Brevet FR2528321A1 — publié le 19831216

La présente invention se rapporte au domaine de la détection de vapeurs contenues dans une atmosphè- re donnée, par condensation au contact d'une source froide. Elle s'applique notamment, encore que de fa- çon non exclusive, au cas particulier de la détermina- tion en continu de la teneur en eau de l'atmosphère et elle trouve une utilisation très intéressante lorsqu'il s'agit de surveiller, au voisinage d'installations nu- cléaires pouvant provoquer une pollution radioactive, la teneur en composés radioactifs de l'eau de l'atmos- phère C'est ainsi par exemple qu'on l'utilise couram- ment pour la détermination de la teneur en eau tritiée de l'atmosphère terrestre au voisinage de certaines installations nucléaires. On connait déjà dans l'industrie un certain nombre d'appareils qui permettent, par condensation, au contact d'une source froide, des vapeurs contenues dans l'atmosphère, d'identifier et de doser ces mêmes va- peurs. On connaît ainsi les appareils qui réalisent le piégeage de vapeur par carbo-glace, et qui présen- tent l'inconvénient de nécessiter un stock de carbogla- ce, à renouveler en permanence, pour assurer leur bon fonctionnement. Dans d'autres appareils également connus, on utilise des groupes frigorifiques ordinaires dans les- quels on fait lécher les parois refroidies de ce groupe frigorifique par l'atmosphère contenant des vapeurs à condenser Ce type d'appareil présente un grave incon- vénient qui découle du fait que la formation de glace sur les parois constitue, au bout d'un certain temps, un obstacle à la transmission du fluide froid et dimi- nue rapidement au bout de quelques heures le rendement de l'installation Par ailleurs, de tels appareils ne fonctionnent que de façon discontinue et sont peu pra- tiques en raison du fait qu'ils nécessitent la présence d'une personne pour récupérer en permanence le givre qui se forme sur les parois. On connait également des appareils qui réali- sent le piégeage de la vapeur d'eau de l'air en réali- sant son barbotage dans une solution aqueuse Ces sys- tèmes ont l'inconvénient d'être limités à la fois en débit et en durée de fonctionnement et de nécessiter également des interventions journalières d'entretien. La présente invention a pour objet un dispo- sitif de condensation en continu des vapeurs contenues dans une atmosphère qui permet de s'affranchir des dif- ficultés de l'art antérieur précédemment rappelé tout en offrant l'avantage d'un entretien pratiquement nul et la possibilité de prélèvements de très longue durée. Ce dispositif de condensation en continu de vapeurs contenues dans l'atmosphère, du genre de ceux dans lesquels on met en circulation cette atmosphère au contact d'une source froide provoquant la condensation de ces vapeurs, se caractérise en ce qu'il comprend un module thermoélectrique à effet Peltier alimenté en in- tensité électrique dont la face chaude est en contact avec un radiateur dissipateur de calories et dont la face froide est en contact avec une chambre de conden- sation calorifugée dans laquelle circule l'atmosphère chargée de vapeurs à condenser, ladite chambre compor- tant une structure métallique conductrice munie d'ai- lettes percées de trous, le condensat liquide obtenu s'écoulant par gravité dans la partie inférieure de la chambre, percée, à cet effet, d'un orifice d'évacuation de la phase liquide. L'utilisation comme source froide conformé- ment à l'invention d'un module thermoélectrique à effet Peltier permet de régler exactement la température à la valeur souhaitée pour obtenir la condensation et de s'affranchir de façon automatique des problèmes déli- cats posés par le givrage des parois dans les appareils de l'art antérieur. Selon l'invention, le module thermoélec- trique à effet Peltier utilisé dans le dispositif de condensation est constitué d'un assemblage de couples thermoélectriques constitués de plaques empilées d'un alliage quaternaire de bismuth, tellure, sélénium et antimoine, alimenté sous une tension de 10 volts et parcouru par une intensité de l'ordre de 5 ampères On voit donc que les caractéristiques élec- triques d'alimentation de l'appareil ( 10 V de tension et 5 A d'intensité> permettent le recours à une ali- mentation électrique tout à fait courante, ce qui cons- titue également un des avantages non négligeable de la présente invention. Enfin, de façon fréquente mais non obligatoi- re, il peut être avantageux d'asservir la température dans la chambre de condensation à une température très voisine de 00 C, ce qui permet pratiquement, comme rap- pelé précédemment, de concilier une bonne condensation des vapeurs avec une absence quasi totale de givrage. De toute façon, l'invention sera mieux com- prise en se référant à la description qui suit d'un dispositif de condensation de la vapeur d'eau de l'at- mosphère utilisé pour déterminer ensuite la teneur en eau tritiée de celle-ci. Sur la figure unique on a représenté en 1 le module thermoélectrique à effet Peltier alimenté par une source 2 de courant continu et présentant selon le principe même de tels modules thermoélectriques une face chaude 3 et une face froide 4 L'alimentation en courant continu 2 peut fournir 8 A sous 15 V à partir par exemple d'une alimentation à redressement utilisant le réseau alternatif à 220 V. La face chaude 3 du module thermoélectrique 1 est en contact direct avec un radiateur de dissipation d'énergie thermique 5 muni d'ailettes 6 baignant dans l'atmosphère à laquelle elles cèdent les calories déve- loppées sur cette face chaude 3 En cas de besoin, un ventilateur, non représenté sur la figure, permet d'ac- célérer l'échange thermique entre le radiateur 5 et les ailettes 6 d'une part et l'atmosphère qui baigne l'ap- pareil de l'autre. La face froide 4 du module thermoélectrique 1 est tournée, conformément à l'invention, vers l'inté- rieur d'une chambre de condensation 7 entourée d'un ca- lorifugeage 8 et parcourue par un courant de l'atmos- phère à examiner qui entre à la partie supérieure 9 de la chambre-7 et sort à la partie inférieure 10 de cette même chambre A l'intérieur de cette chambre 7 et en contact thermique avec la face froide 4 du module ther- moélectrique 1, se trouve une structure métallique con- ductrice, en cuivre dans l'exemple décrit, et qui com- porte sur un cylindre de cuivre axial 11 un certain nombre d'ailettes 12 percées de trous 13 permettant la circulation à l'intérieur de la chambre de condensation 7 de l'atmosphère que l'on veut tester sous le rapport des vapeurs qu'il peut contenir Les ailettes 12 sont, dans l'exemple décrit, au nombre de huit et elles sont percées de trous 13 ayant 4 mm de diamètre, ceci pour augmenter le parcours de l'atmosphère gazeuse et la surface d'échange à l'intérieur de la chambre de con- densation 7. A sa partie inférieure, la chambre de conden- sation 7 comporte un orifice d'évacuation 14 par lequel le condensat liquide formé au contact de la structure métallique froide 11 coule goutte à goutte à l'exté- rieur. Si l'on veut dans ces conditions faire l'ana- lyse du condensat obtenu, il suffit de le recueillir dans un récipient tel que 15. Dans l'exemple décrit, le module thermoélec- trique à effet Peltier 1 est composé de plaquettes em- pilées d'un alliage quaternaire comportant du bismuth, du tellure, du sélénium et de l'antimoine La circula- tion de l'atmosphère à contrôler entre son entrée 9 et sa sortie 10 de la chambre de condensation 7 est forcée à l'aide d'une pompe non représentée sur la figure et dont le débit peut être par exemple de l'ordre de 1/min. La chambre de condensation 7 comporte une sonde thermométrique non représentée qui permet de con- trôler et si on le souhaite d'asservir la température à l'intérieur de celle-ci Une valeur courante et utile au bon fonctionnement de l'appareil pour cette tempéra- ture est de l'ordre de 00 C, ce qui assure ainsi un rendement optimum en volume d'eau (laquelle doit rester liquide) par rapport au volume d'air ( 15 1/min) que l'on admet dans la chambre de condensation 7. L'appareil ainsi décrit est utilisé pour la détermination de la teneur en tritium de l'eau de l'at- mosphère et peut fonctionner 24 heures sur 24 sans in- tervention ni pratiquement entretien quelconque. 5283 ? REVENDICATIONS 1 Dispositif de condensation en continu de vapeurs contenues dans l'atmosphère du genre de ceux dans lesquels on met en circulation cette atmosphère au contact d'une source froide provoquant la condensation de ces vapeurs, caractérisé en ce qu'il comprend un module thermoélectrique à effet Peltier ( 1) alimenté en intensité électrique dont la face chaude ( 3) est en contact avec un radiateur dissipateur de calories ( 5, 6) et dont la face froide ( 4) est en contact avec une chambre de condensation calorifugée ( 7) dans laquelle circule l'atmosphère chargée de vapeurs à condenser, ladite chambre comportant une structure métallique con- ductrice ( 11) munie d'ailettes ( 12) percées de trous ( 13), le condensat liquide obtenu s'écoulant par gravi- té dans la partie inférieure de la chambre, percée, à cet effet, d'un orifice d'évacuation ( 14) de la phase liquide. 2 Dispositif de condensation selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le module thermoélec- trique à effet Peltier ( 1) est constitué d'un assembla- ge de couples thermoélectriques constitué de plaques empilées d'un alliage quaternaire de bismuth, tellure, sélénium et antimoine, alimenté sous une tension de 10 volts et parcouru par une intensité de 5 ampères. 3 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tempéra- ture à l'intérieur de la chambre de condensation est asservie à une valeur voisine de 00 C. 4 Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 à la condensation de l'humidité de l'air.