FR2936959A3 - Dispositif de melange de gaz. - Google Patents

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Abstract

Dispositif (1) de mélange de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend un tube (6) alimenté au niveau de sa paroi par un premier couple de chambres (9a) contenant un premier gaz et par un deuxième couple de chambres (9b) contenant un deuxième gaz.

Description

1 La présente invention concerne un dispositif de mélange de gaz.
Le dispositif de mélange permet d'effectuer des mélanges gazeux complexes dans un régime stabilisé. Ceci signifie que le mélange n'évolue pas en composition moyenne mais peux évoluer notamment en température et en vitesse d'écoulement. La problématique est centrée sur l'obtention d'un mélange homogène avec des évolutions de la composition moyenne du mélange de gaz au cours de cycle dynamique (typiquement de quelques dizaines de milliseconde). Par exemple, on souhaite obtenir une évolution de mélange gazeux comme représenté à la figure 1, avec des basculements francs entre une composition de mélange gazeux 1 et une composition de mélange gazeux 2, c'est-à-dire sans période de transition (ou avec une période de transition réduite) durant laquelle la composition du mélange est une combinaison des mélanges gazeux 1 et 2.
Le dispositif de mélange permet de tester la réponse en dynamique d'un composant électrochimique confronté à des sauts de compositions gazeuses représentatives des gaz d'échappement, notamment il permet de mieux tester les sondes Lambda. Pour ces tests, il est nécessaire de pouvoir effectuer des basculements entre différentes compositions de gaz à une fréquence importante.
On connaît de la demande JP 10221212 un dispositif de mesure du flux de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Dans ce dispositif, on injecte, dans un tube d'échappement, un gaz inerte et on analyse, en aval du point d'injection, la composition des gaz pour en déduire le débit des gaz d'échapppement.
On connaît de la demande JP 2003 299938 un dispositif de mélange de gaz. 30 Dans ce dispositif, on relie différents réservoirs à un mélangeur pour réaliser le mélange désiré. MS \REN103FR.dpt On connaît encore de la demande WO 00 32248 un dispositif de mélange de gaz, notamment pour diluer et tester des gaz d'échappement. Dans ce dispositif, on mélange les gaz d'échappement à un gaz de dilution avant de prélever un échantillon du mélange pour analyse.
Aucun des documents évoqués ci-dessus n'apporte de réponse aux problèmes mentionnés précédemment.
Le but de la présente invention est de fournir un dispositif de mélange de gaz obviant à ces problèmes mentionnés précédemment et permettant d'améliorer les dispositifs de mélange de gaz connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention propose un dispositif de mélange de gaz permettant d'obtenir des mélanges de gaz de compositions homogènes et permettant un basculement rapide entre un premier mélange ayant une première composition et un deuxième mélange ayant une deuxième composition.
Le dispositif de mélange de gaz est caractérisé en ce qu'il comprend un tube alimenté au niveau de sa paroi par un premier couple de chambres contenant un premier gaz et par un deuxième couple de chambres contenant un deuxième gaz.
Les différentes chambres peuvent être réalisées dans au moins une bague entourant le tube, notamment deux bagues entourant le tube. Les différentes chambres peuvent être disposées symétriquement relativement à un axe du tube.
Les différentes chambres d'un même couple de chambres peuvent être 30 disposées symétriquement relativement à l'axe du tube. MS\REN 103FR.dpt25 3 Chaque chambre peut être alimentée individuellement par une conduite.
Chaque chambre peut alimenter le tube via au moins un orifice, les orifices relatifs à un même couple de chambres étant disposés symétriquement 5 relativement à l'axe du tube. Chaque chambre peut alimenter le tube via trois orifices. Le dispositif de mélange de gaz peut comprendre un venturi, le tube se 10 trouvant entre un cône convergent et un cône divergent du venturi, les premier et deuxième gaz étant aspirés dans le tube par effet venturi. Le dispositif de mélange de gaz peut comprendre au moins une première bague comportant des chambres d'injection du premier gaz et une deuxième 15 bague comportant des chambres d'injection du deuxième gaz, les bagues étant juxtaposées. Le système de test de sonde Lambda, peut comprendre un dispositif de mélange de gaz défini précédemment. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux modes de réalisation du dispositif de mélange selon l'invention.
La figure 1 est un graphique représentant l'évolution souhaitée de la 25 composition d'un mélange gazeux.
La figure 2 est un schéma de principe du mélangeur selon l'invention.
La figure 3 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation du 30 dispositif de mélange selon l'invention.
La figure 4 est une vue en perspective partielle de ce mode de réalisation. MS\REN 103 FR.dpt 20 La figure 5 est une vue en coupe longitudinale de ce mode de réalisation. La figure 6 est une vue en coupe transversale de ce mode de réalisation.
La figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'un deuxième mode de réalisation.
Le principe du dispositif de mélange de gaz ou de mélangeur selon l'invention est représenté à la figure 2. Le dispositif de mélange est raccordé en amont à une tubulure 2 d'entrée et en aval à une tubulure 3 de sortie des gaz. Le dispositif de mélange est en outre connecté à un premier moyen 21 d'alimentation en gaz de type 1 et à un deuxième moyen 22 d'alimentation en gaz de type 2.
Des gaz, notamment des gaz de fonds chauffés, transitent dans la tubulure d'entrée avant d'arriver dans le dispositif de mélange. Ils transitent, après être ressortis du dispositif de mélange, dans la tubulure de sortie.
Ces gaz entraînent, au travers du dispositif de mélange, des gaz de type 1 et de type 2 en alternance. Ainsi, il est possible d'obtenir dans la tubulure de sortie des fronts successifs 23 de mélanges gazeux de différentes compositions. On note a1 le mélange réalisé dans le dispositif de mélange à partir des gaz transitant dans la tubulure d'entrée et des gaz de type 1 et on note a2 le mélange réalisé dans le dispositif de mélange à partir des gaz transitant dans la tubulure d'entrée et des gaz de type 2. Le but est d'obtenir des mélanges aussi homogènes que possible entre deux fronts consécutifs.
Un premier mode de réalisation d'un dispositif de mélange 1 est décrit en 30 détail ci-après en référence aux figures 3 à 6. MS \REN103FR.dpt Le dispositif de mélange comprend principalement un tube 6 présentant sur sa paroi au niveau d'une section transversale des orifices 9a, 9b reliés à des chambres 10a, 10b par des conduits 11a, Il b.
Les conduits et les orifices permettent d'alimenter en gaz le tube depuis les chambres 10a, 10b, ces chambres étant elles-mêmes alimentées en gaz par des conduites 8a et 8b. Les conduites 8a sont reliées entre elles. De même, les conduites 8b sont reliées entre elles.
Les orifices alimentant le tube avec un même gaz sont de préférence placés symétriquement par rapport à l'axe 15 du tube sur la paroi du tube. De même, les conduits 11a, 11 b terminés par ces orifices sont de préférence disposés symétriquement par rapport à l'axe 15 du tube. Les chambres auxquelles sont reliés les conduits 11a, 11 b sont aussi de préférence disposées symétriquement par rapport à l'axe 15 du tube.
Sur ces figures, les références comprenant un a se rapportent à des éléments permettant l'injection de gaz de type 1 et les références comprenant un b se rapportent à des éléments permettant l'injection de gaz detype2.
Le dispositif comprend donc un premier couple de deux chambres 10a contenant le gaz de type 1 et un deuxième couple de deux chambres 10b contenant le gaz de type 2. Ces quatres chambres sont de préférences réalisées dans une même bague 7 creuse et comprenant quatre cloisons 12, de préférence radiales, la compartimentant en quatre chambres identiques. Cette bague entoure le tube 6.
Dans le mode de réalisation représenté, chaque chambre est reliée au tube 30 au moyen de trois conduits, par exemple d'axes coplanaires dans un plan transversal au tube. MS\REN 103 FR.dpt De préférence, le dispositif de mélange de gaz comprend un venturi. Le tube est alors intercallé entre un cône convergent 4 et un cône divergent 5 du venturi. Ainsi, les gaz de type 1 et de type 2 contenus dans les chambres sont aspirés au niveau des orifices par effet venturi. Des moyens comme des électrovannes (non représentés) sont alors disposés sur les circuits d'alimentation en gaz de type 1 et en gaz de type 2 pour commander le mélange du gaz de type 1 ou du gaz de type 2 avec le gaz transitant en amont du dispositif de mélange.
La stucture d'un tel dispositif de mélange permet d'optimiser l'homogénéité du mélange en sortie du dispositif.
La structure à chambres symmétriques, en particulier à paires de chambres symmétiques, permet de limiter le temps de séjour dans les chambres d'injection et les risques de recombinaison des gaz de type 1 et de type 2 dans ces chambres.
Avec un tel dispositif de mélange, il est possible en une durée de l'ordre de 20 ms de basculer d'un mélange obtenu en utilisant le gaz de type 1 à un mélange obtenu en utilisant le gaz de type 2 et d'obtenir une homogénéité du mélange résultant proche de 1 au centre du flux gazeux dans la tubulure de sortie.
L'homogénéité du mélange résultant est obtenu dans un plan de coupe positionné à une distance suffisante de la zone d'injection des gaz de type 1 et de type 2. On remarque par exemple à la figure 5 qu'à la sortie du cône divergent, le mélange gazeux résultant est homogène sur toute la section du cône, les frontières des zones de différentes compositions du mélange gazeux étant représentées sur cette figure par les différentes courbes 14. MS\REN 103 FR.dpt Le dispositif de mélange selon l'invention peut en particulier être appliqué à un système de test de sonde Lambda. Un deuxième mode de réalisation du dispositif de mélange 1' est décrit ci- après en référence à la figure 7. II diffère du premier mode de réalisation en ce qu'il comprend plusieurs bagues 7a, 7b disposées autour du tube 6. Ces bagues sont juxtaposées ou disposées successivement dans le sens de l'écoulement des gaz. Ces bagues peuvent être alimentées chacune par un seul type de gaz. Les chambres des bagues communiquent avec le tube 6 aux moyens de conduits, par exemple radiaux, similaires à ceux décrits précédemment.
Ainsi, l'invention porte également sur un dispositif de mélange de gaz, comprenant un tube alimenté au niveau de sa paroi par au moins une première chambre prévue dans une première bague et contenant un premier gaz et par au moins une deuxième chambre prévue dans une deuxième bague et contenant un deuxième gaz, les première et deuxième bagues étant juxtaposées. MS\REN 103 FR.dpt

Claims (10)

  1. Revendications: 1 Dispositif (1 ; 1') de mélange de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend un tube (6) alimenté au niveau de sa paroi par un premier couple de chambres (9a) contenant un premier gaz et par un deuxième couple de chambres (9b) contenant un deuxième gaz.
  2. 2. Dispositif de mélange de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que les différentes chambres sont réalisées dans au moins une bague (7 ; 7a, 7b) entourant le tube, notamment deux bagues entourant le tube.
  3. 3. Dispositif de mélange de gaz selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les différentes chambres sont disposées symétriquement relativement à un axe (15) du tube.
  4. 4. Dispositif de mélange de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les différentes chambres d'un même couple de chambres sont disposées symétriquement relativement à l'axe (15) du tube.
  5. 5. Dispositif de mélange de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque chambre est alimentée individuellement par une conduite (8a, 8b).
  6. 6. Dispositif de mélange de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque chambre alimente le tube via au moins un orifice (9a), les orifices relatifs à un même couple de chambres étant disposés symétriquement relativement à l'axe (15) du tube. MS\REN 103 FR.dpt 8
  7. 7. Dispositif de mélange de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque chambre alimente le tube via trois orifices (9a).
  8. 8. Dispositif de mélange de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un venturi, le tube (6) se trouvant entre un cône convergent (4) et un cône divergent (5) du venturi, les premier et deuxième gaz étant aspirés dans le tube par effet venturi.
  9. 9. Dispositif de mélange de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une première bague (7a) comportant des chambres d'injection du premier gaz et une deuxième bague (7b) comportant des chambres d'injection du deuxième gaz, les bagues étant juxtaposées.
  10. 10. Système de test de sonde Lambda, comprenant un dispositif de mélange de gaz selon l'une des revendications précédentes. MS\REN 103 FR.dpt
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