Brevet FR2529697A1 — publié le 19840106

La présente invention concerne essentiellement un procédé et une installation de régulation du taux de teneur relative d'un constituant normalement liquide, par exemple de l'eau, dans un gaz, tel que de l'air, par exemple confiné dans une enceinte. On contrait diverses installations de régulation du taux d'humidité relative de 1 air confiné dans une enceinte climatique. selon certaines de ces installations pour humi- difier l'air de l'enceinte on injecte de la vapeur à 100 C et à la pression atmosphérique dans l'enceinte Cette vapeur est généralement produite par un bouilleur dont le débit est contrôlé par la mise sous tension de la résis- tance chauffante du bouilleur. Pour le cas ou on désire abaisser le taux dthumi- dité relative de l'air dans l'enceinte, l'air de l'enceinte est par contre généralement séché sur un échangeur métallique refroidi par évaporation d'un fluide frigorifique. Ainsi, pour obtenir des points de rosée voisins de 0 C, ltévapo- ration de ce fluide est faite à température négative et en conséquence la vapeur d'eau condensée givre sur les parois de l'échangeur. Ainsi, ces installations connues soufrent de l'inconvénient de présenter un risque de sursaturatlon par excès d'injection de vapeur dû à l'imprécision de la régulation du débit de vapeur et qui est accompagnée par des condensations sur les parois de la cuve de l'enceinte ou sur la charge en essai. D'autre part, ces installations fonctionnant par le principe de l'injection de vapeur d'eau présentent l'inconvénient d'utiliser un volume considérable d'eau distillée. En outre , ces installations connues ont en général une mauvaise précision de la régulation de température sèche car celle-ci est déséquilibrée par l'apport calorifique de vapeur à 1000C Par ailleurs, le séchage sur echangeur métallique présente l'inconvénient mentionné ci-dessus du givrage sur l'échangeur ce qui nécessite des opérations de dégivrage périodiques au cour@ desquelles la régulation du taux d'humidité relative est perturbée. L'invention a donc pour but d'éliminer les inconvénients précités des installations connues en fournissant une solution évitant l'injection de vapeur d'eau ainsi qu'un séchage sur échangeur métallique. D'autre part, la présente invention a aussi pour but de fournir une solution qui nc soit pas non seulement applicable à la régulation du taux d'humidité relative de l'air mais aussi à toute régulation du taux de teneur relative d'un constituant normalement liquide dans un gaz Cette solution consiste selon la présente invention en un procédé de régulation clu taux de teneur d'un constituant normalement liquide, par exemple l'eau, dans un gaz, tel que de l'air, par exemple confiné dans une enceinte, caractérisé en ce qu'nul comprend les étapes successives suivantes a) on introduit ledit constituant liquide à l'intérieur de l'enceinte à une température prédéterminée réglable, de façon à ce que ce constituant liquide s'écoule selon un chemin relativement long pour obtenir un temps de contact approprié avec ledit gaz b) on réalise une circulation forcée dudit gaz dans l'enceinte de sorte que le courant de gaz vienne en contact avec ledit constituant liquide s'écoulant le long dudit chemin c) on détecte par tout moyen de détection approprié , le taux de teneur relative dudit constituant dans ledit gaz en circulation forcée d) on compare la valeur mesurée du taux de teneur relative du constituant dans le gaz avec une valeur de consigne e) on modifie la température du constituant liquide introduit et/ou du gaz si le résultat de cette comparaison est en dehors d'un domaine de valeur jugées tolérablgpour que le résultat de cette comparaison se retrouve dans ledit domaine de valeurs d'dcart toléré. Avantageusement, la valeur de modification de la température du constituant liquide introduit est fonction de la grandeur du résultat de la comparaison du taux de teneur relative du constituant dans le gaz avec la valeur de consigne tandis qu'on peut programmer une variation continue de la modification de température du constituant liquide introduit. Selon une variante d'exécution du procédé, on fait ruisseler le constituant liquide contre une paroi verticale intérieure de l'enceinte. Selon une autre variante d'exétution du procédé, on pulvérise le constituant liquide dans l'enceinte. Selon un mode de réalisation préféré du procédé, on cueille le constituant liquide introduit au fond de l'enceinte que l'on recycle ensuite tandis que la modification de la température du constituant liquide introduit est réalisée relativement audit constituant liquide recueilli. Selon un mode de réalisation particulier du procédé, la mise en équilibre à partir d'un gaz à teneur relative en constituant liquide inférieure à la teneur de consigne estréalisée par introduction du constituantliquide à une température légèrement supérieure à celle du point de rosée du gaz en circulation forcée; Enfin, selon un mode de réalisation préféré, le constituant liquide est constitué par de'l'eau tandis que le gaz est constitué par de l'air. Naturellement ce constituant liquide peut être constitué par un alcool ou tout solvant polaire ou non polaire que l'on désire incorporr dans un gaz à une teneur relative donnée.Un tel gaz peut par exemple être ensuite envoyé par des canalisations appropriées à des procédés de synthèse de divers produits chimiques ou peut aussi servir à réaliser des essais sur certains matériaux présents dans l'enceinte. L'invention concerne aussi une installation de régulation du taux de teneur relative d'un constituant normalement liquide,par exemple l'eau, dans un gaz, tel que de l'air, par exemple confiné dans une enceinte caractériséé en ce qu'elle comprend : a) des moyens d'introduction de constituant liquide. à ltintérieur de l'enceinte, à une température prédéterminée réglable b-) des moyens de recueillement du constituant liquideintroduit espacés des moyens d'introduction, et de recyclage du constituant liquide auxdits moyens d'introduction c) des moyens de circulation forcée dudit gaz de l'enceinte de sorte que le courant de gazvienne en contact avec ledit constituant liquide s'écoulant entre les moyens d'introduction et les moyens de recueillement d) des moyens de détection du taux de teneur relative du constituant dans ledit gaz en circulation forcée ; e) des moyens de comparaison de la valeur mesurée du taux de teneur relative du constituant dans le gaz avec une valeur de consigne ; et f) des moyens de modification de la température du constituant liquide introduit et/ou du gaz si le résultat de cette comparaison est en dehors d'un domaine de valeurs Sugées tolérables pour que le résultat de cette comparaison se retrouve dans le domaine de valeurs d'écart toléré. Naturellement, la nature du constituant normalement liquide et du gazest celle précédemment définie pour le procédé. Par le prodBEet 1' installation selon l'invention on obtient les avantages techniques inattendus suivants - on supprime le risque de sursaturation par excès d'injection de vapeur des installations connues résultant de l'imprécision de la régulation des débits de vapeur et qui se traduit par des condensations sur les parois de la cuve de l'enceinte ou sur la charge en essai - on reduit considérablement le volume de constituant liquide consommé, qui est de préférence de l'eau distillée - on obtient de manière inattendue une meilleure pré ci- sion de la régulation de la tempé-ature sèche qui n'est plus déséquilibrée par ltapport calorifique de vapeur à 1000C - on obtient aussi une meilleure précision de la régulation du taux de teneur relative du constituant volatil grâce à la possibilité d'agir à la fois sur le débit de constituant volatil et sur sa température (chauffage ou refroidissement)3 - dans le cas où on utilise de l'eau déminéralisée on obtient aussi une réduction du dépôt calcaire - on supprime aussi le givrage obtenu selon l'art antérieur sur l'échangeur métallique ainsi que les opérations de dégivrage périodiques nécessitées perturbant la régulation du taux de teneur relative du constituant volatil par refroidissement du constituant liquide introduit. - on récupère en cas d'un taux relatif trop élevé le constituant présent dans le gaz par condensation sur le constituant liquide introduit qui est refroidi ce qui résulte en une réduction de sa consommation. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront clairement à la lumière de la description explicative qui va suivre faite en référence au dessin unique annexé représentant un mode de réalisation actuellement préféré de la présente invention donné simplement à titre d'exemple qui ne saurait en aucune façon limiter la portée de la présente invention. La figure unique annexée représente en coupe transversale schématique un mode de réalisation actuellement préféré de l'installation selon l'invention. En référence à cette figure unique, une installation selon l'invention de régulation du taux de teneur relative d'un constituant normalement liquidel par exemple de l'eau, dans un gaz 2 , tel que de l'air, par exemple confiné dans une enceinte 3 est caractérisée en ce qu'elle comprend : a) des moyens 6 d'introduction de constituant liquide à l'intérieur de l 'enceinte ne å une température prédéterminée réglable ;; b) des moyens 8 de recueillement du constituant liquide 1 espaces des moyens d'introduction 6, et de recyclage du constituant liquide auxdits moyens d'introduction 6 comme on le voit en sur la igue annexée cj des moyens 10 de circulation forcée du gaz 2 dans l'enceinte 3 de sorte que le courant de gaz 2 vient en contact avec le constituant liquide en s'écoulant dans l'enceinte entre les moyens d'introduction 6 et les moyens derecueillement 8 comme symbolisé par les flèches à la figure annexes;; d) des moyens 12, 14 de détection du taux de teneur relative du constituant liquide 1 dans le gaz 2 e) des moyens 16 de comparaison de la valeur mesurée de la teneur relative du constituant liquide 1 dans le gaz avec une valeur de consigne ; et fj des moyens 18, 20, 22, 24 de modification de la température du constituant liquide introduit et/ou du gaz Si le résultat de cette comparaison effectuée par les moyens 16 est en dehors d'un domaine de valeurs jugées tolérables pour que le résultat de cette comparaison se retrouve dans le domaine des valeurs d'écart tolérée Selon le mode de réalisation actuellement préféré on observera que l'enceinte 3 est fermée de marnière étanche et comporte une porte coulissante 5 permettant l'introduction d'échantillons d'essai dans le volume intérieur 7 de l'enceinte 3 Ce volume intérieur de l'enceinte 3 comporte un passage 9 de circulation du gaz 2 en direction des moyens 6 d'introduction de constituant liquide 1 défini par des parois internes 26, 28 disposées à une certaine distance d de la paroi interne 3a ,r3b proprement dite de l'enceinte 3. D'autre part, selon ce mode de réalisation actuellement préféré , les moyens d'introduction 6 comprennent un bac réservoir 30 situé à l'extérieur de l'enceinte 3 et avantageusement au-dessous de, celle-ci alimenté en constituant liquide 1 à niveau constant par l'intermédiaire d'une cuve 32 à niveau constant alimentée en constituant liquide selon la flèche C.L, cette alimentation prouvant être éventuellement coupée par l'intermédiaire d'un robinet 34.Ce bac réservoir 30 comprend une sortie 36 de consti-trt. liquide connecte à une pompe 38 avantageusement centrifuge dont sa sortie est connectée à une tuyauterie 40 débouchant à l'intérieur de l'enceinte 3 dans le passage 9 derrière la paroi verticale 28 et se terminant par une rampe d'arrosage 42 destinée à faire ruisseler le constituant liquide 1 contre la paroi verticale intérieure b de l'enceinte 3. D'autre part, les moyens 8 de recueillement et de recyclage du constituant liquide comprennent un bac collecteur 44 défini dans le fond 3c de lZenceinte 3 en dessous de la rampe d'arrosage 42, ce bac collecteur 44 comprenant dans le prolongement de la paroi verticale 3b de l'enceinte 3 une conduite 46 débouchant dans le bac réservoir 30 pour réaliser le recyclage du constituant liquide. On observera que la rampe d'arrosage 42 pourrait être remplacée par des moyens de pulvérisation du consti tuant liquide 1 dans le passage 9, de préférence à contre courant du sens de circulation forcée du gaz 2, le bac collecteur 44 étant dans ce cas également présent pour recueillir le constituant liquide non entraîné par le gaz 2 en circulation forcée. D'autre part, les moyens 10 de circulation forcée sont par exemple constitués par un ventilateur centrifuge dont la roue de ventilation proprementite est disposée entre la paroi de séparation 26 et la paroi supérieure interne 3a de l'enceinte 3 en regard d'une ouverture 48 de la paroi 26. On observera que pour que la circulation forcée du gaz 2 soit correcte, la paroi verticale interne 28 se termine à une certaine distance du fond 3c de l'enceinte 3. Aussi, les moyens 12, 14 i détection du taux de teneur relative du constituant liquide dans le gaz 2 comprennent deux sondes thermométriques 12, 14 dont l'une 12 est sèche, c'est-à-dire située dans le gaz 2 à sa sortie du passage 9, comme représentée, tandis que l'autre 14 est en contact avec le constituant liquide par uregaze plongeant dans le constituant liquide contenu dans le bac collecteur 44. Ainsi on réalise un psychromètre qui permet de mesurer la valeur du taux de teneur relative du constituant liquide 1 dans le gaz 2 en circulation forcée. Ces sondes 12, 14 sont reliées amoyensde comparaison 16 qui effectuent la comparaison du taux de teneur relative du constituant liquide dans le gaz 2 avec une valeur de consigne et qui selon le résultat de cette comparaison commandent les moyens de modification de la température du constituant liquide 1 et/ou du gaz 2. Ces moyens de modification de température selon le mode de réalisation préférentiel représenté comprennent - pour le cas où la teneur relative du consti- tuant liquide 1 dans le gaz 2 est inférieure à la valeur de consigne, une ou plusieurs résistances chauffantes 18 émergées dans le constituant liquide 1 dans le bac réservoir 30 et /ou une ou plusieurs résistances chauffantes 22 dans le chemin de passage 9 du gaz 2 en amont des moyens d'introduction 6 de constituant liquide I - pour permettre de diminuer la température du constituant liquide 1 et/ou du gaz 2, les moyens de modification de température comprennent un ou plusieurs évaporateurs frigorifiques 20, 24 à serpentins immergés, ou disposés de manière à agir sur, le constituant liquide 1 (serpentin 20) soit dans le bac collecteur 40 comme représenté soit au bac réservoir 30 et/ou immergés dans le gaz 2chns le chemin de passage 9 avantageusement en amont des moyens d'introduction 6 du constituant liquide 10 Le fonctionnement de cette installation ci-dessus décrite et conforme au procédé précédemment décrit Ainsi, si par exemple le constituant liquide est de l'eau et le gaz de l'air l'eau introduite dans l'enceinte 3 par la rampe d'arrosage 42 est maintenue à une température prédéterminée réglable qui est légèrement supérieure à celle du point de rosée de l'air par circu lation forcée de sorte qu'elle s'évaporera partiellement et le taux d'humidité relative de 1'air augmentera. Dans le cas où les sondes 12, 14 détecteront un taux d'humidité relative mesuré inférieur à la valeur de consigne2 on mettra sous tension l'une ou plusieurs des résistances chauffantes 18, 22 ou on augmentera l'intensité dans la résistance pour accroire le chauffage de manière à accroître la température du constituant liquide 1 et/ou de l'air recyclé dans le passage 9 par le ventilateur centrifuge 10. A l'équilibre, les résistances chauffantes 18, 22 sont arrêtées ainsi que la pompe centrifuge 38 ce qui arrête le ruissellement intérieur de l'eau. Si le taux d'humidité relative mesuré est supérieur à la valeur de consigne alors les moyens 16 coupent l'alimentation des résistances chauffantes 18, 22 et ouvrent une électrovanne introduisant du fluide frigorifique dans lesevaporateurs frigorifiques 20" et/ou 24 de sorte à refroidir l'eau dans le bac collecteur 44 et/ou à refroidir le gaz 2e De même, dès que la valeur de consigne est à nouveau atteinte ou des valeurs voisines tolérées, on ferme l'électrovanne en arrêtant l'alimentation du fluide frigorifique de l'évaporateur frigorifique 20 et/ou 24. Selon l'invention il est possible de programmer simultanément une variation continue du taux de teneur relative du constituant liquide et de la température sèche de l'enceinte 3. Pour cela, il suffira d'utiliser un émetteur de programme qui pilotera les index du régulateur de la température sèche et des moyens de comparaison 16 agissant sur les moyens Qe modification de température 18, 22 et 20, 24. La plage de réglage du taux de teneur relative varie entre des limites importantes dépendant de la nature du constituant liquide utilisé. Dans le cas de l'utilisation de l'eau comme constituant liquide la plage de réglage du taux d'humidité relative s'étend dC 20 5/- à 100 % avec un point de rosee minimum de 20C pour des températures sèches comprises entre 2 C et 100 C. La précision de régulation du taux d'humidité relative obtenue avec un régulateur électronique de classe 0,5 5o de l'échelle est de plus ou moins 2 % après stabilisation. Comme mentionné précédemment, l'installation et le procédé selon l'invention permettent aussi de régler le taux de teneur relative d'un constituant liquide autre que l7eau, par exemple un alcool ou tout solvant polaire ou non polaire dont on désire contraler la teneur dans un gaz qui peut autre autre que l'air comme de l'azote, en vue de réaliser des atmosphères ayant une teneur déterminée en constituant liquide pour réaliser certains essais ou certaines synthèses. L'invention comprend donc tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs diverses combinaisons. On notera qu'un avantage important de l'invention est l'abaissement de la teneur du constituant liquide dans le gaz qui est obtenu par simple refroidissement de celui-ci. R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de régulation du taux de teneur relative d'un constituant normalement liquide, par exemple de l'eau, dans un gaz, tel que de l'air, par exemple confiné dans une enceinte, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes a) on introduit ledit constituant liquide à l'intérieur de l'enceinte à une température prédéterminée réglable de façon à ce que ce constituant liquide stécoule selon un chemin relativement long pour obtenir un temps de contact approprié avec ledit gaz b) on réalise une circulation forcée dudit gaz dans 1'enceinte de sorte que le courant de gaz vienn contact avec ledit constituant liquide s'écoulant le long dudit chemin;; c) on détecte, par tout moyen de détection approprié, le taux de teneur relative dudit constituant dans le gaz en circulation forcée d) on compare la valeur mesurée dudit taux de teneur relative dudit constituant dans le gaz avec une valeur de consigne ; et e) on modifie la température du constituant liquide introduit et/ou du gaz si le résultat de cette comparaison est en dehors d'un domaine de valeurs jugées tolérables pour que le résultat de cette comparaison se retrouve dans le domaine de valeurs d'écart tolérées. 2. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur de modification de la température du constituant liquide introduit et/ou du gaz en circulation forcée, est fonction de la grandeur du résultat de la comparaison du taux de teneur relative dudit constituant dans ledit gaz avec la valeur de consigne. éventuellement on peut programmer une variation continue de ladite température. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on fait ruisseler le constituant liquide contre une paroi verticale intérieure de l'enceinte. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on pulvérise le constituant liquide dans ltenceinte de préférence à contre courant du sens de circulation forcée du gaz. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on recueille ledit constituant liquide introduit au fond de l'enceinte que l'on recycle ensuite ; la modification de la température du constituant liquide introduit étant réalisée relativement audit constituant liquide -recueilli. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce quela mise en équilibre à partir d'un gaz à teneur relative en constituant liquide inférieure à la teneur de consigne est réalisée par introduction du constituant liquide à une température légèrement supérieure à celle du point de rosée du gaz en circulation forcée. 7. Installation de régulation du taux de teneur relative d'un constituant normalement liquide, par exemple l'eau, dans un gaz, tel que de l'air, par exemple confiné dans une enceinte, caractérisée en ce qu'elle comprend a) des moyens 6 d'introduction de constituant liquide (1) à l'intérieur de l'enceinte (3) à une température prédéterminée réglable b) des moyens (8) de recueillement de constituant liquide introduit espacés des moyens d'introduction (6), et de recyclage (46) du constituant liquide aux moyens d'introduction (6) c) des moyens (io) de circulation forcée du gaz dans l'enceinte (3) de sorte que le courant de gaz vienne en contact avec le constituant liquide (1) s'écoulant entre les moyens d'introduction (6) et les moyens de recueillement -(8) d) des moyens (12, 14) de détection du taux de teneur relative du constituant liquide (1) dans le gaz (2) ; e) des moyens (16) de comparaison de la valeur mesurée du taux de teneur relative du constituant liquide (1) dans le gaz (2) avec une valeur de consigne ; et f) des moyens (18,22 et 20, 24) de modification de la température du constituant liquide introduit et/ou du gaz (2). 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens d'introduction (6) de constituant liquide comprennent un bac réservoir (30) de préférence à niveau constant relié par une tuyauterie (40) à une rampe d'arrosage (42) ou des moyens de pulvérisation de constituant liquide à l'intérieur de l'enceinte (3) dans le chemin de passage (9) du gaz (2) en circulation forcee tandis que les moyens (8) de recuellement et de recyclage précités comprennent un bac collecteur (44) et une conduite (46) de recyclage du constituant liquide recueilli dans le bac réservoir (30). 9. Installation selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que les moyens de modification de la température comprennent - une ou plusieurs résistances chauffantes immergées dans le constituant liquide (1j dans le bac réservoir (30) et/ou dans le gaz (2) dans le passage (9) du gaz (2) en circulation forcée en amont des moyens d'introduction (6) pour accroître la température du constituant liquide (1) et/ou du gaz (2) en circulation forcée - un ou plusieurs évaporateurs frigorifiques à serpentin immergés, ou disposés de manière à refroidir, ledit cnustituant liquide et/ou le gaz (2) en circulation forcée dans le passage (9) et en amont des moyens dZintro- duction (6). 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que le constituant liquide est constitué par de l'eau tandis que le gaz est constitué par de l'air.