ceux-ci du produit qu'ils contiennent ou de l'azote liquide lui-même.
A la figure 5 egale~lent, on a représenté une dérivation 45 qui relie la conduite aient amont de l'electrovanne FA, au tube-event 31, en amont du robinet 32, qui est ici une electrovanne. La dérivation 45 comporte un serpentin vaporiser 46 et une électrovanne 47.
Lorsqu'on ferme l'électrovanne FA, on ferme également l'electrovanne 32 et on ouvre l'électrovanne 47. Ainsi, de l'azote se vaporise dans le serpentin 46, parvient dans le purgeur 27, chasse rapidement l'azote liquide qui y est contenu, puis sec happe p æ l'orifice 1 en maintenant dans le purgeur une atmosphère d'azote sec et froid. Ceci réduit les risques d'accumulation de glace autour de l'orifice 1.
Les figures 6 et 7 illustrent deux montages permettant de régler la quantité d'azote liquide fournie à chaque récipient R. A
la figure 6, entre le purgeur amont commun 39 et le purgeur aval commun 27 sont montées trois tubulures FA en parallèle debouc~ant dans deux collecteurs 4B et équipées chacune d'un organe d'étranglement A et d'une électrovanne FA. A la figure 7, ces trois tubulures FA sont montées entre le purgeur amont commun 39 et trois purgeurs aval respectifs 27 pourvus chacun d'un orifice 1 de déversement d'azote liquide.
En particulier aux figures 6 et 7, les trois organes A
peuvent avoir des sections de passage différentes, par exemple dans des rapports 1, 2 et 3, ce qui permet, en ouvrant une, deux ou trois électrovannes FA d'obtenir SIX débits différents, dans des rapports échelonnés de 1 à 6.
Les appareils des figures 6 et 7 comme celui de la figure 4 permettent d'adapter le débit d'azote liquide aux variations de vitesse du transporteur T, en particulier à ses phases de montée en vitesse. Le réglage de la vanne 38 Figure 4) ou l'ouverture sélective d'une ou de plusieurs électrovannes FA (figures 6 et 7) peut s'effectuer automatiquement en détectant, en aval, la pression intérieure des récipients R âpres fermeture, par exemple par mesure du bombe de leur couvercle. La possibilité de modifier le débit d'azote liquide permet également d'adapter l'appareil diverses utilisations d'une même installation (récipients R vides ou contenant des liquides à différentes températures).
Un montage analogue à celui de la figure 7 peut s'adapter à l'appareil de la figure 1. Pour cela, on fait déboucher vers le huas le tube 13 dans un collecteur horizontal ferme aux deux extrémités et divise mi-hauteur par une tôle perforée horizontale;
le tube intérieur 12 se prolonge jusqu'au-dessous de cette tôle, et plusieurs tubulures, par exemple au nombre de trois, partent de la génératrice inférieure dédit collecteur et alimentent respectivement là des électrovannes telles que l'electrovanne 5 de la figure 2. Ainsi est assure un degazage d'une part dans le tube double 12 - 13, d'autre part dans le collecteur horizontal, et enfin dans le corps 17 de chaque electrovanne 5.

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Appareil pour fournir un filet continu d'un liquide cryogénique, notamment d'azote liquide, du type comprenant un dispositif de régulation de pression pourvu d'une conduite d'arrivée de liquide et d'une conduite de sortie de liquide, caractérisé en ce que la conduite de sortie est équipée d'une vanne d'arrêt disposée à l'exté-rieur du dispositif de régulation de pression et combinée à un dispositif de dégazage situé en aval de son siège d'obturateur,ladite conduite de sortie débouchant à l'air libre par un orifice calibré situé en aval du dispositif de dégazage.

2. Appareil suivant la revendication 1, carac-térisé en ce que la vanne d'arrêt comprend un corps pourvu, en aval du siège d'obturateur, d'une chambre de dégazage qui communique avec l'extérieur par un évent situé à l'extrémité supérieure de cette chambre.

3. Appareil suivant la revendication 2, carac-térisé en ce qu'un tamis est disposé dans la chambre de dégazage, devant l'évent.

4. Appareil suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'une tubulure coudée ouverte vers le bas prend naissance à la sortie de l'évent.

5. Appareil suivant la revendication 1, carac-térisé en ce que le dispositif de dégazage est un purgeur monté en aval de la vanne d'arrêt et adapté pour se mettre à l'atmosphère lorsque le liquide qu'il contient descend au-dessous d'un niveau prédéterminé.

6. Appareil suivant la revendication 5, carac-térisé en ce qu'une dérivation formant vaporisateur relie ladite conduite de sortie, en amont de la vanne d'arrêt, au conduit d'évent du purgeur, cette dérivation ainsi que le conduit d'évent, en aval de celle-ci, étant équipés chacun d'un robinet d'arrêt.

7. Appareil suivant l'une quelconque des reven-dications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite conduite de sortie comprend, sur au moins une partie de sa lon-gueur à partir du dispositif de régulation de pression, un tube intérieur entouré d'un tube extérieur avec lequel il communique à son extrémité aval.

8. Appareil suivant l'une quelconque des reven-dications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite conduite de sortie débouche dans un collecteur d'où partent plusieurs tubulures d'alimentation de vannes d'arrêt combinées à un dispositif de dégazage commun ou à des dispositifs de dégazage respectifs.

9. Appareil suivant l'une quelconque des reven-dications 1 à 3, caractérisé en ce que l'orifice de déver-sement de liquide est muni d'un bouchon poreux.

10. Appareil suivant l'une quelconque des reven-dications 1 à 3, caractérisé en ce que sous l'orifice de déversement de liquide est disposé un dispositif d'arrêt instantané du liquide, notamment une palette rétractable ou une buse de gaz comprimé.

11. Appareil suivant l'une quelconque des reven-dications 1 à 3, caractérisé en ce que la vanne d'arrêt baigne dans l'air ambiant.