Brevet FR2887013A1 — publié le 20061215

L'invention concerne le stockage de l'acétylène et plus précisément une bouteille d'acétylène à éléments conducteurs de chaleur. Le stockage de l'acétylène en bouteille s'effectue traditionnellement par sa dissolution dans un solvant. Pour ce faire, les bouteilles d'acétylène sont remplies d'une matière poreuse au sein de laquelle est imprégné le solvant dans lequel est dissous l'acétylène. La matière poreuse, pouvant être de porosité comprise entre 70 et 95%, selon sa formulation, cohérente ou non, et 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 d'éviter la propagation d'une décomposition de l'acétylène à l'intérieur du récipient. Traditionnellement, le solvant utilisé pour dissoudre l'acétylène peut être de l'acétone, dans les bouteilles individuelles ou du diméthylformamide (DMF) pour les bouteilles montées en cadres. La dissolution de l'acétylène est exothermique et son extraction est endothermique. En théorie, la consommation énergétique est de l'ordre de 600 Joules par gramme d'acétylène extrait du solvant (acétone ou DMF). En pratique, ce phénomène se traduit par un refroidissement important de la bouteille au cours de l'extraction de l'acétylène hors du solvant et son soutirage hors de la bouteille. En plus de baisser proportionnellement à la quantité de gaz contenue au sein de la bouteille, la pression au sein de la bouteille baisse proportionnellement à la température. 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. Ce phénomène est illustré en Figure 1, pour une bouteille garnie en masse poreuse cohérente silico-calcaire de volume en eau de 5.9 litres, apte à contenir 800 litres d'acétylène mais chargée à seulement 38%, et pour laquelle le débit est régulé à 400 litres / h. L'évolution de la courbe de débit indique que le débit s'épuise après 6.5min d'utilisation, soit après que seulement 15% du gaz initialement contenu a été soutiré. En fonction du type de bouteille, de son volume, du type de masse poreuse et des conditions d'utilisation de la bouteille, telles que le débit de travail, la température initiale, et la quantité initiale de gaz stockée, cette limitation de débit peut s'avérer très gênante lorsque le temps de maintien du débit est inférieur au temps d'utilisation nécessaire pour une application donnée. Le problème que se propose de résoudre la présente invention est donc de pouvoir augmenter le temps de maintien du débit d'acétylène, lors de son extraction d'une bouteille d'acétylène. La solution de l'invention est un récipient de conditionnement de gaz comprenant une enveloppe externe contenant une masse poreuse et au moins un élément conducteur de chaleur qui est inséré dans ladite masse poreuse. Selon le cas, le récipient peut contenir l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - l'élément conducteur de chaleur est de forme allongée. - l'élément conducteur de chaleur comporte une tige axiale munie de plusieurs expansions ou ailettes radiales ou latérales. - l'élément comporte des expansions latérales déployables aptes à venir en contact avec la paroi interne de l'enveloppe. - l'élément est un tube ou cylindre métallique de préférence un tube ou cylindre en aluminium. - l'élément est un insert comprenant une mousse métallique de préférence une mousse d'aluminium. - l'élément est au moins un serpentin. - les éléments conducteurs de chaleur sont des fibres dispersées dans la masse poreuse. - l'élément est traversé par un fluide chaud ou par un courant électrique. - est une bouteille de gaz, en particulier une bouteille ou bonbonne d'acétylène. La déperdition thermique associée à l'extraction de l'acétylène hors du solvant est inévitable. Celle-ci 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 pratique et d'un point de vue général, les phénomènes néfastes observés sont les suivants: - la bouteille se refroidit plus lors d'un long soutirage. On constate des écarts relatifs de température pouvant atteindre - 40 C par rapport à la température initiale de la bouteille qui est la température ambiante avec le risque associé d'apparition d'acétylène liquide. - 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, c'est-à-dire son autonomie, 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 pouvant aller 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 (allant jusqu'à un décalage de 3-4h) . On observe donc localement, au sein d'une bouteille d'acétylène et au cours de sa vidange, de fortes hétérogénéités de température, pression et taux de chargement, qui se définit comme étant la quantité d'acétylène dissous par gramme de solvant. Ces hétérogénéités constituent l'inconvénient majeur des bouteilles actuelles d'acétylène, néfastes à leur utilisation optimale. La solution proposée selon l'invention consiste à favoriser les échanges thermiques internes et avec l'extérieur de la bouteille, dans le but d'homogénéiser températures et pressions au sein de la bouteille. Ainsi la baisse locale de température au sein de la bouteille est minimisée. L'invention consiste donc à insérer des éléments métalliques, conducteurs de la chaleur et statiques, dans la bouteille pour améliorer la pénétration de chaleur du milieu ambiant vers l'intérieur et ainsi limiter les phénomènes de refroidissement locaux au coeur de la bouteille. En terme de performances attendues, l'équivalent de 10/0 d'aluminium en volume à l'intérieur de la bouteille permet de diviser par 10 la résistance thermique (Rth) de la bouteille et par 2, la somme (Rth+ Rco) des résistances thermique (Rth) et de convection (Rco). Parallèlement, le poids de la bouteille n'augmenterait que d'environ 1%. L'invention permet également: - 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; - outre une utilisation de la bouteille facilitée en soutirage, un remplissage plus rapide grâce à une dissipation plus rapide de la chaleur générée au conditionnement en gaz du récipient, en augmentant l'efficacité de son arrosage. Plusieurs mises en oeuvres de ce concept sont possibles grâce à l'insertion dans la masse poreuse de la bouteille d'ailettes, d'une ou de plusieurs barres métalliques traversant transversalement la bouteille, de corps poreux longs ou de fibres d'aluminium. La solution de l'invention est illustrée sur les figures annexées. La bouteille traditionnellement constituée d'une enveloppe 1 métallique extérieure et de la masse poreuse, au sein de laquelle se trouvent solvant et acétylène dissous, est munie dans sa partie interne d'un élément 3 statique conducteur de la chaleur. La figure 2 représente l'exemple d'une bouteille 1 dans laquelle est inséré un élément allongé 3 muni d'ailettes latérales ou radiales. La figure 3 illustre une autre mode de réalisation dans lequel les ailettes ou baleines sont mises en oeuvre au travers d'un élément 4 ayant la forme d'une sorte de parapluie 6 déployable une fois le système inséré au sein de la bouteille. Les ailettes 5 sont repliées sous la forme d'un insert métallique cylindrique, tel un parapluie; lequel peut ainsi être introduit dans la bouteille 1 et y être ensuite déployé, les extrémités des ailettes venant en contact avec la paroi interne 7 de la bouteille 1. Le garnissage de la bouteille 1 avec la masse poreuse 2 est effectué selon les pratiques courantes, les ailettes étant ainsi emprisonnées dans la masse poreuse 2. La figure 4 montre un mode de réalisation où l'élément interne 3 est un tube 8 d'aluminium conducteur. Le tube 8 en aluminium parcourant la bouteille 1 en son milieu est inséré dans la bouteille 1 préalablement garnie en masse poreuse 2 cohérente. L'installation du tube 8 se fait par taraudage de la masse poreuse 2 dans le sens longitudinal de la bouteille 1. A partir du goulot et dans le prolongement du trou généralement existant au sommet du pain de masse poreuse, on opère à l' insertion du tube 8 conducteur dans l'espace obtenu par taraudage. Selon un autre mode de réalisation, l'élément 7 peut être formé d'un insert de mousse métallique par exemple une mousse d'aluminium. L'insert de mousse d'aluminium est placé au milieu de la bouteille préalablement garnie en masse poreuse cohérente, de la même manière que le tube 8. Par sa texture poreuse au delà de 90%, la mousse d'aluminium présente l'avantage par rapport à la solution précédente de constituer une zone de stockage de solvant et d'acétylène. De plus, son impact sur l'autonomie résultante de la bouteille est meilleur. Selon encore un autre mode de réalisation présenté en figure 5, l'élément 3 est un serpentin métallique hélicoïdal, comme montré en figure 5. Le serpentin 9 est inséré au travers du goulot puis immobilisé mécaniquement au sein de la bouteille 1. Le garnissage de la bouteille est effectué selon les pratiques courantes et le serpentin 9 st ainsi pris dans la masse poreuse. Selon encore un autre mode de réalisation illustré par la figure 6, les éléments 3 sont des fibres conductrices 10 dispersées, en aluminium par exemple, incorporées à la masse poreuse 2 pendant le cycle de garnissage de la bouteille. L'intérêt de cette solution d'établissement d'un pseudo-maillage métallique et continu obtenu par le bais de fibres dispersées, réside dans l'amélioration des échanges thermiques dans l'ensemble de la bouteille. Certaines des solutions décrites ci-avant peuvent être combinées à un système permettant des échanges thermiques permanents grâce à la mise en place supplémentaire d'une circulation d'eau chaude ou d'un circuit électrique au sein de l'élément conducteur traversant la bouteille. Des exemples de tels systèmes améliorés sont schématisés en figures 7 et 8 et permettent en outre de bénéficier d'une autonomie maximale, en s'affranchissant de l'environnement extérieur, notamment en terme de température ambiante. La figure 7 représente des modes de réalisation dans lesquels l'élément 3 est soit parcouru par de l'eau chaude y pénétrant via une entrée 11, laquelle se refroidit dans ledit élément 3 avant d'être récupérée en sortie 12, soit par un courant électrique traversant l'élément 3 entre une connexion d'entrée 11 et une connexion de sortie 12. La figure 8 est analogue à la figure 7, à l'exception du fait que l'élément 3 parcouru par un courant électrique ou par un fluide chaud est ici dans le serpentin de la figure 5. La présente invention permet en effet à son utilisateur de jouir d'une autonomie de 100% par rapport à la capacité en gaz de la bouteille, quelle que soit la température extérieure. REVENDICATIONS 1. Récipient (1,2,3) de conditionnement de gaz comprenant une enveloppe externe (1) contenant une masse poreuse (2), caractérisé en ce qu'au moins un élément (3) conducteur de chaleur est inséré dans ladite masse poreuse (2). 2. Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (3) conducteur de chaleur est de forme allongée. 3. Récipient selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément (3) comporte une tige (4) axiale munie de plusieurs expansions ou ailettes (5) radiales ou latérales. 4. Récipient selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément (3) comporte des expansions latérales déployables (6) aptes à venir en contact avec la paroi (7) interne de l'enveloppe (1). 5. Récipient selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément (3) est un tube ou cylindre métallique (8), de préférence un tube ou cylindre (8) en aluminium. 6. Récipient selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément (3) est un insert comprenant une mousse métallique, de préférence une mousse d'aluminium. 7. Récipient selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément (3) est au moins un serpentin (9). 8. Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments (3) conducteurs de chaleur sont des fibres (10) dispersées dans la masse poreuse (2). 9. Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (3) conducteur est traversé par un fluide chaud ou par un courant électrique. 10. Récipient selon les revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est une bouteille de gaz, en particulier d'acétylène.