CH702326B1 - Procédé d'étalonnage d'un système de mesure et de surveillance d'émissions polluantes utilisant un laser dans le spectre infrarouge moyen. - Google Patents
Procédé d'étalonnage d'un système de mesure et de surveillance d'émissions polluantes utilisant un laser dans le spectre infrarouge moyen. Download PDFInfo
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Abstract
L’invention a pour objet un procédé d’étalonnage d’un système (10) qui détecte la présence d’un composant polluant dans des gaz d’échappement (14). La cellule de mesure d’une sonde (20) peut être isolée soit par le mouvement de la sonde entière, soit par bouclier de la sonde de gaz d’échappement pour permettre à un gaz de référence d’être détecté par un faisceau laser dans l’infrarouge moyen dans la cellule de mesure pour étalonner le système. Dans un autre exemple, une source laser est placée sur un côté d’un passage d’échappement et un détecteur est placé sur l’autre côté. Une cellule de référence est prévue et est utilisée pour recevoir du gaz de référence et étalonner le système. Dans encore un autre exemple, le gaz d’échappement est extrait du passage et est mesuré dans une cellule de référence. La cellule de référence est également remplie de gaz de référence lorsque l’on souhaite étalonner le système.
Description
[0001] La présente demande se réfère de manière générale à des systèmes pour détecter la présence d’un composant polluant dans des gaz d’échappement et porte spécifiquement sur l’utilisation d’un laser.
[0002] Les sources d’émissions produisent des gaz d’échappement qui peuvent contenir un ou plusieurs polluants. Dans certaines circonstances, il peut être avantageux de contrôler le produit polluant libéré dans l’environnement. Afin de contrôler les polluants, la quantité de polluant contenue dans des gaz d’échappement est surveillée.
[0003] En général, les conditions à l’intérieur ou à proximité d’un passage d’échappement peuvent être néfastes et/ou sévères. Par exemple, des températures élevées peuvent être présentes. Comme autre exemple, des agents corrosifs peuvent être présents dans les gaz d’échappement.
[0004] Conformément à un aspect, la présente invention fournit un procédé d’étalonnage d’un système qui détecte la présence d’un composant polluant dans gaz d’échappement à l’intérieur d’un passage d’échappement. Le système comprend une sonde avec une cellule de mesure pour la mesure in-situ des gaz d’échappement, la sonde fonctionnant pour détecter le composant polluant du gaz d’échappement. La sonde comprend un laser qui émet un faisceau dans le spectre infrarouge moyen. Le système comprend en outre un détecteur. Une étape du procédé consiste à isoler la cellule de mesure de la sonde des gaz d’échappement du passage d’échappement et à fournir une source d’un gaz de référence qui est transporté vers la cellule de mesure. Une autre étape du procédé consiste à faire fonctionner le laser de la sonde avec le faisceau dirigé vers la cellule de mesure qui inclut le gaz de référence, de telle façon que le faisceau interagisse avec le gaz de référence. Le procédé prévoit en outre la réception au détecteur d’au moins un constituant du faisceau laser suite à l’interaction du faisceau avec le gaz de référence et de déterminer une précision et un étalonnage du système à partir d’un ou de plusieurs constituants du gaz de référence.
[0005] Selon un autre aspect, l’invention fournit un procédé d’étalonnage d’un système qui détecte la présence d’un composant polluant d’un gaz d’échappement dans un passage d’échappement sans retirer le gaz d’échappement du système. Le système comprend un laser qui émet un faisceau dans le milieu de gamme de l’infrarouge à partir d’un premier côté du passage d’échappement et un premier détecteur sur un second côté du passage d’échappement pour recevoir le faisceau au cours d’une mesure de la présence d’un composant polluant dans le gaz d’échappement. Une étape du procédé consiste à remplir une cellule de référence à couplage fermé disposée sur le premier côté du passage d’échappement avec un gaz de référence lors d’un étalonnage du système. La source laser est activée pour faire interagir le faisceau du laser avec le gaz de référence durant l’étalonnage du système. Le procédé permet en outre de déterminer l’exactitude et l’étalonnage du système à partir d’un ou plusieurs constituants laser du gaz de référence.
[0006] Selon un autre aspect, la présente invention fournit un procédé d’étalonnage d’un système qui détecte la présence d’un composant polluant d’un gaz d’échappement dans un passage d’échappement dans lequel le passage d’échappement comprend une portion d’extraction du gaz d’échappement. Le système comprend une cellule de référence à couplage fermé pour mesurer la présence du composant polluant dans le gaz d’échappement, ladite cellule de référence à couplage fermé étant située sur un premier côté du passage d’échappement, un laser qui émet un faisceau dans le milieu de gamme de l’infrarouge à partir d’une première partie de la cellule de référence à couplage fermé et un détecteur sur une seconde partie de la cellule de référence à couplage fermé pour recevoir le faisceau du laser. Le procédé inclut le transport du gaz d’échappement depuis la portion d’extraction vers la cellule de référence à couplage fermé. Le procédé prévoit également de remplir la cellule de référence à couplage fermé avec un gaz de référence pour étalonner le système. Le procédé comprend en outre la mise en fonction du laser pour interagir avec le gaz de référence, la réception au niveau du détecteur dans la cellule de référence à couplage fermé du faisceau laser suite à l’interaction du faisceau avec le gaz de référence, et la détermination de la précision et l’étalonnage du système à partir d’un ou de plusieurs constituants du gaz de référence.
[0007] Ce qui précède et d’autres aspects de la présente demande apparaîtront clairement à l’homme de l’art auquel la présente demande se rapporte, à la lecture de la description qui suit en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
<tb>la fig. 1<SEP>est une représentation schématique d’un exemple de système associé à un passage d’échappement, avec le système utilisant un procédé conforme à l’invention;
<tb>la fig. 2<SEP>est une représentation schématique d’une sonde du système exemple représenté à la fig. 1 et avec une partie de la sonde déplacée pour permettre l’accès à l’intérieur du passage et des parties de la sonde qui y sont afin de maintenir ou d’ajuster l’équipement;
<tb>la fig. 3<SEP>est une représentation schématique d’un système de mesure d’un composant polluant d’un gaz d’échappement et configuré pour effectuer un étalonnage du système dans lequel une sonde est en position de mesure et de détection de la pollution dans le gaz d’échappement;
<tb>la fig. 4<SEP>est une représentation schématique du système de la fig. 3 avec la sonde dans une position où une cellule de mesure est isolée du gaz d’échappement pour permettre à l’étalonnage du système de se réaliser;
<tb>la fig. 5<SEP>est une représentation schématique d’un système de mesure d’un composant polluant d’un gaz d’échappement et configuré pour effectuer un étalonnage du système dans lequel une sonde comprend un bouclier interne et où le bouclier interne est dans une position qui permet de mesurer et de détecter la pollution dans le gaz d’échappement;
<tb>la fig. 6<SEP>est une représentation schématique du système de la fig. 5 avec le bouclier interne étant placé dans une position qui isole une cellule de mesure de la sonde du gaz d’échappement pour permettre à l’étalonnage du système de se réaliser;
<tb>la fig. 7<SEP>est une illustration d’un exemple de source de gaz de référence;
<tb>la fig. 8<SEP>est une représentation schématique d’un système de mesure d’un composant polluant d’un gaz d’échappement à travers un passage d’échappement en utilisant une source laser sur un côté du passage d’échappement et un détecteur sur un second côté du passage d’échappement;
<tb>la fig. 9<SEP>est une représentation schématique du système de la fig. 8 montrant un étalonnage du système où le détecteur reçoit une mesure d’étalonnage à partir d’une cellule de référence qui détecte du gaz de référence;
<tb>la fig. 10<SEP>est une représentation schématique du système de la fig. 8 montrant un étalonnage alternatif du système où le détecteur reçoit une mesure d’étalonnage d’un deuxième détecteur dans une cellule de référence qui détecte du gaz de référence; et
<tb>la fig. 11<SEP>est une illustration schématique d’un système de mesure d’un composant polluant d’un gaz d’échappement à travers un passage d’échappement qui extrait les gaz d’échappement d’un côté du passage d’échappement et utilise une cellule de référence pour détecter la pollution dans le gaz d’échappement et pour étalonner le système dans lequel du gaz de référence peut être transporté vers la cellule de référence.
[0008] Des exemples de réalisation qui intègrent un ou plusieurs aspects de la présente invention objet de cette demande sont décrits et illustrés dans les dessins. Ces exemples illustrés ne sont pas destinés à être interprétés comme une limitation de la présente demande. Par exemple, un ou plusieurs aspects de la présente demande peuvent être utilisés dans d’autres modes de réalisation et même dans d’autres types de dispositifs. Par ailleurs, certains termes sont utilisés ici pour plus de commodité seulement et ne doivent pas être considérés comme une limitation de la présente demande. De plus, dans les dessins, les mêmes numéros de référence sont utilisés pour désigner les mêmes éléments.
[0009] En référence à l’exemple illustré à la fig. 1 , un exemple d’un système 10 en conformité avec au moins un aspect de l’invention est représenté. Le système 10 est représenté en association avec un passage d’échappement 12. Dans l’exemple illustré, le passage d’échappement 12 comprend un conduit ou une cheminée d’échappement 12A (seulement partiellement représenté et schématisé). Il est à noter que le passage d’échappement 12 peut comprendre un ou plusieurs composants et/ou des structures qui dirigent l’échappement. Ces composants et/ou structures peuvent inclure des portions d’une chambre de combustion, comme une chambre de combustion d’une chaudière, et/ou des composants/structures qui sont situés entre la chambre de combustion et la cheminée 12A. En outre, le passage d’échappement peut comporter une portion pour l’extraction. Ces composants/structures, y compris une portion possible pour l’extraction, sont collectivement et individuellement, représentés par le passage d’échappement 12, l’expression «passage d’échappement» à titre collectif ou individuel se référant aux composants/structures, y compris la portion possible pour l’extraction.
[0010] En ce référant à l’exemple représenté, le passage d’échappement 12 est associé à une industrie. L’industrie concernée peut être n’importe laquelle parmi une grande variété d’industries, telles que celles relatives aux procédés de fabrication ou similaires.
L’industrie cause une création de gaz d’échappement 14 (schématiquement représenté par une flèche dans le passage d’échappement 12) qui se déplacent le long (par exemple, dans l’exemple représenté) du passage d’échappement. Comme on le comprendra, les conditions dans le passage d’échappement 12 peuvent être défavorables. Des exemples de conditions défavorables sont notamment une chaleur excessive et/ou la corrosivité.
[0011] Il est possible que l’un ou plusieurs polluants 16 (représentés schématiquement comme seulement un point dans les gaz 14) soient présents dans les gaz d’échappement. Certains exemples possibles de polluants sont NO, NO2, CO, CO2, SO2, NH3, H2S, et CH4. Bien entendu, une telle liste d’exemples ne doit pas être interprétée limitativement. En outre, il est possible que certains traitements des gaz d’échappement se produisent le long du passage d’échappement 12. Un tel traitement peut avoir lieu avant que les gaz d’échappement n’entrent dans la cheminée d’échappement 12A du passage d’échappement 12, tandis que les gaz se déplacent le long de la cheminée et/ou à/ou à proximité de la cheminée d’échappement. Des exemples d’un tel traitement incluent le filtrage, le nettoyage, et après la combustion du brûleur. La raison d’un tel traitement des gaz d’échappement peut être de limiter la quantité de polluant (s) 16 qui a fini par passer à l’environnement par le passage d’échappement 12.
[0012] Dans le système 10, la présence d’un composant polluant dans les gaz d’échappement est indicative qu’au moins un polluant 16 est détecté. Il est à remarquer que la détection doit être interprété au sens large pour inclure la détection simple indépendamment de la quantité et/ou de la détection de la quantité par toute mesure comparative. Des exemples de mesures comparatives incluent le pourcentage de la composition globale des gaz d’échappement, la présence d’une quantité mesurée au-dessus d’un seuil, etc. Bien entendu la détection peut simplement consister en la détermination d’une présence.
[0013] En référence à l’exemple illustré, le système 10 comporte une sonde 20 qui se trouve sur le passage d’échappement 12 (par exemple, in-situ dans la cheminée du passage, mais seulement à titre d’exemple), un contrôleur de sonde 22 qui est relié 24 en opération à la sonde, et un contrôleur à logique programmable 26 avec un terminal d’interface opérateur 28 qui est relié opérationnellement 30 au contrôleur de la sonde. Le contrôleur 22 de la sonde est situé relativement près de la sonde ou du passage d’échappement ou alternativement à un emplacement distant (tel que par exemple, une salle de contrôle ou un abri convenable). En outre, l’automate à logique programmable 26 est situé à un endroit approprié. Des exemples de tels emplacements appropriés sont une salle de contrôle ou tout autre endroit à distance, qui est schématiquement représenté par la ligne de division pointillée au sein de la fig. 1 . Bien entendu, ces portions identifiées de l’exemple illustré sont représentées schématiquement et l’homme du métier comprendra que ces portions peuvent varier dans leur construction et/ou dans leur configuration tout en restant dans le champ de protection de la présente invention. En outre, le contenu du système 10 peut être modifié pour y inclure d’autres portions.
[0014] En se concentrant d’abord sur la sonde 20 et sur son positionnement, l’attention est dirigée vers la fig. 2 . Une ouverture 36 pénètre à travers une paroi 38 (représentée schématiquement par une ligne) du passage d’échappement 12 de l’extérieur du passage à l’intérieur du passage. La sonde 20 a une portion de voie de guidage 40 qui s’étend à travers la paroi 38 et dans l’intérieur du passage d’échappement 12. Si le passage d’échappement comprend une partie pour l’extraction, la sonde 20 et la paroi associée 38 sont configurés en connexion avec l’extraction comme une partie du passage d’échappement 12. La portion de la voie de guidage 40 peut être composée de toute construction et composition adaptée (par exemple, un tube) pour guider et/ou bloquer la lumière laser selon certaines caractéristiques de la lumière laser utilisée dans la sonde 20. Par exemple, la portion de voie de guidage 40 peut comprendre un matériau qui est un milieu approprié pour la transmission de la lumière laser. Il est à noter qu’au moins une partie de la portion de la voie de guidage 40 de la sonde 20 a une exposition directe aux gaz d’échappement. Ainsi, il est à remarquer qu’au moins une partie de la portion de la voie de guidage 40 est soumise à des conditions défavorables à l’intérieur du passage d’échappement 12. Dans un exemple, tout ou partie de la sonde 20 est blindée pour limiter l’encrassement des particules. En particulier, il est envisagé de blinder une cavité de la cellule de mesure, réduisant ainsi l’entretien et de facilitant de longues périodes d’exploitation de l’instrument entre les nettoyages. Un bouclier fixe 42 peut être prévu pour isoler la cellule de mesure ou le dispositif de détection 48 des gaz d’échappement.
[0015] Dans l’exemple illustré, une représentation schématique de l’interaction entre les gaz d’échappement 14 et la lumière laser est représenté à la cellule de mesure 44 dans une zone A. Il est à noter que l’interaction entre (c’est à dire entre les gaz d’échappement et la lumière laser) peut entraîner une absorption et/ou une transmission et/ou une réflexion spécifique. A titre d’exemple, l’absorption peut être associée à l’interaction avec le contenu gazeux des gaz d’échappement. Comme autre exemple, la réflexion peut être associée à des particules transportées dans les gaz d’échappement.
[0016] Une source laser 46 est présente dans une autre portion de la sonde 20. La source laser 46 génère et émet de la lumière laser. Il est à remarquer qu’une certaine quantité de la capacité de traitement peut être intégrée et/ou associée à proximité de la source 46 laser. Comme indiqué plus haut, la lumière laser est dirigée vers l’intérieur du passage d’échappement 12. Conformément à un aspect, la source laser 46 est un laser à cascade quantique (LCQ). Un tel laser LCQ est exploité pour opérer dans la plage de l’infrarouge moyen (IR moyen). Un exemple de la gamme de l’infrarouge moyen dans lequel la source laser 46 fonctionne se situe dans la gamme de fréquences de 4000 à 650 cm<–1>. La source laser 46 peut être utilisée en mode continu ou en mode puisé. Il est à noter que l’utilisation du laser LCQ se produit dans ou près de au moins une condition indésirables associés au passage d’échappement 12. Par exemple, la source laser 46 peut être soumise à des niveaux de chaleur indésirables. Toutefois, il est envisagé comme un aspect de la présente invention que la source laser 46 puisse être utilisée sans aucun refroidissement externe, tel qu’un dispositif de refroidissement cryogénique.
[0017] Un arrangement de détection 48 est présent dans une autre portion de la sonde 20. Il est à remarquer qu’une certaine quantité de la capacité de traitement peut être intégrée et/ou associée à proximité du dispositif de détection 48. Le dispositif de détection 48 est destiné à détecter l’interaction de la lumière laser avec les gaz d’échappement 14. Dans une réalisation particulière, le rôle du dispositif 48 de détection est de détecter l’interaction avec au moins un polluant 16 dans les gaz d’échappement. Dans l’exemple illustré, le dispositif de détection 48 est prévu pour la mesure spectrométrique dans la gamme de l’infrarouge moyen. Ainsi, le dispositif de détection 48 reçoit au moins un constituant du faisceau laser (par exemple, uniquement certaines composantes spectrales) suite à l’interaction du faisceau avec les gaz. Il est à noter que l’utilisation de l’arrangement 48 de détection de la sonde 20 se produit à ou près d’au moins une condition indésirable associée au passage d’échappement. Par exemple, le dispositif de détection 48 peut être soumis à des niveaux de chaleur indésirables.
[0018] Dans un exemple, la sonde 20 est construite et/ou configurée pour résister à un certain niveau de conditions météorologiques défavorables. Ces conditions météorologiques défavorables peuvent inclure la pluie, la neige ou d’autres précipitations ainsi que l’humidité. En outre, ces conditions météorologiques défavorables peuvent inclure des températures extrêmes comme une chaleur ou un froid extrême. En outre, la source laser 46 est capable de se déplacer (par exemple, par inclinaison) pour permettre l’accès aux portions de la sonde 20 situées dans le passage d’échappement 12, comme représenté sur la fig. 2 . Comme un aspect, tout ou partie (par exemple, la source laser 46) de la sonde 20 est un système modulaire conçu pour favoriser une maintenance aisée ou un remplacement aisé. Par exemple, une partie, comme une partie électronique, peut être conçue avec un design déplaçable (par exemple, une charnière) pour permettre le retrait et la réparation de l’électronique sans avoir à retirer une bride de raccordement et/ou d’autres composants de la sonde (par exemple, un tube).
[0019] Comme indiqué, la sonde 20 est reliée de manière fonctionnelle 24 au contrôleur de sonde 22. La connexion 24 peut comprendre une ou plusieurs lignes pour fournir l’énergie à la sonde, l’un de ces lignes pour contrôler le fonctionnement de la source laser 46 de la sonde (par exemple, le contrôle continu du ON ou puisé du ON), et une ou plusieurs lignes pour recevoir le(s) signal(aux) du dispositif de détection 48. La connexion 24 peut comprendre une ou plusieurs autres lignes, des connexions ou des conduits qui s’étendent entre la sonde 20 et le contrôleur de la sonde 22. La connexion 24 peut être réalisée par câble, par fibre optique, et/ou sans fil. Le dispositif de détection 48 peut également inclure une barre coulissante 70 qui est configurée pour ouvrir ou bloquer la communication de gaz entre la partie de la sonde 20 à l’intérieur de la paroi 38 et la partie de la sonde à l’extérieur de la paroi 38.
[0020] Dans l’exemple illustré à la fig. 1 du contrôleur de sonde 22, un contrôleur de la température de la sonde 52 est prévu. La fonction du contrôleur de température de la sonde 52 est d’assurer le refroidissement de la sonde 20. Le refroidissement peut prendre la forme d’un transfert de liquide de refroidissement à la sonde 20. Toutefois, l’inclusion du contrôleur de température de la sonde 52 peut être facultative. En outre, il est également possible que le contrôleur de température de la sonde 52 ne soit pas exploité.
[0021] Toujours dans le contrôleur 22 de la sonde, il y a un système d’analyse 54 connecté opérationnellement 56 à l’intérieur du contrôleur 22 de la sonde. La connexion 56 peut être réalisée par câble, fibre optique, et/ou sans fil. Le(s) signal(aux) reçu(s) du dispositif de détection 48 sont prévus pour le système d’analyse 54. L’analyse des données contenues dans le(s) signal(aux) reçu(s) est réalisée au sein du système d’analyse 54. Dans un exemple, une analyse spectrale est effectuée. Un contenu spectral spécifique peut être présents et/ou absent. La présence et/ou l’absence d’un contenu spectral spécifique peut être le signe de la présence d’un polluant 16 dans les gaz d’échappement. Ainsi, le système d’analyse 54 peut déterminer la présence du composant polluant dans les gaz émis à partir des données telles que reçues par les au moins un constituant du faisceau laser. L’étape de détermination de la présence du composant polluant dans les gaz d’émission peut comporter la détermination d’une valeur indicative de la concentration du composant dans les gaz d’émission. Afin de vérifier le contenu, le système d’analyse 54 est relié fonctionnellement 58 à une unité de vérification des gaz 60 du contrôleur de la sonde 22. La connexion 58 peut être réalisée par câble, fibre optique, et/ou sans fil.
[0022] Comme indiqué précédemment, le contrôleur 22 de la sonde est relié de manière fonctionnelle 30 à l’automate à logique programmable 26 avec le terminal d’interface de l’opérateur 28. La connexion 30 peut être réalisée par câble, fibre optique, et/ou sans fil. L’automate à logique programmable 26 permet à un opérateur de contrôler le programme du contrôleur 22 de la sonde et du système 10 dans son ensemble. En outre, l’automate à logique programmable 26 peut être une donnée relative à un emplacement d’extraction. La donnée peut inclure la présence de pollution dans les gaz d’échappement et peut également inclure des données sur le fonctionnement du système. En outre alternativement, le contrôleur 22 de la sonde et/ou l’automate 26 à logique programmable peut être associé à un conduit 62 de données qui transmet les données vers un autre emplacement (par exemple, via un réseau). Le conduit de données 62 peut être réalisé par câble, fibre optique, et/ou sans fil.
[0023] Un aspect de la sonde fournit une méthode de détection de la présence d’un composant polluant dans les gaz d’échappement dans un passage d’échappement 12. Les gaz se propagent le long d’un chemin du passage d’échappement 12 en direction de la décharge. Le procédé comprend une étape de mise à disposition d’une sonde 20 qui fonctionne pour détecter le composant polluant. Dans un exemple spécifique, la sonde 20 comprend une source laser 46 qui émet un faisceau dans le moyen infrarouge. La sonde 20 est placée dans le passage d’échappement 12 directement dans le trajet des gaz d’émission qui se propagent le long du passage d’échappement. La source laser 46 de la sonde 20 est exploitée avec le faisceau dirigé vers la partie du passage d’échappement 12 à travers laquelle le gaz se propage sur le chemin vers la décharge, de telle façon que le faisceau interagisse avec le gaz et l’éventuel composant qui s’y trouve. Au moins un constituant du faisceau laser est reçu à la suite de l’interaction du faisceau avec les gaz. La présence du composant polluant dans les gaz d’émission est déterminée en utilisant la réception d’au moins un constituant du faisceau laser.
[0024] Selon un autre aspect, la méthodologie peut inclure l’utilisation d’une sonde 20 qui comprend un laser à cascade quantique comme source laser 46. La source 46 laser peut fonctionner dans la gamme de l’infrarouge moyen. Ainsi, la source laser fournie peut être modifiée et la source laser peut fonctionner dans un mode puisé ou dans mode continu.
[0025] En outre, dans un exemple, la sonde 20, les composants de celle-ci, et/ou l’ensemble du système 10 peuvent être agencés de manière à être soumis à une fonction de calibration. Dans un exemple spécifique, la sonde 20 est calibrée in situ (par exemple, dans la cheminée). Une cellule d’étalonnage d’audit in situ peut être utilisée pour un étalonnage dans un flux important de gaz. La cellule d’audit pourrait avoir une cellule avec une longueur fixe remplie d’un gaz de référence à forte concentration proportionné à la concentration du gaz. La sortie de la sonde et/ou l’ensemble du fonctionnement du système pourrait être monitoré pour la collecte de données attendues.
[0026] Les fig. 3 , 4 , 5 et 6 montrent un premier exemple de système 110 qui est utilisé pour mesurer un composant polluant d’un gaz d’échappement 114 et est également configuré pour l’étalonnage du système. Le gaz d’échappement 114 peut provenir de n’importe quelle source et peut être simplement un gaz dont l’utilisateur souhaite mesurer la pollution. Comme le montre la fig. 3 , cet exemple de système 110 comprend la mise à disposition d’une sonde 120 avec une cellule de mesure 144 pour la mesure du gaz d’échappement 114 dans lequel la sonde 120 fonctionne pour détecter le composant 116 polluant du gaz d’échappement 114, la sonde 120 comprenant une source laser 146 qui émet un faisceau dans la gamme de l’infrarouge moyen. La prochaine étape du procédé consiste à isoler la cellule de mesure 144 de la sonde 120 du passage d’échappement 112. Comme le montre la fig. 4 , une source 180 d’un gaz de référence 182 est fournie et le gaz de référence 182 est transporté vers la cellule de mesure 144. La source laser 146 de la sonde 120 est exploitée avec le faisceau dirigé vers la cellule de mesure 144 qui inclut le gaz de référence 182, de telle manière que le faisceau interagisse avec le gaz de référence 182. Un détecteur ou un dispositif de détection 148 est prévu pour recevoir au moins un constituant du faisceau laser suite à l’interaction du faisceau avec le gaz de référence 182. Une autre étape dans l’exemple de procédé consiste à déterminer une précision et un étalonnage du système à partir dudit au moins un constituant du faisceau laser du gaz de référence 182.
[0027] L’exemple de la fig. 3 et de la fig. 4 montre un arrangement in-situ. Dans la fig. 3 et dans la fig. 4 , l’étape d’isolement de la cellule de mesure 144 de la sonde 120 comprend le déplacement de la cellule de mesure 144 à l’extérieur du passage d’échappement 112 et dans un blindage fixe 142 pour isoler la cellule de mesure 144 du gaz d’échappement dans lequel un joint d’étanchéité 192 est prévu à l’extrémité de la cellule de mesure 144. Le joint 192 et le blindage fixe 142 sont configurés pour empêcher le gaz d’échappement 114 de pénétrer dans la cellule de mesure 144 lors de l’étalonnage du système 110. La sonde 120 peut être déplacée manuellement ou à l’aide de divers mécanismes mécaniques ou entraînés électriquement. Une ouverture à proximité du dispositif de détection 148 pénètre à travers une paroi 138 du passage d’échappement 112 depuis l’extérieur du passage vers l’intérieur du passage. Une barre coulissante ou une autre structure peut être utilisée pour réguler la communication entre l’intérieur de la sonde 120 à l’intérieur de la paroi 138 et l’extérieur de la sonde 120. La sonde 120 a une portion de voie de guidage 140 qui s’étend à travers la paroi 138 et à l’intérieur du passage d’échappement 112. Dans la fig. 3 , la sonde 120 est en mesure d’évaluer et de détecter la pollution dans le gaz d’échappement 114. Lorsque l’utilisateur désire calibrer le système, l’utilisateur déplace la sonde 120, comme dans un mouvement coulissant dans le blindage fixe 142 ou dans une gaine vers la position de la fig. 4 . Dans la position de la fig. 4 , la cellule de mesure 144 est isolée du gaz d’échappement 114. La source de gaz de référence 180 peut ensuite être utilisée pour distribuer ou transporter le gaz de référence 182 dans la sonde 120 et dans la cellule de mesure 144. La source laser 146 peut alors être activé pour émettre un faisceau laser pour détecter le gaz de référence 182. Le joint 192 peut en outre comporter une surface réfléchissante 194 ou d’autres dispositifs réfléchissants de telle manière que l’agencement de détection 148 peut recevoir des informations de l’interaction entre le laser soit avec les gaz d’échappement soit avec le gaz de référence 182 et ainsi détecter les variations des niveaux d’énergie du laser quand il interagit soit avec le gaz d’échappement 114 soit avec le gaz de référence 182.
[0028] L’exemple des fig. 5 et 6 montre un autre arrangement in-situ du premier exemple de système. Dans cet exemple, un bouclier interne 196 est prévu. Le bouclier interne 196 est configuré pour être déplacé dans la sonde 120 soit manuellement, soit grâce à l’aide d’une source de puissance 198. Dans l’exemple illustré, la source d’alimentation peut être un moteur pneumatique ou un moteur alimenté par d’autres types de sources d’énergie qui peuvent également être utilisés. Dans la position de la fig. 5 , le bouclier interne 196 est dans la sonde et n’interfère pas avec la cellule de mesure 144 ou avec le gaz d’échappement 114. Dans cette position, la source laser 146 peut être utilisée pour mesurer la quantité de pollution dans le gaz d’échappement 114, lorsque le gaz d’échappement 114 s’écoule à travers la cellule de mesure 144. Dans la position de la fig. 6 , le bouclier interne 196 est déplacé vers une seconde position pour isoler la cellule de mesure 144 du gaz d’échappement 114. Le bouclier interne 196 empêche le gaz d’échappement 114 de pénétrer dans la cellule de mesure 144. En empêchant le gaz d’échappement 114 de pénétrer dans la cellule de mesure 144, un utilisateur peut alors distribuer du gaz de référence au sein de la sonde 120 qui peut atteindre la cellule de mesure 144. Le dispositif de détection 148 peut alors être utilisé pour calibrer le système 110 basé sur des lectures à partir d’un faisceau laser lorsqu’il interagit avec le gaz de référence 182.
[0029] Les exemples présentés aux fig. 3 , 4 , 5 et 6 peuvent également inclure la charnière 49 représentée à la fig. 2 et/ou un écran 190. La charnière 49 peut être placée entre la source laser 146 et le dispositif 148 de détection afin de permettre l’enlèvement de l’électronique et l’entretien de la sonde 120, sans avoir à déplacer d’autres composants. L’écran 190 peut être prévu à proximité de la cellule de mesure 144 pour limiter l’encrassement par des particules.
[0030] La fig. 7 montre un exemple d’une source de gaz de référence 180, qui peut être utilisée comme source de gaz de référence 180 dans l’un quelconque des exemples. La source de gaz de référence 180 peut inclure une bouteille de gaz 185, une valve triple 186, une conduite de gaz 187, un bouton 188, et un instrument de mesure 189 de la pression comme une jauge de pression ou un manomètre. De nombreux autres exemples peuvent être prévus pour distribuer un gaz de référence à l’un quelconque des systèmes donnés en exemple.
[0031] Les fig. 8 , 9 et 10 montrent un deuxième exemple de système 210 ainsi que le procédé qui est utilisé pour mesurer un composant polluant d’un gaz d’échappement dans un passage d’échappement 212 et est également utilisé pour calibrer le système 210 sans retirer du gaz du système. Le deuxième système 210 donné à titre d’exemple est capable de détecter la pollution et permet un étalonnage sans retirer le gaz d’échappement 218 du système alors que les mesures sont effectuées à travers la cheminée. Cet exemple de système 210 inclus la mise à disposition d’une source laser 222 qui émet un faisceau dans le milieu de gamme de l’infrarouge à partir d’un premier côté 214 du passage d’échappement 212 à partir d’une source cheminée 220. Des mesures croisées dans la cheminée des gaz d’échappement 218 à travers un passage d’échappement 212 peuvent alors être effectuées. Un détecteur de 240 peut être situé sur une seconde face 216 du passage de 212 pour recevoir le faisceau au cours d’une mesure de la présence du composant polluant dans le gaz d’échappement. Le procédé consiste également à fournir une cellule de référence à couplage fermé 224 sur la première face 214 du passage d’échappement 212 qui est configuré pour être rempli de gaz de référence lors d’un étalonnage du système. Une autre étape du procédé consiste à exploiter la source laser 222 pour faire interagir le faisceau du laser avec le gaz de référence lors de l’étalonnage du système. Une précision et un étalonnage du système à partir d’au moins un constituant du faisceau laser du gaz de référence.
[0032] L’exemple de la fig. 8 montre comment la mesure d’un composant polluant d’un gaz polluant 218 est réalisée dans le système 210. Un faisceau de mesure 232 de la source laser 222 est réfléchi par un dispositif réfléchissant 226 dans cet exemple vers un premier détecteur 240. Le premier détecteur mesure le composant polluant des gaz polluants 218. L’exemple des fig. 8 , 9 et 10 permet au système 210 d’être utilisé dans un certain nombre d’environnements avec des distances variées pour le passage d’échappement 212 en raison de la mesure et de l’étalonnage qui prend place à travers la cheminée ou à travers le passage d’échappement 212.
[0033] La fig. 9 et la fig. 10 montrent des exemples de la façon dont un étalonnage du système 210 est réalisé. Une source 180 d’un gaz de référence 230 est prévue et le gaz de référence 230 est transporté vers la cellule de référence à couplage fermé 224 lorsqu’un étalonnage du système doit être exécuté. La source laser 222 est utilisée pour émettre un faisceau se réfléchissant sur une pluralité de dispositifs réfléchissants 226. La cellule de référence à couplage fermé 224 peut être conçue de telle sorte qu’une distance 234 du passage 212 entre la première face 214 et la seconde face 216 est égale à une longueur 238 que le faisceau laser traverse à l’intérieur de la cellule de référence à couplage fermé 224 qui se réfléchit sur le nombre de dispositifs réfléchissants 226. Par exemple, si un passage d’échappement 212 de taille différente est utilisé, soit un nombre différent de dispositifs réfléchissants 226 peut être utilisé soit le chemin du faisceau de référence 236 peut être modifié de telle sorte que la longueur du passage 212 sélectionné corresponde sensiblement à la longueur 238 de la trajectoire du faisceau de référence 236. L’adaptation de la longueur du passage 212 avec la longueur que le faisceau laser parcoure dans la cellule à couplage fermé 224 permet un calibrage amélioré et plus précis dès lors que le faisceau laser doit parcourir la même distance aussi bien dans une opération de mesure que dans une opération d’étalonnage.
[0034] L’exemple de la fig. 9 montre à titre d’exemple, une façon d’étalonner le système 210 illustré à la fig. 8 . Dans cet exemple, le système 210 est calibré avec seulement un premier détecteur 240. Le premier détecteur 240 qui est utilisé pour mesurer la présence de pollution, comme le montre la fig. 8 , reçoit au moins un constituant du faisceau laser suite à l’interaction du faisceau avec le gaz 230 de référence de la fig. 9 par au moins une connexion 228 qui est un câble, un câble de fibres optiques, ou une communication sans fil à partir de la cellule de référence à couplage fermé 224. Cet exemple procure l’avantage que le même détecteur est utilisé pour l’étalonnage et la mesure de la pollution d’un gaz polluant. L’utilisation d’un même détecteur peut réduire la quantité d’erreurs dans le système pour fournir un étalonnage plus précis.
[0035] L’exemple de la fig. 10 est un autre moyen par exemple d’étalonnage du système 210 illustré sur la fig. 8 . Dans cet exemple, le système 210 est calibré en fournissant un deuxième détecteur 250 dans la cellule de référence à couplage fermé 224. Le deuxième détecteur 250 reçoit au moins un constituant faisceau laser suite à l’interaction du faisceau avec le gaz de référence 230 durant l’étalonnage du système. Le faisceau laser reçu sur le deuxième détecteur 250 est comparé, durant l’étalonnage, avec le faisceau laser reçu sur le premier détecteur 240, comme le montre la fig. 8 , lors de la mesure du gaz d’échappement 218. Dans l’un ou l’autre des exemples des fig. 9 , 10 , la cellule de référence à couplage fermé 224 peut être conformée de telle sorte qu’une distance du passage 212 entre la première face 214 et la seconde face 216 est sensiblement égale à une longueur ou une distance 234 que le faisceau laser parcoure au sein de cellule la référence à couplage fermé 224 qui se réfléchit sur le nombre de dispositifs réfléchissants 226.
[0036] Le troisième exemple de la fig. 11 comprend une méthode d’étalonnage d’un système 310 qui détecte la présence d’un composant polluant dans un gaz d’échappement 318 au sein d’un passage d’échappement 312. Le passage d’échappement 312 inclus une portion d’extraction 316 d’échappement dans cet exemple, qui peut être situé sur un premier côté 314 du passage 312. Une ouverture pénètre à travers une paroi 320 du passage d’échappement 312 depuis l’extérieur du passage vers l’intérieur du passage. Une barre coulissante ou une autre structure peut être utilisée pour réguler la communication entre l’intérieur de la portion extractive 316 de l’intérieur de la paroi 320. Le procédé comprend l’étape de transporter le gaz d’échappement 318 depuis la portion d’extraction d’échappement 316 vers une cellule de référence à couplage fermé 324. Une autre étape du procédé consiste à fournir une source laser 322 qui émet un faisceau dans le milieu de gamme de l’infrarouge à partir d’une première portion 342 de la cellule de référence à couplage fermé 324 pour mesurer la présence du composant polluant dans le gaz d’échappement 318. Une autre étape du procédé consiste à fournir un détecteur 340 sur une seconde partie 344 de la cellule de référence à couplage fermé 324. La même cellule de référence 324 à couplage fermé peut être remplie avec du gaz de référence 330 lorsque l’utilisateur décide de calibrer le système 310. La source laser 322 est activée pour interagir avec le gaz de référence 330. Le détecteur de 340 au sein de la cellule de référence à couplage fermé 324 reçoit au moins un constituant du faisceau laser suite à l’interaction du faisceau avec le gaz de référence 330. La précision et la calibration du système 310 sont déterminées à partir d’au moins un constituant du faisceau laser suite à l’interaction au faisceau avec le gaz de référence 330.
[0037] Le troisième exemple de système 310 peut également comprendre un faisceau 332 de mesure depuis la source 322 laser qui est réfléchi sur un dispositif réfléchissant à 326 vers un premier détecteur 340.
Le premier détecteur 340 mesure le composant polluant du gaz polluant 318. Un faisceau de référence 336 peut être réfléchi par une pluralité de dispositifs réfléchissants 326 au sein de la cellule de référence à couplage fermé 324. La source laser 322 est utilisée pour émettre un faisceau qui peut se réfléchir sur la pluralité de dispositifs réfléchissants 326.
[0038] En outre, diverses autres structures, fonctions, fonctionnalités et similaires pourraient être prévues dans chacun des exemples. Chacun des exemples peut être utilisé avec les composants de la fig. 1 . Par exemple, chacun des systèmes 110, 210, 310 peut inclure divers éléments de l’agencement de la fig. 1 comme une charnière 49, un contrôleur de température de la sonde 52, un système d’analyse 54, ou une unité de vérification des gaz 60. De plus, diverses parties de n’importe lequel des systèmes, tels que le contrôleur 22 de la sonde, pourrait avoir un affichage local. Un tel affichage pourrait remplir des fonctions telles que l’étalonnage ou à lecture directe. Comme autre exemple, diverses parties du système 10, telles que le contrôleur de sonde 22 ou l’automate à logique programmable 26, pourraient permettre le traitement des données, l’enregistrement et le reporting (par exemple, par le biais de fonctions NetDAHS). Comme autre exemple encore, il est possible de disposer d’enregistrer des données ou de produire des rapports de données à distance (par exemple, via une connexion Internet). Dans un autre exemple, les dispositifs 48,148 de détection, ou le premier détecteur 240, 340 peut comprendre un microprocesseur pour éliminer la nécessité d’un ordinateur externe. La sonde et d’autres composants sont conçus pour résister à la vitesse des gaz d’échappement qui peuvent être d’environ 80 pieds/seconde. La sonde 20, 120 dans l’un quelconque des exemples peut également avoir un diamètre extérieur de moins de 3 pouces, afin de s’adapter à l’intérieur des ports existants. Ainsi, les exemples présentés peuvent être utilisés pour moderniser les installations existantes. La sonde 20, 120 peut également comporter des trous d’appoint ou des cloisons pour permettre l’ajout de conduits d’alimentation à travers la bride de la zone optique de la sonde 20, 120, où un retour de l’air pourrait être nécessaire.
[0039] L’invention a été décrite en référence aux exemples de réalisation décrits ci-dessus. Des transformations et modifications apparaîtront évidentes à d’autres à la lecture et la compréhension de cette description. Par exemple, le suivi multi composant peut être accompli avec une sonde montée en pile utilisant une seule pile de pénétration et l’optique de la sonde. Des exemples de réalisation comportant un ou plusieurs aspects de l’invention sont destinés à inclure toutes les modifications et modifications dans la mesure où ils sont compris à portée des revendications annexées.
Claims (16)
1. Procédé d’étalonnage d’un système qui détecte la présence d’un composant polluant dans un gaz d’échappement à l’intérieur d’un passage d’échappement, le système comprenant une sonde fonctionnant pour détecter le composant polluant du gaz d’échappement et comprenant une cellule de mesure pour la mesure in-situ des gaz d’échappement et un laser qui émet un faisceau dans la gamme de l’infrarouge moyen, le système comprenant en outre un détecteur, le procédé comprenant les étapes suivantes:
isoler la cellule de mesure de la sonde des gaz d’échappement du passage d’échappement;
transporter un gaz de référence depuis une source de gaz de référence vers la cellule de mesure;
activer le laser de la sonde avec le faisceau dirigé vers la cellule de mesure qui inclut le gaz de référence, de manière à ce que le faisceau interagisse avec le gaz de référence;
recevoir au détecteur le faisceau laser suite à l’interaction du faisceau avec le gaz de référence; et
déterminer une précision et un étalonnage du système à partir d’au moins un constituant du faisceau laser suite à l’interaction dudit faisceau avec le gaz de référence.
2. Procédé d’étalonnage du système selon la revendication 1, dans lequel l’étape d’isolement de la cellule de mesure de la sonde comprend le déplacement de la cellule de mesure en dehors du passage d’échappement et dans un bouclier fixe pour isoler la cellule de mesure du gaz d’échappement dans lequel un joint d’étanchéité est prévu à une extrémité de la cellule de mesure et le joint et le bouclier fixe sont configurés pour empêcher les gaz d’échappement de pénétrer dans la cellule de mesure lors de l’étalonnage du système.
3. Procédé d’étalonnage du système selon la revendication 1, dans lequel l’étape d’isolement de la cellule de mesure de la sonde comprend le déplacement d’un bouclier interne au sein de la sonde vers une position de la cellule de mesure; et dans lequel le bouclier interne empêche les gaz d’échappement de pénétrer dans la cellule de mesure lors de l’étalonnage du système.
4. Procédé d’étalonnage du système selon la revendication 1, dans lequel l’étape d’isolement de la cellule de mesure de la sonde comprend le déplacement d’un bouclier interne à l’aide d’une source de puissance au sein de la sonde vers une position de la cellule de mesure; et dans lequel le bouclier interne empêche le gaz d’échappement de pénétrer dans la cellule de mesure lors de l’étalonnage du système.
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la sonde comprend une charnière pour permettre l’enlèvement de l’électronique et l’entretien de la sonde sans avoir à enlever d’autres composants.
6. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la sonde comprend un écran près de la cellule de mesure afin de limiter l’encrassement par des particules.
7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le laser est exploité dans une gamme de fréquences de 4000 à 650 cm<–><1>.
8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le laser est un laser à cascade quantique.
9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape de mise à disposition de la sonde comprend la mise à disposition de la sonde avec un système de refroidissement cryogénique.
10. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape de fonctionnement du laser de la sonde comprend le fonctionnement du laser dans un mode opératoire pulsé ou continu.
11. Procédé d’étalonnage d’un système qui détecte la présence d’un composant polluant d’un gaz d’échappement dans un passage d’échappement sans retirer le gaz d’échappement du passage d’échappement, le système comprenant un laser qui émet un faisceau dans le milieu de gamme de l’infrarouge à partir d’un premier côté du passage d’échappement et un premier détecteur sur un deuxième côté du passage d’échappement pour recevoir le faisceau au cours d’une mesure de la présence d’un composant polluant dans le gaz d’échappement, le procédé comprenant les étapes suivantes:
remplir une cellule de référence à couplage fermé sur le premier côté du passage d’échappement d’un gaz de référence lors d’un étalonnage du système;
actionner le laser pour faire interagir le faisceau du laser avec le gaz de référence lors de l’étalonnage du système;
déterminer une précision et l’étalonnage du système à partir d’au moins un constituant du faisceau laser suite à l’interaction dudit faisceau avec le gaz de référence.
12. Procédé selon la revendication 11, comprenant en outre une étape de réception au niveau du premier détecteur qui est utilisé pour mesurer la présence de pollution du faisceau laser suite à l’interaction du faisceau avec le gaz de référence par au moins un moyen parmi un câble, un câble de fibre optique, ou une communication sans fil depuis la cellule de référence à couplage fermé.
13. Procédé selon la revendication 11, comprenant en outre les étapes suivantes:
la réception sur un deuxième détecteur à l’intérieur de la cellule de référence à couplage fermé du faisceau laser suite à l’interaction du faisceau avec le gaz de référence lors de l’étalonnage du système;
la comparaison du faisceau du laser reçu au niveau du second détecteur lors de l’étalonnage et sa comparaison avec le faisceau du laser reçu au premier détecteur lors de la mesure des gaz d’échappement.
14. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la longueur que le faisceau traverse dans la cellule de référence à couplage fermé est égale à la longueur du passage d’échappement.
15. Procédé d’étalonnage d’un système qui détecte la présence d’un composant polluant dans un gaz d’échappement à l’intérieur d’un passage d’échappement dans lequel le passage d’échappement comprend une portion d’extraction de gaz d’échappement, le système comprenant une cellule de référence à couplage fermé pour mesurer la présence du composant polluant dans le gaz d’échappement, ladite cellule de référence à couplage fermé étant située sur un premier côté du passage d’échappement, le système comprenant en outre un laser qui émet un faisceau dans le milieu de gamme de l’infrarouge à partir d’une première partie de la cellule de référence à couplage fermé et un détecteur sur une seconde partie de la cellule de référence à couplage fermé pour recevoir le faisceau du laser, le procédé comprenant:
le transport du gaz d’échappement depuis le passage d’échappement à travers la portion d’extraction de gaz d’échappement vers la cellule de référence à couplage fermé; le remplissage de la cellule de référence à couplage fermé avec un gaz de référence pour l’étalonnage du système; l’actionnement du laser pour interagir avec le gaz de référence; la réception au niveau du détecteur situé dans la cellule de référence à couplage fermé du faisceau laser suite à l’interaction du faisceau avec le gaz de référence;
la détermination de la précision et de l’étalonnage du système à partir d’au moins un constituant du faisceau laser suite à l’interaction dudit faisceau avec le gaz de référence.
16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel la longueur que le faisceau traverse dans la cellule à couplage fermé est égale à la longueur du passage d’échappement.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| US12/633,862 US9377397B2 (en) | 2009-12-09 | 2009-12-09 | Calibration system and method of using mid-IR laser measure and monitor exhaust pollutant |
Publications (2)
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