Brevet FR3005429A1 — publié le 20141114

L'invention concerne un procédé et un dispositif d'injection de CO2 diphasique, « gaz+solide » dans un milieu gazeux en transfert. Le CO2 est utilisé dans de nombreuses applications industrielles ; la carbonata- tion, la régulation de pH, la neutralisation d'agents basiques en sont des exemples parmi d'autres. Le dioxyde de carbone peut être injecté dans un milieu liquide ou un milieu gazeux. Dans un milieu liquide, le CO2 est injecté sous forme gazeuse, ou liquide suivant les cas. Lorsqu'il s'agit d'injecter du dioxyde de carbone dans un milieu gazeux, la solution habituelle consiste à l'injecter sous forme monophasique gazeuse. Le plus souvent livré sous forme liquéfiée et stocké dans un réservoir, à une pression de l'ordre de 14x105Pa (14 bars) à 20x105Pa (20 bars) et à une température de l'ordre de -35°C à -20°C, il est donc nécessaire de le vaporiser. Cette vaporisation nécessite la présence sur site d'un vaporiseur ; ce qui impli- que un coût important, à la fois de fonctionnement, mais aussi d'investissement, que l'énergie soit d'origine électrique ou fournie par de la vapeur disponible sur le site. Par ailleurs, la ligne d'alimentation en dioxyde de carbone gazeux, ainsi que les accessoires associés (vannes, soupapes, etc....) sont volumineux et coûteux. Ainsi, les dispositifs classiques d'injection de dioxyde de carbone dans un milieu gazeux ne sont pas optimisés ; ces dispositifs ne sont notamment pas adaptés dans le cas de l'injection de quantités importantes de CO2. Le but de la présente invention est de proposer une solution au problème de l'injection du dioxyde de carbone dans un tube ouvert en ses deux extrémités en quantité suffisante pour induire un nuage à l'une des extrémités dudit tube. Un autre but est de proposer un dispositif d'injection susceptible de mettre en oeuvre ce procédé. Un dernier but de ce procédé est de mettre en oeuvre ce procédé lors d'animations en milieux ventilés, par exemple des animations en extérieur, comme certaines animations de parcs d'attractions ou lors de tournages de séquences de films ou en- core lors de spectacles comme des concerts de musique ou des pièces de théâtre. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre. L'invention a pour objet une buse (B) de hauteur H comportant une entrée et une sortie, caractérisée en ce qu'elle consiste essentiellement en une pièce tubulaire ouverte en ses deux extrémités : - Ladite sortie étant en forme de coud e à 900 ayant une section orthogonale de surface "si", - Ladite entrée étant de forme tronconique de hauteur "hm, orientée perpendiculairement à ladite sortie, ayant une grande base orthogonale de surface "s2" telle que 52 > si et que l L'invention a aussi pour objet un dispositif apte et destiné à produire un nuage de particules éphémères, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite rigide (C) de section orthogonale de surface "S", comportant une extrémité amont ouverte et une extrémité aval ouverte sur la paroi de laquelle est piquée solidairement ladite buse (B) telle que définie précédemment, ladite buse (B) pénétrant dans ladite conduite rigide (C), de telle sorte que sa dite sortie de surface "si", soit positionnée perpendiculaire- ment à l'axe de symétrie de ladite conduite rigide (C). Les particules éphémères produites par ledit dispositif et formant ledit nuage, sont notamment des particules de dioxyde de carbone solide; il peut aussi s'agir dans une moindre mesure, de particules de glace issue de l'humidité de l'air se trouvant dans ladite conduite rigide (C). La couleur du nuage produit est généralement blanche. On cependant le colorer, notamment grâce à des effets de lumière. Selon un aspect particulier de la présente invention, le rapport des surfaces S/si est supérieur à 1 et inférieur ou égal à 10. Selon un autre aspect particulier de la présente invention ladite conduite rigide (C) est de forme tubulaire cylindrique. De préférence, ladite buse (B) pénètre dans ladite conduite rigide (C), de telle sorte que sa dite sortie de surface "si" ait pour axe de symétrie, l'axe de symétrie de ladite conduite rigide (C). Selon un autre aspect particulier du dispositif tel que défini précédemment, la localisation du piquage de ladite buse (B) sur la paroi de ladite conduite rigide (C) est à une distance L inférieure ou égale à 1 mètre et supérieure ou égale à 0,4 mètre de l'extrémité aval ouverte de ladite conduite rigide (C). Selon un autre aspect particulier, le dispositif tel que défini précédemment est mobile autour de l'axe longitudinal de ladite buse (B). Selon un autre aspect particulier, le dispositif tel que défini précédemment est mobile autour de l'axe longitudinal de ladite buse (B), et/ou est mobile dans le plan vertical de ladite conduite rigide (C). Le dispositif tel que défini ci-dessus peut alors être soumis à un mouvement de rotation, autour de cet axe, sans que cela ne gêne la production dudit nuage de fumée blanche, ceci grâce à la forme évasée de la sortie de ladite buse (B). Le dispositif peut fonctionner en étant relié à une seule source d'alimentation en dioxyde de carbone. On pourra aussi utiliser un gaz inerte présent sur le lieu de l'application ou de l'air comprimé étant entendu que le gaz d'inertage ne doit pas modifier le comportement du mélange obtenu, et ne doit pas être contre-indiqué pour le matériel. Selon un autre aspect particulier, le dispositif tel que défini précédemment, est caractérisé en ce qu'il est muni d'un moyen de chauffage de ladite conduite rigide (C), tel qu'un cylindre chauffant, pour éviter formation de bouchon. La Figure 2 est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention. L'invention a aussi pour objet un procédé d'injection de dioxyde de carbone dioxyde de carbone diphasique "gaz-solide", dans une conduite rigide (C) de section orthogonale de surface "S", comportant une extrémité amont ouverte et une extrémité aval ouverte, comprenant les étapes suivantes : - Une étape a) de transformation du dioxyde de carbone liquide en dioxyde de carbone diphasique "gaz + solide" par un dispositif de détente directe ; - Une étape b) de transfert du dioxyde de carbone diphasique "gaz - solide" par une canne rigide (D), vers son extrémité ouverte libre ; - Une étape c) d'injection du dioxyde de carbone diphasique "gaz - solide" ainsi libéré à l'étape b), dans ladite buse (B) du dispositif tel que défini précédemment, par sa dite entrée de surface "s2", sans contact entre ladite canne rigide (D) et ladite buse (B) ; - Une étape d) de libération du dioxyde de carbone diphasique "gaz - solide" injecté dans ladite buse (B) par sa dite sortie de surface "si", dans ladite conduite rigide (C). Selon un aspect particulier de la présente invention, la transformation du dioxyde de carbone liquide en dioxyde de carbone diphasique "gaz - solide" fait inter- venir un dispositif de détente directe dite détente cryogénique, qui provoque d'abord une restriction à l'écoulement du fluide, puis une augmentation du diamètre d'écoulement a pour effet de détendre le gaz provoquant une perte de pression de telle sorte que la pression en sortie du dispositif corresponde à celle du point triple du dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone liquide se transforme en un mélange de dioxyde de carbone gazeux et de dioxyde de carbone solide (neige carbonique). Le dioxyde de carbone liquide est mis à disposition à une pression généralement comprise entre 10x105Pa et 22x105 Pa (soit entre 10bar et 22bar) et à une température généralement comprise entre -45°C et -17°C. Selon un autre aspect préféré du procédé tel que défini précédemment, on in- jecte le dioxyde de carbone diphasique "gaz - solide" de telle sorte qu'il soit distribué de façon longitudinale autour de l'axe de symétrie de ladite conduite rigide (C). Selon un autre aspect préféré du procédé tel que défini précédemment, on injecte le dioxyde de carbone diphasique "gaz - solide" à une vitesse telle que l'on évite le dépôt de neige sur la paroi de ladite conduite (C). Selon cet aspect préféré, le courant de dioxyde de carbone diphasique "gaz - solide" est injecté à un débit compris entre 100g/s et 300g/s. En injectant de la sorte le dioxyde de carbone diphasique "gaz - solide", on assure au mieux le mélange et l'entraînement du CO2, évitant ainsi son accumulation. Or, le risque de dépôt de glace hydrique pouvant conduire à la formation de bouchons est très grand compte tenu de la température de ce CO2 (-80°C), pour éviter ce phéno- mène un dispositif est mis en place. Ce dispositif consiste en un cylindre chauffant externe à la conduite rigide (C). Le cylindre est chauffé à une température comprise entre 30 et 50°C. Selon le procédé tel que défini précédemment, la quantité de dioxyde de car- bone injectée est contrôlée par un temps d'ouverture de la vanne, pour atteindre l'effet visuel du panache de fumées désiré. Ainsi, la vanne cryogénique de l'invention est pilotée en fonction de cette consigne de temps. De plus, une vanne cryogénique de sécurité du type tout ou rien peut aussi être placée en amont de la vanne cryogénique pour réaliser la coupure de l'alimentation en dioxyde de carbone liquide en cas de dysfonctionnement, par exemple si la pression de la canalisation est trop basse, si la température de la conduite rigide (C) est trop basse ou si un autre paramètre, considéré comme majeur a dépassé un seuil d'alerte, par exemple un seuil de concentration en dioxyde de carbone dans l'environnement. L'exploitant de l'installation peut aussi commander cette vanne. L'invention a enfin pour objet l'utilisation du dispositif tel que défini précédem- ment, pour produire un nuage de particules éphémères de couleur blanche, caractérisé en ce que du dioxyde de carbone diphasique "gaz - solide" obtenu par détente directe de dioxyde de carbone liquide est libéré d'une canne rigide (D), injecté dans ladite buse (B) dudit dispositif par sa dite entrée de surface "s2", sans contact entre ladite canne rigide (D) et ladite buse (B) puis libéré de ladite buse (B) par sa dite sortie de surface "si" dans ladite conduite rigide (C). L'invention telle que définie dans la présente demande de brevet s'applique à toutes les animations extérieures ou intérieures ventilées qui nécessitent la production d'un nuage blanc, comme certaines animations de parcs d'attractions ou lors de tournages de séquences de films ou encore lors de spectacles comme des concerts de musique ou des pièces de théâtre. Elle est particulièrement avantageuse en ce sens qu'elle ne met en oeuvre aucun produit potentiellement toxique comme les glycols. REVENDICATIONS1. Buse (B) de hauteur H comportant une entrée et une sortie, caractérisée en ce qu'elle consiste essentiellement en une pièce tubulaire ouverte en ses deux ex- trémités : - Ladite sortie étant en forme de coude à 900 ayant une section orthogonale de surface "si", - Ladite entrée étant de forme tronconique de hauteur h', orientée perpendiculairement à ladite sortie, et ayant une grande base orthogonale de surface "s2" telle que s2 > si et 1 et que 1 2. Buse telle que définie à la revendication 1, caractérisée en ce que les sec- tions si et s2 sont des sections circulaires. 3. Dispositif apte et destiné à produire un nuage de particules éphémères, ca- ractérisé en ce qu'il comprend : Une conduite rigide (C) de section orthogonale de surface "S", comportant une extrémité amont ouverte et une extrémité aval ouverte sur la paroi de laquelle est piquée solidairement ladite buse (B) telle que définie à l'une des revendications 1 ou 2, ladite buse (B) pénétrant dans ladite conduite rigide (C), de telle sorte que sa dite sortie de surface "si" soit positionnée perpendiculairement à l'axe de symétrie de ladite conduite rigide (C). 4. Dispositif tel que défini à la revendication 3, caractérisé en ce que ladite buse (B) pénètre dans ladite conduite rigide (C), de telle sorte que sa dite sortie de surface "si" ait pour axe de symétrie, l'axe de symétrie de ladite conduite (C). 5. Dispositif tel que défini à l'une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel la localisation du piquage de ladite buse (B) sur la paroi de ladite conduite rigide (C) est à une distance L inférieure ou égale à 1 mètre et supérieure ou égale à 0,4 mètre de l'extrémité aval ouverte de ladite conduite rigide (C). 6. Dispositif tel que défini à l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé en ce qu'il est mobile autour de l'axe longitudinal de ladite buse (B). 7. Dispositif tel que défini à l'une quelconque des revendications 3 à 6 caractéri- sé en ce qu'il est mobile dans le plan vertical de ladite conduite rigide (C). 8. Dispositif tel que défini à l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractéri- sé en ce qu'il est muni d'un moyen de chauffage de ladite conduite rigide (C), tel qu'un cylindre chauffant, pour éviter la formation de bouchons. 9. Procédé d'injection de dioxyde de carbone diphasique "gaz-solide" dans une conduite rigide (C) de section orthogonale de surface "S", comportant une extrémité amont ouverte et une extrémité aval ouverte, comprenant les étapes suivantes : - Une étape a) de transformation du dioxyde de carbone liquide en dioxyde de carbone diphasique "gaz + solide" par un dispositif de détente directe ; - Une étape b) de transfert du dioxyde de carbone diphasique "gaz - solide" par une canne rigide (D), vers son extrémité ouverte libre ; - Une étape c) d'injection du dioxyde de carbone diphasique "gaz - solide" ainsi libéré à l'étape b), dans ladite buse (B) du dispositif tel que défini à l'une quelconque des revendications 3 à 8, par sa dite entrée de surface "s2", sans contact entre ladite canne rigide (D) et ladite buse (B) ; - Une étape d) de libération du dioxyde de carbone diphasique "gaz - solide" injecté dans ladite buse (B) par sa dite sortie de surface "si", dans ladite conduite rigide (C). 10. Utilisation du dispositif tel que défini à l'une quelconque des revendications 3 à 8, pour produire un nuage de particules éphémères, caractérisée en ce que du dioxyde de carbone diphasique "gaz-solide" obtenu par détente directe de dioxyde de carbone liquide est libéré d'une canne rigide (D), injecté dans ladite buse (B) dudit dispositif par sa dite entrée de surface "s2", sans contact entre ladite canne rigide (D) et ladite buse (B), puis libéré de ladite buse (B) par sa dite sortie de surface "si", dans ladite conduite rigide (C).