Brevet FR2897413A1 — publié le 20070817

L'invention porte sur un récipient de conditionnement d'acétylène avec dispositif de réchauffage extérieur au récipient. Le stockage de l'acétylène en bouteille s'effectue traditionnellement par sa dissolution dans un solvant. Les bouteilles d'acétylène sont remplies d'une matière poreuse au sein de laquelle est imprégné le solvant, tel l'acétone, dans lequel est dissous l'acétylène. Cette matière poreuse, selon sa formulation, de porosité pouvant être comprise entre 70 et 95%, cohérente ou non, pouvant être constituée d'éléments tels que le charbon de bois, des ciments, l'amiante, le kieselguhr, l'oxyde de zinc, des matières céramiques silico-calcaires,... renforcée ou non de fibres, permet ainsi d'éviter la propagation d'une décomposition de l'acétylène à l'intérieur du récipient. Lors de son soutirage, la consommation énergétique est de l'ordre de 600 joules par gramme d'acétylène extrait du solvant et son soutirage hors de la bouteille. La pression au sein de la bouteille baissant proportionnellement à la température et la pression étant le moteur du soutirage de l'acétylène, les bouteilles d'acétylène dissous sont donc particulièrement sensibles à la baisse de température accompagnant leur utilisation. Cette baisse de température apparaît donc comme néfaste au débit de gaz et conduit finalement à l'épuisement du débit lorsque la pression en sortie de bouteille passe en deçà de la pression atmosphérique. Autrement dit, la déperdition thermique associée à l'extraction de l'acétylène hors du solvant est inévitable et apparaît comme plus ou moins néfaste au débit de gaz selon le type de masse poreuse, le volume de la bouteille, le débit de travail réglé, la température initiale, la quantité initiale de gaz stockée. En fait, on observe localement au sein d'une bouteille d'acétylène, au cours de sa vidange, de fortes hétérogénéités de température, pression et taux de chargement, qui se définit comme étant la quantité d'acétylène dissoute par gramme de solvant. Ces hétérogénéités constituent l'inconvénient majeur des bouteilles actuelles d'acétylène car elles engendrent des gradients de pression préjudiciables à la durée de vie des masses poreuses. En pratique, les phénomènes néfastes observés sont les suivants : - La bouteille se refroidit plus lors d'un long soutirage. - Le débit s'épuise d'autant plus vite que la température ambiante d'utilisation de la bouteille est basse, la pression de la solution solvant / acétylène étant elle-même plus basse. La capacité de la bouteille à débiter sur une période longue peut donc se trouver particulièrement limitée en hiver ou dans des régions au climat froid. - Le débit s'épuise d'autant plus vite que le débit de travail réglé est important par rapport au volume de la bouteille. - Les propriétés de pression et de température se dégradent en priorité près de l'ogive, c'est-à-dire à l'endroit de la bouteille où les phénomènes de migration de l'acétylène hors du solvant sont les plus importants. - On observe un écart de pression allant jusqu'à 4 bar entre haut et bas de la bouteille lors du soutirage. Ces écarts de pression s'exercent sur des sections importantes, conduisant à des contraintes mécaniques pouvant être à l'origine de la dégradation de la masse poreuse au fil du temps. - Le fond se refroidit plus lentement. Ces phénomènes sont illustrés sur la Figure 1 pour une bouteille d'acétylène de volume en eau de 5.8 litres, apte à contenir 800 litres d'acétylène mais chargée à seulement 38%, et utilisée à 20 C, garnie au moyen d'une masse poreuse cohérente silico-calcaire, et pour laquelle le débit d'acétylène est régulé à 400 litres/h. L'évolution de la courbe de débit (D en I/h) sur la Figure 1 montre que le débit s'épuise après 6.5 min d'utilisation, soit après que seulement 15% du gaz initialement contenu ait été soutiré. L'évolution de la pression mesurée à la sortie de la bouteille avant le détendeur, indique que celle-ci est le moteur du soutirage de l'acétylène. Aux pertes de charge dans le circuit prêt, lorsque cette pression devient égale à la pression de détente, le débit en acétylène chute. En outre, un suivi en température sur la paroi de la bouteille indique que la température baisse d'abord au niveau du sommet de la bouteille avant le bas de celle-ci. De plus, ceci confirme que la chute de pression accompagne la chute en température de la bouteille. Pour tenter de palier au problème de chute de débit susmentionné, il est connu de réchauffer les bouteilles d'acétylène en les plongeant partiellement dans un bain-marie, par exemple à mi-hauteur. A ce titre, il a été mesuré qu'une bouteille d'acétylène garnie d'une masse micro-poreuse silico-calcaire, de volume en eau de 41.5 litres, apte à contenir 6 000 litres d'acétylène et chargée à 100% ne pouvait répondre à un débit continu de 0.25 Nm3/h que pendant une durée de 15 heures, lorsqu'elle était utilisée à une température ambiante de 4 C, correspondant à un taux de restitution en gaz de la bouteille égal à 62%. En comparaison, l'immersion de cette même bouteille dans un bain d'eau thermostatée à 25 C jusqu'à mi-hauteur de la bouteille a permis d'obtenir une durée de maintien de ce même débit jusqu'à 20.5 heures, soit 85% de restitution en gaz. Cette méthode conduit néanmoins à ne réchauffer généralement que le bas de la bouteille, ce qui est parfois insuffisant. Bien entendu, on peut aussi immerger totalement la bouteille dans un bain-marie mais ceci est difficile à mettre en oeuvre sur une installation industrielle et peut conduire à une détérioration des équipements connexes à la bouteille dans le cas où ceux-ci seraient mouillés durant l'immersion de la bouteille. Le problème qui se pose est donc d'améliorer le soutirage de l'acétylène en évitant les inconvénients susmentionnés. La solution est alors un récipient de conditionnement d'acétylène, telle une bouteille d'acétylène, dans lequel peut être stocké de l'acétylène comprenant un dispositif de contrôle de la sortie d'acétylène pour contrôler la sortie d'acétylène dudit récipient, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un dispositif de réchauffage agencé à l'extérieur dudit récipient au niveau de . Selon le cas, le récipient de conditionnement d'acétylène de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le dispositif de contrôle de la sortie d'acétylène est un robinet ou un robinet-détendeur de gaz. - le dispositif de réchauffage comprend une ou plusieurs résistances chauffantes. - la ou les résistances chauffantes sont en contact, direct ou indirect, avec un fluide caloporteur, en particulier de l'eau. - le dispositif de réchauffage comprend une enveloppe rigide externe en un matériau isolant thermiquement. - le dispositif de réchauffage comprend une enveloppe interne comprenant un matériau thermiquement conducteur, de préférence une pâte thermique. - la ou les résistances sont des résistances électriques. - le récipient comporte une portion en forme d'ogive muni d'un col portant un orifice communiquant avec l'intérieur dudit récipient, ledit dispositif de réchauffage étant agencé à l'extérieur dudit récipient au niveau de l'ogive et/ou dudit col. La solution proposée consiste donc à compenser la baisse locale de température au sein de la bouteille d'acétylène en disposant un accessoire chauffant externe à la bouteille, de préférence au niveau de l'ogive ou du col de la bouteille, c'est-à-dire à l'endroit de la bouteille où la production de frigories est la plus importante, dans le but de tendre vers une augmentation et une homogénéisation des températures et pressions au sein de la bouteille. Bien entendu, dans le but de préserver la sécurité de la bouteille, cette élément chauffant, encore appelé bouillotte , est conformé de telle sorte que l'intérieur de la bouteille ne peut excéder une température maximale de 50 C lors de sa vidange, c'est-à-dire en deçà des 65 C réglementés par les normes en vigueur. L'invention permet d'obtenir une diminution du temps de repos entre deux utilisations, parfois nécessaire à la remontée et ré-homogénéisation en température du système, un débit plus important à volume de bouteille donné en utilisation prolongée ; et lorsque cela est nécessaire, une amplification du débit momentanément. La Figure 2 annexée schématise la présente invention. Comme on le voit, on a aménagé, autour de l'ogive 11 de la bouteille 10 d'acétylène, laquelle portion en ogive 11 est surmontée d'un col portant l'orifice communiquant avec l'intérieur de la bouteille pour y introduire ou en extraire le gaz, un dispositif de chauffage 1 qui englobe dans sa partie interne, une série de résistances 2 chauffantes en contact avec un liquide 3 caloporteur, tel que de l'eau. Sous l'effet des résistances 2 chauffantes, la température du liquide 3 augmente jusqu'à atteindre une température maximale de 100 C, signalée à l'utilisateur par une soupape 7 sifflante de type cocotte-minute . Afin de préserver la sécurité de l'utilisateur, le dispositif de chauffage 1 est constitué, dans sa partie externe, d'une enveloppe rigide 4 construite en matériau isolant. Afin que l'apport calorifique généré par l'augmentation de température de l'eau 3 contenue soit transmis par conduction au sein de la bouteille 10, le dispositif de chauffage 1 est constitué, dans sa partie interne, d'une enveloppe 5 construite en matériau bon conducteur thermique. Cette enveloppe 5 peut être conçue grâce à la mise en oeuvre d'une pâte thermique de telle sorte que la température interne de la bouteille ne puisse atteindre 65 C, afin que la sécurité de l'ensemble soit garantie. A cet effet, le dispositif peut aussi intégrer un interrupteur thermostatique dans le circuit d'alimentation des résistances électriques ou un volet de déflexion des gaz chauds, commandés par la température de l'eau. La source d'énergie utilisée pour le chauffage des résistances 2 peut être soit le chalumeau de l'utilisateur, que l'utilisateur vient de placer dans un guide buse 8 monté dans un appendice sur le flanc de la bouillotte de manière telle que la flamme du chalumeau ne soit pas orientée vers la bouteille, soit un dispositif de chauffage électrique par exemple, de préférence fonctionnant sous une tension de sécurité par exemple inférieure à 24 volts. En variante, le dispositif de chauffage 1 de la figure peut être remplacé par un produit en surfusion, par exemple de l'eau saturée d'acétate de sodium, dont on provoque la cristallisation à partir d'une action mécanique le moment voulu, permettant l'effet exothermique recherché (typiquement jusqu'à 50 C). Un intérêt majeur de cette variante est de pouvoir travailler en toute autonomie énergétique. Après l'utilisation d'une telle chaufferette , le produit peut ensuite être replacé en surfusion par chauffage en vue d'une utilisation ultérieure.30 Revendications 1. Récipient (10) de conditionnement d'acétylène dans lequel peut être stocké de l'acétylène comprenant un dispositif de contrôle de la sortie d'acétylène pour contrôler la sortie d'acétylène dudit récipient (10), caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un dispositif de réchauffage (1) agencé à l'extérieur dudit récipient (10). 2. Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle de la sortie d'acétylène est un robinet ou un robinet-détendeur de gaz. 3. Récipient selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de réchauffage (1) comprend une ou plusieurs résistances (2) chauffantes. 4. Récipient selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la ou les résistances (2) chauffantes sont en contact, direct ou indirect, avec un fluide caloporteur (3), en particulier de l'eau. 5. Récipient selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de réchauffage (1) comprend une enveloppe (4) rigide externe en un matériau isolant thermiquement. 6. Récipient selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de réchauffage (1) comprend une enveloppe interne (5) comprenant un matériau thermiquement conducteur, de préférence une pâte thermique. 7. Récipient selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la ou les résistances (2) sont des résistances électriques. 8. Récipient selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le récipient comporte une portion en forme d'ogive (11) surmontée d'un col portant un orifice communiquant avec l'intérieur dudit récipient, ledit dispositif de réchauffage (1) étant agencé à l'extérieur dudit récipient (10) au niveau de l'ogive (11) et/ou dudit col. 9. Récipient selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est une bouteille de gaz. 10. Utilisation d'un récipient selon l'une des revendications 1 à 9 pour réaliser le soutirage d'acétylène.