Brevet FR2728803A1 — publié le 19960705

Appareil de production d'air sec à teneur constante en oxygène La présente invention concerne un système de production d'air sec à teneur constante en oxygène pouvant être branché à un réseau utilisateur. Le système de l'invention comprend généralement une unité de compression et traitement d'air ambiant reliée à une capacité tampon située en aval. La capacité tampon permet de minimiser les variations de pression et de teneur en oxygène de l'air sec fourni au réseau utilisateur. Les domaines d'application de ce type de système sont variés mais son utilisation est particulièrement intéressante pour la distribution d'air médical, soit dans les laboratoires de recherche, soit dans les centres hospitaliers. Les appareils traditionnels de production d'air sec à teneur constante en oxygène comportent habituellement un certain nombre d'éléments disposés dans l'ordre suivant un compresseur d'air, une capacité tampon et une chaîne de traitement incluant un sécheur d'air par adsorption. Le sécheur d'air, qui permet la production d'air sec, comporte généralement deux bouteilles contenant l'adsorbant. Une première bouteille assure le séchage de l'air. La deuxième bouteille est en régénération par élution avec 10 à 30% de l'air sec prélevé en sortie de la bouteille en service. Bien que ce type de système soit couramment utilisé, par exemple pour produire de l'air conforme à la norme NF S 90-155, on note un certain nombre d'inconvénients reliés à son utilisation. Tout d'abord, lors des inversions des bouteilles du sécheur d'air, un pic d'oxygène se produit dans l'air sec, lié à l'adsorption préférentielle de l'azote de l'air sur l'adsorbant de la bouteille qui vient d'être régénéré. De plus, le système consomme une quantité considérable d'énergie essentiellement reliée à la nécessité de foumir les 10 à 30% d'air nécessaire au fonctionnement du sécheur en période de non demande. La présente invention permet de pallier ces inconvénients par l'entremise d'un système de production d'air sec à teneur constante en oxygène, dans lequel la capacité tampon est placée en aval du sécheur d'air. L'invention concerne donc un système de production d'air sec à teneur constante en oxygène pouvant être branché à un réseau utilisateur d'air sec. Le système comprend une unité de compression et traitement d'air ambiant comprenant un sécheur d'air. Le système de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une capacité tampon reliée à l'unité de compression et traitement et située en aval de celle-ci de façon à absorber les variations de demande instantanées du réseau utilisateur et à éliminer les variations de teneur en oxygène de l'air sec fourni au réseau. Grâce à son volume et à son niveau de pression supérieurs à celle du réseau utilisateur, la capacité tampon efface les pointes instantanées de fourniture en air comprimé sec et traité du réseau utilisateur. Placée en aval du système de compression et traitement d'air ambiant, elle joue également le rôle de capacité d'homogénéisation en oxygène de l'air sec. Le volume de la capacité-tampon est fonction du débit nominal du système, de la pression du système et de la pression du réseau utilisateur. Plusieurs avantages ont été notés lors de l'utilisation du système de l'invention. Par exemple, la capacité tampon, de par son emplacement immédiatement avant le réseau utilisateur, en absorbe mieux les fluctuations de pression. Ainsi, le compresseur d'air, qui peut, de façon particulière, être doté d'une régulation progressive de débit, s'adapte à la demande utilisateur, évitant les arrêts et redémarrages trop fréquents, ce qui augmente sa fiabilité. De plus, lorsque le sécheur d'air utilisé dans le système est un sécheur du type comportant deux bouteilles, le réservoir d'homogénéisation que constitue la capacité tampon évite la montée en teneur d'oxygène liée à l'adsorption préférentielle de l'azote de l'air sur l'adsorbant lors des inversions de bouteilles. Dans une des réalisations préférentielles de l'invention, le système de production d'air sec à teneur constante en oxygène est caractérisé en ce qu'il comprend deux unités de compression et traitement d'air ambiant et une capacité tampon reliée aux deux unités de compression et traitement en aval de celles-ci. Ce type de configuration présente un avantage économique indéniable par rapport aux systèmes traditionnels dans lesquels il était nécessaire d'utiliser deux capacités tampons en plus d'un réservoir d'homogénéisation placé en aval. Dans le système de l'invention, ces deux capacités tampons et ce réservoir d'homogénéisation sont remplacés par une seule capacité tampon placée entre les sécheurs et la vanne du réseau utilisateur. Dans une autre réalisation de l'invention, particulièrement dans des systèmes comprenant des moyens unidirectionnels empêchant le retour d'air sec dans l'unité de compression et traitement, le système de l'invention comprend des moyens de contournement permettant le maintien en pression du sécheur d'air lors de l'arrêt de l'unité de compression. Ces moyens de contournement comprennent généralement une vanne reliée au conduit reliant l'unité de compression et de traitement à la capacité tampon, de part et d'autre des moyens unidirectionnels. L'utilisation de ces moyens de contournement permet, lorsque le réseau utilisateur est en situation de non-demande, de maintenir le sécheur d'air sous pression d'air sec par l'entremise de la capacité tampon. Ceci évite au compresseur de fonctionner pour fournir les 10 à 30% d'air nécessaire à la régénération par élution, augmentant ainsi la fiabilité du compresseur et diminuant la consommation d'énergie du système. La présente invention concerne également une méthode de production et de distribution d'air sec à teneur constante en oxygène à partir d'air ambiant. La méthode est caractérisée en ce qu'elle comprend les étapes suivantes. - compression de l'air ambiant; - traitement de l'air comprimé, incluant séchage et filtration; - homogénéisation de l'air traité à une pression supérieure à la pression de distribution; et - distribution d'air sec à teneur constante en oxygène. La présente invention sera décrite plus en détail en se référant à la figure 1 qui illustre une représentation schématique d'une des réalisations du système de l'invention. Dans cette réalisation, deux unités de compression et traitement d'air ambiant sont représentées. La personne versée dans l'art comprendra cependant qu'il est possible, dans certaines situations, de n'utiliser qu'une seule unité de compression et de traitement, ou encore d'utiliser plus de deux unités de compression et traitement, par exemple trois ou quatre. Se référant maintenant à la figure 1, le système de production d'air sec à teneur constante en oxygène de l'invention, représenté de façon générale par la référence numérique 10, comprend deux unités de compression et traitement 20 et 22, reliées à une capacité tampon 30 par l'entremise des conduits 24 et 26. Les unités de compression et traitement 20 et 22 étant identiques dans la réalisation illustrée à la figure 1, seule l'unité de traitement et compression 20 sera décrite en détail. L'unité de compression et traitement 20 comprend un module de compression 40 incluant un filtre 42, un compresseur 44, un séparateur air-eau mécanique 46 et un séparateur air-eau à coalescence 48. Le module de compression 40 est relié à un sécheur d'air 50. Le sécheur d'air 50 est habituellement un sécheur d'air par adsorption. Il est constitué de deux enceintes 52 et 54, remplies d'adsorbant. Le sécheur 50 est relié en aval à un module de filtration 60 qui comprend un premier filtre 62 d'enlèvement des poussières, une enceinte d'oxydation catalytique 64, un filtre 66 au charbon actif ainsi qu'un deuxième filtre d'enlèvement des poussières 68 Le module de filtration 60 est relié à la capacité tampon 30 par l'entremise du conduit 24. Le conduit 24 comprend un clapet antiretour 25 empêchant le retour d'air sec vers le module de filtration 60 lorsque le compresseur 44 est à l'arrêt. Une vanne 27 est reliée au conduit 24 de part et d'autre du clapet anti-retour 25. Le fonctionnement du système 10 sera maintenant décrit pour l'unité de traitement 20. L'air ambiant entre dans le système par l'entremise de la flèche 12 et, après son passage à travers le filtre 42, est comprimé par le compresseur d'air 44. L'air comprimé est ensuite refroidi et l'eau condensée est éliminée par le séparateur air-eau mécanique 46. L'air comprimé passe ensuite dans le séparateur air-eau à coalescence 48 où l'eau et l'huile (si le compresseur 44 est lubrifié) vésiculaires sont éliminées. L'air entre ensuite dans le sécheur d'air 50 où il passe alternativement dans les enceintes 52 et 54. L'adsorbant contenu dans les enceintes 52 et 54 assure l'élimination de l'eau et l'élimination partielle du gaz carbonique contenu dans l'air ambiant. Si l'enceinte 52 est en service,. I'enceinte 54, après avoir été décomprimée, est en régénération par élution par un débit d'air sec prélevé en sortie de l'enceinte 52. L'air séché passe ensuite dans le module de filtration 60 où il est filtré pour l'élimination des poussières d'adsorbant par le filtre 62, puis passe dans l'enceinte d'oxydation catalytique 64 pour éliminer les traces de monoxyde de carbone de l'air ambiant. Les poussières et odeurs éventuelles sont ensuite éliminées par le filtre à charbon actif 66, enfin les poussières éventuelles de charbon actif sont éliminées par le filtre à poussière 68. L'air comprimé, sec et traité, à la sortie de l'unité de compression et traitement 20, entre dans la capacité tampon 30, d'où il alimentera à une pression inférieure le réseau utilisateur 32. Tel que mentionné précédemment, le clapet anti-retour 25 permet d'éviter le retour à contre-courant de l'air sec et traité dans l'unité de compression et traitement 20. Cependant, lors de l'arrêt du compresseur 44, la capacité-tampon 30, de par sa pression élevée, qui peut se situer de façon générale entre 500 et 1500 k Pascal, permet, par l'entremise de la vanne 27, le maintien en pression de la chaîne de traitement 20 jusqu'au clapet anti-retour 15. Ceci évite au compresseur 44 de fonctionner pour fournir les 10 à 30% d'air nécessaire à la régénération par élution de l'enceinte 64. De plus, le maintien en pression d'air sec du système permet l'obtention immédiate d'air sec en sortie du sécheur 60 dès qu'il y a remise en service du système. REVENDICATIONS 1. Système de production d'air sec à teneur constante en oxygène, pouvant être branché à un réseau utilisateur d'air sec (32), ledit système comprenant une unité de compression et traitement d'air ambiant (20) comprenant un sécheur d'air (50), ledit système étant caractérisé en ce qu'il comporte une capacité tampon (30) reliée à l'unité de compression et traitement (20) et située en aval de celle-ci de façon à absorber les variations de demande instantanées du réseau utilisateur et à éliminer les variations de teneur en oxygène de l'air sec fourni audit réseau (32). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sécheur d'air comprend deux unités d'adsorption (52, 54) assurant outre l'élimination de l'eau, I'élimination partielle du gaz carbonique contenu dans l'air ambiant, une desdites unités d'adsorption (52) étant en service lorsque l'unité de compression de traitement (20) est en service alors que l'autre unité d'adsorption (54), après avoir été décomprimée, est en régénération par élution par un débit d'air sec prélevé à la sortie de l'unité d'adsorption (52) en service. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux unités de compression et traitement d'air ambiant (20, 22) et une capacité tampon (30) reliée aux deux unités de compression et de traitement en aval de celle-ci. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la capacité tampon (30) possède un niveau de pression supérieur à la pression du réseau utilisateur. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens unidirectionnels (25) empêchant le retour dans l'unité de compression et traitement (20) de l'air traité situé en aval de l'unité de compression et traitement, lesdits moyens étant situés sur le conduit (24) reliant l'unité de compression et traitement (20) à la capacité tampon (30). 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens unidirectionnels comprennent un clapet anti-retour. 7. Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contournement (27) permettant le maintien en pression du sécheur d'air (50) lors de l'arrêt de l'unité de compression et traitement (20). 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de contournement (27) comprennent une vanne (27) reliée au conduit (24) reliant l'unité de compression et traitement (20) à la capacité tampon (30), de part et d'autre desdits moyens unidirectionnels (25). 9. Méthode de production et de distribution d'air sec à teneur constante en oxygène à partir d'air ambiant, ladite méthode étant caractérisée en ce qu'elle comprend les étapes suivantes: - compression de l'air ambiant; - traitement de l'air comprimé par séchage et filtration; - homogénéisation de l'air traité à une pression supérieure à la pression de distribution; et - distribution d'air sec à teneur constante en oxygène.