Brevet FR2860573A1 — publié le 20050408

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour détecter le niveau de séparation des phases liquide et gazeuse contenues dans un réservoir métallique de gaz sous pression, notamment dans une bouteille de butane ou de propane. A l'heure actuelle, le niveau de séparation des phases liquide et gazeuse contenues dans les bouteilles de butane et de propane est en général détecté à l'aide d'une cellule au césium. Cette solution impose toutefois la prise d'importantes mesures de sécurité pour assurer une protection efficace des installations et du personnel contre les rayons gamma émis par la cellule. La réalisation de la détection du niveau de séparation dans une zone explosive augmente encore les précautions à prendre. Une autre solution a été proposée récemment pour détecter le niveau de séparation des phases liquide et gazeuse. Cette autre solution, qui consiste à chauffer localement la paroi du réservoir et à utiliser un dispositif d'imagerie thermique mesurant le rayonnement infrarouge émis par la partie chauffée de la paroi, est toutefois difficile à mettre en uvre. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients des solutions susmentionnées et, pour ce faire, elle a pour objet un procédé de détection du niveau de séparation des phases liquide et gazeuse contenues dans un réservoir métallique de gaz sous pression, notamment dans une bouteille de butane ou de propane, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - mesurer la température de la paroi du réservoir en deux emplacements situés l'un au plus à la hauteur du niveau de séparation minimum admissible et l'autre au moins à la hauteur du niveau maximum autorisé, la mesure étant effectuée dans un délai limité après l'emplissage du réservoir; et - comparer les températures mesurées afin d'extraire le réservoir du circuit commercial lorsque ces températures sont identiques. Lorsqu'un gaz sous pression est introduit à l'état liquide dans un réservoir, il subit une détente au cours de laquelle une partie prédéterminée de la phase liquide se transforme en phase gazeuse. Cette détente s'accompagne d'un refroidissement des phases liquide et gazeuse, créant ainsi des différences de température entre ces deux phases et la paroi du réservoir. Immédiatement après l'opération d'emplissage, un gradient de température s'établit donc de part et d'autre du niveau de séparation des phases liquide et gazeuse. Comme la diffusion thermique entre le réservoir et la phase liquide est plus grande que celle entre le réservoir et la phase gazeuse, les parties de la paroi du réservoir qui sont en contact avec la phase liquide deviennent plus froides que les parties en contact avec la phase gazeuse. C'est donc en détectant la différence de température s'établissant lors de l'emplissage, entre les parties de la paroi du réservoir qui sont situées de part et d'autre du niveau de séparation, que le procédé selon l'invention permet de détecter ce dernier. Comme cette différence de température n'est décelable que pendant une courte période de temps, le procédé selon l'invention doit évidemment être mis en uvre dans un délai limité après l'emplissage. De préférence, la mesure des températures est réalisée dans un délai maximum de 30 minutes après l'emplissage du réservoir. Au-delà de ce délai, les températures des parties du réservoir situées de part et d'autre du niveau de séparation redeviennent en effet uniformes. Selon un mode de mise en uvre préféré, la mesure des températures est réalisée à l'aide de deux pyromètres infrarouges. Le procédé selon l'invention peut avantageusement être mis en uvre dans une installation d'emplissage de bouteilles de gaz, la mesure des températures étant réalisée au niveau d'un poste fixe dans lequel les bouteilles de gaz sont amenées les unes après les autres. La présente invention concerne également un dispositif pour détecter le niveau de séparation des phases liquide et gazeuse contenues dans un réservoir métallique de gaz sous pression, notamment dans une bouteille de butane ou de propane, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un bâti portant deux pyromètres infrarouges destinés à être dirigés vers la paroi du réservoir et à être placés l'un en un emplacement situé au plus à la hauteur du niveau de séparation minimum admissible et l'autre en un emplacement situé au moins à la hauteur du niveau maximum autorisé, et des moyens de traitement pour comparer les températures mesurées par les pyromètres afin d'extraire le réservoir du circuit commercial lorsque les températures sont identiques. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le bâti est monté sur un portique sur lequel il est déplaçable verticalement entre une position haute extrême dans laquelle un réservoir est en place devant les pyromètres et une position basse extrême dans laquelle aucun réservoir n'est devant ces derniers. Le bâti peut avantageusement comporter au moins un patin reposant sur le réservoir lorsqu'il est dans sa position haute extrême et pendre sous le portique lorsqu'il est dans sa position basse extrême. Lorsque le patin repose sur le réservoir, les pyromètres sont 25 automatiquement à la hauteur voulue pour qu'une éventuelle différence de température entre les parties du réservoir qui sont situées de part et d'autre du niveau de séparation des phases liquide et gazeuse puisse être détectée. Par ailleurs, le portique peut avantageusement chevaucher un 30 convoyeur associé à une installation d'emplissage de bouteilles de gaz et apte à entraîner les bouteilles les unes à la suite des autres. Grâce au dispositif selon l'invention, l'installation d'emplissage peut fonctionner à une cadence élevée puisqu'elle peut traiter jusqu'à 1200 bouteilles par heure. De préférence, les bouteilles soulèvent le patin et déplacent 5 le bâti de sa position basse extrême à sa position haute extrême lorsqu'elles viennent sous le portique. Un mode d'exécution de la présente invention sera décrit ci-après à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de côté d'un dispositif de détection conforme à l'invention, monté sur un portique chevauchant le convoyeur d'une installation d'emplissage de bouteilles de gaz, ce dispositif étant représenté alors que son bâti est dans sa position basse extrême; - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 mais montrant le dispositif alors que son bâti est dans sa position haute extrême; et la figure 3 est une vue en coupe schématique selon la ligne III-III de la figure 2. Le dispositif représenté sur les dessins a été mis au point pour détecter le niveau de séparation des phases liquide et gazeuse contenues dans des bouteilles de butane ou de propane. Il pourrait cependant être utilisé pour connaître le niveau de liquide dans d'autres réservoirs métalliques contenant d'autres gaz 25 sous pression. Le dispositif de détection comprend un bâti 1 monté sur un portique 2 chevauchant le convoyeur 3 d'une installation d'emplissage de bouteilles de gaz 4 non représentée. Le bâti 1 comprend un support vertical 5 sur lequel deux 30 pyromètres infrarouges 6 sont fixés horizontalement l'un au-dessus de l'autre. Bien entendu, les pyromètres ne sont pas obligatoirement disposés le long de la même verticale; ils pourraient en effet être situés sur une ligne oblique, notamment pour faciliter les opérations de maintenance. Le bâti 1 comprend également un châssis 7 situé au-dessus du convoyeur 3 de l'installation d'emplissage et relié au support 5 par 5 un bras horizontal 8 visible sur la figure 3. Les parois latérales du châssis 7 s'étendent parallèlement au convoyeur 3 et sont reliées chacune par deux bielles parallèles 9 à une structure 10 fixée à la partie supérieure du portique 2. Grâce à ce montage particulier, le bâti 1 est déplaçable verticalement entre une position basse extrême visible sur la figure 1 et dans laquelle aucune bouteille n'est sous le portique, et une position haute extrême visible sur la figure 2 et dans laquelle une bouteille est sous le portique. La face inférieure du châssis 7 porte deux patins 11 s'étendant 15 parallèlement au convoyeur 3 et espacés l'un de l'autre de façon à pouvoir recevoir entre eux le robinet des bouteilles. La face inférieure des patins 11 s'incline vers le bas, du bord antérieur de ceux-ci jusqu'à une partie intermédiaire plane destinée à coopérer avec le dôme des bouteilles 4. Elle s'incline ensuite vers le haut, de cette partie intermédiaire jusqu'au bord postérieur des patins. Lorsqu'aucune bouteille n'est sous le portique 2, l'extrémité inférieure du bord antérieur des patins 11 est légèrement plus haut que la base du dôme des bouteilles. Ainsi, lorsqu'une bouteille 4 est entraînée dans le sens de la flèche F et s'avance sous le portique 2, son dôme entre en contact avec les patins 11 et soulève le bâti 1. Le bâti arrive dans sa position haute extrême lorsque la bouteille 4 se trouve devant les pyromètres 6, sous le portique 2. Le convoyeur 3 peut éventuellement être immobilisé quand le bâti est dans sa position haute extrême. Les deux pyromètres 6 sont dirigés vers la paroi latérale de la bouteille, le pyromètre inférieur étant normalement situé au-dessous du niveau de séparation minimum admissible des phases liquide et gazeuse contenues dans la bouteille, tandis que le pyromètre supérieur est normalement situé à une hauteur inférieure ou égale au niveau de séparation maximum autorisé. Les pyromètres 6 sont utilisés pour déterminer les températures des parties de la paroi de la bouteille qui sont situées devant eux et peuvent être éloignés l'un de l'autre d'une distance de l'ordre de 5 mm à 10 cm. Comme on l'a déjà indiqué ci-dessus, la bouteille est remplie 10 avec du gaz liquéfié. Celui-ci, en pénétrant dans la bouteille, se détend et se vaporise en partie, ce qui provoque un refroidissement des phases liquide et gazeuse incidentes et crée une différence de température entre ces deux phases. Comme la chaleur de la phase liquide diffuse plus rapidement vers la paroi de la bouteille que la chaleur de la phase gazeuse, il s'établit un gradient de température de part et d'autre du niveau de séparation des deux phases. C'est donc ce gradient de température qui est déterminé à 20 l'aide des deux pyromètres 6. Lorsque les températures relevées sont différentes, le niveau de séparation des phases liquide et gazeuse est situé à une hauteur intermédiaire entre les axes horizontaux des pyromètres. La bouteille est donc remplie convenablement et peut être mise 25 dans le commerce. En revanche, lorsque les températures relevées sont identiques, le niveau de séparation des phases liquide et gazeuse est situé en dehors de l'intervalle délimité par les axes horizontaux des pyromètres. Dans ce cas, la bouteille n'est pas assez remplie ou l'est trop et doit être éliminée du circuit commercial. La détermination des températures des parties de la paroi de la bouteille qui sont devant les pyromètres doit bien entendu être effectuée très peu de temps après l'emplissage de la bouteille. En effet, si les températures de ces parties étaient déterminées longtemps après l'emplissage, elles auraient le temps de s'uniformiser et les indications fournies par les pyromètres seraient identiques et par conséquent inexploitables. Le dispositif de détection comprend par ailleurs des moyens de traitement non représentés pour comparer les températures déterminées par les pyromètres et décider si la bouteille qui vient d'être remplie peut être dirigée dans le circuit commercial ou en être éliminée. On rappellera que la bouteille est acceptée lorsqu'une différence de température est décelée par les pyromètres et refusée lorsque les températures déterminées par ces derniers sont identiques. Si le convoyeur est arrêté pendant les mesures de température, il est à nouveau entraîné dans le sens de la flèche F après l'exécution de ces mesures et la bouteille 4, en s'éloignant du portique, laisse le bâti revenir dans sa position basse extrême jusqu'à ce qu'une nouvelle bouteille vienne sous le portique. On notera ici qu'un dispositif amortisseur non représenté peut être prévu pour permettre au bâti de revenir en douceur dans sa position basse extrême. Les moyens de traitement du dispositif de détection peuvent avantageusement comprendre un automate pour commander l'évacuation des bouteilles ne pouvant pas être mises sur le marché. En cas de besoin, cet automate pourrait transmettre les informations à l'extérieur de la zone explosive par l'intermédiaire de fibres optiques vers un poste de supervision de la production. Le dispositif de détection selon l'invention peut bien entendu être utilisé avec efficacité dans une installation d'emplissage dont le convoyeur fonctionne en contenu et n'immobilise pas les bouteilles sous le portique. On notera enfin que des moyens peuvent être prévus pour ajuster automatiquement la hauteur des pyromètres sur le bâti, en fonction de la température de la phase liquide contenue dans les bouteilles, afin de tenir compte des variations en hauteur des niveaux de séparation minimum admissible et maximum autorisé, ces variations dépendant de la température et du gaz contenu dans les bouteilles. REVENDICATIONS 1. Procédé pour détecter le niveau de séparation des phases liquide et gazeuse contenues dans un réservoir métallique de gaz sous pression, notamment dans une bouteille de butane ou de propane, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - mesurer la température de la paroi du réservoir (4) en deux emplacements situés l'un au plus à la hauteur du niveau de séparation minimum admissible et l'autre au moins à la hauteur du niveau maximum autorisé, la mesure étant effectuée dans un délai limité après l'emplissage du réservoir; et - comparer les températures mesurées afin d'extraire le réservoir du circuit commercial lorsque ces températures sont identiques. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la 15 mesure des températures est réalisée dans un délai maximum de 30 minutes après l'emplissage du réservoir (4). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la mesure des températures est réalisée à l'aide de deux pyromètres infrarouges (6). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en uvre dans une installation d'emplissage de bouteilles de gaz, la mesure des températures étant réalisée au niveau d'un poste fixe (2) dans lequel les bouteilles de gaz (4) sont amenées les unes après les autres. 5. Dispositif pour détecter le niveau de séparation des phases liquide et gazeuse contenues dans un réservoir métallique de gaz sous pression, notamment dans une bouteille de butane ou de propane, caractérisé en ce qu'il comprend un bâti (1) portant deux pyromètres infrarouges (6) destinés à être dirigés vers la paroi du réservoir (4) et à être placés l'un en un emplacement situé au plus à la hauteur du niveau de séparation minimum admissible et l'autre en un emplacement situé au moins à la hauteur du niveau maximum autorisé, et des moyens de traitement pour comparer les températures mesurées par les pyromètres afin d'extraire le réservoir du circuit commercial lorsque les températures sont identiques. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bâti (1) est monté sur un portique (2) sur lequel il est déplaçable verticalement entre une position haute extrême dans laquelle un réservoir (4) est en place devant les pyromètres (6) et une position basse extrême dans laquelle aucun réservoir n'est devant les pyromètres. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le bâti (1) comporte au moins un patin (11) reposant sur le réservoir (4) lorsqu'il est dans sa position haute extrême et pend sous le portique (2) lorsqu'il est dans sa position basse extrême. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le portique (2) chevauche un convoyeur (3) associé à une installation d'emplissage de bouteilles de gaz et apte à entraîner les bouteilles (4) les unes à la suite des autres. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les bouteilles (4) soulèvent le patin (11) et déplacent le bâti (1) de sa position basse extrême à sa position haute extrême lorsqu'elles viennent sous le portique (2).