EP2748068A1 - Procédé pour la réalisation d'atmosphères contrôlées sans confinement sur des lignes de conditionnement automatisées - Google Patents

Procédé pour la réalisation d'atmosphères contrôlées sans confinement sur des lignes de conditionnement automatisées

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EP2748068A1
EP2748068A1 EP12750414.0A EP12750414A EP2748068A1 EP 2748068 A1 EP2748068 A1 EP 2748068A1 EP 12750414 A EP12750414 A EP 12750414A EP 2748068 A1 EP2748068 A1 EP 2748068A1
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EP
European Patent Office
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injector
atmosphere
container
controlled atmosphere
injection zone
Prior art date
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EP12750414.0A
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EP2748068B1 (fr
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Marc Leturmy
Fabrice Bouquin
Etienne CHARVE
Alban Poirier
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B31/00—Packaging articles or materials under special atmospheric or gaseous conditions; Adding propellants to aerosol containers
    • B65B31/04—Evacuating, pressurising or gasifying filled containers or wrappers by means of nozzles through which air or other gas, e.g. an inert gas, is withdrawn or supplied
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B31/00—Packaging articles or materials under special atmospheric or gaseous conditions; Adding propellants to aerosol containers
    • B65B31/04—Evacuating, pressurising or gasifying filled containers or wrappers by means of nozzles through which air or other gas, e.g. an inert gas, is withdrawn or supplied
    • B65B31/041—Evacuating, pressurising or gasifying filled containers or wrappers by means of nozzles through which air or other gas, e.g. an inert gas, is withdrawn or supplied the nozzles acting from above on containers or wrappers open at their top
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/222—Head-space air removing devices, e.g. by inducing foam

Definitions

  • Modified atmosphere means an atmosphere different from the ambient air; for example inerting the head space of bottles or containers containing a liquid at or shortly before the introduction of the cap.
  • headspace or “gaseous sky” will be used indifferently in the following, a notion well known to those skilled in the art of packaging of products, particularly food products, in particular beverages and other cosmetic products, as meaning the space located above the level of liquid in the container (up to the upper neck receiving the final closure means).
  • the invention relates to the bottling or the containerization of any type of products requiring a modified atmosphere to protect them against the resumption of oxygen, moisture, air pollutants and other dust. Examples are:
  • bottles Put in bottles, bottles or various containers of cosmetics (for example cream, shampoo, essential oils, etc.)
  • cosmetics for example cream, shampoo, essential oils, etc.
  • bottles, bottles or various containers in the field of health for example ointments, creams, vaccines, active ingredients, enzymes ... etc.
  • modified atmospheres usually consists of a partial confinement in the form of a tunnel in which the treatment gas (nitrogen, for example) is injected.
  • Most systems are equipped with gas jets to evacuate the air from the head space which is replaced by the tunnel atmosphere.
  • the containers or bottles circulate on a conveying system inside the tunnel. Conveyors can be very different technologies such as continuous moving belts, crawl conveyor systems, carousel type circular conveyors ...
  • the present invention seeks to provide a new solution for performing the treatment without confinement.
  • This solution has been designed in particular by noting that the movement of the bottles naturally promotes the evacuation of the atmosphere from the headspace.
  • the moving bottle is subjected to a slight overpressure on the front part and a slight depression on the rear part.
  • At least one injector is used, the sizing is a very important element of the present invention, we will return later, which is used to achieve the flow or jet of gas.
  • At least one, but preferably two injectors positioned on either side of the conveyor and oriented in the opposite direction to the displacement of the containers or bottles will be used.
  • the injector is constituted for example by a tube, of preferably square, rectangular or circular section (but this is not the case).
  • the objective of the invention is to work out of confinement measures, the gas thrown by the injector (s) thus opens into the ambient air surrounding the area to be treated.
  • the direction of the flow or jet of gas is such that at least one of its components is in the opposite direction of the direction of movement of the containers or bottles.
  • the present invention thus relates to a method for producing a controlled atmosphere at the head space of a product storage container, in a scrolling installation of the type in which the following measures are implemented:
  • the container is partially filled with the aid of the product to a given filling level
  • the upper part of the receptacle is brought into contact with a gaseous treatment atmosphere, designed to evacuate all or part of the air present in the receptacle above said filling level and to set up, above said level, the controlled atmosphere required;
  • the lid is sealed or closed with a suitable means
  • the establishment of the controlled atmosphere is carried out in an unconfined injection zone, by the use of at least one tubular-type injector adapted to project towards the upper edge of the container occurring in the injection zone, the gaseous atmosphere of treatment, and oriented in the injection zone so that at least one of the components of the projected gas velocity is opposite to the direction of displacement of the containers, and that the injector is supplied with a gas flow rate to achieve a turbulent flow regime with a Reynold number between 5000 and 20000.
  • the injection takes place in unconfined space, without tunnel, without cowling, in the open air, thanks to the particular conditions adopted.
  • the establishment of the controlled atmosphere is carried out upstream and / or during sealing.
  • the present invention also relates to an installation for continuous packaging of a product in storage containers, of the type in which the following measures are implemented:
  • the container is partially filled with the aid of the product to a given filling level
  • the upper part of the receptacle is brought into contact with a gaseous treatment atmosphere, designed to evacuate all or part of the air present in the receptacle above said filling level and to set up, above said level, an atmosphere controlled required;
  • the lid is sealed or closed with a suitable means
  • the setting up of the controlled atmosphere being carried out upstream and / or during the lidding, characterized in that the establishment of the controlled atmosphere is carried out in an unconfined injection zone, which is provided with at least one tubular type injector capable of projecting towards the upper edge of the container in the the injection zone, the gaseous treatment atmosphere, said at least one injector being oriented in the injection zone so that at least one of the components of the speed of the thrown gas is opposite to the direction of movement of the containers.
  • FIG. 1 is a schematic illustration of the phenomena occurring naturally during the displacement of the containers (ie displacement of the internal atmosphere (headspace) towards the rear and its replacement by air located on the front edge of the container ).
  • FIG. 2 is a schematic illustration of the phenomena that are put in place by the conditions of the present invention.
  • FIG. 3 gives a schematic representation of an injector used for the evaluation work carried out by the Applicant, in the section in which the main parameters taken into account are mentioned.
  • Figure 4 is a partial schematic representation of an embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a partial schematic representation of another embodiment of the invention.
  • Figures 4 and 5 allow to clearly visualize two modes of implementation of the invention.
  • the containers (already loaded with product) conveyed to a sealing or closure station by any suitable means (stopper, screw lid, etc.) are clearly visible.
  • the containers meet the projected gas jets under flow and sizing conditions in accordance with FIG. the invention by two injectors, positioned on either side of the conveyor and oriented in the opposite direction of the displacement of the containers or bottles:
  • FIG. 4 illustrates a case where the two jets are directed to the same area of the conveyor.
  • FIG. 5 illustrates a mode in which the two jets are directed on slightly shifted zones of the conveyor, which makes it possible to interest a longer conveyor length and thus to have more time to remove the air from the head spaces.
  • the quality of the atmosphere set up in the headspace (for example the residual oxygen level reached in the headspace) will be influenced by the following parameters:
  • the conditioning time ie the time required to complete the transfer of the atmosphere from the head space and its replacement by an adequate atmosphere. This time is itself function:
  • the volume of the headspace o the volume of the headspace.
  • the residual oxygen content of the projected gas flow for example nitrogen
  • the Applicant has carried out work to study the parameters influencing the oxygen content of the flow of nitrogen projected on the containers, the objective being to favor conditions that minimize the mixing of the projected atmosphere with the ambiant air.
  • surface to be treated refers to the section of the "opening neck" of the container, i.e of the upper opening of the container through which the filling product.
  • the atmosphere remains very correct (100 ppm and less) regardless of the speed of the jet.
  • a distance between the injector and the area to be treated less than 20cm (including, according to the specifications of each site, for residual content objectives less than 2%) and more preferably less than 15cm (especially for objectives of less than 1% content).
  • the Reynolds formula shows the intervention of the speed on the one hand and the diameter on the other hand: it proves to be very difficult, especially for fairly large diameters (> 50mm), to remain stable in a laminar regime. speeds must then be very low, the low flow rates and therefore the longer conditioning time and the distance with the injector very low. It is therefore preferred according to the invention to position itself in a turbulent regime, where 5000 ⁇ Re ⁇ 20000, while nevertheless preferring relatively low speeds in order to limit the consumption of gas.
  • Oxygen concentration curves were established within the jet, as a function of the distance of the point considered at the center of the jet of gas, for different gas velocities, under the following conditions:
  • the dimensions of the injector are significantly greater than the dimensions of the zone to be treated, and in particular where the injector section is at least twice the surface to be treated, and even more preferably at least three times greater.

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Abstract

Un procédé et une installation visant à réaliser une atmosphère contrôlée au niveau de l'espace de tête d'un récipient de stockage d'un produit, dans une installation du type où l'on met en œuvre les mesures suivantes en continu : - on procède au remplissage partiel du récipient à l'aide du produit jusqu'à un niveau de remplissage donné; - on met en contact la partie supérieure du récipient avec une atmosphère gazeuse de traitement, visant à évacuer tout ou partie de l'air présent dans le récipient au dessus dudit niveau de remplissage et à mettre en place, au dessus dudit niveau, l'atmosphère contrôlée requise; - on procède à l'operculage ou fermeture du bord supérieur du récipient à l'aide d'un moyen approprié; - la mise en place de l'atmosphère contrôlée étant réalisée en amont et/ou durant l'operculage, se caractérisant en ce que l'on réalise la mise en place de l'atmosphère contrôlée dans une zone d'injection non confinée, par l'utilisation d'au moins un injecteur de type tubulaire et orienté dans la zone d'injection de manière qu'au moins une des composantes de la vitesse du gaz projeté soit opposée au sens de déplacement des récipients, et en ce que on alimente l'injecteur en régime d'écoulement turbulent.

Description

Procédé pour la réalisation d'atmosphères contrôlées sans confinement sur des lignes de conditionnement automatisées
La présente invention concerne le domaine des procédés de réalisation d'atmosphères modifiées sur des articles ou des produits, alimentaires ou non, dans d es l ig n es d e p rod u cti on a uto m at i sées . On entend par « atmosphère modifiée » une atmosphère différente de l'air ambiant ; par exemple l'inertage de l'espace de tête de bouteilles ou récipients contenant un liquide au moment ou peu avant la mise en place du bouchon.
On utilisera indifféremment dans ce qui suit les expressions « espace de tête » o u « ciel gazeux », notion bien connue de l'homme du métier des emballages de produits, notamment alimentaires, notamment des boissons et autres produits cosmétiques, comme désignant l'espace situé au dessus du niveau de liquide dans le récipient (jusqu'au col supérieur recevant le moyen de fermeture final).
En règle générale, l'invention concerne l'embouteillage ou la mise en récipient de tout type de produits nécessitant une atmosphère modifiée pour les protéger contre les reprises en oxygène, en humidité, en polluants de l'air et autre poussières. On peut citer les exemples suivants :
- Embouteil lage de boissons (par exem ple j us de fru its, boissons vitaminées, vin, eaux minérales etc ..)
- Embouteillage d'huiles (alimentaires ou non)
- Mise en flacons, bouteilles ou récipients variés de cosmétiques (par exemple crème, shampoing, huiles essentielles, etc ..)
- Mise en flacons, bouteilles ou récipients variés dans le domaine de la santé (par exemples pommades, crèmes, vaccins, principes actifs, ferments .... etc)
- Mise en conserve de denrées alimentaires
- Conditionnement de peintures en pot
- Conditionnement de produits inflammables (essence, solvant, ...)
- ...etc... La réalisation d'atmosphères modifiées consiste, habituellement, en un confinement partiel sous forme de tunnel dans lequel le gaz de traitement (l'azote par exemple), est injecté. La plupart des systèmes sont équipés de jets de gaz afin d'évacuer l'air de l'espace de tète qui est remplacé par l'atmosphère du tunnel. Les récipients ou bouteilles circulent sur un système de convoyage à l ' intérieur du tunnel . Les convoyeurs peuvent être de technologies très différentes telles les tapis à déplacement continu, les systèmes de convoyage à pas de pèlerin, les convoyeurs à déplacement circulaire de type carrousel ...
Ces technologies existantes donnent déjà de bons résultats pour de nombreux cas de figures, mais peuvent présenter des inconvénients (voir des impossibilités d'atteindre les cah iers de charges requ is) dans certaines situations techniques :
- quand les vitesses de convoyage sont importantes ; par exemple pour une ligne de production de bouteilles de boisson de 50cl, la cadence atteignant 40 000 bouteilles par heure et la vitesse de convoyage peut atteindre 1 ,6m/sec. Le temps nécessaire pour vider l'air puis remplir l'espace de tète nécessite des longueurs de tunnel assez importantes voisines de 50 à 70 cm voire 1 m. Plus le tunnel sera long meilleure sera la qualité de l'atmosphère de l'espace de tète (en terme de résiduel d'oxygène atteint par exemple).
le choix d'un tunnel d'inertage peut représenter une gêne dans certains cas, voire une situation dangereuse lors d'incidents en aval de celui-ci, par exemple au niveau de la prise de bouchon. Des collisions en cascade avec l'impossibilité d'éjecter les bouteilles à cause de la présence du capot peuvent entraîner l'éclatement ou le décrochage du capot, la perte des bouteilles et des arrêts de production importants. - dans le domaine de l'al imentaire les contraintes de propreté sont importantes et nécessitent des arrêts périodiques et fréquents pour nettoyer et aseptiser les lignes. Les tunnels représentent alors des risques de contaminations supplémentaires et donc augmentent les temps de nettoyage des lignes compte tenu des difficultés de décontamination qu'ils génèrent.
le choix de ces technologies de tunnel présente par ailleurs un autre inconvénient: il n'est pas possible de traiter la phase de prise de bouchon. D'une manière générale, sur une courte distance, pouvant aller jusqu'à 20 cm, entre la fin du tunnel et la pose du bouchon, les récipients ou bouteilles se déplacent sous air. Dans cet intervalle, l'azote contenu dans l'espace de tête s'évacue progressivement et est remplacé par de l'air. Ce phénomène peut se révéler majeur quand la vitesse de convoyage est rapide et que la distance entre la fin du tunnel et la prise du bouchon est grande.
face à cela, la solution qui consisterait à traiter jusqu'à la prise du bouchon n'est pas envisageable car les machines plaçant les bouchons ne peuvent être incluses dans le tunnel compte tenu des dimensions et des technologies de ces machines. Le placement des bouchons est donc effectué sous air et l'on considère en pratique actuellement, dans les installations existantes, que l'atmosphère de l'espace de tète réalisée en amont reste satisfaisante, malgré l'inévitable mélange partiel avec l'air ambiant.
On en déduit que les teneurs en oxygène seront d'autant plus élevées que les cadences de prod uction sont importantes, elles peuvent atteindre 10%, et que les niveaux d'oxygène résiduel dans l'espace de tête sont difficilement reproductibles. On conçoit dès lors qu'il serait avantageux de pouvoir disposer d'une nouvelle sol ution d e m ise en pl ace de telles atmosphères modifiées, répondant à de tels cahiers de charges spécifiques, notamment au cas des cadences très élevées de convoyage.
Comme on le verra pl us en détails dans ce q u i su it, la présente invention s'attache à proposer une nouvelle solution permettant de réaliser le traitement sans confinement. Cette solution a notamment été conçue en constatant que le déplacement des bouteilles favorise naturellement l'évacuation de l'atmosphère de l'espace de tête.
En considérant la pression dans l'espace de tête comme référence (pression atmosphérique ou sensiblement à ce niveau), la bouteille en mouvement est soumise à une légère surpression sur la partie avant et à une légère dépression sur la partie arrière.
Cela entraine naturel lement un déplacement de l'atmosphère : l'atmosphère s'évacue par l'arrière et est remplacée par de l'air par l'avant (illustration de ce phénomène en figure 1 annexée).
On souhaite alors grâce à la présente invention offrir une configuration permettant :
- de profiter de ce phénomène en faisant en sorte que l'atmosphère se trouvant à l'avant du récipient soit une atmosphère adéquate, souhaitée, par exemple de l'azote. Dans ce cas, l'évacuation de l'atmosphère in itiale de l'espace de tète (qui peut être de l'air) s'effectue naturellement par l'arrière, et elle est remplacée par l'atmosphère de traitement présente à l'avant du récipient, par exemple de l'azote soufflé, projetée à contre cou rant du déplacement des récipients dans l'installation.
- de maintenir l'atmosphère requise, par exemple l'azote, sur le front avant du récipient jusqu'à la mise en place du bouchon ou autre moyen de fermeture du col supérieur en aval.
- on utilise au moins un injecteur, dont le dimensionnement est un élément très important de la présente invention, nous y reviendrons plus loin, qui est utilisé pour réaliser le flux ou jet de gaz. On utilisera au moins un, mais préférentiel lement deux injecteurs positionnés de part et d'autre du convoyeur et orientés en sens inverse du déplacement des récipients ou bouteilles.
L'injecteur est constitué par exemple d'un tube, de section de préférence carrée, rectangulaire ou circulaire (ma is ceci n 'est qu'illustratif), comme on l'a compris l'objectif de l'invention est de travailler hors mesures de confinement, le gaz projeté par le ou les injecteurs débouche donc dans l'air ambiant environnant la zone à traiter.
La direction du flux ou jet de gaz est donc telle qu'au moins une de ses composantes soit en sens inverse d u sens de déplacement des récipients ou bouteilles.
On parlera dans cette demande de « bord supérieur » ou de « col d'ouverture » du récipient, ce que l'on doit entendre, comme il apparaîtra clairement à l'homme du métier, comme l'ouverture supérieure du récipient par laquelle s'effectue le remplissage, avant que ce récipient ne soit bien entendu fermé par un moyen quelconque en bout de ligne. La présente invention concerne alors un procédé visant à réaliser une atmosphère contrôlée au niveau de l'espace de tète d'un récipient de stockage d'un produit, dans une installation à défilement du type où l'on met en œuvre les mesures suivantes :
- on procède au remplissage partiel du récipient à l'aide du produit jusqu'à un niveau de remplissage donné ;
- on met en contact la partie supérieure du récipient avec une atmosphère gazeuse de traitement, visant à évacuer tout ou partie de l'air présent dans le récipient au dessus dudit niveau de remplissage et à mettre en place, au dessus dudit niveau, l'atmosphère contrôlée requise ;
- on procède à l'operculage ou fermeture du bord supérieur du récipient à l'aide d'un moyen approprié ;
- la mise en place de l'atmosphère contrôlée étant réalisée en amont et/ou durant l'operculage,
se caractérisant en ce que l'on réalise la mise en place de l'atmosphère contrôlée dans une zone d'injection non confinée, par l'utilisation d'au moins un injecteur de type tubulaire, apte à projeter vers le bord supérieur du récipient se présentant dans la zone d'injection, l'atmosphère gazeuse de traitement , et orienté dans la zone d'injection de manière qu'au moins une des composantes de la vitesse du gaz projeté soit opposée au sens de déplacement des récipients, et en ce que on alimente l'injecteur à l'aide d'un débit de gaz permettant d'atteindre un régime d'écoulement turbulent avec un nombre de Reynold compris entre 5000 et 20000.
L'injection a donc lieu en espace non confiné, sans tunnel, sans capotage, à l'air libre, grâce aux conditions particulières adoptées.
Comme indiqué ci-dessus, la mise en place de l'atmosphère contrôlée est réalisée en amont et/ou durant l'operculage.
On tient ainsi compte du déplacement rapide des récipients dans certains sites producteurs, pour lesquels il est nécessaire de limiter l'espace disponible avant fermeture et une fois que l'atmosphère contrôlée a été réalisée, sous peine de voir l'air entrer à nouveau dans le récipient, d'où le fait que selon les cas, l'injection se fera juste avant et/ou durant la pose de l'opercule, bouchon ou couvercle, donc au besoin avant et pendant la fermeture, ou durant la fermeture proprement dite.
La présente invention concerne également une installation de conditionnement en continu d'un produit dans des récipients de stockage, du type où l'on met en œuvre les mesures suivantes :
- on procède au remplissage partiel du récipient à l'aide du produit jusqu'à un niveau de remplissage donné ;
- on met en contact la partie supérieure du récipient avec une atmosphère gazeuse de traitement, visant à évacuer tout ou partie de l'air présent dans le récipient au dessus dudit niveau de remplissage et à mettre en place, au dessus dudit niveau, une atmosphère contrôlée requise ;
- on procède à l'operculage ou fermeture du bord supérieur du récipient à l'aide d'un moyen approprié ;
- la mise en place de l'atmosphère contrôlée étant réalisée en amont et/ou durant l'operculage, se caractérisant en ce que la mise en place de l'atmosphère contrôlée est effectuée dans une zone d'injection non confinée, qui est munie d'au moins un injecteur de type tubulaire, apte à projeter vers le bord supérieur du récipient se présentant dans la zone d'injection, l'atmosphère gazeuse de traitement , ledit au moins un injecteur étant orienté dans la zone d'injection de manière qu'au moins une des composantes de la vitesse du gaz projeté soit opposée au sens de déplacement des récipients.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description suivante, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés pour lesquels :
l a fig u re 1 est une illustration schématique des phénomènes intervenant naturellement lors du déplacement des récipients (i.e déplacement de l'atmosphère interne (espace de tête) vers l'arrière et son remplacement par de l'air situé sur le front avant du récipient).
l a f i g u re 2 est une illustration schématique des phénomènes que l'on met en place grâce aux conditions de la présente invention.
- la fig ure 3 donne une représentation schématique d'un injecteur utilisé pour les travaux d'évaluation réalisés par la Demanderesse, figure en section où sont mentionnés les principaux paramètres pris en compte.
la figure 4 est une représentation schématique partielle d'un mode de réalisation de l'invention.
- la figure 5 est une représentation schématique partielle d'un autre mode de réalisation de l'invention.
On ne reviendra pas ici sur les phénomènes illustrés par les figures 1 et 2, largement explicités dans la description qui précède.
Les figures 4 et 5 permettent de bien visualiser deux modes de mise en l'œuvre de l'invention. Dans les deux cas on visualise bien les récipients (déjà chargés en produit) convoyés jusqu'à un poste d'operculage ou de fermeture par tout moyen adéquat (bouchon, couvercle vissable...).
Dans une zone d'injection située très peu de distance en amont du poste d'operculage (on préfère selon l'invention ne pas dépasser 20 cm), les récipients rencontrent les jets de gaz projetés dans des conditions de débit et de dimensionnement conformes à l'invention par deux injecteurs, positionnés de part et d'autre du convoyeur et orientés en sens inverse du déplacement des récipients ou bouteilles :
- La figure 4 illustre un cas où les deux jets sont dirigés vers la même zone du convoyeur.
- La figure 5 illustre un mode où les deux jets sont dirigés sur des zones du convoyeur légèrement décalées, ce qui permet d'intéresser une longueur de convoyeur supérieur et donc de disposer de plus de temps pour enlever l'air des espaces de tète.
Les travaux menés à bien par la Demanderesse (tant expérimentaux que de modélisation) ont permis de montrer que dans une telle configuration d'injection à l'avant des récipients, la qualité de l'atmosphère mise en place dans l'espace de tête (par exemple le taux d'oxygène résiduel atteint dans l'espace de tête) va être influencée par les paramètres suivants :
- le temps de conditionnement, c'est à dire le temps nécessaire pour effectuer complètement le transfert de l'atmosphère de l'espace de tête et son remplacement par une atmosphère adéquate. Ce temps est lui même fonction :
o de la vitesse de soufflage à contre courant de l'atmosphère, par exemple l'azote,
o de la vitesse de déplacement des récipients (en sens inverse du soufflage),
o de la distance disponible entre le soufflage du gaz et la prise de bouchon (ou autre moyen de fermeture)
o du volume de l'espace de tête. - de la teneur résiduelle en oxygène du flux de gaz projeté (par exemple de l'azote), envoyé sur le front avant de la bouteille ou récipient.
Et précisément, la Demanderesse a mené des travaux pour étudier les paramètres influençant la teneur en oxygène du flux d'azote projeté sur les récipients, l'objectif étant de privilégier des cond itions qu i minimisent l e mélange de l'atmosphère projetée avec l'air ambiant.
Ces travaux on montré que les paramètres influant sur la teneur en oxygène dans le flux d'azote sont :
o la distance entre l'injecteur et la zone à traiter
o La vitesse du gaz de traitement
o le régime d'écoulement
o La position d'un point considéré du jet par rapport au centre du jet o La section du jet ou flux de gaz par rapport à la surface à traiter
Afin de lever toute ambiguïté on parle de « surface à traiter » dans la présente demande pour désigner la section du « col d'ouverture » du récipient, i.e de l'ouverture supérieure du récipient par laquelle s'effectue le remplissage en produit.
Ces travaux ont donc été réalisés en utilisant les paramètres suivants :
- Injecteur tubulaire de diamètre D
- Distance d'inertage entre l'injecteur et la surface à traiter : H
- Nature du gaz projeté : de l'azote
- Vitesse du gaz : v
- Distance d'un point considéré à l'intérieur du jet avec le centre du jet : d
(Ces paramètres sont visualisés dans la figure 3 annexée). Les résultats observés peuvent être résumés par ce qui suit.
1 - Influence de la distance H (entre le ou les iniecteur(s) et la surface à traiter) Différentes évaluations ont été effectuées avec un injecteur tubulaire de diamètre 44mm, et pour différentes vitesses de gaz en régime d'écoulement turbulent (2, 4, 6, et 8 m/s).
Elles montrent clairement que le paramètre de distance entre l'injecteur et la zone à traiter influence grandement la teneur en oxygène observée au centre du jet :
- la teneur en oxygène résiduel obtenue augmente avec la distance pour une vitesse donnée
- il est nécessaire d'augmenter la vitesse pour maintenir le niveau d'oxygène quand on éloigne l'injecteur de la surface à traiter
- pour les faible distances (ex : 5, 10 cm) l'atmosphère reste très correcte (100 ppm et moins) quelle que soit la vitesse du jet.
On sait néanmoins qu'en pratique il est rarement possible de positionner le ou les injecteurs très prés du récipient, du fait de l'encombrement de la machine de pose du bouchon. Il est alors parfois nécessaire d'éloigner le poste d'injection de la zone de pose du bouchon, même si l'on fait ses meilleurs efforts pour garder une distance minimum, ceci afin d'obtenir une atmosphère au dessus du liquide qui corresponde bien au cahier des charges, pour une consommation de gaz minimisée
Comme on le détaillera mieux ci-dessous, on préfère selon l'invention ne pas dépasser 20 cm de distance, voire encore plus préférentiellement ne pas dépasser 15 cm de distance pour les cahiers des charges d'oxygène résiduel (au autre polluant) les plus sévères.
En effet, selon des modes préférés de mise en œuvre de l'invention, on mettra en œuvre une distance entre l'injecteur et la zone à traiter inférieure à 20cm (notamment, selon les spécifications de chaque site, pour des objectifs de teneur résiduelle inférieure à 2%) et plus préférentiellement inférieure à 15cm (notamment pour des objectifs de teneur inférieure à 1 %).
2 - Influence du régime d'écoulement On a évalué l'influence du régime gazeux pour un injecteur tubulaire de diamètre 30 mm et une distance H de 15cm, par un relevé des teneurs en oxygène au centre du jet en fonction du nombre de Reynolds.
On rappellera que le nombre de Reynolds s'exprime par :
R = p v D /μ où
p = masse volumique (Kg/m3)
v = vitesse du gaz (m/s)
D= diamètre de l'injecteur (m)
μ = viscosité dynamique (Pa s)
Ces travaux montrent qu'il est souhaitable d'éviter le régime transitoire entre laminaire et turbulent, où la teneur en oxygène est très élevée (atteignant 3%).
La formule de Reynolds montre l'intervention de la vitesse d'une part et du diamètre d'autre part : il s'avère alors très difficile, notamment pour les diamètres assez importants (> 50mm), de rester stable en régime laminaire, les vitesses devant être alors très faibles, les débits faibles et donc le temps de conditionnement plus important et la distance avec l'injecteur très faible. II est dès lors préféré selon l'invention de se positionner en régime turbulent, où 5000 < Re < 20000, en préférant néanmoins des vitesses relativement faibles afin de limiter les consommations de gaz.
3 - influence du diamètre de l'injecteur
On a établi des courbes de teneurs en oxygène au sein du jet, en fonction de la distance du point considéré au centre du jet gazeux, ceci pour différentes vitesses de gaz, dans les conditions suivantes :
- D= 44mm
- H = 20cm
- v = 1 , 2, 5 ou 10 m/s. Les conclusions suivantes semblent pouvoir être tirées :
- Pour la valeur de H fixée ici (20 cm) les faibles vitesses (1 et 2 m/s) ne donnent pas de performances d'atmosphère satisfaisantes (teneur résiduelle en oxygène supérieure à 4%).
- On note aussi une dégradation de la teneur résiduelle en oxygène dès que le point considéré au sein du jet s'éloigne du centre du jet.
- Pour une zone que l'on souhaiterait traiter à 2% d'oxygène résiduel maximum, i l co nvenait de ne pas dépasser (pour le contexte de paramètres testés ici bien entendu) un diamètre de 22 mm.
Sans être liés en aucune façon par les tentatives d'explications techniques qui suivent, on peut penser raisonnablement que lorsque l'on s'éloigne du centre du jet, par effet venturi il y a aspiration de l'air autour du jet qui impacte alors plus fortement l'extérieur du jet en contact avec l'air que l'intérieur de ce jet. Et l'on peut penser que l'étendue de la couche externe du jet qui sera impactée par l'effet venturi est liée à la vitesse du gaz (donc au nombre de Reynolds), plus la vitesse est grande plus la couche impactée est épaisse tandis que pour des diamètres de jet faibles ou de très grandes vitesses une large part du jet pourrait être pollué par l'air extérieur.
Dans ce contexte, selon le cahier des charge du site producteur, on préférera selon la présente invention adopter des dimensionnements où les dimensions de l'injecteur sont nettement supérieures aux dimensions de la zone à traiter, et notamment où la section de l'injecteur est au moins deux fois supérieure à la surface à traiter, et encore plus préférentiellement au moins trois fois supérieure.
Des essais d'embouteillage de boissons de type jus de fruits ont été réalisés conformément à la présente invention, dans les conditions résumées ci-après :
- Bouteilles plastiques PET
- Contenance 0,5 litre, Diamètre du col = 32mm - Cadence de la ligne = 40000 bouteilles/heure
- Objectif d'inertage : <5% d'oxygène résiduel dans le ciel gazeux au dessus du liquide
- Deux injecteurs décalés mis en œuvre, de diamètre 76mm
- Débit : 100 Nm3/h par injecteur
- Distance entre l'injecteur et les cols = 15cm
On obtient alors dans ces conditions une teneur résiduelle en oxygène voisine de 2%, ce qui répond parfaitement au cahier des charges fixé par le site.
Il faut signaler que par une méthode antérieure, comparative (tunnel d'inertage de 1 mètre de longueur, à 100 Nm3/h de consommation de gaz d'inertage) il n'était pas possible de descendre en deçà de 8% d'oxygène résiduel.

Claims

Revendications
1. Procédé visant à réaliser une atmosphère contrôlée au niveau de l'espace de tête d'un récipient de stockage d'un produit, dans une installation à défilement du type où l'on met en œuvre les mesures suivantes :
- on procède au remplissage partiel du récipient à l'aide du produit jusqu'à un niveau de remplissage donné ;
- on met en contact la partie supérieure du récipient avec une atmosphère gazeuse de traitement, visant à évacuer tout ou partie de l'air présent dans le récipient au dessus dudit niveau de remplissage et à mettre en place, au dessus dudit niveau, l'atmosphère contrôlée requise ;
- on procède à l'operculage ou fermeture du bord supérieur du récipient à l'aide d'un moyen approprié ;
- la mise en place de l'atmosphère contrôlée étant réalisée en amont et/ou durant l'operculage,
se caractérisant en ce que l'on réalise la mise en place de l'atmosphère contrôlée dans une zone d'injection non confinée, par l'utilisation d'au moins un injecteur de type tubulaire, apte à projeter vers le bord supérieur du récipient se présentant dans la zone d'injection, l'atmosphère gazeuse de traitement , et orienté dans la zone d'injection de manière qu'au moins une des com posantes de l a vitesse d u gaz projeté soit opposée au sens de déplacement des récipients, et en ce que l'on alimente l'injecteur à l'aide d'un débit de gaz permettant d'atteindre un régime d'écoulement turbulent avec un nombre de Reynold compris entre 5000 et 20000 .
2. Procédé selon la revendication 1 , se caractérisant en ce que le diamètre de l'injecteur est tel que la section du jet qui en découle est supérieure à deux fois la surface à traiter, préférentiellement à trois fois la surface à traiter.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, se caractérisant en ce que la distance entre l'injecteur et la zone à traiter est inférieure à 20 cm, et préférentiellement inférieure à 15 cm.
4. Installation de conditionnement en continu d'un produit dans des récipients de stockage, du type où l'on met en œuvre les mesures suivantes :
- on procède au remplissage partiel du récipient à l'aide du produit jusqu'à un niveau de remplissage donné ;
- on met en contact la partie supérieure du récipient avec une atmosphère gazeuse de traitement, visant à évacuer tout ou partie de l'air présent dans le récipient au dessus dudit niveau de remplissage et à mettre en place, au dessus dudit niveau, une atmosphère contrôlée requise ;
- on procède à l'operculage ou fermeture du bord supérieur du récipient à l'aide d'un moyen approprié ;
- la mise en place de l'atmosphère contrôlée étant réalisée en amont et/ou durant l'operculage,
se caractérisant en ce que la mise en place de l'atmosphère contrôlée est effectuée dans une zone d'injection non confinée, qui est munie d'au moins un injecteur de type tubulaire, apte à projeter vers le bord supérieur du récipient se présentant dans la zone d'injection, l'atmosphère gazeuse de traitement , ledit au moins un injecteur étant orienté dans la zone d'injection de manière qu'au moins une des composantes de la vitesse du gaz projeté soit opposée au sens de déplacement des récipients.
5. Installation selon la revendication 4, se caractérisant en ce que le d iamètre de l'injecteur est tel que la section du jet qui en découle est supérieure à deux fois la surface à traiter, préférentiellement à trois fois la surface à traiter.
6. Installation selon la revendication 4 ou 5, se caractérisant en ce que la distance entre l'injecteur et la zone à traiter est inférieure à 20 cm, et préférentiellement inférieure à 15 cm.
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