EP0183594A1 - Dispositif de distribution d'un liquide cryogénique - Google Patents

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EP0183594A1
EP0183594A1 EP19850402161 EP85402161A EP0183594A1 EP 0183594 A1 EP0183594 A1 EP 0183594A1 EP 19850402161 EP19850402161 EP 19850402161 EP 85402161 A EP85402161 A EP 85402161A EP 0183594 A1 EP0183594 A1 EP 0183594A1
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plate
neck
pipe
solenoid valve
cryogenic liquid
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EP19850402161
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Pierre Pelloux-Gervais
Jean-Louis Neret
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F17C2223/0161—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG

Definitions

  • the present invention relates to a device for dispensing a cryogenic liquid. It is intended in particular to provide a continuous stream of liquid nitrogen to a succession of cans scrolling on a conveyor, just before they are closed by crimping.
  • the dispensing device shown in the drawings in its position of use is intended to provide a continuous stream of liquid nitrogen to a succession of cylindrical metal cans (not shown) which scroll just below at high speed, contain a foodstuff such than a non-carbonated drink and are driven in horizontal translation by a conveyor (not shown).
  • This device essentially comprises a cryogenic container of conventional construction consisting of an internal tank 1 having a capacity of the order of one liter to several tens of liters, an external envelope 2 and a connecting neck 3, and disposed in the inverted position.
  • the internal reservoir 1 and the external envelope 2 which are for example made of aluminum, each have a cylindrical running part and two domed bottoms, the internal bottom being pierced with a large circular opening 4.
  • the neck 3 is a section of tube fixed with a seal at its ends around the periphery of the two openings 4, by means of respective solid rings 5, 6. These two rings are themselves welded around the openings 4, and the neck 3 can be made of stainless steel and be welded to the rings 5, 6.
  • the ring 5 defines inside the neck 3 a horizontal annular shoulder 7 provided with several tapped holes and facing downwards.
  • annular space 8 with vacuum-insulated insulation, the pumping being carried out by a connector 9.
  • the insulation could be produced from an injected insulating material such as polyurethane, or by any other suitable means.
  • the tubes 11 and 21 are welded to the plates 10, while the removable members 15 and 19 are fixed thereto by means of seals. Likewise, a seal is provided between the ring 5 and the plate 10.
  • the device also comprises a rigid ring 23 welded to the upper end of the casing 2 and provided with hooks 24 (one of which has been shown in FIG. 1), and a lower cover 25.
  • the latter consists of on the one hand a ferrule 26 welded to the lower end of the casing 2 and provided with at least one handling handle 27, and on the other hand a lower cover 28 detachably fixed on the ferrule 26 and crossed by the vent 11 and by the pipe 14.
  • connection box 29 (not shown in FIG. 2) is fixed to the ferrule 26.
  • This box comprises a solenoid valve assembly 30 - connection 31 mounted at the end of the pipe 12, a connection 32 to which the tube ends. 21, and an electrical connector 33 to which the electrical wires for controlling the solenoid valves 18 and 30 terminate.
  • the space remaining free in the neck and between the envelope 2 and the cover 25 is filled with an appropriate thermally insulating material 34.
  • the device In service, the device is suspended by the hooks 24 from a suitable support (not shown), the axis of the pipe 14 meeting at a right angle to that of the conveyor which carries the boxes to be pressurized.
  • connection 31 There is connected to the box 29 a line for drawing off a storage of liquid nitrogen under a pressure greater than atmospheric pressure (connection 31), a pressure gauge (connection 32) and an electrical supply cable (connection 33).
  • the solenoid valve 18 being closed, the solenoid valve 30 is opened, which causes the filling of the reservoir 1 to a high level detected by the pressure gauge.
  • the solenoid valve 18 is opened, which is fully submerged and therefore does not provide heat.
  • Frank liquid fills the sleeve 15 passes through the calibrated orifice of the insert 17 and flows freely in a thread along the axis of the pipe 14, without touching the latter.
  • the nitrogen vaporized in the tank 1 is evacuated at atmospheric pressure through the vent 11.
  • the jet of liquid nitrogen can be stopped at any time by simple. closing of the solenoid valve 18.
  • the filling of the reservoir 1 is carried out automatically by controlling the solenoid valve 30 in all or nothing from signals supplied by the manometer, in order to maintain an approximately constant height of liquid in the reservoir and , consequently, to obtain uniform conditions for the distribution of liquid nitrogen in the boxes to be pressurized.
  • the external part of the vent 11 can be shaped as a tunnel 11A overhanging the conveyor in order to create a more or less inert protective atmosphere in the gas volume existing in the boxes to be pressurized.
  • the connector 19 can be omitted, the electrical wires 20 passing along the vent 11.
  • the vent 11 can be bent at its upper end and be provided with a cage containing a float.
  • the vent 11 closes automatically when the liquid reaches the high level, and the pressure balances with that of the filling line (for example two absolute bars).
  • the device according to the invention applies to various cases where it is necessary to obtain a reliable and controlled injection of a clean cryogenic liquid, in particular at low flow rate.
  • the pipe 14 can be connected to a horizontal manifold itself provided with several discharge orifices arranged at several points of a packaging chain, for example to carry out inerting or localized cooling.

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Abstract

Ce dispositif, destiné notamment à l'injection d'azote liquide dans de boîtes de conserve en vue de leur pressurisation, est constitué par un récipient cryogénique (1, 2) inversé dont le col (3) est obturé par une plaque démontable (10). Tous les organes (11, 12, 14, 19, 21) nécessaires au fonctionnement traversent à joint étanche cette plaque. La conduite de déversement (14) comporte un orifice calibré (17) monté dans la plaque (10) et, au-dessus de celle-ci, une électrovanne (18) noyée dans le liquide. Application au conditionnement des boissons plates en boîtes métalliques.

Description

  • La présente invention est relative à un dispositif de distribution d'un liquide cryogénique. Elle est destinée notamment à fournir un filet continu d'azote liquide à une succession de boites de conserve défilant sur un convoyeur, juste avant leur fermeture par sertissage.
  • Les fabricants de récipients, en particulier de boites métalliques pour liquides de grande consommation tels que les boissons, ont été amenés, pour des raisons de prix de revient, à utiliser des épaisseurs de matière, en particulier de métal, de plus en plus réduites. Il en résulte une diminution de la résistance mécanique de ces récipients et un danger d'écrasement lorsqu'on les empile les uns sur les autres. Si les récipients contenant un produit dégageant un gaz par lui-même, par exemple une boisson carbonatée, résistent relativement bien à l'écrasement, il n'en est pas de même pour les récipients renfermant un liquide non gazeux, par exemple une boisson plate telle que l'eau minérale, un jus de fruit, etc. De plus, lorsque ces produits (jus de fruit par exemple) sont stérilisés et conditionnés à chaud, leur contraction au refroidissement risque de déformer la boite. On procède dans ces cas à une pressurisation artificielle des récipients, avant le sertissage de leur couvercle, par introduction de quelques gouttes de gaz liquéfié, généralement de l'azote, ce qui permet de résoudre le problème de l'écrasement.
  • Lorsque cette technique est appliquée à des machines de conditionnement à forte cadence, c'est-à-dire capables de remplir 30.000 à 120.000 récipients à l'heure disposés en une seule file, il ne peut être question d'interrompre l'écoulement d'azote liquide entre les récipients successifs ; on préfère alors laisser couler un filet continu d'azote liquide et admettre une petite perte de liquide entre les récipients successifs qui défilent à grande vitesse sous l'orifice de déversement de ce liquide.
  • L'invention a pour but de fournir un dispositif fiable dont la réalisation, l'utilisation et l'entretien soient particulièrement commodes. A cet effet, elle a pour objet un dispositif de distribution d'un liquide cryogénique, caractérisé en ce qu'il comprend :
    • - un récipient cryogénique à double paroi qui, dans sa position d'utilisation, est inversé et comporte d'une part un réservoir intérieur et une enveloppe extérieure présentant chacun une ouverture unique à leur extrémité inférieure, et d'autre part un col reliant les deux ouvertures ;
    • - une plaque fixée dans le col, à l'entrée du réservoir intérieur ; et
    • - une conduite d'amenée de liquide cryogénique, une conduite d'évent et une conduite de déversement, ces trois conduites traversant ladite plaque à joint étanche.
  • Suivant des caractéristiques avantageuses :
    • - la conduite de déversement est pourvue d'une électrovanne d'arrêt disposée au-dessus de la plaque, et, éventuellement, cette dernière est également traversée à joint étanche par des moyens de comande de l'électrovanne ;
    • - la conduite d'évacuation est pourvue, au niveau de la plaque et au-dessous de l'électrovanne, d'un insert percé d'un orifice calibré de diamètre très inférieur à celui de cette conduite.
  • Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels :
    • - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de distribution conforme à l'invention ;
    • - la figure 2 est une vue de détail, à plus grande échelle, de la partie inférieure de ce dispositif ; et
    • - la figure 3 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne III-III de la figure 2.
  • Le dispositif de distribution représenté aux dessins dans sa position d'utilisation est destiné à fournir un filet continu d'azote liquide à une succession de boites métalliques cylindriques (non représentées) qui défilent juste au-dessous à grande vitesse, contiennent une denrée alimentaire telle qu'une boisson non gazeuse et sont entraînées en translation horizontale par un convoyeur (non représenté).
  • Ce dispositif comprend essentiellement un récipient cryogénique de construction classique constitué d'un réservoir intérieur 1 ayant une capacité de l'ordre de un litre à plusieurs dizaines de litres, d'une enveloppe extérieure 2 et d'un col de liaison 3, et disposé en position inversée.
  • Le réservoir intérieur 1 et l'enveloppe extérieure 2, qui sont par exemple en aluminium, présentent chacun une partie courante cylindrique et deux fonds bombés, le fond intérieur étant percé d'une large ouverture circulaire 4.
  • Le col 3 est un tronçon de tube fixé à joint étanche par ses extrémités sur le pourtour des deux ouvertures 4, par l'intermédiaire de bagues massives respectives 5, 6. Ces deux bagues sont elles-mêmes soudées autour des ouvertures 4, et le col 3 peut être en acier inoxydable et être soudé sur les bagues 5, 6. La bague 5 définit à l'intérieur du col 3 un épaulement annulaire horizontal 7 pourvu de plusieurs trous taraudés et faisant face vers le bas.
  • Entre le réservoir 1 et l'enveloppe 2 est délimité un espace annulaire 8 à isolation poussée sous vide, le pompage s'effectuant par un raccord 9. En variante, l'isolation pourrait être réalisée à partir d'une matière isolante injectée tel que du polyuréthane, ou par tout autre moyen approprié.
  • Sur l'épaulement 7 s'applique et se centre une plaque massive 10, qui se fixe par quelques vis de façon détmntable sur la bague intérieure 5. Cette plaque 10 est traversée à joint étanche par les différents organes permettant le fonctionnement du dispositif :
    • - un tube-évent 11, qui s'étend verticalement de la partie supérieure du réservoir 1 à un emplacement situé au-dessous de la bague 6 ;
    • - un tube 12 d'alimentation en azote liquide, qui pénètre à joint étanche dans le tube 11 sous la bague 6 puis monte dans le tube pour en émerger, au sommet du réservoir 1, sous la forme d'une crosse de déversement 13 ;
    • - une conduite verticale 14 d'évacuation d'azote liquide munie à son extrémité supérieure (figure 2) d'un manchon 15, par exemple en matière plastique, qui est maintenu dans un perçage de la plaque 10 par un écrou 16. Dans le manchon 15 est positionné un insert 17 percé d'un orifice calibré dont le diamètre est très inférieur au diamètre de ce manchon et de la conduite 14. Le manchon 15 débouche au-dessus de la plaque 10, dans le réservoir 1, et est coiffé par une électrovanne 18 fixée sur la face supérieure de cette plaque. Cette électrovanne est une électrovanne cryogénique immergée d'un type disponible dans le commerce ?
    • - un raccord 19 servant au passage de fils électriques 20 de commande de l'électrovanne 18 ; et
    • - un dispositif de mesure de niveau qui, dans cet exemple, est constitué par un tube 21 destiné à être raccordé à un manomètre et se terminant, légèrement au-dessus de la plaque 10, par une cloche 22 ouverte vers le bas. Dans un but de clarification du dessin, seule la partie supérieure de ce dispositif a été représentée à la figure 2.
  • Les tubes 11 et 21 sont soudés à la plaques 10, tandis que les organes démontables 15 et 19 y sont fixés par l'intermédiaire de joints d'étanchéité. De même, un joint d'étanchéité est prévu entre la bague 5 et la plaque 10.
  • Le dispositif comporte encore une bague rigide 23 soudée sur l'extrémité supérieure de l'enveloppe 2 et pourvue de crochets 24 (dont l'un a été représenté à la figure 1), et un capot inférieur 25. Ce dernier est constitué d'une part d'une virole 26 soudée sur l'extrémité inférieure de l'enveloppe 2 et muni d'au moins une poignée 27 de manutention, et d'autre part d'un couvercle inférieur 28 fixé de façon démontable sur la virole 26 et traversé par l'évent 11 et par la conduite 14.
  • De plus, une boite de connexion 29 (non représentée sur la figure 2) est fixée sur la virole 26. Cette boîte comprend un ensemble électrovanne 30 - raccord 31 monté à l'extrémité de la conduite 12, un raccord 32 auquel aboutit le tube 21, et un raccord électrique 33 auquel aboutissent les fils électriques de commande des électrovannes 18 et 30.
  • L'espace restant libre dans le col et entre l'enveloppe 2 et le capot 25 est empli d'une matière thermiquement isolante appropriée 34.
  • En service, le dispositif est suspendu par les crochets 24 à un support approprié (non représenté), l'axe de la conduite 14 rencontrant à angle droit celui du convoyeur qui porte les boites à pressuriser.
  • On raccorde à la boite 29 une conduite de soutirage d'un stockage d'azote liquide sous une pression supérieure à la pression atmosphérique (raccord 31), un manomètre (raccard 32) et un câble d'alimentation électrique (raccord 33).
  • L'électrovanne 18 étant fermée, on ouvre l'électrovanne 30, ce qui provoque le remplissage du réservoir 1 jusqu'à un niveau haut détecté par le manomètre. Pour déverser l'azote liquide, on ouvre l'électrovanne 18, qui est entièrement immergée et n'apporte donc pas de chaleur. Du liquide franc emplit le manchon 15, traverse l'orifice calibré de l'insert 17 et s'écoule librement en un filet suivant l'axe de la conduite 14, sans toucher celle-ci. L'azote vaporisé dans le réservoir 1 s'évacue à la pression atmosphérique par l'évent 11.
  • On peut arrêter à tout moment le jet d'azote liquide par simple . fermeture de l'électrovanne 18. Le remplissage du réservoir 1 s'effectue automatiquement en commandant l'électrovanne 30 en tout ou rien à partir de signaux fournis par le manomètre, afin de conserver une hauteur de liquide à peu près constante dans le réservoir et, par suite, d'obtenir des conditions uniformes de distribution d"azote liquide dans les boites à pressuriser.
  • Le dispositif décrit ci-dessus présente de nombreux avantages :
    • - A la construction, le fait de n'avoir qu'une ouverture par laquelle passent tous les organes nécessaires au fonctionnement facilite grandement la réalisation du récipient cryogénique. Il n'y a pas de bridage mécanique, et l'on évite ainsi les contraintes internes. Cet avantage est valable si l'isolation de l'interparoi 8 est constituée d'une matière isolante injectée et a fortiori dans le cas d'une isolation sous vide, dont l'épaisseur est plus faible.
    • - A l'utilisation, le fait que toutes les fonctions sont regroupées au bas du dispositif permet d'utiliser un système de connexion centralisé (boite de connexion 29). Cette commodité est appréciable à la fois au moment du montage et au moment d'une éventuelle intervention de maintenance.
    • - Pour démonter le dispositif, il suffit de déconnecter les liaisons de la boîte 29 ; de soulever le récipient pour le décrocher ; de le retourner, même s'il est plein d'azote liquide ; d'ôter le couvercle 28 et l'isolation 34 ; et de dévisser puis d'extraire la plaque 10, et avec elle l'ensemble des organes qu'elle porte. Ceci permet en particulier de changer l'insert 17 pour modifier le débit d'azote liquide.
    • - L'alimentation en azote liquide et l'évacuation d'azote gazeux à travers le col 3, à proximité immédiate de la conduite 14, contribuent au maintien en froid de la région inférieure du dispositif.
  • En variante, comme représenté à la figure 2, la partie extérieure de l'évent 11 peut être conformée en un tunnel 11A surplombant le convoyeur afin de créer une atmosphère protectrice plus ou moins inerte dans le volume gazeux existant dans les boîtes à pressuriser. Par ailleurs, le raccord 19 peut être supprimé, les fils électriques 20 passant le long de l'évent 11.
  • En variante également, l'évent 11 peut être coudé à son extrémité supérieure et y être muni d'une cage contenant un flotteur. Ainsi, l'évent 11 se bouche automatiquement lorsque le liquide arrive au niveau haut, et la pression s'équilibre avec celle de la ligne de remplissage (par exemple deux bars absolus).
  • Dans ce cas, on peut se passer du dispositif manométrique 21-22 et de l'électrovanne 30, car le maintien du liquide au niveau haut s'effectue automatiquement, et l'injection de l'azote liquide par la conduite 14 peut s'effectuer sous une certaine pression, ce qui permet par exemple d'effectuer une pulvérisation d'azote liquide sur une surface déterminée.
  • On comprend que le dispositif suivant l'invention s'applique à divers cas où il est nécessaire d'obtenir une injection fiable et contrôlée d'un liquide cryogénique franc, notamment à faible débit. Si on le désire, la conduite 14 peut être reliée à un collecteur horizontal pourvu lui-même de plusieurs orifices de déversement disposés en plusieurs points d'une chaîne de conditionnement, par exemple pour réaliser un inertage ou un refroidisseτent localisé.

Claims (13)

1. - Dispositif de distribution d'un liquide cryogénique, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un récipient cryogénique (1, 2) à double paroi qui, dans sa position d'utilisation, est inversé et comporte d'une part un réservoir intérieur (1) et une enveloppe extérieure (2) présentant chacun une ouverture unique (4) à leur extrémité inférieure, et d'autre part un col (3) reliant les deux ouvertures (4) ;
- une plaque (10) fixée dans le col, à l'entrée du réservoir intérieur (1) ; et
- une conduite (12) d'amenée de liquide cryogénique, une conduite d'évent (11) et une conduite de déversement (14), ces trois conduites traversant ladite plaque (10) à joint étanche.
2. - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite plaque (10) est fixée de façon amovible sur une bague de liaison (5) reliant le col (3) au réservoir intérieur (1).
3. - Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la conduite de déversement (14) est pourvue d'une électrovanne d'arrêt (18) disposée au-dessus de la plaque (10).
4. - Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la plaque (10) est également traversée à joint étanche par des moyens (19, 20) de commande de l'électrovanne (18).
5. - Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la conduite d'évacuation (14) est pourvue, au niveau de la plaque (10) et au-dessous de l'électrovanne, d'un insert (17) percé d'un orifice calibré de diamètre très inférieur à celui de cette conduite.
6. - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la plaque (10) est également traversée à joint étanche par un dispositif (21, 22) de mesure de niveau.
7. - Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif (21, 22) de mesure de niveau comprend un tube (21) qui se termine dans le réservoir intérieur (1) par une cloche (22) ouverte vers le bas et dont l'extrémité extérieure est destinée à être reliée à un manomètre.
8. - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'espace libre du col (3) est empli d'un matériau thermiquement isolant (34).
9. - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'une bague (23) pourvue de moyens d'accrochage (24) est fixée sur l'extrémité supérieure de l'enveloppe extérieure (2).
10. - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'une virole (26) pourvue d'une poignée de manutention (27) est fixée sur l'extrémité inférieure de l'enveloppe extérieure (2).
11. - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'ensemble des organes (12, 20, 21) servant à l'alimentation en liquide cryogénique et éventuellement à l'alimentation électrique et/ou à la mesure de niveau sont reliés à une boîte de connexion (29) portée par le récipient.
12. - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'extrémité extérieure de la conduite d'évent (11) est conformée en un tunnel (11A) destiné à créer une atmosphère déterminée sur des objets qui défilent sous le dispositif de distribution.
13. - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'extrémité intérieure de la conduite d'évent (11) est équipée d'une cage à flotteur, la conduite d'amenée (12) étant, en cours d'utilisation, directement reliée à un stockage de liquide cryogénique sous pression.
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