WO2008132327A1 - Dispositif de remplissage d'un recipient par un liquide - Google Patents

Dispositif de remplissage d'un recipient par un liquide Download PDF

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WO2008132327A1
WO2008132327A1 PCT/FR2008/000310 FR2008000310W WO2008132327A1 WO 2008132327 A1 WO2008132327 A1 WO 2008132327A1 FR 2008000310 W FR2008000310 W FR 2008000310W WO 2008132327 A1 WO2008132327 A1 WO 2008132327A1
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WO
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liquid
air
container
filling
injection
Prior art date
Application number
PCT/FR2008/000310
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English (en)
Inventor
Patrick Nourrissont
Original Assignee
Patrick Nourrissont
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Publication date
Application filed by Patrick Nourrissont filed Critical Patrick Nourrissont
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    • 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
    • B67C3/26—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks
    • B67C3/2637—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks comprising a liquid valve opened by relative movement between the container and the filling head
    • 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
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    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/26—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks
    • B67C2003/2602—Details of vent-tubes

Definitions

  • the invention relates to a device for filling a container with a liquid.
  • Such devices are used in industry to fill at high speed a large number of containers, including polymer bottles or glass. These devices, mounted on facilities, carousel type, can fill up to about 50 000 containers per hour, filling with water, fruit juice, oil, wine or any other food or non-food liquid. These devices must ensure a regular and constant filling of the containers with a predetermined filling level of liquid corresponding to a given volume of liquid. This volume corresponds substantially to the useful volume of the container, for example 0.5 liter, 1 liter or 1, 5 liters.
  • These filling devices generally comprise a member for injecting the liquid into the container, associated with a member for discharging the air in the container at the same time that the liquid is injected into the latter. This evacuation of the air is necessary to avoid any pressure inside the container, excess pressure detrimental especially to the rate of filling.
  • a first type of device uses an electronic detection, for example volume or pressure to act, either on a valve located on the liquid injection member, or on a valve located on the air evacuation member . Such devices are complex and not easy to maintain.
  • Another type of device is known from WO-A-02/24524. It describes a closure member placed on the air evacuation device, in this case a ball. A linear movement of the ball closes or releases the air outlet orifice, the air exhaust duct being formed in a hollow rod inserted in a cylinder forming the liquid injection device.
  • the ball under the action of the liquid having reached a certain level in the container, closes the air outlet.
  • the flow of the liquid is then interrupted.
  • the central rod is guided in translation relative to the cylinder and its end, of suitable geometry, closes the cylinder and blocks the flow of the liquid.
  • the displacement thereof may be affected.
  • This device is thus sensitive to turbulence and / or blows of the filling installation.
  • the air outlet device is only partially open or closes prematurely.
  • This type of device is of relatively complex geometry and is therefore not easy to clean and maintain.
  • the invention more particularly intends to remedy by proposing a device for filling containers that allows a high rate, easy to maintain and clean, while ensuring a filling at a predetermined level.
  • the invention relates to a device for filling a container comprising a liquid injection member in the container, an air evacuation member present in the container before filling and a first member, movable, shutter of the liquid injection member and a second member, movable, closing the air outlet member under the action of the liquid when it arrives at a predefined filling level, characterized in that there is provided a single selective closure member, both of the liquid injection member and the air evacuation member, suitable for passing a first position of opening of the liquid injection and air evacuation members to a second intermediate position of closing the only air evacuation member and then to a third position of closure of the air evacuation and liquid injection members.
  • the device may incorporate one or more of the following features:
  • the single member is pivotally mounted about an axis of rotation perpendicular to a longitudinal axis of the device.
  • the axis of rotation is located in the vicinity of an outlet end of the liquid of the injection member.
  • the injection member comprises at least one sleeve, one end of which is adapted to be closed by the closure member.
  • the injection member comprises two coaxial sleeves sliding relative to each other.
  • a return member keeps the closable sleeve in a position corresponding to the third position, where the liquid injection and air evacuation members are closed. - When the liquid injection and air evacuation members are closed, the closure member being in the third position, the closable sleeve blocks in position, by partial recovery, the closure member.
  • the closure member When the liquid injection and air evacuation members are closed, the closure member being in the third position, the closable sleeve blocks in position, by pressing, the closure member, this support being direct or via a joint.
  • the air outlet member is formed by a tube located in the lumen of the closable sleeve of the injection member.
  • the shutter member comprises a lower face shaped to distribute the forces transmitted to the body by the liquid in contact with the face, when the liquid level in the container reaches a predetermined value and a shaped upper face to guide the flows of liquid and air.
  • the single member is formed from at least one material.
  • the single organ is hollow.
  • the invention also relates to a container filling installation comprising a device according to one of the preceding characteristics.
  • FIG. 1 is a longitudinal section of a device according to a first embodiment of the invention, in the closed position of the members, before being placed on a container,
  • FIG. 2 is a view of the device illustrated in FIG. 1, in place on the neck of a container, in the open position of the organs, the liquid flowing in the container,
  • FIG. 3 is a view similar to FIG. 2, the liquid level in the container being reached, the closure member being in the intermediate position where it closes the air evacuation member, the flow liquid being interrupted,
  • FIGS. 4, 5 and 6 are views, similar to FIGS. 1, 2 and 3 respectively, of a device according to a second embodiment
  • FIG. 7 is a view, similar to FIG. 2, of a device according to a third embodiment
  • FIG. 8 is a view similar to FIG. 2, of a device according to a fourth embodiment
  • FIG. 9 is a view similar to FIG. 3, of the device represented in FIG. - Figure 10 is a view similar to Figure 2 of a device according to a fifth embodiment.
  • the device shown in Figure 1 comprises a hollow member 1 for injecting a liquid formed by at least one sleeve, in the example by two sleeves 2, 3 coaxial, cylindrical and circular base.
  • the sleeves 2, 3 are made of a rigid material, easy to clean and food grade, including stainless steel or a polymer-based material.
  • the outer sleeve 2 has a shape and an outer diameter adapted so that its free end 4 fits into the neck 5 of a container 6, preferably in the neck 5 of a polymer or glass bottle.
  • the necks of such bottles have a diameter generally between 20 millimeters and 50 millimeters.
  • the other end of the member 1, partially shown in the upper part of Figures 1 to 3 is connected to the rest of the installation, in particular to a liquid supply tank, not shown.
  • a liquid supply tank not shown.
  • Such a reservoir is generally placed above the devices for filling, so as to promote a gravity feed of the liquid injection members.
  • the outer sleeve 2 is equipped with an outer ring 7 forming a first stop to a return member 8 in position of the outer sleeve.
  • This ring 7 is fixed on the end 20 of the sleeve facing the sleeve 3.
  • This end 20 is adapted to remain outside the container.
  • the return member in position is a coil spring 8.
  • the return member is a deformable membrane, for example elastomer as shown in Figure 7.
  • the spring 8 has its other end which is in abutment against a second outer ring 9, mounted on the inner sleeve 3.
  • This second ring 9 is remote relative to the first, so that the spring 8, in place between the two rings 7, 9, is in one position where he is generally relaxed.
  • the spring 8 thus holds the sleeves 2, 3 in the remote position relative to each other.
  • this is a position where there is no liquid injection. In other words, it is a closed position of the device, referenced as a third shutter position.
  • the end 20 of the outer sleeve 2 is also provided on its lower outer face with a seal 11 adapted to bear on the neck 5 of the container 6.
  • the internal space of the sleeves 2, 3 receives, in the example on the whole length of the sleeves, a member 12 for evacuating the the air.
  • a longitudinal axis Ai 2 - To 12 of this body is parallel to the axis A-A '. In an embodiment not illustrated, these axes are merged.
  • This air evacuation member is formed by a tube 12, a bent end of which forms an outlet orifice 13 towards the outside.
  • the orifice 13 is generally connected to an air collector maintained at atmospheric pressure. This orifice 13 opens out beyond the region of the inner sleeve adapted to slide in the outer sleeve.
  • the tube 12 is made of stainless steel or, alternatively, an easily cleanable and food grade polymer.
  • the inner diameter of this air evacuation tube is, for containers whose neck has a diameter of 25 millimeters, generally between 2 and 12 millimeters.
  • the length of the tube 12 is, in the example, slightly less than the length of the two sleeves 2, 3 in a position distant from each other.
  • the air evacuation tube 12 has an open end 14 located in the vicinity of the end portion of the inner sleeve 3.
  • the tube 12 opens out of the wall of the sleeve 3 in another place than that described, for example, below.
  • the portion 120 of the tube 12 adjacent the end 14 is connected to a part 121.
  • this part is fixed on the inner wall of the sleeve 3.
  • the end 14 of the tube 12 is inclined, in the direction of a side of the container, about 65 °.
  • the free end 4 of the outer sleeve 2 and the end 14 of the air evacuation tube 12 are closed by a single closure member 15.
  • the closure member has the shape of a tip 15 or a cap of suitable dimensions to close the open end 14 of the air discharge tube 12.
  • the end 4 of the outer sleeve 2 is adapted to be closed by the member 15 whose dimensions are adapted to those of the end 4.
  • the inner face 16 of the end 4 of the sleeve 2 is tapered so that an edge 17 of complementary shape of the closure member 15 comes into sealing engagement on the end 4 of the sleeve 2.
  • Such a contact zone 16, 17 beveled between the body of shutter 15 and the sleeve 2 also makes it possible to lock the member 15 in position in the sleeve 2.
  • the seal between the member 15 and the air outlet tube 12 and / or the liquid injection member may be provided by a seal.
  • the sealing is advantageously performed by a flat seal.
  • the contact zone is substantially cylindrical, the seal being advantageously toric. In all cases, the geometry of the joint controls its position on the member 15.
  • the face of the nozzle 15 facing the interior of the sleeves 2, 3 is equipped with a fastener, in this case a lug 18.
  • This lug is provided with an orifice for mounting the body d on an axis of rotation 19.
  • the term axis designates a rotation shaft inserted in the orifice of the tab 18 and allowing the rotational guidance of the member 15.
  • the rotation shaft is integral with the member 15 and is inserted into a housing in the room 121.
  • the axis of rotation is materialized by any type of interlocking between the member 15 and the part 121.
  • this shaft 19 is disposed inside the outer sleeve 2 in the vicinity of the end E of the sleeve 3.
  • the shaft 19 is supported by the part 121. This ensures the tightness when the body 15 is in the closed position.
  • the part 121 is not fixed to the sleeve 3.
  • the alignment of the member 15 is then obtained by deformation of the tube 12.
  • This shaft 19 is oriented in a direction D, generally perpendicular to the longitudinal axis AA 'of the sleeves 2, 3.
  • the dimensions of the lug 18 of the nozzle 15 are such that it occupies part of the space available between the wall of the outer sleeve 2 and the tube 12 of evacuation of the air.
  • the arrangement of the lug 18 and the pivot shaft 19 induce a partial closure of the outlet of the outer sleeve 2.
  • the lug 18 and the shaft 19 are therefore of suitable shapes to minimize the closure of the sleeve 2 and promote the flow of the liquid when the device is in the open position.
  • a shaft 19 with a diameter of 6 millimeters and a length of 10 millimeters is used for devices intended to cover the necks of receptacles with a diameter of 25 millimeters.
  • the lug 18 and the shaft 19 are easily separable to facilitate cleaning, maintenance or modification of the device.
  • the member 15 is easily removable. In the position illustrated in Figure 1, the lug 18 has a face 21 adapted to seal the end 14 of the air discharge tube 12, if necessary with a seal .
  • the tab 18 has dimensions such that it is locked in the closed position of the end 14 of the tube 12 by the wall of the outer sleeve 2 when the two sleeves 2, 3 are in the rest position, as shown in FIG. 1. In this position, the outer sleeve 2 partially cap the leg
  • This third position corresponds to a rest position of the device 1, that is to say, a stopping position of the installation of filling, ie a position where the device 1 is waiting between two fills of containers 6.
  • the device 1 is in place on the neck 5 of a container 6.
  • This configuration corresponds to an active state of the device 1 during the filling of a container, that is to say to a position, said first position, where the liquid injection and air evacuation members are open.
  • the end 20 of the outer sleeve 2 bears on the neck 5 and the device exerts a bearing on the container 6 in a direction generally parallel to the longitudinal axis AA 'of the sleeves 2, 3.
  • This support is sufficient to ensure air and liquid tightness between the end 20 and the neck 5 via the seal 11.
  • this support causes a compression of the spring 8.
  • This compression of the spring 8 allows a mutual approximation of the two sleeves 2, 3, the inner sleeve 3 relatively sliding in the outer sleeve 2.
  • the pivoting of the nozzle 15 is advantageously favored by the pressure exerted by the liquid contained in the internal space of the sleeves 2, 3 and which tends to flow, by gravity and / or forced injection, out of the device 1.
  • the distance between the nozzle 15, when has rotated, and the wall of the outer sleeve 2 is sufficient to allow the flow of the liquid.
  • the pivoting of the end piece 15 is favored by a clearance 183 formed on the external face of the lug 18. In this position which corresponds to an open position, as illustrated in FIG. 2, a relief 180 of the lug 18 is in support against a wall of the part 121.
  • the member 15 in abutment is inclined between 10 ° and 20 ° relative to the axis A-A '.
  • the pivoting of the nozzle 15 not only ensures the flow of the liquid in the container 6 but also to evacuate the air contained in the same container 6 by the tube 12.
  • the geometry and the position of the nozzle Once rotated, they are adapted so as not to disturb, or at least not disturb, durably a laminar flow of the liquid. Such a type of flow allows rapid filling of the container. With such a device, two separate streams are preserved, one of liquid flowing in the container, the other of air leaving the same container.
  • This flow of the liquid and this air outlet are optimized by the presence of orifices and / or at least one groove 22 for the flow of liquid and / or air formed in the tip or in the lug.
  • This groove 22 limits the turbulence of the liquid at the outlet of the outer sleeve 2 and separates the flow of air and liquid.
  • Deflectors can be used to improve fluid flow.
  • these deflectors may be connected to the member 15 and / or to the part 121.
  • the upper face of the endpiece 15, the tube 12 and the part 121 are shaped to allow controlled circulation and effective on the one hand of the filling liquid and, on the other hand, the air discharged from the container. Any exit of air other than by the tube 12 of evacuation of the air is not possible, because of the tight support of the end 20 of the outer sleeve 2 on the neck 5 of the container 6.
  • the first is a decrease in the flow of liquid flowing from the sleeves 2, 3.
  • the outlet pressure of the liquid is close to the starting pressure, which implies that the flow of the liquid, even forced, decreases compared to the flow rate previously noted.
  • the second action relates to a pressure difference between the end 14 of the tube 12 and its outlet 13.
  • the overpressure at the end 14 causes a suction phenomenon of the liquid in the tube 12.
  • this aspiration of the liquid by the air duct 12, associated with the Archimedes thrust which in this configuration is maximum since the member 15 is completely immersed causes an upward rotation, according to the arrow Fi in Figure 2, of the member 15 around the shaft 19.
  • This rotation is rapid and thus achieves a seal all the more effective that the wall 21 of the lug 18 is adapted to the outlet 14 of the tube 12.
  • the air can not escape any more of the container, the internal pressure therein and in the liquid injection member 2, 3 reaches a predetermined value corresponding to the initial pressure of the liquid in the device when the latter is in the closed position.
  • the liquid present in the injection device and that in the container are at the same pressure, which generates an immediate and complete stoppage of the liquid flow.
  • this flow stop of the liquid can occur in very slight offset from the stop of the evacuation of the air.
  • a slight depression can be made in the tube 12.
  • the predetermined value of the pressure is independent of the volume of the container. A fluid pressure frequently used for such installations is between 0.05 bar and 0.3 bar.
  • This second position is generally maintained until the container is ready to exit this zone to go to another zone of the installation, for example, to a closure zone.
  • To disengage the container it is necessary to carry out an axial movement of the inner sleeve 3 according to AA 1 , directed upwards as illustrated by the arrow F 3 in FIG.
  • This upward movement also moves, in the same direction, the tube 12 and the member 15, the latter being secured to the sleeve 3 via the lug 18.
  • This movement corresponds to a mutual distance of the outer sleeves 2 3. This distance is favored by the return action of the spring 8.
  • the general movement of the device is oriented towards the outside of the container 6 and the bevelled edge 17 of the member 15 is again in position. sealing support on the bevelled edge 16 of the end 4 of the outer sleeve 2.
  • the tip 15 occupying a position similar to the third position as shown in Figure 1 where it closes the outlet of the tube 12 and the outlet of the outer sleeve 2.
  • the geometry of the member 15 is adapted so that one obtains different flows of liquid and air.
  • the mass and geometry of the tip 15 and, if necessary, the tab 18 are chosen to ensure the closure of the tube 12 from a filling level of the predetermined container. Depending on the liquid, a change of the tip 15 may be made so that a device 1 is able to inject liquids of different densities and / or natures in different containers. It is also possible to adapt the geometry and the nature of the nozzle 15 according to the predetermined value of the pressure at which the flow of the liquid must stop.
  • the tip is formed of at least one material. If necessary, it is formed for example of two materials of different nature and / or densities. It may be, for example, a metal core surrounded by a polymer. For example, a stainless steel tip is preferred for container necks of small diameters.
  • the member 15 may also be hollow and / or composed of different material.
  • the internal pressure in the container, during filling, is related to the geometry of the member 15, which affects the flow rate. This ensures a stop of the flow of the liquid, whatever the container, from a given pressure, effective when a filling level of the container, predetermined is reached.
  • such a device provides a filling, with water, about 50,000 bottles of 1, 5 liters per hour, on a carousel adapted. For example, a unit filling time is obtained for water, including placing, activating and removing the device, for about 5 seconds for a 1.5 liter bottle.
  • FIGS 4 to 6 illustrate an injection device according to a second embodiment.
  • an injection device 1 comprises, as in the first embodiment, an inner sleeve 3 'provided with an outer ring 9'.
  • the inner sleeve 3 ' slides in an outer sleeve 2', also provided with an outer ring 7 '.
  • a spring 8 'of return in position of the sleeves 2', 3 ' is housed between the two rings 7', 9 '.
  • the sleeve 2 ' has an end 20' adapted to bear tightly on the neck 5.
  • a tube 12 'of air evacuation in this embodiment, is leaned against the wall of the sleeves 2', 3 '. Its end 14 'is also blocked by a shutter member 15' in the position illustrated in Figure 4 and corresponding to a rest position of the device.
  • This closure member is a tip 15 'of a shape different from that described above.
  • it is provided with a bottom face 23 configured in sharp relief and with unequal sides.
  • the shapes of this face lower 23 allow a good distribution of the forces generated by the liquid when in contact with the tip.
  • the upper face 24 of the tip 15 ' comprises a boss 25 in the form of a point with concave walls, the concavity being oriented outwards.
  • One of the walls of this point 25 supports a tab 18 'connected to a shaft 19' for pivoting the tip 15 '.
  • This shaft is integral with the inner sleeve.
  • the opposite wall 27 is provided with a boss 28, an inclined face 29 is adapted to cooperate with a complementary end 14 'of the tube 12'.
  • this boss 28 is integral with the member 15 '.
  • it may be an insert.
  • This shape of the end 14 'of the discharge tube 12' and the corresponding closure zone 29 of the nozzle 15 ' ensures a quick, effective and tight closure of the tube 12'.
  • the shape of the lower face 23 of the tip 15 'and an offset of the center of gravity of the tip relative to the axis of rotation allow a greater efficiency of the Archimedes thrust. This promotes the tilting and / or raising of the tip 15 'and a fast and effective penetration of the device in the container. Indeed, the Archimedes thrust is exerted more uniformly on such faces 23 which are more hydrodynamic.
  • the offset position of the air discharge tube 12 allows the air present in the container 6 to evacuate more rapidly.
  • access to the tube 12 'being lateral the air does not have to pass through a liquid phase since the liquid, during filling, flows in a flow substantially parallel to the flow coming out of the the air.
  • the streams are distant from each other.
  • the simultaneous presence of a downward flow of liquid parallel to a rising flow of air is promoted. This configuration limits the areas of turbulence between the liquid and gaseous phases, resulting in optimized filling.
  • Figure 7 is an illustration of a third embodiment of a filling device, according to the invention, in a configuration where the predetermined level of liquid is not reached.
  • the position of the air evacuation tube 12 "is central and the closure member 15" is identical to that shown in FIGS. 1 to 3.
  • the lower face 31 of the member 15 " is flat.
  • the tube 12 is in the central position, the longitudinal axis of the tube 12" coincides with the axis A-A '.
  • the lower end 14 "of the tube 12” is bent.
  • a piece 33 is connected to the tube 12 "and it supports a lug 18" of the member 15.
  • the return in position of the outer sleeve 2 is formed by a return member 32, preferably a deformable elastomeric membrane.
  • the membrane 32 thus replaces the return spring 8 and the inner sleeve, which makes it possible to overcome the problems of sealing between the sleeves.
  • This return member may also be a spring located inside the sleeve.
  • the stroke of the sleeve 2 " is reduced because of the limit of deformation of the membrane, however, the clearance is sufficient to obtain a significant pivoting of the member 15" about an axis 19. "This is particularly advantageous since with a reduced stroke of the sleeve 2 "there is obtained a pivoting of the member 15" sufficient to ensure a rapid filling of a container 6.
  • the pivoting of this member 15 " is advantageously favored by a clearance formed in the outer face of the 18 "leg.
  • FIGS 8 and 9 illustrate a fourth embodiment of a device particularly suitable for filling containers with small diameter necks.
  • the air evacuation tube 129 is disposed near the wall of the sleeve 300.
  • a saving of space is obtained by positioning the shaft 190 of rotation in the vicinity of the open end 140 of the air outlet tube 129 and generally near a longitudinal axis Ai -A'i of the latter.
  • the tab 181 is integral with the member 150 and forms a part of the latter.
  • the inner sleeve 300 and the outer sleeve 200 are slidable relative to each other, as in the embodiments illustrated in FIGS. 1 to 6.
  • the member 150 has a geometry adapted to initially promote the flow from top to bottom of the liquid and, in a second step, optimize the effect of Archimedes thrust oriented from bottom to top.
  • the lug 181 in which is mounted the rotation shaft 190 is extended, in the upper part, by an inclined plane 182 able to bear tightly on the end 140 of the tube 129 of air outlet.
  • a groove 152 promotes a large discharge air flow.
  • FIG. 10 illustrates a fifth embodiment of a device that is particularly suitable for filling containers with small diameter necks with an easily emulsifiable liquid. This is, as for the mode described in FIGS. 4 to 6, of an embodiment in which the flow of liquid is diverted to the walls of the container. This mode is particularly suitable for filling with juices or wine.
  • the air evacuation tube 1200 is disposed near the wall of the inner sleeve 3000, the latter being slidably mounted in the outer sleeve 2000.
  • the shutter member 1500 is provided with a portion 1501 extending into the end of the outer sleeve 2000.
  • a face 1502 of the member 1500 and a face 1201 of the lower portion 1202 of the member 1200 of air discharge are profiled so that they are in mutual contact when the member 1500 is in the closed position.
  • a portion 1504 of the member defines with the wall of the outer sleeve 2000 an area for diverting the flow of liquid on the wall of the container during filling. The highest part of this zone makes it possible to benefit from the pressure due to the liquid in order to keep the member 1500 in the open position.
  • a relief may be provided on the outlet 1202 of the air discharge tube 1200 to prevent the adhesion of the face 1502 with the face 1201 of the outlet 1202 in the presence of certain liquids.
  • the geometry of the member is adapted to, on the one hand, optimize the separation of the air and liquid flows and, on the other hand, to maintain the open position of the member while deflecting the flow of liquid.
  • the closure member is ballasted and / or hollow, so as to vary the sensitivity of the member to buoyancy and / or gravity.
  • the underside of the closure member is shaped to distribute the effects exerted by the liquid in contact with this face.
  • the upper face of the member is, in turn, shaped to guide the evacuation of air and the flow of the liquid.
  • liquid guiding systems either at the outlet of the outer sleeve or inside the sleeves may be provided.
  • the shape and dimensions of the closure member and / or the exhaust air tube and / or the outer sleeve are different.
  • the position of the exhaust air tube may be different as well as its shape.

Landscapes

  • Filling Of Jars Or Cans And Processes For Cleaning And Sealing Jars (AREA)

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

DISPOSITIF DE REMPLISSAGE D'UN RECIPIENT PAR UN LIQUIDE 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 cinq 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,
- la figure 9 est une vue similaire à la figure 3, du dispositif représenté à la figure 8 et - la figure 10 est une vue similaire à la figure 2 d'un dispositif conforme à un cinquième mode de réalisation.
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 Ai2 - 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-A1, 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 un matériau. 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 l' 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 -A'i 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. La figure 10 illustre un cinquième mode de réalisation d'un dispositif particulièrement adapté au remplissage de récipients, munis de goulots de faible diamètre, par un liquide aisément émulsionnable. Il s'agit, comme pour le mode décrit aux figures 4 à 6, d'un mode de réalisation dans lequel le flux de liquide est dévié vers les parois du récipient. Ce mode est particulièrement adapté au remplissage par des jus ou du vin.
Comme précédemment, le tube 1200 d'évacuation d'air est disposé à proximité de la paroi du manchon intérieur 3000, ce dernier étant monté coulissant dans le manchon extérieur 2000.
L'organe 1500 d'obturation est pourvu d'une partie 1501 s'étendant dans l'extrémité du manchon extérieur 2000. Une face 1502 de l'organe 1500 et une face 1201 de la partie inférieure 1202 de l'organe 1200 d'évacuation d'air sont profilées de sorte qu'elles sont en contact mutuel lorsque l'organe 1500 est en position fermée. Une partie 1504 de l'organe définit avec la paroi du manchon extérieur 2000 une zone permettant de dévier le flux du liquide sur la paroi du récipient, lors du remplissage. La partie la plus haute de cette zone permet de bénéficier de la pression due au liquide pour maintenir l'organe 1500 en position d'ouverture. Un relief peut être prévu sur la sortie 1202 du tube 1200 d'évacuation d'air pour éviter l'adhérence de la face 1502 avec la face 1201 de la sortie 1202 en présence de certains liquides. Ainsi, la géométrie de l'organe est adaptée pour, d'une part, optimiser la séparation des flux d'air et de liquide et, d'autre part, assurer le maintien en position ouverte de l'organe tout en déviant le flux de liquide.
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 manchon extérieur sont différentes. De même la position du tube d'évacuation d'air peut être différente de même que sa forme.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif destiné au remplissage d'un récipient comprenant un organe d'injection (2, 3 ; 2', 3' ; 2" ; 200, 300 ; 2000, 3000) d'un liquide dans ce récipient (6), un organe (12 ; 12' ; 12" ; 129 ; 1200) 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 ; 1500) 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) 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' ; ArA'i) longitudinal du dispositif. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit axe de 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 ; 2000, 3000).
4. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'organe d'injection (2, 3 ; 2', 3'; 2" ; 200, 300 ; 2000, 3000) 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 ; 1500) 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 ; 2000, 3000) 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 ; 2000) dans une position, correspondant à la troisième position, où les organes d'injection de liquide (2, 3 ; 2', 3' ; 200, 300 ; 2000, 3000) et d'évacuation de l'air (12, 12' ; 12" ; 129 ; 1200) sont fermés.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lorsque les organes d'injection (2, 3 ; 2', 3' ; 2" ; 200, 300 ; 2000, 3000) de liquide et d'évacuation (12, 12' ; 12" ; 129 ; 1200) de l'air sont obturés, l'organe (15 ; 15' ; 15" ; 150 ; 1500) d'obturation étant dans la troisième position (figures 1 , 4), le manchon obturable (2 ; 2' ; 2" ; 200 ; 2000) bloque en position, par recouvrement partiel, l'organe (15 ; 15' ; 15" ; 150 ; 1500) d'obturation.
8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lorsque les organes d'injection (2, 3 ; 2', 3'; 2" ; 200, 300 ; 2000, 3000) de liquide et d'évacuation (12, 12'; 12" ; 129 ; 1200) de l'air sont obturés, l'organe (15 ; 15' ; 15" ; 150 ; 1500) d'obturation étant dans la troisième position (figures 1 , 4), le manchon obturable (2 ; 2' ; 2" ; 200 ; 2000) 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 ; 1200) situé dans la lumière du manchon obturable (2 ; 2'; 2" ; 200 ; 2000) de l'organe d'injection.
10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe (15 ; 15' ; 15" ; 150 ; 1500) 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 ;
1502, 1504) 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 ; 1500) 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 ; 1500) est creux.
13. Installation de remplissage de récipients comprenant un dispositif (1) de remplissage selon l'une des revendications précédentes.
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