Brevet FR2781868A1 — publié le 20000204

La présente invention concerne une installation et un procédé de fourniture d'hélium, de préférence sous forme liquide ou supercritique, à plusieurs lignes de production sur un site industriel. Actuellement, l'hélium sous forme gazeuse est utilisé dans de nombreux secteurs différents de l'industrie, notamment dans l'industrie électronique, pour refroidir des tranches ou galettes de silicium, communément appelées "wafers", ou inerter les circuits imprimés, par exemple, ou dans l'industrie du verre, par exemple pour refroidir des fibres optiques durant leur procédé de fabrication. Habituellement, l'hélium est d'abord livré sous forme liquide en grande quantité à une station de transfert et de reconditionnement, dans laquelle l'hélium est vaporisé puis comprimé, avant d'être réacheminé sur son site d'utilisation en étant conditionné soit dans des bouteilles de gaz ou récipients analogues de tailles variables, mais dont la contenance n'excède jamais quelques centaines de litres. Cela est d'ailleurs rappelé dans le document US-A-5,386,707 (Col. 1, 1. 30- 35). En outre, dans certains cas, l'hélium liquide est directement acheminé jusque sur son site d'utilisation dans un réservoir de stockage de faible contenance, généralement dans un réservoir ayant un volume inférieur à 3000 litres, o il peut être stocké avant d'être envoyé sous forme gazeuse vers un site d'utilisation. Dans ce cas, lorsque le site d'utilisation comporte plusieurs lignes de production utilisant chacune de grandes quantités d'hélium gazeux, les quantités utilisées étant variables d'une ligne à l'autre, il est indispensable de prévoir autant de réservoirs d'hélium gazeux que de lignes de production, c'est-à-dire que chaque ligne de production doit être reliée, par l'intermédiaire d'une canalisation individuelle à un réservoir d'hélium qui lui est propre, par exemple des bouteilles d'hélium, de manière à ce que chacune desdites lignes de production puisse être alimentée indépendamment des autres en fonction des besoins en hélium de la ligne considérée. De tels dispositifs sont notamment décrits dans les documents US-A-5386707, US-A-4607490, US-A-4766731, US-A- 3415069, US-A-4972677, US-A-4444572 et JP-A-6241654. Or, ces types d'installations connues présentent plusieurs inconvénients, à savoir: - le fait de devoir procéder à un reconditionnement de l'hélium liquide sous forme d'hélium gazeux dans une station de transfert engendre une augmentation considérable des coûts de transport et de conditionnement du fluide; - lorsque l'hélium liquide est livré sous forme de récipients pressurisés sur le site d'utilisation, il est nécessaire de procéder à un remplacement d'autant plus fréquent desdits récipients que la quantité d'hélium qu'ils contiennent est faible; - lorsque l'on relie chaque ligne de production à son propre réservoir d'hélium, on augmente considérablement la complexité de l'installation de par une multiplication du nombre d'équipement et donc, là encore, du coût global du procédé de fabrication subséquent. Le but de la présente invention est donc de pallier les. inconvénients précités en proposant un procédé et une installation de fourniture d'hélium pouvant être mise en oeuvre directement sur un site de production comprenant plusieurs lignes ou unités de fabrication, fonctionnant indépendamment les unes des autres. Un autre but de la présente invention est aussi de permettre d'alimenter en hélium gazeux plusieurs lignes de production consommant des quantités variables d'hélium gazeux, d'une ligne à l'autre, de manière souple, c'est- à-dire en fonction des besoins propres de chacunes desdites lignes et donc indépendamment des variations de consommations desdites lignes, les unes par rapport aux autres. La présente invention concerne alors une installation de fourniture d'hélium à plusieurs lignes de production comprenant: - une source d'hélium ayant un volume interne d'au moins 7000 litres, - un réseau de plusieurs canalisations secondaires alimentant chacune au moins une ligne de production utilisant de l'hélium gazeux, une canalisation principale d'acheminement d'hélium relié, en amont, à ladite source d'hélium et, en aval1, audit réseau de canalisations secondaires alimentant lesdites lignes de production, chaque ligne de production étant alimentée avec de l'hélium issu de la source d'hélium ayant un volume interne, c'est-à-dire une contenance supérieure à 7000 litres. De préférence, l'installation selon l'invention comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - la source d'hélium a un volume interne d'au moins 8 000 litres, de préférence d'au moins 15000 litres, de préférence encore d'au moins 20000 litres, préférentiellement encore d'au moins 40000 à 50000 litres; - la source d'hélium est mobile, tel un camion citerne ou un wagon citerne, ou fixe, telle une cuve de stockage ou une capacité tampon; - la canalisation principale est reliée, en outre, à au moins un dispositif choisi dans le groupe formé par un échangeur thermique, une capacité tampon, des moyens de purification d'hélium et/ou des moyens de compression. - elle comporte, en outre, des moyens de contrôle du débit et/ou de la pression d'hélium gazeux dans canalisation principale et/ou dans chacune des canalisations secondaires du réseau; - lesdites lignes de production sont choisies dans le groupe formé par: des lignes de remplissage de bouteilles de gaz de plongée, des lignes d'alimentation des poches à gaz ou enveloppes de gaz présentes dans un ballon dirigeable, lesdites lignes d'alimentation étant alors des ramifications de la canalisation principale de gaz parcourant le ballon dirigeable. En d'autres termes, la canalisation principale et les lignes d'alimentation sont alors directement amenagées à l'intérieur du ballon dirigeable, des lignes de remplissage de récipients de gonflage de coussins de sécurité (AIRBAGS), des lignes de fabrication de produits électroniques comprenant au moins un site de refroidissement de "wafers" ou de circuits imprimés, le refroidissement étant réalisé à l'aide d'hélium gazeux, des lignes de fabrication de fibres optiques, ou À des lignes de trempe à l'hélium de pièces métalliques. - lesdites lignes de production sont reliées, indépendamment les unes des autres, à ladite canalisation principale par l'intermédiaire dudit réseau, - l'hélium soutiré de ladite source d'hélium est sous forme gazeuse, liquide ou supercritique, de préférence sous forme liquide ou supercritique. L'invention concerne également un procédé de fourniture d'hélium à plusieurs lignes de production, dans lequel: - on alimente une canalisation principale avec de l'hélium soutiré d'une source d'hélium ayant un volume interne d'au moins 7 000 litres, de préférence d'au moins environ 10 000 litres, - on achemine ledit hélium dans ladite canalisation principale jusqu'à un réseau de plusieurs canalisations secondaires alimentant chacune au moins une ligne de production utilisant de l'hélium gazeux, - on alimente chacune desdites lignes de production avec de l'hélium sous forme gazeuse provenant de la source d'hélium. De préférence le procédé de l'invention comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - l'hélium est soutiré de la source d'hélium sous forme liquide ou supercritique et est soumis, apres soutirage, à au moins une étape de vaporisation, de manière à obtenir de l'hélium gazeux, - on ajuste la pression et/ou le débit d'hélium dans la canalisation principale en fonction de la somme des pressions et/ou des débits d'hélium gazeux dans chacune desdites canalisations secondaires. La présente invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide des figures ci-annexées données à titre illustratif mais non limitatif. La figure 1 représente un schéma général d'une installation 1 de fourniture d'hélium selon la présente invention. Ainsi que représenté sur la figure 1, l'installation 1 de fourniture d'hélium comprend une source 2 d'hélium, par exemple un réservoir de stockage, ayant un volume interne d'au moins 7 000 litres, par exemple d'environ 10000 litres, laquelle source 2 d'hélium est reliée, via une canalisation principale 3, 3a, 3b d'acheminement d'hélium, à un réseau 4 de plusieurs canalisations secondaires 4a, 4b, 4c, alimentant chacune une ligne de production 5a, 5b, 5c, en hélium gazeux. Selon le cas, l'hélium peut être soutiré du réservoir 2 de stockage sous forme liquide, par le biais des moyens de soutirage 3, puis subséquemment vaporisé dans l'échangeur thermique 7, soit soutiré directement sous forme gazeuse via les moyens de soutirage 3b. De préférence, l'hélium est soutiré sous forme liquide ou supercritique. Afin d'obtenir une pression suffisante en hélium dans la canalisation 3, on peut agencer sur celle-ci des moyens de compression 10, tel un compresseur à piston ou membranes. En outre, lorsque l'hélium distribué aux différentes lignes de production 5a à 5c doit avoir une teneur en impuretés inférieure à un certain seuil, il est également possible d'agencer sur la canalisation 3 des moyens de purification 9 d'hélium, par exemple un filtre ou un adsorbant. Par ailleurs, il est aussi possible d'installer une capacité tampon 8 sur la canalisation principale 3. Selon le cas, la source 2 d'hélium peut être une source fixe d'hélium, tel un réservoir de stockage ainsi que représenté sur la figure 1, soit une source mobile, par exemple un camion d'approvisionnement en hélium, ainsi que schématisé sur la figure 2, laquelle figure 2 est, par ailleurs, sensiblement identique à la figure 1. Les figures 3 à 6 représentent, quant à elles, plusieurs applications possibles de l'installation de fourniture d'hélium selon la présente invention. Plus précisément, la figure 3 schématise l'application de l'installation 1 de fourniture d'hélium décrite ci-dessus au remplissage de bouteilles 13 de gaz de plongée. Ainsi, la figure 3 reprend la même architecture que celle des figures 1 et 2, mais comprend, en plus, un dispositif de mélange et homogénéisation 12 agencé sur la canalisation principale 3, destiné à obtenir un mélange homogène d'hélium gazeux et d'un ou plusieurs autres gaz issus d'une source secondaire 11 de gaz, pour obtenir un mélange gazeux respiratoire pouvant être utilisé en tant que gaz respiratoire pour bouteille de plongée 13. Le mélange gazeux de plongée contenant de l'hélium est ensuite acheminé vers un réseau 4 de plusieurs canalisation secondaire 4a à 4c alimentant chacune des lignes 5a à 5c de remplissage de bouteille 13 de gaz de plongée. La figure 4 schématise, quant à elle, la mise en oeuvre d'une installation selon l'invention sur un site de fabrication de matériaux électronique. Comme dans les cas précédent, l'hélium est acheminé via une canalisation 3 jusqu'à un réseau 4 comprenant plusieurs lignes de production 5a et 5b, telles des lignes de refroidissement de "wafers" ou de circuits imprimés. Dans ce cas, le dispositif comprend également des moyens de récupération et de recyclage 14 de l'hélium gazeux utilisé, lequel hélium est récupéré puis éventuellement purifié au sein d'une unité 9' de prépurification de gaz recyclé avant d'être renvoyé vers la canalisation principale 3, en amont des moyens de purification 9 o l'hélium prépurifié ainsi recyclé subit une purification suffisante pour lui permettre d'être à nouveau renvoyé vers les lignes de production 5a et 5b. Cependant, lorsque l'hélium utilisé et récupéré par les moyens de recyclage 14 contient une teneur en impuretés inférieure à un seuil prédéterminé, il n'est pas forcément nécessaire de lui faire subir cette pré purification et il peut alors être renvoyé vers la ligne 3 par l'intermédiaire du bipasse 9". La figure 5 représente, quant à elle, un schéma d'une installation selon l'invention appliquée à la fourniture d'hélium à des lignes de fabrication 5a à 5c de fibres optiques 17, o l'hélium est utilisé pour refroidir lesdites fibres 17 lors de leurs passages dans les enceintes 16 de refroidissement. L'hélium gazeux peut, là encore, être récupéré à la sortie desdites enceintes 16 de refroidissement, évacué via des canalisations 21 jusqu'à des moyens de refroidissement 15, puis envoyé soit directement vers la canalisation principale 3 par l'intermédiaire du bipasse 19, soit subir une prépurification au sein des moyens de prépurification 18 installés sur la canalisation 20. La figure 6 représente l'application de l'installation de fourniture d'hélium de l'invention à une unité de fabrication de récipients 25 de gonflage de coussins de sécurité ou AIRBAGTM. Dans ce cas, un camion citerne 2 d'une contenance d'au moins 20000 litres approvisionne directement, en hélium liquide, le site de. production desdits récipients pour coussins de sécurité. L'hélium sous forme liquide, soutiré de la source 2, est vaporisé dans le réchauffeur 7, subit ensuite, si nécessaire et de manière optionnelle, une dilution 12 avec un ou plusieurs autres gaz émanant d'une source de gaz secondaire 11, une compression 10, avant d'être envoyé vers le réseau 4 de canalisations secondaires 4a, 4b, puis d'être finalement introduit dans les récipients 25 pour coussins de sécurité. L'installation et le procédé selon l'invention présentent plusieurs avantages, à savoir notamment qu'ils permettent un acheminement d'hélium directement sur le site d'utilisation dudit hélium, ledit hélium étant acheminé sous forme liquide dans des containers de très grandes dimensions, en général de plus de 7000 litres, sans avoir à subir obligatoirement de transfert, c'est-à- dire de reconditionnement, entre leurs sites de liquéfaction initiales ou de production et leurs sites d'utilisation. En outre, comme on peut le voir sur les figures précédentes, la vaporisation de l'hélium liquide sous forme d'hélium gazeux peut être réalisée directement sur le site d'utilisation et l'hélium peut, ensuite, subir éventuellement une purification avant d'être envoyé vers les lignes de production o il sera utilisé. En général, il convient de respecter à l'intérieur de la canalisation principale 3, un débit minimum d'au moins 2 m3/h et/ou une pression de 105 Pa à 4.107 Pa. Après utilisation, l'hélium gazeux peut être éventuellement récupéré et recyclé, en subissant ou non une prépurification se réutilisation subséquente. En outre, chacune des lignes secondaires 4a à 4c du réseau secondaire de canalisation n'est reliée qu'à une source unique 2 d'hélium, toute en étant indépendante l'une de l'autre. En d'autres termes, le procédé et l'installation selon la présente invention permettent d'obtenir une très grande flexibilité des différentes lignes de production du procédé utilisant ledit hélium, c'est-à-dire que bien que chaque ligne soit alimentée par la même source 2 d'hélium, chacune desdites lignes de production peut obtenir, à tout moment la quantité d'hélium gazeux nécessaire à son bon fonctionnement. REVlNDIC>TIONR 1. Installation (1) de fourniture d'hélium à plusieurs lignes (5a, 5b, 5c) de production comprenant: - une source (2) d'hélium ayant un volume interne d'au moins 7 000 litres, - un réseau (4) de plusieurs canalisations secondaires (4a, 4b, 4c) alimentant chacune au moins une ligne de production (5a, 5b, 5c) utilisant de l'hélium gazeux, une canalisation principale (3, 3a, 3b) d'acheminement d'hélium relié, en amont, à ladite source (2) d'hélium et, en aval, audit réseau (4) de canalisations secondaires (4a, 4b, 4c) alimentant lesdites lignes de production (5a, 5b, 5c), chaque ligne de production (5a, 5b, 5c) étant alimentée avec de l'hélium issu de la source d'hélium (2) ayant un volume interne d'au moins 7000 litres. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la source (2) d'hélium a un volume interne d'au moins 8000 litres, de préférence d'au moins 20000 litres, préférentiellement encore d'au moins 40000 litres. 3. Installation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la source (2) d'hélium est mobile ou fixe. 4. Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la canalisation (3, 3a, 3b) principale est reliée, en outre, à au moins un dispositif choisi dans le groupe formé par: - un échangeur thermique (7), - une capacité tampon (8), - des moyens de purification d'hélium (9), et - des moyens de compression (10). 5. Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, des moyens de contrôle du débit et/ou de la pression d'hélium gazeux dans canalisation principale (3, 3a, 3b) et/ou dans chacune des canalisations secondaires (4a, 4b, 4c) du réseau (4). 6. Installation selon l'une des revendications 1 à , caractérisée en ce que lesdites lignes de production (5a, 5b, 5c) sont choisies dans le groupe formé par: - des lignes de remplissage de bouteilles (13) de gaz de plongée, - des lignes de remplissage d'enveloppes gazeuses pour ballon dirigeable, - des lignes de remplissage de récipients (25) de gonflage de coussins de sécurité (airbags), - des lignes de trempe à l'hélium de pièces métalliques, - des lignes de fabrication de produits électroniques comprenant au moins un site de refroidissement de "wafers" ou de circuits imprimés, et - des lignes de fabrication de fibres optiques (17). 7. Installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que lesdites lignes de production (5a, 5b, 5c) sont reliées, indépendamment les unes des autres, à ladite canalisation principale (3, 3a, 3b) par l'intermédiaire dudit réseau (4). 8. Installation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'hélium soutiré de ladite source (2) d'hélium est, en sortie de ladite source (2), sous forme liquide ou supercritique. 9. Procédé de fourniture d'hélium à plusieurs lignes (5a, 5b, 5c) de production, dans lequel: - on alimente une canalisation principale (3, 3a, 3b) avec de l'hélium soutiré d'une source (2) d'hélium ayant une contenance supérieure à 7000 litres, - on achemine ledit hélium dans ladite canalisation principale (3, 3a, 3b) jusqu'à un réseau de plusieurs canalisations secondaires (4a, 4b, 4c) alimentant chacune au moins une ligne de production (5a, 5b, 5c) utilisant de l'hélium gazeux, - on alimente chacune desdites lignes de production (5a, 5b, 5c) avec de l'hélium sous forme gazeuse provenant de la source (2) d'hélium. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'hélium est soutiré de la source (2) d'hélium sous forme liquide ou supercritique et est soumis, après soutirage, à au moins une étape de vaporisation, de manière à obtenir de l'hélium gazeux. 11. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce qu'on ajuste la pression et/ou le débit d'hélium dans la canalisation principale (3) en fonction de la somme des pressions et/ou des débits d'hélium gazeux dans chacune desdites canalisations secondaires (4a, 4b, 4c).