Brevet FR2368986A1 — publié le 19780526

La présente invention concerne un procédé pour le séchage et la réfrigération de gaz de travail ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Elle s'applique avantageusement au séchage des gaz qui sont utilisés pour le refroidissement du rotor et du stator d'un alternateur. Jusqu'à présent, il est bien connu que de tels gaz étaient séchés avec du gel de silice ou au moyen de tamis moléculaire. Lorsqu'on sèche les gaz avec du gel de silice, pour protéger les couches d'agent deshydratant contre les vapeurs d'huile, il faut insérer un filtre à charbon activé en amont de ces couches. Le filtre à charbon activé doit être remplacé, une fois saturé par l'huile contenue dans le gaz. L'huile qui ne peut pas être retenue par le filtre s'accumule dans les pores du gel de silice. Un phénomène de craquage peut alors prendre naissance. La température de service du gaz qu'il s'agit de sécher se situe dans le domaine des températures de régénération, de sorte que l'on ne dispose pas de capacité de séchage. L'absorption s'effectue selon un processus exotherme. Lorsque l'on sèche des gaz à forte teneur en humidité et sous pression basse, il se produit dans la couche d'agent deshydratant une élévation de température gejnante. La capacité de séchage décroît. Un refroidissement supplémentaire est nécessaire. Lorsque le séchage s'effectue avec un tamis moléculaire, les impuretés présentes dans le processus ou dans le flux de régénération se rassemblent dans les pores du tamis moléculaire. Des phénomènes de craquage ou de polymérisation de molécules organiques peuvent alors prendre naissance au cours des périodes à haute température pendant la régénération. L'objet de l'invention consiste à fournir un procédé au moyen duquel un gaz, et en particulier un gaz de refroidissement, peut être refroidi et séché simultanément. Le but visé par l'invention est atteint avec la mise en oeuvre des opérations suivantes : on détermine le point de rosée du gaz chaud; on mélange le gaz avec une quantité prédéterminable d'un gaz froid; on poursuit la réfrigération du volume de gaz total, ce qui provoque la séparation de l'eau et de l'huile contenus dans le gaz; on procède à une nouvelle mesure du point de rosée, après quoi le processus de réfrigération et de séchage est terminé pour la plus grande partie du gaz, tandis que l'on poursuit la réfrigération de la petite quantité de gaz restante au moins jusqu'à 50C; on extrait encore l'eau et l'huile de la petite quantité de gaz et on utilise cette petite quantité de gaz pour le mélange avec le gaz chaud Il est possible avec ce procédé de sécher et de réfrigé- rer en une seule suite d'opérations, un gaz qui peut être utilisé, par exemple, pour le refroidissement d'installations.Pendant le processus de séchage, on refroidit avantageusement la grande quan tité de gaz à 400C.- Pour la mise en oeuvre de ce procédé, on utilise un dispositif qui est caractérisé par le fait que la sortie du réfrigerant d'exploitation est raccordée d une canalisation de départ et à l'entrée d'un réfrigérant sécheur, dont la sortie est relié à l'entrée du réfrigérant d'exploitation, que le réfrigérant sécheur est équipé en outre d'une machine frigorifique reliée à un dispositif de mesure du point de rosée inséré dans la canali#:: sation d'amenée au réfrigérant d'exploitation, que le réfrigérant d'exploitation et le réfrigérant sécheur sont raccordés à des dispositifs d'évacuation pour l'eau et pour l'huile Une soufflante est judicieusement installée en amont de l'orifice d'entrée du réfrigérant d'exploitation, cette soufflante aspire le gaz arrivant au réfrigérant d'exploitation ainsi que le gaz circulant dans le réfrigérant sécheur, mélange ces deux flux de gaz et envoie le tout dans le réfrigérant d'exploitation.Si le point de rosse du gaz chaud qui se trouve dans la canalisation d'amenée au rétrigérant ntexploitation déterminé par le dispositif de mesure, se situe a une température supérieure à 100C, un dispositif d'enclenchement automatique installé entre la machine frigorifique du réfrigérant sécheur et le dispositif de mesure du point de rosée met en marche la machine frigorifique. La machine frigorifique abaisse alors encore d'avantage la température du fluide réfrigérant qux se trouve dans les tubulures du réfrigérant sécheur. - Pour une nouvelle vérification du point de rosée, un deuxième dispositif de nesure du point de rosée est inséré dans la conduite de départ du réfrig#rant d'exploitation. Aussi bien au refrlgérant dfedcploitation qu'au réfr:tgérant sécheur est raccordé un dispositif d'évacuation pour l'eau, chacun de ces deux dispositifs d'évacuation pour eau est suivi d'un dispositif pour l'évacuation de l'huile.Pour appréhender la quantité d'eau extraite du gaz par condensation, dans le réfrigérant d'exploitaion et dans le réfrigérant sécheur, les deux dispositifs d'évacuation sur l'eau sont raccordés à un dispositif de mesure du débit. On-va maintenant décrire l'invention plus en détail à l'aide de dessins. Les deux dessins montrent respectivement Figure 1 un dispositif de séchage pour gaz, Figure 2 une variante simplifiée du dispositif sécheur représenté dans la figure 1. Le dispositif de séchage représenté dans la figure 1 est constitué essentiellement par un réfrigérant d'exploitation 2, un réfrigérant sécheur 3, deux dispositifs de mesure du point de rosée 4 et 5, deux dispositifs pour l'évacuation de l'eau 6 et 7 et deux dispositifs pour l'évacuation de l'huile 8 et 9.Le premier dispositif de mesure du point de rosée 4 est inséré dans la conduite d'amenée 10 au réfrigérant d'exploitation 2. Une soufflante 11 est installée avant l'orifice d'entrée du réfrigérant d'exploitation 2. La conduite d'amenée 10 au réfrigérant d'exploitation 2 peut être raccordée, comme on l'a représenté dans cet exemple, à l'orifice de sortie de l'espace statorique d'un alternateur 19. L'orifice de sortie du réfrigérant d'exploitation est relié d'une part à une canalisation de départ 12, pour le gaz séché dans le sécheur d'exploitation 2. -Dans cet exemple, la conduite de départ 12 est raccordée à l'orifice d'entrée de l'espace statotique de l'alternateur précité. Dans la conduite de départ 12 est inséré le deuxième dispositif de mesure du point de rosée 5, avec lequel on vérifie le point de rosée effectif du gaz sortant du sécheur d'exploitation.Au moyen d'une conduite 14, l'orifice de sortie est relié, d'autre part, au réfrigérant sécheur 3. La sortie du réfrigérant sécheur 3 est reliée à l'aspiration de la soufflante 11 à travers un diaphragme de limitation 15. Le réfrigérant sécheur 3 est équipé en outre d'une machine frig#ifique 16. Le dispositif de mesure du point de rosée 4, qui est inséré dans la conduite 10 d'amenée au réfrigérant d'exploitation est raccordé à un dispositif d'enclenchement automatique ~t7 qui est relié à la machine frigorifique 16 du réfrigérant sécheur 3. Le réfrigérant d'exploitation ;#et le réfrigérant sécheur 3 sont raccordés chacun à un dispositif évacuateur pour l'eau de condensation 6 et 7. Les deux évacuateurs d'eau condensée 6 et 7 sont raccordés de leur côté à deux évacuateurs pour l'huile condensée, 8 et 9. Pour l'enregistrement de la quantité d'eau condensée dans le réfrigérant d'exploitation 2 et dans le réfrigèrant sécheur 3, les deux évacuateurs d'eau de condensation 6 et 7 sont reliés à un capteur de débit 23. Le dispositif sécheur pour les gaz, selon la présente in- vention, fonctionne comme suit Nous supposons, à titre d'exemple, que le dispositif de séchage selon l'invention est relié à l'espace statorique d'un alternateur, et qu'il faut sécher et réfrigérer au moyen du dispositif de séchage, le gaz utilisé pour le refroidissement de cet alternateur, par exemple de l'azote, dans le cas considéré. Le gaz chaud en provenance de l'espace statorique est aspiré par la soufflante 11 à travers la conduite d'amenée 10. La soufflante 11 aspire de même le gaz refroidi dérivé à travers le réfrigérant sécheur 3 où la température de ce gaz est abaissée au moins à 50C, le débit pouvant être ajusté au moyen du diaphragme de limitation 15; la soufflante 11 mélange ce gaz froid avec le gaz chaud provenant de l'espace statorique et refoule le tout dans le réfrigérant d'exploitation 2. La totalité du gaz est réfrigérée dans le réfrigérant d'exploitation 2, et ceci de préférence jusqu'à 400C. Au cours de cette opération de refroidissement il se produit une condensation de l'eau et de l'huile pouvant se trouver éventuellement dans le gaz et que celui-ci aurait entraînées en refroidissant l'espace statorique. Le mélange d'eau et d'huile qui se condense dans le réfrigérant d'exploitation est envoyé tout d'abord dans l'évacuateur d'eau condensée 6 où liteau se sépare de l'huile. L'huile ainsi séparée de l'eau vade 1à dans un évacuateur d'huile condensée 8. L'huile recueillie dans le dispositif évacuateur 8 peut être réutilisée. Pour la plus grande partie du gaz sortant du réfrigérant d'exploitation 2 la réfrigération et le séchage sont ainsi terminés. Après une nouvelle détermination du point de rosée cette partie est renvoyée dans l'espace statorique de l'alteT- nateur. Une petite partie du gaz déjà séché dans le réfrigérant dsexploitation 2 est envoyée dans le réfrigérant sécheur 3. Ceci est réalisé au moyen de la soufflante 11 qui refoule le gaz dans le réfrigérant d'exploitation 2. Le débit de gaz qui doit être aspiré à travers le réfrigérant sécheur 3 peut etre prédéterminé au moyen du diaphragme de limitation 15.Dans le réfrigérant sécheur 3 on refroidit le gaz à 50C. Au cours de cette réfrigération il se produit une condensation de l'eau et de l'huile qui ne s'étaient pas encore séparées au cours du séchage du gaz dans le réfrigérant d'exploitation 2. Si le dispositif de mesure du point de rosée 4 indique que le point de rosée du gaz venant de l'espace statorique se situe à une température supérieure a 100 C, le dispositif d'enclenchement automatique I7 met en marche la machine frigorifique I6 pour une réfrigération supplémentaire du fluide réfrigérant qui circule dans les tubulures du réfrigérant sécheur 3.Une élévation du point de rosee peut être provoquée, par exemple, par des défauts d'étanchéité de l'enroulement statorique, entraînant un accroissement excessif de la teneur en eau du gaz de refroidissement. La machine frigorifique reste en service aussi longtemps que le point de rosée ntest pas redescendu à 5 C. Le déclenchement est commandé de même que l'enclenchement, par le dispositif de mesure du point de rosée 4. Le mélange d'eau et d'huile ainsi séparé dans le réfrigérant sécheur 3 est dirigé dans un évacuateur d'eau de condensation 7, où l'eau se sépare de l'huile. L'huile restante va alors dans un évacuateur d'huile condensée 9. L'huile recueillie dans 1 'évacuateur d t huile 9 peut être réutilisée.L'eau recueillie dans les évacuateurs d'eau condensée 6 et 7 passe par un dispositif capteur de débit 23. Le débit d'eau traversant ce dispositif est comparé en permanence avec le débit d'eau maximal admissible, qui est susceptible d'être extrait au cours du séchage, en absence de dérangement.Ce débit dépend principalement de la quantité ou volume de gaz séché dans l'unité de temps. Si la teneur en eau devient telle que les valeurs limites maximales, prescrites d'une part pour le débit mesuré au moyen du capteur 23 et d'autre part pour la température du point de rosée mesurée au moyen du dispositif 5, sont dépassées, l'une ou l'autre, le système commande le déclenchement du disjoncteur de l'alternateur. La petite quantité de gaz séchée et refroidie dans le réfrigérant sécheur 3 est mélangée au gaz chaud provenant de l'espace statorique. Le mélange des deux gaz détermine un abaissement de la valeur de l'humidité relative du gaz qui vient de l'alternateur. Ceci est facile à voir avec un exemple. Admettons qu'ainsi que nous l'avons supposé plus haut, le gaz utilisé pour refroidir l'alternateur est de l'azote, le gaz refroidi dans le réfrigérant sécheur 3, à 50C, présente une humidité relative de 100%. Supposons que le gaz provenant de l'espace statorique, échauffé par exemple à 800 C, présente une humidité relative de 10%. Avec un rapport de mélange de quelque I : 100, par exemple, le gaz provenant du réfrigérant sécheur s'échauffe à environ 700C. L'humidité relative du gaz pénétrant dans le réfrigérant d'exploitation se situe alors aux environs de 8% Dans certains cas on peut aussi utiliser pour le séchage le système de la ligure 2, variante simplifiée du dispositif de séchage représenté dans la figure 1. Le dispositif de sé chage 1 représenté dans la figure 2 est constitué essentiellement par un réfrigérant sécheur 3, deux dispositifs de mesure du point de rosée 4 et 5. Dans la conduite d'amenée 10 au réfrigérant sécheur 3 est inséré le dispositif de mesure du point de rosée 4. Le réfrigérant sécheur 3 est équipé en outre d'une machine frigorifique 16. Il est raccordé en outre à un dispositif évacuateur 6 pour l'eau de condensation.Le dispositif évacuateur pour l'eau de condensation 6 peut être raccordé Q un dispositif capteur de débit 23. Ce dernier appréhende le débit d'eau extrait par condensation au cours de la réfrigaration du gaz. Dans la conduite de départ I2 du réfrigérant sécheur 3 sont insérés une soufflante 11 et ainsi qu'un deuxième dispositif de mesure du point de rosée 5. Le dispositif de mesure du point de rosée 4 est relié à la machine frigorifique I6 par l'intermédiaire du dispositif d'enclenchement automatique I7. Une canalisation de remplissage 20 peut être raccordée à la conduite de départ du réfrigérant sécheur 3, pour le remplissage de gaz. Le fonctionnement de ce réfrigérant sécheur est analogue à celui de la variante représentse dans la figure 1. Les conduites d'arrivée et de départ 10,12 du réfrigérant sécheur 3 peuvent par exemple, être raccordées à l'espace rotorique d'un alternateur I9.Le gaz utilisé pour le refroidissement de l'espace statorique est aspiré dans le réfrigérant sécheur par une soufflante 11.Dans ce réfrigérant, le gaz est réfrigéré au moins à 50C. Au cours de cette réfrigération il se produit une condensation de l'eau et de l'huile pouvant se trouver éventuellement dans le gaz et que celuici aurait entraînés en refroidissant l'espace rotorique, du fait de défauts d'étanchéité dans celui-ci. Ainsi, le gaz est séché et refroidi en une seule opération.L'eau extraite lors de la réfrigération du gaz va du dispositif évacuateur de l'eau de condensation 6 au dispositif capteur du débit 23.Si le débit d'eau extraite dépasse la valeur prescrite au dispositif de mesure du débit 23,on déclenche l'alternateur ainsi que l'excitation. Si le dispositif de mesure du point de rosée 4 détecte que le point de rosée du gaz sortant de l'espace rotorique--- se situe à une température supérieure à 100 C, le dispositif d'enclenchement automatique I7 met en marche la machine frigorifique I6 pour refroidir le fluide réfrigérant qui circule dans les tubulures du réfrigérant sécheur 3. La machine frigorifique I6 reste en service jusqu'à ce que la température du point de rosée soit descendue à 50C. Le déclenchement s' effectue exactement comme la mise en marche, au moyen du dispositif de mesure du point de rosée 4. Le gaz sortant du réfrigérant sécheur 3 a une température de 50C et, à condition qu'il s'agisse d'azote il contient une humidité relative de 100%. Comme le gaz s'échauffe dans la canalisation de départ 12 du réfrigérant sécheur 3 en raison de la compression par la soufflante ll, et que du fait de lté- chauffement à l'entrée de l'espace rotorique sa température monte à I600C, si l'on admet une température de 400C à l'entrée dans l'espace rotorique, l'humidité relative tombe à 6%. Cette valeur assure une marge de sécurité suffisante pour éviter la corrosion. Pour éviter la corrosion, il faut en général que l'humidité relative soit inférieure à 35. REVENDICATIONS 1 - procédé pour le séchage et Ja réfrigération d'un gaz de travail, caractérisé par le fait que lion mesure le point de rosée du gaz à l'état chaud initial, que l'on mélange le gaz chaud avec une quantité prédéterminable d'un gaz plus froid, que l'on refroidit encore le gaz et que ceci s'accompagne d'une séparation de 11 eau et de l'huile présente dans le gaz, que pour la plus grande partie du gaz, après une nouvelle mesure du point de rosée, la réfrigération et le séchage sont ainsi terminés, tandis que la plus petite quantité de gaz restante est refroidie au moins à 5 C et que l'on poursuit l'extraction de l'eau et de l'huile restant dans le gaz, et que l'on mélange cette petite quantité de gaz au gaz arrivant à l'état chaud initial. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au cours du processus de séchage et de réfrigération, la température du grand débit de gaz est abaissée à 400 C. 3 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la sortie d'un réfrigérant d'exploitation (2) est raccordée à une conduite de départ (12) et à la conduite d'arrivée (14) d'-un réfrigérant sécheur (3), dont la sortie est en liaison avec l'entrée du réfrigérant d'exploitation (2), que le réfrigérant sécheur (3) est en outre équipé d'une machine frigorifique (I6) , qui est reliée à un dispositif de mesure du point de rosée (4) inséré dans la conduite d'amenée (10) du réfrigérant d'exploitation (2) et que le réfrigérant d'exploitation (2) et le réfrigérant sécheur (3) sont reliés chacun à un évacuateur d'eau de condensation (6,7) et à un évacuateur d'huile de condensation (8,9) 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que devant l'orifice d'entrée du réfrigérant d'exploitation (2) est installé une soufflante (il). 5- Dispositif selon l'ensemble des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait qu'entre l'orifice de sortie du réfrigérant sécheur (3) et la soufflante (ll) est installé un diaphragme de limitation (I5) 6 - Dispositif selon l'ensemble des revendications 3, 4 et 55 caractérisé par le fait que la machine frigo#ifique (16) est reliée au dispositif de mesure du point de rosée (4) par l'intermédiaire d'un dispositif d'enclenchement automatique (I7) 7 - Dispositif selon l'ensemble des revendications 3,4, 5 et 6, caractérisé par le fait qu'aussi bien le réfrigérant d'exploitation (2) que le réfrigérant sécheur (3) sont reliés ch#- cun à un dispositif évacuateur pour l'eau condensée ( c,7) , que les dispositifs évacuateurs d'eau condensée (6,7) sont reliés chacun à un dispositif évacuateur pour l'huile condensée (8,9), que les deux dispositifs évacuateurs d'eau de condensation (6,7) sont en liaison avec un capteur de mesure du débit (23). 8 - Dispositif selon l'ensemble des revendications 3,4,5,6 et 7, caractérisé par le fait que dans la conduite de départ (12) du réfrigérant d'exploitation (2) est inséré un deuxième dispositif de mesure du point de rosée (5)