Brevet FR2379756A1 — publié le 19780901

L'invention concerne les installations de délivrance de produits gazeux à partir dlun réservoir où ces produits sont stockés sous forme liquide ; elle est tout particuliere- ment applicable a la distribution d'hydrocarbures sous forme gazeuse De telles installations nécessitent l' ilisation d'un dispositif de vaporisation dans tous les cas où les capacités d'évaporation du réservoir sont trop faibles, ce qui peut être du a une température ambiante trop faible, ou à un débit de gaz soutiré trop important. C'est le cas, par exemple, des installations de distribution de gaz butane en hiver, lorsqu'il est stocké à l'extérieur. Le dispositif de vaporisation est le plus souvent situé en dehors du réservoir, auquel il est relié par une cana- lisation d'amenée de gaz liquéfié Le gaz liquéfié est refoulé du réservoir vers le vaporiseur, soit par l'intermédiaire d'une pompe, soit sous l'effet de sa propre pression de vapeur. Les vaporiseurs couramment -utilisés sont constitués d'une capacité, ou volume de transfert, dans lequel s'opère la transformation de la phase liquide -en phase gazeuse, et dans cette capacité on prévoit un système de chauffage qui favorise ltévaporationv Le système habituel consiste à prévoir un échangeur de chaleur parcouru par un fluide caloporteur maintenu par un dispositif thermostatique â une température constante, largement supérieure à la température maximale pouvant être atteinte par le gaz sous la pression de refoulement désirée. Un tel vaporiseur présente cependant les inconvénients suivants : - le débit maximal vaporisable décroît lorsque la température du produit stocké augmente (ou lorsque la pression de refoulement augmente) ; en effet, les possibilités d'échange thermique décroissent du fait de la réduction de l'écart de température entre le gaz liquéfié et le fluide caloporteur ; - le dépassement accidentel du débit maximal vaporisable provoque l'envahissement en hydrocarbure liquide de l'installation en aval, ce qui est dangereux. On a proposé également un vaporiseur à chauffe directe, a niveau constant et à régulation par pressostat, qui évite ces inconvénients mais qui nécessite une pression suffisante en amont (donc un refoulement par-pompe), d'une part pour compenser la perte de charge dans le système à niveau constant et le différentiel du pressostat, d'autre part pour maintenir dås le vaporiseur une température supérieure à OOC afin d'éviter le blocage du mécanisme par givrage, Pour remédier aux inconvénients des vaporiseurs connus, la présente invention propose un nouveau vaporiseur qui comprend une capacité reliée à sa partie inférieure à un réservoir de produit liquide par une canalisation d' arrivée de le- quine et pourvue, à sa partie supérieure, d'une canalisation de départ de gaz, caractérisé par le fait qu'il comprend un organe de chauffage commandé, placé a l'intérieur de la capacité, une vanne commandée placée dans la canalisation d'arrivée de liquide, deux détecteurs de niveau de liquide a 11 intérieur de la capacité, respectivement un détecteur supérieur et un détecteur inférieur, placés respectivement G un niveau supérieur et un niveau inférieur, de préférence au moins le détecteur su supérieur au-dessus de l'organe de chauffage, et aptes a délivrer un signal de dépassement lorsque le niveau de liquide dans la capacité dépasse respectivement le niveau supérieur ou le niveau inférieur, et un moyen de commande couplé aux détecteurs, à la vanne commandée et a l'organe de chauffage pour commander la fermeture de la vanne et l'excitation de 7'organe de chauffage lorsque le niveau de liquide dépasse le niveau supérieur, et au contraire pour ouvrir la vanne et cesser d'exciter l'or- gane de chauffage lorsque le liquide descend au-dessous du niveau intérieure De préférence, l'organe de chauffage-est une résistance électrique placée à i;;' intérieur de la capacité, la vanne est une vanne à coinniande elecbromagnétique et le moyen de com- mande couplé aux détecteurs est un circuit électrique à relais capable d'appliquer un courant a la résistance électrique et à la vanne électromagnétique. Les détecteurs peuvent être des con tracteurs électriques a flotteur. On prévoit de plus la possibilité d'évacuer en retour vers le réservoir le liquide contenu dans la capacité lorsque la différence de pression entre celle-ci et le réservoir dépasse une valeur déterminée. La vanne comprend de préférence dans ce but un clapet taré à ressort, pour permettre le retour de fluide de la capacité vers le réservoir lorsque la différence de pression entre la capacité et le réservoir dépasse cette valeur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaftront à la lecture de la description détaillée qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique du sys tême de vaporisation selon l'invention1 - la figure 2 représente un schéma électrique du clr- cuit de commande électrique de la figure '1, - la figure 3 représente un détail de détecteur uti- lisé dans l'invention, - la figure 4 représente une coupe de vanne à clapet de retour rappelé par un ressort taré. Le vaporiseur selon l'invention, comprend principalement une capacité 10, de préférence cylindrique et d'axe vertical, a l'intérieur de laquelle est placée une résistance électrique chauffante 12 qui s'étend sur une partie de la hauteur de la capacité. La capacité 10 est reliée à sa partie inférieure à un réservoir de stockage d'hydrocarbures liquides, non représenté, par une canalisation d'amenée de gaz liquéfié 14. Une vanne à commande électromagnétique 16 est insérée dans la canalisation 14 en amont de la capacité, pour autoriser ou interdire le refoulement de liquide du réservoir vers la capacité~. Une pompe peut ou non entre prévue entre le réservoir et la vanne 16 pour refouler le liquide à mesure de son évaporation dans la capacité. Une canalisation 18 de départ de gaz vers des organes d'utilisation sort de la partie supérieure de la capacité 10. 'toujours à l'intérieur de la capacité, sont prévus des détecteurs de niveau de liquide, ici des contacteurs électri ques a flotteur, 20 et 22, qui sont montés sur une tige support 24, à des niveaux différents situes tous deux au-dessus de la résistance électrique 12 et au-dessous du débouché de la canalisation de départ 18. Ces contacteurs électriques a flotteur ont la proprié- té de changer d'état lorsque le liquide qui soulève leurs flotteurs monte au-dessus ou descend au-dessous d'un niveau bien déterminé. Ils sont constitués par exemple d'ampoules (21, 23) fixées sur la tige support au niveau choisi, ces ampoules contenant un contact électrique susceptible de se fermer sous l'action d'un champ magnétique. Le flotteur du contacteur porte un aimant qui, lorsque le flotteur est au niveau du con tacot de l'ampoule provoque la fermeture de ce contact, ou son ouverture Sril s'en éloigne. Une butée empêche le flotteur de s'éloigner au-delà du niveau de fermeture.La montée du liquide soulève le flotteur et provoque le changement d'état du contact. Les flotteurs sont guidés par la tige support 24, ou par tout autre moyen, de manière à suivre un trajet à proximité des ampoules lorsque le niveau de liquide monte ou descend. La figure 3 représente un exemple de contacteur à flotteur, du type normalement fermé, ayant un flotteur 202 contenant un aimant 204, une tigé-guide 206 munie d'une butée supérieure 208 et une butée inférieure 210 pour limiter le déplacement du flotteur, et une ampoule 212 a contact 214 coninLandé par le champ magnétigue de l'aimant Le contact est réalisé par deux lames élastiques en matériau magnétique qui collent l'une à l'autre en présence de l'aimants Revenant a la figure 1 la résistance électrique 12 est alimentée par un circuit électrique de commande 26, qui con trtle également la vanne 16.Le circuit 26 est relié aux contacteurs 20 et 22 dont l'état ouvert ou fermé constitue une information d'entrée pour le circuit 26, information selon laquelle sont commandées la vanne 16 et l'application d'un courant a la résistance 12. Le fonctionnement du vaporiseur est le suivant : en l'absence de courant appliqué à la vanne 16, celle-ci est normalement fermée. C'est le cas en l'absence d'alimentation électrique générale. Lors de la mise sous tension, la vanne 16 s'ouvre et la capacité 10 se remplit de fluide, La résistance électrique n'est pas alimentée.Lorsque le liquide atteint le niveau du contacteur supérieur 22, le circuit 26 déclenche la fermeture de la vanne 16 donc interrompt l'arrivée de liquide, en même temps qu'il applique un courant à la résistance 12 celle-ci est alors complètement immergée et la chaleur qu'elle apporte se répartit de la manière suivante : compensation de la chaleur de vaporisation du produit soutiré, . élévation de la température du liquide contenu dans la capacité 10 et par conséquent de sa pression de vapeurs Le niveau de liquide dans la capacité 10 baisse alors du fait de la consommation et éventuellement du refoulement à travers la vanne 16 par ouverture d'un clapet de retour dort elle est munie.Cette ouverture se produit si la différence de pression entre la capacité 10 et le réservoir excède une valeur prédéterminée définie par le tarage d'un ressort de rappel du clapet, ressort qui tend à maintenir le clapet en position de fermeture de la canalisatione Lorsque le niveau de liquide descend au-dessous du niveau de changement d'état du contacteur inférieur 20, le circuit 26 arrête l'alimentation de la résistance et rouvre la vanne 16 pour remplir à nouveau la capacité. Un exemple de vannes à clapet de retour est représenté à la figure 4 ; on y voit la commande électromagnétique (bobine 160) qui agit sur une tige de soupape 162 au bout de laquelle une tête de soupape 164 bouche la canalisation 14 en l'absence de commande électrique (vanne du type normalement fermée). La tige de soupape est, de plus, rappelée en position fermée par un ressort taré 166 mais une surpression de l'aval par rapport à l'amont peut vaincre la force du ressort. Si la surpression qui permet d'ouvrir le clapet de la vanne 16 est relativement élevée, elle a une fonction de purge de la capacité puisque dès que le clapet s'ouvre, tout le liquide de la capacité est refoulé par la forte surpression vers le réservoir et en particulier les produits plus lourds qui avaient pu s'accumuler au fond de la capacité0 Avec ce système, le liquide ne peut en aucun cas envahir la canalisation de départ 18 par débordement de la Ca- pacité. On peut d'ailleurs prévoir en plus, par sécurité, une vanne 53 (sur la figure 2) dans la conduite 18 et un troisième contacteur a flotteur (264 sur la figure 2) au-dessus des deux autres pour fermer cette vanne si jamais le niveau de liquide atteignait le troisième contacteur. Il est a noter qu'il n'y a pas de risque de surchauffe de la résistance, car celle-ci n'est alimentée que lorsqu' elle est totalement immergée dans le liquide0 Le débit maximal de vaporisation est constant et défini par l'énergie dissipée dans la résistance électrique. L'appareil peut fonctionner sous très basse pression de stockage (et sans pompe) puisque la seule surpression nécessaire entre le réservoir et la capacité est celle qui compense la perte de charge dans la vanne 16 et la canalisation d'arri uvée. Les phénomènes de givrage qui se produisent essentiellement au cours des détentes ou laminages en phase liquide, ne sont pas à craindre. De plus, la pression et donc la température du produit dans le vaporisour suivent celles du produit stocke et donc grossièrement la température extérieure. Il n'y a donc pas de risques de condensation de l'humidité ambiante sur les parois externes de l'appareil. Le circuit électrique 26 est représenté plus en détail a la figure 2, avec les organes qutil commande : vanne 16 et résistance 12. Les contacteurs 20, 22 et 264 sont du type normalement fermés ; un fonctionnement équivalent serait obtenu avec des contacteurs normalement ouverts. Le circuit 26 est généralement alimenté en courant par le secteur, par Itintermédiaire d'un interrupteur général (à fusibles incorporés) 260c Un voyant de mise sous tension 261 indique l'état de fermeture de l'interrupteur général. Un bouton-poussoir manuel 262 comportant un contact à retour automatique en position ouverte déclenche, si du moins le niveau de liquide est au-dessous du contacteur 264 et si la température ne dépasse pas une valeur déterminée par un thermos tat 265, l'excitation d'un relais de sécurité S qui entrasse l'ouverture du contact s1 (extinction du voyant de défaut 265), la fermeture du contact s2 qui met l'ensemble sous tension, provoquant en particulier l'ouverture de la vanne de sécurité 263 placée dans la canalisation 18 (non représentée sur la figure 1 Les opérations prêcédentprovoquent l'excitation d'un relais R, qui est en série avec les contacts des contacteurs 20 et 22, lesquels sont fermés initialement car le liquide est à un niveau au-dessous d'eux. Le relais R excité ouvre un contact r2 en série avec la résistance 12 et empêche donc l'alimentation de celle-ci. Il ferme un contact r3 en série avec la vanne 16 ce qui provoque l'ouverture de celle-ci. Enfin, il ferme un contact de maintien r1 qui, en parallèle sur le contact du contacteur à flotteur 20 fait que le relais R ne cessera d'être excité que lorsque le contacteur supérieur 22 se rouvrira0 Ce contacteur 22 est à cet effet en série avec le relais et avec l'ensemble en parallèle du contact 20 et du contact r1. Le fonctionnement continu est alors celui indiqué en référence à la figure 1 : la vanne 16 ouverte permet le xeaplis- sage de la capacité, la résistance 12 n'est pas alnientée ; lorsque le niveau de liquide atteint le contacteur inférieur 2O, celui-ci s'ouvre, mais-cela n'a aucun effet car le contact r1 en parallèle sur le contact 20 reste fermé (relais R excité). Lorsque le liquide atteint le contacteur 22, celui-di s'ouvre et le relais R cesse d'être excité. Le contact r2 se ferme, r1 s'ouvre et la résistance 12 est alimentée. Le contact r3 s'ouvre et la vanne 16 se fermez D'évaporation se produit et le niveau de liquide baissez Lorsque le contacteur supérieur 22 se referme, le relais R n'est toujours pas excité, mais il le devient lorsque le contacteur inférieur 20 se ferme, et le cycle recommence. Il est à noter que l'organe de chauffage, décrit précisément sous la forme d'une résistance électrique directement immergée dans la capacité, peut être réalisé de façon tout à fait différente. Ce peut être par exemple un chauffage direct au gaz ou un chauffage indirect au moyen d'un serpentin contenant du fluide caloporteur, relié à une source de chauffage électrique extérieure à la capacitéS et c1 est cette source de chauffage qui est alors excitée ou non en réponse â la détection de niveau de liquide dans la capacité (les détecteurs de niveau étant tous deux placés au-dessus du serpentin assurant le chauffage du liquide de la capacité)0 Les détecteurs de niveau de liquide peuvent être constitués par des systèmes photoélectriques ou d'autres transducteurs, sans que cela sorte du cadre de l'invention. On peut imaginer aussi que les détecteurs soient constitués par des flotteurs agissant de manière purement mécanique (par des tringleries) sur la vanne dladmission 16. Le clapet de -retcur de fluide, qui a été décrit dans la réalisation préférentielle comme étant incorporé à la vanne électromagnétique, peut être réalisé de façon différente ; il peut être constitué par une vanne séparée, et cette vanne peut être commandée par un pressostat détectant la pression à l'intérieur de la capacité0 REVENDICADIONS 1) Vaporiseur pour une installation de délivrance de produits gazeux à partir d'un réservoir ou ces produits sont stockés sous forme liQuide, comprenant une capacité reliée à sa partie inférieure au réservoir par une canalisation d'arrivée de liquide et pourvue à sa partie supérieure d'une canalisation de départ de gaz, caractérisé par le fait qu'il comprend un organe de chauffage commandé, placé a' l'intérieur de la capacité, une vanne commandée placée dans la canalisation d'arrivée de liquide, deux détecteurs de niveau de liquide à l'intérieur de la capacité, respectivement un détecteur supe- rieur et un détecteur inférieur, placés respectivement à un niveau supérieur et un niveau inférieur, et aptes à délivrer un signal de dépassement lorsque le niveau de liquide dans la capacité atteint respectivement le niveau supérieur ou le niveau inférieur, et un moyen de commande couplé aux détecteurs, à la vanne commande et à l'organe de chauffage, pour commander la Sermeture de la vanne et l'excitation de l'organe de chauffage lorsque le niveau de liquide atteint le niveau supérieur, et au contraire pour ouvrir la vanne et cesser d'exciter l'organe de chauffage lorsque le liquide descend au-dessous du niveau inférieur. 2)Vaporiseur selon la revendication i, caractérisé par le fait que l'organe de chauffage est une résistance électrique. 3) Vaporiseur selon l'une des revendications i et 2, caractérisé par le fait que la vanne est une vanne à commande électromagnétique. 4) Vaporiseur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la vanne est du type normalement fermée et qu'elle peut être ouverte par application d'un courant électrique. 5) Vaporiseur selon l'une des revendications 1 à caractérisé par le fait que le moyen de commande couplé aux détecteurs est un circuit électrique à relais capable d'exciter ou non la vanne et l'organe de chauffage. 6) Vaporiseur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les détecteurs de niveau sont des contacteurs à flotteur, susceptibles de changer d'état lorsque. le liquide atteint le niveau où ils sont placés0 7) Vaporiseur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il est prévu un organe de retour de fluide de la capacité vers le réservoir, apte à permettre le retour du fluide lorsque la différence de pression entre la capacité et le réservoir dépasse une certaine valeur. 8) Vaporiseur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'organe de retour est constitué.par un clapet taré a ressort, incorporé à la vanne pour permettre le retour de fluide lorsque la différence de pression entre la capacité et le réservoir dépasse ladite valeur, même lorsque la vanne est commandée dans son état fermé. 9) Vaporiseur selon l'une des revendications i a caractérisé par le fait qu'il comprend en outre une autre vanne commandée placée sur la canalisation de départ de gaz et un troisième détecteur de niveau, placé au-dessus des deux autres et apte à commander ladite vanne pour la fermer lorsque le-liquide dans la capacité dépasse le niveau du troisième détecteur. 10) Vaporiseur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le troisième détecteur est apte à commander, par lrintermédiaire d'un relais, la coupure dTune alimentation électrique générale du vaporiseur. 11) Vaporiseur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le détecteur supérieur au moins est placé au-dessus de l'organe de onauffage-O 12) Vaporiseur selon l'une des revendications i à ii, caractérisé par le fait outil est prévu un thermostat de sécurité pour couper 11 alimentation électrique générale en cas l'élévation anormale de température.