FR2942878A3 - Dispositif de mesure d'une premiere propriete d'un flux gazeux ainsi que du comptage granulometrique des particules contenues dans ce flux - Google Patents

Abstract

Le dispositif de mesure selon l'invention d'une première propriété d'un flux gazeux, ainsi que du comptage granulométrique des particules contenues dans ce flux gazeux, comprend un premier appareil de mesure de ladite première propriété du flux gazeux, un second appareil de mesure de comptage granulométrique des particules, une sonde de mesure (2), acheminant une partie (10) du flux gazeux vers le premier appareil de mesure, et un dispositif de dilution, relié à l'entrée du second appareil de mesure. Le dispositif de mesure comporte en outre une prise de prélèvement iso-cinétique (4) dans la sonde de mesure (2), ladite prise de prélèvement iso-cinétique (4) comprenant un guide support (6) pour un capillaire (5), qui prélève à une de ses extrémités un flux prélevé (11) dans la sonde de mesure (2) et qui est relié à l'autre de ses extrémités au dispositif de dilution, au niveau d'un point de dilution.

Description

1 Dispositif de mesure d'une première propriété d'un flux gazeux ainsi que du comptage granulométrique des particules contenues dans ce flux Domaine Technique L'invention concerne le domaine de l'analyse de fluides, par exemple, des gaz contenant des particules de différentes tailles en différentes concentrations. Un exemple d'application particulier est l'étude 1 o des rejets de cabine de peinture. L'invention concerne, plus particulièrement, un dispositif de mesure d'une première propriété d'un flux gazeux, ainsi que du comptage granulométrique des particules contenues dans ce flux gazeux, comprenant : 15 - un premier appareil de mesure de ladite première propriété du flux gazeux, - un second appareil de mesure de comptage granulométrique des particules, - une sonde de mesure, acheminant une partie du flux gazeux vers le 20 premier appareil de mesure, et - un dispositif de dilution, relié à l'entrée du second appareil de mesure. Etat de la Technique Lors de l'application de peintures au moyen de cabines de 25 peinture, de nombreuses particules sont éjectées dans l'air environnant. De façon à limiter la pollution atmosphérique environnante, ces particules rejetées sont aspirées par un système de retraitement de l'air et sont absorbées par des filtres. La performance et l'efficacité de ces équipements de retraitement doivent être surveillées. Une telle surveillance5 consiste en particulier en une mesure des concentrations de particules et en un comptage granulométrique des particules par taille et masse avant et après chaque filtre. Ces mesures se font au moyen d'un appareil de mesure de la concentration de particules et au moyen d'un appareil de comptage granulométrique, chacun reliés tour à tour, ou en deux points de prélèvement, à la source de flux gazeux à étudier, au moyen de sondes de mesures. Dans le cas particulier des systèmes de comptage 1 o granulométrique, les appareils de mesure sont principalement adaptés à des concentrations faibles en particules et nécessitent des dispositifs de dilution, encore appelés diluteurs. Par exemple, un système de comptage granulométrique de particules connu, comportant un diluteur ayant plusieurs niveaux de 15 dilution, peut nécessiter un flux d'entrée de 281/min, ce qui n'est pas adapté à des flux faibles, ainsi qu'un apport d'air comprimé propre. L'apport d'air comprimé propre demande l'ajout au dispositif de mesure d'une source d'air comprimé extérieure pour procéder aux mesures, ce qui réduit la maniabilité et la portabilité du dispositif de mesure. 20 De plus, bien qu'ayant, grâce au diluteur, une sensibilité correspondant aux besoins, son coût et son encombrement n'en font pas l'outil idéal. Un deuxième exemple d'appareil de comptage granulométrique de particules, comprenant un diluteur, prélevant une 25 partie du flux à étudier et filtrant l'autre partie de façon à diluer le flux, permet d'obtenir un appareil de mesure maniable pour le comptage granulométrique. Un exemple d'un tel diluteur est divulgué par le document US 5332512. Cependant, dans une installation industrielle, certains des 3o points à mesurer sont situés sur des plateformes extérieures, d'accessibilité réduite. Il est donc utile pour l'industriel d'avoir à sa disposition un système plus maniable, réduisant l'encombrement et facilitant les mesures. Exposé de l'invention Un dispositif selon l'invention a pour but de faciliter les analyses de flux gazeux et de réduire l'encombrement des moyens de mesure. Pour y parvenir, l'invention propose de relier deux appareils de mesure sur une même sonde de mesure et d'effectuer les deux analyses simultanément. En particulier, l'invention propose de réaliser un dispositif qui comporte une prise de prélèvement iso-cinétique dans la sonde de mesure, ladite prise de prélèvement iso-cinétique comprenant un guide support pour un capillaire, qui prélève à une de ses extrémités un flux prélevé dans la sonde de mesure et qui est relié à l'autre de ses extrémités au dispositif de dilution, au niveau d'un point de dilution. Un tel dispositif de mesure permet de réduire l'encombrement des moyens d'analyse de flux gazeux, en particulier en permettant d'effectuer les deux mesures, dont le comptage granulométrique, simultanément et au moyen du branchement d'une seule sonde de mesure à la source de fluide. Par ailleurs, une telle prise de prélèvement permet un prélèvement iso-cinétique, tel que le flux prélevé, circulant dans le capillaire, ait la même vitesse que le flux circulant dans la sonde. Cela permet un prélèvement représentatif du flux à analyser.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention peuvent être considérées isolément ou en combinaison : - Le guide support peut comporter une tubulure traversant une paroi de la sonde de mesure et formant une portion coudée ayant une portion parallèle aux parois internes de la sonde de mesure. 4 - Le dispositif de dilution peut comporter un filtre absolu, placé entre une source de gaz de dilution et le point de dilution, en entrée de l'arrivée de gaz de dilution. - Le dispositif de dilution peut comporter un système d'absorption d'humidité placé en amont du filtre absolu. - Le dispositif de dilution peut être apte à diluer le flux prélevé d'un facteur 10 à 500. - Le dispositif de dilution peut comporter trois conduits de flux formant un T , une entrée de flux prélevé, une arrivée de gaz de dilution 1 o et une sortie de flux dilué. - La sonde de mesure peut être chauffée, notamment au niveau d'un premier point de prélèvement au niveau d'une canne coudée de la sonde de mesure, placée dans une source du flux gazeux et orientée de sorte à recevoir le flux gazeux. 15 - Le premier appareil de mesure peut être apte à mesurer la concentration massique des particules circulant dans le flux gazeux. - Le capillaire peut avoir un diamètre compris entre 0,1 mm et 2mm. 2 0 Brève description des figures La figure 1 représente schématiquement un mode particulier de réalisation d'un dispositif de mesure selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement la prise de prélèvement iso-cinétique du dispositif de mesure selon la figure 1. 25 La figure 3 représente schématiquement le dispositif de dilution du dispositif de mesure selon les figures 1 et 2. Exposé détaillé de modes de réalisation particuliers L'invention concerne un dispositif apte à effectuer deux types 30 de mesures, dont un comptage granulométrique des particules contenues dans un flux, à partir d'un seul prélèvement de fluide par une sonde de mesure. Un mode avantageux de réalisation de l'invention est illustré aux figures 1 à 3.

Sur la figure 1, un dispositif de mesure 1 suivant l'invention comprend un premier circuit d'amenée de flux gazeux, dite sonde de mesure 2 ou sonde, reliée d'un coté à un premier appareil de mesure 8 d'une première propriété d'un fluide, dit premier appareil de mesure, et de l'autre à une source 20 d'un flux gazeux F (figure 1). Le premier appareil 1 o de mesure 8 est, par exemple, un appareil de mesure d'indice pondéral, qui correspond à la concentration massique des particules. La sonde de mesure 2 est munie, de préférence, d'une canne coudée 21, ou buse, orientée dans la source 20 de sorte à recevoir le flux gazeux F à analyser. Avantageusement, la sonde 2 est chauffée, de telle sorte que 15 la température du flux d'air prélevé soit supérieure à la température ambiante. En général, la température de l'effluent est, en aval du système de chauffage, supérieure à 30°C. Préférentiellement, la sonde 2 est chauffée le plus en amont possible de l'appareil de mesure 8, au niveau d'un premier point de prélèvement P1, correspondant à un point de mesure 20 au niveau de la canne coudée 21 de la sonde de mesure 2. A titre d'exemple, la sonde de mesure 2 a un diamètre compris entre l mm et 2cm, préférentiellement compris entre 5mm et 1 cm, par exemple 8mm. Il est ainsi obtenu un débit, pour le flux 10 circulant dans la sonde de mesure 2 en direction du premier appareil de mesure 8, 25 compris entre 1I/min et 101/min, par exemple 2,2I/min pour une vitesse du flux comprise entre lm/sec et 50m/sec, par exemple 7m/sec. Avantageusement, le premier appareil de mesure 8 est un appareil de mesure de concentration en particules, par exemple du type Monitoring Instrument Environment (MIE). 30 Sur les figures 1 et 2, la sonde de mesure 2 comporte une prise de prélèvement iso-cinétique 4, dite prise de prélèvement, qui prélève un flux 11, dit flux prélevé, dans la sonde de mesure 2. Cette prise de prélèvement 4 est constituée d'un guide support 6, ou support coudé, qui traverse la paroi de la sonde 2 (figure 2). La partie du guide 6 à l'intérieur de la sonde 2 comprend au moins une portion coudée 61, comprenant la seule ouverture du guide support 6 à l'intérieur de la sonde 2, parallèle aux parois internes de la sonde 2. L'ouverture du guide support 6 dans la sonde 2 est dans la direction opposée à la direction du flux 10 circulant dans la sonde 2. Une telle structure permet d'obtenir un prélèvement isocinétique d'une partie du flux 10 circulant dans la sonde 2, le flux prélevé 11 étant ensuite conduit hors de la sonde 2 par l'intermédiaire du guide support 6. Comme représenté sur les figures 1 et 2, le prélèvement est effectué, plus particulièrement, par l'intermédiaire d'un capillaire 5, qui passe à l'intérieur du guide support 6 et qui est maintenu par lui. Le capillaire 5 comprend à une de ses extrémités la seule ouverture, comme indiqué ci-dessus, par laquelle le prélèvement du flux 10 est réalisé. Le capillaire 5 est avantageusement un conduit de flux extrêmement fin, par exemple avec un diamètre compris entre 0,01 mm et 2 mm, préférentiellement compris entre 0,1 mm et 2 mm, par exemple 0,5 mm. Sur les figures 1 et 2, le capillaire 5 est représenté schématiquement et volontairement de façon grossie pour des raisons de clarté. Un prélèvement iso-cinétique, au niveau du point de prélèvement 4, signifie que la vitesse de déplacement moyenne du flux prélevé 11, dans le capillaire 5, est sensiblement identique à la vitesse de déplacement moyenne du flux 10 circulant à l'intérieur de la sonde de mesure 2 (figure 2). En particulier, il n'y a pas d'aspiration provenant du capillaire 5, situé hors de la sonde 2. En effet, dans le cas où il y aurait une aspiration, les concentrations de chaque type de particules dans le flux prélevé 11, circulant dans le capillaire 5, ne seraient pas représentatives des concentrations présentes dans la sonde de mesure 2 ou dans la source 20 de flux gazeux F (figure 1).

Dans la sonde de mesure 2 et, plus particulièrement, dans le capillaire 5, les turbulences initiales sont entretenues de façon à maintenir les particules en suspension dans les flux 10 et 11 circulant respectivement dans ces conduites de fluide. Ceci est en particulier obtenu en choisissant des diamètres de la sonde de mesure 2 et du capillaire 5 suffisamment faibles par rapport au flux gazeux du flux prélevé 11, le diamètre intérieur de la sonde de mesure 2 devant être adapté, d'une façon générale, en fonction du diamètre du capillaire 5 et du débit d'air prélevé dans celui-ci. 1 o Par ailleurs, la circulation dans le capillaire 5 impose une perte de charge au flux prélevé 11, qui se traduit par une variation de la pression du flux prélevé 11 en fonction de la distance avec la prise de prélèvement iso-cinétique 4.

15 Comme représenté sur les figures 1 et 3, le capillaire 5 relie la prise de prélèvement iso-cinétique 4 et un second appareil de mesure, par exemple un appareil de comptage granulométrique 7. A titre d'exemple, la longueur du capillaire 5 peut varier entre 0,5m et 1 m, avantageusement 1 m. 20 Sur les figures 1 et 3, à l'autre extrémité du capillaire 5, du coté non relié à la prise de prélèvement 4, le capillaire 5 rejoint un dispositif de dilution 3, dit diluteur, relié à l'appareil de comptage granulométrique 7 de particules au niveau d'un deuxième point de prélèvement P2. L'appareil de comptage granulométrique 7 peut avantageusement comporter une 25 entrée pour le flux prélevé 11, un moyen de mesure, par exemple un moyen optique, et un moyen pour créer une aspiration de façon à diriger le flux devant le moyen de mesure. Avantageusement, le dispositif de dilution 3 comporte une entrée 32 pour un gaz de dilution gazeux, dite arrivée de gaz de dilution, 30 une entrée 31 pour le flux prélevé 11, dite entrée du flux prélevé, et une sortie 34 d'un flux dilué 100, dite sortie du diluteur (figure 3). Le capillaire 5 rentre dans le diluteur 3 par l'entrée 31 du flux prélevé 11 à analyser et 8 l'extrémité du capillaire 5 s'arrête à l'intérieur de la sortie 34 du diluteur 3, au niveau d'un point appelé point de dilution 35. Le diluteur 3 consiste, par exemple, en un ensemble de trois conduits de flux reliés en forme de T . Un gaz de dilution gazeux, préférentiellement l'air extérieur 12, entre par le pied 32 du T , traversant préférentiellement un filtre absolu 33, avant d'entrer en contact avec le flux prélevé 11. Le filtre absolu 33 est présent en entrée de l'arrivée de gaz de dilution, de façon à ce que le flux de gaz de dilution 12 ne contienne pas de particules susceptibles de fausser la mesure de l'appareil 1 o de comptage granulométrique des particules 7. En amont du filtre absolu 33, un système d'absorption d'humidité 36, par exemple du type silicagel, garantit un air de dilution parfaitement sec, c'est-à-dire un air sans humidité, de telle sorte que le comptage particulaire ne soit pas faussé par l'humidité. 15 Avantageusement, le flux prélevé 11 entre par un des côtés de la barre transversale du T et rencontre le flux de gaz de dilution 12 au point de dilution 35, entre l'entrée du flux prélevé 31 et la sortie 34 du diluteur 3. Le flux prélevé 11 est alors dilué dans le gaz de dilution 12 et forme un flux dilué 100, de flux égal à la somme du flux du gaz de dilution 20 12 et du flux prélevé 11, de concentration en particules égale à la concentration dans le flux prélevé, multipliée par le rapport entre le flux prélevé 11 et le flux dilué 100. Celui-ci sort alors du diluteur 3 par la sortie 34 de la barre transversale du T , dite sortie de flux dilué 100, opposée au côté 31 par lequel entre le flux prélevé 11 et reliée à l'appareil de 25 comptage granulométrique de particules 7 (figure 1). Un tel dispositif de dilution 3 permet ainsi d'ajuster le taux de dilution en fonction de la pression du flux prélevé 11 à l'entrée 31 de flux prélevé dans le dispositif de dilution 3 et de l'aspiration à la sortie du dispositif de dilution 3. Par ailleurs, un tel dispositif de dilution 3 est apte à 30 diluer le flux prélevé 11 d'un facteur 10 à 500. Préférentiellement, une aspiration en sortie du T est produite par l'appareil de comptage granulométrique 7 et elle est avantageusement constante dans le temps. Ainsi, le taux de dilution du diluteur 3 est ajustable en contrôlant la perte de charge dans le capillaire 5 et donc la pression d'entrée du flux prélevé 11 dans le diluteur 3. Une telle configuration en T du dispositif de dilution 3 a notamment pour effet d'éviter une perte des particules prélevées et de maintenir la laminarité de l'ensemble des flux d'air jusqu'à leur entrée dans l'appareil de comptage granulométrique 7. Il y a, de plus, préférentiellement une aspiration au niveau de la sortie 34 du flux dilué 100 produite par l'appareil de mesure 7. Ainsi, le 1 o diluteur 3 en T mélange le flux prélevé 11 avec une quantité de gaz de dilution 12 déterminée par la pression du flux prélevé 11 dans la conduite d'acheminement et de l'aspiration produite par l'appareil de comptage granulométrique 7.

15 Un tel dispositif de mesure 1, comme décrit ci-dessus en référence aux figures 1 à 3, permet donc de réduire l'encombrement des moyens d'analyse de flux gazeux, en particulier en permettant d'effectuer les deux mesures, dont le comptage granulométrique, simultanément et au moyen du branchement d'une seule sonde de mesure à la source de 20 fluide. Par ailleurs, le capillaire 5 utilisé ayant une dimension faible devant la sonde 2 et surtout faible devant le flux F de fluide, le capillaire 5 ne perturbe pas le flux dans la sonde et permet de maintenir les particules en suspension dans le flux prélevé, qui circule dans la conduite 25 d'acheminement et de conserver les turbulences. L'utilisation d'un tel dispositif de mesure 1 permet d'analyser des flux ayant une haute concentration particulaire en utilisant un appareil de comptage granulométrique de faible encombrement et de faible masse, demandant un faible débit d'entrée du flux à analyser, les appareils 30 correspondant à ces critères étant généralement adaptés à des comptages de particules dans des flux de faible concentration.

Par ailleurs, la quantité de gaz de dilution 12 mélangée au flux prélevé 11 dans le dispositif de dilution 3, et donc le taux de dilution, dépend donc de : - l'aspiration produite par l'appareil de comptage granulométrique, - du flux maximal d'arrivée de gaz de dilution, dépendant de la perte de charge induite par la présence du filtre absolu et du système d'absorption d'humidité, - du flux prélevé entrant dans le diluteur, dépendant de la perte de charge dans la conduite d'acheminement et de la vitesse du flux dans la sonde.

Un tel dispositif de dilution permet donc de diminuer l'encombrement des moyens mis en oeuvre pour un comptage granulométrique des particules, en permettant de s'affranchir d'une source d'air sous pression. De même, le dispositif de dilution permet de ne prélever, pour le comptage granulométrique, qu'une faible quantité du flux à analyser. Par rapport à un système de dilution de l'état de la technique comme décrit ci-dessus, cela permet de gagner encore en encombrement. En effet, le système décrit dans la demande de brevet US 5 332 512, n'utilise que des flux provenant du flux prélevé. La dilution est alors obtenue en séparant le flux prélevé en deux parties inégales, en filtrant l'une des parties du flux et en recombinant la partie filtrée avec la partie non filtrée. Dans ce cas là, pour obtenir une dilution et un débit équivalent à ceux obtenus par un diluteur proposé par la présente invention, le diluteur selon la demande de brevet US 5 332 512 nécessite d'acheminer un flux prélevé beaucoup plus important. Cela induit des complications pour effectuer les deux mesures simultanément sur une même sonde de mesure. L'usage d'un diluteur selon l'invention permet ainsi de ne prélever qu'un faible flux pour le comptage granulométrique des particules et permet donc de gagner fortement en encombrement et en facilité d'installation du dispositif de mesure selon l'invention. 11 L'invention n'est pas limitée aux différents modes de réalisation décrits ci-dessus. Notamment, la longueur du capillaire 5 est optimisée en fonction de la perte de charge voulue et plus particulièrement de la dilution voulue. Le premier appareil de mesure peut être avantageusement un appareil de mesure de la concentration massique des particules contenues dans le flux gazeux ou peut encore être un système de mesure d'indice pondéral ou un appareil de mesure pour une autre propriété d'un flux gazeux.

Dans une variante de réalisation (non représentée) d'un dispositif de mesure selon l'invention, celui-ci peut comprendre un unique appareil de mesure, comprenant deux entrées, l'une reliée à la sonde de prélèvement, pour mesurer la concentration de particules ou pour analyser une autre propriété d'un fluide, l'autre reliée à ladite sonde 2 par l'intermédiaire d'un éventuel diluteur 3 et d'un capillaire 5 selon l'invention, pour effectuer un comptage granulométrique des particules. Cet appareil double peut, par exemple, être obtenu en fixant ensemble deux appareils de mesure initialement indépendants.20

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure (1) d'une première propriété d'un flux gazeux (F), ainsi que du comptage granulométrique des particules contenues dans ce flux gazeux (F), comprenant : - un premier appareil de mesure (8) de ladite première propriété du flux gazeux (F), - un second appareil de mesure (7) de comptage granulométrique des particules, - une sonde de mesure (2), acheminant une partie (10) du flux gazeux (F) vers le premier appareil de mesure (8), et - un dispositif de dilution (3), relié à l'entrée du second appareil de mesure (7), dispositif de mesure caractérisé en ce qu'il comporte une prise de prélèvement iso-cinétique (4) dans la sonde de mesure (2), ladite prise de prélèvement iso-cinétique (4) comprenant un guide support (6) pour un capillaire (5), qui prélève à une de ses extrémités un flux prélevé (11) dans la sonde de mesure (2) et qui est relié à l'autre de ses extrémités au dispositif de dilution (3), au niveau d'un point de dilution (35).
2. 2. Dispositif de mesure selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit guide support (6) comporte une tubulure traversant une paroi de la sonde de mesure (2) et formant une portion coudée (61) ayant une portion parallèle aux parois internes de la sonde de mesure (2).
3. 3. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif de dilution (3) comporte un filtre absolu (33), placé entre une source de gaz de dilution (12) et le point de dilution (35), en entrée (32) de l'arrivée de gaz de dilution (12). 13
4. 4. Dispositif de mesure selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif de dilution (3) comporte un système d'absorption d'humidité (36) placé en amont du filtre absolu (33).
5. 5. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de dilution (3) est apte à diluer le flux prélevé (11) d'un facteur 10 à 500.
6. 6. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de dilution (3) comporte trois conduits de flux formant un T , une entrée (31) de flux gazeux prélevé (11), une arrivée (32) de gaz de dilution (12) et une sortie (34) de flux dilué (100).
7. 7. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sonde de mesure (2) est chauffée au niveau d'un premier point (P1) de prélèvement au niveau d'une canne coudée (21) de la sonde de mesure (2), placée dans une source (20) du flux gazeux (F) et orientée de sorte à recevoir le flux gazeux (F).
8. 8. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le premier appareil de mesure (8) est apte à mesurer la concentration massique des particules circulant dans le flux gazeux (F).
9. 9. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le capillaire (5) a un diamètre compris entre 0,1 mm et 2mm.30