Brevet FR2858409A1 — publié le 20050204

Dispositif de protection thermique pour appareil de mesure par prélèvement de gaz et procédé de mesure associé. La présente invention concerne un dispositif de protection 5 thermique pour appareil de mesure par prélèvement de gaz ainsi qu'un procédé de mesure associé. Il existe dans l'industrie des procédés qui doivent être mis en oeuvre dans une atmosphère gazeuse contrôlée et portée à une température élevée. C'est le cas par exemple des procédés 10 d'application de peinture sur des carrosseries de véhicules automobiles. Pour le séchage de la peinture, le véhicule dans son ensemble passe dans une étuve où règne une température déterminée. Afin de garantir un aspect satisfaisant des peintures sur la surface de la carrosserie, on contrôle l'atmosphère des étuves afin d'éviter 15 l'entrée de poussières. En effet, des poussières, en se déposant sur la peinture, pourraient donner un aspect granuleux. On vérifie donc que l'atmosphère ne contient pas de particules de poussière de taille trop importante. Des contrôles de l'atmosphère peuvent être effectués à l'aide 20 de compteurs de particules ou granulomètres qui sont disposés directement dans l'étuve et prélèvent des échantillons de gaz pour contrôler une répartition de particules en fonction de leur taille. Les instruments de mesure, notamment les compteurs de particules, sont généralement sensibles aux températures élevées. Il 25 n'est pas possible, à l'heure actuelle, d'effectuer des mesures pendant un fonctionnement de l'étuve à température élevée. Les mesures sont effectuées lorsque l'étuve fonctionne à froid après l'arrêt de la production. Un but de l'invention est de proposer un dispositif de 30 protection thermique pour appareil de mesure par prélèvement de gaz permettant la réalisation de mesures en atmosphère chaude, même avec des dispositifs sensibles à la chaleur. A cet effet, l'invention propose un dispositif de protection thermique pour appareil de mesure par prélèvement de gaz, comprenant une enceinte thermiquement isolante destinée à recevoir l'appareil de mesure, une prise de gaz disposée sur un côté de 5 l'enceinte, et une conduite d'entrée présentant une première extrémité raccordée à la prise de gaz et une seconde extrémité prévue pour être raccordée à un orifice d'admission d'un appareil de mesure. Ainsi, l'enceinte thermiquement isolante permet de définir un volume intérieur protégé de la chaleur, dans lequel l'appareil de 10 mesure peut être disposé. Les gaz chauds pénètrent dans la prise de gaz et circulent dans la conduite d'entrée avec un échange de chaleur entre les gaz et le volume intérieur de l'enceinte qui est plus froid que les gaz. En conséquence, la température des gaz pénétrant dans l'appareil de mesure situé en aval de la conduite d'entrée est 15 diminuée. L'inertie thermique de l'enceinte et du volume intérieur permet une protection satisfaisante pendant une certaine durée. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend une conduite de sortie présentant une première extrémité prévue pour être raccordée à un orifice de sortie de l'appareil de mesure et une seconde 20 extrémité débouchant à l'extérieur de l'enceinte. La conduite de sortie est notamment nécessaire lorsque les mesures sont effectuées non pas sur des prélèvements de petits volumes de gaz, mais à partir d'une circulation des gaz à travers l'appareil de mesure, auquel cas il est préférable de pouvoir rejeter les gaz sur lesquels les mesures ont été 25 effectuées vers l'extérieur de l'enceinte, en évitant de réchauffer le volume intérieur de l'enceinte. De préférence, pour améliorer la protection thermique de l'appareil de mesure, le dispositif comprend des moyens de refroidissement des gaz admis dans la conduite d'entrée. Des moyens de refroidissement des gaz peuvent être prévus sous la forme d'une masse formant réserve de froid disposée dans l'enceinte et traversée par la conduite d'entrée. Ainsi, on accélère un refroidissement des gaz circulant dans la conduite d'entrée depuis la prise de gaz vers l'appareil de mesure. La masse formant réserve de froid constitue une barrière thermique conduisant au refroidissement rapide des gaz afin que ceux-ci ne pénètrent pas dans l'appareil de mesure en étant à une température trop élevée, en fonction des caractéristiques de l'appareil de mesure. Dans un mode de réalisation, la masse formant réserve de froid peut être prévue sous la forme d'un récipient rempli de liquide, par exemple de l'eau. Dans un mode de réalisation, on peut prévoir des moyens de refroidissement de l'atmosphère de l'enceinte dans son ensemble. 10 Ainsi, on favorise un refroidissement des gaz circulant dans la conduite d'entrée ainsi qu'un maintien de la température du volume intérieur de l'enceinte à une température acceptable pour l'appareil de mesure. Des moyens de refroidissement de l'atmosphère de l'enceinte 15 peuvent être prévus sous la forme d'un récipient ouvert disposé dans l'enceinte et prévu pour être rempli d'un liquide froid, du type azote liquide, une conduite d'évacuation des gaz prélevés comprenant une ouverture débouchant dans le récipient. Ainsi, en amenant des gaz relativement chauds dans le récipient, on provoque une vaporisation du 20 liquide froid, du type azote liquide. Le liquide ainsi vaporisé sort du récipient et se répand dans le volume intérieur de l'enceinte en refroidissant ce dernier. Avantageusement, la conduite d'entrée est munie d'ailettes de refroidissement, destinées à favoriser des échanges de chaleur avec un 25 environnement extérieur à la conduite d'entrée pour accélérer le refroidissement des gaz admis dans la conduite d'entrée. Les ailettes de refroidissement peuvent être prévues sur une section de la conduite d'entrée traversant un masse de froid, ou pour un échange avec le volume intérieur de l'enceinte refroidi dans son ensemble. L'invention concerne également un ensemble de mesures comprenant un appareil de mesure, par exemple un granulomètre, disposé dans un dispositif de protection thermique selon un aspect de l'invention. L'invention concerne encore un procédé de mesure sur un gaz dans un premier milieu à une température élevée, dans lequel on introduit une enceinte isolante dans le premier milieu, on prélève du gaz dans le premier milieu en l'amenant dans l'enceinte, on refroidit le 5 gaz prélevé par passage dans une conduite circulant dans un second milieu plus froid que le premier milieu et contenu dans l'enceinte, et on effectue des mesures sur le gaz prélevé et refroidi. La présente invention et ses avantages seront mieux compris à l'étude de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre 10 d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif de protection thermique selon un aspect de l'invention, dans lequel est disposé un appareil de mesure; et -la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un autre mode de réalisation d'un dispositif de protection thermique, dans lequel est disposé un appareil de mesure. Sur la figure 1, un ensemble de mesures, référencé 1 dans son ensemble, comprend un appareil de mesure 2, qui est ici un compteur 20 de particules ou granulomètre, qui est disposé dans un dispositif de protection thermique 3. Le dispositif de protection thermique comprend une enceinte thermiquement isolante 4 définie par une paroi à deux coques 5, délimitant un volume intérieur fermé 6. Le dispositif de protection 25 thermique 3 comprend une prise de gaz 7 disposée sur un côté de l'enceinte 4, une conduite d'entrée 8 présentant une première extrémité raccordée à la prise de gaz 7, la conduite d'entrée 8 s'étendant dans le volume intérieur 6 de l'enceinte 4, une portion intermédiaire de la surface extérieure de la conduite d'entrée étant 30 munie d'ailettes de refroidissement 9. Le dispositif de protection thermique 3 comprend également une conduite de sortie 10, dont une seconde extrémité est raccordée à un orifice de sortie 11 débouchant à l'extérieur de l'enceinte 4. L'appareil de mesure 2 réalise des mesures de granulométrie sur un flux de gaz traversant ledit appareil 2 pour déterminer des tailles de particules présentes dans le flux de gaz. L'appareil présente une entrée de gaz 2a reliée à une seconde 5 extrémité de la conduite d'entrée opposée à la prise de gaz 7, ainsi qu'une sortie de gaz 2b reliée à une première extrémité de la conduite de sortie 10 opposée à l'orifice de sortie 11. Le dispositif de protection thermique 3 comprend encore un récipient 12 contenant un liquide 13, par exemple de l'eau. La 10 conduite d'entrée 8, entre sa première extrémité reliée à la prise de gaz 7 et sa seconde extrémité reliée à l'appareil de mesure 2, traverse le récipient 12. En fonctionnement, l'ensemble de mesure 1 constitué par le dispositif de protection thermique 3 et l'appareil de mesure 2, est 15 disposé dans un milieu extérieur 14, comme par exemple une étuve de séchage de peinture de véhicules automobiles. L'ensemble de mesure 1 est laissé dans l'étuve pendant un temps déterminé. L'appareil de mesure 2 fonctionnant par circulation d'un débit de gaz, génère un flux de gaz dans la conduite d'entrée 8, l'appareil de mesure 2, et la 20 conduite de sortie 10. Les gaz sont donc prélevés du milieu extérieur 14 par la prise de gaz 7, comme illustré par la flèche F1, et traversent ensuite, entre la prise de gaz 7, la conduite d'entrée 8, l'appareil de mesure 2, et la conduite de sortie 10. Lorsque l'ensemble de mesure est disposé dans le milieu 14, 25 l'enceinte 4 thermiquement isolante permet de maintenir dans le volume intérieur 6 une température plus basse que dans le milieu 14. Ceci permet de conserver l'appareil de mesure 2 à une température convenable pour réaliser des mesures. Le refroidissement des gaz est amélioré par le passage de la 30 conduite d'entrée 8 dans le récipient 12. En effet, dans la conduite d'entrée 8, les gaz échangent de la chaleur avec le liquide 13 contenu dans le récipient 12 qui est traversé par la conduite 8. Le liquide est plus froid que le milieu extérieur 14, et donc plus froid que les gaz. Les gaz sont en sortie de la conduite 8 plus froids qu'en entrée de la conduite 8. L'échange de chaleur est amélioré grâce aux ailettes de refroidissement 9. Le récipient 12 rempli du liquide 13 forme une barrière thermique de refroidissement rapide des gaz. On pourra utiliser comme 5 liquide de refroidissement de l'eau 13 introduite dans le récipient 12 avant son introduction dans le milieu 14 avec de l'eau à température ambiante. Pour améliorer un refroidissement, on pourrait éventuellement prévoir de refroidir l'eau avant de la disposer dans le récipient 12 pour emmagasiner des frigories, et d'introduire 10 l'ensemble de mesure 1 dans le milieu 14. En tout état de cause, il convient d'adapter la capacité d'absorption de chaleur en fonction de la température d'entrée des gaz au niveau de la prise 7, correspondant à la température des gaz dans le milieu 14 qui est connue dans le cas d'une étuve de cuisson des 15 peintures, et des caractéristiques de l'appareil de mesure 2, afin que les gaz soient suffisamment refroidis entre la prise d'entrée 7 et l'appareil de mesure 2 pour éviter de perturber les mesures. Dans le cas où les gaz, la température des gaz dans le milieu 14 et les caractéristiques de l'appareil de mesure 2 le permettent, on peut 20 prévoir de ne pas disposer de récipient 12 rempli de liquide 13, ou de laisser dans le récipient 12 de l'air ambiant. Cependant, la capacité de refroidissement est nettement améliorée dès que l'on prévoit un liquide dans le récipient 12. Ensuite, dans l'appareil de mesure 2, des mesures sont 25 effectuées, de façon non représentée, sur les gaz. Pour assurer la circulation des gaz, ces derniers sont évacués par la conduite de sortie 10 vers le milieu extérieur 14. Les gaz ne sont pas évacués directement dans le volume intérieur 6 de l'enceinte 4 pour éviter une montée en pression du volume intérieur de l'enceinte 4, ainsi que pour éviter un 30 réchauffement du volume intérieur de l'enceinte 4. On pourrait envisager un appareil de mesure 2 fonctionnant par prélèvement de petits volumes de gaz. Dans ce cas, il pourrait ne pas être nécessaire de prévoir une conduite de sortie 10 pour l'évacuation de gaz. Les gaz rejetés par la sortie 11 présentent une température inférieure à celle du milieu 14. Toutefois, la faible quantité de gaz ainsi prélevée et rejetée en étant refroidie n'est pas, dans la plupart des applications, susceptible de perturber le fonctionnement d'une 5 étuve, notamment dans le cas d'étuves de cuisson de peinture de véhicules automobiles qui ont des volumes de gaz très importants ou une plus faible influence des rejets de gaz à température froide. On a réalisé des essais avec un dispositif comprenant une enceinte, présentant les dimensions suivantes: 750 mm de haut, 500 10 mm de large et 400 mm de profondeur, un récipient rempli de 18 litres d'eau à 20 C, et une conduite d'entrée 8 sous la forme d'un tuyau en cuivre muni d'ailettes 9 parallèles à l'axe de révolution du tuyau et usinées dans la masse du tuyau. Un débit de gaz dans l'appareil de mesure était réglé à 2, 8 I/minute. L'ensemble de mesure ainsi réalisé a 15 été disposé dans une étuve portée à 160 . Lors de l'essai, on a constaté que, pendant une dizaine de minutes, la température de l'air aspiré en entrée de l'appareil de mesure a augmenté de 4 . Ensuite, la température en entrée de l'appareil de mesure s'est stabilisée sensiblement en augmentant 20 seulement de 2 pendant les 50 minutes suivantes. En partant d'une température initiale de 24 , on a abouti, au bout d'une heure, à une température finale des gaz en entrée de l'appareil de mesure de 30 . Par ailleurs, la température dans le volume intérieur a augmenté plus progressivement, en augmentant sur l'heure de mesure de 10 , pour 25 atteindre 34 . Ainsi, cet essai permet de mettre en lumière que, d'une part, l'enceinte thermiquement isolante 4 permet de retarder une montée en température du volume intérieur 6, protégeant ainsi l'appareil de mesure 2 lui-même, et permet une protection plus efficace encore de 30 l'appareil de mesure 2 en limitant considérablement la température des gaz pénétrant dans l'appareil de mesure 2, grâce à la barrière thermique formée par le récipient rempli d'eau. Sur la figure 2, où les références aux éléments semblables à ceux de la figure 1 ont été reprises, le dispositif de protection thermique diffère en ce que la conduite d'entrée 8 ne traverse pas un récipient rempli de liquide. Néanmoins, la conduite d'entrée 8 est encore prévue d'ailettes de refroidissement 9. Le refroidissement des gaz pénétrant selon la flèche F1 dans la conduite d'entrée 8 s'effectue par échange de chaleur avec le volume intérieur 6 de l'enceinte 4. Pour assurer un maintien d'une température suffisamment basse du volume intérieur 6, on prévoit un récipient 15 rempli d'un liquide très froid, comme par exemple de l'azote liquide. La conduite de sortie 10 est munie, avant son extrémité reliée à l'orifice de sortie 11, d'une 10 buse latérale 17 débouchant dans le récipient 15. En fonctionnement, une partie des gaz circulant dans la conduite de sortie 10 est injectée dans le récipient 15, comme indiqué par la flèche F3. Ces gaz, plus chauds que le liquide très froid 16 contenu dans le récipient 15, provoquent une vaporisation de ce 15 liquide. Comme illustré par les flèches F4, le liquide 16 se vaporisant se propage dans tout le volume intérieur 6 de l'enceinte 4 en refroidissant ce dernier. Ainsi, le volume intérieur 6 est maintenu à une température basse, permettant un échange de chaleur satisfaisant au niveau de la conduite d'entrée 8 pour refroidir suffisamment les gaz 20 prélevés avant qu'ils n'atteignent l'appareil de mesure 2. Afin d'éviter une augmentation de la pression intérieure de l'enceinte 4 due à la propagation de vapeur du liquide 16, une petite ouverture 18 d'équilibrage de pression est formée au fond de l'enceinte. On notera que la conduite de sortie 10 est également munie d'ailettes de refroidissement 19, pour un refroidissement des gaz avant de les diriger vers le liquide 16. L'orifice de sortie 11 est par ailleurs muni d'une vanne de régulation réglable 20 pour contrôler le débit de gaz sortant par l'orifice de sortie 11, et donc le débit de gaz dirigés 30 vers le récipient 15. Bien entendu, dans le cas du premier mode de réalisation illustré, on peut prévoir l'emploi d'un liquide autre que de l'eau. Dans le cas du second mode de réalisation, on peut prévoir l'emploi d'un liquide différent de l'azote liquide. Il est également possible de prévoir une combinaison de ces deux modes de réalisation. Dans ce cas, on pourra prévoir une conduite d'entrée avec une portion pour un échange de chaleur avec le volume intérieur directement, et une portion pour un échange de chaleur dans le récipient, chaque portion 5 pouvant être munie ou non d'ailettes pour améliorer des échanges de chaleur. Grâce à l'invention, on obtient un dispositif de protection thermique adapté pour recevoir un appareil de mesure fonctionnant par prélèvement de gaz pour faire fonctionner ce dernier dans un milieu à 10 température élevée en le protégeant, d'une part, de la chaleur élevée dudit milieu et, d'autre part, en permettant l'introduction dans l'appareil de mesure des gaz à une température compatible avec les plages de fonctionnement de l'appareil de mesure. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection thermique (3) pour appareil de mesure par prélèvement de gaz, caractérisé par le fait qu'il comprend 5 une enceinte thermiquement isolante (4) destinée à recevoir l'appareil de mesure (2), une prise de gaz (7) disposée sur un côté de l'enceinte, et une conduite d'entrée (8) présentant une première extrémité raccordée à la prise de gaz et une seconde extrémité prévue pour être raccordée à un orifice d'admission d'un appareil de mesure (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend une conduite de sortie (10) présentant une première extrémité prévue pour être raccordée à un orifice de sortie de l'appareil de mesure (2) et une seconde extrémité (11) débouchant à l'extérieur de l'enceinte. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de refroidissement des gaz admis dans la conduite d'entrée. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens de refroidissement des gaz comprennent une masse 20 formant réserve de froid disposée dans l'enceinte et traversée par la conduite d'entrée pour un échange de chaleur entre la conduite d'entrée et la masse formant réserve de froid. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la masse formant réserve de froid est constituée d'un récipient 25 (12) rempli de liquide (13). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, on peut prévoir des moyens de refroidissement (15, 16) de l'atmosphère de l'enceinte dans son ensemble. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait 30 que des moyens de refroidissement de l'atmosphère de l'enceinte comprennent un récipient ouvert (15) disposé dans l'enceinte et prévu pour être rempli d'un liquide froid (16), du type azote liquide, une conduite d'évacuation des gaz prélevés comprenant une ouverture débouchant dans le récipient. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédente, caractérisé par le fait que la conduite d'entrée est munie d'ailettes de refroidissement. 9. Ensemble de mesures comprenant un appareil de mesure (2), par exemple un granulomètre, disposé dans un dispositif de protection thermique (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10.Procédé de mesure sur un gaz dans un premier milieu (14) à 10 une température élevée, dans lequel on introduit une enceinte isolante (4) dans le premier milieu (14), on prélève du gaz dans le premier milieu en l'amenant dans l'enceinte (4), on refroidit le gaz prélevé par passage dans une conduite (8) circulant dans un second milieu plus froid que le premier milieu et contenu dans l'enceinte (4), et on 15 effectue des mesures sur le gaz prélevé et refroidi.