Procédé pour l'introduction de doses d'un fluide dans un autre fluide,
et dispositif pour sa mise en oeuvre
La présente invention comprend un procédé pour l'introduction de doses d'un fluide dans un autre fluide à des instants déterminés, et un dispositif doseur de fluides pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On a souvent besoin, dans l'industrie, de mêler à un gaz ou à un liquide, des doses bien déterminées d'un ou de plusieurs autres fluides ; il est nécessaire, dans beaucoup de cas, d'effectuer ces adjonctions de manière répétée, voire périodique. Un problème particulier se pose lorsque les introductions des doses adéquates doivent avoir lieu à des instants déterminés ; il en est ainsi dans certaines analyses, notamment dans celles où l'échantillon à étudier est entraîné par un courant de fluide vecteur, dans lequel il faut introduire, aux moments des analyses, la quantité convenable d'échantillon.
Le procédé que comprend l'invention est caractérisé en ce qu'on branche en série, momentanément et de façon étanche, dans le circuit du fluide à introduire, un volume jusqu'à son remplissage complet avec ce fluide, et on branche ensuite le même volume dans un circuit de fluide récepteur.
Le dispositif doseur pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé par un corps fixe, muni d'au moins un groupe de canalisations formant le circuit du fluide récepteur et au moins un groupe de canalisations formant le circuit du fluide à introduire, un organe mobile pourvu d'au moins une voie de passage susceptible d'être branchée dans les canalisations, et des moyens pour changer la position de l'organe mobile par rapport au corps fixe de façon à brancher certaines des voies de passage dans certaines des canalisations.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du dispositif objet de l'invention, une variante et des schémas explicatifs.
Les fig. 1 et 2 sont des coupes schématiques illustrant le fonctionnement de ces formes d'exécution.
La fig. 3 est une coupe de la première forme d'exécution, suivant A-B de la fig. 5.
La fig. 4 est une vue de dessus correspondant à la fig. 3.
La fig. 5 est une coupe suivant CD de la fig. 3.
La fig. 6 est une vue à plus grande échelle d'un organe mobile représenté à la fig. 5.
Les fig. 7 et 8 sont des schémas illustrant le fonctionnement de la forme d'exécution selon les fig. 3 à 6.
La fig. 9 est une coupe de la variante correspondant à la fig. 3, et
les fig. 10 et 11 sont respectivement une coupe et une vue latérale de la seconde forme d'exécution.
Sur la fig. 1 on voit une disposition très schématique, destinée à montrer de façon simplifiée le principe du dispositif qui va être décrit. Un corps fixe 100 d'un dispositif en forme de robinet est traversé par une canalisation 102 offerte au parcours d'un fluide récepteur, ainsi que par une canalisation 103 pour un fluide d'introduction. Dans le corps fixe 100 est ajusté avec étanchéité un organe mobile 101, capable de tourner, comme la carotte d'un robinet tourne dans le corps de celui-ci.
L'organe mobile 101 comprend deux voies de passage, 104 et 105, à un écartement tel qu'elles puissent venir se brancher, simultanément, chacune dans une des canalisations 102 et 103. Ces voies de passage présentent un volume bien déterminé dit volume calibré. Le dessin représente des renflements 106 et 107, respectivement sur les voies 104 et 105 leur importance dépend de la grandeur du volume calibré dont on a besoin. Bien entendu, ces renflements ne sont pas nécessaires, lorsqu'il est possible d'obtenir le volume désiré par le choix approprié du diamètre des voies 104 et 105.
Dans la position de la fig. 1 le fluide récepteur, par exemple un gaz vecteur, parcourt la canalisation 102 et la voie 104; un fluide d'introduction, par exemple un gaz ou un liquide à analyser, remplit la canalisation 103 et la voie 105. I1 suffit de tourner l'organe mobile 101 de 1800 autour de son axe, pour brancher la voie 105 dans la canalisation 102, à la place de la voie 104. Cette nouvelle position est représentée sur la fig. 2: elle correspond à l'introduction de la dose 105-107 de fluide provenant de la canalisation 103 au sein du fluide parcourant la canalisation 102.
Lorsque la voie 104, dans sa nouvelle position de la fig. 2, s'est, à son tour, remplie de fluide d'introduction, on peut à nouveau tourner l'organe 101 de 1800, et le volume calibré 104-106 se retrouve dans la canalisation 102, introduisant ainsi une nouvelle dose dans le fluide récepteur, et ainsi de suite.
Dans cette forme d'exécution schématisée les voies 104 et 105 se raccordent axialement aux canalisations respectives 102 et 103. On a représenté le cas de deux canalisations seulement et de deux voies de passage, mais le dispositif peut cependant être réalisé avec un nombre Iplus grand de circuits non obligatoirement parallèles. On peut par exemple avoir deux ou trois circuits de différents fluides d'introduction à branches successivement dans le circuit du fluide vecteur, ou inversement. Dans ce cas le robinet 100, 101 comporte plus de deux voies, dont certaines peuvent d'ailleurs comporter des dérivations ou/et des déviations.
Dans la forme d'exécution représentée sur les fig.
3 à 6, le robinet doseur comprend un corps fixe 1 dans ce corps sont ménagés des conduits d'arrivée et de retour, d'une part pour le fluide à étudier, et d'autre part pour un fluide récepteur ou vecteur dans lequel on veut introduire au moins un échantillon du fluide à étudier.
Le robinet comprend un conduit 2 d'arrivée du fluide à étudier, un conduit 3 de sortie de ce fluide, un conduit 6 d'arrivée du fluide vecteur, par exemple un gaz, et un conduit 7 de sortie de ce dernier.
L'une des extrémités de chacun des conduits 2, 3 4, 5, 6, 7 débouche sur une même face 8 du corps 1 du robinet, face 8 avec laquelle coopère un organe mobile tel qu'un disque distributeur 9.
Ce disque distributeur 9, dont la tenue contre la face 8 du corps 1 est assurée par son axe de rotation 10 et un ensemble de rondelles élastiques 11, a pour rôle de commuter à volonté les circuits correspondant aux conduits définis plus haut.
Dans ce but, le disque 9 est pourvu, sur sa face en contact avec la face 8 du corps 1, d'orifices borgnes 92, 93, 94 et 95 représentés sur la fig. 6.
Pour comprendre le fonctionnement du robinet des fig. 3 à 6, il convient de se reporter aux schémas des fig. 7 et 8.
Les fig. 3, 4, 5, 7 et 8 montrent qu'à chaque conduit 2 à 7 correspond un raccord 12 à 17 disposé à la périphérie du corps du robinet; chacun de ces raccords est, par l'intermédiaire du conduit correspondant, en liaison directe avec l'extrémité du conduit débouchant sur la face 8 du corps 1 du robinet.
A l'intérieur du corps 1 du robinet il y a donc, comme montré sur les schémas des fig. 7 et 8, communication directe entre 2 et 12, 3 et 13, 4 et 14, 5 et 15, 6 et 16, 7 et 17.
Sur les fig. 7 et 8 le repère 91 représente un volume calibré relié aux raccords de sortie 14 et 15.
Le schéma de la fig. 7 représente le disque 9 (supposé translucide) dans sa position extrême, suivant la flèche f' sur la fig. 6. Dans cette position les orifices borgnes 92, 93, 94 du disque 9 sont disposés de façon à établir la communication entre respectivement 6 et 7 ; 2 et 4; 3 et 5, tandis que 95 ne communique avec rien.
Les circuits de fluides, correspondant à cette première position, sont donc: - gaz vecteur: arrivée en 16, sortie en 17 en pas
sant par 16, 6, 7, 17; - fluide à étudier: arrivée en 12, sortie en 13 en
passant par le circuit 12, 2, 4, 14, 91, 15, 5, 3, 13
qui comprend le volume calibré 91.
Si l'on fait tourner le disque 9 en sens opposé, suivant la flèche f" de la fig. 6, jusqu'à la nouvelle position extrême, on arrive à la disposition de la fig. 8. A ce moment l'orifice borgne 92 ne relie plus rien, 93 met en communication 4 avec 6, au lieu de 4 avec 2 précédemment, 94 raccorde 5 à 7, tandis que 95 relie 2 à 3. Par le jeu de ces nouvelles communications, le volume calibré 91 se trouve cette fois-ci dans le circuit du gaz vecteur 16, 6, 4, 14, 91, 15, 5, 7, 17. Ainsi, la quantité désirée de fluide à étudier, qui dans la position de la fig. 7 remplissait la capacité 91, est à présent entraînée par le gaz vecteur.
Au cas où le volume des canalisations 4 et 5 suffit pour réaliser le volume calibré d'échantillon de fluide à étudier, l'emploi du volume 91 peut être supprimé par l'établissement d'une liaison directe entre les raccords 14 et 15.
Le dispositif de commande du disque 9 comprend un piston 18 se déplaçant dans un alésage 97 du corps 1 du robinet, piston relié mécaniquement au disque 9 par un axe d'entraînement 19 dont l'extrémité pénètre dans une boutonnière 96 ménagée dans ledit disque (fig. 5 et 6).
Ce piston 18, dont les têtes sont pourvues de joints d'étanchéité 20, peut se déplacer longitudinalement dans l'alésage 97 du corps du robinet sous l'effet de deux électrovannes 23 et 24 montrées schématiquement sur la fig. 3. Ce déplacement peut éven tuellement être réalisé à l'aide d'une électrovanne et d'une alimentation continue en gaz comprimé, comme montré en variante sur la fig. 9.
Dans le premier cas, l'alésage 97 est relié à chacune de ses extrémités par des raccords 21 et 22 à deux électrovannes 23 et 24.
Dans la première position, l'électrovanne 23 introduit, par 21, du gaz comprimé, par exemple de l'air jusqu'à 5 kg de pression. Le piston 18 est ainsi poussé dans la position indiquée sur la fig. 3, tandis que l'électrovanne 24 n'introduit pas d'air et met un raccord de sortie 22 en communication avec l'atmosphère. Dans la deuxième position, l'électrovanne 24 introduit l'air comprimé par le raccord 22, tandis que l'électrovanne 23 met un raccord de sortie 21 en communication avec l'atmosphère: le piston 18 est alors chassé à l'autre extrémité de son logement.
L'étanchéité est assurée par les bagues d'étanchéité 20 montées en joint flottant.
L'axe d'entraînement 19 se déplace en même temps que le piston 18 et fait tourner le disque de façon à l'amener dans sa seconde position, par exemple à 600 par rapport à la première.
Ce montage est recommandable lorsque le gaz vecteur est à une pression importante qui nécessite un serrage assez fort du disque 9 sur le corps 1 par l'intermédiaire d'un écrou 25, monté sur l'axe 10, ce qui introduit des frottements.
Dans la variante de la fig. 9 une électrovanne 25 coopère avec le raccord 21, à l'une des extrémités de l'alésage 97, alors que l'autre extrémité dudit alésage est reliée à une alimentation continue de gaz comprimé, au moyen d'un conduit 26 débouchant dans l'alésage 97 et d'un raccord 27. Pour pouvoir utiliser, pour les deux faces du piston, la même source d'air comprimé, il convient de diminuer la surface d'application de la pression du côté de l'alimentation continue. Dans ce but le piston 18 est pourvu, à son extrémité opposée à l'électrovanne, d'une tige rallonge 28 permettant aussi sa manipulation manuelle.
Lorsque l'air comprimé est introduit en 21 par l'électrovanne 25, la pression des deux côtés du piston est la même. Mais les surfaces d'application de ces deux pressions sont différentes. Le piston 18 est chassé vers la position de droite (fig. 9).
Dans la deuxième position, l'électrovanne 25 met 21 à l'atmosphère: dans ce cas l'air comprimé, arrivant en 27, renvoie le piston sur la gauche.
Le robinet doseur représenté sur les fig. 3 à 5 ainsi que sa variante de la fig. 9 peuvent être également pourvus de moyens de chauffage destinés à maintenir la température du robinet au-dessus de la température de vaporisation du fluide contenu dans le volume calibré. Dans ce but l'on ménage dans le corps 1 du robinet un logement 29 (fig. 5) dans lequel peut être introduite une résistance chauffante.
Le robinet décrit ci-dessus est notamment destiné, quoique non exclusivement, à l'introduction du gaz à étudier dans un gaz vecteur. Une seconde forme d'exécution du robinet qui va être décrite est destinée plus spécialement à l'introduction d'un liquide dans un circuit de gaz vecteur.
Dans cette seconde forme d'exécution illustrée par les fig. 10 et 11, le robinet comprend un corps 30 a, b, c pourvu d'un alésage longitudinal 30d dans lequel prend place un axe 31 pourvu, au voisinage de son extrémité, d'un alésage transversal 31a. L'axe 31 est mobile à l'intérieur de l'alésage 30d, entre deux positions limites, sous l'effet des déplacements d'un piston 32 coulissant dans l'alésage 30d et solidaire de l'axe 31.
La commande des déplacements du piston 32 est anaiogue à celle déjà décrite à propos du premier robinet, à savoir: deux électrovannes reliées respectivement par des raccords 33 et 34 avec l'alésage 30d du corps du robinet; ou bien une électrovanne et une alimentation continue d'air comprimé connectées aux mêmes raccordements.
Le corps 30 du robinet est également pourvu de deux chambres 35 et 36 définissant, avec l'axe 31, deux chambres annulaires: ces chambres sont situées dans le corps du robinet de façon que l'alésage transversal 31 a débouche dans chacune d'entre elles à chacune de ses positions limites. La chambre 35 est parcourue par le fluide à étudier entrant en 37 et sortant en 38, alors que la chambre 36 est parcourue par le fluide vecteur dont l'entrée est 39, et la sortie en 40.
Dans la position initiale du piston (non représentée), l'alésage transversal 31a se trouve dans la chambre 35 de circulation du fluide à étudier; il se remplit de liquide arrivant par 37 et partant par 38.
Dans la seconde position du piston (fig. 10), l'alé- sage transversal 31a est amené dans la chambre 36 dite chambre de vaporisation, dans laquelle la température est maintenue très élevée au moyen de résistances chauffantes, disposées au voisinage de cette chambre 36, à l'intérieur du corps du robinet. Le liquide contenu dans l'alésage 31a est alors vaporisé et entraîné par le gaz vecteur vers une colonne, ou vers tout autre appareil d'analyse, reliée à un raccord 40. On voit que, dans cette forme d'exécution, le volume calibré pour la prise d'échantillon est constitué par l'alésage transversal 31 a.
Le corps du robinet est réalisé en trois éléments 30a, 30b et 30c, disposés à la suite les uns des autres, et assemblés entre eux ; des moyens d'isolation thermique et d'étanchéité 41, 42 sont notamment prévus entre l'élément 30a portant la chambre de vaporisation 36 et l'élément 30b portant la chambre de circulation 35. Il est bien évident en effet qu'entre la chambre de circulation 35 et la chambre de vaporisation 36 il doit y avoir une bonne isolation thermique, afin que la première de ces chambres reste froide, pour éviter une vaporisation prématurée: une bonne étanchéité entre les deux chambres doit éviter des fuites de liquide vers le circuit du gaz vecteur, qui fausseraient l'analyse.
Le procédé et le dispositif décrits conviennent ainsi à des applications industrielles très variées, et particulièrement à l'analyse chimique ou physique de gaz, vapeurs ou liquides. Ils présentent l'avantage de donner des résultats remarquables dans la prise d'échantillons pour l'analyse chromatographique en phase gazeuse; un autre avantage est de permettre une opération entièrement automatique à fréquence d'introduction aisément réglable. Enfin, ils rendent possibIes ces introductions l ? our des fluides en mou- vement.
REVENDICATIONS
I. Procédé pour l'introduction de doses d'un fluide dans un autre fluide, à des instants déterminés, caractérisé en ce qu'on branche en série, momentanément et de façon étanche, dans le circuit du fluide à introduire, un volume jusqu'à son remplissage complet avec ce fluide, et on branche ensuite le même volume dans un circuit de fluide récepteur.