Brevet FR2895276A1 — publié le 20070629

INSTALLATION ET PROCEDE POUR LE MELANGE CONTROLE DE DEUX FLUIDES, ET POUR L'ETALONNAGE D'ANALYSEUR DE GAZ La présente invention concerne, de façon générale, 5 la réalisation, de manière contrôlée, de mélanges à l'état gazeux à partir de deux fluides. Plus précisément, l'invention concerne, selon un premier de ses aspects, une installation pour réaliser, de manière contrôlée, un mélange à l'état gazeux à partir 10 d'un premier fluide et d'un deuxième fluide. Cette installation comprend un conduit extérieur non perméable aux gaz, un conduit intérieur perméable aux gaz, se trouvant au sein du conduit extérieur, et étant destiné à recevoir le deuxième fluide à l'état liquide, une zone de 15 passage définie dans le conduit extérieur à l'extérieur du conduit intérieur, ladite zone de passage étant destinée à recevoir le premier fluide à l'état gazeux, un moyen de chauffage, et un moyen de mesure de la température en un point de ladite zone de passage. 20 Une telle installation est connue de l'homme du métier, notamment par l'exemple qu'en donne le document US 3 904 849. De manière générale, ce type d'installation pour réaliser un mélange contrôlé d'un fluide avec un autre en 25 utilisant un conduit perméable aux gaz fait intervenir les phénomènes de diffusion et de perméation, et plus précisément la diffusion contrôlée d'un gaz à travers une paroi solide. Or, le taux de perméation et donc la quantité des 30 molécules de gaz passant à travers une paroi solide dépendent de la température. C'est pourquoi, dans ce type d'installation dans lequel on cherche à réaliser un mélange de fluides de manière contrôlée, il est important de contrôler le plus 35 précisément possible la température. Dans ce but, le document US 3 904 849 décrit un moyen de chauffage constitué par une résistance enroulée autour d'un récipient extérieur, ce récipient extérieur non perméable aux gaz contenant un récipient intérieur perméable aux gaz. La résistance chauffe principalement un premier fluide circulant à l'extérieur du récipient intérieur et les parois de ce récipient. Un inconvénient de ce moyen de chauffage est son éloignement du récipient intérieur. Ce moyen de chauffage permet un maintien à une température sensiblement constante mais ne permet pas d'envisager de faire varier de manière contrôlée la température dans le but de faire varier le taux de perméation. En outre, l'installation décrite dans le document US 3 904 849 est de mise en œuvre relativement compliquée. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer une installation exempte de l'une au moins des limitations précédemment évoquées. A cette fin, l'installation de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce que le moyen de chauffage se trouve au sein du conduit intérieur. L'invention présente l'avantage d'un chauffage proche du deuxième fluide. D'où une régulation plus fine de l'évaporation, de la diffusion de l'intérieur vers l'extérieur du conduit intérieur, et donc de la concentration en deuxième fluide dans le mélange. L'invention concerne également un dispositif d'étalonnage d'analyseur de gaz. Elle concerne aussi un procédé pour réaliser, de manière contrôlée, un mélange à l'état gazeux à partir d'un premier fluide et d'un deuxième fluide, et un procédé pour effectuer un étalonnage d'analyseur de gaz. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description détaillée qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique 5 d'un dispositif d'étalonnage selon l'invention, incluant une installation selon l'invention ; et - la figure 2 est une courbe de la concentration de P-xylène mesurée par un analyseur de gaz à partir d'un mélange obtenu dans une installation selon l'invention, 10 en fonction de la température. Une partie de la figure 1 montre une installation selon l'invention pour réaliser, de manière contrôlée, un mélange à l'état gazeux à partir d'un premier fluide et d'un deuxième fluide. 15 L'installation selon l'invention comprend : - un conduit extérieur 1 non perméable aux gaz ; -un conduit intérieur 2 perméable aux gaz, se trouvant au sein du conduit extérieur 1, et étant destiné à recevoir le deuxième fluide à l'état liquide ; 20 - une zone de passage 3 définie dans le conduit extérieur 1 à l'extérieur du conduit intérieur 2, ladite zone de passage 3 étant destinée à recevoir le premier fluide à l'état gazeux ; - un moyen de chauffage 4 ; et 25 - un moyen 5 de mesure de la température en un point de ladite zone de passage 3. Selon l'invention, le moyen de chauffage 4 se trouve au sein du conduit intérieur 2. Le moyen de chauffage 4 peut tout particulièrement 30 être une résistance électrique en contact avec une alimentation électrique 6 se trouvant à l'extérieur des conduits intérieur 2 et extérieur 1. On préfère placer le moyen 5 de mesure de la température en un point quelconque de la zone de passage 35 3, et tout préférentiellement à proximité du conduit intérieur 2. Toutefois, on peut aussi envisager de placer ce moyen de mesure de la température dans le conduit intérieur 2, suffisamment éloigné du moyen de chauffage 4. L'invention permet d'obtenir rapidement la stabilité de la diffusion du deuxième fluide en fonction de la quantité de puissance électrique délivrée sur la résistance. Le conduit extérieur 1 est de préférence en métal, par exemple en acier inoxydable ou en aluminium. Tout préférentiellement, le conduit extérieur est en acier inoxydable. Le conduit intérieur 2 est de préférence en polymère de tétrafluoroéthylène ou PTFE, en particulier tel que le "Teflon". Le conduit intérieur 2 peut être tout préférentiellement un tube à perméation en "Teflon". Selon un mode de réalisation préféré, le moyen de chauffage 4 est en contact direct avec un deuxième fluide à l'état liquide introduit dans le conduit intérieur 2. De préférence, l'axe central du moyen de chauffage 4 est sensiblement parallèle à l'axe central du conduit intérieur 2 et, tout préférentiellement, le moyen de chauffage 4 occupe au moins une fois la longueur du conduit intérieur 2. L'invention présente ainsi l'avantage d'une régulation de la température directement dans le deuxième fluide. Ce chauffage direct du deuxième fluide permet un chauffage plus homogène de ce fluide dans l'espace qu'il occupe, et donc un meilleur contrôle de la diffusion et de la concentration de deuxième fluide dans le mélange réalisé. Lorsque l'installation est en fonctionnement, en particulier avec un débit de premier fluide maintenu constant, on peut faire varier de manière contrôlée la température du deuxième fluide. On augmente ou on diminue rapidement la température du deuxième fluide. 5 2895276 L'installation selon l'invention offre la possibilité de fonctionner sur un temps très long, de plusieurs jours à plusieurs mois. Pour obtenir des taux de diffusion plus importants, on peut utiliser des 5 conduits de plus grandes longueurs et/ou de plus grands diamètres. Les conduits intérieur 2 et extérieur 1 et le moyen de chauffage 4 peuvent être sous toute forme géométrique adaptée à l'invention. De manière 10 avantageuse, on choisit des conduits intérieur 2 et extérieur 1 sous forme de tubes. Par exemple, ces tubes peuvent être droits ou en spirale. Le premier fluide est de préférence un air atmosphérique purifié, par exemple par adsorption sur 15 charbon actif. Le deuxième fluide peut être tout fluide se trouvant à l'état liquide à la température ambiante, et s'évaporant au-delà de la température ambiante. Le "Teflon" se déformant pour des températures supérieures à 20 150 C, le deuxième fluide doit pouvoir diffuser à des températures comprises entre la température ambiante et 150 C, de préférence entre la température ambiante et 100 C. De manière évidente, le choix de la température de 25 travail doit tenir compte des caractéristiques du deuxième fluide, telles que son point de rosée, son point d'ébullition ou son point d'éclair. Un autre avantage de l'invention est son adaptabilité. Le conduit intérieur 2 peut accueillir un 30 grand nombre de fluides différents, en fonction de l'utilisation à laquelle on destine l'installation. L'installation peut comprendre en outre un moyen de régulation de la tension de l'alimentation électrique 6. Ce moyen de régulation est en communication avec le 35 moyen 5 de mesure de la température. Le moyen 5 de mesure de la température peut être toute sonde ou tout capteur de température. On choisit la puissance de chauffage, c'est-à-dire par exemple la ou les valeurs de la tension de l'alimentation électrique 6 et la valeur de la résistance, en fonction de la nature du deuxième fluide et de la ou les températures que l'on cherche à atteindre. De préférence, l'installation comprend en outre un moyen de mesure du débit du premier fluide en un point situé entre une source 7 de premier fluide et une première ouverture du conduit extérieur 1, ladite première ouverture étant en contact avec ladite source 7 de premier fluide. Le moyen de mesure du débit est par exemple un débitmètre massique. La source 7 de premier fluide peut comprendre par exemple un moyen de purification d'air, une pompe d'air atmosphérique purifié, et, de manière optionnelle, un moyen de régulation de la température de cet air purifié. En outre, l'installation comprend préférentiellement un moyen de régulation du débit du premier fluide. De préférence, pour faire varier la concentration de deuxième fluide dans le mélange, on choisit soit de faire varier la température et de maintenir le débit du premier fluide constant, soit de faire varier le débit du premier fluide et de maintenir la température constante. Lorsqu'on prépare l'installation pour la mettre en fonctionnement, on fournit le conduit intérieur 2 avec le moyen de chauffage 4 à l'intérieur, on le remplit de deuxième fluide et on le ferme de manière à ce que ce fluide ne s'échappe du conduit intérieur 2 que par perméation vers la zone de passage 3, pour s'y mélanger avec le premier fluide. L'ensemble de la figure 1 représente un dispositif, selon l'invention, d'étalonnage d'analyseur de gaz à l'aide d'au moins un mélange à l'état gazeux entre un premier fluide et un deuxième fluide. Ce dispositif comprend au moins une installation selon l'invention, le conduit intérieur 2, 2' de chacune des dites installations étant destiné à renfermer un deuxième fluide, ledit dispositif incluant en outre un analyseur 8 de gaz, au moins une deuxième ouverture de chaque conduit extérieur 1, 1' étant en communication avec ledit analyseur 8 de gaz. Le dispositif représenté à la figure 1 comprend 2 installations. Il peut donc permettre l'étalonnage de l'analyseur 8 de gaz à l'aide de deux mélanges. Ces deux mélanges contiennent le même premier fluide, venant de la source 7, et de préférence un deuxième fluide différent. Un même dispositif d'étalonnage selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs installations selon l'invention et un ou plusieurs analyseurs de gaz. Un même mélange premier fluide-deuxième fluide, issu d'une seule installation, peut servir à l'étalonnage de plusieurs analyseurs. Le dispositif selon l'invention peut comprendre plusieurs installations pour l'étalonnage d'un même analyseur de gaz ou de plusieurs analyseurs de gaz. De préférence, le dispositif d'étalonnage selon l'invention comprend, comme représenté à la figure 1, une unique source 7 de premier fluide, qui est commune à toutes les installations. Toutefois, on peut envisager, pour un même dispositif d'étalonnage selon l'invention, plusieurs sources de premier fluide, dont chacune serait en communication avec une ou plusieurs installations. L'invention concerne aussi un procédé pour réaliser, de manière contrôlée, un mélange à l'état gazeux à partir d'un premier fluide et d'un deuxième fluide, ledit deuxième fluide se trouvant initialement renfermé à l'état liquide dans un conduit intérieur perméable aux gaz, ledit conduit intérieur se trouvant au sein d'un conduit extérieur non perméable aux gaz, définissant ainsi une zone de passage à l'extérieur du conduit intérieur, ladite zone de passage étant en contact, par l'intermédiaire d'au moins une première ouverture du conduit extérieur, avec une source de premier fluide à l'état gazeux. Ce procédé comprend les opérations suivantes . - on chauffe au moins le deuxième fluide à l'aide d'un moyen de chauffage se trouvant au sein du conduit intérieur ; et - on mesure la température en un point de la zone de passage. L'invention concerne encore un procédé tel que décrit ci-dessus pour effectuer un étalonnage d'analyseur de gaz, dans lequel on réalise, de manière contrôlée, au moins un mélange à l'état gazeux à partir d'un premier fluide et d'au moins un deuxième fluide, chaque deuxième fluide se trouvant initialement renfermé à l'état liquide dans un conduit intérieur perméable aux gaz, chaque conduit intérieur se trouvant au sein d'un conduit extérieur non perméable aux gaz, définissant ainsi une zone de passage à l'extérieur de chaque conduit intérieur, chaque zone de passage étant en contact, par l'intermédiaire d'au moins une première ouverture de chaque conduit extérieur, avec une source, de préférence une même source, de premier fluide à l'état gazeux. Ce procédé pour effectuer un étalonnage comprend en outre au moins une opération d'étalonnage d'un analyseur de gaz à l'aide d'un des dits mélanges à l'état gazeux entre le premier fluide et un des dits deuxièmes fluides. Le procédé selon l'invention permet en particulier de fournir successivement à un analyseur de gaz des mélanges contrôlés premier fluide-deuxième fluide pour son étalonnage avec chaque deuxième fluide, le premier fluide servant de vecteur aux deuxièmes fluides. Dans la présente invention, on peut donc agir sur la quantité de deuxième fluide émis de l'intérieur vers l'extérieur du conduit intérieur par l'intermédiaire de la tension de l'alimentation électrique, mais aussi de la taille du conduit intérieur. L'invention permet d'effectuer une diffusion à la fois prolongée dans le temps, sur un an par exemple, et importante en concentration, de 1 ppm à plusieurs milliers de ppm. L'installation, le dispositif et le procédé selon l'invention sont en particulier utiles pour étalonner les moyens d'analyse de laboratoire ou le matériel d'analyse in situ, avec les composés chimiques émis pendant le fonctionnement d'appareils de peinture. Toutefois, l'invention peut être utilisée aussi bien pour réaliser des mélanges faiblement concentrés en deuxième fluide, tels que ceux servant à étalonner un analyseur d'air atmosphérique pollué, qui reçoit des concentrations de l'ordre de 1 ppm, que pour réaliser des mélanges fortement concentrés en deuxième fluide, tels que ceux servant à étalonner un analyseur de gaz en sortie de cheminées industrielles, qui reçoit des concentrations jusqu'à plusieurs milliers de ppm. Exemple : Mélange P-xylène et air purifié Dans cet exemple, le premier fluide est de l'air atmosphérique purifié. Le deuxième fluide est le P-xylène. L'alimentation électrique est ajustable entre 0 et 10 volts. Le moyen de chauffage est une résistance de 9,2 ohms. On effectue un mélange de ces deux fluides dans une installation selon l'invention. On maintient constant le débit d'air et on fait varier la tension électrique et donc la température. Le tableau ci-dessous indique les valeurs réglées de la tension de l'alimentation électrique de l'installation et les valeurs mesurées correspondantes de la température, mesurée en un point de la zone de passage de l'installation. Tension (volt) Température ( C) 0,0 21,1 4,0 33,3 5,1 40,9 6,3 49,5 7,1 59,6 8,2 67,7 9,4 80,0 10,0 88,8 Selon le dispositif de l'invention, la concentration de P-xylène est mesurée par un analyseur de gaz qui reçoit le mélange réalisé dans l'installation de l'invention. On obtient la courbe, représentée à la figure 2, de la concentration en fonction de la température. La concentration est exprimée en partie par million (ppm) et est mesurée par un analyseur de gaz PID. La température est exprimée en degrés Celsius ( C). REVENDICATIONS 1/ Installation pour réaliser, de manière contrôlée, un mélange à l'état gazeux à partir d'un premier fluide et d'un deuxième fluide, ladite installation comprenant : - un conduit extérieur 1 non perméable aux gaz ; - un conduit intérieur 2 perméable aux gaz, se trouvant au sein du conduit extérieur 1, et étant destiné à recevoir le deuxième fluide à l'état liquide ; - une zone de passage 3 définie dans le conduit extérieur 1 à l'extérieur du conduit intérieur 2, ladite zone de passage 3 étant destinée à recevoir le premier fluide à l'état gazeux ; - un moyen de chauffage 4 ; et - un moyen 5 de mesure de la température en un point de ladite zone de passage ; caractérisée en ce que ledit moyen de chauffage 4 se trouve au sein du conduit intérieur2. 2/ Installation selon la revendication 1, dans laquelle ledit moyen de chauffage 4 est une résistance électrique en contact avec une alimentation électrique 6 se trouvant à l'extérieur des conduits intérieur 2 et extérieur 1. 3/ Installation selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ledit moyen de chauffage 4 est en contact direct avec un deuxième fluide à l'état liquide introduit dans le conduit intérieur 2. 4/ Installation selon la revendication 2 ou 3, comprenant en outre un moyen de régulation de la tension de l'alimentation électrique, ledit moyen de régulation étant en communication avec le moyen 5 de mesure de la température. 5/ Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre un moyen de mesure du débit du premier fluide, par exemple undébitmètre massique, en un point situé entre une source 7 de premier fluide et une première ouverture du conduit extérieur 1, ladite première ouverture étant en contact avec ladite source 7 de premier fluide. 6/ Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre un moyen de régulation du débit du premier fluide. 7/ Dispositif d'étalonnage d'analyseur de gaz à l'aide d'au moins un mélange à l'état gazeux entre un premier fluide et un deuxième fluide, comprenant au moins une installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, le conduit intérieur 2, 2' de chacune des dites installations étant destiné à renfermer un deuxième fluide, ledit dispositif incluant en outre un analyseur 8 de gaz, au moins une deuxième ouverture de chaque conduit extérieur 1, 1' étant en communication avec ledit analyseur 8 de gaz. 8/ Dispositif d'étalonnage selon la revendication 7, comprenant une unique source 7 de premier fluide, qui 20 est commune à toutes les installations. 9/ Procédé pour réaliser, de manière contrôlée, un mélange à l'état gazeux à partir d'un premier fluide et d'un deuxième fluide, ledit deuxième fluide se trouvant initialement renfermé à l'état liquide dans un conduit 25 intérieur perméable aux gaz, ledit conduit intérieur se trouvant au sein d'un conduit extérieur non perméable aux gaz, définissant ainsi une zone de passage à l'extérieur du conduit intérieur, ladite zone de passage étant en contact, par l'intermédiaire d'au moins une première 30 ouverture du conduit extérieur, avec une source de premier fluide à l'état gazeux, ledit procédé comprenant les opérations suivantes : - on chauffe au moins le deuxième fluide à l'aide d'un moyen de chauffage se trouvant au sein du conduit 35 intérieur ; et- on mesure la température en un point de la zone de passage. 10/ Procédé selon la revendication 9 pour effectuer un étalonnage d'analyseur de gaz, dans lequel on réalise, de manière contrôlée, au moins un mélange à l'état gazeux à partir d'un premier fluide et d'au moins un deuxième fluide, chaque deuxième fluide se trouvant initialement renfermé à l'état liquide dans un conduit intérieur perméable aux gaz, chaque conduit intérieur se trouvant au sein d'un conduit extérieur non perméable aux gaz, définissant ainsi une zone de passage à l'extérieur de chaque conduit intérieur, chaque zone de passage étant en contact, par l'intermédiaire d'au moins une première ouverture de chaque conduit extérieur, avec une source, de préférence une même source, de premier fluide à l'état gazeux, ledit procédé comprenant en outre au moins une opération d'étalonnage d'un analyseur de gaz à l'aide d'un des dits mélanges à l'état gazeux entre le premier fluide et un des dits deuxièmes fluides.