Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02427200 2003-04-24
WO 02/34624 PCT/FRO1/03294
Procédé et installation et conditionnement de produit liquide dans un
emballage.
L'invention concerne le conditionnement des produits liquides dans des
emballages ou récipients intrinsèquement déformables.
Elle consiste plus particulièrement en un procédé et une installation de
conditionnement de produits liquides permettant de conditionner de tels
produits, par exemple des produits liquides alimentaires, dans des emballages
ou récipients ayant une paroi de faible épaisseur, sans augmenter les risques
de détérioration de l'emballage ou/et de perte de produit, par rapport aux
risques encourus avec des emballages d'épaisseur plus importante.
En effet, en vue de réduire le coût des emballages et le poids de ceux-
ci, la tendance actuelle est de conditionner les liquides (sirops et autres
boissons) dans des emballages (boîtes métalliques connues sous le nom de
"cans", bouteilles en matériau synthétique, briques, etc.) dont la paroi est
de
plus en plus mince.
1.5 Par suite de la minceur de leur paroi, ces emballages sont
intrinsèquement déformables et leur manipulation et leur empilage sont
délicats.
II est connu de remédier à cet inconvénient en établissant une
surpression à l'intérieur de l'emballage lors du conditionnement de son
contenu, ce qui lui confère une bonne résistance mécanique. Cette surpression
peut étre obtenue en injectant une petite quantité de gaz inerte à l'état
liquide,
de préférence de l'azote à l'état liquide, à la surtace du liquide par exemple
alimentaire en cours de conditionnement, entre l'opération de remplissage et
l'opération de scellement de l'emballage. Cette technique a pour inconvénient
d'avoir un coût relativement élevé.
L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient, et concerne à
cette fin un procédé de conditionnement de produit liquide dans au moins un
emballage, caractérisé en ce que l'on mélange à un liquide, un gaz inerte tel
que l'azote, ou/et du gaz carbonique, à l'état gazeux, de manière à former un
produit constitué par le liquide saturé ou sur-saturé en gaz ; on emmagasine
ce
produit dans un réservoir-tampon que l'on emplit partiellement de produit
jusqu'à un niveau prédéterminé ; on maintient ce niveau approximativement
constant et, au-dessus de ce niveau, un ciel dudit gaz à l'état gazeux, dû à
la
saturation ou la sur-saturation, à une surpression approximativement constante
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prédéterminée ; on transfère à la demande ledit produit du réservoir-tampon à
l'emballage, ouvert à la pression atmosphérique, en maintenant dans le
réservoir-tampon ledit niveau prédéterminé et ladite surpression
prédéterminée, de manière à emplir partiellement l'emballage dudit produit
avec un ciel dudit gaz à une pression dont la valeur est approximativement
égale à celle du ciel du réservoir-tampon, et on scelle l'emballage.
Grâce à cette technique, le coût de mise en surpression des
emballages est notablement abaissé.
Le procédé peut en outre présenter une ou plusieurs des
caractéristiques suivantes
lorsque dans le réservoir-tampon la surpression du ciel dudit gaz
atteint la surpression prédéterminée, on évacue le gaz excédentaire ;
pour mélanger au liquide le gaz inerte, ou/et le gaz carbonique, à
l'état gazeux, on injecte ce gaz dans le liquide ;
on régule la surpression dans le ciel du réservoir-tampon à une
valeur comprise dans la gamme de 10 mbars à 3 bars ;
on régule la surpression à une valeur d'environ 50 mbars.
L'invention consiste également en une installation de
conditionnement de produit liquide dans au moins un emballage, caractérisée
en ce qu'elle comprend un premier circuit dans au moins une partie duquel un
liquide est mis en circulation, un deuxième circuit dans au moins une partie
duquel un gaz inerte tel que l'azote, ou/et du gaz carbonique, est mis en
circulation sous pression à l'état gazeux et qui comprend en sortie un
injecteur
débouchant dans une zone d'injection du premier circuit de manière à former
un produit constitué par le liquide saturé ou sur-saturé en gaz, le premier
circuit
comprenant un réservoir-tampon dans lequel ledit produit est introduit, des
moyens pour maïntenir un niveau prédéterminé de liquide dans ce réservoir-
tampon, des moyens de commande et de régulation pour maintenir une
surpression due à la saturation ou la sur-saturation, approximativement
constante prédéterminée dans le réservoir-tampon, et des moyens de
soutirage dans le réservoir pour en transférer dudit produit dans l'emballage
avec un ciel à une pression dont la valeur est approximativement égale à celle
du ciel du réservoïr-tampon.
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Cette installation simple allie une bonne fiabilité à un coût modéré.
L'installation peut en outre présenter une ou plusieurs des
caractéristiques suivantes
le premier circuït comprend une pompe de transfert dont l'entrée est
alimentée en liquide à saturer ou sur-saturer en gaz, pour mettre ce liquide
en
cïrculation, et une ligne de remplissage dont l'extrémité amont est connectée
à
la sortie de la pompe, un injecteur appartenant au deuxième circuit débouchant
dans la ligne en aval de la pompe pour y injecter le gaz sous pression à
l'état
gazeux ;
les moyens de commande et de régulation comprennent un appareil
de régulation, un transmetteur de pression mesurant la pression du gaz dans le
ciel du réservoir et un détecteur de niveau détectant le niveau dudit produit
dans le réservoir, reliés à l'appareil de régulation, et une vanne
d'échappement
de régulation commandée par l'appareil de régulation et reliée au ciel du
25 réservoir, pour en évacuer du gaz excédentaire sur commande de l'appareil
de
régulation ;
le deuxième circuit comprend un appareil d'injection alimentant
l'injecteur, et les moyens de commande et de régulation comprennent un
appareil de régulation relié électriquement ou pneumatiquement à l'appareil
d'injection pour lui transmettre un signal de régulation d'injection ;
la surpression maintenue approximativement constante est comprise
dans la gamme de 10 mbars à 3 bars ;
la surpression a une valeur d'envïron 50 mbars ;
les moyens de commande et de régulation comprennent une
~5 soupape tarée de sécurité, reliée au sommet du réservoir.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la
description qui va suivre, d'une forme de réalisation de l'invention donnée à
titre d'exemple non limitatif et illustrée sur la figure unique jointe, qui
montre un
schéma d'une installation selon l'invention.
L'installation représentée sur ce schéma est une installation de
transfert dans un liquïde aqueux, par exemple un liquide alimentaire destiné à
constituer une boisson, d'azote ou un autre gaz inerte, ou/et de gaz
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carbonique, à l'état gazeux ; dans une telle application au domaine
alimentaire,
le gaz a été préalablement filtré et stérilisé, par exemple par le procédé de
la
demande de brevet français publiée sous le numéro 2 774 006.
Cette installation comporte un premier circuit 1 comprenant d'amont
en aval une pompe de transfert 11 dont l'entrée est alimentée en liquide à
charger et ici plus précisément à saturer ou sur-saturer en gaz, une lïgne de
remplissage 12 dont l'extrémité amont est connectée à la sortie de la pompe,
une vanne 13 insérée dans la ligne de remplissage pour autoriser ou interdire
le débit dans cette ligne, et une capacité-tampon formant réservoir 14 dans
laquelle débouche l'extrémité aval de la ligne 12.
L'installation comporte un deuxième circuit 2 alimenté en gaz inerte tel
que l'azote, ou/et en gaz carbonique, sous pression à l'état gazeux ; ce
circuit 2
comprend en sortie un dispositif d'injection de gaz comportant un appareil
d'injection 21 tel que celui commercialisé sous la dénomination "coffret
d'injection Carb'Eco" par la société "Carboxyque Française", alimentant un
injecteur de sortie 22 à clapet anti-retour débouchant dans une zone, située
entre la pompe de transfert 11 et la vanne 13, de la ligne de remplissage 12
mise en pression par la pompe. L'appareil d'injection 21 est relié
électriquement à la pompe 11 pour en recevoir un signal d'autorisation
d'injection asservissant l'appareil d'injection à la pompe de sorte notamment
que l'injection de gaz soit interrompue en cas d'arrêt du fonctionnement de la
pompe.
L'installation comporte en outre : des moyens de commande et de
régulation 3 de la saturation ou de la sur-saturation du liquide en gaz,
comprenant un appareil de régulation 31 tel que celui commercialisé sous la
dénomination "coffret de régulation Carb'Eco" par la société "Carboxyque
Française" ; un transmetteur de pression 32 relié par une tubulure 321 au
sommet du réservoir-tampon 14 pour y mesurer la pression de gaz et qui est
relié électriquement à l'appareil de régulation 31 pour lui transmettre un
signal
de pression mesurée correspondant ; un détecteur de niveau 33 pour détecter
le niveau dans le réservoir du produit constitué par le liquide saturé ou sur-
saturé en gaz et qui est relié électriquement également à l'appareil de
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régulation 31 pour lui transmettre un signal de niveau mesuré correspondant ;
une vanne d'échappement de régulation 34 reliée par un conduit 341 au
sommet du réservoir pour évacuer à l'extérieur le gaz excédentaire et qui est
reliée par un conducteur électrique 342 à l'appareil de régulation 31 pour en
5 recevoir un signal de régulation de pression ; et une soupape tarée de
sécurité
35 reliée par un conduit 351 également au sommet du réservoir pour évacuer à
l'extérieur le gaz excédentaire en cas de dysfonctionnement de la régulation.
L'appareil de régulation 31 est en outre relié électriquement ou
pneumatiquement d'une part à l'appareil d'injection 21 pour lui transmettre un
signal de régulation d'injection en fonction du signal de pression mesurée, et
d'autre part à la pompe 11 pour lui transmettre un signal de régulation de
niveau adapté pour modifier le débit de la pompe en fonction des fluctuations
du niveau du produit liquide saturé ou sur-saturé dans le réservoir.
L'installation comporte également des moyens de soutirage 4 pour
soutirer, à la demande, du produit liquide du réservoir, afin de transférer ce
produit liquide dans des emballages. Ces moyens de soutirage comprennent
au moins une ligne de soutirage 41, dans laquelle est insérée au moins une
vanne de commande de soutirage, non représentée.
Dans cette installation, le liquide alimentant la pompe 11 est mis par
2 D celle-ci en circulation sous pression dans la ligne de remplissage 12,
tandis
que le gaz alimentant l'appareil d'injection 21 est mis en circulation en
direction
de l'injecteur 22 par lequel il est injecté à l'état gazeux dans la zone
d'injection
de la ligne 12 de manière à saturer ou sur-saturer en gaz le liquide
parcourant
cette ligne.
2~ Si la vanne 13 est ouverte, le produit constitué par le liquide saturé ou
sur-saturé en gaz est transmis dans le réservoïr-tampon 14, où il est maintenu
à un niveau approximativement constant prédéterminé vérifié en permanence
par le détecteur de niveau 33, par une commande appropriée de la pompe 11,
de telle manière que le réservoir ne soit jamais totalement empli et qu'existe
3Q au-dessus de la surface libre du produit liquide, un ciel contenant du gaz
à
l'état gazeux initialement introduit dans le liquïde et qui a été désorbë lors
de la
remise à l'équilibre du gaz saturant ou sur-saturant initialement le lïquide,
en
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corrélation avec la pression partielle de ce gaz dans la capacité tampon et sa
fraction dissoute dans le liquide. Ce ciel constitué de gaz inerte tel que
l'azote,
ou/et de gaz carbonique, à l'état gazeux, est maintenu à une surpression
approximativement constante prédéterminée vérifiée en permanence par le
transmetteur de pression 32, par l'appareil de régulation 31, au moyen de la
vanne d'échappement 34 qui évacue le gaz superflu à l'extérieur de
l'installation. Si cependant, en dépit de la régulation, la surpression
augmente
au-dessus d'un certain seuil au-delà de la surpression prédéterminée par les
moyens de commande et de régulation, la soupape tarée 35 s'ouvre et évacue
elle-même à l'extérieur de l'installation le surplus de gaz.
Ainsi, on mélange au liquide en circulation dans la ligne de remplissage
12, le gaz inerte ou/et le gaz carbonique, à l'état gazeux, et on forme un
produit
constitué par le liquide saturé ou sur-saturé en gaz que l'on emmagasine dans
le réservoir-tampon 14. Cependant, on n'emplit ce réservoïr-tampon que
partiellement, jusqu'au niveau prédéterminé que l'on maintient
approximativement constant en jouant sur le débit de la ligne 12 ; on obtient
au-dessus de la surface libre du produit constitué par le liquide saturé ou
sur-
saturé en gaz, un ciel constitué du gaz qui résulte de la désorption du gaz
précédemment injecté dans la ligne 12 et mélangé au liquide ; on maintient ce
ciel gazeux à la surpression approximativement constante prédéterminée, et on
transfère, à la demande, du produit liquide du réservoir 14 à un ou plusieurs
emballages ouverts à la pression atmosphérique, en maintenant dans le
réservoir le niveau et la pression prédéterminés, de manière à emplir
partiellement les emballages par le produit. Après quoi, on scelle les
emballages, et on obtient dans ces emballages un ciel gazeux à une
surpression voisine de la surpression prédéterminée précitée.
Le choix du débit de gaz que l'on injecte dans la ligne 12 est dicté par
la nécessité de saturer ou sur-saturer le liquide avec la surpression
constante
prédéterminée désirée dans le ciel du réservoir 14. La relation, à une
température donnée, entre la pression P du gaz dans le ciel du réservoir et la
concentration x du gaz dans le liquide est régie par la loi de Henry selon
laquelle
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P = H.x
où H est un coefficient propre à chaque gaz dit "coefficient de Henry".
Dans le cas de l'exemple ci-dessus décrit et représenté, qui est celui
d'un liquide alimentaire, on injecte dans la ligne 12 au moyen d'un injecteur
22,
de l'azote, ou/et du gaz carbonique, à l'état gazeux, pour obtenir, dans le
ciel
du réservoir 14, une surpression constante à une valeur de préférence
comprise dans la gamme de 10 mbars à 3 bars, par exemple de sensïblement
50 mbars, ce qui permet d'obtenir une surpression de valeur voisine dans les
emballages ; grâce à cette injection d'azote, ou/et de gaz carbonique, non
seulement on rigidifie l'emballage et son contenu, mais en outre on réduit
substantiellement la quantité d'oxygène en contact avec le produit, et ainsi
on
diminue les risques d'oxydation du produit. De plus, l'installation selon
l'invention est peu onéreuse, et dans l'état actuel de la technïque et des
coûts,
le coût d'une telle installation est environ un cinquième ou un sixième du
coût
d'une installation conventionnelle au moyen de laquelle on introduit de
l'azote
liquide dans les emballages avant leur scellement.
