EP0578295B1 - Système destiné à la mesure de l'efficacité des installations de récupération de vapeurs d'hydrocarbures utilisées sur les stations service - Google Patents

Description

• L'invention concerne un système et appareillage destinés à la mesure de l'efficacité des installations de récupération de vapeurs d'hydrocarbures utilisées sur les stations-service.
• Afin de supprimer ou limiter des émissions de vapeurs d'hydrocarbures qui sont normalement émises dans l'atmosphère environnant durant un remplissage des réservoirs de véhicules automobiles, il existe plusieurs principes et procédés différents de mise en place de dispositifs de captations et de recyclage des vapeurs vers des citernes de stockage.
• La présente invention prévoit que le matériel peut aisément être transporté sur le site aux fins de contrôle du fonctionnement des distributeurs de carburant munis de récupération de vapeur.
• On connait des distributeurs de carburant qui sont équipés de récupérateurs intégrés dans des pistolets de distribution par où le gaz est, soit aspiré au moyen d'une pompe, soit refoulé par une légère surpression créée dans le réservoir par l'apport de liquide qui déplace le gaz vers l'ouverture.
• La législation prévoit de faire usage de matériel de mesure et de contrôle spécifique destinés à ces opérations et pour assurer leur fonctionnement correct.
• La législation va demander par règlement un rendement ou efficacité des récupérations minimum : c'est-à-dire que l'on exigera par exemple que 80 % des vapeurs normalement dispersées dans l'atmosphère soient récupérées et conduites vers la citerne souterraine d'où provient le liquide délivré.
• On peut définir deux types de tels rendements ou efficacités :
• Volumétrique, c'est-à-dire obtenu par la comparaison du volume de gaz refoulé au volume de liquide délivré. Les mesures permettant de déterminer ce rendement sont en général assez faciles, mais ne tiennent pas compte de la quantité réelle d'hydrocarbure récupéré, de l'air excédentaire pouvant être aspiré à la place des gaz hydrocarbures.
• Massique, c'est-à-dire obtenu par la comparaison de la masse des hydrocarbures récupérés mélangés avec de l'air à la masse des hydrocarbures mélangés avec de l'air qui se seraient échappés vers l'atmosphère en absence de système de récupération.
  Les mesures permettant de déterminer ce type d'efficacité "massique" sont beaucoup plus délicates à réaliser et exigent la présence d'un matériel assez sophistiqué.
• En effet, le procédé qui consiste à vérifier un rendement massique nécessite une opération de pesée, il faut :
• Capter et aspirer la totalité des hydrocarbures mélangés avec de l'air qui s'échappent d'un goulot de remplissage du véhicule durant un plein effectué avec un pistolet traditionnel, les faire s'écouler à travers une cartouche à charbon actif pour les piéger puis effectuer une pesée différentielle de l'ordre de 60 g d'hydrocarbure capté sur une masse de l'ordre de 20 Kg d'enveloppe contenant le filtre de carbone. On détermine ainsi l'émission d'hydrocarbures dite "de base".
• Répéter la même opération en effectuant le plein avec le pistolet équipé d'un récupérateur et peser ce que ce pistolet n'a pas réussi à aspirer.
  On détermine ainsi l'émission d'hydrocarbure dite "restante". Les rendements massiques devant être de l'ordre de 80 %, on conçoit que cette dernière opération ne met en jeu qu'une faible masse d'hydrocarbure, de l'ordre de 10 g seulement.
• Il est évident qu'un tel procédé cause plusieurs inconvénients :
  Les gaz mélangés avec de l'air pouvant être hautement explosifs, tout le matériel, en particulier la cartouche à charbon actif doit pouvoir résister à une explosion d'où sa masse imposante.
  D'autre part, des arrêts de flamme doivent être insérés dans tous les circuits. Enfin, le charbon actif pouvant également retenir de l'humidité atmosphérique et les hydrocarbures normalement présents dans les environs des pompes à carburant il convient de faire usage d'une cartouche-témoin supplémentaire que l'on fait traverser par un débit d'air environnant afin de pouvoir effectuer une correction de masse par analyse de l'air.
  Ainsi, la méthode dite de mesure d'efficacité ou rendement massique pouvait seulement être employée, soit dans un laboratoire avec toutes les contraintes qui découlent de la présence d'un véhicule et de vapeurs explosives, soit dans un site aménagé à l'air libre avec présence d'une balance de haute précision que l'on doit maintenir à l'abri des intempéries.
  On connait également le brevet US-4138880 qui décrit un procédé et un dispositif pour mesurer la masse totale ou la proportion d'hydrocarbures émis au cours du remplissage d'un réservoir. Le dispositif comprend une boîte portant un pistolet. Un canal relie la boîte à un appareillage d'évaluation constitué d'un débitmètre et d'un appareil d'analyse de concentration, alimentés par une pompe, ainsi que d'un intégrateur. Les signaux de sortie du débitmètre et de l'appareil d'analyse sont recueillis par l'intégrateur qui délivre un signal représentatif de la masse d'hydrocarbure.
• C'est l'objet de l'invention de fournir un système plus exact de mesure qui vise à remédier aux inconvénients et qui peut être appliqué directement aux stations de service.
• Pour atteindre ce but, selon l'invention, le système de mesure d'un rendement des installations de récupération des vapeurs d'hydrocarbures pendant le remplissage d'un réservoir d'un véhicule, ledit système comportant au moins une boîte à l'intérieur de laquelle est logé un pistolet lequel peut être introduit dans un goulot du réservoir, et ladite boîte étant connectée par un canal à un dispositif d'évaluation desdites vapeurs d'hydrocarbures récupérées, est caractérisé en ce que le dispositif d'évaluation desdites vapeurs récupérées est un compteur de gaz suivi d'un diaphragme.
• La méthode selon l'invention permet également de mesurer l'efficacité ou rendement massique de récupération mais sans faire appel à une cartouche à charbon actif ni à une balance de précision.
  La présente invention prévoit que le matériel peut aisément être transporté sur le site aux fins de contrôle du fonctionnement des distributeurs de carburant munis de récupération de vapeur sans aucune précaution.
• D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description ci-dessous qui se réfère aux figures annexées sur lesquelles :
• la figure 1 est un schéma d'un système connu de l'art antérieur afin de mesurer l'émission de "base" ;
• la figure 2 est un schéma d'un système connu de l'art antérieur pour mesurer l'émission "restante" ;
• la figure 3 est un schéma d'un mode préféré de la réalisation d'un système selon l'invention et
• la figure 4 est un schéma d'un appareil inventif de mesure selon le principe montré dans la figure 3.
• Pour mieux expliquer l'invention et pour la comprendre plus facilement il faut regarder le procédé et le système de l'état technique.
• Sur la figure 1, on voit schématisé le principe de la mesure suivant l'art antérieur. Un pistolet traditionnel 1 remplit un réservoir 2 d'un véhicule dont une partie de la carrosserie 3 au voisinage d'un goulot 4 de remplissage est au contact avec une boîte ou sac 5 pouvant laisser passer par une ouverture 6 le pistolet 1 et la main d'un opérateur. La boîte 5 est munie de trous 7 pouvant laisser passer l'air ambiant 8 (comme indiqué par des flêches). Un bord en caoutchouc 9 est appuyé sur la carrosserie 3 et y fait étanchéité. La boîte 5 possède une connexion 10 qui met son intérieur en communication avec un filtre à charbon actif 11 et une pompe 12.
  L'air 8 ambiant est aspiré par les trous 7 lorsque la pompe 12 est mise en route et entraîne alors des vapeurs 13 (comme indiquées par les flêches) émises par le goulot 4 à travers la cartouche du filtre 11 où elles sont piégées. En pratique, pour un volume de carburant liquide fourni-par exemple 50 litres- on peut mesurer par pesée l'accroissement de masse de la cartouche 11 : 60 grammes par exemple. L'émission d'hydrocarbure de "base" sera alors de :

  

  
  Sur la figure 2, on voit schématisé un principe connu de la mesure durant la phase de détermination de l'émission "restante".
  Tous les éléments 1 à 13 sont presque identiques à ceux de la figure 1, seulement le pistolet 1 est cette fois muni d'une ouïe 14 d'aspiration des vapeurs qui retournent vers une cuve de stockage (non montrée) par un canal du type coaxial dans le tuyau flexible du pistolet 1.
  Dans ce cas, la quantité d'hydrocarbure piégé dans la cartouche 11 ne représente que ce que le pistolet 1 à récupération n'a pas réussi à capter durant le même remplissage (par exemple 12g au lieu de 60g). L'émission "restante" vaut alors :

  

  
  Le rendement ou efficacité est alors calculé :

  

  
  Sur la figure 3 on voit schématisé le montage inventif. Tous les éléments 1 à 13 sont identiques à ceux des figures 1 et 2, à l'exception de la cartouche à charbon actif 11 qui est remplacée par un dispositif de mesure comprenant :
• Un premier canal 16 dans lequel sont insérés un premier compteur de gaz 17 suivi d'une première restriction du type diaphragme 18 par lequel la pompe 12 aspire un mélange gazeux 19 à analyser (comme indiqué par une flêche).
• Un deuxième canal 20 dans lequel sont insérés un deuxième compteur de gaz 21 suivi d'une deuxième restriction du type diaphragme 22 identique au premier diaphragme 18 et qui est également connecté à la pompe à vide 12. Ce deuxième canal 20 aspire de l'air ambiant 8 (comme indiqué par une flêche).
• Du fait des masses volumiques différentes des gaz qui les traversent, les débits volumiques des compteurs 17 et 21 seront différents : le gaz chargé en hydrocarbures plus lourds que l'air éprouvera davantage de résistance à traverser le diaphragme 18 que l'air 8 qui traverse le diaphragme 22.
  Le deuxième compteur 21 tournera plus vite que le premier compteur 17.
  Durant la phase I de mesure (émission "de base"), la masse volumique des gaz qui traversent le circuit supérieur vaut ρ_base alors que le circuit inférieur est parcouru par l'air de masse volumique ρ₀ < ρ_base ^.
  Le rapport des débits volumiques mesurés par les compteurs 17 et 21 vaut cette fois :

  

  
  Durant la phase II de mesure (émission "restante"), la masse volumique des gaz qui traversent le circuit supérieur vaut toujours ρ_restant ≧ ρ₀ et le rapport des débits volumiques mesurés par les compteurs 17 et 21 vaut cette fois :

  

  
  Pour connaître maintenant les masses m₁ et m₂ des seuls hydrocarbures mélangés à l'air qui ont traversé le compteur 17 durant les mesures des phases I et II, il faut pouvoir effecteur les deux opérations d'intégration :

  

  
  dans lesquelles X_base et X_restant représentent chaque fois les fractions volumiques des hydrocarbures dans le mélange aspiré 19 et qui peuvent être déduites des deux relations suivantes. $$\begin{array}{c}\begin{array}{c}{\text{ρ}}_{\text{base}}{\text{= X}}_{\text{base}}{\text{ρ}}_{\text{HC}}{\text{+ (1 - X}}_{\text{base}}\text{) ρ₀}\\ {\text{ρ}}_{\text{restant}}{\text{= X}}_{\text{restant}}{\text{ρ}}_{\text{HC}}{\text{+ (1 - X}}_{\text{restant}}\text{) ρ₀}\end{array}\end{array}$$

  

  dans lesquelles ρ_HC représente la masse volumique de la vapeur d'hydrocarbure pur.
  ρ_HC est à priori inconnue mais constante durant les deux opérations de mesure qui se succèdent d'où :

  

  
  L'efficacité ou rendement R est alors défini par :

  

  
  expression indépendante des masses volumiques ρ₀, ρ_HC.
• Les débits q_v étant aisément traduisibles en fréquences proportionnelles F, il suffit pour automatiser le système de mesure d'effectuer des opérations du type :

  

  
  au moyen de petits calculateurs et d'afficher la valeur intégrée.
• Notons quelques particularités du procédé :
• On n'a pas accès direct aux masses m₁ et m₂ puisque ρ_HC est à priori inconnue, mais seulement à leur rapport
  
  qui détermine le rendement R ou efficacité.
• Si l'on veut en outre connaître les masses d'hydrocarbures entraînées par le flux gazeux, il faut accéder à la valeur de l'expression

  

  
  ρ₀ concerne l'air ; sa valeur est calculable ou mesurable avec un densimètre à gaz et vaut environ 1,2 kg/m³.
• ρ_HC concerne l'hydrocarbure pur ; sa valeur est également mesurable avec un densimètre mais il est possible d'avoir rapidement une valeur approchée puisque

  

  
  se résume à

  

  
  approximativement avec M_HC ≃ 65g/mole en hiver, d'où

  

  
  M_HC ≃ 67g/mole en été, d'où

  
• Le temps d'intégration ne joue aucun rôle s'il dépasse la durée d'émission des vapeurs. En effet, si la mesure est poussée trop loin dans le temps F₁ et F₂ tendent tous deux vers F₀ (aspiration d'air pur) et l'intégration correspondante est nulle.
• Une correction pour tenir compte de l'humidité ambiante est effectuée automatiquement.
• Comme le montre la figure 4, un des modes possibles de la réalisation d'un système inventif selon lequel la figure 3 comporte des compteurs 17 et 21 de préférence du type à piston rotatif et munis d'émetteurs des signaux F et Fo d'impulsions. Ils fournissent par exemple l'impulsion pour 10 cm³ de gaz compté. Les signaux Fo et F sont transmis à un petit calculateur 23 et puis à un intégrateur afficheur 24. Les deux diaphragmes 18, 22 seront identiques pour laisser passer par exemple 50 l de gaz par minute avec une perte de charge (vide élaboré par le détendeur 25) de l'ordre de 50 mbar.
  Des moyens d'un réglage fin par robinets permettent d'ajuster les circuits de manière à avoir au départ la même fréquence d'émission lorsque les deux compteurs 17 et 21 aspirent tous deux de l'air ambiant.
  Il est évident, que la premier canal 16 est directement rattaché à la connexion 10 d'une boîte 5 comme montré dans la figure 3.
  On conçoit qu'un tel ensemble, ne faisant appel qu'à du matériel robuste et éprouvé, puisse être monté sur un châssis pour être facilement transportable, sans précaution, pour test sur site.
• Une caractéristique du procédé de mesure avec le sujet inventif est le remplacement d'une pesée par une mesure de débit massique par l'association de deux appareils de mesure : compteur et voludéprimomètre à diaphragme qui fournissent d'une manière indirecte des valeurs des masses volumiques ρ_base et ρ_restant.
  Leur mesure directe par un densimètre à gaz permettrait donc d'obtenir le même résultat cherché. Ainsi pour ne pas donner au procédé un caractère limitatif, l'invention prévoit aussi de pouvoir être mis en oeuvre par l'emploi de densimètre associé à un compteur volumétrique.
  En mesurant la masse volumique de l'air ρ₀ puis durant les deux opérations successives ρ_base et ρ_restant et en intégrant chaque fois

  

  
  On obtient le même résultat:

  

Claims (4)

1. Système de mesure du rendement des installations de récupération des vapeurs d'hydrocarbures pendant le remplissage d'un réservoir (2) d'un véhicule, ledit système comportant au moins une boîte (5) à l'intérieur de laquelle est logé un pistolet (1) lequel peut être introduit dans un goulot (4) du réservoir (2), et ladite boîte étant connectée par un canal (10) à un dispositif (11, 17, 21) d'évaluation desdites vapeurs d'hydrocarbures récupérées, caractérisé en ce que le dispositif d'évaluation desdites vapeurs récupérées est un compteur de gaz (17, 21) suivi d'un diaphragme (18, 22).
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système comporte, en plus du canal (16) qui connecte la boîte au dispositif d'évaluation des vapeurs et qui est utilisé pour aspirer un mélange gazeux d'hydrocarbures et d'air, un deuxième canal (20) qui est utilisé pour aspirer de l'air ambiant et qui comporte un compteur de gaz (17, 21) et un diaphragme identiques à ceux du premier canal.
3. Système selon la revendication 2 caractérisé en ce que chaque compteur de gaz (17, 21) est muni d'un émetteur d'impulsions.
4. Système selon la revendication 3 caractérisé en ce que chaque compteur de gaz (17, 21) est d'un type à piston rotatif.

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