FR2913679A1 - Dispositif de remplissage d'un recipient par un liquide - Google Patents

Abstract

Ce dispositif destiné au remplissage d'un récipient comprend un organe d'injection (2, 3) d'un liquide dans ce récipient, un organe (12) d'évacuation de l'air présent dans le récipient avant remplissage et un premier organe, mobile, d'obturation de l'organe d'injection de liquide et, un second organe, mobile, d'obturation de l'organe d'évacuation de l'air sous l'action du liquide lorsque celui-ci arrive à un niveau de remplissage prédéfini.Il est prévu un organe unique (15) d'obturation sélective, à la fois de l'organe d'injection de liquide et de l'organe d'évacuation de l'air propre à passer d'une première position d'ouverture des organes d'injection de liquide et d'évacuation de l'air à une deuxième position intermédiaire (figure 3) d'obturation du seul organe d'évacuation de l'air puis à une troisième position d'obturation des organes d'évacuation de l'air et d'injection de liquide.

Description

L'invention a trait à un dispositif destiné au remplissage d'un récipient

avec un liquide. De tels dispositifs sont utilisés en industrie pour remplir à grande vitesse un nombre élevé de récipients, notamment des bouteilles en polymère ou en verre. Ces dispositifs, montés sur des installations, de type carrousel, permettent de remplir jusqu'à environ 50 000 récipients par heure, le remplissage s'effectuant avec de l'eau, des jus de fruits, de l'huile, du vin ou tout autre liquide alimentaire ou non alimentaire. Ces dispositifs doivent assurer un remplissage régulier et constant des récipients avec un niveau de remplissage prédéterminé de liquide correspondant à un volume donné de liquide. Ce volume correspond sensiblement au volume utile du récipient, par exemple 0,5 litre, 1 litre ou 1,5 litres. Ces dispositifs de remplissage comprennent généralement un organe permettant d'injecter le liquide dans le récipient, associé à un organe permettant d'évacuer l'air présent dans le récipient en même temps que le liquide est injecté dans ce dernier. Cette évacuation de l'air est nécessaire pour éviter toute surpression à l'intérieur du récipient, surpression préjudiciable notamment à la cadence de remplissage.

Pour obtenir un remplissage régulier et constant de plusieurs récipients de même volume unitaire, ceux-ci sont généralement placés en position verticale, ou pour le moins, légèrement inclinée par rapport à la verticale. Il est connu de l'état de la technique différents types de dispositifs de remplissage. Un premier type de dispositif utilise une détection électronique, par exemple du volume ou de la pression pour agir, soit sur une vanne située sur l'organe d'injection de liquide, soit sur une vanne située sur l'organe d'évacuation de l'air. De tels dispositifs sont complexes et peu aisés à maintenir. Un autre type de dispositif est connu de WO-A-02/24524. Il décrit un organe d'obturation placé sur le dispositif d'évacuation de l'air, en l'espèce une bille. Un mouvement linaire de la bille obture ou dégage l'orifice de sortie d'air, le conduit d'évacuation d'air étant ménagé dans une tige creuse insérée dans un cylindre formant le dispositif d'injection de liquide. La bille, sous l'action du liquide ayant atteint un certain niveau dans le récipient, obture la sortie d'air.

L'écoulement du liquide est alors interrompu. Lors du dégagement du dispositif hors du récipient, la tige centrale est guidée en translation par rapport au cylindre et son extrémité, de géométrie adaptée, obture le cylindre et bloque l'écoulement du liquide. Dans ce type de dispositif, lorsque la pression exercée par le liquide sur la bille est plus ou moins bien répartie, le déplacement de celle-ci risque d'être affecté. Ce dispositif est ainsi sensible aux turbulences et/ou à des à coups de l'installation de remplissage. Dans ce cas, le dispositif de sortie d'air n'est que partiellement ouvert ou se ferme prématurément. Ce type de dispositif est de géométrie relativement complexe et n'est donc pas aisé à nettoyer et à entretenir.

C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un dispositif de remplissage de récipients autorisant une cadence élevée, aisé à entretenir et à nettoyer, tout en assurant un remplissage à un niveau prédéterminé.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif destiné au remplissage d'un récipient comprenant un organe d'injection d'un liquide dans ce récipient, un organe d'évacuation de l'air présent dans le récipient avant remplissage et un premier organe, mobile, d'obturation de l'organe d'injection de liquide et un second organe, mobile, d'obturation de l'organe d'évacuation de l'air sous l'action du liquide lorsque celui-ci arrive à un niveau de remplissage prédéfini, caractérisé en ce qu'il est prévu un organe unique d'obturation sélective, à la fois de l'organe d'injection de liquide et de l'organe d'évacuation de l'air, propre à passer d'une première position d'ouverture des organes d'injection de liquide et d'évacuation de l'air à une deuxième position intermédiaire d'obturation du seul organe d'évacuation de l'air puis à une troisième position d'obturation des organes d'évacuation de l'air et d'injection de liquide. Le bouchage par cet organe d'obturation du conduit d'évacuation de l'air sous l'action du liquide lorsque le niveau de ce dernier dans le récipient atteint une valeur prédéfinie provoque d'abord une augmentation rapide et significative de la pression interne dans le récipient. Cette pression s'oppose à l'écoulement du liquide à partir de l'organe d'injection, ce qui induit l'arrêt du remplissage. Cet unique organe est adapté pour assurer également, le remplissage étant fini, l'obturation de l'organe d'injection de liquide. Un tel dispositif, purement mécanique, est d'une maintenance simple et aisément nettoyable. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, le dispositif peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - L'organe unique est monté pivotant autour d'un axe de rotation perpendiculaire à un axe longitudinal du dispositif. - L'axe de rotation est situé au voisinage d'une extrémité de sortie du liquide de l'organe d'injection. - L'organe d'injection comprend au moins un manchon dont une extrémité est adaptée pour être obturée par l'organe d'obturation. - L'organe d'injection comprend deux manchons coaxiaux coulissant l'un par rapport à l'autre. -Un organe de rappel maintient le manchon obturable dans une position, correspondant à la troisième position, où les organes d'injection de liquide et d'évacuation de l'air sont fermés. - Lorsque les organes d'injection de liquide et d'évacuation de l'air sont obturés, l'organe d'obturation étant dans la troisième position, le manchon obturable bloque en position, par recouvrement partiel, l'organe d'obturation. - Lorsque les organes d'injection de liquide et d'évacuation de l'air sont obturés, l'organe d'obturation étant dans la troisième position, le manchon obturable bloque en position, par appui, l'organe d'obturation, cet appui étant direct ou par l'intermédiaire d'un joint. - L'organe d'évacuation d'air est formé par un tube situé dans la lumière du manchon obturable de l'organe d'injection. - L'organe d'obturation comprend une face inférieure conformée pour répartir les efforts transmis à l'organe par le liquide en contact avec la face, lorsque le niveau du liquide dans le récipient atteint une valeur prédéfinie et une face supérieure conformée pour guider les écoulements de liquide et d'air. - L'organe unique est formé à partir d'au moins un matériau. - L'organe unique est creux.

L'invention concerne également une installation de remplissage de récipients comprenant un dispositif selon une des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre de quatre modes de réalisation d'un dispositif de remplissage conforme à l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un dispositif conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, dans la position de fermeture des organes, avant sa mise en place sur un récipient, - la figure 2 est une vue du dispositif illustrée à la figure 1, en place sur le goulot d'un récipient, dans la position d'ouverture des organes, le liquide s'écoulant dans le récipient, - la figure 3 est une vue similaire à la figure 2, le niveau de liquide dans le récipient étant atteint, l'organe d'obturation étant en position intermédiaire où il obture l'organe d'évacuation de l'air, l'écoulement du liquide étant interrompu, - les figures 4, 5 et 6 sont des vues, similaires respectivement aux figures 1, 2 et 3, d'un dispositif conforme à un second mode de réalisation, - la figure 7 est une vue, similaire à la figure 2, d'un dispositif conforme à un troisième mode de réalisation, la figure 8 est une vue similaire à la figure 2, d'un dispositif conforme à un quatrième mode de réalisation et - la figure 9 est une vue similaire à la figure 3, du dispositif représenté à la figure 8.

Le dispositif représenté à la figure 1 comprend un organe creux 1 d'injection d'un liquide formé par au moins un manchon, dans l'exemple par deux manchons 2, 3 coaxiaux, cylindriques et à base circulaire. Avantageusement, les manchons 2, 3 sont réalisés en un matériau rigide, aisé à nettoyer et de qualité alimentaire, il s'agit notamment d'acier inoxydable ou d'un matériau à base de polymères. Ces manchons 2, 3 sont mobiles en translation l'un par rapport à l'autre selon un axe longitudinal A-A'. Le manchon extérieur 2 a une forme et un diamètre externe adaptés pour que son extrémité libre 4 s'insère dans le goulot 5 d'un récipient 6, avantageusement dans le goulot 5 d'une bouteille en polymère ou en verre. Les goulots de telles bouteilles ont un diamètre généralement compris entre 20 millimètres et 50 millimètres. L'autre extrémité de l'organe 1 , représentée partiellement en partie supérieure des figures 1 à 3, est reliée au reste de l'installation, en particulier à un réservoir d'alimentation en liquide, non représenté. Un tel réservoir est généralement placé au dessus des dispositifs destinés au remplissage, de manière à favoriser une alimentation par gravité des organes d'injection de liquide. Ces derniers sont généralement montés sur au moins un carrousel permettant ainsi un remplissage simultané et continu de plusieurs récipients. En variante, les dispositifs destinés au remplissage sont montés sur des installations linéaires, placés en lignes les unes par rapport aux autres. Le manchon extérieur 2 est équipé d'une bague externe 7 formant une première butée à un organe 8 de rappel en position du manchon extérieur. Cette bague 7 est fixée sur l'extrémité 20 du manchon orientée vers le manchon 3. Cette extrémité 20 est adaptée pour rester à l'extérieur du récipient. Dans l'exemple, l'organe de rappel en position est un ressort à boudins 8. En variante, l'organe de rappel est une membrane déformable, par exemple en élastomère comme illustré à la figure 7. Le ressort 8 a son autre extrémité qui est en butée contre une seconde bague externe 9, montée sur le manchon intérieur 3. Cette seconde bague 9 est éloignée par rapport à la première, de manière que le ressort 8, en place entre les deux bagues 7, 9, soit en une position où il est globalement détendu. Le ressort 8 maintient ainsi les manchons 2, 3 en position éloignée l'un par rapport à l'autre. Typiquement, il s'agit d'une position où il n'y a pas injection de liquide. En d'autres termes, il s'agit d'une position de fermeture du dispositif, référencée comme étant une troisième position d'obturation. Un joint 10 monté entre la face intérieure de l'extrémité 20 et la première bague 7 assure l'étanchéité entre les deux manchons 2, 3, notamment lors de leur déplacement relatif. L'extrémité 20 du manchon extérieur 2 est également munie sur sa face externe inférieure, d'un joint 11 adapté pour être en appui sur le goulot 5 du récipient 6. L'espace interne des manchons 2, 3 reçoit, dans l'exemple sur globalement toute la longueur des manchons, un organe 12 d'évacuation de l'air. Un axe longitudinal Al2 û A'12 de cet organe est parallèle à l'axe A-A'. Dans une mode de réalisation non illustré, ces axes sont confondus. Cet organe d'évacuation de l'air est formé par un tube 12 dont une extrémité coudée forme un orifice 13 de sortie vers l'extérieur. L'orifice 13 est généralement relié à un collecteur d'air maintenu à pression atmosphérique. Cet orifice 13 débouche au-delà de la région du manchon intérieur adaptée pour coulisser dans le manchon extérieur. Le tube 12 est réalisé en acier inoxydable ou, en variante, en un polymère aisément nettoyable et de qualité alimentaire. Le diamètre interne de ce tube d'évacuation de l'air est, pour les récipients dont le goulot a un diamètre de 25 millimètres, globalement compris entre 2 et 12 millimètres. La longueur du tube 12 est, dans l'exemple, légèrement inférieure à la longueur des deux manchons 2, 3 en position éloignée l'un de l'autre. Dans tous les cas, le tube 12 d'évacuation de l'air a une extrémité 14 ouverte située au voisinage de la partie terminale du manchon intérieur 3. Dans un mode de réalisation non illustré, le tube 12 débouche de la paroi du manchon 3 à un autre endroit que celui décrit, par exemple, plus bas. La partie 120 du tube 12 voisine de l'extrémité 14 est reliée à une pièce 121. Dans l'exemple, cette pièce est fixée sur la paroi interne du manchon 3. L'extrémité 14 du tube 12 est inclinée, en direction d'un flanc du récipient, d'environ 65 . Dans la position illustrée à la figure 1 et référencée comme étant la troisième position, l'extrémité libre 4 du manchon extérieur 2 et l'extrémité 14 du tube 12 d'évacuation d'air sont fermées par un unique organe d'obturation 15. Dans cette position, il y a fermeture des organes d'injection du liquide et d'évacuation de l'air par l'organe d'obturation. Celui-ci a la forme d'un embout 15 ou d'un bouchon de dimensions adaptées pour obturer l'extrémité 14 ouverte du tube 12 d'évacuation d'air.

Avantageusement, l'extrémité 4 du manchon extérieur 2 est adaptée pour être obturée par l'organe 15 dont les dimensions sont adaptées à celles de l'extrémité 4. En l'espèce, la face interne 16 de l'extrémité 4 du manchon 2 est biseautée de manière à ce qu'un bord 17 de forme complémentaire de l'organe d'obturation 15 vienne en appui étanche sur l'extrémité 4 du manchon 2. Une telle zone de contact 16, 17 biseautée entre l'organe d'obturation 15 et le manchon 2 permet également de bloquer en position l'organe 15 dans le manchon 2. L'étanchéité entre l'organe 15 et le tube 12 d'évacuation d'air et/ou l'organe d'injection de liquide peut être assurée par un joint. Dans un mode de réalisation non illustré, la zone de contact entre l'organe 15 et l'extrémité 4 est plane et sensiblement perpendiculaire à l'axe A-A'. L'étanchéité est avantageusement réalisée par un joint plat. Dans un autre mode de réalisation non illustré, la zone de contact est sensiblement cylindrique, le joint étant avantageusement torique. Dans tous les cas, la géométrie du joint commande sa position sur l'organe 15. La face de l'embout 15 orientée vers l'espace intérieur des manchons 2, 3 est équipée d'un organe de fixation, en l'espèce une patte 18. Cette patte est pourvue d'un orifice permettant de monter l'organe d'obturation sur un axe de rotation 19. Ici, le terme axe désigne un arbre de rotation inséré dans l'orifice de la patte 18 et permettant le guidage en rotation de l'organe 15. Dans d'autres modes de réalisation non représentés, l'arbre de rotation est venu de matière de l'organe 15 et il est inséré dans un logement ménagé dans la pièce 121. En variante, l'axe de rotation est matérialisé par tout type d'emboîtement entre l'organe 15 et la pièce 121. Dans l'exemple, cet arbre 19 est disposé à l'intérieur du manchon extérieur 2 au voisinage de l'extrémité E du manchon 3. L'arbre 19 est supporté par la pièce 121. On assure ainsi l'étanchéité lorsque l'organe 15 est en position fermée. Dans un mode de réalisation non représenté, la pièce 121 n'est pas fixée au manchon 3. L'alignement de l'organe 15 est alors obtenu par déformation du tube 12. Cet arbre 19 est orienté selon une direction D, globalement perpendiculaire à l'axe longitudinal A-A' des manchons 2, 3. Les dimensions de la patte 18 de l'embout 15 sont telles que celle-ci occupe une partie de l'espace disponible entre la paroi du manchon extérieur 2 et le tube 12 d'évacuation de l'air. La disposition de la patte 18 et de l'arbre 19 de pivotement induisent une obturation partielle du débouché du manchon extérieur 2. La patte 18 et l'arbre 19 sont donc de formes adaptées pour minimiser l'obturation du manchon 2 et favoriser l'écoulement du liquide lorsque le dispositif est en position ouverte. A titre d'exemple, un arbre 19 d'un diamètre de 6 millimètres et d'une longueur de 10 millimètres est utilisé pour des dispositifs destinés à coiffer des goulots de récipients d'un diamètre de 25 millimètres. Avantageusement la patte 18 et l'arbre 19 sont aisément séparables afin de faciliter le nettoyage, la maintenance ou la modification du dispositif. L'organe 15 est ainsi aisément démontable. Dans la position illustrée à la figure 1, la patte 18 a une face 21 adaptée pour obturer de manière étanche l'extrémité 14 du tube 12 d'évacuation de l'air, si nécessaire à l'aide d'un joint d'étanchéité.

La patte 18 a des dimensions telles qu'elle est bloquée en position d'obturation de l'extrémité 14 du tube 12 par la paroi du manchon extérieur 2 lorsque les deux manchons 2, 3 sont en position de repos, comme illustré à la figure 1. Dans cette position, le manchon extérieur 2 coiffe partiellement la patte 18 en interdisant tout mouvement de rotation de celle-ci autour de son arbre 19. En d'autres termes, on assure ainsi un blocage en position fermée du dispositif 1 d'injection, le liquide contenu à l'intérieur des manchons 2, 3 ne pouvant s'écouler du fait de l'obturation de l'extrémité 4 du manchon 2 et du tube 12 d'évacuation d'air par l'embout 15. Cette troisième position correspond à une position de repos du dispositif 1, c'est-à-dire, soit une position d'arrêt de l'installation de remplissage, soit une position où le dispositif 1 est en attente entre deux remplissages de récipients 6. A la figure 2, le dispositif 1 est en place sur le goulot 5 d'un récipient 6. Cette configuration correspond à un état actif du dispositif 1 lors du remplissage d'un récipient, c'est-à-dire à une position, dite première position, où les organes d'injection de liquide et d'évacuation de l'air sont ouverts. Dans cette position, l'extrémité 20 du manchon extérieur 2 est en appui sur le goulot 5 et le dispositif exerce un appui sur le récipient 6 selon une direction globalement parallèle à l'axe longitudinal A-A' des manchons 2, 3. Cet appui est suffisant pour assurer une étanchéité à l'air et au liquide entre l'extrémité 20 et le goulot 5 par l'intermédiaire du joint 11. De plus, cet appui provoque une compression du ressort 8. Cette compression du ressort 8 autorise un rapprochement mutuel des deux manchons 2, 3, le manchon intérieur 3 coulissant relativement dans le manchon extérieur 2. L'extrémité E du manchon intérieur 3 équipée de l'arbre 19 se déplace en direction de l'extrémité 4 du manchon extérieur 2. Lors de ce mouvement, la patte 18, et donc l'embout 15, se dégage partiellement de l'extrémité 4 du manchon 2. En effet, ce déplacement est suffisant pour que le bord biseauté 17 de l'embout 15 ne soit plus en contact avec le bord biseauté 16 de l'extrémité 4. Dans cette position, sous l'effet, entre autres, de la propre masse de l'embout 15, il se produit un pivotement de l'embout 15 autour de son arbre de rotation 19. Ce pivotement est également facilité par la fixation excentrée de la patte 18 sur l'embout 15. Ce pivotement est orienté vers le fond du récipient 6, dans l'exemple vers le bas, selon la flèche F. Ce mouvement est suffisant pour dégager, au moins partiellement, l'extrémité 14 du tube 12 d'évacuation d'air afin de permettre le passage de l'air par ce tube 12. Le pivotement de l'embout 15 est, avantageusement, favorisé par la pression exercée par le liquide contenu dans l'espace interne des manchons 2, 3 et qui a tendance à s'écouler, par gravité et/ou injection forcée, hors du dispositif 1. La distance entre l'embout 15, lorsqu'il a pivoté, et la paroi du manchon extérieur 2 est suffisante pour permettre l'écoulement du liquide. Le pivotement de l'embout 15 est favorisé par un dégagement 183 ménagé sur la face externe de la patte 18. Dans cette position qui correspond à une position d'ouverture, comme illustrée à la figure 2, un relief 180 de la patte 18 est en appui contre une paroi de la pièce 121. Cet appui est facilité par un enfoncement dans la pièce 121, ce qui permet de réaliser une butée au mouvement de l'organe 15.

On définit ainsi une position d'ouverture maximale pour l'écoulement du liquide tout en évitant tout mouvement de translation de l'organe 15. Dans l'exemple, l'organe 15 en butée est incliné entre 10 et 20 par rapport à l'axe A-A'. Le pivotement de l'embout 15 permet non seulement d'assurer l'écoulement du liquide dans le récipient 6 mais également d'évacuer l'air contenu dans ce même récipient 6 par le tube 12. La géométrie et la position de l'embout 15 une fois qu'il a pivoté sont adaptées pour ne pas perturber, ou au moins ne pas perturber durablement, un écoulement laminaire du liquide. Un tel type d'écoulement permet un remplissage rapide du récipient. Avec un tel dispositif, on préserve deux flux séparés, l'un de liquide s'écoulant dans le récipient, l'autre d'air sortant du même récipient. Cet écoulement du liquide et cette sortie d'air sont optimisés par la présence d'orifices et/ou d'au moins une rainure 22 d'écoulement du liquide et/ou de l'air ménagés dans l'embout ou dans la patte 18. Cette rainure 22 limite les turbulences du liquide en sortie du manchon extérieur 2 et sépare les flux d'air et de liquide. Des déflecteurs peuvent être utilisés pour améliorer la circulation des fluides. Par exemple, ces déflecteurs peuvent être liés à l'organe 15 et/ou à la pièce 121. Dans tous les cas, la face supérieure de l'embout 15, le tube 12 et la pièce 121 sont conformés pour permettre une circulation contrôlée et efficace d'une part du liquide de remplissage et, d'autre part, de l'air évacué du récipient.Toute sortie d'air autrement que par le tube 12 d'évacuation de l'air n'est pas possible, du fait de l'appui étanche de l'extrémité 20 du manchon extérieur 2 sur le goulot 5 du récipient 6.

Le remplissage du récipient 6 se poursuit jusqu'à ce qu'un niveau prédéterminé de remplissage par le liquide, correspondant généralement au volume utile du récipient, soit atteint. Cette configuration où le récipient 6 est considéré comme étant plein est illustrée à la figure 3 et correspond à une position où le niveau du liquide est tangent à l'extrémité libre du manchon 2. Dans cette configuration, l'appui étanche de l'extrémité 20 du manchon 2 sur le goulot 5 est maintenu. Le liquide, lorsqu'il atteint ce niveau prédéterminé, occupe sensiblement tout le volume utile du récipient 6. Lors de la montée du liquide dans le récipient 6, ce dernier est, dans un premier temps, en contact avec la partie inférieure de l'embout 15. Cet embout subit donc la poussée d'Archimède. Néanmoins, compte tenu de la masse de l'embout et de la poursuite de l'écoulement du liquide, cette poussée d'Archimède n'est pas suffisante pour provoquer le pivotement de l'organe 15. En d'autres termes, les forces visant à maintenir en position ouverte l'embout 15 sont supérieures aux forces visant à le ramener en position fermée. Le niveau de liquide continue donc de monter dans le récipient et recouvre l'organe 15. L'orifice 14 du tube 12 est alors occupé par le liquide, ce qui interdit toute sortie d'air du récipient par le tube 12. L'air ne pouvant s'échapper du récipient, la pression interne dans celui-ci augmente, ce qui induit, de manière quasi-simultanée, deux actions. La première est une diminution du débit de liquide s'écoulant des manchons 2, 3. En effet, la pression de sortie du liquide se rapproche de la pression de départ, ce qui implique que le débit du liquide, même forcé, diminue par rapport au débit constaté précédemment.

La deuxième action concerne une différence de pression entre l'extrémité 14 du tube 12 et sa sortie 13. La surpression à l'extrémité 14 provoque un phénomène d'aspiration du liquide dans le tube 12. Dans ces conditions, cette aspiration du liquide par le conduit d'air 12, associée à la poussée d'Archimède qui dans cette configuration est maximale puisque l'organe 15 est complètement immergé, provoque une rotation vers le haut, selon la flèche FI à la figure 2, de l'organe 15 autour de l'arbre 19. Cette rotation est rapide et on réalise ainsi une obturation étanche d'autant plus efficace que la paroi 21 de la patte 18 est adaptée à la sortie 14 du tube 12. L'air ne pouvant plus s'échapper du récipient, la pression intérieure dans celui-ci et dans l'organe 2, 3 d'injection de liquide atteint une valeur prédéterminée correspondant à la pression initiale du liquide dans le dispositif lorsque celui-ci est en position fermée. En d'autres termes, le liquide présent dans le dispositif d'injection et celui dans le récipient sont à une même pression, ce qui génère un arrêt immédiat et complet de l'écoulement du liquide. Selon les propriétés du récipient, en particulier, son éventuelle déformation sous l'effet de l'accroissement de la pression interne, cet arrêt d'écoulement du liquide peut se produire en très léger décalé par rapport à l'arrêt de l'évacuation de l'air. Pour une même pression d'injection de liquide dans le récipient, afin d'accélérer la vitesse de remplissage, on peut réaliser une légère dépression dans le tube 12. La valeur prédéterminée de la pression est indépendante du volume du récipient. Une pression du liquide fréquemment utilisée pour de telles installations est comprise entre 0,05 bar et 0,3 bar.

Dans la configuration illustrée à la figure 3, c'est-à-dire celle où l'écoulement du liquide et l'évacuation de l'air sont stoppés, le dispositif est encore en appui étanche sur le récipient. L'organe 15 obture dans cette position, dite deuxième position intermédiaire, uniquement l'extrémité 14 du tube 12, le débouché du manchon 2 étant lui toujours ouvert. Cette deuxième position est généralement maintenue jusqu'à ce que le récipient soit prêt à sortir de cette zone pour aller à une autre zone de l'installation, par exemple, à une zone de bouchage. Pour dégager le récipient, il convient de réaliser un mouvement axial du manchon intérieur 3 selon A-A', orienté vers le haut comme illustré par la flèche F3 à la figure 3. Ce mouvement vers le haut déplace également, dans la même direction, le tube 12 et l'organe 15, celui-ci étant solidaire du manchon 3 par l'intermédiaire de la patte 18. Ce mouvement correspond à un éloignement mutuel des manchons extérieur 2 et intérieur 3. Cet éloignement est favorisé par l'action de rappel du ressort 8. De cette manière, le mouvement général du dispositif est orienté vers l'extérieur du récipient 6 et le bord biseauté 17 de l'organe 15 est à nouveau en appui étanche sur le bord biseauté 16 de l'extrémité 4 du manchon extérieur 2. L'écoulement du liquide n'est toujours pas possible, l'embout 15 occupant une position similaire à la troisième position telle qu'illustrée à la figure 1 où il obture le débouché du tube 12 et le débouché du manchon extérieur 2. Selon la nature du liquide, la géométrie de l'organe 15 est adaptée de manière que l'on obtienne des flux de liquide et d'air différents.

La masse et la géométrie de l'embout 15 et, si nécessaire, de la patte 18 sont choisies pour assurer l'obturation du tube 12 à partir d'un niveau de remplissage du récipient prédéterminé. En fonction du liquide, un changement de l'embout 15 peut être réalisé, afin qu'un dispositif 1 soit à même d'injecter des liquides de différentes densités et/ou natures dans différents récipients. On peut également adapter la géométrie et la nature de l'embout 15 selon la valeur prédéterminée de la pression à laquelle l'écoulement du liquide doit s'arrêter. L'embout est formé d'au moins unmatériau. Si nécessaire, il est formé par exemple de deux matériaux de nature et/ou de densités différentes. Il peut s'agir, par exemple, d'un noyau métallique entouré d'un polymère. A titre d'exemple, un embout en acier inoxydable est préféré pour des goulots de récipients de faibles diamètres. L'organe 15 peut également être creux et/ou composé de matériau différent. La pression interne dans le récipient, lors du remplissage, est liée à la géométrie de l'organe 15, ce qui influe sur la vitesse d'écoulement. On assure donc un arrêt de l'écoulement du liquide, quel que soit le récipient, à partir d'une pression donnée, effective dès lors qu'un niveau de remplissage du récipient, prédéterminé est atteint. On remplit ainsi le récipient avec un volume sensiblement constant de liquide. Plus précisément, le niveau de remplissage dans plusieurs récipients est maîtrisé. Ce remplissage s'effectue sans perte de liquide et sans risque, par exemple, de mettre plus d'un litre de liquide dans un récipient de 1 litre. On remplit ainsi de manière identique tous les récipients, pour autant que, lors du remplissage, le dispositif 1 soit en appui étanche sur le goulot 5. En d'autres termes, le niveau de remplissage est constant pour autant que les récipients soient des volumes clos lors du remplissage. A titre d'exemple, un tel dispositif assure un remplissage, avec de l'eau, d'environ 50 000 bouteilles de 1,5 litres à l'heure, sur un carrousel adapté. Par exemple, on obtient pour de l'eau un temps de remplissage unitaire, comprenant la mise en place, l'activation et le retrait du dispositif, d'environ 5 secondes pour une bouteille de 1,5 litres. Les figures 4 à 6 illustrent un dispositif d'injection selon un deuxième mode de réalisation. Dans ce deuxième mode de réalisation, un dispositif 1' d'injection comprend, comme dans le premier mode de réalisation, un manchon intérieur 3' pourvu d'une bague externe 9'. Le manchon intérieur 3' coulisse dans un manchon extérieur 2', également pourvu d'une bague externe 7'. Un ressort 8' de rappel en position des manchons 2', 3' est logé entre les deux bagues 7', 9'. Le manchon 2' a une extrémité 20' adaptée pour venir en appui étanche sur le goulot 5. Un tube 12' d'évacuation d'air, dans ce mode de réalisation, est adossé à la paroi des manchons 2', 3'. Son extrémité 14' est également bouchée par un organe 15' d'obturation dans la position illustrée à la figure 4 et correspondant à une position de repos du dispositif.

Cet organe d'obturation est un embout 15' d'une forme différente de celle décrite précédemment. En particulier, il est pourvu d'une face inférieure 23 configurée en relief 30 pointu et à côtés inégaux. Les formes de cette face inférieure 23 permettent une bonne répartition des efforts engendrés par le liquide lorsqu'il est en contact avec l'embout. La face supérieure 24 de l'embout 15' comprend un bossage 25 en forme de pointe avec des parois concaves, la concavité étant orientée vers l'extérieur. L'une 26 des parois de cette pointe 25 supporte une patte 18' reliée à un arbre 19' de pivotement de l'embout 15'. Cet arbre est solidaire du manchon intérieur. La paroi 27 opposée est pourvue d'un bossage 28 dont une face inclinée 29 est adaptée pour coopérer avec une extrémité 14', de forme complémentaire, du tube 12'. Dans l'exemple, ce bossage 28 est venu de matière avec l'organe 15'. En variante, il peut être une pièce rapportée. Cette forme de l'extrémité 14' du tube d'évacuation 12' et de la zone d'obturation 29 correspondante de l'embout 15' assure un bouchage rapide, efficace et étanche du tube 12'. Par ailleurs, une telle disposition du tube 12' d'évacuation d'air permet un écoulement plus linaire du liquide. Cet écoulement, malgré un encombrement important de l'extrémité du manchon 2' du à la présence de la patte 18' et de la sortie 14' du tube 12', est moins turbulent. De plus, le flux de liquide est dévié vers les parois du récipient, ce qui permet de limiter la formation d'une émulsion. Cette disposition est particulièrement avantageuse avec des liquides qui ont une viscosité supérieure à celle de l'eau tels que des huiles. La forme en pointe du bossage 25 favorise l'écoulement linéaire du liquide. La forme de la face inférieure 23 de l'embout 15' et un décalage du centre de gravité de l'embout par rapport à l'axe de rotation permettent une plus grande efficacité de la poussée d'Archimède. Ceci favorise le basculement et/ou la remontée de l'embout 15' ainsi qu'une pénétration rapide et efficace du dispositif dans le récipient. En effet, la poussée d'Archimède s'exerce de façon plus uniforme sur de telles faces 23 qui sont plus hydrodynamiques.

La position décalée du tube 12' d'évacuation d'air permet à l'air présent dans le récipient 6 de s'évacuer plus rapidement. Comme illustrée à la figure 5, l'accès au tube 12' se faisant latéralement, l'air n'a pas à traverser une phase liquide puisque le liquide, lors du remplissage, s'écoule selon un flux sensiblement parallèle au flux sortant de l'air. Les flux sont éloignés l'un de l'autre. On favorise dans ce mode de réalisation de l'invention la présence simultanée d'un flux descendant de liquide parallèlement à un flux montant d'air. Cette configuration limite les zones de turbulences entre les phases liquide et gazeuse, d'où un remplissage optimisé.

La figure 7 est une illustration d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif de remplissage, conforme à l'invention, dans une configuration où le niveau prédéterminé de liquide n'est pas atteint. Dans ce mode de réalisation, la position du tube 12" d'évacuation d'air est centrale et l'organe d'obturation 15" est identique à celui représenté aux figures 1 à 3. La face inférieure 31 de l'organe 15" est plane. Le tube 12" est en position centrale. L'axe longitudinal du tube 12" est confondu avec l'axe A-A'. L'extrémité inférieure 14" du tube 12" est coudée. Une pièce 33 est reliée au tube 12" et elle supporte une patte 18" de l'organe 15". Le rappel en position du manchon extérieur 2" est réalisé par un organe de rappel 32, avantageusement une membrane déformable en élastomère. La membrane 32 remplace ainsi le ressort de rappel 8 et le manchon intérieur, ce qui permet de s'affranchir des problèmes d'étanchéité entre les manchons.

Cet organe de rappel peut également être un ressort situé à l'intérieur du manchon. Le manchon 2" est guidé par le tube 12" grâce à la pièce 33. Le rappel de l'organe 15" en une troisième position d'obturation du tube 12" et du manchon 2" s'effectue sous l'action d'un mouvement de retour de la membrane 32 à une position dite de repos, c'est-à-dire une position, illustrée à la figure 7, où celle-ci est peu déformée. La course du manchon 2" est réduite du fait de la limite de déformation de la membrane. Néanmoins, le dégagement est suffisant pour obtenir un pivotement important de l'organe 15" autour d'un axe 19". Ceci est particulièrement avantageux puisqu'avec une course réduite du manchon 2" on obtient un pivotement de l'organe 15" suffisant pour assurer un remplissage rapide d'un récipient 6. Le pivotement de cet organe 15" est avantageusement favorisé par un dégagement ménagé dans la face externe de la patte 18".

Le fonctionnement de ce dispositif est similaire à ceux précédemment décrits. L'organe de rappel en position peut comprendre un ressort. Les figures 8 et 9 illustrent un quatrième mode de réalisation d'un dispositif particulièrement adapté au remplissage de récipients munis de goulots de faible diamètre.

Le tube 129 d'évacuation d'air est disposé à proximité de la paroi du manchon 300. Un gain de place est obtenu en positionnant l'arbre 190 de rotation au voisinage de l'extrémité ouverte 140 du tube 129 de sortie d'air et, globalement à proximité d'un axe longitudinal AI de ce dernier. Ici la patte 181 est venue de matière avec l'organe 150 et forme une partie de ce dernier.

Le manchon intérieur 300 et le manchon extérieur 200 sont coulissants, l'un par rapport à l'autre, comme dans les modes de réalisation illustrés aux figures 1 à 6. L'organe 150 présente une géométrie adaptée pour, dans un premier temps favoriser l'écoulement de haut en bas du liquide et, dans un second temps, optimiser l'effet de la poussée d'Archimède orientée de bas en haut. La patte 181 dans laquelle est monté l'arbre 190 de rotation se prolonge, en partie supérieure, par un plan incliné 182 propre à venir en appui étanche sur l'extrémité 140 du tube 129 de sortie d'air. Une rainure 152 favorise un débit d'air évacué important. Le mouvement de rotation de l'organe 150 est limité par une butée 151 solidaire de l'extrémité 140. Cette butée 151 évite un basculement trop important de l'organe 150 dont l'extrémité pourvue de la face 182 obturant le tube 129 de sortie d'air viendrait, en position d'ouverture, gêner l'écoulement du liquide. On obtient ainsi des mouvements limités et rapides de l'organe d'obturation, permettant de remplir efficacement des récipients à goulot étroit. Dans d'autres modes de réalisation non décrits, l'organe d'obturation est, lesté et/ou creux, de manière à faire varier la sensibilité de l'organe à la poussée d'Archimède et/ou à la pesanteur.

Dans tous les cas, la face inférieure de l'organe d'obturation est conformée pour répartir les effets exercés par le liquide en contact avec cette face. La face supérieure de l'organe est, quant à elle, conformée pour guider l'évacuation de l'air et l'écoulement du liquide.

De même des systèmes de guidage de liquide, soit en sortie du manchon extérieur, soit à l'intérieur des manchons peuvent être prévus. Dans d'autres modes de réalisation non illustrés, la forme et les dimensions de l'organe d'obturation et/ou du tube d'évacuation d'air et/ou du 5 manchon extérieur sont différentes. De même la position du tube d'évacuation d'air peut être différente de même que sa forme.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Dispositif destiné au remplissage d'un récipient comprenant un organe d'injection (2, 3 ; 2', 3' ; 2" ; 200, 300) d'un liquide dans ce récipient (6), un organe (12 ; 12' ; 12" ; 129) d'évacuation de l'air présent dans le récipient avant remplissage et un premier organe, mobile, d'obturation de l'organe d'injection de liquide et un second organe, mobile, d'obturation de l'organe d'évacuation de l'air sous l'action du liquide lorsque celui-ci arrive à un niveau de remplissage prédéfini, caractérisé en ce qu'il est prévu un organe unique (15 ; 15' ; 15" ; 150) d'obturation sélective, à la fois de l'organe d'injection de liquide et de l'organe d'évacuation de l'air, propre à passer d'une première position (figures 2, 5, 7, 8) d'ouverture des organes d'injection de liquide et d'évacuation de l'air à une deuxième position intermédiaire (figures 3, 6, 9) d'obturation du seul organe d'évacuation de l'air puis à une troisième position (figures 1, 4) 1.5 d'obturation des organes d'évacuation de l'air et d'injection de liquide.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe unique est monté pivotant autour d'un axe de rotation (19 ; 19' ; 19" ; 190) perpendiculaire à un axe (A-A' ; AI-A'1) longitudinal du dispositif.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit axe de 20 rotation (19 ; 19' ; 19" ; 190) est situé au voisinage d'une extrémité (4 ; 4') de sortie du liquide dudit organe d'injection (2, 3 ; 2', 3' ; 2" ; 200 ; 300).

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'injection (2, 3 ; 2', 3'; 2" ; 200, 300) comprend au moins un manchon (2, 2'; 2";200) dont une extrémité (4 ; 4') est adaptée pour être obturée par l'organe (15 ; 15' ; 15" ; 150) d'obturation.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe d'injection comprend deux manchons (2, 3 ; 2', 3' ; 200, 300) coaxiaux coulissant l'un par rapport à l'autre.

6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un organe de rappel (8 ; 8' ; 32) maintient le manchon obturable (2, 2' ; 2", 200) dans une position, correspondant à la troisième position, où les organes d'injection de liquide (2, 3 ; 2', 3' ; 200, 300) et d'évacuation de l'air (12, 12' ; 12" ; 129) sont fermés.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lorsque les organes d'injection (2, 3 ; 2', 3' ; 2" ; 200, 300) de liquide et d'évacuation (12, 12' ; 12" ; 129) de l'air sont obturés, l'organe (15 ; 15' ; 15" ; 150) d'obturation étant dans la troisième position (figures 1, 4), le manchon obturable (2 ; 2' ; 2" ; 200) bloque en position, par recouvrement partiel, l'organe (15 ; 15' ; 15" ; 150) d'obturation.

8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lorsque les organes d'injection (2, 3 ; 2', 3'; 2" ; 200, 300) de liquide et d'évacuation (12, 12'; 12" ; 129) de l'air sont obturés, l'organe (15 ; 15' ; 15" ; 150) d'obturation étant dans la troisième position (figures 1, 4), le manchon obturable (2 ; 2' ; 2" ; 200) bloque en position, par appui, l'organe d'obturation, ledit appui étant direct ou par l'intermédiaire d'un joint.

9. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit organe d'évacuation d'air est formé par un tube (12 ; 12' ; 12" ; 129) situé dans la lumière du manchon obturable (2 ; 2'; 2" ; 200) de l'organe d'injection.

10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe (15 ; 15' ; 15" ; 150) d'obturation comprend une face inférieure (23 ; 31) conformée pour répartir les efforts transmis à l'organe par le liquide en contact avec ladite face (23 ; 31), lorsque le niveau du liquide dans le récipient (6) atteint une valeur prédéfinie et une face supérieure (25, 26, 27) conformée pour guider les écoulements de liquide et d'air.

11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit organe unique (15 ; 15' 15" ; 150) est formé à partir d'au moins un matériau.

12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit organe unique (15 ; 15' ; 15" ; 150) est creux.

13. Installation de remplissage de récipients comprenant un dispositif (1) de remplissage selon l'une des revendications précédentes.