Brevet FR2836983A1 — publié le 20030912

PROCEDE ET DISPOSITIF D'EVACUATION DE GAZ D'UNE ENCEINTE IMMERGEE DESCRIPTION Le sujet de cette invention est l'évacuation d'un gaz produit dans une enceinte immergée et son rejet dans l'eau environnante. La production de gaz et notamment de gaz carbonique est inévitable dans les enceintes immergées habitées, et même pour des enceintes qui sont le lieu d'une activité mécanique artificielle, notamment si du carburant doit être brûlé. Le problème est particulièrement aigu pour les sous-marins, qui ne peuvent généralement pas émerger librement pour rejeter le gaz et qui doivent donc le faire à une profondeur souvent importante, en devant vaincre la pression conséquente de l'eau, et aussi silencieusement que possible. Il est traditionnel de rejeter les gaz en excès en leur faisant parcourir un conduit d'évacuation qui mène à une ouverture de la coque obstruée par une' membrane poreuse aux gaz. Quand la pression du gaz est devenue suffisante, il s'écoule à travers la membrane. Il a malheureusement été constaté que la membrane pouvait se salir rapidement par des particules inertes ou des micro-organismes et perdre donc sa perméabilité. L'invention a pour objet un procédé et un dispositif améliorés d'évacuation du gaz d'une enceinte immergée telle que l'intérieur d'un sous-marin ; elle est fondée sur un pré-mélange du gaz à un liquide sous pression, normalement l'eau environnante, afin de supprimer les problèmes d'encrassement et de bruit pour des raisons qu'on découvrira plus loin. Sous sa forme la plus générale, le procédé comprend une aspiration d'eau, une émulsion du gaz en bulles dans l'eau, et un pompage de l'émulsion hors de l'enceinte ; le dispositif comprend d'autre part un conduit de gaz et un exutoire hors de l'enceinte auquel mène le conduit, une boucle ouverte de circulation d'eau dans l'enceinte entre un orifice d'aspiration et l'exutoire, un raccordement du conduit à la boucle, un moyen de mélange du gaz à l'eau de la boucle, et une pompe de mise sous pression sur la boucle en aval du raccordement. D'autres aspects, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront maintenant au commentaire des figures suivantes : - la figure 1 représente une première réalisation de l'invention, - la figure 2 représente une deuxième réalisation de l'invention, et la figure 3 est un dessin d'un exutoire employé. Le dispositif se trouve du côté sec d'une enceinte immergée telle qu'une coque 22 de sous-marin. Du gaz est produit par des appareils non représentés ou d'autres façons et aboutit dans un collecteur 1 où il s'accumule ; il en est évacué par un surpresseur à anneau d'eau 2, qui est un compresseur volumétrique tournant, installé sur un conduit 3 au gaz et qui envoie temporairement le gaz dans un réservoir 4 plus loin sur le conduit 3. Un autre conduit est constitué par une boucle 5 ouverte s'étendant entre deux piquages de la coque 22, dont un piquage d'entrée 6 et un exutoire 7, ce dernier étant occupé par un filtre 8 sur lequel on reviendra. La boucle 5 est affectée à une circulation entretenue d'eau de mer et comprend successivement, depuis le piquage d'entrée 6, un réservoir 9, une trompe 10 à dépression ou venturi de forme convergente - divergente avec un col à mi-longueur, et une pompe centrifuge 11. Le réservoir 9 a une fonction analogue au réservoir 4, permettant de retenir temporairement du fluide à une pression voulue ; le col de la trompe 10 est le lieu d'un raccordement entre le conduit 3 au gaz et la boucle 5 ouverte ; et la pompe 11 entretient la circulation d'eau dans la boucle 5. La pression de l'eau dans le réservoir 9 et dans la portion avoisinante de la boucle 5 est réglée par la commande d'une électrovanne 12 à ouverture progressive qui ajuste le débit d'eau entrant dans le piquage 6 en fonction de la pression mesurée dans le réservoir 9, qui est à ciel d'azote, ou d'un autre, critère de remplissage du réservoir 9. Une autre électrovanne 13 est installée sur le conduit 3 au gaz entre le réservoir 4 et le raccordement à la boucle 5 et permet de régler le débit de gaz s'écoulant du réservoir 4 en fonction du débit d'eau aspiré par la pompe 11. En passant dans la trompe 10, la pression de l'eau diminue jusqu'à devenir inférieure au col à celle du gaz sortant du conduit 3 : le gaz est ainsi aspiré dans la boucle 5 pour former une émulsion de micro-bulles avec l'eau, et c'est cette émulsion qui traverse la pompe 11, le filtre 8 et se trouve rejetée dans l'eau de mer. L'énergie cinétique de l'écoulement, beaucoup plus grande qu'avec l'écoulement de gaz seul, permet d'assurer le nettoyage automatique du filtre 8, et le rejet du gaz est suffisamment silencieux puisqu'il ne contient pas de grosses bulles. En outre, on propose d'utiliser à l'exutoire 7 un filtre dit tangentiel illustré à la figure 3 et composé d'un ressort hélicoïdal dont les spires 14 sont espacées de fentes 15 de largeur faible mais invariable et bien définie, de cinq micromètres par exemple ; ces fentes allongées rejettent l'émulsion en un écoulement laminaire qui est encore plus silencieux. La détente procurée par la vanne 12 peut porter la pression de l'eau jusqu'à l'entrée de la trompe 10 à trois bars ; la pression peut descendre jusqu'à un bar au col de la trompe 10, remonter jusqu'à deux bars environ à l'entrée de la pompe 11, qui porte enfin l'émulsion à soixante-dix bars. Le surpresseur 2 porte le gaz à une pression de deux bars qui lui permet, d'être aspiré par l'eau dans la trompe 10. L'émulsion peut comprendre 2% à 4% de gaz en masse grâce au réglage de l'électrovanne 13. Les micro-bulles sont évidemment fortement rapetissées en passant par la pompe 11. D'autres modes de réalisations, certains plus simples, peuvent être proposés. C'est le cas de celui de la figure 2, où on ne procède pas à une détente de l'eau de mer et où le réservoir 9 est soumis à la pression extérieure (les mêmes références qu'à la figure 1 désignent des éléments analogues). La boucle 5 est ici continue à travers le réservoir 9, avec lequel elle ne communique que par un reniflard 16, pour préserver l'énergie cinétique de l'eau. Une autre modification de la boucle 5 existe dans le trompe 10, à laquelle la portion avant de la boucle 5 se joint en formant un éjecteur 17 dont l'orifice s'ouvre devant le col 18 de la trompe 10. De plus, le conduit 3 au gaz ne débouche pas dans le col 18 mais avant celui-ci, juste derrière l'orifice de l'éjecteur 17. On arrive à une structure où l'énergie du liquide conjuguée à un abaissement de pression après l'orifice d'éjection aspire le gaz et crée l'émulsion. La suite du procédé est identique à celle de la réalisation précédente : l'émulsion quittant la trompe 10 est comprimée en traversant la pompe 11 puis rejetée à une pression suffisante en mer. Comme dans la réalisation précédente, une électrovanne 13 est installée sur le conduit 3 au gaz pour commander la bonne proportion entre le débit de gaz et le débit d'eau de mer. Comme l'aspiration du gaz' est réalisée par un entraînement par l'eau, il n'est plus besoin de porter le gaz à une pression suffisante et donc d'utiliser un surpresseur 2. De même, le réservoir 4 n'est pas nécessaire. Un clapet d'antiretour 19 est toutefois installé sur le conduit 3 pour éviter une irruption d'eau dans le collecteur 1. Une vanne de limitation de débit 20 est placée non loin de l'entrée de l'éjecteur 17, et un débitmètre 23 permet de mesurer le débit d'eau entrant dans la boucle 5 ; comme dans la réalisation précédente, le débitmètre 23 et un autre 24 sur le conduit au gaz 3 pilotent l'électrovanne 13. Enfin, des vannes de sécurité 21, pouvant être fermées à volonté pour interrompre le processus, sont disposées sur la boucle 5 près des piquages 6 et 7. REVENDICATIONS 1) Procédé de rejet de gaz produit dans une enceinte (22) immergée, caractérisé en ce qu'il comprend une aspiration d'eau, une émulsion du gaz en bulles dans l'eau, et un pompage de l'émulsion hors de l'enceinte. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une aspiration du gaz par l'eau pour créer l'émulsion. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz est en proportion de 2% à 4% dans l'émulsion. 4) Dispositif de rejet de gaz produit dans une enceinte immergée, comprenant un conduit (3) au gaz et un exutoire (7) hors de l'enceinte (22) auquel mène le conduit, caractérisé en ce qu'il comprend une boucle (5) ouverte de circulation d'eau dans l'enceinte entre un orifice d'aspiration (6) et l'exutoire (7), un raccordement du conduit à la boucle, un moyen (10) de mélange du gaz à l'eau de la boucle, et une pompe (11), de mise sous pression sur la boucle en aval du raccordement. 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la boucle comprend un venturi ayant un col (18) au raccordement du conduit au gaz. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (9,10) de détente de l'eau de la boucle de façon que l'eau ait une pression inférieure à la pression du gaz au raccordement. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une vanne (13) de régulation de débit du gaz en fonction du débit de l'eau. 8) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir (9) d'eau sur la boucle en amont du raccordement. 9) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une vanne de régulation (12) du débit d'eau sur la boucle en amont du réservoir d'après un critère de remplissage du réservoir. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, où l'exutoire est caractérisé par des fentes (15) allongées. 11) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'exutoire est composé d'un ressort hélicoïdal dont les spires (14) délimitent lesdites fentes.