La présente invention concerne le domaine du remplissage des récipients avec un liquide, et plus spécifiquement des perfectionnements apportés à la régulation du remplissage d'un récipient avec un liquide. Elle s'applique tout particulièrement, quoique non exclusivement, à la régulation du remplissage d'un récipient avec un liquide contenu dans un réservoir et amené à grand débit par gravité dans ledit récipient fermé de façon étanche, le gaz contenu dans celui-ci étant refoulé au fur et à mesure du remplissage du récipient.
Le remplissage d'un récipient avec un liquide peut s'accompagner de phénomènes indésirables, tels que la formation de mousse (par exemple pour des liquides carbonatés et, entre autres, la bière). La formation de mousse survient, notamment, en début de remplissage lorsque le jet de liquide vient percuter le fond du récipient et en fin de remplissage lorsque le niveau de liquide atteint le rétrécissement correspondant à l'épaule du récipient.
Il est déjà connu de remplir des récipients avec des becs de remplissage agencés pour générer un jet de produit conique ou "en parapluie" qui est projeté, très rapidement après la sortie du bec, contre la paroi latérale interne du récipient. Le produit s'écoule ensuite le long de cette paroi, ce qui a pour résultat une moindre formation de mousse.
Il est également connu de diriger en outre un jet de gaz conique vers la paroi interne du récipient et de projeter le jet liquide "en parapluie" entre la paroi du récipient et l'écoulement gazeux. On réduit encore mieux la formation de mousse, même pour des débits élevés.
Toutefois, les résultats obtenus avec ces agencements connus sont considérés comme insuffisants car, si la quantité de mousse engendrée lors du remplissage est certes sensiblement réduite, il en subsiste encore, alors que le souhait de la pratique est qu'il ne se produise pas ou quasiment pas de mousse.
D'après le document DE 40 36 290, il est connu de ralentir le remplissage d'un récipient en liquide en ouvrant et fermant périodiquement une vanne présente dans le circuit d'échappement du gaz présent dans le récipient. Toutefois cette vanne est du type ouvert/fermé (fonction tout ou rien) de sorte qu'à chaque ouverture de la vanne, le liquide est introduit dans le récipient à débit maximum : il en résulte donc la formation de mousse lorsque le jet liquide vient percuter le fond du récipient en début du remplissage, mais aussi lorsque le liquide atteint le rétrécissement correspondant à l'épaule du récipient, et encore chaque fois que la vanne est réouverte au cours du processus de remplissage et que le jet liquide vient frapper la surface du liquide déjà présent dans le récipient.
L'invention a donc essentiellement pour but de proposer une solution perfectionnée qui conduise au résultat souhaité et qui ne nécessite qu'un aménagement technologique limité des installations.
A cet effet, l'invention propose, selon un premier de ses aspects, un procédé de régulation du remplissage d'un récipient avec un liquide amené à partir d'une source dans ledit récipient par un bec de remplissage propre à coopérer hermétiquement avec une ouverture dudit récipient et possédant un premier orifice pour le passage du liquide, le gaz contenu dans le récipient étant refoulé vers l'extérieur par un second orifice au fur et à mesure du remplissage du récipient, lequel procédé se caractérise, conformément à l'invention, en ce qu'on contrôle de façon proportionnelle l'écoulement du gaz refoulé de manière à réguler le débit du liquide pénétrant dans le récipient.
Ainsi, conformément au procédé de l'invention, le contrôle de régulation s'effectue non pas sur l'écoulement du liquide lui-même, mais sur celui du gaz refoulé hors du récipient. Autrement dit, en agissant sur le débit du gaz refoulé, on freine l'écoulement liquide sans perturber celui-ci par l'adjonction d'une quelconque vanne de régulation entre le réservoir et le récipient.
On conçoit dès lors qu'en pilotant le débit du gaz refoulé selon un programme préétabli durant le remplissage du récipient, on est en mesure d'ajuster le débit de l'écoulement du liquide de manière telle que le liquide s'écoule dans le récipient sans formation de mousse, ou tout au moins avec une formation minimale de mousse. Ainsi, on peut notamment provoquer un écoulement à faible débit en début de remplissage, puis accroître le débit à un maximum pour le remplissage de la plus grande partie du récipient, et enfin réduire le débit lorsque le niveau de liquide atteint l'épaulement du récipient, tandis qu'aux divers régimes d'écoulement le liquide circule, entre le réservoir et le récipient, dans un conduit à section constante, dépourvu d'obstacle, autrement dit dans des conditions favorables pour une formation nulle ou minimale de mousse.
Dans une mise en oeuvre avantageuse du procédé de l'invention, la source est un réservoir fermé, le gaz refoulé est ramené au réservoir au cours du remplissage du récipient, et, en fin du remplissage du récipient, on met le récipient en communication avec l'atmosphère en contrôlant la vitesse de mise à une pression déterminée.
Le procédé conforme à l'invention trouve une application particulièrement intéressante lorsque le liquide est un liquide carbonaté.
Dans ce dernier cas, il est possible d'envisager que le liquide contenu dans le réservoir et versé dans le récipient soit sur-pressurisé et qu'en fin de remplissage du récipient, on mette le récipient en communication avec l'atmosphère en contrôlant la vitesse de mise du liquide carbonaté à une pression prédéterminée.
Selon une autre mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, on prévoit que, durant la totalité du remplissage du récipient, le gaz contenu dans celui-ci soit refoulé vers l'atmosphère.
Selon un second de ses aspects, l'invention propose également une installation de remplissage d'un récipient avec un liquide, comprenant, pour la mise en oeuvre du procédé décrit plus haut :
Lorsque l'installation comporte une source constituée par un réservoir fermé, sous pression ou non, on prévoit que le conduit de refoulement soit interposé entre le bec de remplissage et le réservoir fermé de manière que le gaz refoulé hors du récipient lors du remplissage de celui-ci soit ramené au réservoir. Dans ce cas, il est possible de prévoir, en aval de la vanne de régulation, des moyens sélecteurs propres à mettre la sortie de ladite vanne sélectivement en relation avec le conduit de refoulement en direction du réservoir ou un conduit mis à l'atmosphère et que les susdits moyens de commande soient également raccordés auxdits moyens sélecteurs de manière telle qu'en fin de remplissage du récipient, le récipient soit mis, par basculement des moyens sélecteurs, en communication avec l'atmosphère de manière qu'un abaissement de la pression dans le récipient soit fait avec une vitesse contrôlée.
En outre, on comprend, d'après ce qui précède, que l'invention peut être mise en oeuvre quel que soit le mode de remplissage du récipient : par détection de niveaux, volumétrique, pondéral, ce qui rend son domaine d'utilisation très étendu.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains modes de réalisation donnés à titre purement illustratif. Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels :
A la figure 1, à laquelle on se référera tout d'abord, est représenté un exemple schématique de mise en oeuvre des dispositions de l'invention. Une source S de liquide est constituée par un réservoir 1 qui contient un liquide 2 avec lequel on souhaite remplir des récipients. Le réservoir 1 est représenté ouvert et le liquide est sous pression atmosphérique. Selon le type d'installation, le réservoir 1 peut contenir seulement une dose de remplissage amenée par un tuyau 3 depuis un réservoir général via un dispositif doseur, notamment volumétrique (non montrés). Il peut aussi s'agir d'un réservoir intermédiaire alimenté par le tuyau 3 depuis un réservoir général et équipé par exemple de détecteurs de niveaux haut et bas (non montrés).
Du réservoir 1 part un conduit de remplissage 4 pourvu d'une vanne de remplissage 5. Le conduit de remplissage 4 parvient à un bec de remplissage 6 qui débouche dans un récipient 7. Le bec de remplissage 6 coopère avec l'ouverture du récipient pour l'obturer de façon étanche.
L'écoulement par gravité du liquide du réservoir 1 vers le récipient 7 s'accompagne du refoulement, hors du récipient 7, d'un volume identique de gaz contenu dans le récipient 7 (sur la figure 1, le trajet du liquide est schématisé par des flèches à simple corps et le trajet du gaz refoulé par des flèches à double corps), grâce à la présence d'un évent prévu à cet effet dans le bec de remplissage 6.
La vanne de remplissage 5 est du type ouvert/fermé, à commande à distance (notamment électrique ou pneumatique), à partir d'une unité 10 de gestion du fonctionnement de l'ensemble de l'installation.
Une installation telle que décrite ci-dessus permet le contrôle du départ et de l'arrêt de l'écoulement liquide qui tombe par gravité dans le récipient 7. Dans le cas de certains liquides, il y a formation de mousse due au choc du liquide sur le fond du récipient, en début de remplissage, puis, en fin de remplissage, lorsque le niveau du liquide atteint l'épaulement rétréci du récipient.
Pour éviter cet inconvénient, on prévoit, conformément à l'invention, que, de l'évent précité du bec de remplissage 6 part un autre conduit 8 (conduit de refoulement) auquel est associée une vanne de refoulement 11 qui est de type proportionnel et qui est placée sous la commande de l'unité de gestion 10. Le conduit 8 peut par exemple s'ouvrir à l'atmosphère.
En fonctionnement, les deux vannes de remplissage 5 et de refoulement 11 sont commandées simultanément par l'unité de gestion 10 de la manière suivante :
Grâce à cet agencement, la vanne de remplissage 5 reste, durant la phase de remplissage du récipient 7, ouverte au maximum et ne constitue pas une gêne pour l'écoulement homogène du liquide (lequel peut être un liquide carbonaté et/ou contenir des phases solides - pulpe de fruit par exemple -).
La commande proportionnelle de la vanne 11 s'effectue selon une séquence prédéterminée gérée par l'unité 10 et peut s'accompagner d'une détection d'un paramètre caractérisant le remplissage du récipient (par exemple durée, débit, volume écoulé, ...). A la figure 1, on a supposé, à titre d'exemple, une détection de débit (débitmètre 12) délivrant un signal de consigne à l'unité de gestion 10.
Pour assurer la commande souhaitée, l'unité de gestion 10 peut comporter un programme préétabli d'ouverture et de fermeture de la vanne proportionnelle 11 en fonction du stade de remplissage du récipient 7.
A la figure 2, à laquelle on se réfère maintenant, est représenté un exemple de mise en oeuvre préférée des dispositions de l'invention. La source S de liquide est ici constituée par un réservoir 1 qui est fermé, le liquide 2 pouvant être ou non sous pression.
Au conduit 8 est associée une vanne d'équilibrage-dégazage 9, qui est elle aussi du type ouvert-fermé. Ici le conduit 8 ne s'ouvre plus à l'atmosphère, mais est raccordé au réservoir 1 fermé, notamment à la partie supérieure de celui-ci.
Le réservoir 1 fermé, le récipient 7 fermé par le bec de remplissage 6 et les conduits de remplissage 4 et de dégazage 8 constituent, pour les gaz, un circuit fermé étanche.
Pour éviter, dans toute la mesure du possible, la formation de mousse au cours du remplissage des récipients, on prévoit conformément à l'invention de disposer la susdite vanne 11 de refoulement contrôlé en parallèle sur la vanne de dégazage 8 comme visible à la figure 2.
Un cycle complet de remplissage commence donc, après mise en contact étanche du bec de remplissage 6 avec l'ouverture du récipient 7, par l'ouverture de la vanne d'équilibrage-dégazage 9 (la vanne proportionnelle de refoulement 11 et la vanne de remplissage 5 étant maintenues fermées) pour l'équilibrage de pression entre le récipient 7 et le réservoir 1 ; puis cette vanne 9 est fermée. On effectue ensuite les étapes énoncées plus haut en regard de la figure 1.
Grâce à cet agencement, les fonctions d'équilibrage-dégazage initial et de refoulement du gaz hors du récipient lorsque celui-ci se remplit sont dévolues à deux vannes distinctes, les vannes 9 et 11 respectivement.
Lorsque le récipient 7 doit être rempli avec un liquide carbonaté sous une pression de conditionnement P0, il est habituel que l'opération de remplissage/bouchage soit menée avec un liquide carbonaté sous une pression P1 supérieure à la pression P0 de manière à tenir compte des pertes de gaz entraînées par les divers transferts jusqu'au récipient bouché. En fin de remplissage, le récipient contient donc un liquide à la pression P1 > P0, tandis que le bouchage doit être effectué sous la pression prédéterminée. Il est donc habituel de terminer l'opération de remplissage par une étape de dégazage abaissant la pression du liquide carbonaté de P1 à P0.
A cette fin, l'installation décrite plus haut en référence à la figure 2 doit être adaptée comme illustré à la figure 3 (sur laquelle les références numériques des figures 1 et 2 ont été conservées pour désigner les mêmes éléments).
Dans le tube de dégazage 8 et en aval du couple vanne d'équilibrage 9/vanne proportionnelle 11 (autrement dit, entre celles-ci et le réservoir 1), on dispose une vanne d'arrêt 13, tandis qu'une dérivation 14, raccordée entre les vannes 9, 11 et la vanne 13, débouche à l'atmosphère via une vanne d'arrêt 15. La commande des vannes 14 et 15 est assurée par l'unité de gestion 10.
Le fonctionnement de l'installation est alors le suivant. A la fin du cycle de remplissage décrit plus haut en regard de la figure 1 (au cours duquel la vanne 15 est maintenue fermée et la vanne 13 est maintenue ouverte), après fermeture de la vanne proportionnelle 11 on ferme la vanne 13, on ouvre la vanne d'équilibrage 9, puis on ouvre la vanne 15 de mise à l'atmosphère. Dès que la pression est retombée à la valeur prédéterminée P0, on ferme la vanne 15, on ferme la vanne d'équilibrage 9 et on ouvre la vanne 13. La consigne de pression P0, qui peut être détectée par exemple par un capteur de pression 16 disposé à proximité du récipient 7 dans le tube 8, peut être délivrée à l'unité de gestion 10 comme illustré à la figure 2 (ou bien être appliquée directement à l'actionneur de la vanne 15).
Les deux vannes 13, 15 fonctionnent comme un sélecteur permettant de diriger le gaz issu du récipient 7 soit vers le réservoir 1, soit vers l'atmosphère.