Brevet FR2764978A1 — publié le 19981224

Amélioration aux procédés et dispositifs automatisés de détection de fuites de bouteilles de gaz La présente invention a pour objet un procédé de détection de fuites de bouteilles de gaz et un dispositif automatisé pour sa mise en oeuvre. Le secteur technique de l'invention est le domaine de la fabrication de centres de remplissage automatique de bouteilles de gaz, particulièrement de bouteilles de gaz propane ou butane liquéfié (GPL). La demande de brevet FR 2.458.064 (ELF ANTARGAZ) décrit un procédé et une installation pour détecter les fuites sur des récipients contenant un fluide gazeux sous pression, notamment un gaz de pétrole liquéfié. Le procédé consiste à déceler les fuites éventuelles par une analyse différentielle entre un gaz témoin et un mélange du gaz témoin avec le gaz provenant de la fuite éventuelle ; selon ce document, on injecte dans la cloche coiffant le robinet équipant la bouteille de gaz à contrôler, le fluide gazeux témoin en permanence au cours de tout le cycle de fonctionnement, le débit du fluide témoin dans la cloche étant plus faible pendant que la cloche coiffe le récipient que lorsque la cloche est écartée du récipient, et on aspire le contenu de la cloche vers un analyseur infrarouge, non seulement lorsque la cloche coiffe le récipient, mais également au moins pendant la phase qui précède immédiatement l'assujettissement de la cloche sur le récipient, le gaz témoin ainsi aspiré étant soumis à une analyse préalable à l'analyse du mélange constitué par le gaz témoin et par l'éventuelle fuite, lorsque la cloche coiffe le récipient. Ce document décrit également une installation permettant la mise en oeuvre du procédé et comportant un transporteur d'acheminement des récipients ou bouteilles à analyser, un dispositif de détection de fuites comportant une cloche mobile susceptible d'évoluer d'une position écartée du récipient à une position assujettie sur le récipient, en constituant avec celui-ci une enceinte étanche, la cloche étant équipée de moyens d'alimentation en gaz témoin, et un ensemble de prélèvement et d'analyse de l'atmosphère contenue dans la cloche, comportant un analyseur infrarouge ; la cloche comporte une première entrée de gaz témoin située au voisinage du fond supérieur, une seconde entrée du gaz témoin située au voisinage de la collerette qui est destinée à s'appliquer sur le récipient, et une sortie d'aspiration située entre les deux entrées de gaz témoin ; la seconde entrée de gaz témoin est reliée en permanence à la source du gaz témoin, la première entrée de gaz témoin étant reliée à la source par l'intermédiaire d'un distributeur assurant séquentiellement l'alimentation de la cloche ou la cessation d'alimentation selon les phases du processus de déplacement de la cloche par rapport au récipient. L'objectif de l'invention est de proposer de tels procédés et dispositifs qui soient améliorés ; en effet, les procédés et dispositifs connus de détection de fuites de robinets de bouteilles de gaz, ne donnent pas entière satisfaction. Un objectif de l'invention est de proposer de tels procédés et dispositifs qui soient adaptés à des cadences élevées de traitement des bouteilles dans des centres de remplissage tels que ceux décrits dans la demande de brevet FR 91/12203, particulièrement à des cadences de traitement de l'ordre de 1000 à 2000 bouteilles par heure (particulièrement de l'ordre de 1200 à 1800 bouteilles par heure), dans lesquels centres de remplissage sont intégrés de tels dispositifs de contrôle de fuites. Un objectif essentiel de l'invention est de permettre une détection fiable et rapide de fuites de très faible valeur, c'est-à-dire notamment permettant de détecter les fuites correspondant à un débit de gaz s'échappant de la bouteille de l'ordre de (ou inférieure à) 5 grammes par heure, par exemple voisin de 1 à 3 grammes par heure ; de telles fuites peuvent résulter d'un défaut d'étanchéité du clapet du robinet ou de la valve équipant la bouteille, ou bien d'un défaut d'étanchéité de la liaison entre la valve et la bouteille. L'invention s'applique particulièrement aux bouteilles ou conteneurs cylindriques d'axe vertical contenant une masse de GPL généralement de l'ordre de 3 à 30 kilos. L'utilisation des procédés et dispositifs tels que décrits dans le document FR 2.458.064, provoque une dilution (par mélange) du gaz provenant de la fuite avec le gaz généralement constitué par de l'air, dit gaz vecteur ou gaz témoin ou gaz de rinçage. Un objectif de l'invention est de mieux maîtriser cette dilution et de minimiser ses effets pour permettre la détection de ces très faibles fuites. En effet, cette dilution du gaz de fuite dans le gaz vecteur nécessite d'utiliser un organe (capteur) de détection de fuites d'autant plus sensible que la dilution est élevée, et que par conséquent, la concentration du gaz résultant de la fuite dans le mélange avec le gaz vecteur est amoindrie. Ce phénomène de dilution nécessite également un capteur de détection de présence du gaz provenant de la fuite dans le mélange, ayant d'excellentes caractéristiques en termes de répétabilité ou fidélité, afin d'obtenir un système de détection dont la fiabilité soit compatible avec celle du centre de remplissage automatique dans lequel le dispositif de détection doit être intégré, c'est-à-dire qui n'occasionne pas d'éjection intempestive de bouteilles dénuées de fuite. La solution au problème posé consiste à utiliser un capteur optique de présence du gaz de fuite à détecter, de préférence constitué par un capteur sensible à l'absorption (ou bien à la transmission) par le mélange gazeux d'un faisceau lumineux (sensiblement monochromatique dont l'essentiel de l'énergie est concentré dans une plage restreinte de longueur d'onde située dans le domaine des infrarouges) traversant la chambre de mesure du capteur, et à transférer le mélange gazeux (gaz vecteur mélangé au gaz résultant de la fuite) de la cloche servant à la prise d'échantillon gazeux, jusqu'au capteur de détection de présence de gaz, à une vitesse élevée, c'est-à-dire à une vitesse généralement supérieure à 10 mètres par seconde. Selon un aspect, l'invention consiste à procurer un dispositif automatique de contrôle de l'étanchéité du robinet équipant une bouteille contenant du gaz (tel que du GPL) et déplacée par des moyens de transfert, qui comporte - une cloche mobile de prélèvement apte à coiffer le robinet, - un capteur infrarouge sensible à la présence du gaz contenu dans la bouteille, - une canalisation de transfert du mélange gazeux prélevé dans la cavité délimitée par la cloche, jusqu'au capteur, qui est pour ce faire généralement raccordée par une première extrémité à la cloche et raccordée par une deuxième extrémité au capteur, - un organe d'aspiration du mélange gazeux apte à provoquer le transfert du mélange gazeux de la cloche jusqu'au capteur, en circulant dans ladite canalisation de transfert, qui est de préférence disposée en aval du capteur par référence au sens de déplacement du mélange gazeux ; selon l'invention, le diamètre d'au moins une (grande) partie de la canalisation de transfert est réduit, pour assurer une vitesse de passage du mélange gazeux dans la canalisation qui soit supérieure ou égale à 10 mètres par seconde. Il a en effet été constaté que de façon surprenante, et alors que de nombreux essais de détection de fuites aussi faibles par divers types d'analyseurs infrarouges se sont révélés infructueux, en assurant une vitesse élevée de transfert du mélange gazeux sur une partie substantielle au moins de la canalisation reliant la cloche au capteur, il est possible de détecter de façon fiable et rapide des fuites de GPL, de l'ordre de 1 à 5 grammes par heure, et ceci de façon rapide, c'est-à-dire compatible avec un temps de cycle de l'ordre de 3 secondes ou moins, notamment de l'ordre de 2 à 2,5 secondes, permettant ainsi d'assurer une cadence de traitement des bouteilles de l'ordre de 1500 bouteilles par heure. Il est vraisemblable que cet avantage important procuré par l'invention résulte du fait que le jet de mélange gazeux se déplaçant à vitesse élevée dans la canalisation de transfert sensiblement jusqu'à l'entrée de la chambre de mesure du capteur, provoque la formation de tourbillons dans cette chambre et améliore ainsi l'homogénéité du mélange gazeux dans cette chambre, et son balayage rapide et complet par le mélange gazeux ; l'invention permet par conséquent d'utiliser pleinement la sensibilité et la répétabilité de ce type particulier de capteur. La formation de ces tourbillons est également vraisemblablement améliorée par la ou les brusques variations du diamètre interne de la veine fluide, entre la canalisation de transfert de diamètre réduit, et la chambre dont le diamètre et/ou la dimension moyenne est considérablement plus grand. La longueur nécessaire de la partie (de faible diamètre) de la canalisation de transfert occasionnant la formation du jet à vitesse élevée, sera au moins égale à 10 centimètres, par exemple de l'ordre de 1 à 5 mètres. Il est en outre présumé que le fait que l'écoulement du mélange gazeux dans la canalisation s'effectue selon un régime non laminaire, c'est-à-dire se caractérise par un nombre de Reynolds voisin de 2000 ou de préférence supérieur à 2000, par exemple voisin de 4000 à 10 000, favorise également ces phénomènes. Des résultats particulièrement intéressants ont été obtenus en maintenant ladite vitesse d'écoulement du mélange gazeux dans la canalisation de transfert, à une valeur inférieure à 100 mètres par seconde, de préférence de l'ordre de 20 à 70 mètres par seconde, et en choisissant en outre une canalisation de transfert dont le diamètre interne est inférieur ou égal à 5 millimètres, de préférence de l'ordre de 1 à 4 millimètres. Il est par ailleurs avantageux, pour améliorer l'homogénéité du flux traversant la chambre, de choisir un capteur dont la chambre de mesure, par exemple de forme générale sensiblement cylindrique, soit compacte ; à cet effet, il est préférable que le rapport de la plus grande dimension de la chambre à la plus petite dimension de la chambre soit inférieur ou égal à 3, par exemple de l'ordre de 1 à 2 ; à cet effet, en outre, les orifices d'entrée et de sortie du mélange gazeux dans la chambre ne sont de préférence pas alignés, afin d'éviter des écoulements préférentiels directs de l'orifice d'entrée à l'orifice de sortie. De préférence également, le volume de la chambre de mesure du capteur est réduit, par exemple voisin de 50 à 100 cm3, généralement au plus égal à 200 cm3. L'aspiration du mélange gazeux peut être obtenue par une pompe, mais selon une alternative avantageuse, l'aspiration est obtenue grâce à un dispositif comportant un venturi et alimenté en air comprimé, qui a l'avantage de ne comporter aucune pièce mécanique mobile et par conséquent d'être très fiable ; le débit d'aspiration du mélange gazeux est compris entre 10-5 m3 par seconde et 2.10 3 m3 par seconde, de préférence compris entre 10 4 m3 par seconde et 10-3 m3 par seconde. On utilise de préférence un capteur équipé d'au moins un miroir (ou moyen équivalent) de réflexion du faisceau infrarouge dont on mesure la partie absorbée par ledit mélange gazeux, pour augmenter la distance parcourue par le faisceau dans la chambre et disposer ainsi d'une sensibilité améliorée. Dans un mode préféré de mise en oeuvre du procédé, lors de chaque cycle de traitement durant de préférence 2 secondes ou moins, on acquiert et on traite (par intégration notamment) le signal délivré par le capteur infrarouge pendant une durée d'acquisition, par exemple voisine de 1 à 1,5 seconde, qui est supérieure à la durée de présence de la cloche sur la bouteille, qui est par exemple voisine de 0,5 à 1,3 seconde. De préférence, dans le cas où on détecte une fuite très importante et par conséquent une concentration très importante du gaz provenant de la bouteille dans le mélange gazeux, correspondant à une fuite par exemple supérieure à 10 grammes par heure, on inverse le sens de circulation du gaz dans la canalisation de transfert, pendant une durée au moins égale au temps de cycle, pour évacuer de la canalisation, de la chambre et de la cloche, les particules de gaz résultant de ladite fuite, avant d'effectuer un nouveau cycle de contrôle d'une nouvelle bouteille. Le capteur de mesure d'absorption dans le domaine infrarouge est de préférence muni d'une unité électronique numérique de pilotage de l'émetteur infrarouge et des signaux délivrés par le récepteur infrarouge, qui est intégrée au capteur, pour assurer un prétraitement numérique des signaux. Les nombreux avantages procurés par l'invention seront mieux compris au travers de la description suivante qui se réfère aux dessins annexés, qui illustrent sans aucun caractère limitatif des modes préférentiels de réalisation de l'invention. Dans les dessins, les éléments identiques ou similaires portent, sauf indication contraire, les mêmes références d'une figure à l'autre. La figure 1 illustre schématiquement en vue transversale les composants essentiels d'un dispositif de détection de fuites conforme à l'invention. La figure 2 illustre schématiquement la chambre de mesure d'un capteur infrarouge à absorption équipant un dispositif conforme à l'invention. La figure 3 illustre en vue schématique sous forme de chronogramme, les principales étapes d'un procédé de détection selon l'invention et leur enchaînement. Par référence aux figures 1 et 2, le procédé et le dispositif s'appliquent au contrôle des divers organes de fermeture d'une bouteille 2 contenant un gaz liquéfié (tel qu'un gaz de propane liquéfié) qui est déplacée devant différents postes d'un centre de remplissage, et notamment un poste de détection de fuites, grâce à des moyens de transfert 3 tels qu'un convoyeur équipant le centre de remplissage l'organe 1 susceptible de provoquer des fuites est désigné sous le terme de robinet, mais peut également désigner une valve ou tout dispositif analogue. De façon connue, le dispositif de détection comporte une cloche 4 délimitant une cavité 15 et susceptible de coiffer la partie supérieure de la bouteille 2 et d'entourer le robinet 1 fixé en partie supérieure de celle-ci, la cloche 4 étant mobile comme indiqué par la flèche 5, en translation verticale notamment, c'est-à-dire selon l'axe repéré 6. Le dispositif comporte un capteur 7 de détection de la présence du gaz contenu dans la bouteille 2, susceptible de s'échapper de celle-ci dans le cas de défaut d'étanchéité de l'organe 1 notamment ; à cet effet, le capteur 7 est raccordé à la cloche par une canalisation 10 de transfert du mélange gazeux 11 résultant ; la canalisation 10 est raccordée par son extrémité gauche (sur la figure 1) à la cloche 4 et communique avec la cavité 15 délimitée par la cloche 4, et est raccordée par son extrémité droite (sur la figure 1) à la chambre 8 de mesure du capteur 7 ; le mélange gazeux présent dans la cavité 15 de la cloche 4, qui est pressurisé par des moyens (non représentés) tels que décrits dans le document suscité, s'écoule ainsi de la cavité 15 à la canalisation 10 et de celle-ci à la chambre 8, d'où elle s'échappe par un tronçon de canalisation 16 de sortie, sous l'effet d'un dispositif d'aspiration 9 équipant la canalisation 16, permettant l'échappement du mélange gazeux selon la flèche 12 après son passage dans le capteur 7, le dispositif 9 étant un dispositif de type venturi, alimenté selon la flèche 14 par une source d'air pressurisé (non représentée). Le capteur 7 est relié à une unité externe de traitement numérique des signaux qu'il délivre, repérée 13, telle qu'un automate programmable. Par référence à la figure 2 particulièrement, la chambre 8 du capteur 7 est délimitée par des parois 18 et est de forme sensiblement cylindrique, d'axe 17, de diamètre 26 et de longueur 27 ; les dimensions 26, 27 sont par exemple sensiblement égales ou de valeur voisine, par exemple de l'ordre de 10 à 50 millimètres. Un orifice 19 d'entrée du mélange gazeux 11 provenant de la canalisation 10 et un orifice (repéré 20) de sortie de ce mélange gazeux vers la canalisation 16 d'évacuation, sont prévus dans les parois 18 délimitant la chambre, sans être alignés, de manière à favoriser la création de tourbillons 25 à l'intérieur de la chambre 8, conformément à un des aspects de l'invention. Un émetteur 21 d'un faisceau 24 infrarouge est disposé sur l'une des parois de la chambre, et un miroir 23 est disposé sur une paroi opposée, de manière à renvoyer le faisceau 24 vers un récepteur 22 qui est de préférence raccordé à une unité électronique de contrôle numérique intégrée au capteur 7. Par référence à la figure 3, le transfert de la bouteille par le convoyeur jusqu'au poste de détection de fuites, qui est sensiblement simultané au transfert de la bouteille précédemment contrôlée hors du dispositif de détection de fuite, s'effectue pendant une durée repérée T1 (voisine de 0,5 à 1 seconde) ; à la suite de quoi le centrage de la bouteille et la descente de la cloche (l'ensemble s'effectuant pendant une durée T2 voisine de 0,4 à 0,6 seconde) sont commandés ; lorsque la cloche est en contact avec le dôme de la bouteille à contrôler, un capteur détecte la présence de la cloche, pendant toute la durée de contact de celle-ci avec la bouteille, laquelle durée est repérée T3 (voisine de 1 seconde) ; à la fin de cette étape, une opération de durée T4 (voisine de 0,3 seconde) correspond à l'activation du mécanisme de remontée de la cloche, et de libération du dispositif de centrage de la bouteille ; la détection de la présence de la cloche conditionne également le démarrage d'une temporisation de durée T5 (voisine de 0,2 à 0,5 seconde) de masquage, au terme de laquelle démarre la phase d'acquisition, de mesure et de traitement du signal délivré par le capteur infrarouge, qui dure une durée T6 (voisine de 1,5 seconde), le cycle total commun à ces différents signaux étant périodique, de période repérée T (voisine de 2 à 3 secondes). On observe sur cette figure que l'étape de mesure T6 se poursuit après que la cloche ait été séparée de la bouteille (après la fin de l'étape de durée T3). REVENDICATIONS 1. Dispositif automatique de contrôle de l'étanchéité du robinet (1) équipant une bouteille (2) contenant du gaz et déplacée par des moyens (3) de transfert, qui comporte - une cloche (4) mobile de prélèvement apte à coiffer le robinet, - un capteur (7) infrarouge sensible à la présence du gaz contenu dans la bouteille, - une canalisation (10) de transfert du mélange gazeux prélevé dans la cavité (15) délimitée par la cloche, jusqu'au capteur, - un organe (9) d'aspiration du mélange gazeux apte à provoquer le transfert du mélange gazeux de la cloche jusqu'au capteur en circulant dans ladite canalisation de transfert, caractérisé en ce que le diamètre d'au moins une partie de la canalisation de transfert est réduit pour assurer une vitesse de passage du mélange gazeux dans la canalisation supérieure ou égale à 10 mètres par seconde. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le diamètre d'une partie au moins de la canalisation de transfert est suffisamment réduit pour assurer une vitesse de passage du mélange gazeux dans la canalisation, allant de 20 à 70 mètres par seconde, lequel diamètre interne est inférieur ou égal à 5 millimètres. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le capteur comporte une chambre de mesure compacte, de forme générale sensiblement cylindrique. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le capteur comporte une chambre de mesure telle que le rapport de la plus grande dimension de la chambre à la plus petite dimension de la chambre soit inférieur ou égal à 3. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le capteur comporte une chambre (8) équipée d'un orifice d'entrée du mélange gazeux et d'un orifice (20) de sortie du mélange gazeux, lesquels orifices ne sont pas alignés. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le volume de la chambre du capteur est inférieur ou égal à 200 cm 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'organe d'aspiration est constitué par un dispositif à venturi susceptible d'assurer un débit d'aspiration du mélange gazeux compris entre 10-5 m3 par seconde et 2.10-3 m3 par seconde, de préférence compris entre 1 m3 3 par seconde et 103 par seconde. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le capteur comporte au moins un miroir de réflexion du faisceau infrarouge traversant une chambre de mesure. 9. Procédé de contrôle automatique de l'étanchéité du robinet équipant une bouteille contenant du GPL, dans lequel on aspire un mélange gazeux constitué d'un gaz vecteur et du gaz de fuite éventuel, et on détecte la présence du gaz de fuite par un capteur optique sensible à l'absorption dans le domaine infrarouge d'un faisceau lumineux par le mélange gazeux, et dans lequel on transfère le mélange gazeux d'une cloche mobile au capteur, à une vitesse supérieure ou égale à 10 mètres par seconde. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel, lors de chaque cycle de traitement et de détection, on acquiert et on traite (par intégration notamment) le signal délivré par le capteur infrarouge pendant une durée d'acquisition supérieure à la durée de présence de la cloche sur la bouteille.