Brevet FR2532858A1 — publié le 19840316

L'invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de fourniture d'un mélange gazeux dont les constituants individuels sont présents dans des proportions prédéterminées. De tels mélanges de gaz trouvent application dans divers domaines techniques. C'est ainsi qu'on.utilise# dans le domaine de la boucherie industrielle, des mélanges gazeux de conditionnement composés généralement d'oxygène, de dioxyde de carbone et éventuellement d'azote. A titre de documents illustrant la technique dans ce domaine, on peut citer les brevets français n0 1 591 5345 74/37 202 (publication n0 2 290 153) et 76/14-363 (publication n0 2 351 008). Chaque poste de travail -est équipé de bouteilles de gaz et d'un melangeur comprenant essentiellement des débitmètres et des vannes de dosage. L'utilisation de tels mélangeurs est peu commode, leur réglage est imprécis et manque de souplesse.De pus, ils constituent un ensemble fort coûteux lorsque les postes de conditionnement sont nombreux. Un autre exemple d'application se situe dans un domaine tout différent, celui des hôpitaux, où l'on utilise en anesthésie des mélanges d'hémioxyde d'azote et d'oxygène. Ces mélanges sont élaborés manuellement à partir de réseaux de distribution d'oxygène et d'hémioxyde d'azote purs pour être délivrés aux patients avec une teneur en oxygène pouvant être réglée entre 22 et 100 %. Une telle procédure n'est pas satisfaisante, car elle ne met pas à l'abri soit d'un risque d'erreur de manipulation de l'anesthésiste (interférence de branchements par exemple), soit d'un risque de baisse de pression de 1' oxygène à 1'arrivEe- ce qui peut entrainer une augmentation de la teneur en hémioxyde d'azote - ,soit un risque de coupure par exemple par écrasement du tuyau d'alimentation en oxygène, ce qui implique alors une alimentation du patient en hémioxyde d'azote pur et -conduit éventuellement à un accident mortel. Afin de remédier à ces inconvénients, 11 invention a pour but de définir. un procédé de mélange et de créer un mélangeur permettant d'assurer la fourniture en toute sécurité d'un mélange gazeux de composition précise et aisément réglable, et cela même à un grand nombre de points d'utilisation. Le procédé selon l'invention3 dans lequel on prélève chacun des gaz du mélange à partir d'une source correspondante et on réunit les gaz après les avoir dosés pour réaliser le mélange désiré, est caractérisé par le fait qu'on choisit un des gaz comme gaz de référence, qu'on mesure le débit massique de chaque gaz, et qu'on règle de débit massique des gaz individuels avant leur mélange-en prenant comme paramètres les mesures instantanées respectives des débits massiques de chaque gaz et les valeurs prédéterminées des pourcentages des différents gaz par rapport au gaz de référence. Ce procédé permet d'obtenir des mélanges de gaz dont le dosage peut être aisément réglé de manière précise et qui peuvent être distribués en de nombreux points d'utilisation. L'invention a également pour objet un mélangeur destiné à la mise en oeuvre du- procédé défini ci-dessus. Ce mélangeur est caractérisé par le fait qu'il comporte un groupe de capteurs de débit massique montés respectivement sur des conduites d'amenée des gaz à mélanger, des vannes de régulation interposées dans toutes ces conduites moins une, savoir celle qui transporte le gaz dit de référence, un dispositif de régulation commandant lesdites vannes en fonction des mesures desdits capteurs de débit et de valeurs de pourcentages affichées pour les différents gaz par rapport au gaz de référence, et un réservoir de stockage recevant le mélange gazeux et associé à un pressostat qui y maintient la pression entre deux valeurs limites prédéterminées par commande d'électrovannes interposées dans les conduites d.'ame- née des gaz à mélanger, à ce réservoir étan#t reliée une conduite de sortie envoyant le mélange gazeux aux divers points d'utilisation. Un contrôle de la composition du mélange gazeux est de préférence prévu grâce à un ensemble d'analyse du mélange gazeux, qui peut être relié soit à la sortie du réservoir de stockage, pour analyse du mélange que celui-ci contient (c'est cette liaison qui est réaliséeen service normal pour contrôler en-permanence le mange préparé), soit à l'entrée dudit réservoir, pour analyse du mélange préparé avant stockage (au cours d'une opération de préréglage du mélange avant mise en service normal). Il convient que cet ensemble d'analyse puisse être en outre relié, pour étalonnage et tarage, à des bouteilles contenant soit un gaz différent du a ou des gaz/analyser, soit un mélange gazeux témoin.En pratique, l'ensemble d'analyse pourra être équipé d'autant d'analyseurs qu'il y a de gaz à mélanger moins un, la teneur du dernier gaz s'obtenant par différence à partir des teneurs mesurées pour Les autres gaz. Sur les conduites d'amenée des gaz à mélanger peuvent être interposés des débitmètres de contrôle. Ces conduites sont par ailleurs de préférence munies de pressostats déclenchant une alarme en cas de défaut d'alimentation en gaz. D'une manière analogue, l'ensemble d'analyse peut être muni de dispositifs d'alarme signalant toute valeur anormale de la teneur de l'un quelconque des gaz dans le mélange. De même, le dispositif de régulation peut être muni de dispositifs d'alarme signalant toute valeur anormale du débit de l'un quelconque des gaz à mélanger. Les conduites d'amenée des gaz à mélanger sont avantageusement munies de vannes d'isolement' permettant de modifier le nombre de composants gazeux du mélange préparé. Grâce à ceSte disposition, il est possible de passer très facilement par exemple d'un mélange gazeux ternaire à un mélange binaire. Dans un but de sécurité de fonctionnement3 on peut prévoir qu'à la conduite de sortie se raccorde une conduite auxiliaire en provenance d'un ensemble de secours comportant au moins un cadre de bouteilles remplies d'un mélange gazeux semblable à celui qui est normalement préparé, savoir de préférence deux cadres commutables, un détendeur étant interposé dans ladite conduite auxiliaire et réglé à une pres sion de sortie légèrement inférieure à la limite basse de pression dans le réservoir de stockage. Une telle disposition assure le maintien automatique de la fourniture du mélange gazeux pendant un certain temps en cas de manque d'alimentation du réservoir en mélange gazeux. Une autre solution, qui peut être valablement mise en application en milieu hospitalier, consiste à donner au réservoir de stockage une capacité telle qu'il confère lui-même au mélangeur la durée d'autonomie désirée. Cette deuxième solution est avantageuse dans tous les cas où l'un des gaz du mélange (tel que l'hémioxyde d'azote) ne peut supporter des pressions élevées sans se liquéfier et imposerait par suite de prévoir un nombre considérable de bouteilles de stockage à pression relativement basse, ou de stocker le mélange dans des boutteils à pression plus élevée, placées dans un local maintenu à une température telle qu'il nty ait pas de risque de reliquéfaction dudit gaz. Un mélangeur selon l'invention est en mesure de fournir, avec une excellente fiabilité et une grande souplesse de réglage, un mélange gazeux de composition précise et stable à un nombre important de points d'utilisation, qui sont ainsi tous alimentés par un même mélangeur, d'où une grande sécurité et une notable diminution du coût global. La nature et le nombre des gaz composant le mélange peuvent en outre être aisément modifiés en fonction des besoins et des domaines d'application. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé à titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. La figure unique représente le schéma d'un mélangeur de gaz selon l'invention. Le mélangeur représenté est destiné à alimenter en mélange gazeux de conditionnement une installation d'emballage de portions de viande en barquettes sous film plastique thermosoudé. Les gaz à mélanger (oxygène, dioxyde de carbone et azote) arrivent par trois conduites d'amenée 1, 2, 3 en provenance d'un réservoir 4 d'oxygène gazeux, d'un réservoir 5 d'azote gazeux et, via un vaporiseur 46, d'un réservoir 6 de dioxyde de carbone liquide, ce dernier assurant également par une conduite 7 l'alimentation en liquide réfrigérant des hachoirs de l'installation.Sur chacune des conduites 1, 2, 3 sont interposés successivement un serpentin de réchauffage 8, un clapet 9, une vanne d'isolement 10, un filtre 11, une électrovanne 12, un capteur de débit massique 13 (fournissant une mesure du débit de gaz indépendante de la pression et de la température de celui-ci) et un débitmètre de contrôle 14 shunté par une vanne 15. L'oxygène étant pris comme gaz de référence, la conduite 1 correspondante est munie, entre l'électrovanne 12 et le débitmètre massique 13, d'un robinet 16 permettant de autres régler le débit d'oxygène tandis que les deux/conduites 2 3 sont équipées de vannes de régulation 17 placées en aval des capteurs de débit massique 13 correspondants.Ces vannes 17 sont commandées par un dispositif de régulation électronique 18, de type connu, comportant trois cadrans de lecture 19 des débits mesurés par les capteurs 13 sur les gaz à mélanger et deux boutons 20 d'affichage des pourcentages de dioxyde de carbone et d'azote désirés dans le mélange R préparer, les pourcentages correspondants pouvant être lus sur deux cadrans 21 respectif#s. Le dispositif 18 commande ltou- verture des deux vannes 17 en fonction des valeurs de pourcentage affichées au moyen des boutons 20, compte. tenu des débits mesurés par les #capteurs 13. En aval des débitmètres de contrôle 14 les trois conduites 19 2, 3 se réunissent en une conduite unique 22 acheminant le mélange gazeux vers un réservoir de stockage 23 à travers une électrovanne de sécurité 24 et une vanne d'isolement 25. Cette conduite 22 comporte un embout 26 permettant le raccordement d'une voie-de mélange supplémentaire correspondant à un quatrième gaz tel que l'oxyde de carbone.A la sortie du réservoir 23 est branchée une conduite 27 dirigeant le mélange gazeux, dont la température est constamment positive, vers les divers postes de conditionnement de. l'instal- latin La teneur de chaque gaz dans le mélange fourni peut aisément comporter une précision de + 1 %. La pression dans le réservoir 23 est maintenue entre deux limites, par exemple 5,8 bar et 7,8 bar, définies par un pressostat 28 qui commande, à lsatteinte de la limite inférieure, l'ouverture des électrovannes 12 et 24 et, à l'atteint de la limite supérieure, la fermeture de ces électrovannes. La fermeture de l'électrovanne 24 constitue u#ne mesure de sécurité évitant la pollution du mélange. contenu dans le réservoir 23 en cas de fuite d'une électrovanne 12 en position de fermeture. Un ensemble 29 d'analyse de gaz est prévu, qui comprend un analyseur d'anhydride carbonique et un analy seur d'oxygène, les taux mesurés de ces deux gaz étant lisibles sur des cadrans indicateurs 30, gradués en pourcentages, et simultanément appliqués à des enregistreurs sur papier 31.Au moyen d'un ensemble 33 de vannes de sélection, ensemble d'analyse 29 peut être raccordé soit par une conduite 35 à la conduite 22 où apparaît le mélange préparé en amont du réservoir 23, soit par une conduite 36 à la sortie dudit réservoir, soit par une conduite 3-7 à une bouteille d'azote 38, soit par une conduite 39 à une bouteille de mé Le Le Le premier raccordement permet d'effectuer le pré- réglage du mélange gazeux préparé avec ouverture provisoire d'une vanne 32 de mise à l'air et fermeture de la vanne 25. Le second raccordement permet l'analyse du mélange stocké dans le réservoir 23. Le troisième raccordement permet de régler le zéro des indicateurs 30 et des enregistreurs 31. Le quatrième raccordement permet de caler les analyseurs sur un mélange de composition connue En fonctionnement normal, c'est le second raccordement par la conduite 36 qui est établi en permanence. La conduite de sortie 27 peut recevoir, en cas de besoin, du mélange gazeux d'un ensemble de secours 74, comprenant essentiellement deux cadres 41 de bouteilles remplies d'un mélange gazeux identique au mélange désiré ou voisin de celui-ci. Les bouteilles de l'un ou l'autre cadre 41, au choix, peuvent être raccordées au moyen de l'une de deux vannes 42 à une conduite 113 reliée à la conduite 27 par l'intermédiaire d'un détendeur 1111 qui abaisse la pression du mélange gazeux à une valeur légèrement inférieure à la valeur limite basse de pression dans le réservoir 23 (par exemple 5 bar si cette valeur limite est de 5,8 bar). Ce détendeur est donc normalement bloqué par contre-pression. Ce n'est qu'au cas où la pression dans ledit réservoir chute, en raison d'un défaut de fonctionnement, en dessous de sa limite prescrite, puis de la pression de réglage du détendeur, que celui-ci se débloque, de sorte que l'ensemble de secours 34 prend automatiquement le relais pour fournir le mélange gazeux. L'ensemble d'analyse 29 est doté dé dispositifs d'alarme signalant tout écart anormal de la composition du mélange gazeux préparé, par comparaison avec des valeurs limites haute et basse prédéterminées pour les teneurs mesurées. Une alarme est également déclenchée lorsque les débits mesurés par les capteurs 13 sortent d'intervalles de consigne prédéterminés, tandis que toute chute anormale de la pression de l'un quelconque des gaz à mélanger est signalée par des pressostats 45 branchés sur les conduites d'amenée 19 2, 3. En cas d'alarme, traduisant par exemple une fuites un déréglage ou un manque sur une source de gaz, la fermeture des électrovannes 12 et 24 est commandée automatiquement pour préserver.le mélange contenu dans le réservoir 23, qui continue alors à être exploitable pendant un certain temps. Les différents appareillages électriques du mélan-' geur sont gouvernés à partir d'une armoire de commande 117. On a considéré dans ce qui précède la préparation d'un mélange gazeux ternaire. Si l'on désirait par exemple se limiter à un mélange de deux gaz, il suffirait de fermer la conduite d'amenée correspondante et d'inhiber les alarmes relatives au gaz supprimé. C'est en particulier le cas que l'on rencontre pour la fourniture, en milieu hospitalier, de gaz d'anesthésie à deux composants, oxygène et hémioxyde être d'azote, qui peuvent/préparés à l'aide d'un mélangeur tel que décrit ci-dessus, avec toutefois suppression de la troisième voie d'alimentation relative d l'azote et remplacement du réservoir 6 de dioxyde de carbone par un réservoir d'hémioxyde d'azote ou, d'une manière préférable relativement à la sécurité, par deux réservoirs couplés, reliés à une centrale à inversion automatique. La source d'oxygène peut également être doublée. L'analyseur 29 est ici prévu pour l'analyse d'un seul gaz (l'oxygèneg~tandis que l'hémioxyde d'azote est pris comme gaz de référence)3 la bouteille 40 pouvant être remplie d'un mélange oxygéné quelconque', par exemple de l'air, en tant que mélange témoin.Par ailleurs, il convient d'utiliser un réservoir de stockage 23 de grande capacité pour éviter l'emploi de cadres 41 de bouteilles de secours, impraticable dans le cas d'un gaz tel que l'hémio- xyde d'azote. La pression dans ce réservoir, placé à ltexté- rieur, est maintenue dans- une fourchette de 8 à 10 bar environ, qui autorise le fonctionnement jusqu'à une température de - 500C envIron sans risque de reliquéfaction de l'hémioxyde d'ôzote, la pression partielle de ce gaz dans le mélange étant/de l'ordre de 6 bar au plus. On peut calculer que, pour un hôpital consommant 5 NmD de mélange à a bar par jour, un réservoir de 3 000 litres procure une autonomie voisine de quatre jours.Un tel réservoir est au surplus en mesure d'assurer les forts débits de pointe que demande généralement un hôpital dans la matinée. Une telle disposition est applicable plus généralement dans les cas où l'un au moins des constituants du mélange gazeux risque une reliquéfaction et où le réservoir de stockage est placé à l'extérieur des bâtiments; la pression dans ce réservoir est alors choisie de manière que ledit constituant ne puisse se reliquéfier quelle que soit la#température hivernale. En conclusion, on notera que le procédé et le mélangeur selon 1V invention peuvent-recevoir des applications très diverses, notamment pour l'emballage et le conditionnement de produits alimentaires périssables, par exemple de viandes ou autres produits carnés ou de charcuterie. Un autre domaine d'application est celui de la fourniture de mélanges gazeux nécessaires aux usages médicaux et hospitaliers, en particulier de mélanges respirables. Dans ce der domaine ni%o#a##einvention permet d'assurer la fourniture en toute sécurité de mélanges gazeux de composition précise, et cela en tous points d'un hôpital où sont installées jusqu'à' maintenant des prises murales d'hémioxyde d'azote pur. Il devient ainsi possible de remplacer la distribution de ce gaz pur par la distribution d'un mélange respirable hémioxyde d'azote - oxygène renfermant toujours au-moins 22 % d'oxygène. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fourniture d'un mélange gazeux dont les constituants individuels se-trouvent dans des proportions prédéterminées3 ce procédé, dans lequel on prélève chacun des gaz du mélange à partir d'une source correspondante et on réunit les gaz après les avoir dosés pour réaliser le mélange desiré, étant caractérisé par le fait qu'on choisit un des gaz comme gaz de référence, qu'on mesure le débit massique de chaque gaz, et qu'on règle le débit massique des gaz individuels avant leur mélange en prenant comme paramétres les mesures instantanées respectives des débits massiques de chaque gaz et les valeurs prédéterminées des pourcentages des différents gaz par rapport au-gaz de référence. 2. Mélangeur de gaz permettant de mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 19 caractérisé par le fait qu'il comporte un groupe de capteurs de débit massique (13) montés respectivement sur des conduites (13 2, 3) d'amenée des gaz à mélanger, des vannes de régulation (17) interposées dans toutes ces conduites moins une, savoir la conduite (1) qui transporte le gaz dit de référence, un dispositif de régulation (18) commandant lesdites vannes (17) en fonction des mesures desdits capteurs de débit (13) et de valeurs de pourcentages affichées pour les différents gaz par rapport au gaz de référence, et un réservoir de stockage (23) recevant le mélange gazeux et associé à un pressostat (28) qui y maintient la pression entre deux valeurs limites prédéterminées par commande d'électrovannes (12) interposées dans les conduites (1, 2, 3) d'amenée des gaz à mélanger, à ce réservoir (23) étant reliée une conduite de sortie (27) envoyant le mélange gazeux aux divers points d'utilisation 3. Mélangeur selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un ensemble (29) d'analyse du mélange gazeux, qui peut être relié soit à la sortie du réservoir de stockage (23), pour analyse du mélange que celui-ci contient, soit à l'entrée dudit réservoir, pour analyse du mélange préparé avant stockage. 11. Mélangeur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'ensemble d'analyse (29) peut être en outre relié, pour étalonnage et tarage, à des bouteilles (38, 40) contenant soit un gaz différent du ou des gaz à analyser, soit un mélange gazeux témoin. 5. Mélangeur selon la revendication 3 ou 4,caracté- risé par le fait que l'ensemble d'analyse (29) est équipé d'autant d'analyseurs qu'il y a de gaz à mélanger moins un. 6. Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que sur les conduites (1, 2, 3) d'amenée des gaz à mélanger sont interposés des débitmètres de contrôle (14). 7. Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que les conduites (1, 2, 3) d'amenée des gaz à mélanger sont munies de pressostats (45) déclenchant une alarme en cas de défaut d'alimentation en gaz. 8. Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé par le fait que l'ensemble dtanaly- se (29) est muni de dispositifs d'alarme signalant toute valeur anormale de la teneur de l'un quelconque des gaz dans le mélange. 9. Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé par le fait que le dispositif de régulation (18) est muni de dispositifs d'alarme signalant toute valeur anormale du débit de l'un quelconque des gaz à mélanger. 10. Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé par le fait que les conduites (1, 2, 3) d'amenée des gaz à mélanger sont munies de vannes d'isolement (10) permettant de modifier le nombre-de composants gazeux du mélange préparé. îî Mélangeur selon l'une quelconque revendications 2 à 10, caractérisé par le fait qu'à la conduite de sortie (27) se raccorde une conduite auxiliaire (43) en provenance d'un ensemble de secours (34) comportant au moins un cadre (41) de bouteilles remplies d'un mélange gazeux semblable à celui qui est normalement préparé, un détendeur (44) étant interposé dans ladite conduite auxiliaire (43) et réglé à une pression de sortie légèrement inférieure à la limite basse de pression dans le réservoir de stockage (23). 12. Mélangeur selon la revendication 11, caractérisé par le fait que, dans le cas d'un mélange gazeux dont un constituant au moins risque une reliquéfaction, les bouteilles de stockage sont entreposées en local maintenu à une température écartant ce risque. 13. Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé par le fait que le réservoir de stockage (23) présente une capacité telle qu'il confère au mélangeur la durée d'autonomie désirée. 111. Mélangeur selon-la revendication 13, caractérisé par le fait que, dans le cas d'un mélange gazeux dont un constituant au moins risque une reliquéfaction et où le réservoir de stockage est placé à l'extérieur, la pression dans ce réservoir est choisie de manière que ledit constituant ne puisse se reliquéfier quelle que soit la température hivernale 15. Mélangeur selon la revendication 149 caractérise par le fait que, dans le cas où ledit constituant est l'hémioxyde d'azote, la pression dans le réservoir de stockage est comprise entre 8 et 10 bar environ. 16. Application du procédé selon la revendication 1 ou-du mélangeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 13 à la production d'un mélange gazeux de conditionnement pour l'emballage de produits alimentaires périssables3 notamment de viandes ou autres produits carnés ou de charcuterie. 17. Application du procédé selon la revendication 1 ou du mélangeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 15 à la production d'un mélange gazeux respirable d'anesthésie en milieu hospitalier.