Brevet FR2175892A1 — publié le 19731026

La présente invention concerne un déshydrateur à régénération, en particulier pour sécher un gaz qui a été comprimé à une pression élevée dans un compresseur. Le compresseur est équipé d'un rotor monte dans un carter et se composant d'une substance ayant des propriétés hygroscopiques,traversée par un grand nombre de canaux, de préférence parallèles. Ces canaux sont agencés de manière qu'à deux endroits différents du rotor ils soient parcourus par le gaz à sécher, appelé dans le présent mémoire gaz sous pression ou gaz utile, ainsi que par un gaz chauffé destiné à la régénération du rotor, ledit gaz étant également appelé gaz régénérateur.L'invention sera décrite ci-après dans son application a la déshydratation de l'ai:^, notamment de l'air surcomprim# bien qu'elle n'y soit pas limitée. Selon une conception connue d'un déshydrateuc pour gaz comprimé ou d'un déshydrateur dit à haute pression l'air régénérateur circule en circuit fermé entre un réchauffeur, les canaux et un condenseur dans lequel l'air régénérateur absorbe l'humi- dité de la substance du rotor et lui redonne ainsi son pouvoir déshydrateur.Etant donné que l'air régénérateur est constitué par une tartie relativement importante de la quantité totale d'air circulant dans Sitappareil, il est très important, du point de vue du fonctionnement du compresseur, que l'air régénérateur circule dans :'installation et qu'il ne s'échappe pas dans l'atmosphère ambiante après avoir régénéré la substance du rotor. La présente invention a pour objet de déshydrater l'air régénérateur avec un minimum de chute de pression dans l'appareil, avec un cordensateur de petite dimension et à peu de frais. On y parvient en utilisant un condenseur comprenant un corps de contact se composant d'éléments formant entre eux des canaux traversant le corps de part en part qui sont parcourus en même temps par le gaz régénérateur et de l'eau de refroi pissement pompée à une pression équffivalant à celle du gaz comprimé. Le rotor se compose de préfé:#ence de couches plates et ondulées alternées qui sont enroulées les unes autour des autres ou appliquées d'une autre manière près les unes des autres de manière que la section du rotor soit entièrement occupée par des canaux axiaux disposés côte à côte. Avanta- geusement, les couches peuvent être en une matière non métal lique ininflammable telle que l'amiante qui est imprégnée de manière à lui donner la résistance nécessaire à l'état humide et qui est enduite ou imprégnée d'une substance hygroscopi que telle qu'un sel, par exemple le chlorure de lithium. tes entrées et les sorties réservées à l'air utile et à l'air régénérateur se trouvent sur les côtés plats du rotor cylin drique et pour diriger les divers courants d'air sur certains trajets, des bandes d'étanchéité sont disposées à la périphé rie et/ou autour du moyeu du rotor. Des corps d'échange pour déshydrateurs ou échangeurs d'humidité de ce type sont connus et décrits, par exemple, dans les brevets suédois n0 206 020 et n0 225 182. Selon une autre caractéristique essentielle de l'invention, les bandes d'étanchéité sont perforées et sont reliées du coté postérieur à des conduits d'écoulement commu niquant avec un canal parcouru par le gaz régénérateur et dans lequel est maintenue une plus faible pression que dans la sor tie du gaz utile déshydraté.Ainsi, l'air régénérateur humide ne peut pas se mélanger avec l'air utile déjà séché. En particulier, du côté où le gaz utile entre et le gaz régénérateur sort du rotor, la substance dudit rotor con tient provisoirement des quantités d'humidité relativement grandes. On a constaté que l'eau peut s'accumuler dans les couches dont les canaux se terminent en regard des bandes d'é tanchéité en une quantité telle que les bandes d'étanchéité perdent leur rigidité et la substance "suinte" respectivement, c'est-à-dire que l'eau libre s'écoule des couches avec le sel hygroscopique à l'état dissous. ta présente invention a éga lement pour objet de surmonter cet inconvénient en disposant des bandes d'étanchéité le long de la périphérie et/ou autour du moyeu du rotor en regard de canaux disponibles dans la sub stance en alignement correspondant, lesdits canaux se terminant de l'autre côté du rotor dans la sortie du gaz utile séché, de sorte que le gaz utile peut s'écouler dans lesdits canaux et qu'une accumulation gênante de l'humidité dans les canaux est empêchée. Le rotor comporte deux zones séparées, lesdites zones étant reliées aux entrées et aux sorties pour sécher le gaz utile dans une zone et pour régénérer la substance dans l'autre zone au moyen du gaz régénérateur préalablement chauffé par un réchauffeur.Selon une autre de ses caractéristiques, l'invention se propose d'accroître le pouvoir dessiccateur de l'appareil en prévoyant dans le rotor une troisième zone au voisinage de la zone de régénération de manière qu'un courant gazeux passant dans cette troisième zone soit à la fois séché et préalablement chauffé par la chaleur de régénération absorbée par la substance avant que le gaz passe par une sortie dans le réchauffeur et de là dans la zone de régénération. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 représente en perspective un déshydrateur selon l'invention, des parties étant en coupe pour plus de clarté la figure 2 représente un distributeur disposé sous le rotor, les éléments de liaison étant représentés en perspective et à une échelle légèrement plus grande la figure 3 est une coupe d'une partie de ce distributeur du rotor suivant la ligne 3-3 de la figure 2 à encore plus grande échelle ; et la figure 4 est une vue en perspective d'un distributeur situé à l'extrémité supérieure du rotor, ledit distributeur étant représenté à grande échelle. Sur les dessins, le numéro de référence 10 désigne le carter cylindrique orienté verticalement de l'appareil et le numéro de référence 12 désigne un couvercle supérieur qui est fixé au carter d'une manière amovible par des vis 14. Dans la partie supérieure du carter est logé un rotor désigné d'une façon générale par 16, aux extrémités inférieure et supérieure duquel se trouvent des distributeurs désignés d'une façon générale par 18 et 20. te rotor 16 tourillonne autour d'un axe vertical et est maintenu en position fixe entre les deux distributeurs 18 et 20. te rotor est constitué de préférence par des cou ches plates et ondulées 22, 24 qui sont enroulées hélicoi- dalement autour du moyeu du rotor, les ondulations se prolon geant axialement de manière que le rotor soit entièrement traversé par des canaux axiaux débouchant dans les distribu teurs mais latéralement séparés les uns des autres. Les spi res individuelles peuvent être réunies par un liant tel qu'un verre soluble. L'écartement des couches plates 22 qui peut être déterminé par la hauteur des ondulations des couches in termédiaires 24 peut être inférieur à 3 mm et est de préférence d'environ 1,5 mm. tes couches sont en une matière telle que l'amiante qui est fibreuse ou poreuse tout en étant inin flammable.Afin de donner au rotor un pouvoir d'absorption de l'humidité, les couches sont imprégnées ou recouvertes d'une substance hygroscopique qui peut être constituée entièrement ou en partie par un sel soluble dans l'eau, par exemple le chlorure de lithium. On recouvre les couches d'amiante d'une substance insoluble dans l'eau telle que le silicate de calcium ou le bioxyde de silicium pour leur donner une bonne résistance à l'état humide. Des corps d'échange d'humidité de ce type sont décrits plus en détail dans les brevets sué- dois précités. te rotor est mis en rotation à une faible vitesse, par exemple quelques tours par heure, et dans ce cas il peut être entraîné par un servomoteur 26 (figure 2) fixé au distributeur inférieur 18 et comprenant, comme on le sait en pratique, un piston à mouvement alternatif dont les mouvements sont trans fériés, par 11 intermédiaire de bielles 28 à une plaque dentée 30 qui est assujettie à l'axe du rotor. te servomoteur 26 peut être actionné par l'air comprimé à sécher dans l'appareil.Le distributeur inférieur 18 est fixe et est supporté par une bride annulaire 32 fixée à la face interne du carter 10. te distributeur 18 se compose d'un élément annulaire 34, d'un moyeu 36, de rayons8 reliant ledit élément audit moyeu et qui sont au nombre de quatre régulièrement répartis autour de la périphérie. L'élément annulaire 34 a une section en U et sa partie supérieure est recouverte d'une bande annulaire 40 en "bakélite" ou autre matière ayant un faible coefficient de frottement. La bande 40 dont une partie de la périphérie est découpée, comme on le voit sur la figure 2, comporte des perforations 42 sous la forme de fentes ou de trous ronds qui débouchent à l'intérieur de l'élément annulaire 34.A l'ex- trémité inférieure plate, les couches externes 22, 24 du rotor 16 reposent sur la bande d'étanchéité 40 et dépassent radialement les perforations 42. te moyeu 36 peut aussi avoir la forme d'une barre creuse dont l'extrémité supérieure est recouverte par une bande 44 dont la périphérie présente des perforations 46. tes couches radialement les plus internes 22, 24 du rotor 16 reposent sur cette bande qui est en une même matière que la bande 42. Bien que trois des quadrants 48, 50, 54 du distributeur 18 soient entièrement ouverts entre les éléments qui les délimitent, le quatrième quadrant 56 présente un fond 58 (figure 2) percé d'un trou 60. Le distributeur supérieur est également immobile et est fixé au couvercle 12 à l'encontre d'une rotation. Le distributeur 20 comporte un collier supérieur annulaire 62 en caoutchouc ou matière analogue dont la partie supérieure est en contact étanche avec le couvercle 12 et dont la partie inférieure est supportée par une plaque 64 sur laquelle est disposé concentriquement un capuchon 66 à l'intérieur du collier. L'extérieur de ce capuchon peut être recouvert d'une couche calorifuge 68. Il présente une ouverture centrale 70 dans laquelle s'ajuste un tube 72 d'une manière étanche. A une certaine distance vers l'extérieur est disposée une enveloppe 74 entourant ledit tube et fermée à sa partie supérieure, ladite enveloppe communiquant avec l'espace annulaire 76 délimité par le collier 62 et le capuchon 66. Un élément chauffant 78, de préférence sous la forme dfun radiateur électrique est disposé dans l'espace compris entre le tube 72 ouvert à son extrémité supérieure et ladite enveloppe 74, ledit réchauffeur étant relié à un circuit d'alimentation par des conducteurs électriques 80. Au-dessous du collier 62 se trouve une plaque distributrice 80 couvrant sensiblement la moitié de l#ériphérie et séparée par des parois radiales 82, 84 et 86 en deux secteurs 88, 90 sensiblement de même dimension, le secteur 88 étant axialement en regard du secteur 48 et le secteur 90 étant en regard du secteur 56 du distributeur inférieur 18. Le reste de la périphérie de l'extrémité supérieure du rotor 16 communique librement avec l'espace 92 au-dessous du cou- vercle 12 et avec l'espace annulaire 94 entourant le rotor audessus de la bride de séparation 32. Pour obtenir les courants de circulation désirés à travers le rotor, les secteurs 88, 90 communiquent librement avec les canaux du rotor leur faisant face. Ainsi, l'air régénérateur, qui sera décrit plus en détail ci-après, peut monter dans tout le secteur par les canaux pour passer ensuite par une ouverture 96 de la plaque supérieure 64 vers le radiateur 78, comme indiqué par les flèches 98, 100, 102 et 104. Après le chauffage de l'air régénérateur à la température désirée, il descend dans le tube 72 à l'intérieur du capuchon 66, passe par une ouverture 106 de la plaque 64 dans le secteur 90 comme indiqué par les flèches 108, 110, 112 et 114. L'air régénérateur chauffé descend dans le quadrant du rotor situé entre le secteur 90 du distributeur supérieur et le secteur 56 du distributeur inférieur. L'air à sécher provient d'un compresseur représenté schématiquement en 116 à l'état surcomprimé voulu, par exemple à 8-10 kp/cm par une conduite 118 pour entrer dans la partie inférieure du carter 10. Dans cette partie inférieure se trouve un condenseur, désigné d'une façon générale par 120, et se composant de préférence de couches qui forment entre elles des canaux le traversant de part en part dans le sens ver tical. Toutes les couches peuvent être ondulées et disposées de manière que les crêtes des ondulations des couches adjacentes se touchent. Les ondulations peuvent former un angle relativement prononcé par rapport à la verticale.Les couches peuvent se composer d'une matière fibreuse non métallique minérale, telle que l'amiante, dont la résistance à l'état humide a été améliorée par un traitement approprié. tes ondulations peuvent avoir une hauteur de 7 à 12 mm. Lesdites couches peuvent former à leur partie inférieure des crêtes 122 qui simplifient l'égouttage de l'eau provenant de la partie supérieure. Des corps de contact de ce type sont décrits, par exemple, dans le brevet suédois n0 180 835. Le condenseur 120 est divisé par une paroi cylindrique 126 en une zone interne 128 et en une zone externe 130. Au-dessus de ces zones se trouvent des réservoirs 132, 134 dont les fonds sont percés. Ces réservoirs peuvent être alimentés individuellement en eau de refroidissement par un conduit d'alimentation commun approprié 136 relié à une pompe non représentée. Le conduit 136 comporte un tube de branchement 138 se terminant dans le réservoir interne 132 et un tube de branchement 140 comportant un robinet 142 et se terminant dans le réservoir externe 134. Entre l'extrémité supérieure des corps de contact 128, 130 et les réservoirs 132, 134 se trouve un intervalle à travers lequel l'air qui monte passe dans un séparateur annulaire 144 destiné à le débarrasser des gouttelettes d'eau. Ce séparateur peut être constitué par des couches de la même manière que le condenseur 120. L'air frais qui vient autre comprimé et qui entre par la conduite 118 descend le long d'un intervalle 146 entre le condenseur 120 et le carter 10 pour remonter ensuite dans la zone externe 130 du condenseur, comme l'indiquent les flèches 148, 150. L'air comprimé dont la teneur en humidité est élevée et qui est à une température, par exemple de 1000C ou plus, est refroidi et séché pendant qu'il monte dans la zone 130 du condenseur en contact direct avec l'eau de refroidissement qui, selon les conditions extérieur#es, peut être à température comprise entre 5 et 300C, par exemple.Au cas où l'air comprimé, comme c'est le cas dans les installations existantes, a déjà passé dans le condenseur, il peut être avantageux de sécher et de refroidir l'air dans le condenseur 120 et, dans ce cas, l'eau de refroidissement n'est pas admise dans le réservoir externe 134. Lorsque l'air régénérateur passe dans la zone de régénération du rotor 16 entre les deux secteurs 90 et 56 des distributeurs 20 et 18, respectivement, il absorbe l'humidi- té absorbée par la substance du rotor et atteint lui-m8me une forte teneur en humidité.L'air régénérateur s'échappe du secteur inférieur 56 par l'ouverture 60 de la plaque inférieure 58 du distributeur 18, par un flexible 154 relié à ladite ouverture, le flexible aboutissant dans la zone interne 128 du condenseur à son extrémité inférieure afin que l'air monte entre les couches du corps de contact comme indiqué par les flèches 156 pour qu'il soit refroidi et séché par l'eau de refroidissement provenant d'enhaut.tes deux courants d'air, c'est-à-dire l'air frais et l'air régénérateur, sont alors mélangés dans une chambre 152 formée entre le rotor 16 et le condenseur 120 avant d'entrer dans le rotor. A cet égard, une partie de l'air mélangé passe dans le secteur du rotor 16 qui est délimité par les quadrants 48 et 88 des distributeurs, tandis que le courant d'air est séché à une faible teneur en humidité absolue et relative.Ce courant d'air passe ensuite en regard du radiateur 78, comme indiqué par les flèches 100, 102 et 104, afin de redescendre comme indiqué par les flèches 108, 110, 112 et 114 dans la zone de régénération du rotor, ladite zone étant délimitée par les quadrants supérieur et inférieur 90 et 56. La plus grande partie de l'air provenant du condenseur monte dans la zone du rotor 16 qui correspond aux quadrants 50 et 54 du distributeur inférieur 18 et à un secteur de même dimension du distributeur supérieur 20. Cette plus grande quantité d'air ou d'air utile est séchée à la faible teneur en humidité absolue et relative désirée et passe ensuite, comme indi qué par les flèches 158, 160 et 161 autour du rotor dans les espaces 92, 94 pour sortir par un conduit 162 qui l'achemine vers le lieu de consommation. Lorsque l'air régénérateur chaud descend dans la zone de régénération, la substance formant les couches du rotor est chauffée et, par suite, séchée. En faisant monter l'air destiné à la régénération le long des canaux du rotor dans un secteur particulier situé après le secteur de régénération, dans le sens de rotation du rotor indiqué par la flèche 164 (figure 4),cet air est non seulement séché mais également préchauffé pendant le refroidissement des couches du rotor. Ces deux étapes ont pour effet global de sécher l'air utile à une très faible teneur en humidité tout en permettant d'obtenir simultanément un bon rendement thermique. La résistance que le condenseur 120 oppose à l'écoulement de l'air est très inférieure à celle par exemple d'un condenseur à tubes ayant des parois individuelles pour les deux milieux. Par suite, l'air régénérateur peut circuler dans le déshydrateur avec un minimum de perte de charge. La circulation est provoquée par une soufflante 166 entraînée par un moteur 168 et placée dans l'ouverture 60 du fond du secteur de régénération 56, ladite ouverture communiquant avec le côté aspiration de la soufflante. Afin d'éviter un mélange de courants d'air de compositions différentes, il est prévu des éléments d'étanchéité entre le rotor 16 et les distributeurs inférieur et supérieur 18 et 20, respectivement. Comme on l'a décrit plus haut, des bandes d'étanchéité 56, 40 sont placées autour du moyeu et de la périphérie externe du distributeur 18 et les bras ou rayons 38 limitant le secteur 56 sont également recouverts de bandes d'étanchéité 170, 172.Des bandes d'étanchéité recouvrent le sommet des parois délimitant le secteur 90. tes parties périphériques externes et internes, respectivement, des canaux axiaux du rotor 16 qui, pendant la rotation sont en regard de ces bandes d'étanchéité, sont isolées, dans les formes de réalisation antérieures, des courants d'air passant dans le rotor et, par suite, l'humidité peut s'accumuler dans ces parties et provoquer une diminution de la rigidité de la substance des couches du rotor. En outre, il peut arriver que l'eau soit absorbée par le sel hygroscopique dans une mesure telle qu'elle "suinte", ce qui signifie que l'eau est présente en une quantité telle qu'elle ne peut plus être retenue par la substance des couches. Dans les formes de réalisation connues, cet inconvénient est éliminé grâce à la présence des perforations 42, 46 ménagées dans les bandes inférieures d'étanchéité. En outre, l'air est continuellement aspiré dans le secteur 56 et grâce à la soufflante 166, ce secteur est soumis à une légère dépression par rapport à l'atmosphère ambiante. A cet effet, des ouvertures 174, 176 sont ménagées dans le moyeu 36 et dans la barre 34 en U, respectivement. Cette forme de réalisation a encore l'avantage d'empocher l'air régénérateur très humide, qui même en de faibles quantités entraverait apparemment les possibilités de séchage de l'air utile, de se mélanger avec ledit air utile après régénération. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, le condenseur peut être constitué par des barres ou éléments analogues d'une manière connue. EEVENDIC AT 10 NS 1. Déshydrateur à régénération pour gaz comprimé comportant un rotor disposé dans un carter et constitué par une substance ayant des propriétés hygroscopiques formant des canaux traversant le rotor de part en part, lesdits canaux d'une zone de séchage et d'une zone de régénération étant parcourus par un gaz utile et un gaz régénérateur respectivement, le gaz régénérateur circulant en circuit fermé entre un réchauffeur, les canaux de la zone de régénération et un condenseur, déshydrateur caractérisé en ce que le condenseur est constitué par un corps de contact formé d'éléments délimitant entre eux des canaux traversant le corps de part en part et disposés de manière à être parcourus par le gaz régénérateur et de l'eau de refroidissement pompée à une pression équivalant à celle du gaz comprimé. 2. Déshydrateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condenseur est divisé en deux zones dont l'une est traversée par le gaz régénérateur et l'autre par un gaz comprimé frais entrant dans le déshydrateur. 3. Déshydrateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux zones comportent des entrées séparées pour le gaz régénérateur et pour le gaz frais avec une sortie commune qui communique avec la zone de séchage du rotor. 4. Déshydrateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'eau de refroidissement est introduite dans la ou les zones du condenseur par un tube placé au-dessus de ce dernier, le tube étant séparé du corps de contact d'un intervalle qui communique avec un séparateur destiné à éliminer les gouttelettes d'eau entraînées par le courant gazeux. 5. Déshydrateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le condenseur est constitué par des couches essentiellement parallèles. 6. Déshydrateur à régénération comportant un rotor disposé dans un carter et constitué par une substance formant des canaux qui le traversent de part en part et ayant des propriétés hygroscopiques, deux zones séparées comportant des entrées et des sorties sur les deux cotés plats du rotor à la fois pour le gaz utile et le gaz régénérateur, des bandes d'étanchéité étant disposées entre les deux zones, déshydrateur caractérisé en ce que lesdites bandes sont percées et reliées par leurs faces postérieures à des conduits d'écoulement qui communiquent avec le canal parcouru par le gaz régénérateur, ledit canal étant soumis à une plus faible pression que celle régnant dans la sortie du gaz utile séché. 7. Déshydrateur selon-la revendication 6, caractérisé en ce que les bandes placées autour de la périphérie ou du moyeu du rotor ou des deux sont en regard des canaux de la substance se trouvant sur les rayons correspondants, lesdits canaux se terminant de l'autre côté du rotor par des sorties destinées au gaz utile séché de façon que ce dernier passe par ces canaux et qu'une quantité gênante d'humidité ne puisse pas s'accumuler dans ces derniers. 8. Appareil destiné à déshydrater un gaz, éventuellement surcomprimé, comportant un rotor logé dans un carter et se composant d'une substance ayant des propriétés hygroscopiques formant des canaux le traversant de part en part, qui dans deux zones séparées du rotor sont reliés à des entrées et des sorties pour sécher le gaz utile dans une zone et pour régénérer la substance dans l'autre zone au moyen d'un gaz régénérateur préchauffé par un réchauffeur, appareil caractérisé en ce que le rotor comporte une troisième zone située près de la zone de régénération de manière que le gaz circulant dans cette troisième zone soit préchauffé par la chaleur de régénération absorbée par la substance avant qu'il passe par une sortie pour atteindre le réchauffeur et passer ensuite dans la zone de régénération. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les entrées du rotor dans la zone de séchage et dans la troisième zone communiquent entre elles. 10. Appareil selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'un intervalle concentrique entre le rotor et le carter communique avec la sortie réservée au gaz utile séché.