Brevet FR2495492A1 — publié le 19820611

La présente invention concerne un procédé pour le séchage et la purification de gaz comprimé, notamment d'air comprimé , ainsi qu'un appa reil pour la mise en oeuvre de ce procédé. De nombreuses industries utilisent des gaz comprimés et en particulier de l'air comprimé pour de nombreux usages tels que : les manoeuvres automatiques de machines, comme agent moteur de machines, pour la régulation pneumatique, le transport de produit pulvérulent, la peinture au pistolet, etc... La pression de compression dépend de l'utilisation et varie généralement de 4 à 8 bars mais peut descendre jusqu'à quelques centaines de mbar et monter à 15 bars ou meme 40 bars ou plus sans aucun#e limite à condition que l'on reste en phase gazeuse. La compression élève la température du gaz et, en rassemblant dans un volume plus réduit la vapeur d'eau contenue dans le gaz aspiré par le compresseur augmente son humidité relative ; généralement, il se produit des condensations gênantes se traduisant par des corrosions, le gel des canalisations, des reprises d'humidité etc.. Pour pallier ces inconvénients, on refroidit le gaz au maximum de façon à condenser la vapeur d'eau dans l'appareil de refroidissement, ce qui supprime tout risque de présence d'eau liquide à l'utilisation. Cette eau condensée est séparée du gaz comprimé dans un séparateur puis évacuée automatiquement par un purgeur. Ce refroidissement est généralement limité à une température telle que l'on ne risque pas de geler les condensats. Actuellement, le séchage de gaz comprimé - tel qu'air comprimé - est réalisé à l'aide d'échangeurs de température tubulaires du type classique, constitués par une enveloppe métallique étanche sur laquelle sont soudées intérieurement des plaques tubulaires percées de trous; des tubes métalliques soudés ou dudgeonnés réunissent ces plaques. Le gaz comprime circule dans les tubes des plaques et à l'extérieur des plaques circule un fluide frigorifique refroidi par un groupe fluide à compresseur, V par lequel s'opère le transfert des calories du gaz comprimé lequel entre dans l'appareil, sous une température qui est par exem refroidies ple de 35 C, et en sort,Vsec, a une température qui est par exemple de 30C environ. Le fluide irigorifique utilise est, ciassiquement, un hydrocarbure halogéné, comme par exemple un dérive chloré ou fluoré du méthane1 soit de l'eau glycolée. Quelque soit le fluide frigorifique utilise, ces appareils connus présentent un certain nombre d'inconvénients - prix élevé de l'appareil puisqu'il faut souder des plaques tubulaires et des tubes dont les propriétés de transmission des calories sont plus ou moins bonnes ce qui oblige à avoir des surfaces de contact importantes - encombrement important du fait de transmissions plus ou moins bonnes - pertes de charge du gaz à refroidir provoquées par le frotte ment de celui-ci sur les parois du tube ; cette perte de charge nécessite une augmentation dn la pression à l'entrée des échangeurs, donc un accroissement de la puissance nu moteur entraînant le compresseur - différence de température entre le fluide frigorifique, tel qu'eau glycolée et le gaz à refroidir fragilité en raison de nombreux points faibles, particuliè- rement aux soudures, des plaques tubulaires sur la virole, aux fixations des tubes sur la plaque tubulaire par soudure moletage - risques de corrosion des tubes eux-m#mes - risques d'encrassement le gaz traité est susceptible de contenir de nombreuses impuretés solides ou liquides telles que de la rouille, de la calamine ou de l'huile Les buts de la présente invention sont principalement la réduc- tion du coût de l'appareil utilisé, l'obtention d'un volarft calorifique aux fai bles régimes sans adjonction de pompe, ni augmentation de la puissance ab- sorbée et la purification du gaz comprimé, impossible à réaliser avec les échangeurs classiques. Ces buts sont atteints par le procédé suivant l'invention qui consiste essentiellement à mettre en contact direct le gaz comprimé avec un identique à celui que l'on veut condenser liqui Yse trouvant à une température inférieure à celle du gaz, ce liquide jouant à la fois le rôle d'échangeur de calories et celui de filtre, retenant les impuretés solides, liquides ou gazeuses que peut contenir le gaz comprimé. Avantageusement, le procédé consiste à faire percoler le gaz comprimé à traiter dans une masse d'un liquide, se trouvant à, ou amena à, une température suffisamment basse pour qu'il y ait un échange thermique de liquide complet, le passage du gaz à travers la masse V provoquant le lavage complet du gaz et assurant ainsi la purification complète par rétention, ou élimination, des impuretés véhiculées par le gaz. Le liquide de transfert et de lavage du gaz sera le meme que celui que l'on veut condenser, par conséquent dans le cas de séchage d'air comprimé, on utilisera de l'eau. Le procédé suivant l'invention peut être mis en oeuvre au moyen d'un appareil dont on va décrire une forme de réalisation, donnée à titre uniquement d'exemple non limitatif, cette description étant faite en référence à la Fig. unique du dessin annexé, qui représente, schématiquement, en coupe, un tel appareil. est L'appareilVconstitué par un réservoir a, cylindrique, vertical, en acier capable de résister à la pression du gaz à traiter. Ce réservoir contient une certaine quantité d'eau b dont le refroidissement est assuré par circulation d'un fluide froid ( tel que "R12" ou "R22" ) passant dans un ser pentin c noyé dans l'eau et relié à un groupe frigorifique d. Le gaz comprimé par un compresseur non représenté est introduit par une canalisation e, munie d'un clapet anti-retour f, à la base de l'appareil. Le gaz à refroidir progressant dans la masse d'eau est donc en contact direct avec l'eau à laquelle il cède directement ses calories et non plus, comme dans le cas classique par l'intermédiaire de tubes métalliques. Le refroidissement du gaz s'accompagnant de condensations, le niveau de l'eau contenue dans le tube tend à monter. On place donc à la partie supérieure du réservoir un purgeur s qui évacue automatiquement cette eau Entraînée par le gaz. L'air comprimé, séché et épuré, sort par la canalisation# , pré- vue au sommet du réservoir. La régulation du système de refroidissement se fait très simple et ment par un thermostat ( non représenté ), placé dans l'eauVauquel est asser vile groupe frigorifique d. Par rapport aux appareils connus, l'appareil suivant l'invention présente les avantages suivants - réduction de prix par suppression du faisceau tubulaire dans lequel passe le gaz à refroidir - réduction d'encombrement grace au contact direct - réduction importante des pertes de charge - réduction de la puissance installée du groupe frigorifique, du fait que le gaz sort à la température de l'eau - robustesse - suppression des risques d'encrassement - suppression de la pompe à eau - possibilité d'adjonction d'un système d'arrêt intégral d'eau dans le même réservoir - élimination d'autres impuretés telles que poussière, huile etc... La vitesse du passage du gaz à travers liteau de refroidissement est calculée suivant la section libre supposée sans eau du réservoir en tôle et varie avec la pression. Elle doit satisfaire les conditions suivantes - elle doit être suffisante pour avoir un mélange intime entre le gaz à refroidir et l'eau ainsi qu'un échange optimum sur le ser pentin de refroidissement - elle ne doit pas être trop élevée afin d'éviter des passages pré férentiels de l'air qui réduiraient le contact avec l'eau ou pro voqueraient des entrainements d'eau Des expérimentations auxquelles s'est livrée la Demanderesse, il résulte que cette vitesse doit être inférieure à 0 m 50/sec et est opti male entre 0, 10 et 0, 30 m/sec. Il faut d'ailleurs observer que cette vitesse est telle qu'elle permet de placer un séparateur d'eau parfaitement efficace dans la même section de passage au dessus de l'eau. Quant au volume dans le réservoir Il doit être suffisant pour que le serpentin de refroidissement soit noyé dans l'eau, et présenter une inertie suffisante pour assurer une régulation correcte du groupe frigorifique. Enfin, la hauteur totale atteint par l'eau dans le réservoir doit être compatible avec les possibilités d'installation. Etant donné le mouvement ascendant de l'eau au centre et descendant le long des parois, il en résulte un échange calorifique très élevé entre le frigorigène circulant dans le serpentin c et l'eau, ce qui permet de réduire la longueur nécessaire du serpentin. La distance entre le séparateur h et le niveau de l'eau à l'arrêt doit être déterminée de façon à éviter qu'à la vitesse maximale l'eau ne vienne, en tourbillonnant, au contact du séparateur h qui serait alors engorgé ce qui produirait des entraînements d'eau par le gaz. Des calculs et de vérifications expérimentales par comparaison du poids d'eau et du poids d'air mélangés à un instant donné, il résulte qu'unedistance minimale entre le niveau d'eau et le séparateur est d'environ 100 mm. La prise d'eau du purgeur g pour évacuation des condensats doit être prévue très soigneusement afin d'éviter - une évacuation trop importante qui viderait le réservoir pen dant le fonctionnement à plein débit ce qui produirait un man que d'eau aux faibles débits - une évacuation trop faible qui provoquerait une remontée du niveau et un engorgement de l'éliminateur Le gaz comprimé, tel qu'air comprimé, doit être diffusé à travers la masse d'eau de façon aussi homogène que possible pour respecter les conditions de bon fonctionnement de l'appareil et éviter des pertes de charge trop importantes. Dans ce but, le gaz est introduit dans le récipient, à travers un dituseur j en forure d'arrosoir avec des trous en quinconce d'un diamètre suffisant pour éviter tsut risque d'obturation et dont la surface totaie de passage permette une vitesse de percolation de l'air à travers la masse d eau, suivant les valeurs indiquées plus haut. Enfin, le clapet anti-retour a disposé sur la canalisation d'amené née de gaz comprimé interdit le refoulement de l'eau contenue dans le réservoir à l'arrêt du compresseur ce qui provoquerait sa détérioration. Bien entendu, l'invention n'est en aucune iaçon limitée à la forme de réalisation qui vient d'être décrite et qui est représentée au dessin annexé, mais peut donner lieu à de nombreuses variantes d'exécution. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour le séchage et la purification de gaz comprimés, en particulier d'air comprimé, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en contact direct le gaz comprimé avec un liquide, à une température inférieure à celle du gaz, ce liquide jouant à la fois le rôle d'échangeur de calories et celui de filtre, retenant les impuretés, solides, liquides ou gazeuses que peut contenir le gaz comprimé. Z - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à faire percoler le gaz comprimé, de bas en haut, dans une masse d'eau, se trouvant à une température suffisamment basse pour réaliser un échange thermique complet entre elle et le gaz, de façon à obtenir du gaz comprimé dans un état de siccité aussi complet que possible, la vitesse de percolation du gaz dans l'eau s'établissant avantageusement entre 0, 10 et 0, 30 m/sec. 3 - Appareil pour la réalisation du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué par un réservoir, avantageusement de forme cylindrique et disposé verticalement, rempli jusqu'à un certain niveau d'un liquide, tel que de liteau, de transfert récipient calorifique > Và la base duquel est amené le gaz comprimé, tel qu'air compri mé, à traiter, lequel après son passage, par contact direct, dans le liquide, sort, séché et épuré, de l'appareil par une canalisation située à la partie supérieure de ce dernier, un serpentin, dans lequel circule un fluide frigorigène, étant noyé dans la masse du liquide, d'échange calorifique, tel que eau. 4 - Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le gaz, tel qu'air, comprimé, est introduit à la base de l'appareil par un sys tème assurant sa diffusion au sein de la masse du liquide d'échange calorifique, qu'il est amené à traverser. 5 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le système diffuseur de l'air comprimé consiste en un dôme perforé, dont la surface totale des trous est telle qu'elle assure au gaz comprimé une vitesse optimale de passage dans la masse de liquide. 6 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'ilcomporte, disposé à une hauteur convenable par rap port au niveau atteint par le liquide de transfert dans le réservoir, un sé#a- rateur destiné à empêcher l'entraînement de ce liquide par le gaz. 7 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte, également disposé à une hauteur convenable par rapport au plan du liquide, un purgeur destiné à entraîner hors de l'appareil, les impuretés séparées du gaz comprimé. 8 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le groupe frigorifique assurant la circulation du fluide frigorigène circulant dans le serpentin noyé dans la masse du liquide d'échange calorifique, est asservi à un thermostat noyé dans cette masse. 9 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'un clapet anti-retour est prévu sur la canalisation d'amenée au réservoir du gaz comprimé.