Brevet FR2334404A1 — publié le 19770708

La présente invention concerne le séchage de gaz et en particulier celui de l'air comprimé. Elle se rapporte notamment à un procédé et un dispositif perfectionnds pour la régéndration des masses servant à ltélimination de l'humidité du gaz trait4. La technique du séchage de gaz est bien connue et appliquée dans de nombreuses branches de l'industrie. Elle implique le plus souvent l'utilisation de charges de substances retenant lthu- midité du gaz qui les traverse, mais susceptibles entre régénérées par enlèvement subséquent de l'eau qu'elles ont absorbée ou/et adsorbée, Ainsi fonctionnent notamment les colonnes désséchantes, chargées d t alumine. Dans beaucoup de cas, en particulier dans celui de régénération sans apport de chaleur, la régénération des charges desséchantes est réalisée par soufflage - à travers la charge d'une fraction du gaz sec lui-même précédemment séché sur cette charge.Le volume de gaz, en particulier d'air comprimé, nécessaire à la régénération d'une masse desséchante, est proportionnel à la quantité d'eau retenue par cette masse, donc proportionnel au volume de gaz traité, qui a abandonné cette eau dans ladite masse. Par conséquent, pour une régénération correcte, il convient d1uti- liser une quantité déterminée de gaz sec, représentant une certaine fraction de la quantité totale de gaz ayant subi le séchage sur la masse, avant la régénération de celle-ci. Dans les installations travaillant de façon régulière, où le volume de gaz, passé sur la charge desséchante dans un laps de temps donné, est bien établi, il n'y a aucune difficulté à connaître le volume nécessaire à la régénération subséquente : ce dernier est généralement déterminé une fois pour toutes, dans les conditions données de fonctionnement des appareils. C'est le cas des nombreuses industries, utilisant des volumes connus de gaz secs, dont le plus courant est l'air à l'état comprimé. Par contre, dans le cas des installations dans lesquelles la quantité d'air utilisé est très variable, par exemple, sur des matériels roulants de chemin de fer dont les réservoirs de stockage de ltair comprimé, préalablement séché, alimentent les organes et circuits pneumatiques, en particulier ceux du freinage, la suspension pneumatique des caisses de voitures (coussins d'air), la co - mande des portes, etc., il est pratiquement impossible de prévoir la quantité d'air comprimé qui sera utilisée en un temps déterminé ;; en effet, selon la fréquence et l'importance des freinages, les sollicitations de la suspension pneumatique (variables avec le pro fil de la vote, la vitesse du train, le nombre des arrêts et les différences de charge) les manoeuvres plus ou moins fréquentes des portes intérieures et d'accès, la consommation d'air comprimé peut varier considérablement d'une heure à l'autre. En plus de la demande massive d'air comprimé, avant le démarrage d'une rame, néces sitée par le remplissage à la pression désirée, des réservoirs et des canalisations sur toute la longueur du convoi, il existe également, en circulation, de fortes différences de volume d'air utilisé, entre un train rapide ou direct aux arrêts peu nombreux et un omnibus aux arrêts fréquents.Ces différences peuvent provenir notamment des conditions de marche : ralentissements en ligne, intensité des déplacements de voyageurs à l'intérieur des voitures, donc ouvertures et fermetures des portes d'intercommunication. Il existe donc un problème important dans la régénération des masses desséchantes des installations de gaz comprimé, qui répondent à cette seconde manière de fonctionnement, caractérisée par l'irrégularité complète, exposée ci-dessus. N'étant pas en mesure de connattre exactement les quantités de gaz nécessaires à cette régénération, on est obligé de supputer arbitrairement des séquences de séchage et de régénération des masses desséchantes t on risque ainsi constamment les inconvénients dus à une régénération trop longue ou trop brève ; le premier de ces inconvénients est d ordre économique, puisqu'il réside dans l'emploi d'un excès de gaz sec, se traduisant par un gaspillage d'énergie ; le second, à caractère technique, conduit à un séchage insuffisant du gaz, qui donne lieu à la détérioration de l'installation par corrosion, grippages, etc provoquéS par la présence de l'eau. La présente invention permet d'éviter les inconvénients précités, par la possibilité qu'elle assure d'effectuer, au moment requis une régénération correcte des charges desséchantes. Elle apporte ainsi une amélioration tant économique que technique, moyennant une modification rationnelle des installations existantes. L'invention s'applique plus spécialement aux installations de séchage de l'air comprimé, dans lesquelles le compresseur d'air aspiré est mis en fonctionnement automatiqu , dès que la pression dans le réservoir de stockage de l'air comprimé a baissé d'une valeur prédéterminée, et dans lesquelles la régénération commence dès que le compresseur s'est arrêté. Le nouveau procédé, suivant l'invention, consiste à mesurer en permanence les durées T de fonctionnement du compresseur, et à régler les durées t de régénération des charges desséchantes, en fonction de T, de telle manière que la quantité d'eau éliminée de ces charges pendant le temps t soit égale ou d'aussi peu supé rieure que possible à celle que ces charges captent pendant le temps T de compression. Les quantités d'eau apportées et enlevées par le gaz sont proportionnelles aux volumes respectifs de gaz comprimé et de celui qui sert à la régénération ; la quantité d'air de régénération, mesurée à la pression à laquelle a lieu cette opération, doit donc entre proportionnelle à la quantité d'air aspiré par le compresseur, mesurée à la pression qui règne dans l'appareil de séchage. Si l on désigne par V le débit d'air, aspiré par le compresseur, en Nm3/h, par P la pression absolue en atmosphères de l'air comprimé et par e le nombre d'heures de fonctionnement du compresseur, le volume Q de l'air à l'était comprimé, avant la régénération, est Q = eV/P. En désignant, d'autre part, par v le volume, sous la pression de régénération p, de l'air employé à la régénération, on doit avoir v = kQ où k est un facteur pouvant entre déterminé expérimentalement dans une installation donnée ; il dépend des conditions d'utilisation, en particulier des quantités respectives de charge desséchante, alumine ou autre, et d'air traité, de la température, du point de rosée de l'air séché etc. Si l'on raisonne sur une série de cycles de compressions et régénérations effectués pendant une certaine période, par exem ple de 6, 10 ou 24 heures, la condition v = kQ doit être satisfaite également pour les quantités totales d'air traitées durant cette période. Cela peut s'exprimer par l'équation ç v = kS od Sv désigne la somme des volumes v d'air utilisés à la régénéra tion au cours de la période envisagée, et SQ la somme des volumes d'air séché durant la même période. Puisque les débits d'air sont pratiquement constants, les volumes de gaz passés sont proportionnels aux temps de leur passage. Ainsi les quantités d'air comprimé Q sont proportionnels aux temps T de compression et passage sur la matière desséchante, et les sommes de ces quantités Q le sont aux sommes ST des temps correspondants. De même, les v étant proportionnels aux temps de )régéniration t, leurs sommes v le sont aux 2 t. Donc, pour un fonctionnement à débit constant l'égalité iv 8 k sQ entrain la condition St t - k'Z:T C'est sur cette relation qu'est basé le réglage des durées de régénération suivant la présente invention. On détermine le facteur k' pour une installation donnée, dans des conditions données compte tenu des lois de l'aérody- namique. On mesure continuellement la somme des temps de compres sion #T et celle des temps de régénération 2 t et l'on règle ces derniers de façon à ce que #t ne dépasse pas k' T. Un mode d'exécution, particulièrement pratique de l'invention, consiste à effectuer les mesures des temps T et t, et leur comparaison, par les moyens électroniques, connus en soi, comprenant le comptage d'impulsions. Pour tenir compte du facteur kt on compte alors le temps T en enregistrant une impulsion toutes les n secondes, tandis que pour t l'enregistrement d'une impulsion a lieu toutes les n/k? secondes. Bien que n et k' puissent varier largement, selon l'installation particulière et les conditions opératoires, n est le plus souvent de l'ordre de 0,5 à 5, surtout de 0,5 à 2, k' étant de 0,2 à 4 et plus particulièrement 0,5 à 2. Le dispositif pour la réalisation de l'invention peut comprendre une installation de séchage d'un gaz comprimé, de tout type connu, comportant la mise en fonctionnement automatique d'un compresseur, lorsque la pression dans le réservoir de gaz comprimé baisse d'une certaine valeur, ainsi que le déclenchement automatique de la régénération de la matière desséchante, dès l'arrêt du compresseur. Cependant, le nouveau dispositif est caractérisé en ce qu'il est muni de moyens pour compter et comparer entre eux les temps de compression et ceux de régénération, ainsi que des moyens pour arrêter cette dernière lorsque sa durée a dépassé une certaine valeur par rapport au temps de compression. L'installation suivant l'invention peut être construite avec un ou plusieurs réservoirs de stockage de gaz comprimé, séché, dont un ou plusieurs servent en mEme temps à contenir le gaz destiné à la régénération. Dans une autre forme d'exécution, un ou plusieurs réservoirs additionnels sont prévus pour le gaz de régénération. Le dispositif de l'invention comporte des moyens pour tenir compte de la nécessité d'arrêter -------- la régénd- ration, lorsque le compresseur se met en marche. Dans une forme d'exécution préférée, afin de satisfaire les lois de l'aérodynamique, des moyens sont prévus pour faire cesser la régénération après un temps prédéterminé, réglable, avant que le temps unitaire t, défini par l'équation t = k'T, soit atteint Suivant un autre trait recommandable de l'invention, des moyens sensibles à la pression dans le réservoir additionnel sont prévus pour limiter la durée de la régénération. A titre d'exemples non limitatifs, on décrit ci-après deux types d'installations perfectionnées selon l'invention, représentées schématiquement sur les dessins annexés. Fig.1 montre une installation de compression d'air avec séchage de celui-ci, dans laquelle le réservoir de stockage de l air comprimé constitue en même temps la réserve de l'air de régé nératiori, Fig. 2 correspond à une installation munie d'un réservoir additionnel, distinct, pour 11 air destiné à la régénération. Fig. 3 est le schéma d'un système de comptage des temps de compression et de régénération, avec commande de cette dernière. La figure 1 représente l'ensemble d'une installation classique, dans laquelle l'air extérieur, aspiré par le compresseur 1, est refoulé sous pression dans la colonne 4 chargée dta- lumine servant de substance desséchante. Avant d'atteindre le sécheur 4, l'air est refroidi dans un réfrigérant 2, ce qui produit la condensation d'une partie de l'humiditd de l'air t un séparateur 3, à purge automatique, arrête les gouttes d'eau ainsi con dentée De la colonne 4 l'air séché passe dans le réservoir de stockage 5, relié à la canalisation d'utilisation 6. Un pressostat 7, branché sur le réservoir 5, commande l'arrêt du compresseur 1 et l'ouverture de l'électrovanne 9, lorsque la pression dans 5 a atteint la valeur voulue ; il en résulte la fermeture du clapet 8 au bas de la colonne 4. Pour la clarté du dessin les circuits électriques de cette commande ne sont pas représentés ; ils font partie d'un montage usuel, connu en soi. Comme l'électrovanne 9 relie l'intérieur du séparateur 3 avec l'atmosphère, son ouverture provoque la détente de l'air contenu dans 3 et 4 ss les condensats sont ainsi chassés vers l'ex- térieur du séparateur, et la fuite d'air régénère l'alumine. Conformément à l'invention, l'installation est munie d' d'un dispositif 10 qui comporte un émetteur d'impulsions, un compteur différentiel d'impulsions et une commande d'ouverture et de fermeture de l'électrovanne 9. Un diaphragme 11, en parallèle avec le clapet 8, constitue une petite fuite qui permet de faire repasser un filet d'air du réservoir 5 à travers la colonne desséchante 4. Après l'arrêt du compresseur et la fermeture du clapet 8, la vanne 9 reste ouverte, jusqu'à ce que le dispositif 10 commande sa fermeture. Ainsi a lieu la régénération dans 4. Le compteur du dispositif 10, ayant enregistré en positif une impulsion pour n secondes de fonctionnement du compresseur, enregistre ensuite, en négatif, une impulsion pour nk' secondes de la durée de la régénération, ctest-à-dire pour nk' secondes de passage de l'air par le diaphragme 11. il enregistre ainsi, en nombre d'impulsions, la différence entre la durée de travail du compresseur et la durée de la régénération affectée du coefficient k', dont le sens est expliqué au début de la présente description. Lorsque le compteur affiche O pour la différence entre les deux séries d'impulsions, le dispositif 10 commande la fermeture de la vanne 9. La régénération est donc arrêtée à un moment où suffisamment d'air sec a traversé la colonne 4, de bas en haut sur le dessin, pour que la charge desséchante ait pratiquement retrouvé son activité initiale. Dans une installation de ce type, montée sur une rame de chemin de fer, de bons résultats ont été obtenus avec n r 2 et k#=O,5. L'installation de la figure 2 diffère de la précédente par la présence d'un réservoir additionnel 12, branché en dérivation sur la canalisation reliant le sécheur 4 au réservoir de stockage d'air 5 ; ce branchement est fait entre la sortie de la colonne 4 et le clapet 8 qui ferme sa communication avec 5. Le réservoir 12 est destiné uniquement au stockage de l'air séché, comprimé, utilisé à la régénération ; sa présence évite toute perturbation du fonctionnement du réservoir principal 5. Le réservoir additionnel 12 est relié au sécheur 4 par une tubulure à étranglement ou diaphragme Il dont le rtle est identique à celui du diaphragme 11 de la figure 1. Lorsqu 1après l'arrêt du compresseur 1, l'électrovalve 9 est ouverte et le clapet 8 fermé, un filet d'air sec, comprimé, passe de 12 par la fuite 11, balaie la masse desséchante dans 4 et sort par le séparateur 3 et la vanne 9. Comme dans le cas précédent, le dispositif 10 fait refermer la vanne 9r lorsque le temps t de passage de l'air par le diaphragme 11 approche ou égalek'T, où T est la durée de fonctionnement du compresseur, précédant l'ouverture de 9. Suivant un trait particulier de l'invention, le réservoir additionnel est suffisamment grand, pour contenir toujours encore de l'air comprimé à la fin d'une régénération, après un nombre de cycles suffisamment grand ; il en résulte alors que l'é- quation iv = k # Q est réalisée. De préférence, sa capacité est calculée de façon à ce que la pression de l'air y contenu ne baisse jamais au-dessous d'environ 2 ba#rs. A titre d'exemples non limitatifs, des installations selon la figure 2, présentaient les caractéristiques suivantes: I Il Capacité de la colonne desséchante 4, en litres .... 12 12 Poids d'alumine chargée dans cette colonne, kg g 9 9 Capacité du réservoir principal 5, en litres ....... 2000 2000 N n additionnel 12 n ... .... 25 80 Coefficient k' ..................................... 0,5 0,5 Limites extrêmes de la pression dans 5, #en bars .... 8 à 9 8 à 9 n n " " 12 " n .. ..... 2 à 9 2 à 9 Comptage des temps de compression T par le disposi tif 10 s nombre de secondes par impulsion ......... 2 2 Comptage des temps de régénération t par le disposi tif 10 s nombre de secondes par impulsion ......... 1 1 Point de rosée de l'air extérieur .................. +150C +20 C t n " séché sous la pression de 9 bars .... -200C -250C Bien que le dispositif 10, dont le schéma est représenté sur la figure 3, comporte un émetteur d'impulsions, un compteur et des commandes classiques, la combinaison de ces éléments en vue de l'application particulière, que constitue la comparaison des temps de compression avec ceux de régénération, est nouvelle. Sur la figure 3, les contacts 13 et 14 sont ceux du compresseur 1 ou du pressostat 7 des figures 1 et 2. La position représentée est celle du compresseur arrêté. En 15 se trouve un émetteur d'impulsions, Les impulsions correspondant au temps de marche du compresseur sont enregistrées (+) en 16 à raison de I par n secondes (par exemple i par 2 sec.) : celles de la régénération (-) en 17, à raison de 1 pour nk' secondes (exemple I par seconde, k' =0,5). Un compteur différentiel d'impulsions est schématisé en 18. Le contact 19 du compteur s'ouvre à l'affichage du zéro. En 20 se trouve un relais de temporisation. L'électrovanne 9 des figures précédentes est branchée sur le compteur et la temporisation. Il est bien entendu qu'on ne sortira pas du cadre de l'invention, en remplaçant les différents organes ou dispositifs, indiqués à titre d'exemple dans la présente description, par d'autres éléments à fonction équivalente. Ainsi peut-on substituer notamment au compteur à impulsions tout autre compteur de temps approprié. REVENDICATIONS 1. Procédé de séchage d'un gaz comprimé, par passage à travers une charge de matière desséchante, avec régénération périodique de cette charge, comprenant le soufflage d'une fraction du même gaz, préalablement comprimé et séché, chaque compression étant suivie d'une régénération, caractérisé en ce que l'on mesure en permanence les durées T de compression, ainsi que les durées t de régénération, et lton règle t en fonction de T, de telle manière que la quantité d'eau, éliminée de la charge desséchante pendant la somme des temps St, soit sensiblement égale à celle que cette charge capte pendant la somme des temps p #T de com- pression. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les mesures des temps T et t sont effectuées par comptage d'impul sions émises à cet effet et enregistrées pour les temps T en positif à raison d'une impulsion toutes les n secondes et pour le temps t en négatif, à raison d'une impulsion par nk' secon des, k' étant la constante de l'équation St = k' T, détermi née expérimentalement à partir de la relation v = kQ où Q est le volume de gaz à l'état comprimé, tandis que v est celui de gaz requis à la régénérationf mesuré à la pression à laquelle a lieu cette dernière, les débits gazeux étant sensiblement constants. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que n est de l'ordre de 0,5 à 5 et plus particulièrement 0,5 à 2, tétant de 0,2 à 4, et le plus souvent de 0,5 à 2. 4. Procédé suivant la revendication 2 Ou 3, caractérisé en ce que la régénération est arrêtée, lorsque la différence entre les deux comptes dtimpulsions s'annule0 5. Procédé suivant une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que plusieurs cycles de compressions et régénérations sont effectués avec arrêt de la régénération au moment où la diffé rence entre les deux comptes d'impulsions devient nulle, cet arrêt ayant lieu, dans la suite des cycles, pour des différen ces légèrement positives. 6. Installation pour la réalisation du procédé suivant une des revendications 1 à 5, qui comprend un compresseur alimentant une enceinte chargée de matière desséchante régénérable, au moins un réservoir de stockage du gaz comprimé, séché, une vanne de mise à ltatmosphère, dans la partie de l'installation entre le compresseur et ladite enceinte, un pressostat pour la mise automatique en fonctionnement du compresseur dès que la pression dans le réservoir a baissé d'une valeur prédéterminée, ainsi que des moyens pour la régénération de la matière desséchante, dé clenchés automatiquement à chaque arrêt du compresseur, carac térisée en ce qu'elle est munie de moyens de mesure et de com parais on des temps respectifs de fonctionnement du compresseur et de celui de la régénération, ainsi que de moyens pour arrêter automatiquement la régénération, lorsque la différence entre les temps mesurés atteint une valeur prédéterminée. 7. Installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de mesure et de comparaison des temps comprennent un émetteur d'impulsions et un compteur différentiel des impulsions qui commande une électro-vanne de la mise à l'atmosphère de li enceinte renfermant la matière desséchante, en vue de la régéné ration de celle-ci. 8. Installation suivant la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce qu'elle est munie d'un relais de temporisation permettant de régler la durée maximum de la régénération. 9. Installation suivant la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens sensibles, à la pression, régnant dans le réservoir additionnel de régénération, pour limiter la durée de la régénération. 10.Installation suivant une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour arrêter la régénération, lorsque le compresseur se met en marche.