Brevet FR2563341A1 — publié le 19851025

La présente invention est relative à un psychro- mètre à impact de jet à fonctionnement automatique conçu pour effectuer en permanence la détermination, la surveil- lance, la commande ou le réglage de la teneur en vapeur de gaz chauds ou très chauds contenant des impuretés. Elle est particulièrement intéressante pour l'industrie textile, l'industrie du bois et l'industrie des produits alimentaires, de même que pour l'application de différents procédés et pour des installations d'utilisation de l'énergie. La détermination continue de l'humidité des gaz dans des procédés consommant de l'énergie présente des difficultés en raison des températures élevées, et parfois des taux d'humidité élevés et de la présence d'impuretés. De ce fait, compte tenu des principes sur lesquels est fondée la technique de la mesure de l'humidité des gaz, les seuls appareils utilisables sont l'hygromètre à point de rosée au chlorure de lithium, dans un mélange de vapeur d'eau et de gaz (air), l'oscillateur à fluide ou le psychramètre auto- nettoyant. Les hygromètres à point de rosée au chlorure de lithium s'avèrent imprécis en cas d'utilisation prolongée, car les zones comportant des impuretés provoquent des irrégu- larités d'aspiration dans le manchon en tissu de verre et la formation d'hydroxyde de lithium et de carbonate de lithium. Les oscillateurs à fluide, décrits, par exemple, dans les Melliand Textilberichte de 1974/3, p. 291 à 294, sont égale- ment sensibles à la présence d'impuretés et la précision des mesures est fortement limitée par les variations de température. Le principe classique de la psychrométrie impliquant l'utilisation de deux appareils de mesure sensibles à la température, l'un au sec, l'autre humidifié par un liquide dont la vapeur est contenue dans le gaz soumis aux mesures, ne convient pas non plus. Le thermomètre humidifié est entouré d'un matériau poreux qui n'est humidifié qu'une fois (avant la mesure) ou d'une manière continue par le liquide, le condensat de la vapeur contenue dans le gaz soumis aux mesures étant également utilisé, depuis quelque temps, comme l'indique, par exemple, le brevet EP O 014 809 A1. L'apport de liquide au thermomètre humidifié, qu'il s'effectue sous l'action des forces capillaires dans le matériau poreux ou par une bande portant le liquide et venant en contact avec le thermomètre, s'avère insuffisant en cas de températures élevées et, par conséquent, de taux d'évaporation élevés, de même qu'en présence d'impuretés dans le gaz soumis aux mesures. -C'est la raison pour laquelle le brevet FR 7 05 941 décrit une méthode consistant à plonger périodiquement le thermomètre humidifié dans un bain de liquide, ce qui exclut toute mesure continue. Une modification du psvchromètre classique est constituée par des dispositifs de mesure dans lesquels l'appareil de mesure sensible à la température qui est humi- d5 fié se trouve dans un liquide dont la vapeur est contenue dans le gaz soumis aux mesures. Lorsque les échanges de cha- leur et de matière entre le gaz soumis aux mesures et le liquide sont intenses, la température du liquide est voisine de celle du thermomètre humidifié d'un psychrnmètre classique. Lorsque le transfert de chaleur et de matière s'effectue dans une colonne à bulles, dans les conditions indiquées par les brevets US 2 302 528 et PCTWO 82/02771 l'appareil de mesure a une trop grande inertie, le liquide devient trop rapidement sale et il faut un entretien trop considérable. Il en est de même dans les dispositifs dans lesqgels il y a une couche tourbillonnante ou dans lesquels le liquide est pulvérisé dans le gaz soumis aux mesures, dans les conditions indiquées dans Research Paper 2145 J. Res. Natl. Bur. Stadt. 48 (1952) ou par le brevet DE 502 589. Lorsque le transfert de chaleur ou de matière s'effectue au niveau d'une surface du liquide sur laquelle passe le gaz soumis aux mesures, il faut, pour que la température à l'humidité soit déterminée avec peu de retard et en étant peu influencée par l'ambiance dans laquelle se trouve l'appareil de mesure, que l'intensité des processus de transfert soit considérable. Lorsque le liquide contenu dans un récipient plat est parcouru par le courant de gaz le long de sa surface, comme dans le dispositif décrit par le brevet DE 1 227 692, cette condition n'est pas remplie. Il en est autrement si la surface du liquide est soumise à l'impact d'un jet de gaz soumis aux mesures. Un mode d'utilisation d'un jet est décrit par le brevet DD 128 952. Le fond d'un récipient thermique- ment isolé comporte un anneau en matériau poreux qui con- tient le liquide soumis à l'impact du jet. Le gaz soumis aux mesures sort sans tourbillonner d'une buse montée dans le couvercle du récipient, est dévié dans le sens radial le long de la surface du liquide et sort du récipient tangentiellenent au-dessus du fond du récipient. Sous l'action d'une légère surpression, le liquide arrive par des capillai- res entourant l'anneau de matière céramique. Le débit d'ali- mentation en liquide est déterminé de manière à dépasser le taux d'évaporation de sorte que le liquide en excès peut entraîner à l'extérieur les impuretés du liquide. Le thermomètre à sec est placé entre l'embouchure de la buse et la surface du liquide et le thermomètre humidifié est enfoncé à une assez grande profondeur au-dessous de la surface du liquide. Ce dispositif de mesure, très simple, présente de notables inconvénients. Après son changement de direction à la surface du liquide, le jet de gaz soumis aux mesures n'est pas guidé dans le sens radial par la paroi du récipient. Il en résulte des contre-courants et des mélanges dans le récipient, ce qui augmente l'inertie du dispositif pour l'indi- cation des résultats de mesure. Du fait que le gaz soumis aux mesures est évacué latéralement, son action sur la paroi extérieure de l'anneau poreux ainsi que sur les capil- laires d'alimentation est minimale, de sorte que l'isolation thermique ou le réglage préalable de la température-de la paroi extérieure de l'anneau poreux ainsi que du liquide qui se trouve dans les capillaires d'alimentation ne sont pas suffisants. Comme le débit d'alimentation en liquide doit être adapté au taux d'impuretés du gaz soumis aux mesures de manière à assurer l'auto-nettoyage de la réserve de liquide, le dispositif indique, pour des taux d'impuretés différents, des températures différentes aux thermomètre humidifié, alors que l'état du gaz soumis au mesures est le même. Lorsque le taux d'impuretés à la surface du liquide est assez élevé, même un apport important de liquide n'est pas suffisant. La surface du liquide présente des ondulations irrégulières. L'appareil de mesure sensible à la tempé- rature qui est humidifié doit donc se trouver plongé à une distance assez grande du niveau moyn de la surface, de sorte qu'il y a une différence de température assez considérable entre la surface du liquide et l'endroit o se trouve l'appa- reil sensible à la température. Le but de l'invention est de permettre une mesure continue et prévice de la teneur en vapeur de gaz chauds ou très chauds contenant des impuretés. Le dispositif de mesure doit assurer l'élimination des inconvénients des appareils connus, ne demander qu'un entretien minimal et avoir une faible constante de temps, de manière à permettre une mesure et une surveillance continues et à assurer la commande et le réglage de la teneur en vapeur. Il doit permettre d'effectuer des analyses en cours de marche dans des installations consomma- trices d'énergie, pouvoir être monté après coup-pour assurer un fonctionnement économiquement avantageux, ce que les appareils, connus jusqu'à présent, en permettaient pas. Le but de l'invention est donc de mesurer, de sur- veiller de commander et de régler la teneur en vapeur de gaz chauds ou très chauds comportant des impuretés dans des installations industrielles consommatrices d'énergie comme par exemple, les séchoirs de l'industrie textile et de l'in- dunsejrr ybois tles fours de cuisson C ifndustriq des produits alimentaires et les appareils d'application de pro- cédés divers, de manière à assurer une marche économiquement avantageuse et, le cas échéant, la récupération de la chaleur. Le dispositif suivant l'invention ne doit pas présenter les inconvénients des appareils connus, notamment la sen- sibilité aux impuretés entraînées par le gaz, qui s'observe dans le cas de l'hygromètre à point de rosée au chlorure de lithium, de l'oscillateur à fluide, du psychromètre clas- sique ou du psychromètre modifié comportant une colonne à bulles, une couche tourbillonnante ou un dispositif de pul- vérisation ou du 'sychromètre à impact de jet déjà décrit, l'insuffisance d'humidification du thermomètre humidifié, qui s'observe dans le cas du psychromètre classique, l'inertie retardant l'indication des résultats qui s'observe dans le cas des psychromètre modifiés comportant une colonne à bulles une couche tourbillonnante ou un dispositif de pulvérisation ou une circulation de gaz le long du liquide ou dans le cas du psychrometre à impact de jet déjà décrit et le manque de précision qui est due à l'interaction avec l'ambiance et aux conditions d'alimentation en liquide et qui est particulière- ment importante dans le cas des deux dernières catégories. Ce but est atteint suivant l'invention par la mise au point d'un psychrometre à impact de jet qui est constitué par un récipient thermiquement isolant de très faible hauteur dont le couvercle comporte un appareil produisant un tourbil- lon, une buse et un thermomètre à sec placé à proximité de l'embouchure de la buse et dont le fond comporte un bac à liquide, qui ne dépasse pas le fond du récipient sur lequel il prend appui par suspension et est subdivisé, par une paroi de séparation peu perméable en deux zones concentriques, une zone des mesures, contenant le thermomètre humide, et une zone d'alimentation, entourant la première comme un anneau, et dont le bord est entouré par un canal annulaire pour l'éva- cuation du gaz soumis aux mesures et du liquide et une dis- positif assurant en fonction des températures du thermo- mètre à sec et du thermomètre humide, l'introduction automa- tique sous pression, d'une manière discontinue, de quantités dosées de liquide arrivant tangentiellement dans la zone de mesures du bac. Le courant de gaz soumis aux mesures, maintenu, le cas échéant, à température constante par un dispositif de chauffage à régulation, est entraîné dans un mouvement de rotation dans l'appareil de production du tourbillon et sort de la buse sous la forme d'un jet tournoyant tombant verti- calement sur le liquide contenu dans le bac, auquel il imprime également un mouvement de rotation. Apres avoir changé de direction au contact de la surface du liquide, il parvient, guidé par les parois du couvercle et de l'enveloppe du récipient, dans le canal entourant le bord du bac et sort par le fond du récipient ou revient sur l'objet des mesures. De ce fait, tout retour dans le psychromètre à impact de jet est exclu. Le thermomètre à sec, situé dans l'embouchure de la buse, n'est en contact qu'avec le courant de gaz frais qui arrive pour être soumis aux mesures tandis que le thermomètre humide se trouve dans la zone de mesures du bac à liquide, à proximité immédiate de la surface du liquide qui est stabilisée par rotation. L'alimentation en liquide s'effectue sous pression, à partir d'un réservoir d'une manière discontinue et automatique, par quantités dosées en fonction des températures indiquées par le thermomètre à sec et le thermomètre humide proportionnellement à un multiple du taux d'évaporation, le liquide arrivant tangen- tiellement dans le sens de rotation dans la zone extérieure du bac. Tandis que le jet de liquide repousse périodiquement à l'extérieur les impuretés accumulées par la force centrifuge au bord du bac en les faisant passer dans le canal annulaire ménagé dans le fond du récipient pour la sortie du gaz d'o le liquide en excès chargé d'impuretés est expulsé par le courant de gaz soumis aux mesures, les pertues dues à l'éva- poration dans la zone de mesures du bac sont compensées par passage de liquide à travers la paroi de séparation intérieure faiblement perméable. Le courant d'alimentation en liquide n'exerce donc aucune influence sur les valeurs de température fournies et l'épuration du liquide qui arrive est très active. La commande de l'alimentation en fonction du taux d'impuretés du gaz soumis aux mesures, plus ou moins au- delà du taux d'évaporation, assure, en cas de variation de la teneur en vapeur de gaz soumis aux mesures, une utilisation rationnelle du liquide arrivant dans l'appareil. L'invention est décrite ci-dessous d'une manière plus détaillée au moyen d'un exemple de réalisation en se référant au dessin. La fig. unique est une coupe élévation schématique d'un mode de réalisation de l'invention. Le courant de gaz qui doit être soumis aux mesures arrive par la canalisation 1 dans l'appareil 2 qui lui imprime un mouvement de rotation puis sort par la buse 3 dans l'embouchure de laquelle le thermomètre à sec 4 est installé. Le gaz qui doit être soumis aux mesures arrive, sous la forme d'un jet à impact animé d'une mouvement de rotation sur une certaine quantité de liquide 5, dont la vapeur est contenue dans le gaz soumis aux mesures et qui est contenu dans le bac 6, puis se dirige, guidé par les parois du couvercle 7 et de l'enveloppe 8 du récipient, en passant par le canal annulaire 9 et le fond 10 du récipient, vers l'extérieur, ou revient dans l'objet de la mesure. Le bac 6 est subdivisé par une paroi de séparation 11 faiblement perméable, en zones concentriques, la zone de mesures compre- nant le thermomètre humide 12 et la zone d'alimentation extérieure comprenant l'arrivée de liquide 13 et le segment de déviation 14 qui oriente le jet d'alimentation du liquide dans le sens de rotation du liquide. Le guidage du jet d'impact, l'installation du thermomètre humide 12 à proximité de la surface du liquide stabilisée par rotation, le fait que le bac 6 n'est suspendu que par son bord au fond 10 du récipient et l'isolation 15, 16 du récipient garantissent l'obtention de résultats précis fournis sans retard par l'appareil. REVENDICATIONS 1 - Psychrcmètre à jet d'impact pour des mesures continues dans des mélanges de gaz et de vapeur chauds contenant des impuretés avec utilisation d'organes de mesure sensibles à la température, le gaz soumis aux mesures arrivant par une buse orientée perpendiculairement à la surface libre du liquide, caractérisé er. ce qu'en amont de la buse (3) le couvercle (7) du récipient du psychromntre contient un appareil (2) produisant un tour- billon tournant, en ce que le thermomètre à sec (4) se trouve dans le courant du gaz soumis aux mesures à l'em- bouchure de la buse et en ce que le récipient contenant le liquide est un bac plat (6) appuyé par suspension sur le fond (o10) du récipient du psychramètre et subdivisé en zones concentriques, par une paroi de séparation perméable (11), la zone intérieure du bac contenant le thermomètre humide (12) et la zone extérieure du bac contenant la conduite d'amenée (13) du liquide et le segment de déviation (14) débouchant dans la direction tangentielle, le guidage du ject d'impact étant assuré par la paroi du couvercle (7) autour de la buse et par la paroi de l'enveloppe (8) du récipient et l'évacuation du gaz soumis aux mesures et du liquide étant assurée par un canal (9) entourant le bord du bac (6) et ménagé dans le fond (10) du récipient. 2 - Psychrcmètre à jet d'impact selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'alimentation en liquide est assurée par un dispositif d'alimentation sous pression fonctionnant d'une manière automatique discontinue avec des quantités dosées, en fonction des températures mesurées par le-thermomètre à sec et le thermomètre humide.