Brevet FR2669263A1 — publié le 19920522

L'invention concerne l'élaboration d'un débit de gaz à une température chaude d'opération, utilisable notarrment dans la fabrication d'objets en mousse expansée mettant en oeuvre du gaz carbonique. Dans ce type d'application, mrais également dans de ncnbreuses autres applications, on doit élaborer un débit de gaz à une température et i une pression qui doivent être très proches d'une terpérature et d'une pression d'opération précise qui peut être la température interne du réacteur dans lequel ce gaz est envoyé Or, dans les procédé et installation connus, la régulation de ces température et pression est trop imprécise pour satisfaire les exigences opératoires particulièrement fines en ce qui concerne ces deux paramètres. La présente invention a pour objet l'élaboration d'un débit de gaz qui répond à ces exigences de façon simple et efficace et ce résultat est atteint, dans un procédé selon l'invention, en ce qu'on subdivise un débit de gaz préalablement réchauffé à une tenpérature inférieure à la température d'opération en deux courants él Merrntaires, oui sont ensuite individuellement portés à des températures plus chaudes, dont l'une est supérieure à ladite terrpérature d'opération et dont l'autre est inférieure à ladite température d'opération, et en ce qu'on envoie les dits courants ainsi différentiellement réchauffés chacun dans une capacité-tairpon thermiquement isolée et en ce qu'on prélève, en fonction de la demande, des dites capacités deux débits élémentaires de gaz cque l'on réunit ensuite en proportion régulée par une vanne mélangeuse à position de mélange comrandée par un signal correctif différentiel entre la température effective du gaz élaboré et une valeur de consigne, pour fonrer le débit de gaz i température chaude d'opération L'expérience montre que cette façon de faire permet une régulation particulièremr ent fine de la température. De préférence, la température de consigne est celle effective cans un réacteur d'utilisation, à Iaquelle est comparée la température du gaz d'opération au voisinage imirdiat dudit réacteur, de façon à créer un signal différentiel de correction puis agissant sur la varnne rmélangeuse. En outre, l'élaboration du débit de gaz sous une pression d'opération s'effectue en portant ledit gaz à pression supérieure a ladite pression d'opération et en provoquant une détente régulée asservie à un signal différentiel entre la pression effective du gaz détendu et une pression de consigne. L'invention concerne également une installation d'élaboration d'un débit de gaz à température chaude d'opération coaprenant un réservoir de stockage de gaz, un moyen de chauffage d'un débit de gaz associé a un moyen régulateur de température asservi à un comparateur entre la température effective du gaz élaboré et une température de consigne et cette installation selon l'invention est caractérisée en ce qu'on prévoit un premier m-oyenr de chauffage à tenpérature largement inférieure à ladite température d'opération, deux circuits gazeux agencés en parallèle en aval dudit moyen de chauffage, chacun incorporant mun moyen de réchauffage additiornel dont les puissances de chauffe sont différenciées et une capacité-tarpc-r thenniquenent isolée, lesdits circuits aboutissant à une vanne rrmélangeuse régulée, dont la sortie est raccordée à lne conduite de distribution du gaz, le moyen régulateur agissant sur la position de réglage de ladite valne mélangeuse. Les caractéristiques et avantages de l'inventicn ressortiront d'ailleurs de la description qui suit en référence au dessin annexé représentant un schérma d'une installation conforme à l'invention. En se référant au dessin, une installation de fabrication d'objets en mousse expansée comprend ici quatre réacteurs 19,20,21,22, alimentés en gaz carbonique stocké dans un réservoir 1 maintenu à l'état liquide par un groupe frigorifique 2 Une conduite de soutirage liquide 3 se subdivise en deux conduites élémentaires 4 et 5 incorporant des pompes 8 et 9 délivrant du gaz carbonique sous une pression de l'ordre de 70 bars dans des conduites de refoulerment 10 et 11, qui sont ensuite réunies en une conduite unique 12 Cette conduite 12 alimente une conduite de gaz carbonique liquide 13 incororant une vanne 14, un compteur numérique 15, une vanne à ouverture régulée 16 débouchant dans une conduite 17 d'alimentation successive de l'un ou l'autre des réacteurs 19,20,21,22, chacune des dites canalisations 17 incorporant une vanne 18, en amont de laquelle est branché un circuit de purge 23 à vanne d'arrêt 24 débouchant dans une conduite générale de purge 26 et en 27 en tête du réservoir 1. La conduite 12 alirrmente d'autre part une autre conduite de distribution 31 incorporant une vanne 32, un vaporiseur réchauffeur 34, du type à vapeur, délivrant en 37 du gaz carbonique gazeux sous une pression de 70 bars à une température de l'ordre de 70 'C en amont d'une vanne de sécurité 38, à partir de laquelle prennent naissance deux circuits gazeux agencés en parallèle 41 et 42 chacun incorporant un réchauffeur 43, 44 et, en aval, une capacité-tarpon 45 et 46 Des conduites de soutirage 47 et 48 en cuve des capacités tampocns 45 et 46 sont raccordées aux entrées d'une vanne mélangeuse régulée 49 dont la sortie débouche dans une conduite distributrice 50 incorporant un détendeur régulé 51 et délivrant le gaz ainsi élaboré dans des conduites individuelles 52 vers l'un ou l'autre des réacteurs 19,20,21,22, chaque conduite 52 incclrporant un bulbe 54 et r e var ne 53. Des conduites de purge 61-62 à vannrme 65 et 66 sont prévues en aval des réservoirs 45- 46 pour rejoindre la conduite générale de purge 26. Les réchauffeurs 43 et 44, du type à résistance électrique noyée dans une matrice d'aluminiium, ont des puissances éc 16 triques différenciées, de façon que le gaz à la sortie du réchauffeur 43 soit à une température plus faible que la température du gaz à la sortie du réchauffeur 44 Par exerple, le gaz dans la conduite 41 et qui est stocké dans le réservoirtanrcn 45 est portée à une température de 140 C, tandis que le gaz véhiculé par la conduite 42 et stocké dans la capacité-tanporn 46 est porté à une tenmpérature plus élevée de l'ordre de 1800 C. Pour maintenir ces températures aussi constantes que possible en fonction du temps et quelque soit le débit de soutirage, on prévoit au niveau de chaque capacité-tanpon 45,46 des conduites de fuite 61,62 qui débouchent dans une conduite conmune de fuite 63 aboutissant à la conduite de purge 26. La vanne mélangeuse régulée 49 est soumise L l'action d'un régulateur 56 asservi à deux prises de température, une prise de teipérature dans le bulbe 54 et une prise de température en 57 dans le réacteur 19 ( 20-2122,, le tout de façon que la température au niveau du bulbe 54 soit aussi voisine que possible, voire identique à la température 57 dans le réacteur servant de température de consigne. Le détendeur régulé 51 dans la conduite 50 est lui asservi à un signal transmis en 59 d'u m régulateur opérant en fonction de la différence de pression mesurée dans le bulbe 54 et dans le réacteur en 58, de façon à réduire voire annuler, l'écart de pression entre celle régnant dans le bulbe 54 et celle régnant en 58 dans le réacteur. L'installation qui vient d'être décrite fonctionne de la façGon suivante: dans une praemière phase on désire envoyer dans un réacteur, par exemple le réacteur 19 un débit de gaz carbonique liquide dont la valeur soit progressivement croissante et dont la quantité totalisée soit bien déteri inée A cet effet dans un premier laps de tenps, on fenrne la vanre de purge liquide 24 du réacteur considéré, on ouvre coeplètement la vanne 16 de contrôle de débit et, après quelques secondes on ouvre la varne de purge liquide 24 jusqu'à ce qu'on détecte un passage ininterrompu de liquide pendant un laps de temps de l'ordre de 10 secondes, après quoi on prépositionnme la vanne régulée 16 à faible ouverture (environ 5 %) et on fem e la vanne de purge liquide 24 et on ouvre la vanne de réacteur 18 LY régulateur assure l'ouverture progressive de la vamnne 16 jusqu'à un débit maximal souhaité et cela jusqu'à ce que la quantité de liquide envoyée, totalisée par l'appareil , corresponde à la quantité de liquide qui doit être injectée dans le réacteur Une fois cette valeur atteinte, on feme la vanne d'admission liquide 18 et l'on ouvre la vanne de purge 64, ainsi que la vanne de régulation de débit 16. Cette fourniture dosée de gaz carbonique agissant canme agent expanseur est suivie de la fourniture d'un débit de gaz carbonique gazeux à des température et pression bien précises Cette fourniture est opérée de la façon suivante: le régulateur 56 assure une position d'ouverture moyenne de la varme mélangeuse 49 Le régulateur de pression assure la fenrmeture de la vanne de régulation de pression 51. Après un laps de tenps de l'ordre de 2 secondes, la vanne de purge gazeuse 67 est ouverte Une fois ces préparatifs terminés, on met en oeuvre une régulation de pression selon un point de consigne donné par le régulateur 57 correspondant a une pression différentielle nulle entre la pression régnant en 58 à l'intérieur du réacteur 19 ( 20-21-22) et la pression de la conduite distributrice de gaz en 54 et cette régulation de pression est maintenue en action jusqu'à la fin du cycle de distribution de gaz, pendant cette phase, la vanne de purge reste ouverte, après quoi on met en oeuvre la régulation de température en s'assurant que le régulateur 56 contrôle la vanne mélangeuse 49 de façon à obtenir une température différentielle nulle entre les points de mesure 54 dans la conduite distributrice 52 et 57 dans le réacteur. Après quoi on fenre la vanne de purge 67 et on ouvre la varme gaz 53 cdu réacteur pendant la durée de vidange du réacteur. Ensuite on fenme la vanne gaz 53 du réacteur, on ouvre la varme de purge gaz 67 et, à la fois, on fenre la vanne de régulation de pression 51 et l'on remet en position médiane la varnne mélangeuse 56. Ainsi qcu'il a été décrit, l'invention s'applique en premier lieu au réacteur d'utilisaticrn de gaz carbonique gazeux sous pression et temrpérature bien précises, mais elle pourrait également s'appliquer a la fourniture de tout autre gaz scus ces mn Aes conditions. REVENDICATICNS 1 Procédé d'élaboration d'un débit de gaz à une température chaude d'opération, caractérisé en ce que l'on subdivise un débit de gaz ( 31) préalablement réchauffé ( 34) à une température largement inférieure à ladite température d'opération en deux courants élémentaires ( 41-42), qui sont ensuite individuellement portés à des températures plus chaudes ( 43-44), dont l'une est supérieure à ladite tenmpérature d'opération et dont l'autre est inférieure à ladite température d'opération, en ce qu'on envoie les dits courants ainsi différentiellement réchauffés chacun dans une capacité-tanpon thermiquement isolée ( 45-46) et en ce qu'on prélève des dites capacités deux débits élémentaires de gaz ( 47-48) que l'on réunit ensuite en proportion régalée par une varme mélangeuse ( 49) à position de nélange coemandée par un signal correctif différentiel entre la température effective du gaz élaboré et une valeur de consigne, pour former le débit de gaz à température chaude d'opération ( 50). 2 Procédé d'élaboration d'un débit de gaz à tenpérature chaude d'opération, caractérisé en ce que la tenmpérature de consigne ( 57) est celle effective dans un réacteur d'utilisation ( 19-20-21-22), à laquelle est ccwparée la température du gaz d'opération ( 54) au voisinage irmédiat dudit réacteur ( 19-20-21-22), de façon à créer un signal différentiel de correction agissant sur la vanne mélangeuse ( 49). 3 Procédé d'élaboration d'un débit de gaz à terpérature chaude d'opération, selon la revendication i ou 2, avec, en outre, élaboration dudit débit de gaz sous une pression d'opération, caractérisé en ce que l'on porte ledit gaz ( 50) I pression supérieure b ladite pression d'opération et en ce qu'on provoque une détente régulée ( 51) asservie à un signal différentiel entre la pression effective du gaz détendu ( 54) et une pression de consigne ( 58). 4 Procédé d'élaboration d'un débit de gaz à tenmpérature chaude d'opération selon une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce que l'on assure en aval de chaque capacité-tampon ( 45-46) un débit de fuite ( 61-62) compensateur des pertes thermiques. Procédé de fabrication d'objets en mousse expansée mettant en oeuvre un débit de gaz carbonique à l'état liquide en tant qu'agent expanseur de produit mousse et un débit de gaz carbonique à l'état gazeux en tant qu'agent moteur, à température chaude d'opération très voisine de la température du réacteur en fin d'opération d'expansion, ledit débit de gaz moteur étant élaboré selon le procédé de l'une quelconque des revendications i à 4, caractérisé en ce qu'on porte sous pression un débit global de gaz carbonique liquide soutiré d'un réservoir de stockage ( 1), en ce qu'on utilise ce débit ( 12) d'abord et principalement à titre de débit de gaz liquide expanseur ( 13) de valeur croissante dans une première phase opératoire, ensuite à titre de gaz moteur ( 31) dans une seconde phase opératoire au cours de laquelle on vaporise et réchauffe partiellement ( 34) ledit gaz carbonique liquide sous pression, après quoi on subdivise ledit débit de gaz partiellement réchauffé en deux courants élémentaires ( 41- 42), qui sont individuellement portés à des températures plus chaudes ( 43-44) dont l'une est supérieure c ladite température d'opération et dont l'1 autre est inférieure à ladite température d'opération, en ce qu'on envoie les dits courants ainsi différentiellement réchauffés ( 41- 42) chacun dans une capacité-tampon thel Tniquement isolée ( 45-46) et en ce qu'on prélève des dites capacités deux débits élémentaires de gaz ( 47-48) que l'on réunit ensuite en proportion régulée par une vanne mélangeuse ( 49) à position de mélange comnandée ( 56) par un signal correctif différentiel entre la température effective du gaz ( 54) et une valeur de consigne ( 57) pour fonrmer le débit de gaz à terpérature chaude d'opération ( 50). 6 Procédé de fabrication d'objets en mo)usse expansée selon la revendication 5, caractérisé en ce-que la température de consigne ( 57) est celle effective dans un réacteur de fabrication de mrousse expansée ( 19-20-21-22), à laquelle est ccarparée la température du gaz d'opération ( 54) au voisinage dudit réacteur, de façon à créer un signal différentiel de correction agissant sur la vanne mélangeuse ( 49) 7 Procédé de fabrication d'objets en mousse expansée selon la revendication 5 ou 6 avec, en outre, élaboration dudit débit de gaz à température chaude d'opération ( 50) sous une pression d'opération, caractérisé en ce que l'on porte ( 8-9) ledit gaz à pression supérieure a ladite pression d'opération et en ce qu'on provoque une détente régulée ( 51) de ce gaz en aval dle la vanne rmélangeuse régulée ( 49), ladite détente ( 51) étant asservie à une pression de consigne ( 58) q ui est celle régnant dans ledit réacteur. 8 Procédé de fabrication de mrousses expansées selon une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'on assure, en aval de chaque capacité-tampon ( 45-46), un débit de fuite ( 61-62) compensateur des dites pertes thermiques. 9 Installation d'élaboration d'un débit de gaz à température chaude d'opération, destinée à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications i a 4, comprenant un réservoir de stockage de gaz ( 1), un moyen de chauffage ( 34-43-44) d'un débit de gaz associé à un moyen régulateur de température asservi à un ccuparateur ( 56) entre la température effective du gaz élaboré ( 54) et une température de consigne ( 53), caractérisée en ce qu'on prévoit mun premier moyen de chauffage ( 34) à température largement inférieure à ladite tenpérature d'opération, deux circuits gazeux agencés en parallèle ( 41-42) à la sortie dudit premier moyen de chauffage ( 34), chacun incorporant un n:yen de réchauffage additionnel ( 43-44), dont les puissances de chauffe sont différenciées et une capacité-tampon, thermiquenent isolée ( 45-46), les dits circuits ( 41)42) aboutissant à une vanne-mélangeuse régulée ( 49) dont la sortie est raccordée à une conduite de distribution dudit gaz ( 50), le moyen régulateur ( 56) 2 agissant sur la position de réglage de ladite vanne mélangeuse ( 49). Installation d'élaboration d'un débit de gaz à température d'opération selon la revendication 9, caractérisée enr ce qu'elle camprend un moyen de détente ( 51) en aval de la varmnne mélangeuse régulée ( 49), associé à un moyen régulateur de pression ( 59) asservi à un cormparateur entre la pression du gaz détendu ( 54) et une valeur de consigne ( 58). 11 Installation d'élaboration d'un débit de gaz à température d'opération selon la revendication 9 ou 10, caractérisée par Lne conduite de fuite ( 61-62) branchée entre chaque capacité-tampon ( 45- 46) et le réservoir de stockage. 12 Installation de fabrication d'objets en mousse e Gpansée destinée à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, comprenant un réacteur d'expansion ( 19-20-21-22), un réservoir de gaz carbonique ( 1) maintenu à l'état liquide avec un moyen de pompage sous pression ( 8-9) vers un moyen de distribution de gaz carbonique liquide dans ledit réacteur ( 19-20-21-22) et des moyens de distribution de gaz carbonique gazeux chaud vers ledit réacteur ( 1920-21-22) incorporant un vaporiseur-réchauffeur ( 34), caractérisée par deux circuits gazeux ( 41-42) agencés en parallèle à la sortie dudit vaporiseur-réchauffeur ( 34), chacun incorporant un moyen de réchauffage additionnel ( 43-44) dont les puissances de chauffe sont différenciées, et une capacité-tampon thenmiquenent isolée ( 45-46), une vanne-nmélangeuse régulée ( 49) dont l'une et l'autre entrées sont raccordées à une sortie de l'une et l'autre capacités-tampons ( 45-46), et dont la sortie est raccordée à une conduite de distribution dudit gaz ( 50), un moyen régulateur ( 56) agissant sur la dite vanne mélangeuse ( 49) et asservi à un comparateur de température effective du gaz élaboré parvenant au réacteur ( 54) et la température propre du réacteur ( 58). 13 Installation de fabrication d'objets en mousse expansde selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen de détente ( 51) en aval de la varne mélangeuse régulée ( 49), associé à un moyen régulateur de pression ( 59) à coeparateur entre la pression du gaz détendu ( 54) et la pression interne du réacteur ( 58). 14 Installation de fabrication d'objets en mousse expansée selon la revendication 12 ou 13, caractérisée par une conduite de fuite ( 61- 624 branchée entre chaque capacité-tampon ( 45-46) et le réselrvoir de stockage ( 1).