FR2906480A1 - Dispositif de realisation de melanges gazeux. - Google Patents

Abstract

Dispositif de réalisation d'un mélange gazeux de plusieurs constituants provenant de sources de gaz distinctes (11,21,31), caractérisé en ce qu'il comprend :- plusieurs branches (10,20,30) disposées en parallèle dans lesquelles on fait s'écouler chaque constituant à mélanger en entrée et mises en communication avec une ligne de sortie (2) commune. Chaque branche comprend des moyens de réglage de la pression (12,22,32), et des moyens de réglage de débit (14,24,34) tels que l'écoulement instantané du constituant soit parfaitement défini,- Un moyen de contrôle/commande (1) simultané de tous les moyens d'arrêt

Description

1 La présente invention concerne un dispositif de réalisation de mélanges

gazeux, On appellera dans la présente description sous la seule dénomination mélangeur de gaz tout appareil ou dispositif propre à fournir, à partir de plusieurs constituants, un mélange de constitution pré-définie. Il existe de nombreux mélangeurs pour mélanger des fluides gazeux. Une famille de procédés consiste à utiliser des dispositifs dits statiques. Par exemple, un de ces procédés consiste à introduire dans une enceinte une quantité voulue de chaque constituant, puis à procéder à une agitation pour obtenir un mélange homogène.

L'inconvénient majeur de ce type de dispositif est que le temps nécessaire pour la réalisation de ce mélange est important, donc celui-ci n'est pas immédiatement disponible, et que sa mise en oeuvre demande des moyens importants. D'autres dispositifs connus consistent à mélanger en dynamique des débits pré-définis et continus de chaque constituant, souvent grâce à des moyens mécaniques. Par exemple, deux gaz sous pression sont détendus chacun à une pression fixe et déterminée et ensuite traversent un orifice d'étranglement, à section soit fixe soit variable afin d'ajuster les proportions respectives des deux débits de gaz qui aboutissent ensuite à une canalisation commune. Ce dispositif simple a l'inconvénient que chaque débit doit être ajusté et calibré en fonction des pressions amont et aval, de la température, de la section de passage et de la nature du gaz. Il est donc plus difficile d'obtenir des mélanges variables par ce dispositif. En pratique, il s'avère souvent nécessaire d'adjoindre en sortie un réservoir de mélange en sortie, sur lequel un détecteur de pression commande une électrovanne qui arrête le mélangeur lorsque la pression aval atteint un seuil trop élevé pour garantir la précision du mélange. En conséquence, cela implique la présence d'un réservoir tampon, plus compliqué et plus difficile à installer. D'autres dispositifs consistent à injecter en dynamique des débits asservis à des mesures directes du taux de chaque constituant. Pour cela on utilise souvent des débitmètres et des régulateurs électroniques de débits massiques. L'inconvénient majeur est que ce type de mélangeur devient très coûteux. On peut aussi utiliser des analyseurs qui agissent directement sur les organes de réglage de débit. Dans ce second cas, il serait nécessaire d'avoir au moins n-1 analyseurs pour un 2906480 2 mélange de n gaz, ce qui rend cette solution très chère et souvent même irréalisable. Ceci étant posé, l'invention se propose de mettre en oeuvre un dispositif permettant de mélanger de façon simple et fiable plusieurs fluides gazeux, de 5 sorte que le mélange soit en permanence aussi proche que possible de la teneur désirée. De plus l'invention a aussi pour objet de pouvoir s'appliquer au plus grand nombre de cas possibles. C'est à dire un dispositif flexible et polyvalent qui puisse être utilisé aussi bien pour des usages simples, qui demandent une teneur fixe et 10 un débit continu que pour des besoins plus sophistiqués où l'on a besoin de faire des mélanges variables, à la demande Un dispositif qui permette d'être équivalent et aussi fiable que les systèmes classiques que l'on trouve couramment et aussi de permettre de réaliser des mélangeurs plus sophistiqués pour un coût inférieur aux solutions existantes 15 actuellement. La présente invention a donc pour objet un nouveau dispositif et un nouveau type de mélangeur de gaz, qui soit d'une réelle simplicité de réalisation et de mise en oeuvre, qui puisse travailler à des régimes variables, qui puisse fournir des mélanges ajustable, qui puisse être piloté en cas de besoin par ordinateur ou 20 microprocesseur, dont le temps de réponse soit des plus courts, quelque soient le nombre et la nature des gaz à mélanger. Plus précisément la présente invention a pour objet un dispositif de réalisation d'un mélange gazeux de plusieurs constituants, caractérisé en ce qu'il comprend : -Plusieurs branches d'entrée pour chaque constituant à mélanger et une 25 canalisation de sortie. Chaque branche d'entrée, constitue un module de réglage de débit, et comprend de l'amont vers l'aval, un détendeur de pression permettant d'assurer une pression stable et constante, un moyen d'arrêt, de préférence rapide, un ajutage réglable de débit - Un moyen centralisé qui actionne les moyens d'arrêt. Ce moyen peut être un 30 régulateur (microprocesseur ou ordinateur) qui acquiert les mesures, calcule, et pilote les électrovannes de chaque module. - Au moins un capteur de pression situé en sortie Il peut être avantageux de regrouper les éléments précédemment décrits dans un seul composant universel et compact. De plus ce composant pneumatique tel que 2906480 3 décrit devient la brique élémentaire de construction du nouveau type de mélangeur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et faite en se référant aux dessins annexes, sur lesquels : 5 La figure 1 représente le schéma de principe d'une branche individuelle de chaque gaz à mélanger dans sa version complète. La figure 2 représente le schéma complet d'un mélangeur 3 voies, muni d'un calculateur électronique La figure 3 représente un mélangeur basique, à teneur fixe et à débit continu.

10 La figure 4 représente un mélangeur basique, à teneur fixe mais travaillant avec une capacité tampon La description ci-après et les dessins joints représentent un exemple de réalisation de l'invention, mais n'ont aucun caractère limitatif : d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de cette invention.

15 Dans figure 1 on a représenté le schéma de principe d'une branche individuelle de chaque gaz à mélanger, dans sa version complète. Cette branche comprend un régulateur de pression 12, un moyen d'arrêt 13 de préférence rapide et actionnable à distance et un ajutage calibré 14, de préférence réglable. Cette disposition permet de définir un débit nominal du fluide 20 gazeux parfaitement connu en fonction des pressions en amont P1 et en aval P2. De plus lorsqu'on fonctionne en régime critique et sur-critique (pour P1/P2 < 0.53 pour des gaz diatomiques), le débit ne dépend plus alors que de la pression amont P1. Par conséquence connaissant les pressions P1 et P2 grâce aux moyens de mesure de pressions 15 et 16 placés respectivement dans l'ajutage 14 25 et en amont du moyen d'arrêt 13, il est alors possible de calculer le débit effectif passent dans cette branche. Dans la figure 2 on a représenté le schéma complet d'un mélangeur 3 voies, muni d'un calculateur électronique. On trouve ainsi 3 sources de gaz sous pression 11,21 et 31 qui alimentent 30 chacune 3 branches telles que décrites ci-dessus. Ces branches comprennent des détendeurs de pression 12,22, et 32, des électrovannes d'arrêt 13,23 et 33, des ajutages réglables 14,24 et 34, ainsi que des moyens de mesure des pressions en aval 15, 25, et 35 et en amont 16,26 et 36. On comprend aisément avec cette 2906480 4 figure qu'il serait possible d'ajouter des branches pour chaque gaz supplémentaire à mélanger. Ces branches sont toutes reliées à une canalisation de sortie 2, éventuellement munie d'une vanne de sortie 3 et si nécessaire d'un réservoir 4.

5 Un calculateur électronique 1 reçoit les mesures des pressions, et agit directement sur les électrovannes d'arrêt en fonction d'un programme spécifiquement développé pour cet usage. Dans la figure 3 on a représenté le schéma complet d'un mélangeur 2 voies, simple et à débit continu.

10 On trouve ainsi 2 sources de gaz sous pression 11,21 qui alimentent chacune 2 branches telles que décrites ci-dessus. Ces branches comprennent des détendeurs de pression 12,22, des électrovannes d'arrêt 13,23, des ajutages réglables 14,24. Chaque branche aboutit à une canalisation de sortie 2. L'organe de contrôle commun 1 commande directement les électrovannes 13,23.

15 Dans la figure 4 on a représenté le schéma complet d'un mélangeur 2 voies, simple et à débit variable. On trouve ainsi 2 sources de gaz sous pression 11,21 qui alimentent chacune 2 branches telles que décrites ci-dessus. Ces branches comprennent des détendeurs de pression 12,22, des électrovannes d'arrêt 13,23, des ajutages 20 réglables 14,24. Chaque branche aboutit à une canalisation de sortie 2 qui aboutit à un réservoir tampon 4. L'organe de contrôle commun 1 commande directement les électrovannes 13,23 en fonction d'une mesure de pression 15 montée sur une des 2 branches. Afin de mieux comprendre l'étendue de cette invention, nous allons présenter tous 25 les divers modes de fonctionnement possibles grâce à cette invention. 1. Pour obtenir un mélange connu fixe avec un débit continu : Se reporter à la figure 3 Le calculateur se réduit alors à sa plus faible expression, c'est à dire un simple interrupteur commandé manuellement.

30 Les pressions d'entrée et les ajutages étant réglés de façon à obtenir les débits unitaires voulus, on ouvre simultanément les électrovannes à la demande pour obtenir un débit fixe de mélange déterminé. 2. Pour obtenir un mélange fixe avec un débit discontinu : 2906480 5 Se reporter à la figure 4 qui représente un mélangeur basique, à teneur fixe mais travaillant avec une capacité tampon. Le calculateur est alors relié à une mesure de pression aval 15. Les pressions d'entrée et les ajutages sont réglés de façon à obtenir les débits 5 unitaires voulus. Les électrovannes s'ouvrent et se ferment simultanément en fonction de deux seuils minimum et maximum prédéterminés de la pression avale. 3. Pour corriger un mélange plus précis, en cas de déviation : Se reporter à la figure 2. La teneur du mélange étant déterminée en aval grâce à un analyseur par exemple 10 et un signal indiquant cette valeur étant disponible, le calculateur compare ce signal, calcule et ajuste alors la durée d'ouverture de chaque vanne pour corriger la teneur du mélange. 4. Pour obtenir un mélange variable. Se reporter à la figure 2 15 Les débits étant pré-définis et connus, le mélangeur fonctionne alors par impulsions et les temps d'injection sont alors calculés en fonction du mélange désiré. Le mélangeur est alors commandé par un programme interne qui peut permettre de réaliser toute sorte de mélange en fonction soit de signaux externes, soit en fonction d'un programme déterminé.

20 L'invention permet de réaliser les objectifs précédemment mentionnés. En effet grâce à ce nouveau dispositif, il est possible, grâce à un nombre réduit de composant simple et peu coûteux, de réaliser en suivant la même architecture de base plusieurs types de mélangeurs allant du mélangeur simple à teneur fixe au mélangeur variable et ajustable à la demande suivant un programme de contrôle 25 qui peut être développé sur mesure. On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en prouver la nouveauté et l'intérêt.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1) Dispositif de réalisation d'un mélange gazeux de plusieurs constituants provenant de sources de gaz distinctes (11,21,31), caractérisé en ce qu'il comprend : - plusieurs branches (10,20,30) disposées en parallèle dans lesquelles on fait s'écouler chaque constituant à mélanger en entrée et mises en communication avec une ligne de sortie (2) commune. Chaque branche comprend des moyens de réglage de la pression (12,22,32), et des moyens de réglage de débit (14,24,34) tels que l'écoulement instantané du constituant soit parfaitement défini, - Un moyen de contrôle/commande (1) simultané de tous les moyens d'arrêt

2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité injectée de chaque constituant est ajustée en faisant varier le temps d'ouverture et/ou de fermeture de chaque moyen d'arrêt (13,23,33).

3) Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque moyen d'arrêt est commandé simultanément et/ou alternativement par un calculateur (1) qui ajuste le nombre et la durée des impulsions de gaz en fonction du mélange désiré

4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 , caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur de pression situé en sortie

5) Dispositif selon la revendication 2, 3, ou 4, caractérisé en ce qu'il existe des moyens de mesure de pression (15,16) dans l'ajutage et en amont du moyen d'arrêt.