WO2016066774A1 - Dispositif de regulation de debit a membrane tubulaire deformable, ligne de distribution de fluide et installation comportant un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de regulation de debit a membrane tubulaire deformable, ligne de distribution de fluide et installation comportant un tel dispositif Download PDF

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fluid
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line
regulated
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André Jean Jacques GRAFFIN
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Definitions

  • the present invention relates to the regulation of fluids in a circuit such as a fluid distribution circuit.
  • Such a distribution circuit is for example used in container filling installations for supplying liquid to the filling machine arranged to fill the containers with said liquid.
  • the filling machine is connected to a liquid storage tank by a distribution line on which is mounted a variable flow pump. Since the machine must be supplied with liquid at a substantially constant pressure, the operation of the pump is generally controlled according to the pressure detected downstream of the pump by a pressure sensor mounted on the line or on the filling machine: as soon as the pressure drops, the pump is controlled to accelerate.
  • the pressure varies relatively significantly depending on the rate of operation of the filling machine, especially during transients, at startup and shutdown of the machine. Due to the differences between pressure sensor dynamics and pump response time, liquid pressure can fluctuate between values below and above the set pressure, and water hammer phenomena can occur. .
  • An object of the invention is to provide a means for improving the maintenance of a substantially constant pressure in a product distribution line.
  • a predetermined pressure fluid distribution line comprising in series a variable flow source and a flow control device comprising a rigid outer casing (1) surrounding an inner tube (3) and defining therewith an annular chamber, the device having ends provided with means (2.1, 2.2) for their sealing connection to the fluid line such that the inner tube is connected in series with the fluid line to be regulated, the chamber comprising means (7) for introducing under pressure a control fluid, the inner tube being arranged to expand under the pressure of the fluid to be regulated when the pressure of the fluid to be regulated exceeds a threshold depending on the pressure of the fluid of regulation and the device comprising a detector (8) for dilating the inner tube, the source and the expansion detector (8) being connected to a programmed control unit (500) for controlling the source according to a signal provided by the expansion detector so as to maintain the pressure of the fluid to be regulated at the predetermined pressure value.
  • a programmed control unit 500
  • the threshold depends on the pressure of the control fluid that will be adjusted according to a set pressure of the fluid to be regulated.
  • the inner tube expands and the source is controlled according to the expansion of the inner tube to limit the increase in pressure downstream of the device and reduce the pressure in downstream of the device to the set pressure.
  • the invention also relates to a filling installation comprising a liquid reservoir connected to a filling machine of containers by this distribution line.
  • FIG. 1 is a schematic view of a filling installation according to the invention
  • FIG. 2 is a perspective and transparency view of a regulating device according to the invention.
  • FIG. 3 is a partial perspective view and in longitudinal section of the device
  • FIG. 4 is a detail view of FIG.
  • the invention is here described in application to a container filling installation.
  • the filling installation comprises a filling machine 100 connected to a liquid reservoir 200 via a distribution line.
  • the distribution line includes in series a variable flow pump 300 and a control device, generally designated at 400, downstream of the pump 300.
  • the pump 300 and the regulation device are connected to a control unit 500 programmed to drive the pump 300 from a signal from the control device 400.
  • the filling machine 100, the liquid tank 200 and the pump 300 are known per se and will not be detailed here.
  • the regulating device 400 comprising an outer casing 1, here tubular and rigid, surrounding an inner tube 3 and an intermediate tube 5 disposed between the inner tube 3 and the outer casing 1, at a distance thereof.
  • the outer casing 1, the inner tube 3 and the intermediate tube 5 are coaxial.
  • the inner tube 3 protrudes from both sides of the intermediate tube 5 and the outer casing 1 which are of the same length.
  • An upstream cover 6.1 and an annular downstream cover 6.2 are mounted on the ends of the inner tube 3, the intermediate tube 5 and the outer casing 1.1.
  • Each cover 6.1, 6.2 comprises two circular housings in which are engaged and sealed the ends of the intermediate tube 5 and the outer casing 1 and a central bore in which is engaged and sealingly attached to the end of the inner tube 3. It is understood that the covers 6.1, 6.2 form spacers maintaining in position the inner tube 3, the intermediate tube 5 and the outer shell 1.1 relative to each other.
  • a chamber 4 of annular shape is thus formed between the inner tube 3 and the outer casing 1 and separated into two compartments by the intermediate tube 5.
  • the intermediate tube 4 is pierced with holes for communicating the two compartments.
  • the inner tube 3 comprises a tubular wall of elastomeric material having ends engaged and fixed respectively to an upstream tubular nozzle 2.1 and a downstream tubular nozzle 2.2.
  • the tubular ends 2.1, 2.2 are both rigid and allow the attachment of the elastomer wall to the covers 6.1, 6.2.
  • the ends of the elastomer wall of the inner tube 3 each comprise an external lateral projection flange (only the rim 30.2 of the downstream end is visible in FIG. 4) covering one face of an outer flange of the corresponding tubular endpiece. (Only the collar of the tubular end-piece downstream 2.2 is visible).
  • annular bead (only the annular bead 31.2 of the rim 30.2 of the downstream end is visible in Figure 4) extends in axial projection forward and backward of the flange to form a seal.
  • the annular bead is obtained by molding in one piece with the flange.
  • the tubular ends 2.1, 2.2, the flanges (in particular 30.2) and the annular beads (in particular 31.2) form means for sealing connection of the regulating device 400 to the distribution line so that the inner tube 3 is connected in series with the distribution line.
  • the distribution line comprises for this purpose ends provided with collars which will be applied against the annular beads in a manner known per se, for example by flanges, collars or a screw / nut assembly.
  • the chamber 4 comprises means for introducing under pressure a control fluid, in this case air.
  • the pressure introduction means of the control fluid comprise a pressure regulator regulator 7 connected to an air pressure source 600 and fixed to the cover 6.2 to open into the chamber 4 between the intermediate tube 5 and the outer casing 1 .
  • the control device 400 comprises a 8 detector of expansion of the inner tube 3.
  • the detector 8 is arranged to provide a signal proportional to the expansion of the inner tube 3 and is provided with an electric cable 9 connecting to the control unit 500 to provide it with said proportional signal.
  • the detector 8 is mounted between the intermediate tube 5 and the outer casing 1 and has a probe 10 extending between the intermediate tube 5 and the inner tube 3.
  • the pump 300 is controlled by the control unit 500 to maintain the liquid to be dispensed at a predetermined set pressure.
  • Air is introduced under pressure into the chamber 4 via the regulator pressure regulator 7.
  • the air pressure is determined according to the set pressure to define a threshold whose use is explained below.
  • the inner tube 3 is traversed by the liquid to be dispensed and expands under the pressure of the liquid to be dispensed when the pressure of the liquid to be dispensed exceeds the threshold depending on the pressure of the control fluid.
  • the inner tube 3 expands and meets the probe 10 and moves it.
  • the detector 8 then supplies the control unit 500 with a signal and the control unit 500 will use this signal to drive the pump 3 so as to maintain constant the pressure of the liquid to be distributed circulating in the line downstream of the pump 300.
  • control unit interrupts the pump on receipt of the signal from the detector 8.
  • the inner tube 3 is arranged to be able to expand from a liquid pressure to be dispensed located at the lower limit of the range of pressures of the liquid to be dispensed usually used in such an installation.
  • the elastomer wall of the tube internal 3 is here a silicone elastomer and has a thickness of about 0.5 mm.
  • the inner tube can expand without deterioration, that is to say remaining within its elastic limit, up to a maximum diameter here equal to about twice its diameter at rest.
  • the intermediate tube 5 is positioned to limit the expansion of the inner tube 3 to this maximum diameter.
  • the choice of the material and the dimensions of the inner tube 3 is made so as to limit the resistance that the material opposes to the expansion so as to have a most direct connection possible between the value of the air pressure in the chamber 4 and the value of the pressure of the liquid to be dispensed.
  • the air pressure in the chamber 4 can then be substantially equal to the set pressure because the resistance of the material to expansion is neglected.
  • the chamber 4 has a sufficient volume to dampen a rapid expansion of the inner tube 3 by limiting the relative variations of the volume of air contained in the chamber 4 (if a small volume chamber is used, preferably a safety valve to evacuate the excess pressure).
  • the device is easy to clean in a closed circuit.
  • the device may have a different structure than that described.
  • the device may in particular be devoid of intermediate tube, the outer envelope defining a single chamber. To maintain a sufficient volume of control fluid, it may be provided to connect this chamber to an external reservoir of control fluid.
  • the definition of the invention should be interpreted as also covering an inversion of the components of the regulating device.
  • the detector comprises, as a variant, a proximity sensor mounted on the outer casing facing a metal pad fixed on the inner tube 3.
  • the detector can provide a signal proportional to the expansion of the inner tube 3.
  • the regulating device can be mounted on the line supplying the filling machine or on the line bringing back to the reservoir the product to be dispensed which is not used by the filling machine.
  • the invention is applicable to any type of installation comprising a fluid circuit to be regulated, whether in the field of packaging or elsewhere.

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Abstract

Dispositif (400) de régulation de débit, comprenant une enveloppe externe (1) rigide entourant un tube interne (3) et définissant avec celui-ci une chambre annulaire. Le dispositif a des extrémités pourvues de moyens (2.1, 2.2) de leur raccordement étanche à une ligne de fluide à réguler de telle manière que le tube interne soit relié en série à ladite ligne. La chambre comporte des moyens (7) pour y introduire sous pression un fluide de régulation, le tube interne étant agencé pour se dilater sous la pression du fluide à réguler lorsque la pression du fluide à réguler dépasse la pression du fluide de régulation. Le dispositif comporte un détecteur (8) de dilatation du tube interne et des moyens de liaison (9) du détecteur à une unité de commande (500) d'une source raccordée à la ligne. Ligne de distribution de fluide et installation comportant un tel dispositif.

Description

Dispositif de régulation de débit à membrane tubulaire déformable, ligne de distribution de fluide et
installation comportant un tel dispositif La présente invention concerne la régulation des fluides dans un circuit tel qu'un circuit de distribution de fluide.
Un tel circuit de distribution est par exemple utilisé dans les installations de remplissage de récipients pour alimenter en liquide la machine de remplissage agencée pour remplir les récipients avec ledit liquide. La machine de remplissage est reliée à un réservoir de stockage du liquide par une ligne de distribution sur laquelle est montée une pompe à débit variable. La machine devant être alimentée en liquide à pression sensiblement constante, le fonctionnement de la pompe est généralement asservi en fonction de la pression détectée en aval de la pompe par un capteur de pression monté sur la ligne ou sur la machine de remplissage : dès que la pression baisse, la pompe est commandée pour accélérer. Cependant, il arrive que la pression varie de manière relativement importante en fonction de la cadence de fonctionnement de la machine de remplissage, notamment lors des phases transitoires, au démarrage et à l'arrêt de la machine. Compte tenu des différences existant entre la dynamique du capteur de pression et le temps de la réponse de la pompe, la pression de liquide peut fluctuer entre des valeurs inférieure et supérieure à la pression de consigne, et des phénomènes de coup de bélier peuvent se produire.
Pour remédier à cette inconvénient, il est connu de relier un accumulateur tampon en parallèle de la ligne pour amortir les variations de pression. Cette solution est cependant pénalisante en particulier dans les installations de remplissage de liquides alimentaires. Ces installations doivent être périodiquement nettoyées et ce nettoyage est réalisé en faisant circuler un produit de nettoyage dans le circuit de l'installation. Si le circuit va correctement circuler dans la ligne de distribution et la nettoyer efficacement, il est difficile de contraindre le produit de nettoyage à circuler dans l'accumulateur sauf à prévoir des vannes à cette fin, ce qui complique le circuit de l'installation.
Un but de l'invention est de fournir un moyen permettant d'améliorer le maintien d'une pression sensiblement constante dans une ligne de distribution de produit .
A cet effet, on prévoit, une ligne de distribution d'un fluide à pression prédéterminée, comprenant en série une source à débit variable et un dispositif de régulation de débit comprenant une enveloppe externe (1) rigide entourant un tube interne (3) et définissant avec celui-ci une chambre annulaire, le dispositif ayant des extrémités pourvues de moyens (2.1, 2.2) de leur raccordement étanche à la ligne de fluide de telle manière que le tube interne soit relié en série à la ligne de fluide à réguler, la chambre comportant des moyens (7) pour y introduire sous pression un fluide de régulation, le tube interne étant agencé pour se dilater sous la pression du fluide à réguler lorsque la pression du fluide à réguler dépasse un seuil dépendant de la pression du fluide de régulation et le dispositif comportant un détecteur (8) de dilatation du tube interne, la source et le détecteur de dilatation (8) étant reliés à une unité de commande (500) programmée pour piloter la source en fonction d'un signal fourni par le détecteur de dilatation de manière à maintenir la pression du fluide à réguler à la valeur de pression prédéterminée .
Dans le cas d'un tube interne élastiquement déformable, on comprend que le seuil dépend de la pression du fluide de régulation qui va être réglée en fonction d'une pression de consigne du fluide à réguler. Lorsque la pression du fluide à réguler augmente au point de dépasser le seuil, le tube interne se dilate et la source est commandée en fonction de la dilatation du tube interne pour limiter l'augmentation de la pression en aval du dispositif et ramener la pression en aval du dispositif vers la pression de consigne.
L'invention a aussi pour objet une installation de remplissage comprenant un réservoir de liquide relié à une machine de remplissage de récipients par cette ligne de distribution.
D' autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'une installation de remplissage conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective et en transparence d'un dispositif de régulation conforme à l'invention ;
- la figure 3 est une vue partielle en perspective et en coupe longitudinale de ce dispositif ;
- la figure 4 est une vue de détail de la figure 3.
L' invention est ici décrite en application à une installation de remplissage de récipients.
En référence aux figures, l'installation de remplissage comprend une machine de remplissage 100 relié un réservoir de liquide 200 par une ligne de distribution. La ligne de distribution comprend en série une pompe 300 à débit variable et un dispositif de régulation, généralement désigné en 400, en aval de la pompe 300. La pompe 300 et le dispositif de régulation sont reliés à une unité de commande 500 programmée pour piloter la pompe 300 à partir d'un signal provenant du dispositif de régulation 400. La machine de remplissage 100, le réservoir de liquide 200 et la pompe 300 sont connus en eux-mêmes et ne seront pas plus détaillés ici.
Le dispositif de régulation 400 comprenant une enveloppe externe 1, ici de forme tubulaire et rigide, entourant un tube interne 3 et un tube intermédiaire 5 disposé entre le tube interne 3 et l'enveloppe externe 1, à distance de ceux-ci. L'enveloppe externe 1, le tube interne 3 et le tube intermédiaire 5 sont coaxiaux. Le tube interne 3 dépasse de part et d'autre du tube intermédiaire 5 et de l'enveloppe externe 1 qui sont eux de mêmes longueurs .
Un couvercle amont 6.1 et un couvercle aval 6.2, de forme annulaire, sont montés sur les extrémités du tube interne 3, du tube intermédiaire 5 et de l'enveloppe externe 1.1. Chaque couvercle 6.1, 6.2 comporte deux logements circulaires dans lesquels sont engagées et fixées de manière étanche les extrémités du tube intermédiaire 5 et de l'enveloppe externe 1 et un alésage central dans lequel est engagée et fixée de manière étanche l'extrémité du tube interne 3. On comprend que les couvercles 6.1, 6.2 forment des entretoises maintenant en position le tube interne 3, le tube intermédiaire 5 et l'enveloppe externe 1.1 les uns par rapport aux autres. Une chambre 4 de forme annulaire est ainsi formée entre le tube interne 3 et l'enveloppe externe 1 et séparée en deux compartiments par le tube intermédiaire 5. Le tube intermédiaire 4 est percé de trous pour mettre en communication les deux compartiments . Le tube interne 3 comprend une paroi tubulaire en matériau élastomère ayant des extrémités engagées et fixées respectivement à un embout tubulaire amont 2.1 et à un embout tubulaire aval 2.2. Les embouts tubulaires 2.1, 2.2 sont tous deux rigides et permettent la fixation de la paroi en élastomère aux couvercles 6.1, 6.2. Les extrémités de la paroi en élastomère du tube interne 3 comportent chacune un rebord en saillie latérale externe (seul le rebord 30.2 de l'extrémité aval est visible sur la figure 4) recouvrant une face d'une collerette externe de l'embout tubulaire correspondant (seule la collerette de l'embout tubulaire aval 2.2 est visible). Un bourrelet annulaire (seul le bourrelet annulaire 31.2 du rebord 30.2 de l'extrémité aval est visible sur la figure 4) s'étend en saillie axiale en avant et en arrière du rebord pour former un joint d' étanchéité . Le bourrelet annulaire est obtenu par moulage d'une seule pièce avec le rebord. Les embouts tubulaires 2.1, 2.2, les rebords (notamment 30.2) et les bourrelets annulaires (notamment 31.2) forment des moyens de raccordement étanche du dispositif de régulation 400 à la ligne de distribution de telle manière que le tube interne 3 soit relié en série à la ligne de distribution. La ligne de distribution comprend à cette fin des extrémités pourvues de collets qui seront appliquées contre les bourrelets annulaires de manière connue en soi par exemple par des brides, des colliers ou un ensemble vis/écrou.
La chambre 4 comporte des moyens pour y introduire sous pression un fluide de régulation, ici de l'air. Les moyens d'introduction sous pression du fluide de régulation comprennent un régulateur détendeur de pression 7 relié à une source de pression d'air 600 et fixé au couvercle 6.2 pour déboucher dans la chambre 4 entre le tube intermédiaire 5 et l'enveloppe externe 1.
Le dispositif de régulation 400 comporte un détecteur 8 de dilatation du tube interne 3. Le détecteur 8 est agencé pour fournir un signal proportionnel à la dilatation du tube interne 3 et est pourvu d'un câble électrique 9 de liaison à l'unité de commande 500 pour fournir à cette dernière ledit signal proportionnel. Le détecteur 8 est monté entre le tube intermédiaire 5 et l'enveloppe externe 1 et a un palpeur 10 s' étendant entre le tube intermédiaire 5 et le tube interne 3.
En fonctionnement, la pompe 300 est pilotée par l'unité de commande 500 pour maintenir le liquide à distribuer à une pression de consigne prédéterminée.
De l'air est introduit sous pression dans la chambre 4 via le régulateur détendeur de pression 7. La pression d'air est déterminée en fonction de la pression de consigne pour définir un seuil dont l'utilisation est expliquée ci-après.
Le tube interne 3 est parcouru par le liquide à distribuer et se dilate sous la pression du liquide à distribuer lorsque la pression du liquide à distribuer dépasse le seuil dépendant de la pression du fluide de régulation. Le tube interne 3 se dilatant rencontre le palpeur 10 et déplace celui-ci. Le détecteur 8 fournit alors à l'unité de commande 500 un signal et l'unité de commande 500 va exploiter ce signal pour piloter la pompe 3 de manière à maintenir constante la pression du liquide à distribuer circulant dans la ligne en aval de la pompe 300.
Dans le mode de réalisation décrit, l'unité de commande interrompt la pompe dès réception du signal du détecteur 8.
Le tube interne 3 est donc agencé pour pouvoir se dilater à partir d'une pression de liquide à distribuer située à la limite inférieure de la plage des pressions du liquide à distribuer usuellement utilisées dans une telle installation. La paroi en élastomère du tube interne 3 est ici en un élastomère silicone et a une épaisseur de 0,5 mm environ. Le tube interne peut se dilater sans détérioration, c'est-à-dire en restant dans sa limite élastique, jusqu'à un diamètre maximal ici égal à deux fois environ son diamètre au repos. Le tube intermédiaire 5 est positionné pour limiter la dilatation du tube interne 3 à ce diamètre maximal.
Le choix du matériau et des dimensions du tube interne 3 est effectué de manière à limiter la résistance que le matériau oppose à la dilatation de manière à avoir un lien le plus direct possible entre la valeur de la pression d'air dans la chambre 4 et la valeur de la pression du liquide à distribuer. La pression d'air dans la chambre 4 peut alors être sensiblement égale à la pression de consigne car on néglige la résistance du matériau à la dilatation.
La chambre 4 a un volume suffisant pour amortir une rapide dilatation du tube interne 3 en limitant les variations relatives du volume d' air contenu dans la chambre 4 (en cas d'utilisation d'une chambre de faible volume, on prévoira de préférence un clapet de sécurité permettant d'évacuer l'excédent de pression).
On notera que le dispositif est facile à nettoyer en circuit fermé.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.
En particulier, le dispositif peut avoir une autre structure que celle décrite. Le dispositif peut notamment être dépourvu de tube intermédiaire, l'enveloppe externe définissant une chambre unique. Pour conserver un volume suffisant de fluide de régulation, il peut être prévu de raccorder cette chambre à un réservoir externe de fluide de régulation. La définition de l'invention doit être interprétée comme couvrant également une inversion des composants du dispositif de régulation.
D' autres modes de raccordement du dispositif de régulation à la ligne sont envisageables.
D'autres modes de détection de la dilation sont envisageables. Par exemple, le détecteur comprend en variante un capteur de proximité monté sur l'enveloppe externe en regard d'une pastille métallique fixé sur le tube interne 3.
Le détecteur peut fournir un signal proportionnel à la dilatation du tube interne 3.
Il est possible de prévoir deux seuils pour piloter la pompe de manière à maintenir la dilatation du tube interne entre ces deux seuils.
Le dispositif de régulation peut être monté sur la ligne alimentant la machine de remplissage ou sur la ligne ramenant vers le réservoir le produit à distribuer non utilisé par la machine de remplissage.
L' invention est applicable à tout type d' installation comportant un circuit de fluide à réguler, que ce soit dans le domaine de l'emballage ou ailleurs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Ligne de distribution d'un fluide à pression prédéterminée, comprenant en série une source à débit variable et un dispositif de régulation de débit comprenant une enveloppe externe (1) rigide entourant un tube interne (3) et définissant avec celui-ci une chambre annulaire, le dispositif ayant des extrémités pourvues de moyens (2.1, 2.2) de leur raccordement étanche à la ligne de fluide de telle manière que le tube interne soit relié en série à la ligne de fluide à réguler, la chambre comportant des moyens (7) pour y introduire sous pression un fluide de régulation, le tube interne étant agencé pour se dilater sous la pression du fluide à réguler lorsque la pression du fluide à réguler dépasse un seuil dépendant de la pression du fluide de régulation et le dispositif comportant un détecteur (8) de dilatation du tube interne, la source et le détecteur de dilatation (8) étant reliés à une unité de commande (500) programmée pour piloter la source en fonction d'un signal fourni par le détecteur de dilatation de manière à maintenir la pression du fluide à réguler à la valeur de pression prédéterminée .
2. Ligne selon la revendication 1, dans laquelle un tube intermédiaire (5) percé s'étend coaxialement dans la chambre annulaire (4) pour limiter la dilatation du tube interne (3) .
3. Ligne selon la revendication 2, dans laquelle le détecteur de dilatation (8) est monté entre le tube intermédiaire (5) et l'enveloppe externe (1).
4. Ligne selon la revendication 1, dans laquelle les moyens d'introduction sous pression du fluide de régulation comprennent un régulateur détendeur de pression ( 8 ) .
5. Ligne selon la revendication 1, dans laquelle le détecteur (8) comprend un capteur de proximité monté sur l'enveloppe externe (1) en regard d'une pastille métallique fixé sur le tube interne (3) .
6. Ligne selon la revendication 1, dans laquelle le tube interne (3) comprend une paroi tubulaire en élastomère ayant des extrémités fixées à des embouts tubulaires rigides (2.1, 2.2) engagés dans des extrémités de l'enveloppe externe.
7. Ligne selon la revendication 6, dans laquelle les extrémités du tube interne (3) comportent chacun un rebord (30.2) en saillie latérale externe recouvrant une face d'une collerette de l'embout (22) correspondant, un bourrelet annulaire (31.2) s' étendant en saillie axiale du rebord pour former un joint d' étanchéité .
8. Installation de remplissage comprenant un réservoir de liquide (200) relié à une machine de remplissage de récipients par une ligne de distribution selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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