Brevet FR2813944A1 — publié le 20020315

L'invention est relative aux gazomètres. Des gazomètres, couramment utilisés dans l'industrie, comprennent une enceinte cylindrique verticale, obturée par un couvercle. Le couvercle est mobile dans l'enceinte, de manière à augmenter ou diminuer le volume utile de celle-ci, en fonction de la quantité de gaz à stocker et de sa pression. En pratique, le couvercle coulisse dans l'enceinte sous l'effet des variations de la quantité de gaz qui s'y trouve, de manière à y maintenir une pression sensiblement constante. L'étanchéité entre le couvercle et la paroi latérale de l'enceinte constitue un élément important de ces gazomètres connus. A cet effet, diverses solutions ont été proposées (Dr. Franz MUHLERT et Dr. Kurt DREWS - Technische gase, Ihre Herstellung und ihre Verwendung, 1928, Verlag von S. Hirzel in Leipzig, pages 316 à 318; Ullmanns Encyklopâdie des technischen Chemie - 4. Band, 1953, pages 654 et 655). On connaît notamment des gazomètres dans lesquels le couvercle est formé d'un disque qui est entouré d'un joint d'étanchéité solide, inséré et comprimé entre le couvercle et la paroi latérale de l'enceinte. Dans ces gazomètres connus, le joint d'étanchéité présente l'inconvénient de s'user sous l'action du frottement engendré par le déplacement du disque, ce qui nécessite de les remplacer périodiquement. On connaît également des gazomètres dans lesquels le couvercle comprend une cloche qui plonge dans un joint hydraulique formé dans le fond ou à la périphérie de l'enceinte cylindrique du gazomètre. Les joints hydrauliques présentent toutefois la particularité désavantageuse d'être perméables à certains gaz ou de les dissoudre, de sorte qu'ils n'évitent pas une émission de gaz du gazomètre vers l'atmosphère environnante. Le gazomètre décrit dans la demande de brevet européen N 99204392.7 au nom de SOLVAY (Société Anonyme) est du type à joint hydraulique. Il possède une étanchéité améliorée, grâce à l'ajout d'une cage extérieure qui coiffe la cloche et l'enceinte du gazomètre et qui est maintenue à une pression inférieure à la pression atmosphérique. Dans une forme de réalisation particulière de ce gazomètre connu, la cage comprend une paroi verticale qui est reliée à la cloche par une membrane souple. Cette forme de réalisation du gazomètre est toutefois difficilement applicable à des gazomètres du type de celui décrit dans le brevet britannique N 13521, dans lequel la cloche pivote pendant qu'elle coulisse. L'invention vise dès lors à perfectionner le gazomètre selon la demande de brevet européen N 99204392.7, de telle sorte qu'elle puisse s'accommoder d'une cloche pivotante. En conséquence, l'invention concerne un gazomètre comprenant une enceinte cylindrique et verticale, dans laquelle coulisse une cloche, avec interposition d'un joint d'étanchéité hydraulique, l'enceinte et la cloche étant enfermées dans une cage maintenue à une pression inférieure à la pression atmosphérique, ladite cage comprenant une paroi verticale entourant l'enceinte et la cloche et une membrane étanche et souple qui relie ladite paroi verticale à la cloche. Selon l'invention, la cloche est pivotante dans l'enceinte et la membrane est reliée à la cloche via une articulation annulaire. Dans le gazomètre selon l'invention, l'enceinte cylindrique délimite une chambre destinée au stockage d'un gaz. Elle repose normalement sur le sol et est obturée, à son extrémité supérieure, par la cloche. Celle-ci s'emboîte dans l'enceinte, de telle sorte qu'elle puisse y coulisser vers le haut ou vers le bas sous l'effet des variations de la pression ou du volume du gaz contenu dans l'enceinte. Un joint hydraulique assure l'étanchéité entre la cloche et la paroi latérale de l'enceinte. L'enceinte et la cloche sont enfermées dans une cage maintenue à une pression absolue inférieure à la pression atmosphérique. De la sorte, le gaz qui viendrait à traverser le joint hydraulique est retenu confiné dans la cage par la dépression qui y règne, ce qui évite son passage dans l'atmosphère. En pratique, pour obtenir ce résultat, il suffit que la pression dans la cage se situe quelques millibars au-dessous de la pression atmosphérique normale. Il faut toutefois éviter que la pression dans la cage tombe sous une valeur pour laquelle il y aurait aspiration du joint hydraulique. La cage comprend, d'une part, une paroi verticale, généralement cylindrique, qui entoure l'enceinte et, d'autre part, une membrane étanche et souple, qui relie ladite paroi verticale à la cloche. De ce fait, le volume utile de la cage reste sensiblement constant, quelle que soit la position de la cloche dans l'enceinte, ce qui facilite le maintien d'une dépression constante dans la cage. Selon l'invention, la cloche est pivotante. Le mouvement de coulissement de la cloche dans l'enceinte comprend ainsi une translation et une rotation de la cloche, dont la combinaison résulte en un mouvement hélicoïdal. Comparée à une cloche non pivotante, la cloche pivotante du gazomètre selon l'invention présente notamment l'avantage de permettre un meilleur soutien de la cloche dans l'enceinte du gazomètre. La membrane souple et étanche est reliée à la cloche via une articulation annulaire. Cette caractéristique essentielle de l'invention permet le mouvement rotatif relatif de la membrane souple par rapport à la cloche. Lorsque celle ci effectue son mouvement hélicoïdal dans l'enceinte, elle n'entraîne donc pas la membrane souple en rotation. De ce fait celle ci ne risque pas d'être déchirée. Dans une forme de réalisation particulière du gazomètre selon l'invention, la membrane est un manchon tronconique, dont une extrémité est fixée à la cloche via l'articulation annulaire et dont l'autre extrémité est fixée à la paroi verticale, de telle sorte qu'elle pende dans une chambre annulaire, délimitée entre l'enceinte et la paroi verticale. Dans cette variante de l'invention, l'extrémité de la membrane, qui est fixée à la paroi verticale est de préférence située au-dessus de son extrémité, qui est fixée à la cloche via l'articulation annulaire. La fonction de l'articulation annulaire est de permettre le mouvement rotatif relatif de la membrane souple par rapport à la cloche tout en maintenant une étanchéité suffisante de la cage. Cette fonction peut être remplie par de nombreux mécanismes. Dans une autre forme de réalisation particulière du gazomètre selon l'invention, l'articulation annulaire comprend un système de roulement et un joint d'étanchéité. Le terme système de roulement est ici entendu dans son principe. La fonction de ce système de roulement est de réduire les efforts de friction au sein de l'articulation annulaire et par là même les efforts de torsion sur la membrane souple. Du fait que l'intérieur de la cage est en dépression, il est inévitable que du gaz traverse le système de roulement et pénètre dans la cage. Le joint d'étanchéité permet d'éviter ou tout au moins de limiter ce débit de gaz. Il peut être conçu de diverses façons et par exemple être constitué d'une lèvre couvrant l'ensemble de la face intérieure du système de roulement. L'exemple décrit plus loin, en référence aux dessins annexés, illustre cette forme de réalisation particulière de l'invention. Dans une forme de réalisation préférée du gazomètre selon l'invention, la cage est soumise à un balayage par un gaz inerte. On entend désigner par gaz inerte, un gaz non toxique pour l'environnement et inerte vis-à-vis du gaz contenu dans l'enceinte, sous la: cloche du gazomètre. L'air, l'azote et l'argon sont des exemples de gaz inertes utilisables dans cette forme de réalisation de l'invention. L'air est préféré. Dans cette forme de réalisation de l'invention, le balayage de la cage avec le gaz inerte a pour fonction d'évacuer le gaz qui aurait migré à travers le joint hydraulique depuis l'enceinte. A cet effet, selon une variante d'exécution spécialement avantageuse, le gaz inerte est de l'air atmosphérique qui circule dans la cage, entre au moins un orifice calibré, ménagé dans la paroi de la cage et une pompe à vide, reliée à ladite cage. Dans cette variante de l'invention, la pompe peut être reliée, en aval, à une installation de traitement du gaz provenant de l'enceinte. L'installation de traitement du gaz n'est pas critique. Elle peut par exemple servir à valoriser le gaz dans un processus chimique ou servir à le décomposer ou le détruire, par exemple par incinération. Dans une forme particulièrement avantageuse de l'invention, dans le cas où l'articulation annulaire comporte un système de roulement et un joint d'étanchéité, l'orifice calibré est ménagé dans le joint d'étanchéité. A cet effet, le joint d'étanchéité peut par exemple être dimensionné de manière telle qu'il présente un débit de fuite calibré. Le gazomètre selon l'invention réduit considérablement le risque d'une fuite accidentelle de gaz toxique dans l'atmosphère, grâce au fait qu'il associe une cloche pivotante, de grande stabilité, et une cage comprenant une membrane souple reliée à la cloche. Le gazomètre selon l'invention est utilisable pour le stockage de tous gaz. Il trouve une application spécialement avantageuse pour le stockage de gaz organiques chlorés, tels que le chlorure de vinyle et le chlorure de vinylidène, par exemple. Des particularités et détails de l'invention vont ressortir de la description suivante des dessins annexés. La figure 1 représente schématiquement, en section transversale verticale, une forme de réalisation particulière du gazomètre selon l'invention, avec sa cloche en position basse; La figure 2 est une vue plus détaillée de l'articulation selon l'invention. La figure 3 montre le gazomètre de la figure 1, avec sa cloche en position haute. Dans ces figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques. Le gazomètre schématisé aux figures comprend une enceinte cylindrique et verticale 1, dans laquelle coulisse une cloche 2. L'enceinte 1 et la cloche 2 sont généralement en acier. La cloche 2 plonge dans un joint hydraulique 3 qui assure ainsi l'étanchéité entre la paroi latérale de l'enceinte 1 et la cloche 2. Un gaz, non visible, est stocké dans l'enceinte 1, sous la cloche 2. La cloche 2 se positionne d'elle-même au-dessus du fond de l'enceinte 1, de manière à équilibrer la pression du gaz dans l'enceinte 1. La figure 1 montre la cloche 2 en position basse, lorsque la quantité de gaz stockée dans l'enceinte 1 est faible. La figure 3 montre la cloche 2 en position haute, lorsque la quantité de gaz stockée dans l'enceinte est plus importante. La position de la cloche 2 dans l'enceinte 1 va fluctuer entre ces deux positions, selon que la quantité de gaz stockée dans l'enceinte augmente ou diminue. L'enceinte 1 et la cloche 2 sont enfermées dans une cage désignée dans son ensemble par la notation de référence 4. La cage 4 comprend une paroi étanche verticale 5, généralement cylindrique, qui entoure l'enceinte 1 et se prolonge au- dessus de la cloche 2. La cloche 2 est prolongée, vers le haut, par un cylindre vertical 6. Des orifices 21 sont disposés au bas du cylindre vertical 6, afin de permettre à la condensation et aux entrées d'eau accidentelles de s'écouler vers le joint hydraulique 3. Selon l'invention, la cloche 2 est reliée à l'enceinte 1 par une coulisse hélicoïdale 18. De cette manière, le coulissement de la cloche 2 dans l'enceinte 1 comprend une translation verticale et une rotation ou pivotement. La membrane souple 9, profilée en forme de manchon tronconique et reliée à la paroi 5, est connectée au cylindre 6 via une articulation annulaire désignée dans son ensemble par la notation 17. L'articulation 17 comprend des roues 14, une piste de roulement 20, des tringles de guidage 19 et un joint d'étanchéité 15. Une fine fente annulaire 16 est dimensionnée entre le joint 15 et la piste 20 pour assurer un débit de fuite calibré. La partie supérieure 7 de l'articulation 17 ne se déplace que verticalement, l'ensemble de tringles verticales 19, solidaires de la paroi 5, empêchant sa rotation. Les roues 14, dont les axes de rotation sont solidaires de la partie supérieure 7 de l'articulation 17 roulent sur la piste de roulement 20, solidaire du cylindre 6. Les tringles 19 maintiennent les roues dans leur position correcte sur la piste 20. La longueur de la membrane 9 est supérieure à la distance entre l'extrémité 8 de la paroi 5 et la partie supérieure 7 de l'articulation 17 lorsque la cloche 2 est en position basse (figure 1). La membrane 9 est suspendue, par son extrémité la plus large, à l'extrémité supérieure 8 de la paroi 5, et, par son extrémité la plus étroite, à la partie supérieure 7 de l'articulation 17. Sa longueur étant sensiblement supérieure à la distance entre les deux extrémités 7 et 8, la membrane 9 est repliée en formant un sac annulaire 10 qui pend dans la chambre annulaire 11 formée entre la paroi verticale 5, d'une part, et l'enceinte 1, la cloche 2 et le cylindre 6, d'autre part. Lorsque la cloche pivote suite à une modification de son contenu de gaz, les roues 14 roulent sur la piste 20 en sorte que la membrane 9 ne soit pas entraînée par le pivotement de la cloche. En variante, la paroi cylindrique 5 peut être surmontée d'un auvent 12 pour protéger le gazomètre des intempéries. Une pompe à vide 13 relie la chambre annulaire 11 à une installation de traitement de gaz, non représentée. La pompe à vide 13 occasionne une légère dépression dans la chambre annulaire 11 et soumet par ailleurs celle-ci à un balayage avec de l'air prélevé dans l'atmosphère via la fente annulaire 16. Au cours du temps, du gaz risque de s'échapper de l'enceinte 1 par. migration à travers le joint hydraulique 3. Par ailleurs, lorsque la cloche 2 passe de la position basse (figure 1) à la position haute (figure 2), elle entraîne avec elle un film d'eau (provenant du joint hydraulique) contenant du gaz dissous, dont l'évaporation va libérer le gaz dissous. Si du gaz quitte de la sorte l'enceinte 1, il passe dans la chambre annulaire 11, d'où il est évacué par la pompe 13 vers l'installation de traitement de gaz précitée. Le gazomètre représenté aux figures 1 et 2 est spécialement adapté au stockage du chlorure de vinyle, notamment dans les installations industrielles de fabrication de polychlorure de vinyle. par le procédé de fabrication en suspension. Dans cette application du gazomètre selon l'invention, l'installation de traitement de gaz située en aval de la pompe 13 peut par exemple comprendre une installation d'incinération, destinée à la destruction du gaz. REVENDICATIONS 1 - Gazomètre comprenant une enceinte cylindrique et verticale (1), dans laquelle coulisse une cloche (2), avec interposition d'un joint d'étanchéité hydraulique (3), l'enceinte et la cloche étant enfermées dans une cage (4) maintenue à une pression inférieure à la pression atmosphérique, ladite cage comprenant une paroi verticale (5) entourant l'enceinte et la cloche et une membrane étanche et souple (9) qui relie ladite paroi verticale à la cloche, caractérisé en ce que la cloche est pivotante dans l'enceinte et la membrane est reliée à la cloche via une articulation annulaire (17). 2 - Gazomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane (9) est un manchon tronconique, dont une extrémité est fixée à la cloche via l'articulation annulaire (17) et dont l'autre extrémité est fixée à la paroi verticale (5), de telle sorte qu'elle pende dans une chambre annulaire, délimitée entre l'enceinte (1) et la paroi verticale (5). 3 - Gazomètre selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractéris( en ce que l'articulation annulaire (17) comprend un système de roulement et un joint d'étanchéité (15). 4 - Gazomètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la cage est soumise à un balayage par un gaz inerte. 5 - Gazomètre selon la revendication 4, caractérisé en ce que le gaz inerte est de l'air atmosphérique qui circule dans la cage (4) entre au moins un orifice calibré, ménagé dans une paroi de celle-ci et une pompe à vide (13), reliée à la cage. 6 - Gazomètre selon la revendication 5, caractérisé en ce que, dans le cas où l'articulation annulaire (17) comporte un système de roulement et un joint d'étanchéité (15), l'orifice calibré est ménagé dans le joint d'étanchéité. 7 - Gazomètre selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la pomp à vide (13) est reliée, en aval, à une installation de traitement d'un gaz contenu dans l'enceinte. 8 - Gazomètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, destiné à contenir du chlorure de vinyle.