EP0488909B1 - Procédé pour réguler le conditionnement d'un gaz et dispositif de conditionnement de gaz - Google Patents

Procédé pour réguler le conditionnement d'un gaz et dispositif de conditionnement de gaz Download PDF

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EP0488909B1
EP0488909B1 EP91420413A EP91420413A EP0488909B1 EP 0488909 B1 EP0488909 B1 EP 0488909B1 EP 91420413 A EP91420413 A EP 91420413A EP 91420413 A EP91420413 A EP 91420413A EP 0488909 B1 EP0488909 B1 EP 0488909B1
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EP
European Patent Office
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gas
conditioning
liquid
tubing
temperature
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EP91420413A
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EP0488909A1 (fr
Inventor
Yves Chave
Jean Marie Serra Tosio
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ASSOCIATION DE GESTION DE L'ECOLE FRANCAISE DE PAPETERIE ET DE L'IMPRIMERIE
Serra Tosio Jean-Marie
Original Assignee
ASSOCIATION DE GESTION DE L'ECOLE FRANCAISE DE PAPETERIE ET DE L'IMPRIMERIE
Serra Tosio Jean-Marie
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/10—Mixing gases with gases
    • B01F23/12—Mixing gases with gases with vaporisation of a liquid

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating the conditioning of a gas. It also relates to a device for conditioning a gas implementing this process; it relates more particularly to an adjustable, controllable regulating device, of the vapor concentration and of the temperature of a gas stream.
  • the thermostatically controlled humidifier is constituted by a bubbling chamber partially filled with water at constant level, connected on the one hand by a diffuser to the inlet of gas to be humidified, on the other hand, to a tubing d water supply at constant level, and finally to an outlet for the humidified gas.
  • This solution is perfectly suited to low flow rates, especially for calibrating a probe or a hygrometer.
  • this device cannot be used for packaging large volumes, such as parts, workshops or spraying devices, which require substantial flow rates, since such flow rates are not not compatible with a bubbling humidification system.
  • One of the objects of the invention is to propose a process capable of allowing the humidification or saturation of a gas to be carried out, and generally the conditioning of a gas, for relatively large volumes, by optimizing the saturation process of said gas.
  • a first aspect of the invention is therefore a method for regulating the conditioning of a gas stream according to claim 1.
  • the invention consists in saturating the gas already thermally conditioned with the conditioning liquid also thermally conditioned, and this in a low pressure medium, thereby promoting the evaporation process, and optimizing the saturation phenomenon.
  • the saturation of the gas is self-regulated by the depression itself generated in the low pressure environment.
  • the device according to the invention makes it possible to obtain these results economically and efficiently.
  • the conditioning liquid conveyed at the neck of the venturi duct by the depression created at its level is sprayed into the gas stream already thermally conditioned, this spraying in a low pressure medium also taking place at the temperature gas conditioning system, the saturator being immersed in the thermostatically controlled enclosure.
  • the evaporation process is favored, since following its passage through the venturi neck, where the gas flow speed and consequently the depression created at this level are the most important, the gas certainly undergoes a decrease in its temperature, but this decrease is immediately compensated for by the supply of heat by convection due to the flow of gas along the conditioned walls of the divergent.
  • the vaporization chamber comprises a liquid-gas separation chamber situated above the level of the conditioning liquid, and connected to the outlet pipe.
  • the gas stream is compressed air
  • the humidifying liquid is water
  • the dry air supply pipe is connected by a connection disposed outside of the thermostatically controlled enclosure to a controlled mixing valve, connected to the outlet tubing of the vaporization chamber, said mixing valve being in turn connected to the outlet tubing which passes through the thermostatically controlled enclosure.
  • Figure 1 is a schematic representation of a preferred device of the invention.
  • Figure 2 is a sectional representation of the sealed assembly characteristic of the invention.
  • Figure 3 is a schematic representation of a simplified embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows an execution detail suitable for embodiments requiring high flow rates.
  • the device according to the invention for producing conditioned air with controlled and programmed humidity firstly comprises a source of air, for example compressed air (1) such as a compressor, a bottle, etc., connected by tubing to a valve (2), then to a pressure regulator (3).
  • This regulator (3) is in turn connected to a known hygroscopic desiccator assembly (4), for example of the type called "VAN AIR” marketed by AUXITROL which, in known manner, has a drain (5).
  • This desiccant assembly (4) is in turn connected to a second pressure reducer (6), then to a pressure gauge (7) and to a valve (8), so as to ensure a constant flow of dry air in the manifold. supply (21) (dry compressed air pressure on the valve (8) between six hundred and one thousand KPa).
  • the actual packaging device designated by the general reference (10) comprises a thermostatically controlled enclosure, advantageously insulated, filled with distilled water (12) to a level (13).
  • This enclosure (11) is thermostatically controlled by known means (14) essentially comprising, immersed in water, an electrical resistance (15), an agitator (16) associated with a circulation pump, a thermometer (17) and an apparatus (18) temperature programming display and control, the assembly being controllable from the outside.
  • the dry compressed air opens into the enclosure (11) through an orifice (20), then is connected to a supply pipe (21) forming a coil (22) immersed in this enclosure.
  • This tubing (21) and the coil (22) are connected by a T-shaped connection (23) to two other tubings, respectively a submerged tubing (24), and another non-fully submerged tubing (25), leaving the enclosure. (11).
  • the submerged tubing (24) is connected to the humidifier (30) characteristic of the invention.
  • This characteristic waterproof humidifier (30) detailed in FIG. 2 essentially comprises a pressure-reducing or pressure-reducing conduit with a venturi effect associated with a vaporization chamber (36).
  • the venturi tube is constituted in order by a convergent (31) connected upstream (32) to the dry air supply pipe (24) immersed, then downstream to a neck (33).
  • This neck (33) is associated with a divergent (34) in turn connected by a conical connection (35) to the characteristic cylindrical vaporization chamber (36).
  • the angle at the top of the convergent (31) is close to 21 °
  • the angle at the top of the divergent (34) is close to 6 or 7 ° .
  • the characteristic vaporization chamber (36) has at the bottom (37) an orifice (38) connected by a tube (39) immersed in the enclosure (11) to a water supply means designated by the general reference ( 40) disposed outside of this enclosure (11).
  • This water supply means (40) is thermostatically controlled by a serpentine tube (41), drawing water (12) from the thermostatically controlled enclosure (11).
  • This water supply means (40) disposed outside the enclosure essentially comprises in order an expansion tank and water supply distilled (42), connected to a manual valve (43), then to a tank proper (44), opening onto a valve (45) electro-pneumatically controlled, connected to the immersed tubing (39).
  • the valve (43) is slightly open so as to ensure a certain flow rate of air leakage and therefore maintaining the water (50) in the vaporization chamber (36) at a constant level (51), defined by l orifice (38).
  • the distilled water (50) of the vaporization chamber (36) is connected by a tube (52), first of all to a dust filter (56) intended in particular to avoid the clogging, then to the nozzle arranged in the neck (33) of the venturi.
  • the bottom (53) of this tubing (52) is disposed below the level (51), so that the neck (33) is permanently supplied with distilled water.
  • the upper end (54) of the tubing (52) opens exactly into this neck (33) which, for this purpose, has two opposite through holes (55), arranged horizontally opposite one another in the section even of the neck (33) thus forming a nozzle.
  • venturi induces a depression at the level of the diverging portion (34), which causes the water (50) to be drawn in at the neck (33) and its instantaneous spraying in the form of fine droplets in the diverging portion (34 ), some of which fall back into the chamber (36).
  • the characteristic humidifier (30) is machined in bronze, and is therefore a thermal conductor.
  • it comprises fins (60, 61) intended to facilitate heat exchange with the thermostatically controlled transfer liquid (12).
  • the temperature of the diverging portion (34) and of the vaporization chamber (36) is very close to the temperature of the thermostatically controlled liquid.
  • the vaporization chamber (36) has two horizontal plates (not shown), pierced with through orifices offset from one plate to the other, or two appropriate grids, in order to cause the deposit on these plates or on these grids drops of water carried by saturated air.
  • These plates or grids are advantageously made of a thermal conductive material, thus making it possible to complete the condensation or evaporation of the liquid as the case may be, by increasing the heat exchange surface.
  • these grids play a regulating role, insofar as when water droplets are deposited at the level of said grids, thereby reducing the air flow passing through the grids, they in fact reduce the pressure difference between the neck (33) of the venturi and the vaporization chamber. In this way, the quantity of distilled water drawn in at the level of the neck (33) is reduced, and consequently, the spraying decreases. In fact, a smaller amount of droplets is deposited at the grids, increasing the pressure difference, and therefore the amount of water sprayed at the neck (33). One thus obtains a self-regulation of the saturation, and a permanent mode compared to the imposed set point.
  • the vaporization chamber (36) has, above the constant level of the water (51), an outlet orifice (65), through which the almost saturated air will escape in steam.
  • This outlet port (65) for saturated air is placed just above an annular chamber (66), then is connected by a tube (67) immersed in a controlled mixing valve (70), for example arranged outside of the enclosure (11), and is also connected to the non-submerged dry air supply pipe (25). If it is desired to work at high temperature, it is preferable then that the mixing valve (70) is also immersed in the enclosure (11).
  • a centrifugal-type droplet separator (100) placed in the enclosure (11), is placed between the orifice (65) and the tubing (67). above the orifice (65), and the outlet (101) of saturated gas of which is connected to the tube (80). The separated liquid then returns through the tubing (102) into the liquid (50) through the orifice (103) located below the constant level (51).
  • the mixing valve (70) is advantageously associated with another valve (71), intended to maintain a slight leak to ensure the ascent of the water in the tubing (52).
  • the mixing valve (70) is then connected by a tubing (72) to a submerged coil (73), which is connected by a new tubing (74) to the volume (75) to be conditioned disposed outside the enclosure (11).
  • the gas conditioning device according to the invention operates in the following manner.
  • the compressed air (1) is brought to temperature by passing through the thermostatically controlled enclosure (11). Its forced passage through the venturi (31,33,34) causes the water (50) contained in the vaporization chamber (36) to be sucked in via the pipe (52) and its filter (56). The water which then opens into the neck (33) of this venturi saturates the air which passes through it. This air, after having discharged the heaviest drops of water on the horizontal plates of the vaporization chamber (36), leaves the latter through the orifice (65) and the pipe (67) until reaching the mixing valve (70). This valve (70) is controlled so that the air which escapes therefrom at (72) has a determined hygrometry.
  • this valve (70) corresponds to a stable air humidity. If you want to control the operation more precisely, you can measure the temperature and humidity in the volume to be conditioned (75) and keep the setpoint at 0.1% relative humidity by small pulses on this valve (70).
  • the water sprayed into the neck (33) is partly evaporated in the diverging portion (34) and the chamber (36), and the excess falls back into the tank (37).
  • the heat required for this evaporation is provided by the conductive body of the humidifier (30) provided with exchange fins (60, 61).
  • the separation of the droplets and additional evaporation is obtained by passage through baffles (plates, grids) located in the chamber (36).
  • the saturated air produced (67) is then mixed with dry air (25) in a controllable mixing valve (70) to produce the conditioned air (75).
  • a slight air leak in (43) allows a sweep and the maintenance of the constant water level (51) in the chamber (36)
  • another controlled leak (71) also makes it possible to maintain a slight flow necessary for the spray when relatively dry air is desired. Indeed, this controlled leak (71) allows the ejection of saturated air, and correspondingly prevents defusing the venturi. Finally, it makes it possible to use this device even for very low flow, since the pressure drop is permanently maintained.
  • the air contained in the chamber (36) exerts a pressure greater than the column of water contained respectively in the tubing (39) and in the tank (44).
  • the valve (43) allows a slight flow of air leakage, a reverse water-air flow is established in the duct (39), so that if the water level (51) in the vaporization chamber (36) exceeds that of the high point of the orifice (38), the excess water is discharged into the tank (44).
  • the water level (51) in the chamber (36) is below the high point of the orifice (38)
  • the water descends from the reservoir (44) towards the chamber (36).
  • the water level in the vaporization chamber (36) is regulated by excess or by fault, the regulation precision being fixed by the leakage air flow authorized by the valve (46).
  • the reservoir (44) can be filled in a complementary manner from the expansion tank (42), after the closing of the piloted valve (45) and the opening of the valves (43) and (46).
  • Figure 3 shows as already said a simplified embodiment of the invention.
  • the parts common to Figures 1,2 and 3 have kept the same references.
  • the pressurized air (1) is expanded to a set pressure by passing it through a controlled pressure regulator (6) before the inlet (20) of the thermostatically controlled enclosure (11).
  • the dry air supply tubing (24) is integrally connected to the sealed humidifier (30), and the saturated air outlet port (65) is integrally connected to a tubing (80,67) associated in series to a pressure reducer (81), then to a pressure gauge (82) and a valve (83), and always in series to the submerged coil (73) in turn connected to the volume (75) to be conditioned.
  • the regulator (81) / valve (83) assembly can be replaced by a flow regulator. In this way, by simply varying the flow rate, it is possible to obtain the desired conditioning of the volume (75) of gas of constant concentration in water vapor, directly a function of the pressure and the temperature prevailing in the humidifier (30). .
  • the operation of the installation is particularly stabilized at constant air flow.
  • Variations in the humidity of the outlet air (75) are directly linked to the pressure and temperature in the humidifier (30), and to the temperature and working pressure.
  • This completely reversible form of use can also be used to dehumidify the air for room conditioning, for example, or can be used for compressed gases other than air, and liquids other than water.
  • This solution is particularly advantageous, because it leads to controlled air which can be calculated from known physical laws, since everything passes through the venturi (33). However whatever the humidity required, the flow rate is always constant in the vaporization chamber (36).
  • this device can be used successfully for the conditioning of any volume or any enclosure requiring a hygrometric degree controlled and programmed with precision, such as for example in measuring devices, in particular in laboratories, or in spray guns. spraying, for example of paint, gas and solvent mixtures, etc.

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Description

  • L'invention concerne un procédé pour réguler le conditionnement d'un gaz. Elle concerne également un dispositif pour conditionner un gaz mettant en oeuvre ce procédé ; elle concerne plus particulièrement un dispositif régulateur ajustable, pilotable, de la concentration en vapeur et de la température d'un courant gazeux.
  • Comme on le sait, pour l'essentiel, un dispositif de conditionnement de gaz comprend dans une enceinte thermostatée :
    • . une amenée de gaz à conditionner,
    • . un dispositif saturateur d'évaporation et de mélange,
    • . une sortie du courant gazeux conditionné.
  • Dans le document FR-A-2 558 737, on a proposé un dispositif générateur de gaz humide, dans lequel on mélange de l'air humidifié avec de l'air sec en vue de produire un gaz humide de référence, notamment pour le contrôle et le calibrage d'un hygromètre en exploitation industrielle, particulièrement adapté à la régulation en sidérurgie. Selon ce document, l'humidificateur thermostaté est constitué par une chambre de barbottage partiellement remplie d'eau à niveau constant, reliée d'une part par un diffuseur à l'arrivée de gaz à humidifier, d'autre part, à une tubulure d'amenée d'eau à niveau constant, et enfin à une sortie du gaz humidifié. Cette solution est parfaitement adaptée aux faibles débits, notamment pour l'étalonnage d'une sonde ou d'un hygromètre. Toutefois, du fait de la technique même de barbottage, on ne peut pas utiliser ce dispositif pour le conditionnement de volumes importants, tels que des pièces, des ateliers ou des appareils de pulvérisation, qui nécessitent des débits conséquents, car de tels débits ne sont pas compatibles avec un système d'humidification par barbottage.
  • Par ailleurs, on cherche de plus en plus à produire de l'air conditionné dont la teneur en humidité est contrôlée à 1% près, voire un pour mille. Tel est notamment le cas pour les appareils de mesure.
  • L'un des objets de l'invention est de proposer un procédé apte à permettre la réalisation de l'humidification ou de la saturation d'un gaz, et de manière générale le conditionnement d'un gaz, pour des volumes relativement importants, en optimisant le processus de saturation dudit gaz.
  • Un premier aspect de l'invention est donc un procédé pour réguler le conditionnement d'un courant gazeux sela la revendication 1.
  • En d'autre termes, l'invention consiste à saturer le gaz déjà conditionné thermiquement avec le liquide de conditionnement également conditionné thermiquement, et ce en milieu dépressionnaire, favorisant de la sorte le processus d'évaporation, et optimisant le phénomène de saturation.
  • Avantageusement, la saturation du gaz est auto-régulée par la dépression elle-même engendrée dans le milieu dépressionnaire.
  • Le dispositif selon l'invention permet d'obtenir économiquement et efficacement ces résultats.
  • Ce dispositif régulateur de conditionnement d'un courant gazeux, comprend dans une enceinte thermostatée, destinée à recevoir un liquide de transfert thermique, et immergés dans cette enceinte :
    • . une amenée de gaz à une température programmée, reliée à une source dudit gaz ;
    • . un saturateur de gaz pour amener un liquide de conditionnement au contact du gaz à conditionner ;
    • . une tubulure de sortie de gaz conditionné reliant l'orifice de sortie du saturateur au volume à conditionner.
  • Selon l'invention, le saturateur est constitué par un conduit déprimogène à effet "venturi" associé à une chambre de vaporisation, comprenant des moyens d'alimentation en liquide de condià niveau constant, le conduit venturi comprenant dans l'ordre :
    • . un convergent relié à la tubulure d'amenée thermostatée, prolongeant l'amenée dudit gaz,
    • . un col,
    • . un divergent débouchant dans la chambre de vaporisation,
    ladite chambre de vaporisation présentant :
    • . une tubulure reliant le liquide de conditionnement et débouchant dans le col du venturi,
    • . et un orifice de sortie disposé au-dessus du niveau maximum prévu pour le liquide de conditionnement dans la dite chambre de vaporisation.
  • En d'autres termes, le liquide de conditionnement acheminé au niveau du col du conduit venturi par la dépression créée à son niveau, se trouve pulvérisé dans le courant gazeux déjà conditionné thermiquement, cette pulvérisation en milieu dépressionnaire s'effectuant en outre à la température de conditionnement du gaz, le saturateur étant immergé dans l'enceinte thermostatée. De la sorte, on favorise le processus d'évaporation, attendu que suite à son passage dans le col du venturi, où la vitesse d'écoulement du gaz et par conséquent la dépression créée à ce niveau sont les plus importantes, le gaz subit certes une diminution de sa température, mais cette diminution est immédiatement compensée par l'apport de chaleur par convection du à l'écoulement du gaz le long des parois conditionnées du divergent. Cette évaporation est en outre accentuée par le choix d'un divergent à angle au sommet faible, donc de longueur relativement grande, de sorte que la vitesse d'écoulement du gaz n'est pas immédiatement réduite, maintenant de fait une certaine dépression. En d'autres termes, les parois du divergent compensent l'évaporation dûe à l'échange adiabatique. En outre, compte tenu de la structure particulière du dispositif, le conditionnement peut résulter tant dans un chauffage que dans un refroidissement du volume, attendu que le système de fonctionnement est réversible.
  • Avantageusement, la chambre de vaporisation comprend une chambre de séparation liquide-gaz située au dessus du niveau du liquide de conditionnement, et reliée à la tubulure de sortie.
  • Dans une forme de réalisation pratique, le courant gazeux est de l'air comprimé, et le liquide humidificateur est de l'eau.
  • Dans une forme de réalisation préférée, pour obtenir de l'air conditionné à hygrométrie contrôlée et programmée, la tubulure d'amenée d'air sec est raccordée par un branchement disposé hors de l'enceinte thermostatée à une vanne mélangeuse pilotée, reliée à la tubulure de sortie de la chambre de vaporisation, ladite vanne mélangeuse étant reliée à son tour à la tubulure de sortie qui traverse l'enceinte thermostatée.
  • Avantageusement, en pratique :
    • le gaz comprimé est de l'air comprimé sec dont la source est reliée en série à la tubulure d'amenée par un premier détendeur, puis, par un moyen dessicant, par un second détendeur associé à une vanne, pour introduire dans la tubulure d'amenée de l'air sec comprimé à débit constant ;
    • de manière connue, le liquide de transfert thermique (avantageusement de l'eau) de l'enceinte thermostatée, comprend une résistance électrique, un agitateur, un thermomètre et un moyen d'affichage et de programmation de la température de l'eau et de l'enceinte, le tout étant pilotable depuis l'extérieur ;
    • le moyen d'alimentation en eau de la chambre de vaporisation à niveau constant, comprend hors de l'enceinte thermostatée, en série, un vase d'expansion, une première vanne autorisant une légère fuite d'air, une réserve d'eau thermostatée par l'eau de l'enceinte, une seconde vanne pilotée, et une tubulure traversant l'enceinte thermostatée, reliée à un orifice débouchant dans la chambre de vaporisation, pour maintenir dans celle-ci un niveau constant ;
    • la tubulure de sortie présente en série une vanne mélangeuse pilotable, reliée à un serpentin disposé dans l'enceinte thermostatée ;
    • cette vanne mélangeuse est associée à une vanne légèrement ouverte, autorisant une légère fuite destinée à assurer dans tous les cas un débit minimum d'air dans le saturateur ;
    • la chambre de vaporisation à niveau constant comporte une succession de plaques ou de grilles parallèles horizontales réalisées en un matériau conducteur thermique, lesdites grilles ou plaques faisant alors corps avec la chambre de vaporisation, et comportant une pluralité d'orifices décalés d'une plaque ou d'une grille par rapport à l'autre ;
    • l'humidificateur étanche immergé dans l'enceinte, est réalisé en un matériau conducteur de la chaleur, et comporte des ailettes d'échange thermique avec le liquide de transfert thermostaté ;
    • la tubulure reliant la chambre de vaporisation et débouchant dans le col du venturi, présente des orifices opposés disposés horizontalement dans la section du col ;
    • l'orifice de sortie de la chambre de vaporisation est relié par un séparateur de gouttelettes de type centrifuge disposé dans l'enceinte au dessus dudit orifice, et dont la sortie de gaz saturé est reliée à la tubulure, le liquide séparé retournant ensuite par une autre tubulure dans le liquide de conditionnement par l'orifice situé au dessous du niveau constant.
  • La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit à l'appui des figures annexées.
  • La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif préféré de l'invention.
  • La figure 2 est une représentation en coupe de l'ensemble étanche caractéristique de l'invention.
  • La figure 3 est une représentation schématique d'une forme d'exécution simplifiée de l'invention.
  • La figure 4 montre un détail d'exécution adapté aux réalisations exigeant de gros débits.
  • Le dispositif conforme à l'invention pour produire de l'air conditionné à hygrométrie contrôlée et programmée, comprend tout d'abord une source d'air, par exemple de l'air comprimé (1) tel qu'un compresseur, une bouteille, etc.., reliée par une tubulure à une vanne (2), puis à un détendeur (3) régulateur de la pression. Ce détendeur (3) est relié à son tour à un ensemble dessicateur (4) hygroscopique connu, par exemple du type dénommé "VAN AIR" commercialisé par AUXITROL qui, de manière connue, présente une purge (5). Cet ensemble dessicateur (4) est rélié à son tour à un second détendeur (6), puis à un manomètre (7) et à une vanne (8), de manière à assurer un débit constant d'air sec dans la tubulure d'amenée (21) (pression de l'air comprimé sec sur la vanne (8) compris entre six cents et mille KPa).
  • Le dispositif de conditionnement proprement dit désigné par la référence générale (10), comprend une enceinte (11) thermostatée, avantageusement calorifugée, remplie d'eau distillée (12) jusqu'à un niveau (13). Cette enceinte (11) est thermostatée par un moyen connu (14) comprenant essentiellement, immergés dans l'eau, une résistance électrique (15), un agitateur (16) associé à une pompe de circulation, un thermomètre (17) et un appareil (18) d'affichage et de contrôle de programmation de la température, l'ensemble étant pilotable depuis l'extérieur.
  • L'air comprimé sec débouche dans l'enceinte (11) par un orifice (20), puis est relié à une tubulure d'amenée (21) formant serpentin (22) immergé dans cette enceinte. Cette tubulure (21) et le serpentin (22) sont reliés par un raccordement en T (23) à deux autres tubulures, respectivement une tubulure immergée (24), et une autre tubulure non immergée totalement (25), sortant de l'enceinte (11). La tubulure immergée (24) est reliée à l'humidificateur (30) caractéristique de l'invention.
  • Cet humidificateur caractéristique étanche (30) détaillé à la figure 2, comprend essentiellement un conduit déprimogène ou dépressionnaire à effet venturi associé à une chambre de vaporisation (36). Le tube venturi est constitué dans l'ordre par un convergent (31) relié en amont (32) à la tubulure d'amenée d'air sec (24) immergée, puis en aval à un col (33). Ce col (33) est associé à un divergent (34) relié à son tour par un raccordement conique (35) à la chambre de vaporisation cylindrique caractéristique (36). Dans une forme de réalisation pratique, pour un conduit venturi de symétrie axiale, l'angle au sommet du convergent (31) est voisin de 21°, alors que l'angle au sommet du divergent (34) est voisin de 6 ou 7°.
  • La chambre de vaporisation caractéristique (36) présente au niveau du fond (37) un orifice (38) relié par une tubulure (39) immergée dans l'enceinte (11) à un moyen d'alimentation en eau désigné par la référence générale (40) disposé hors de cette enceinte (11). Ce moyen d'alimentation en eau (40) est thermostaté par une tubulure (41) en serpentin, puisant l'eau (12) dans l'enceinte thermostatée (11). Ce moyen d'alimentation en eau (40) disposé hors de l'enceinte, comprend essentiellement dans l'ordre un vase d'expansion et d'alimentation en eau distillée (42), relié à une vanne manuelle (43), puis à un réservoir proprement dit (44), débouchant sur une vanne (45) pilotée électro-pneumatiquement, reliée à la tubulure immergée (39). La vanne (43) est légèrement ouverte de manière à assurer un certain débit de fuite d'air et donc un maintien de l'eau (50) dans la chambre de vaporisation (36) à un niveau constant (51), défini par l'orifice (38).
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, l'eau distillée (50) de la chambre de vaporisation (36) est reliée par une tubulure (52), tout d'abord à un filtre (56) à poussières destiné notamment à éviter le colmatage, puis au gicleur disposé dans le col (33) du venturi. Le bas (53) de cette tubulure (52) est disposé en dessous du niveau (51), de manière à ce que le col (33) soit alimenté en permanence en eau distillée. L'extrémité supérieure (54) de la tubulure (52) débouche exactement dans ce col (33) qui, à cet effet, présente deux orifices traversants opposés (55), disposés horizontalement en regard l'un de l'autre dans la section même du col (33) formant de la sorte gicleur.
  • De manière connue, le venturi induit au niveau du divergent (34) une dépression, qui entraîne l'aspiration de l'eau (50) au niveau du col (33) et sa pulvérisation instantanée sous forme de fines gouttelettes dans le divergent (34), dont partie d'entre elles retombent dans la chambre (36).
  • Avantageusement, l'humidificateur caractéristique (30) est usiné en bronze, et est donc conducteur thermique. En outre, il comporte des ailettes (60,61) destinées à faciliter l'échange thermique avec le liquide de transfert thermostaté (12). De la sorte, la température du divergent (34) et de la chambre de vaporisation (36) est très proche de la température du liquide thermostaté.
  • Dans une forme de réalisation pratique, la chambre de vaporisation (36) présente deux plaques horizontales (non représentées), percées d'orifices traversants décalés d'une plaque à l'autre, ou deux grilles appropriées, et ce afin de provoquer le dépot sur ces plaques ou sur ces grilles des gouttes d'eau véhiculées par l'air saturé. En outre, on peut avantageusement insérer entre les deux grilles du métal fritté sous forme de grenaille, voire du "PORAL" (marque déposée). Ces plaques ou grilles sont avantageusement réalisées en un matériau conducteur thermique, permettant ainsi de compléter la condensation ou l'évaporation du liquide selon le cas, en augmentant la surface d'échange thermique. En outre, ces grilles jouent un rôle régulateur, dans la mesure où lorsque des gouttelettes d'eau se déposent au niveau desdites grilles, diminuant de la sorte le flux d'air traversant les grilles, elles réduisent de fait la différence de pression entre le col (33) du venturi et la chambre de vaporisation. De la sorte, la quantité d'eau distillée aspirée au niveau du col (33) est réduite, et par voie de conséquence, la pulvérisation diminue. De fait, une moins grande quantité de gouttelettes se dépose au niveau des grilles, réaugmentant la différence de pression, et partant la quantité d'eau pulvérisée au niveau du col (33). On obtient ainsi une auto-régulation de la saturation, et un régime permanent par rapport à la consigne imposée.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, la chambre de vaporisation (36) présente au-dessus du niveau constant de l'eau (51) un orifice de sortie (65), par lequel va s'échapper l'air quasiment saturé en vapeur. Cet orifice de sortie (65) de l'air saturé est disposé juste en-dessus d'une chambre annulaire (66), puis est reliée par une tubulure (67) immergée à une vanne mélangeuse (70) pilotée, disposée par exemple hors de l'enceinte (11), et est reliée également à la tubulure d'amenée d'air sec (25) non immergée. Si l'on souhaite travailler à haute température, il est préférable alors que la vanne mélangeuse (70) soit également immergée dans l'enceinte (11).
  • Pour de grands débits dans le saturateur (30) (voir figure 4), on place entre l'orifice (65) et la tubulure (67) un séparateur de gouttelettes de type centrifuge (100), disposé dans l'enceinte (11) au dessus de l'orifice (65), et dont la sortie (101) de gaz saturé est reliée à la tubulure (80). Le liquide séparé retourne ensuite par la tubulure (102) dans le liquide (50) par l'orifice (103) situé au dessous du niveau constant (51).
  • La vanne mélangeuse (70) est avantageusement associée à une autre vanne (71), destinée à maintenir une légère fuite pour assurer la remontée de l'eau dans la tubulure (52). La vanne mélangeuse (70) est reliée ensuite par une tubulure (72) à un serpentin (73) immergé, lequel est relié par une nouvelle tubulure (74) au volume (75) à conditionner disposée hors de l'enceinte (11).
  • Le dispositif de conditionnement de gaz selon l'invention fonctionne de la manière suivante.
  • L'air comprimé (1) est mis en température en traversant l'enceinte thermostatée (11). Son passage forcé dans le venturi (31,33,34) provoque l'aspiration de l'eau (50) contenue dans la chambre de vaporisation (36) par le biais de la canalisation (52) et de son filtre (56). L'eau qui débouche alors dans le col (33) de ce venturi sature l'air qui le traverse. Cet air, après s'être déchargé des gouttes d'eau les plus lourdes sur les plaques horizontales de la chambre de vaporisation (36), quitte cette dernière par l'orifice (65) et la canalisation (67) jusqu'à atteindre la vanne mélangeuse (70). Cette vanne (70) est pilotée de sorte que l'air qui s'en échappe en (72) ait une hygrométrie déterminée. En effet, pour une position précise de cette vanne (70), correspond une humidité d'air stable. Si l'on désire contrôler avec plus de précision le fonctionnement, on peut mesurer la température et l'humidité dans le volume à conditionner (75) et on maintient la consigne à 0,1 % d'humidité relative par de petites impulsions sur cette vanne (70).
  • Dans une forme d'exécution non représentée, le dispositif de conditionnement automatisé selon l'invention comprend en outre :
    • un appareil de mesure de la température et de concentration en vapeur de gaz conditionné (75) ;
    • un système à microprocesseur équipé d'une carte multifonctions entrées/sorties, numériques/analogiques, et un logiciel spécifique de contrôle et de pilotage des éléments pilotables, tels que (2,6,8,14,45,70), gérant les consignes programmées de température et de concentration en vapeur.
  • L'eau pulvérisée dans le col (33) est en partie évaporée dans le divergent (34) et la chambre (36), et l'excès retombe dans le réservoir (37). L'apport de chaleur nécessaire à cette évaporation est réalisé par le corps conducteur de l'humidificateur (30) muni d'ailettes (60,61) d'échange. Comme déjà dit, la séparation des gouttelettes et un complément d'évaporation est obtenu par passage à travers des chicanes (plaques, grilles) situées dans la chambre (36). Compte tenu de la structure même de l'humidificateur, on observe un maximum d'apport de chaleur au début du divergent, et donc dès le départ des gouttelettes dans celui-ci, et ce, du fait de la forte dépression qui règne en ce lieu. Cet apport diminue avec l'élargissement du divergent (34), et donc corollairement avec la remontée en pression. Cet échange thermique est de plus optimisé par l'adoption d'un divergent à profil effilé (6° d'angle au sommet). On obtient de la sorte un réchauffement uniforme de l'ensemble, et un apport de chaleur constant pour un débit donné.
  • L'air saturé produit (67) est alors mélangé à l'air sec (25) dans une vanne mélangeuse pilotable (70) pour produire l'air conditionné (75). Si une légère fuite d'air en (43) permet un balayage et le maintien du niveau d'eau constant (51) dans la chambre (36), une autre fuite contrôlée (71) permet également de maintenir un léger débit nécessaire à la pulvérisation lorsque l'on désire de l'air relativement sec. En effet, cette fuite contrôlée (71) permet l'éjection d'air saturé, et corrélativement empêche le désamorçage du venturi. Enfin, elle permet d'utiliser ce dispositif même pour de très faible débit, attendu que la perte de charge est en permanence maintenue.
  • L'air contenu dans la chambre (36) exerce une pression supérieure à la colonne d'eau contenue respectivement dans la tubulure (39) et dans le réservoir (44). Comme la vanne (43) autorise un léger débit de fuite d'air, il s'établit un courant inversé eau-air dans le conduit (39), de sorte que si le niveau d'eau (51) dans la chambre de vaporisation (36) dépasse celui du point haut de l'orifice (38), l'eau en excès est refoulée dans le réservoir (44). En revanche, lorsque le niveau d'eau (51) dans la chambre (36) se trouve en dessous du point haut de l'orifice (38), l'eau descend du réservoir (44) vers la chambre (36). Ainsi, le niveau d'eau dans la chambre de vaporisation (36) est régulé par excès ou par défaut, la précision de régulation étant fixé par le débit d'air de fuite autorisé par la vanne (46). Le réservoir (44) peut se remplir de manière complémentaire à partir du vase d'expansion (42), après la fermeture de la vanne pilotée (45) et l'ouverture des vannes (43) et (46).
  • La figure 3 montre comme déjà dit un exemple de réalisation simplifié de l'invention. Les parties communes aux figures 1,2 et 3 ont conservé les mêmes références.
  • Dans cette forme de réalisation, l'air sous pression (1) est détendu à une pression de consigne par son passage dans un détendeur régulateur de pression piloté (6) avant l'entrée (20) de l'enceinte thermostatée (11). La tubulure d'amenée d'air sec (24) est intégralement reliée à l'humidificateur étanche (30), et l'orifice de sortie d'air saturé (65) est intégralement relié à une tubulure (80,67) associée en série à un détendeur (81), puis à un manomètre (82) et une vanne (83), et toujours en série au serpentin immergé (73) relié à son tour au volume (75) à conditionner. Dans une variante, l'ensemble détendeur (81)/vanne (83) peut être remplacé par un régulateur de débit. De la sorte, en faisant simplement varier le débit, on peut obtenir le conditionnement voulu du volume (75) en gaz de concentration constante en vapeur d'eau, directement fonction de la pression et de la température régnant dans l'humidificateur (30).
  • Dans cette forme de réalisation, le fonctionnement de l'installation est particulièrement stabilisé en débit d'air constant. Les variations d'humidité de l'air en sortie (75) sont directement liées à la pression et à la température dans l'humidificateur (30), et à la température et pression d'utilisation. Cette forme d'utilisation complètement réversible, peut également servir à déshumidifier l'air pour le conditionnement de salles par exemple, ou peut être utilisée pour des gaz comprimés autres que l'air, et d'autres liquides que l'eau. Cette solution est particulièrement avantageuse, car elle conduit à de l'air contrôlé calculable à partir de lois physiques connues, puisque tout passe par le venturi (33). Or quelque soit l'humidité demandée, le débit est toujours constant dans la chambre de vaporisation (36).
  • Le dispositif selon l'invention présente de nombreux avantages par rapport à ceux connus et commercialisés à ce jour. On peut citer :
    • une bonne compacité et un faible encombrement ;
    • la possibilité d'obtenir de grands débits conditionnés de manière efficace, ce que ne permettait pas les solutions décrites dans le préambule ;
    • un fonctionnement autonome ;
    • une souplesse de fonctionnement ;
    • une possibilité de programmation et de gestion du conditionnement par micro-ordinateur ou automate programmable ;
    • une efficacité accrue, de par l'utilisation d'un humidificateur particulièrement performant.
  • De la sorte, ce dispositif peut être utilisé avec succès pour le conditionnement de tout volume ou de toute enceinte nécessitant un degré hygrométrique contrôlé et programmé avec précision, tel que par exemple dans les appareils de mesure, notamment de laboratoires, ou dans les pistolets de pulvérisation, par exemple de peinture, de mélanges gaz et solvants, etc .. .

Claims (13)

  1. Procédé pour réguler le conditionnement d'un courant gazeux, dans lequel :
    - on amène la température du gaz à la température de conditionnement souhaitée,
    - on sature le gaz au moyen d'un liquide dit de conditionnement,
    - et on mélange le gaz saturé et conditionné thermiquement ainsi obtenu avec ledit gaz non conditionné insaturé selon une proportion fonction du conditionnement souhaité,
    caractérisé en ce qu'il consiste :
    - à amener le température du liquide à une température voisine de la température de conditionnement du gaz,
    - à saturer le gaz par pulvérisation de ce liquide dans un conduit déprimogène à effet venturi lui-même conditionné thermiquement et comprenant dans l'ordre :
    - un convergent relié à la tubulure d'amenée du gaz comprimé,
    - un col dans lequel débouche le liquide de conditionnement,
    - un divergent débouchant dans une chambre de vaporisation délivrant le gaz saturé et conditionné.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la saturation du gaz est auto-régulée par la dépression elle-même engendrée dans le milieu dépressionnaire.
  3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le gaz est préalablement réglé en pression à l'entrée par un moyen pilotable et est intégralement introduit dans le convergent du venturi, et en ce que le gaz saturé issu de la chambre de vaporisation est détendu à débit constant à la pression d'utilisation, afin d'obtenir un conditionnement du gaz à concentration constante en vapeur du liquide de refroidissement et directement fonction de la température et de la pression dans le saturateur.
  4. Procédé selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le gaz à conditionner est de l'air comprimé et en ce que le liquide de conditionnement est de l'eau.
  5. Dispositif régulateur de conditionnement d'un courant gazeux, comprenant dans une enceinte thermostatée (11) destinée à recevoir un liquide de transfert thermique (12), immergés dans cette enceinte (11) :
    . une amenée (21,22) de gaz à une température programmée, reliée à une source (1) de gaz ;
    . un saturateur (30) de gaz pour amener un liquide de conditionnement (50) au contact du gaz (1) à conditionner ;
    . une tubulure de sortie (67,72,73,74,80) de gaz conditionné reliant l'orifice de sortie du saturateur au volume (75) à conditionner,
    caractérisé en ce que le saturateur (30) est constitué par un conduit déprimogène à effet venturi, associé à une chambre de vaporisation (36), comprenant des moyens d'alimentation en liquide (50) à niveau constant (51), le conduit venturi comprenant dans l'ordre :
    - un convergent (31) relié (32) à une tubulure d'amenée (24) thermostatée de gaz, prolongeant l'amenée (20, 21) dudit gaz comprimé ;
    - un col (33),
    - un divergent (34) débouchant dans la chambre de vaporisation (36),
    ladite chambre de vaporisation (36) présentant :
    . une tubulure (52) reliant le liquide de conditionnement (50) et débouchant dans le col (33) du venturi,
    . et un orifice de sortie (65) disposé au-dessus du niveau maximum prévu pour le liquide de conditionnement (50) dans la dite chambre de vaporisation (36).
  6. Dispositif régulateur de conditionnement d'un courant gazeux selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chambre de vaporisation (36) comporte une chambre de séparation liquide-gaz (66), elle-même située au dessus du niveau (51) prévu pour le liquide (50), et reliée à la tubulure de sortie (67,72,73,74,80).
  7. Dispositif de conditionnement selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la chambre de vaporisation (36) présente un moyen d'alimentation (40) en liquide à niveau constant (51), constitué par un vase d'expansion (42), une première vanne (43) autorisant une légère fuite, une réserve de liquide (44) thermostatée et une seconde vanne pilotée (45), cet ensemble thermostaté disposé hors ou dans l'enceinte (11) étant relié par une tubulure (39) qui traverse l'enceinte (11) et est reliée à un orifice (38) débouchant dans la chambre de vaporisation (36) à niveau constant (51).
  8. Dispositif de conditionnement selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'extrémité de la tubulure (52) reliant par l'intermédiaire d'un filtre (56) la chambre de vaporisation (36) au col (33) du venturi, comporte deux orifices traversants (55) disposés au regard et horizontalement dans la section du col (33).
  9. Dispositif de conditionnement selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la chambre de vaporisation (36) à niveau constant (51) comporte une succession de grilles ou de plaques horizontales réalisées en un matériau conducteur thermique, et faisant corps avec ladite chambre, les grilles ou plaques comportant une pluralité d'orifices décalés d'une plaque par rapport à l'autre, destinés à arrêter les gouttelettes de condensation du liquide de conditionnement, et partant à favoriser l'échange thermique entre le gaz saturé et la chambre de vaporisation.
  10. Dispositif de conditionnement selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (65) de la chambre de vaporisation (36) est relié par un séparateur (100) de gouttelettes de type centrifuge disposé dans l'enceinte (11) au dessus dudit orifice de sortie (65) et dont la sortie (101) de gaz saturé est reliée à la tubulure de sortie (80), le sortie de liquide séparé étant reliée par une tubulure (102) à la reserve de liquide (50) par un orifice (103) situé au dessous du niveau constant (51) prévu pour le liquide.
  11. Dispositif de conditionnement selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que la tubulure d'amenée (22) de gaz sec est raccordée par un branchement (23) à une seconde tubulure (25) reliée par une vanne mélangeuse pilotée (70) à la tubulure de sortie (67) de gaz saturé de la chambre (36) de vaporisation, ladite vanne mélangeuse (70) étant reliée en série à son tour à une tubulure thermostatée (73) reliée à la tubulure de sortie (74).
  12. Dispositif de conditionnement selon les revendications 5 et 11, caractérisé en ce que la source d'air comprimé (1) est reliée à la tubulure d'amenée (21) en série par un détendeur (3), un moyen dessicant (4) et un second détendeur (6) pour amener dans la tubulure (21) de l'air sec à débit constant.
  13. Dispositif de conditionnement selon la revendication 11, automatisé, comportant :
    - un appareil de mesure de la température et concentration en vapeur de gaz conditionné (75) ;
    - un système à microprocesseur équipé d'une carte multifonctions entrées/sorties, numériques/analogiques ;
    - un logiciel spécifique de contrôle et pilotage des éléments pilotables (2,6,8,14,45,70) gérant les consignes programmées de température et de concentration en vapeur.
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