FR2615121A1 - Appareil de carbonatation, utilisable notamment en condition de microgravite - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL DE CARBONATATION. L'APPAREIL COMPREND UNE CUVE DE RETENUE 2 DIVISEE EN UNE CHAMBRE SUPERIEURE 38 ET UNE CHAMBRE INFERIEURE 40; DE L'EAU ET ENSUITE DU GAZ CARBONIQUE SONT INTRODUITS DANS LA CHAMBRE INFERIEURE 40 DE LA CUVE DE RETENUE 2; UNE PRESSION EST ENSUITE EXERCEE SUR UN PISTON 4 MOBILE DANS CETTE CUVE DE FACON QUE, SOUS L'ACTION DU PISTON ET D'UN AGITATEUR 8, DU GAZ CARBONIQUE SOIT MIS EN SOLUTION DANS L'EAU AFIN DE FORMER DE L'EAU CARBONATEE QUI EST ENSUITE FOURNIE A UN DISTRIBUTEUR 37. UTILISATION DE CET APPAREIL DE CARBONATATION AUSSI BIEN SUR TERRE QUE DANS L'ESPACE EXTERIEUR.
Description
La présente invention concerne un appareil de carbonatation, un système de
commande et un agitateur
utilisables soit à terre soit dans les conditions de micro-
gravité de l'espace extérieur. L'appareil de carbonatation assure un mélange de dioxyde de carbone et d'eau pour former de l'eau carbonatée selon le principe que, si une masse spécifique de dioxyde de carbone est mélangée à une quantité spécifique d'eau, l'eau sera carbonatée à un niveau spécifique. Un système de commande et un agitateur sont prévus pour faciliter le mélange d'eau et de dioxyde
de carbone afin de former cette eau carbonatée.
Dans l'art antérieur, différents systèmes de carbonatation d'eau sont connus. Par exemple, le brevet US n 2 604 310 délivré à Brown décrit une cuve d'un appareil de carbonatation qui reçoit une quantité fixée d'eau et une quantité fixée de gaz carbonique provenant d'une pompe à déplacement positif. Un agencement connu pour la carbonatation d'eau dans les conditions de microgravité régnant dans l'espace extérieur est décrit dans le brevet US n0 4 629 589 délivré à Gupta et al. et intitulé "Beverage Dispening System Suitable for Use in Outer Space" ( Système de distribution de boissons approprié pour une utilisation dans l'espace extérieur), affecté à
la même Demanderesse que la présente invention. En consé--
quence, il existe dans l'art antérieur un besoin de
disposer de formes additionnelles d'appareils de carbona-
tation qui soient appropriés pour être utilisés dans les conditions de microgravité régnant dans l'espace extérieur ainsi que sur terre. Un tel appareillage doit faire en sorte que seulement de l'eau carbonatée et non des rafales de gaz carbonique soient distribuées en l'absence de gravité. En conséquence, l'objet principal de la présente invention est de créer un appareil de carbonatation qui opère dans les conditions de gravité nulle régnant dans
l'espace extérieur aussi bien que sur terre.
Un autre objet de la présente invention est de
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créer un appareil de carbonatation qui évite de distribuer
des rafales de gaz carbonique.
Encore un autre objet de la présente invention est de créer un appareil de carbonatation qui mette en solution une quantité fixée de dioxyde de carbone pour former de l'eau carbonatée sans qu'il subsiste de gaz libre. Encore un autre objet de la présente invention est de créer un appareil de carbonatation qui ne nécessite pas des pompes de dosage à déplacement positif pour alimenter en eau et en dioxyde de carbone l'appareil de carbonatation. Encore un autre objet de la présente invention est de créer un appareil de carbonatation pourvu d'un
agitateur,qui soit d'une construction simple et qui compor-
te peu de parties mobiles.
Encore un autre objet de la présente invention est de créer un appareil de carbonatation qui convienne pour être utilisé dans l'espace extérieur, qui soit très
fiable et qui nécessite un entretien limité.
Ces objets, et d'autres, de la présente inven-
tion sont satisfaits par création d'un appareil de carbona-
tation servant à produire de l'eau carbonatée, cet appareil comprenant une cuve destinée à contenir au moins de l'eau et du dioxyde de carbone, un piston mobile séparant ladite cuve de retenue en deux chambres, une première chambre pour contenir un fluide de propulsion et une seconde chambre pour contenir du dioxyde de carbone et de l'eau, ainsi qu'un dispositif de commande servant à commander l'entrée et la sortie de fluide de propulsion par rapport à ladite première chambre et à commander l'écoulement de dioxyde de carbone et d'eau vers ladite seconde chambre, au moins une desdites substances constituées par le dioxyde de carbone et l'eau étant reçue dans ladite seconde chambre à mesure que ledit fluide de propulsion est déchargé de ladite première chambre, ledit dispositif de commande permettant le maintien de l'eau et du dioxyde de carbone dans ladite seconde chambre pendant un temps suffisant et avec une agitation suffisante pour former de l'eau carbonatée et ledit dispositif de commande commandant la décharge à partir de ladite seconde chambre de l'eau carbonatée formée au moyen de ladite eau et dudit dioxyde
de carbone.
Ces objets, et d'autres, de la présente invention sont également satisfaits par création d'un système de commande d'un appareil de carbonatation comportant une première et une seconde chambre o le dioxyde de carbone et l'eau sont mélangés dans ladite seconde chambre afin de former de l'eau carbonatée, ledit système comprenant un dispositif de commande pour diriger le fonctionnement dudit appareil de carbonatation, une première valve pour permettre à du fluide de propulsion de pénétrer dans ladite première chambre quand ladite première valve est ouverte, une seconde valve pour permettre à du fluide de propulsion de sortir de ladite première chambre quand ladite seconde valve est ouverte, une troisième valve pour permettre à ladite eau de pénétrer dans ladite seconde chambre quand ladite troisième valve est ouverte, une quatrième valve pour permettre audit dioxyde de carbone de pénétrer dans ladite seconde chambre quand ladite quatrième valve est ouverte, une cinquième valve pour permettre à ladite eau carbonatée formée à partir de ladite eau et dudit.dioxyde de carbone de sortir de ladite seconde chambre quand ladite cinquième valve est ouverte, et des moyens pour former une interface entre le dispositif de commande et lesdites première, seconde, troisième, quatrième et cinquième valves afin de permettre audit dispositif de commande
d'ouvrir et de fermer lesdites valves.
En outre, ces objets, et d'autres,de la présente invention sont additionnellement satisfaits par création d'un agitateur pour un appareil de carbonatation servant à mélanger du dioxyde de carbone et de l'eau pour former
de l'eau carbonatée, ledit agitateur facilitant la forma-
tion d'eau carbonatée et comprenant une pluralité d'enrou-
lements électromagnétiques entourant l'appareil de carbona-
tation, une barre mélangeuse d'agitateur disposée dans ledit appareil de carbonatation, ladite barre comportant un pôle Nord magnétique et un pôle Sud magnétique et ayant un axe de rotation, et un dispositif de commande pour diriger le fonctionnement dudit agitateur, ledit dispositif
de commande assurant sélectivement l'activation et la désac-
tivatioh de chacun des enroulements électromagnétiques pour faire tourner ladite barre mélangeuse autour dudit axe de
rotation.
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-
tion seront mis en évidence dans la suite de la description,
donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels:
la Figure 1 est une vue schématique de l'appareil de carbo-
natation conforme à la présente invention; la Figure 2 est une vue en coupe faite selon la ligne A-A de la Figure 1 la Figure 3 est une représentation schématique de l'appareil de carbonatation de la présente invention la Figure 4 est une représentation schématique de l'appareil de carbonatation de la présente invention, o de l'eau est introduite dans la cuve de retenue la Figure 5 est une représentation schématique de l'appareil de carbonatation de la présente invention, o du dioxyde de carbone est introduit dans la cuve de retenue: les Figures 6 et 7 sont des représentations schématiques de l'appareil de carbonatation de la présente invention, o du dioxyde de carbone est introduit dans une solution pour former de l'eau carbonatée la Figure 8 est une représentation schématique de l'appareil de carbonatation de la présente invention o de l'eau carbonatée est distribuée à partir de la cuve de retenue; la Figure 9 est une représentation schématique d'une seconde réalisation de l'appareil de carbonatation de la présente invention: la Figure 10 est une représentation schématique de la réalisation de la Figure 9 de la présente invention, o du dioxyde de carbone est introduit dans la cuve de retenue; la Figure 11 est une représentation schématique de la réalisation de la Figure 9 de la présente invention, o de l'eau est introduite dans la cuve de retenue, la Figure 12 est une représentation schématique de la réalisation de la Figure 9 de la présente invention, o la cuve de retenue est remplie d'eau carbonatée la Figure 13 est une représentation schématique de la
réalisation de la Figure 9 montrant l'appareil de carbona-
tation de la présente invention o de l'eau carbonatée est en train d'être distribuée à partir de la cuve de retenue la Figure 14 est une représentation schématique du système de commande de l'appareil de carbonatation de la présente
invention.
En référence en détail aux dessins et en particu-
lier aux Figures 1 et 3, un appareil de carbonatation est représenté comme comportant une cuve de retenue 2. Cette
cuve de retenue contient un piston 4 déplaçable alterna-
tivement. Ce piston sépare la cuve de retenue 2 en une chambre supérieure 38 et une chambre inférieure 40, comme
le montre la Figure 4. Le piston 4 se déplace alternative-
ment depuis une position située contre l'extrémité inté-
rieure de la cuve, comme le montre la Figure 3, jusque dans 2.5 une position située contre l'extrémité supérieure de la cuve, comme le montre la Figure 5. Ce piston 4 comporte une partie évidée 6. Cette partie évidée reçoit une barre mélangeuse d'agitateur 8 quand le piston se trouve à l'extrémité inférieure de la cuve 2. La barre mélangeuse d'agitateur 8 peut être fixée sur le fond de la cuve 2 ou bien elle peut être mobile longitudinalement dans la
chambre 40, comme cela sera décrit dans la suite.
Comme le montrent les Figures 1 et 2, un agitateur 7 est pourvu d'une barre mélangeuse 8. Cette barre mélangeuse 8 de l'agitateur est disposée dans la chambre inférieure 40 de la cuve de retenue 2. La barre mélangeuse 8 peut tourner autour d'un axe de rotation 10
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placé au centre de cette barre. A l'extérieur de la cuve de
retenue 2 sont disposés plusieurs enroulements électro-
magnétiques 9. Sur la Figure 1, une série de quatre groupes d'enroulements 9 sont représentés. Comme on peut le voir sur la Figure 2, chaque groupe d'enroulements se compose de quatre enroulements individuels entourant la périphérie de la cuve de retenue 2. Bien que seulement quatre groupes d'enroulements soient représentés et bien qu'il soit prévu seulement quatre enroulements dans chaque groupe, il va de soi qu'il est possible d'utiliser dans l'appareil de carbonatation de la présente invention plus ou moins d'enroulements additionnels. Chaque groupe d'enroulements
est disposé dans un plan horizontal sensiblement perpendi-
culaire à l'axe longitudinal de la cuve de retenue 2. Cet
axe longitudinal coincide avec l'axe de rotation 10.
La barre d'agitation 8 comporte à la fois un pôle Nord magnétique et un pôle Sud magnétique, qui sont influencés par les enroulements électromagnétiques comme cela sera expliqué. En particulier, une séquence de fonctionnement typique ferait intervenir des enroulements opposés dans un plan horizontal, ces enroulements étant excités d'une manière telle qu'un enroulement soit un pôle Nord magnétique et'que l'autre enroulement soit un pôle Sud magnétique. En particulier, les enroulements 9a et 9c de la Figure 2 seraient excités tandis que les enroulements 9b et 9d ne seraient pas excités. Le champ magnétique engendré produirait un alignement de la barre d'agitateur
8 comme indiqué. Ensuite les enroulements 9b et 9d immé-
diatement adjacents aux enroulements excités seraient excités à leur tour. Simultanément, les enroulements
initialement magnétisés 9a et 9c seraient désactivés.
Par une désexcitation de ces enroulements, il en résulte-
rait une rotation de la barre d'agitateur 8. Une excitation et une désexcitation rapides des quatre enroulements dans le plan horizontal produiraient une rotation rapide de la
barre d'agitateur 8 dans un seul plan horizontal.
Par excitation d'enroulements situés à des niveaux différents, l'agitateur peut être déplacé le long de l'axe longitudinal de la cuve de retenue 2. En d'autres termes, par excitation et désexcitation d'enroulements dans différents plans horizontaux, la barre d'agitateur 8 peut être ajustée verticalement sur la longueur de la
cuve 2 dans la chambre inférieure 40, si cela est souhaité.
Les commandes de cet agitateur seront décrites dans la suite. Cet ensemble d'enroulements comporte seulement une partie mobile et aucun joint d'étanchéité, ce qui constitue un avantage important. Cette conception permet d'obtenir une agitation mécanique efficace et simple des
matières se trouvant dans la cuve de retenue 2.
Comme le montrent les Figures 3 à 8,. la cuve de
retenue 2 comporte une entrée 11 de fluide de propulsion.
Le fluide de propulsion peut se composer de C02 sous pression, ou bien d'air, ou bien d'eau, ou bien de toute autre matière appropriée. Ce fluide de propulsion est seulement maintenu dans la chambre supérieure 38 de la cuve 2. Quand la valve d'entrée de gaz 12 est ouverte, ce fluide de propulsion peut pénétrer dans la chambre 38. Une valve d'arrêt 14 est prévue pour empêcher du fluide de propulsion se trouvant à l'intérieur de la chambre 38 de sortir par l'entrée 11. Une sortie 16 de fluide de propulsion est également prévue. Cette sortie comporte une valve de sortie
18 pour contrôler l'écoulement de fluide la traversant.
La cuve de retenue 2 comporte également une entrée d'eau 20 servant à l'introduction d'eau dans sa chambre inférieure 40. Cette entrée d'eau 20 comporte une valve d'entrée d'eau 22 et une valve de contrôle d'entrée d'eau 24. Une entrée 26 de dioxyde de carbone est également prévue pour alimenter en dioxyde de carbone la chambre infirieure 40. Cette entrée de dioxyde de carbone comporte une valve 28 d'entrée de dioxyde de carbone et une valve 30
de contrôle d'entrée de dioxyde de carbone. Il est égale-
ment prévu une sortie-32 d'eau carbonatée pour la chambre infàieure 40. Cette sortie 32 d'eau carbonatée comporte une
valve de sortie 34 et une valve de contrôle de sortie 36.
La sortie 32 d'eau carbonatée alimente en eau carbonatée
un distributeur 37 à partir de la chambre inférieure 40.
La cuve de retenue 2 comporte des capteurs de positions 42, 44 et 46 pour détecter la position du piston 4. Le capteur de position 42 est placé à l'extrémité inférieure de la cuve de retenue 2. Le capteur de position 44 est placé au milieu de la longueur de la cuve 2 tandis que le capteur de position 46 est placé à l'extrémité
supérieure de la cuve de retenue 2. Ces capteurs de posi-
tions opèrent avec le dispositif de commande. Le fonction-
nement de ce dispositif de commande sera décrit en détail
dans la suite.
On va maintenant décrire le fonctionnement de la réalisation représentée sur les Figures 3 à 8. Comme le montre la Figure 3, le piston 4 est placé adjacent au fond de la cuve de retenue 2. Toutes les valves sont fermées dans cette position. La valve 18 de sortie de fluide de propulsion prévue à la sortie 16 de fluide de propulsion est alors ouverte. Cela permet à du fluide de propulsion se trouvant dans la chambre supérieure 38 d'être déchargé dans l'atmosphère dans le cas d'un fluide de propulsion gazeux, ou bien dans un conduit à basse pression dans le cas d'un fluide de propulsion liquide. La valve 22 d'entrée d;eau est alors ouverte. De l'eau à une température de OC pénètre alors dans la chambre inférieure 40 de la cuve de retenue 2. Cette eau fait monter le piston 4 jusque dans
la position représentée sur la Figure 4.
Quand le capteur de position 44 détecte la présence du piston, la valve 22 d'entrée d'eau est alors fermée et le piston se trouve exactement au milieu de l'appareil de carbonatation. La chambre inférieure 40 peut
contenir 345 cm3 d'eau ( par exemple) à ce stade.
L'entrée 28 d'entrée de dioxyde de carbone est alors ouverte. Cela permet à du dioxyde de carbone se trouvant à une pression de 1,5 x 10 Pa ( par exemple) de pénétrer dans la chambre inférieure 40 de la cuve de retenue 2. Cette action pousse le piston 4 jusqu'en haut de la cuve de retenue 2, comme le montre la Figure 5. A mesure que le piston 4 se déplace vers le haut, du fluide de propulsion se trouvant dans la chambre supérieure 38 peut être déchargé dans l'atmosphère ( comme indiqué ci-dessus) par l'intermédiaire de la valve 18 de sortie de fluide de
propulsion qui est ouverte. Quand le piston atteint l'extré-
mité supérieure de la cuve de retenue 2, la cuve peut contenir 345 cm3 de C02 à une pression de 1,5 x 105Pa, par
exemple, en addition aux 345 cm3 d'eau.
A titre d'exemple, une pression de 1,5 xlO5Pa équivaut approximativement à 2,5 atmosphères ( absolues), 345 cm3 de dioxyde de carbone sous une pression de 2,5 atmosphères, lorsqu'ils sont dissous dans 345 cm3 d'eau, font en sorte que l'eau soit carbonatée à approximativement 2,5 volumes. Différents niveaux de carbonatation peuvent être obtenus en faisant varier la pression des 345 cm3 de CO2
Ainsi, aussitôt que le piston a atteint l'extré-
mité supérieure de la cuve de retenue 2, ce qui est déterminé par le capteur de position 46, et aussitôt que la pression à l'intérieur de l'appareil de carbonatation a été stabilisée, les valves.18 et 28 sont immédiatement fermées. Une stabilisation de pression se produit quelques
secondes après que le piston 4 a atteint l'extrémité supé-
rieure de la cuve de retenue 2. Apres la fermeture des
valves 18 et 28, la barre d'agitateur 8 est actionnée.
Une agitation de la barre mélangeuse d'agitateur 8 assiste
la formation d'eau carbonatée.
Aussitôt que l'agitateur est actionné, la valve 12 peut être ouverte pour exercer une contre-pression sur le côté supérieur du piston 4, comme indiqué sur la Figure 6. Du fluide de propulsion sera introduit par l'intermédiaire de l'entrée 11 quand la valve 12 est ouverte. Ce fluide peut se trouver à une pression de 3,5 x 105Pa, par exemple. La haute pression du fluide de propulsion fait en sorte que le piston se déplace vers le bas, ce qui produit une augmentation de la pression dans la
chambre inférieure 40. La pression est augmentée sensible-
ment plus que la pression de saturation pour le volume de dioxyde de carbone à OC dans la chambre inférieure 40. En conséquence, le CO est mis en solution. Comme le montre la Figure 7, le piston 4 atteint finalement la surface du fluide contenu dans la chambre 40. Dans cette situation, tout le dioxyde de carbone a été mis en solution. La valve 12 reste ouverte après que le piston 4 a atteint le niveau du fluide pour faire en sorte que le système reste soumis à une contre-pression à un niveau supérieur à la pression de saturation. En conséquence il ne se produit pas de
séparation entre le dioxyde de carbone et l'eau.
La solution se trouvant dans la chambre 40 de la Figure 7 se compose d'eau complètement carbonatée qui est prête à la distribution. Pour distribuer cette eau, la barre d'agitateur 8 est désactivée et la valve 34 de sortie d'eau carbonatée est ouverte. De l'eau carbonatée peut alors s'écouler par l'intermédiaire de la sortie 32 jusqu'au distributeur 37. Pour assurer une distribution de cette eau carbonatée, la valve 12 reste ouverte. En conséquence, la pression du fluide de propulsion pousse le
piston 4 vers l'extrémité inférieure de la chambre 40.
Quand le piston 4 atteint le fond de la cuve, comme indiqué par le capteur de position 42, les valves 34 et
12 sont fermées comme indiqué sur la Figure 3. En consé-
quence, un cycle de carbonatation d'eau peut alors être répété. Un second agencement de carbonatation d'eau est représenté sur les Figures 9 à 13. Cet agencement utilise la même structure que le premier mode de réalisation mais
cette structure est actionnée d'une manière différente.
En référence aux Figures 9 à 13, on va maintenant décrire le fonctionnement de cette réalisation. Comme indiqué sur' la Figure 9, le piston 4 est initialement appliqué contre l'extrémité inférieure de la cuve de retenue 2. Toutes les valves sont fermées dans cette position. Ensuite la il valve 18 de sortie de fluide de propulsion est ouverte et
la valve 28 d'entrée de dioxyde de carbone est ouverte.
Cette action refoule le piston 4 vers l'extrémité supérieu-
re de la cuve 2. La chambre inférieure 40 est complètement remplie de dioxyde de carbone, comme indiqué sur la Figure 10. Ce dioxyde de carbone peut se trouver à une pression de 1,5 x 105Pa, par exemple. Le piston 4 se déplace de la position de la Figure 9 jusqu'à la position de la Figure sous l'effet de la force exercée par le dioxyde de
carbone pénétrant dans la chambre 40. Du fluide de propul-
sion se trouvant au-dessus du piston 4 dans la chambre supérieure 38 sort par l'intermédiaire de la sortie de gaz
16 qui est ouverte.
Les valves 18 et 28 sont alors fermées et la valve 22 est alors ouverte. Cela permet l'entrée d'eau dans la chambre inférieure 40, à une pression de 3,5 x 105Pa par exemple. La barre d'agitateur 8 est alors actionnée. Cet agitateur assiste le mélange d'eau et de dioxyde de carbone, comme indiqué sur la Figure 11. A mesure que l'eau remplit la cuve de retenue 2, le dioxyde de carbone est absorbé
par l'eau de façon à former de l'eau carbonatée.
Quand le cylindre est complètement rempli d'eau, tout le CO2 a été mis en solution. L'eau est maintenant carbonatée à 2,5 volumes par exemple. La valve 22 est fermée et la barre d'agitateur 8 est désactivée, comme
indiqué sur la Figure 12.
Lorsqu'il est souhaité de distribuer l'eau
carbonatée se trouvant dans la chambre 40 par le distribu-
teur 37, la valve 34 et la valve 12 peuvent être ouvertes.
Quand la valve 12 est ouverte, du fluide de propulsion pénètre dans la chambre supérieure 38 par l'intermédiaire
de l'entrée 11. Ce fluide se trouve à une pression sensi-
blement supérieure à la pression de saturation de l'eau carbonatée. Par exemple le fluide de propulsion peut se trouver à une pression de 3,5 x 10 Pa. La pression du fluide de propulsion soumet le piston à une contrepression le poussant vers le bas. Après ouverture de la valve 34, le piston 4 descend et de l'eau carbonatée est déchargée de la cuve 2 par l'intermédiaire de la sortie 32 jusque dans le distributeur 37, comme le montre la Figure 13. La valve 34
peut être fermée afin d'arrêter la distribution d'eau carbo-
natée. Cependant la valve 12 reste ouverte pour mettre en
pression le haut du cylindre 4 et pour maintenir la tarbona-
tation de la solution dans la chambre 40. Quand le piston 4 atteint le fond de la cuve de retenue 2, toute l'eau carbonatée a été déchargée dans le distributeur 37. Les valves 12 et 34 sont fermées. Cet agencement est représenté sur la Figure 9. L'appareil de carbonatation est maintenant
vide et le cycle peut être répété.
L'une ou l'autre des deux réalisations d'appareil de carbonatation peuvent chacune être utilisées pour remplir une grosse cuve de retenue à partir de laquelle des boissons peuvent être versées dans un gobelet d'utilisateur. En variante il est envisagé que deux appareils de carbonatation puissent être utilisés en parallèle. Pendant qu'un appareil
assure une carbonatation d'eau, 1' autre assure une distri-
bution d'eau déjà carbonatée.
Pour commander le fonctionnement de l'appareil de
carbonatation, il est prévu un système de commande repré-
senté sur la Figure. 14. Le système logique électrique servant à actionner l'appareil de carbonatation de la présente invention peut être réalisé avec des composants
logiques discrets ou bien avec un microprocesseur classi-
que à puces multiples ou bien avec des microcontrôleurs
à " puce individuelle ".
Comme le montre la Figure 14, un microcontrôleur
52 est relié à un dispositif de commande par opérateur 54.
Ce microcontrôleur 52 se compose d'une unité CPU ( unité centrale de traitement), d'une mémoire ROM ( mémoire morte), d'une mémoire RAM ( mémoire à accès sélectif) ou mémoire vive) et de portes I/O (entrée/sortie),
l'ensemble étant agencé sous forme d'une seule puce.
Des éléments de commande d'entrée/sortie 50 sont reliés au microcontrôleur 52. Sur la Figure 4, la cuve de retenue
2 est également représentée avec le piston 4 dans sa posi-
tion basse. Cinq électrovalves sont représentées en 12, 18,
22, 34 et 28 et correspondent aux valves décrites ci-dessus.
Des capteurs de positions 42, 44 et 36 sont également représentés et ont pour fonction de détecter la position du piston mobile 4. Il est également représenté une barre d'agitateur 8 comportant un moyen 48 d'entraînement d'agitateur% Un tel moyen d'entraînement d'agitateur correspond à un entraînement à moteur classique pour une barre d'agitateur fixe. Cependant, le système de commande est également capable de commander l'agitateur 7 décrit ci-dessus qui utilise des enroulements électromagnétiques 9. Ces enroulements 9 ont été représentés schématiquement par la référence 76 sur la Figure 14. Il va de soi que,
si le dispositif agitateur à enroulements électromagné-
tiques est utilisé, la barre d'agitateur 8 ne sera pas fixée à l'extrémité inférieure de la cuve de retenue 2 et
un entraînement séparé 48 sera inutile.
Sur la Figure 14 sont également représentées des lignes 56, 58, 60, 64, 66, 68, 70, 72 et 74. Il est à noter que, pour les lignes 68 et 74, une seule sera utilisée dans un système de commande particulier en fonction du
type d'agitateur utilisé.
On va maintenant décrire le fonctionnement du système de commande d'appareil de carbonatation. Lors de l'initialisation ( démarrage), le microcontrôleur détecte, par l'intermédiaire du capteur de position 42, la position
du piston à l'extrémité inférieure de la cuve de retenue 2.
Le capteur de position 42 signale aux éléments de commande
I/O 50 qu'il faut désexciter ( fermer) les cinq électro-
valves 12, 18, 22, 28 et 34. Au bout d'une période pro-
grammée, la valve 18 est excitée (ouverte) par le micro-
contrôleur par l'intermédiaire de l'élément de commande I/O 50 et de la ligne 56. Cela permet une décharge de la chambre supérieure 38. Il est à noter que, quand une
électrovalve est décrite comme étant excitée ou désexci-
tée, il faut comprendre que le signal part du micro-
contrôleur 52 et est transmis au solenoide de l;électro-
valve par l'intermédiaire de l'élément de commande I/O 50.
En ce qui concerne le système de commande inter-
venant dans la première réalisation, la valve 22 d'entrée d'eau est excitée ( ouverte) en permettant à de l"eau calme " à une température d'environ 0 C de pénétrer dans l'appareil de carbonatation. Cette eau refoule le piston 4 en l'éloignant de l'extrémité de la cuve de retenue 2 correspondant à l'agitateur. Quand le piston est situé au milieu de l'appareil de carbonatation, le capteur de position 44 détecte cela et le signale au microcontrôleur par l'intermédiaire de la ligne 62. Le microcontrôleur
désexcite ( ferme) alors la valve d'eau 22 par l'intermé- diaire de la ligne 66. L'appareil de carbonatation contient maintenant une
quantité connue d'eau calme L'électrovalve 28 est alors excitée ( ouverte) par l'intermédiaire de la ligne 72. L'ouverture de cette valve 28 permet l'introduction de dioxyde de carbone, ou de gaz carbonique, dans la chambre inférieure 40 de la cuve de retenue 2. Le dioxyde de carbone continue à déplacer le piston comme cela a été amorcé par l'eau, jusqu'à ce que le piston atteigne sa fin de course dans le carter de l'appareil de carbonatation. Le capteur de position 46 détecte la position du piston et, au bout d'un temps de retard approprié pour une stabilisation de pression, il signale ce fait au microcontr6leur par l'intermédiaire de la ligne 60 afin de désexciter (fermer) la valve de décharge 18 et la valve 28 de dioxyde de carbone. Le microcontrôleur 52 enclenche ensuite la barre
d'agitateur 8.
Comme indiqué ci-dessus, l'entraînement d'agitateur 48 ou l'entraînement d'agitateur 76 serait utilisé dans une cuve de retenue 2 particulière. Si l'entraînement d'agitateur 48 est utilisé, l'agitateur sera actionné par l'intermédiaire de la ligne 68. Si d'autre part on utilise un entraînement d'agitateur 76,
c'est la ligne 74 qui sera utilisée pour assurer l'activa-
- 2615121
tion de cet agitateur. Dans l'un ou l'autre cas, une activation de l'agitateur assiste la carbonatation de l'eau. Quand le microcontrôleur 52 enclenche l'agitateur, la valve 12 est excitée ( ouverte) par l'intermédiaire de la ligne 58. L'ouverture de cette valve 12 permet à du fluide de propulsion de pénétrer dans la chambre supérieure 38 et d'exercer une contre-pression sur la face du piston 4. L'agitateur et le fluide de propulsion agissant sur le piston 4 font en sorte que le dibxyde de carbone se
trouvant dans la chambre inférieure 40 soit mis en solution.
En conséquence, de l'eau carbonatée est formée.
Quand tout le dioxyde de carbone a été mis en
solution, le capteur 44 détecte la position du piston 4.
Un signal est envoyé par l'intermédiaire de la ligne 62 au microcontrôleur 52. Le microcontrôleur 52 désexcite (arrête) alors l'agitateur et excite ( ouvre) la valve 34. Par ouverture de la valve 34, une distribution d'eau carbonatée est amorcée. Cette distribution d'eau carbonatée peut être intermittente ou continue. Quand toute l'eau carbonatée a été distribuée à partir de la chambre 40, le
piston arrive à l'extrémité de la cuve de retenue 2 corres-
pondant à l'agitateur. Le capteur de position 42 signale cela au contrôleur 52 de façon à désexciter ( fermer) la
valve 34. Toutes les électrovalves sont maintenant désexci-
tées et le cycle de fonctionnement est prêt à être répété.
La description faite ci-dessus montre que le
système de commande représenté sur la Figure 14 pourrait commodément être utilisé pour commander le fonctionnement de la seconde réalisation de l'appareil de carbonatation de la présente invention qui est représentée sur les Figures 9 à 13. Lors du fonctionnement de cette réalisation, le microcontrôleur 52 excite ( ouvre) d'abord les valves 18 et 28. La chambre inférieure 40 de la cuve de retenue est alors remplie de dioxyde de carbone. Quand le capteur de position 46 détermine que le piston 4 a atteint l'extrémité supérieure de la cuve de retenue 2, la valve 28 est désexcitée ( fermée). Au bout d'un temps de retard approprié, la valve 22 peut alors être ouverte pour
permettre de remplir en eau la chambre inférieure 40.
Simultanément, la barre d'agitateur 8 est actionnée. A mesure que de l'eau pénètre dans la chambre inférieure 40, le dioxyde de carbone est mis en solution. Au bout d'une période appropriée pour permettre le remplissage complet
de la chambre, la vàlve 22 est fermée.
Quand tout le dioxyde de carbone se trouvant dans la cuve 22 a été mis en solution, les valves 12 et 34 peuvent être excitées ( ouvertes) par le microcontrôleur 52. Cet agencement permettra une distribution de l'eau carbonatée. Le système de commande de la présente invention utilise des électrovalves qui doivent être excitées pour être ouvertes. Cette conception présente l'avantage qu'une interruption du courant produit simplement une commutation
sûre des valves dans la position de fermeture ( arrêt).
Une mémoire RAM rémanente sera incorporée dans des
applications qui ne tolèrent pas que de l'eau insuffisam-
ment carbonatée puisse résulter d'une interruption du courant. La mémoire RAM rémanente maintiendra la position
du cycle pendant laquelle l'interruption s'est produite.
En conséquence cette mémoire RAM permettra une reprise
correcte du cycle lorsque le courant sera rétabli.
Il est entendu que l'appareil de carbonatation, le système de commande et l'agitateur de la présente invention peuvent être utilisés dans les conditions de microgravité régnant dans l'espace extérieur aussi bien que sur terre. Egalement il est envisagé qu'une pluralité de cuves de retenue puissent être utilisées. Par exemple, deux cuves de retenue peuvent être utilisées en parallèle de telle sorte que, pendant que l'une est en train d'effectuer la carbonatation d'eau, l'autre cuve de retenue
puisse être en train de distribuer de l'eau déjà carbonatée.
Bien que cet appareil de carbonatation ait été décrit pour la distribution d'eau carbonatée, d'autres solutions connues peuvent être traitées avec cet appareil. En outre,
du fait que cette invention est envisagée pour une utili-
sation dans l'espace extérieur, il est à noter que toute
citation à des particularités contenues dans cette descrip-
tion doit seulement être faite en relation avec les dessins ci-joints. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation cidessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du
cadre de l'invention.
Claims (16)
1. Appareil de carbonatation pour produire de l'eau carbonatée, caractérisé en ce qu'il comprend: - une cuve de retenue (2) pour contenir au moins de l'eau et du dioxyde de carbone; - un piston mobile (4) séparant ladite cuve de retenue en deux chambres, notamment une première chambre (38) pour contenir un fluide de propulsion et une seconde chambre (40) pour contenir du dioxyde de carbone et de l'eau et
- un dispositif de commande (54) pour commander l'écoule-
ment du fluide de propulsion à l'entrée et à la sortie de ladite première chambre (38) et pour commander l'écoulement de dioxyde de carbone et d'eau vers ladite seconde chambre (40), au moins une desdites substances constituées par le dioxyde de carbone et l'eau étant reçue dans ladite seconde chambre (40) quand ledit fluide de propulsion est déchargé de ladite première chambre (38), ledit dispositif de commande permettant à ladite eau et audit dioxyde de carbone d'être maintenus
dans ladite seconde chambre (40) pendant un temps suffi-
sant pour former de l'eau carbonatée, et ledit disposi-
tif de commande commandant la décharge d'eau carbonatée, formée à partir de ladite eau et dudit dioxyde de
carbone, à partir de ladite seconde chambre'(40).
2. Appareil de carbonatation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un moyen agitateur (7) pour assister le mélange de l'eau et du dioxyde de carbone pour former l'eau carbonatée, ce dit moyen agitateur
(7) étant disposé dans ladite seconde chambre (40).
3. Appareil de carbonatation selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen agitateur comprend en outre:
- une pluralité d'enroulements électromagnétiques (9) entou-
rant une partie de ladite cuve de retenue (2); - une barre mélangeuse (8) d'agitateur (7) comportant un pôle Nord magnétique et un pôle Sud magnétique, ladite barre (8) étant disposée à l'intérieur de ladite seconde chambre (40) de ladite cuve de retenue (2), et ladite barre (8) pouvant tourner autour d'un axe de rotation (10); et - ledit dispositif de commande (54) étant capable
d'assurer sélectivement une activation et une désactiva-
tion de chacun de la pluralité d'enroulements électro-
magnétiques (9a, 9b,. 9c, 9d) de manière à obliger ladite barre mélangeuse d'agitateur (8) à tourner autour dudit
axe de rotation (10).
4. Appareil de carbonatation selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite pluralité d'enroulements comprend au moins quatre enroulements (9a, 9b, 9c, 9d)
disposés dans un plan et en ce que ledit dispositif de comman-
de (54) assure l'activation de deux parmi les quatre enroulements (9a, 9b, 9c, 9d) au moins prévus tandis que les enroulements restants sont désactivés et ensuite ledit
dispositif de commande (54) assure l'acti\ation des enrou-
lements restants et désactive les deux premiers enroule-
ments précités, ces deux premiers enroulements et les enroulements restants étant placés de façon à faire tourner ladite barre mélangeuse (8) de l'agitateur (7) sous l'effet d'une force magnétique lors de ladite activation et de
ladite désactivation des enroulements (9a, 9b, 9c, 9d).
5. Appareil de carbonatation selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est prévu en addition au plan
précité d'autres plans contenant au moins quatre enroule-
ments, tous les plans cités étant dans l'ensemble parallè-
les et non en coincidence.
6. Appareil de carbonatation selon la revendication , caractérisé en ce que ladite barre mélangeuse (8) de l'agitateur (7) est suspendue dans la chambre inférieure (40) de ladite cuve de retenue (2) par l'intermédiaire d'une force magnétique engendrée par des enroulements électromagnétiques activés et en ce que des enroulements
placés dans des plans différents peuvent être sélective-
ment activés par ledit dispositif de commande (54) de façon à faire déplacer alternativement ladite barre d'agitateur (8) le long de l'axe de rotation (10), ladite cuve de retenue ayant un axe longitudinal et ledit axe de rotation
(10) et ledit axe longitudinal étant en coïncidence.
7. Appareil de carbonatation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cuve de retenue distribue
de l'eau carbonatée à un distributeur (37).
8. Appareil de carbonatation selon la revendication 1, caractérisé en ce que cet appareil est utilisable dans
les conditions de microgravité régnant dans l'espace exté-
rieur. S. Système de commande pour un appareil de carbona-' tation comportant une première et une seconde chambre, o du dioxyde de carbone et de l'eau sont mélangés dans ladite seconde chambre pour former de l'eau carbonatée, ledit système de commande comprenant: -un dispositif de commande pour diriger le fonctionnement dudit appareil de carbonatation; une première valve (12) pour permettre à du fluide de propulsion de pénétrer dans ladite première chambre (38) quand ladite première valve (12) est ouverte; -une seconde valve (18) pour permettre audit fluide de propulsion de sortir de ladite première chambre (38) quand ladite seconde valve (18) est ouverte; - une troisième valve (22) pour permettre à ladite eau de pénétrer dans ladite seconde chambre (40) quand ladite troisième valve (22) est ouverte; - une quatrième valve (28) pour permettre audit dioxyde de carbone de pénétrer dans ladite seconde chambre (40) quand ladite quatrième valve (28) est ouverte; - une cinquième valve (34) pour permettre à ladite eau carbonatée formée à partir de l'eau précitée et du dioxyde de carbone précité de sortir de ladite seconde chambre (40) quand ladite cinquième valve (34) est ouverte; et
- des moyens pour former une interface entre ledit disposi-
tif de commande et lesdites première (12), seconde (18),
2615121'
troisième (22), quatrième (28) et cinquième (34) valves pour permettre audit dispositif de commande (54) d'ouvrir et
fermer lesdites valves (12, 18, 22, 28, 34).
G. Système de commande selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - un piston (4) mobile entre lesdites première (38) et seconde (40) chambres, ledit piston (4) définissant le volume de chacune desdites chambres et étant déplaçable en réponse à une introduction et une sortie d'au moins une desdites substances constituées par ledit fluide de propulsion, ladite eau, ledit dioxyde de carbone et ladite eau carbonatée; et - des capteurs (42, 44, 46) pour détecter la position du piston (4), ledit dispositif de commande réagissant à une information reçue en provenance desdits capteurs (42, 44, 46) pendant le fonctionnement dudit appareil de carbonatation. !i. Système de commande selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande(54) assure l'ouverture de ladite seconde valve (18), et ensuite l'ouverture de ladite troisième valve (22), pour permettre à de l'eau de pénétrer dans ladite seconde chambre (40), lors de la réception d'un signal provenant des capteurs (42, 44, 46) et indiquant que le piston a atteint une première position désirée, en ce que le dispositif de commandeC4)assure la fermeture de ladite troisième valve (22) et l'ouverture de ladite quatrième valve (28), ledit piston (4) se déplaçant alors dans une autre position qui est détectée par un des capteurs précités (42, 44, 46), ce capteur envoyant un signal audit dispositif de commande(54) afin qu'il ferme ladite quatrième valve (28) et qu'il ouvre ladite première valve (12) pour ramener le piston dans la première position désirée sous l'effet de la force du fluide de propulsion pénétrant dans la première chambre (38), ledit dispositif de commande(54) assurant ensuite l'activation d'un agitateur (7) placé dans la seconde chambre (40) pour asister la formation d'eau carbonatée et,
au bout d'un temps prédéterminé, ledit dispositif de comman-
de ouvre ladite cinquième valve (34) et ladite première valve (12) afin de permettre une décharge de ladite eau carbonatée à partir de ladite seconde chambre (40) et de permettre une introduction de fluide de propulsion addi-
tionnel dans ladite première chambre (38).
22. Système de commande selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande (54) assure l'ouverture desdites seconde (18) et quatrième (28) valves pour permettre à du dioxyde de carbone de pénétrer dans ladite seconde chambre (40) et de déplacer ledit piston jusque dans une position désirée, lesdits capteurs (42, 44, 46) détectant ensuite le fait que ledit piston a atteint ladite position désirée et envoyant un signal audit dispositif de commande (54), ledit dispositif de commande (54) assurant ensuite la fermeture desdites seconde (18) et quatrième (28) valves et ouvrant ladite troisième valve (22) tout en assurant simultanément l'actionnement d'un agitateur (7) pour assister le mélange de l'eau et du dioxyde de carbone afin de former de l'eau carbonatée, jusqu'à ce que ladite seconde chambre (40) soit remplie d'eau, ledit dispositif de commande fermant ensuite ladie troisième valve (22) et assurant l'ouverture desdites première (12) et cinquième (34) valves afin de permettre une décharge de ladite eau carbonatée à partir de ladite seconde chambre (40) et une introduction de
fluide de propulsion dans ladite première chambre (38).
13. Système de commande selon la revendication S, caractérisé en ce que ledit appareil de carbonatation est utilisable dans les conditions de microgravité régnant
dans l'espace extérieur.
Système de commande selon la revendication S, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - un agitateur (7) pour assister le mélange de ladite eau, et dudit dioxyde de carbone dans ladite seconde chambre (40) afin de former de l'eau carbonatée, ledit agitateur (7) comprenant une barre mélangeuse (8); et - ledit dispositif de commande (54) est relié audit agitateur (7) pour commander le fonctionnement de la
barre mélangeuse (8).
15. Système de commande selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit agitateur comprend en outre: - une pluralité d'enroulements électromagnétiques (9a, 9b, 9c, 9d) entourant au moins ladite première chambre (38); - ladite barre mélangeuse (8) de l'agitateur (7) comportant un pôle Nord magnétique et un pôle Sud magnétique, ladite barre (8) étant disposée à l'intérieur de ladite seconde chambre (40) et cette barre pouvant tourner autour d'un axe de rotation (40); et - ledit dispositif de commande (54) assure sélectivement
l'activation et la désactivation de chacun des enroule-
ments électromagnétiques (9a, 9b, 9c, 9d) de ladite pluralité afin d'obliger ladite barre mélangeuse (8) de
l'agitateur à tourner autour dudit axe de rotation (40).
1 . Système de commande selon la revendication 15, caractérisé en ce que ladite pluralité d'enroulements comprend au moins quatre enroulements (9a, 9b, 9c, 9d) disposés dans un plan et en ce que ledit dispositif de commande (54) assure l'activation de deux- parmi les quatre enroulements (9a, 9b, 9c, 9d) au moins prévus tandis que les enroulements restants sont désactivés et ensuite ledit
dispositif de commande (54) assure l'activation des enrou-
lements restants et désactive les deux premiers enrou- -
lements précités, ces deux premiers enroulements et les enroulements restants étant placés de façon à faire tourner
ladite barre mélangeuse (8) de l'agitateur (7) sous -
l'effet d'une force magnétique lors de ladite activation et de ladite désactivation des enroulements (9a, 9b, 9c, 9d). 17. Système de commande selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande comprend au moins une unité centrale de traitement (CPU), une mémoire morte (ROM), une mémoire vive ou à accès sélectif
(RAM) et des portes d'entrée/sortie (I/O).
!8. Agitateur pour un appareil de carbonatation servant à mélanger du dioxyde de carbone et de l'eau pour former de l'eau carbonatée, ledit agitateur assistant la formation d'eau carbonatée et étant caractérisé en ce qu'il comprend: une pluralité d'enroulements électromagnétiques (9a, 9b, 9c, 9d) entourant l'appareil de carbonatation, - une barre mélangeuse (8) de l'agitateur (7) disposée dans ledit appareil de carbonatation, ladite barre (8) comportant un pôle Nord magnétique et un pôle Sud magnétique et ayant un axe de rotation (40); et
- un dispositif de commande (54) pour diriger le fonction-
nement dudit appareil de carbonatation, ledit dispositif de commande assurant sélectivement une activation et une
désactivation de chacun desdits enroulements électro-
magnétiques (9a, 9b, 9c, 9d) pour faire tourner ladite
barre mélangeuse (8) autour dudit axe de rotation (40).
1c. Agitateur selon la revendication 18, caractérisé en ce que ladite pluralité d'enroulements comprend au moins quatre enroulements (9a, 9b, 9c, 9d) disposés dans un plan et en ce que ledit dispositif de commande (54) assure l'activation de deux parmi les quatre enroulements (9a, 9b, 9c, 9d) au moins prévus tandis que les enroulements restants sont désactivés et ensuite ledit dispositif de commande (54) assure l'activation des enroulements restants et désactive les deux premiers enroulements précités, ces deux premiers enroulements et les enroulements restants
étant placés de façon à faire tourner ladite barre mélan-
geuse (8) de l'agitateur (7) sous l'effet d'une force
magnétique lors de ladite activation et de ladite désacti-
vation des enroulements (9a, 9b, 9c, 9d).
20. Agitateur selon la revendication 19, caractérisé en ce que lesdits quatre enroulements (9a, 9b, 9c, 9d) au moins prévus sont disposés dans un plan et en ce qu'il est prévu.en addition à ce plan d'autres plans contenant au moins quatre enroulements, tous les plans précités étant
dans l'ensemble parallèles et non en coïncidence.
21- Agitateur selon la revendication 20, caractérisé en ce que ladite barre mélangeuse (8) de l'agitateur (7)
est suspendue dans l'appareil de carbonatation par l'inter-
médiaire d'une force magnétique engendrée par des enroule-
ments électromagnétiques activés et en ce que des enroule- ments se trouvant dans des plans différents peuvent être sélectivement activés par ledit dispositif de commande (54) de manière à faire déplacer alternativement ladite barre mélangeuse (8) de l'agitateur le long de l'axe de rotation
(40), ledit appareil de carbonatation ayant un axe longi-
tudinal et ledit axe de rotation (40) et ledit axe longi-
tudinal étant en coïncidence.
22. Agitateur selon la revendication 18, caractérisé
en ce qu'il est utilisable dans les conditions de micro-
gravité régnant dans l'espace extérieur.
23. Agitateur pour un appareil de carbonatation servant à mélanger du dioxyde de carbone et de l'eau pour former de l'eau carbonatée, ledit agitateur assistant la formation d'eau carbonatée et étant caractérisé en ce qu'il comprend: - une barre mélangeuse (8) d'agitateur (7) disposée dans ledit appareil de carbonatation, ladite barre mélangeuse (8) comportant un pôle Nord magnétique et un pôle Sud magnétique et ayant un axe de rotation (40) la traversant; - un moyen formant enroulement pour suspendre et pour faire tourner ladite barre mélangeuse (8) dans l'appareil de carbonatation sous l'action d'une force magnétique, ledit moyen formant enroulement entourant partiellement ledit appareil de carbonatation; et - un moyen de commande (54) pour assurer une activation et une désactivation de parties dudit moyen formant enroulement afin de faire tourner ladite barre mélangeuse
(-8) autour dudit axe de rotation (40).
24. Agitateur selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'une pluralité de moyens formant enroulements sont
disposés à des niveaux différents dudit appareil de carbo-
natation et en ce que ledit moyen de commande (54) assure
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