Brevet FR3037648A1 — publié le 20161223

DISPOSITIF DE MESURE DE VOLUMES D'EMANATION DE GAZ DESCRIPTION Le sujet de l'invention présente un dispositif de mesure de volumes d'émanation de gaz. Il a pour but de déterminer avec précision le volume global des gaz produits ou consommés à tout instant d'une réaction d'émission ou d'absorption de gaz, tout en confinant le gaz mesuré. Les flux de gaz gérés par les activités industrielles ou de recherche circulent le plus souvent à l'intérieur des tuyauteries. Il est alors naturel de déterminer les volumes de gaz émis par des mesures des débits passant par la tuyauterie, ou par des mesures directes de volume, par un compteur volumétrique. La mesure du débit demande une certaine stabilité du flux de gaz, qui doit rester dans la gamme de mesure de l'appareil et dans sa plage de temps de réponse. Cette dernière contrainte est plus souple avec les compteurs volumétriques, qui permettent au contraire d'accéder directement au volume même en cas de variation importante du débit instantané du gaz, grâce à leur fonctionnement cumulatif, à condition de respecter pour eux aussi la gamme de mesure prévue, en particulier le débit minimum. Dans les processus industriels où intervient de la combustion, les dosages s'effectuent souvent en utilisant un débit de gaz d'acheminement. Le transport des gaz émis conduit à des analyseurs en ligne ou à des moyens de prélèvement. Les stations d'incinération de déchets figurent parmi les exemples courants de ces installations. Plusieurs inconvénients affectent ces procédés de mesure lorsque de petits volumes de gaz émis sont concernés. La collecte des gaz impose d'abord de créer à chaque instant un flux artificiel, même en l'absence de dégagement. On arrive alors au volume de gaz émis à partir du débit dans la tuyauterie et des concentrations mesurées. Mais le gaz d'acheminement dilue les gaz d'intérêt et augmente la contrainte de sensibilité des analyseurs. Il est possible que certains gaz peu concentrés ne soient pas détectés. Le volume de gaz émis peut aussi être mesuré de façon très imprécise, puisqu'il 3037648 2 est calculé à partir des variations de débits et de concentration des différentes espèces gazeuses. Le procédé dépend aussi directement de la fréquence d'échantillonnage des prélèvements de gaz, de sorte qu'un pic intense et bref peut devenir invisible pour les instruments si la fréquence d'échantillonnage est trop faible. Ces procédés sont donc peu 5 adaptés à des situations où les gaz peuvent être émis de façon irrégulière et brusque, sous forme de pics de production pendant des temps très brefs. Il est possible aussi de mesurer la quantité de gaz après avoir confiné l'objet qui les produit dans un volume étanche. Le volume de gaz émis peut être mesuré grâce à l'augmentation de pression dans l'enceinte, en connaissant au préalable son 10 volume. Toutefois, le volume de gaz dégagé par l'objet étant souvent dépendant de la différence entre sa pression interne et la pression dans l'enceinte, les résultats sont biaisés par rapport à un comportement à la pression atmosphérique. Ces problèmes deviennent manifestes lorsqu'on doit étudier des équilibres physiques et chimiques réversibles, puisqu'ils dépendent de la pression ambiante. 15 Une idée pour échapper à cet inconvénient consiste à pourvoir l'enceinte d'une portion souple, telle qu'une baudruche, qui demeure dans un milieu à pression constante, notamment atmosphérique. Les gaz dégagés traversent un conduit menant à la baudruche, qui s'emplit tout en continuant à confiner les gaz à mesure qu'ils sont émis. Un compteur volumétrique est placé sur la tuyauterie pour mesurer le volume 20 émis. Des mesures précises sont alors possibles dans bien des cas, mais des limitations du procédé sont encore rencontrées. Tout d'abord, une condensation importante est souvent observée dans le compteur volumétrique. Les compteurs volumétriques sont ensuite étalonnés pour un gaz de nature donnée, comme l'air, ou le méthane pour les installations de distribution de gaz de ville ; mais si le gaz émis est un mélange de nature 25 inconnue, les mesures du compteur sont biaisées. Un troisième inconvénient est qu'une partie du volume gazeux reste présente dans l'enceinte, autour de l'objet d'émission, et ne traverse pas le compteur volumétrique. Son volume peut éventuellement être estimé, mais on constate que sa composition est souvent différente de celle du gaz ayant traversé le compteur, et qu'aucun mélange ne se fait entre ces deux parties du volume, ce qui est désavantageux quand une analyse quantitative des concentrations doit être faite. 3037648 3 Le compteur peut aussi réagir avec certains gaz et fausser les mesures en conséquence. Il est enfin nécessaire de le nettoyer, puis de le reconditionner avant une réutilisation, mais cela peut être impossible si sa constitution ne s'y prête pas. L'invention a été conçue afin de remédier à ces inconvénients, par une 5 construction perfectionnée du dispositif, reprenant l'emploi d'une portion d'enceinte souple pour confiner les gaz à pression constante et notamment atmosphérique. Sous une forme générale, l'invention concerne ainsi un dispositif de mesure d'émanation de gaz, comprenant une cellule dans laquelle le gaz est émis, une enveloppe souple reliée à la cellule par un conduit de communication, une enceinte 10 contenant l'enveloppe souple. Un conduit de sortie relie l'intérieur de l'enceinte à un milieu à pression constante. Un compteur de gaz - compteur volumétrique ou débitmètre - est intercalé sur le conduit de sortie. En reliant le compteur volumétrique à l'intérieur de l'enceinte dans laquelle l'enveloppe souple est contenue, la mesure du volume ne porte pas directement sur le gaz émis, mais sur le gaz de composition connue 15 présent à l'origine dans l'enceinte. Le volume de gaz émis n'est pas mesuré directement par le compteur volumétrique, qui ne peut pas non plus réagir chimiquement avec lui. Le compteur mesure toujours le même gaz de composition connue, généralement de l'air, ce qui évite de devoir corriger son étalonnage, lequel peut s'avérer impossible sans connaître précisément les proportions du mélange de gaz dégagé et de le nettoyer après 20 chaque opération. Selon un perfectionnement, la cellule et l'enveloppe souple sont reliées par un second conduit de communication, qui est muni d'un circulateur de gaz. Quand cette disposition est présente, il est possible d'établir une circulation de gaz entre la cellule et l'enveloppe souple, afin d'homogénéiser la composition des gaz émis. 25 Selon encore un autre perfectionnement, le dispositif comprend un conduit d'entrée débouchant dans l'enceinte et s'ouvrant après passage dans un second compteur volumétrique sur le milieu à pression constante. Le conduit de sortie et le conduit d'entrée sont munis de soupapes anti-retour de sens opposés entre l'enceinte et le milieu à pression constante. Cette disposition permet de comptabiliser une 30 consommation de gaz interne à l'essai en cours dans l'enceinte, conduisant à une 3037648 4 réduction du volume de l'enveloppe souple, qui est alors mesurée par le second compteur. L'enveloppe souple est avantageusement en matière non étirable, afin de garantir que son contenu reste à pression constante. Elle peut aussi être pourvue, 5 notamment dans ce cas, d'un conduit d'exutoire débouchant dans l'enceinte et muni d'une soupape à seuil de pression d'ouverture, afin d'empêcher son éclatement en cas de remplissage complet, le gaz émis en excès étant alors déchargé dans l'enceinte. L'invention sera maintenant décrite en liaison à la Figure, qui en développent les différents aspects, caractéristiques et avantages, pour un mode de 10 réalisation purement illustratif ; cette Figure est une vue d'ensemble des principaux éléments du dispositif. Un échantillon 1 devant produire du gaz est enfermé dans une cellule 2 munie d'un couvercle d'accès 3. L'intérieur de la cellule 2 est relié à une baudruche 4, qui est une enveloppe souple, par un premier tuyau 5 et un second tuyau, parallèle au 15 premier et composé de deux parties 6 et 7 séparées par un circulateur 8. La baudruche 4 est contenue dans une enceinte 9, qui peut être un caisson étanche, aussi muni d'un couvercle d'accès 10. La paroi du couvercle d'accès 10, ou d'une autre partie de l'enceinte 9, peut être transparente. La baudruche 4 communique avec l'intérieur de l'enceinte 9, mais seulement par l'intermédiaire d'un conduit d'évacuation 11, muni d'une soupape 20 conçue pour s'ouvrir en cas de surpression importante de l'intérieur de la baudruche 4 par rapport à celui de l'enceinte 9 et rester fermée le reste du temps. Une grille 12 divise l'intérieur de l'enceinte 9 en deux compartiments communiquant entre eux ; la baudruche 4 est placée dans le compartiment supérieur ; un conduit de sortie 13 et un conduit d'entrée 14 débouchent dans le compartiment inférieur. Le conduit de sortie 13 25 est muni d'une soupape 15, permettant seulement la sortie du contenu de l'enceinte 9 vers l'extérieur, ainsi que d'un compteur volumétrique 16, mesurant le débit passant par le conduit de sortie 13, alors que le conduit d'entrée 14 est muni d'une soupape 17, autorisant seulement la rentrée de gaz extérieur dans l'enceinte 9, et d'un autre compteur volumétrique 18. La totalité du circuit interne communiquant avec l'intérieur 30 de la baudruche 4, et comprenant la cellule 2, le premier tuyau 5 et le second tuyau 3037648 5 composé des parties 6 et 7 et du circulateur 8, est étanche aux gaz à tout moment. De même, le circuit communiquant avec l'intérieur de l'enceinte 9 et comprenant le conduit de sortie 13 et le conduit d'entrée 14 est étanche au gaz lorsque les soupapes 15 et 17 sont fermées et ainsi bouchent lesdits conduits 13 et 14. Les compteurs volumétriques 16 5 ou 18 pourraient être complétés ou remplacés par des débitmètres. On a représenté ici un système communiquant à l'air libre par les conduits 13 et 14. Le système pourrait aussi communiquer à un autre volume dans lequel une pression définie serait régulée. La cellule 2 peut disposer d'orifices permettant de réaliser des 10 prélèvements, des dilutions, des évacuations, des mesures sur les gaz ou une sollicitation électrique, thermique ou mécanique sur l'échantillon 1. Quand une réaction émissive de gaz a lieu dans l'échantillon 1, une partie du gaz émis gonfle la baudruche 4. L'intérieur de l'enceinte 9 reste à pression uniforme, et le même volume que le volume de gonflage de la baudruche 4 en est chassé 15 par le conduit de sortie 13, où il est mesuré par le compteur volumétrique 16. Le circulateur 8 sert à homogénéiser la composition du gaz à tout moment, entre le réacteur 2 et la baudruche 4. La baudruche 4 est choisie pour posséder un volume de remplissage plus grand que le volume estimé d'émission des gaz. Si toutefois un volume plus important était produit, une surpression apparaîtrait immédiatement, puisque la 20 baudruche 4 est en matière non extensible, et l'excès de gaz serait relâché dans l'enceinte 9 par l'exutoire 11. Le conduit d'entrée 14 permet de maintenir encore la pression dans l'enceinte 9 à la valeur ambiante, si l'émission du gaz est remplacée par une absorption et que le volume de la baudruche 4 diminue. REVENDICATIONS1) Dispositif de mesure de volumes d'émanation de gaz issu d'un échantillon (1), comprenant une cellule (2) dans laquelle le gaz est émis, une enveloppe souple (4) reliée à la cellule par un conduit de communication (5), une enceinte (9) contenant l'enveloppe souple, un conduit de sortie (13) débouchant dans l'enceinte (9) et s'ouvrant sur un milieu à pression constante, et un compteur de gaz (16) sur le conduit de sortie muni d'une soupape anti-retour (15) autorisant seulement la sortie du gaz. 2) Dispositif de mesure de volumes d'émanation de gaz suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit d'entrée (14) débouchant dans l'enceinte et s'ouvrant sur le milieu à pression constante, et un second compteur de gaz (18) sur le circuit d'entrée, le conduit d'entrée étant muni d'une soupape (17) antiretour autorisant seulement l'entrée de gaz dans l'enceinte. 3) Dispositif de mesure de volumes d'émanation de gaz suivant l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la cellule (2) et l'enveloppe souple (4) sont reliées par un second conduit de communication (6, 7), qui est muni d'un circulateur (8) de gaz. 4) Dispositif de mesure de volumes d'émanation de gaz suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'enveloppe souple (4) est en matière non étirable. 5) Dispositif de mesure de volumes d'émanation de gaz suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'enveloppe souple est munie d'un conduit d'évacuation (11) débouchant dans l'enceinte et muni d'une soupape à seuil de pression d'ouverture. 6) Dispositif de mesure de volumes d'émanations de gaz suivant l'une quelconque des revendication 1 à 5, caractérisé en ce qu'un circuit interne du dispositif, comprenant la cellule (2) et le conduit de communication (5) communiquant avec l'intérieur de l'enveloppe souple (4) est en totalité et à tout moment étanche aux gaz. 7) Dispositif de mesure de volumes d'émanations de gaz suivant l'une quelconque des revendications 2 et 6, caractérisé en ce qu'un circuit du dispositif 3037648 7 communiquant avec l'intérieur de l'enceinte (9) et comprenant les conduits d'entrée (14) et de sortie (13) est étanche au gaz lorsque les soupapes anti-retour (15, 17) sont fermées. 8) Dispositif de mesure de volumes d'émanations de gaz suivant l'une 5 quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'un couvercle (10) de l'enceinte (9) ou une autre partie de l'enceinte (9) est une paroi transparente. 9) Dispositif de mesure de volumes d'émanations de gaz suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le compteur de gaz (16) ou (18) consiste en un capteur volumétrique et/ou un débitmètre. 10 10) Dispositif de mesure de volumes d'émanations de gaz suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le milieu à pression constante est l'air libre ou un dispositif permettant de réguler une pression définie. 11) Dispositif de mesure de volumes d'émanations de gaz suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la cellule (2) peut disposer 15 d'orifices permettant de réaliser des prélèvements, des dilutions, des évacuations, des mesures sur les gaz ou une sollicitation électrique, thermique ou mécanique sur l'échantillon (1).