FR2633915A1 - Dispositif pour introduire dans un recipient au travers d'une valve sertie sur ce recipient un tres petit volume de fluide avec une tres grande precision - Google Patents

Abstract

Afin de produire des aérosols, une solution consiste à utiliser un fluide placé sous pression dans le récipient 0 d'un vaporisateur. Lorsque la valve 1 du vaporisateur comporte une tige de soupape 12 creuse, un dispositif est proposé pour introduire un volume prédéterminé de fluide à une pression prédéterminée P1 au travers de la valve 1. Pour cela, ce dispositif comporte une chambre 211 obturé en amont par un clapet anti-retour 41, 42, 43 et en aval par un clapet tare 26, 25, 22 s'ouvrant uniquement lorsque la pression P2 dans ladite chambre est supérieure ou égale à ladite pression prédéterminée P1. Il comporte également des moyens de translation 2, 3, 4 réduisant, plus ou moins en fonction dudit volume prédéterminé, le volume de ladite chambre 211 en même temps que lesdits moyens de translation viennent buter contre ladite tige de soupape creuse.

Description

De n.os Jours. on utilise de plus en plus des recipients-

aerosols pour pulvériser différentes sortes de produits, tel; cque des-

solutions desinfectantes pour la gorge, les narines, les plaies..., de la laque ou dlu parfumn. Pour permnettre I'ejection rapide de ces liquides hlors du récipient, bidon ou flacon, qui les renferme, plusieurs solutions techniques ont ete envisagees Certaines ont recours a la presenre, a l'intérieur du récipient, d'un qaz à une pression supérieure à la pressionr atmosphérique, soit au-dessus du liquide, soit en solution dans le liquide. Tant que le recipient reste ferme, le qaz transmet lnteqralemrnert sa pression au liquide à pulvériser. Lorsque le récipient est brusquementl ouvert, cette pression entraîne l'emission d'un Jet de produit par un petit tube plonqeanrt dans le liquide. Pour que ce princi:e de fonctionnement puisse s'appliquer d'un bout à l'autre de la durée dutlilsation des recipients-aerosols, la quantite initiale de aaz' t sa pression initiale doivent être convenablerrient choisies. Il s'aqit par consequent de trouver un dispositif capable d'introduire le gaz a l'interieur du récipient de sorte que ces conditions de volume et Jde pression soient respectées. Par ailleurs, ce dispositif doit opérer très rapidement dans le cadre d'une mise en oeuvre lndustrielle alors que des miliers de récipients-aerosols sortent de l'usine chaque heure Par ailleurs, de nouveaux produits, notamment pharmaceutiques et cosmetiques, necessitent de plus en plus l'introduction de produits en très petite quantité par récipient et avec une très grande precision du volume injecté. C'est particulierement le cas pour des gaz liquefiés avec des volumes par exernple entre 1 et 2 ml Il peut aussi s'agir de petits flacons de liquides de volume compris entre I ml et I ml environ, la precision requise etant alors de l'ordre de 5 % Il convient donc de développer en mêmrne temps des moyens propres à assurer des remplissages très précis même pour de très faibles

quantités et y compris pour des liquides.

C'est ainsi que la présente invention a trait à un dispositif ou cylindre doseur incorporé à une tête de remplissage pour introduire un très petit volume prédéterminé de fluide à une pression prédéterminée dans un récipient obturé par une valve à tige de soupape creuse, qui est remarquable en ce qu'il comporte: - une chambre, obturée en amont par un clapet anti-retour, et en aval par un clapet taré s'ouvrant uniquement lorsque la pression dans ladite chambre est supérieure ou égale a ladite pression prédéterminée; - des moyens de translation réduisant, plus ou moins en fonction dudit volume prédéterminé, le volume de ladite chambre en même temps que lesdits moyens de translation viennent buter contre

ladite tige de soupape creuse.

Les revendications suivantes précisent comment la chambre et

les moyens de translation peuvent être réalisés à l'aide de pièces

métalliques capables de coulisser les unes sur les autres.

Le dispositif ainsi décrit est remarquable en ce qu'il permet de régler, avant et pendant son utilisation, le volume de la chambre ainsi

que la difficulté d'ouverture de la valve en aval de cette chambre.

Autrement dit, il est capable de remplir différentes sortes de récipients qui réclament chacun une pression de fluide et un volume de ce fluide différents. Par ailleurs, sa conceptiorn utilise la pression d'alimentation en fluide afin de ramener la chambre à sa taille initiale. Cela évite le recours a un ressort de rappel toujours susceptible de se coincer et rend

donc le fonctionnement du dispositif beaucoup plus fiable.

Mais ce dispositif permet avant tout d'introduire au travers d'une valve dans un récipient, un très petit volume de fluide avec une très grande précision d'injection. Ces peformances tiennent, d'un côté, au petit diamètre de la chambre et d'un autre, à la faible distance entre la tige de soupape ou la valve et la chambre, ce qui réduit dau minimum le volume mort entre les deux. Il se présente sous la forme d'un cylindre doseur incorpore à une tête de remplissage et adaptable sur n'importe quel type de machine de remplissage de fluide sans aucune modification de celle-ci. Les dispositifs comparables qui fonctionnent actuellerment sur toutes les lignes de conditionnement-aerosols ne sont pas aussi précis. En effet, le cylindre doseur est généralement très gros (en moyenne 200 cc) et très éloigné de la tête de remplissage. (en moyenne cm de tuyauterie). Les plus petits font 10 cc et se trouvent à une

distance de 100 mm de la tige de soupape de la valve.

Afin de mieux faire comprendre comment le dispositif de la présente invention fonctionne, une forme de réalisation est présentée ci-dessous. Elle ne limite en rien les caractéristiques du dispositif pourvu que les pièces décrites soient uniquement remplacées par des équivalents techniques et que la conception de base de l'invention soit respectée. Plusieurs dessins illustrent cet exemple: les figures la, b montrent la coupe verticale d'un exemple d'une valve obturant les récipients que la présente invention doit remplir de fluide. Cette valve est ouverte sur la figure la et fermée sur la figure lb; la figure 2 est une coupe verticale de la présente invention alors qu'elle est au repos; la figure 3 est la même coupe, mais est présentée en cours de fonctionnement; la figure 4 replace le dispositif de l'invention avec le récipient qu'il doit remplir, dans le contexte d'une utilisation industrielle. Le dispositif de la présente invention s'adapte à des récipients obturés par une valve semblable à celle montrée sur la figure 1. Ce type de valve est fort bien connu. Elle se compose d'au moins trois pièces cylindriques: une enveloppe 10 souvent métallique qui peut s'adapter de façon étanche au goulot du récipient, une rondelle 11 étanche et quelque peu élastique qui remplit le sommet de l'enveloppe à l'exception d'un petit cylindre central, une soupape 12 en matière plastique dure dont la tige creuse s'engage dans ce petit cylindre central. Des moyens élastiques non représentés tendent à maintenir la soupape 12 dans la position haute de la figure lb. Alors, aucun échange de fluide n'est possible entre l'intérieur de l'enveloppe 10 (le récipient) et l'extérieur (l'atmosphère) . La valve 1 est fermée. Si, en revanche, un effort F est exercé sur la tige de la soupape 12 au point de s'opposer suffisamment aux moyens élastiques pour repousser la soupape à l'intérieur de l'enveloppe 10, la valve I s'ouvre. En effet, la tige de la soupape 12 possède un petit trou horizontal 13. Celui-cl est alors dégagé de la rondelle i 1 et un fluide peut circuler depuis l'extérieur vers l'intérieur du récipient ou inversement en passant par la tige creuse de la soupape

et par le trou horizontal 13.

Le dispositif, qui est décrit ci-dessous et qui constitue exclusivement l'objet de la présente invention, est destiné à introduire

un fluide sous pression dans un récipient obturé par la valve précédente.

La figure 2 montre la partie supérieure d'un tel récipient avec sa valve 1. Elle presente également la coupe verticale du dispositif de l'invention lorsque ce dernier est au repos, c'est-à-dire he débite pas de fluide à l'intérieur d'un récipient. Deux éléments principaux composent ce dispositif. Ils sont tous deux cylindriques et présentent un axe de révolution commun disposé avantageusement verticalement. Ils peuvent alors se déplacer verticalement l'un par rapport à l'autre comme il sera précisé plus loin. Par ailleurs, les éléments sont de préférence réalisés

en acier inoxydable.

L'élément inférieur 2 comporte à sa base un évidement 210 dont la forme en creux est complémentaire de la forme en relief de la valve 1. Cette dernière s'y emboîte aisément tandis qu'elle est automatiquement guidée et centrée. Le cylindre creux 29 dans lequel la tige de la soupape 12 s'engage alors, admet toutefois une hauteur quelque peu Inférieure à la tige de la valve 1. Ainsi, lorsque l'enveloppe prend appui dans l'évidement 210, la.tige est repoussée, maintenant la valve 1 ouverte. Cela peut être réalisé sans dommage pour la tige relativement fragile grâce au joint élastique 21 qui sert de butée à son extrémité supérieure. Ce joint présente toutefois un canal central afin

de permettre le passage d'un fluide.

En vue de faciliter la mise en place du joint 21, l'élément inférieur 2 se compose en réalité de deuxpièces: la pièce 20 -ou centreur- présentant l'évidement 210 évoqué ci-dessus et la pièce 28 qui peut être vissée sur la face supérieure de la pièce 20 au niveau d'un cylindre fileté 24 de même axe que l'ensemble du dispositif. Avant qu'elles ne soient assemblées pour former l'élément inférieur 2, il est ainsi possible, d'un côté de disposer sur la pièce 20, au fond du cylindre fileté 24, une cale métallique 22 percée en son centre, mais pouvant maintenir le joint 21 précédent et, d'un autre côté, d'adapter un joint torique 23 sur un épaulement vertical à la partie inférieure de la pièce 28. 1l convient aussi d'introduire une bille 26, un ressort 25 et une vis percée 19 dans le cylindre creux se trouvant au centre de la partie basse de la pièce 28. Après le vissage cette dernière prend ainsi appui sur la

cale 22.

Le cylindre contenant le ressort 25, d'axe commun avec l'axe vertical général du dispositif, communique, au coeur de la pièce 28, avec une chambre cylindrique 211. Enfin, la pièce 28 de l'élément inférieur 2 comporte en partie haute un joint torique 44 disposé dans une encoche pratiquée sur la paroi intérieure de la chambre 211 ainsi qu'un

épaulement 27 faisant saillie à sa paroi verticale extérieure.

Venant coiffer la pièce 28 de l'élément inférieur 2, l'élément supérieur 3 en est rendu solidaire grâce à un anneau 31 dont le diamètre intérieur est inférieur à celui de l'épaulement 27. L'anneau 31 est fixé sur l'élément supérieur 3 au moyen, par exemple, de vis 32. Son diamètre est par ailleurs de préférence proche du diamètre extérieur de la pièce 28 en vue d'un coulissement vertical des éléments avec un guidage adapté. Dans le même but, l'épaulement 27 admet, quant à lui, un diamètre proche de celui d'un cylindre de guidage 37 évidé à la base de l'élément supérieur 3. A son extrémité supérieure, l'élément supérieur 3 présente un second cylindre de guidage 38. Celui-ci est destiné à permettre le coulissement d'un piston 4 qui traverse de part en part l'élément supérieur 3. A sa partie supérieure, le piston 4 présente en effet un épaulement 46 de diamètre très proche du diamètre du cylindre de guidage 38. La paroi verticale 47 du piston 4, qui est située au-dessus de l'épaulement 46, est filetée. Une bride 33 peut alors être vissée sur le piston. Puis, elle est fixée à l'élément supérieur 3 par exemple a

l'aide de vis. Dès lors, une contre-bride 35, vissée sur le piston au-

dessus de la bride 33 précédente, permet de déplacer verticalement le piston. Une fois que ce dernier est positionné convenablement, une vis 36 est à même de solidariser l'élément supérieur 3 et le piston 4 qui, dès lors, ne peuvent plus se déplacer l'un par rapport à l'autre. C'est ainsi que la taille de la chambre 211 déjà évoquée peut être réglée au

préalable.

En effet, le piston 4 s'engage à sa base dans la pièce 28 précédemment décrite. Un canal 45 vertical occupe l'axe central du piston 4. Il débouche dans un cylindre un peu plus large o est logée une seconde bille 41 maintenue par un ressort 42. Ce dernier prend appui sur une petite pièce 43 comportant un trou vertical central. Celle-ci présente un filetage sur sa paroi extérieure qui permet son vissage à la

base du piston 4.

A présent que les différents éléments du dispositif ont été décrits, son mode de fonctionnement est envisagé à l'aide des figures 2,

3et4.

Comme cela est schématisé sur la figure 4, le dispositif de la présente invention est monté sur un support 5 qui lui imprime un mouvement alternatif de translation verticale. Le récipient 0 est, quant à lui, placé sur un support 6, tel qu'un carrousel, capable de tourner autour d'un axe vertical. Cet axe est situé par rapport au support 5 de sorte que sa rotation d'un angle convenable aboutit au positionnement de la valve 1 du récipient dans l'axe de révolution du dispositif de l'invention. C'est ainsi que le support 6 est à même de porter plusieurs récipients disposés à égale distance de son axe et qui seront tout à tour remplis. Lors du positionnement d'un récipient, le support 5 du dispositif de l'invention est relevé en position haute h choisie pour que la valve 1 ne soit pas gênée dans son mouvement par le bord inférieur de l'élément

2 du dispositif.

Le canal 45 du piston 4 est, de son côté, relié par exemple par un tube flexible 7 à l'alimentation ern fluide a la pression Po. Po est par exemple proche de 15 bars. Dans cette position haute h du support 5, cette pression occasionne le décollement de la bille 41 et donc l'ouverture du clapet anti-retour correspondant. La chambre 211 se remplit par conséquent de fluide à la pression Po, le joint torique 44 empêchant les fuites. Le ressort 25 est, quant à lui, dimensionné et taré de telle sorte que le décollement de la bille 26 se produit seulement

pour une pression Pl supérieure à P0. Par exemple, Pl vaut 50 bars.

Ainsi, la valve de l'élément supérieur 2, formée par le ressort 25 et la bille 26, reste, dans cette phase, fermée. Le remplissage de la chambre 211 contraint donc l'élément inférieur 2 à venir buter sur l'anneau 31 de l'élément supérieur 3. Cette disposition relative des éléments du

dispositif de l'Invention est représentée sur la figure 2.

Lors de la descente du support 5 du dispositif sur le récipient, les divers éléments gardent encore la même disposition jusqu'à ce que la tige de soupape 12 de la valve 1 entre en contact avec le joint élastique 21. A ce moment en effet, le dispositif continuant à descendre repousse la tige dans la valve 1 et occasionne ainsi son ouverture. Pratiquement au même instant, l'enveloppe 10 de la valve 1 bute contre l'évidement

210 de l'élément inférieur 2 qui ne peut donc pas descendre davantage.

Or, le support 5 poursuit encore son mouvement vertical vers le bas. Il entraîne dès lors l'élément supérieur 3 jusqu'à ce que son

anneau 31 s'applique à la pièce 20 de l'élément inférieur 2 (position b).

I 1 s'ensuit une réduction de volume importante de la chambre 211 comme l'indique la figure 3. La pression du fluide y augmente en conséquence Cela a pour effet d'appliquer la bille 41 du piston 4 contre l'entrée du canal 45. Le fluide ne peut être refoulé dans le tube 7 d'alimentation en dépit d'une pression P2 supérieure à Po. Dès que P2 devient égale à Pi, la bille 26 de l'élément inférieur 2 se décolle au contraire. Le fluide a la pression Pi peut donc s'écouler jusqu'au récipient O0, les fuites étant évitées grâce aux joints 21 et 23. Cet écoulement cesse, après l'immobilisation relative du piston 4, dès que la pression en amont de la bille 26 redevient égale, voire inférieure à P1. En raison de son

dimensionnement, le ressort 25 referme alors la valve inférieure.

C'est alors que le support 5 du dispositif de l'invention est ramené en position h. La tige de soupape 12 de la valve 1 est libérée permettant ainsi la fermeture du récipient. Elle est désormais remplie et peut être éloignée du dispositif par rotation du support 6. De son côté, la pression maintenue dans la chambre 211 est proche de Pi au moment ou le support 5 commence sa remontée. Une fois libéré de son étreinte, le fluide correspondant peut se détendre en repoussant l'élément inférieur 2 vers le bas. Il arrive nécessairement un moment o sa pression atteint la valeur de Po puisque Po était la pression initiale et qu'une partie du fluide a été évacuée. Dès lors, la bille 41 se décolle de nouveau permettant à du fluide frais d'entrer dans la chambre 211 depuis le tube 7 d'alimentation. Cela achève le desserrement des éléments 2 et 3 du dispositif de l'invention; il est prêt pour le

remplissage d'un nouveau récipient.

9, Ce dispositif offre une grande liberté dans le choix de la quantité de flutlde à introduire dans un récipient ainsi que dans celui de la pression correspondante. Pour la première grandeur, il suffit en effet de faire varier le volume initial de la chambre 211. Cela est aisément réalisé grâce au système de brides 33 et 35. L'épaulement 46 est utile lors d'un tel régalge afin d'éviter que le piston 4 ne remonte trop haut et ne se dégage du joint torique 44. Pour la seconde grandeur, il est seulement nécessaire de disposer d'un ressort 25 dimensionné en conséquence. La possibilité de désolidariser les pièces 20 et 28 facilite

par ailleurs l'échange des ressorts.

A titre de variante, l'élément inférieur 2 pourrait comporter

le piston 4, la chambre 211 étant prévue dans l'élément supérieur 1.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS

   I. Dispositif pour Introduire un volume prédéterminé de fluide à une pression prédéterminée (Pl) dans un récipient obturé par une valve (1) à tige de soupape (12) creuse, caractérisé en ce qu'il comporte:

   - une chambre (211) obturée en amont par un clapet anti-

   retour (41, 42, 43) et en aval par un clapet taré (26, 25, 22) s'ouvrant uniquement lorsque la pression (P2) dans ladite chambre est supérieure ou égale à ladite pression prédéterminée (Pl), - des moyens de translation (2, 3, 4) réduisant, plus ou moins en fonction dudit volume prédéterminé, le volume de ladite chambre (21 1) en même temps que lesdits moyens de translation viennent buter

   contre ladite tige de soupape creuse.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite chambre (211) est limitée par un cylindre creux (28) d'axe vertical, ouvert à une de ses extrémités, et par un piston (4) cylindrique, de même axe que ledit cylindre creux (28), pouvant s'engager de façon

   étanche dans cette extrémité dudit cylindre creux (28).
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de translation se composent de deux éléments cylindriques de même axe que ledit cylindre creux, à savoir: - un élément inférieur (2) comportant, centrés sur ledit axe, un évidement (210) dans lequel ladite valve (1) dudit récipient s'emboîte, un joint élastique (21) annulaire servant de butée à ladite tige de soupape (12), ledit clapet taré aval (26, 25, 22) ainsi qu'une pièce choisie dans l'ensemble formé par ledit cylindre creux (28) et ledit piston (4), - un élément supérieur (3, 4) comportant, centrés sur ledit axe, un canal (45) d'alimentation en fluide à une pression (Po) inférieure à ladite pression prédéterminée (Pl), ledit clapet anti-retour (41, 42, ll 43) ainsi que l'autre pièce choisie dans l'ensemble formé par ledit cylindre creux (28) et ledit piston (4), l'élément Inférieur et l'élément supérieur pouvant coulisser

   verticalement l'un sur l'autre entre deux positions extrêmes.
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément inférieur (2) et l'élément supérieur (3, 4) se composent pour

   l'essentiel de pièces en acier inoxydable.
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4,

   caractérisé en ce que l'un des éléments inférieur (2) ou supérieur (3, 4) comporte une paroi extérieure de faible diamètre extérieur comprise entre deux épaulements faisant saillie tandis que l'autre comporte.un cylindre creux de guidage (37) dont le diamètre Intérieur est proche de celui du plus petit des deux épaulements et qui est muni a sa base d'un anneau (31) de diamètre intérieur proche dudit diamètre extérieur de

   ladite paroi entre les deux épaulements.
6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5,

   caractérisé en ce que ledit élément supérieur (3) se compose de deux

   pièces fixées l'une à l'autre par un système de bride (33) et de contre-

   bride (35) et dont la position relative règle la taille de ladite chambre

   (211).
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6,

   caractérisé en ce que ledit clapet taré aval se compose d'un ressort taré (25) prenant appui sur une vis percée (19) ainsi qu'une cale annulaire (22) et maintenant une bille (26) au fond d'un canal étranglé relié à ladite chambre (211) aussi longtemps que la pression différentielle appliquée sur la bille ne dépasse pas, en valeur absolue, ladite pression

   prédéterminée (P I).
8. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit élément inférieur (2) se compose de deux pièces vissées l'une sur l'autre au niveau d'un filetage (24) cylindrique de même axe que celui dudit cylindre creux, les faces horizontales le long desquelles les deux pièces s'appliquent l'une sur l'autre, comportant des réserves pour recevoir ladite vis percée (19), ladite cale annulaire (22), ladite bille

   (26), ledit ressort (25) ainsl qu'un Joint torique (23).