Brevet FR2824278A1 — publié le 20021108

demi-sphère ou coque (1) vient se poser sur un socle (7). Séparateur de gaz à tamis moléculaire L' invention concerne le domaine des séparateurs de gaz constitués d'un mélange de plusieurs composants. Il s'agit, par exemple, de séparateurs destinés à extraire de l'oxygène de l'air, dans des générateurs d'oxygène embarqués dans des aoronefs. On connaît ainsi des séparateurs nommés OBOGS (acronyme de l' expression anglo-saxonne " On-board oxygen generator system ") qui permettent de générer de l'oxygène par absorption sélective puis restitution de l'oxygène de l'air provenant du compresseur d'un ou de plusieurs moteurs à réaction d'aéronef. Il peut également s'agir de séparateurs destinés à générer de l'azote grâce à des appareils nommés OBIGGS (acronyme de l 'expression anglosaxonne "on-board inert gaz generation system"). De tels séparateurs comportent au moins une colonne de séparation avec une entrée et une sortie de gaz (de l'air par exemple), ainsi qu'une paroi pour contenir des grains de tamis moléculaire disposés entre l'entrce et la sortie de gaz, de manière à ce que ceux-ci soient balayés par un flux de gaz et qu'au moins une partie d'au moins un des composants du gaz soit retenu au niveau des grains. De tels séparateurs sont susceptibles d'être soumis à des vibrations. C'est notamment le cas dans les aéronefs. Dans ce cas, les grains de tamis moléculaire sont soumis à des frottements les uns contre les autres. Ils s'effritent alors et produisent une poussière fine. La présence de cette poussière est souvent inacceptable dans l'appareil d'utilisation des gaz restitués. En outre, l' inhalation de telles poussières pourrait avoir des conséquences néfastes sur la santé des utilisateurs des gaz respiratoires générés par ces séparateurs. De plus, la poussière colmate les filtres en sortie des séparateurs et réduit ainsi la durée de vie de ces derniers. On a alors pensé à doter la colonne de moyens de compress ion pour mainteni r les grains pre s sés l es uns contre les autres et sur la paroi. Mais ceci ne donne pas entièrement satisfaction. Un but de l' invention consiste à palier les inconvénients précités et en particulier à augmenter la perennité des séparateurs en limitant la désintégration des grains et la formation de poussière. Ce but est atteint, selon l 'invention, grâce à un séparateur tel que ceux décrits ci-dessus et dans lequel la face interne de la paroi de la colonne est au moins en majeure partie revêtue d'un matériau apte à une déformation sous la pression des grains sur la paroi. En effet, ce matériau contribue à maintenir les grains en place, même sous l'effet des vibrations. Complétant l' action des moyens de compression, le matériau permet de compenser les variations de volume induites par l'effet de tessement des grains soumis à des vibrations et de maintenir constamment les grains en contact les uns avec les autres. Ainsi, la cohésion de l'ensemble des grains est mieux assurée. Les grains frottent moins les uns contre les autres et la formation de poussière est réduite. Ainsi, les filtres sont plus longtemps perméables aux gaz et la durce de vie du séparateur est allongée. Par ailleurs, de tels séparateurs présentent moins de risques pour la santé des utilisateurs que ceux de l'art antérieur. Le fait de revêtir le paroi interne de la colonne, du matériau déformable, permet également de ralentir l'écoulement gazeux à proximité de cette paroi. Ainsi, les - échanges entre le gaz circulant -dans la colonne et les grains de tamis moléculaire sont augmentés et l'efficacité globale de la colonne s'en trouve améliorée. L' invention comporte en outre avantageusement les caractéristiques suivantes prises isolément ou en combinaison: - le matériau apte à une déformation sous la pression des grains est élastique; - la colonne a une symétrie cylindrique autour d'un axe et le matériau apte à une déformation exerce, sur les grains, une force de réaction radiale; - le matériau apte à une déformation revêt la face interne de la partie cylindrique de la paroi; - le matériau apte à une déformation revêt la face interne d'une partie de la paroi qui est perpendiculaire à l'axe de symétrie cylindrique; - les moyens de compression comportent un ressort intercalé entre un flasque faisant pression sur les grains, perpendiculairement à l' axe de symétrie cylindrique, et des moyens d'appui solidaire de la paroi; - les moyens de compression comportent une aiguille conique enfoncée à force dans 1'ensemble des grains contenus dans la colonne; - les grains de tamis moléculaire sont constitués d'un matériau apte à retenir l'oxygène; - les grains de tamis moléculaire sont constitués d'un matériau apte à retenir l'azote; - les grains sont constitués d'une zéolite; et - le matériau apte à une déformation est un élastomère de silicone. Selon un autre aspect, l' invention concerne une installation pour constituer une source d'oxygène destinée à l'alimentation d'une installation respiratoire dans un aéronef, comprenant un séparateur tel que décrit ci-dessus. Selon encore un autre aspect, l 'invention concerne une installation pour séparer l'azote de l'air pour constituer une source de gaz inerte pour inerter des réservoirs d'acronef, comprenant un séparateur tel que décrit ci-dessus. L' invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation illustratif, mais non limitatif, de l'invention, ainsi qu'à l' aide des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement en coupe longitudinale un séparateur de gaz; - la figure 2 représente schématiquement en coupe une partie de la paroi du séparateur représenté sur la figure 1, revêtue du matériau apte à une déformation élastique et contre laquelle sont pressés des grains de tamis moléculaire; et - la figure 3 représente schématiquement en coupe longitudinale une variante du séparateur de gaz représenté sur la figure 1. L, invention est présentée ci-dessous de manière détaillée pour un exemple de mode de réalisation. Selon cet exemple, illustré par la figure 1, l'invention est un séparateur 1 d'oxygène de l'air provenant d'un compresseur d'un turbo-réacteur d'aéronef (non représenté). Ce séparateur comporte une colonne 2. Cette colonne 2 est constituée d'une paroi cylindrique 3 de révolution autour d'un axe longitudinal 0-0, formant un tube fermé, à l'une de ses extrémités, par une paroi transversale 4 à la paroi cylindrique 3, et à l'autre extrémité, par un flasque , mobile en tranelation suivant l' axe 0-0. La paroi transversale 4 est pourvue d'une ouverture formant une entrée 7 de l'air dans la colonne 2. Le flasque est pourvu d'une ouverture formant une sortie 8 de l'air dans la colonne 2. L'entrée 7 et la sortie 8 sont munies d'un filtre 9, dont la dimension de maille est comprise entre 0,1 à 0,6 microns par exemple. Le flasque 5 se présente sous forme d'un disque dont diamètre est ajusté au diamètre luterne de la paroi cylindrique 3, de manière à coulisser dans la colonne 2 tout en assurant l'étanchéité de celle-ci aux gaz qu'elle est destinée à contenir. Le flasque 5 comporte une face interne dirigée vers l'intérieur de la colonne 2 et une face externe 11, dirigée vers l'extérieur de l'enceinte 2. L'entrée et la sortie sont respectivement prolongées, vers l'extérieur de la colonne 2, par des buses d'entrée 12 et de sortie 14, destinées à être raccordées à un circuit d'entrée d' air et de transmission d'oxygène à un appareil respiratoire. La colonne 2 est tapissée avec ou sans collage ou par surmoulage sur la face interne de ses parois cylindrique 3 et tranevereale 4 d'une couche 15 d'un matériau apte à une déformation élastique. L'épaisseur de ce matériau sur les parois 3 et 4 est préférentiellement comprise entre 1 et 3 fois le diamètre moyen des grains. La couche 15 peut être d'épaisseur uniforme ou présenter des variations d'épaisseur, sous forme de plis ou de proLubérances. Préférentiellement, ce matériau ne comporte pas d'alvéoles fermées, la colonne 2 étant sujette à des variations de pression. Prétérentiellement, ce matériau est un élastomère de silicone préférentiellement d'une faible dureté (10 à 40 shores). La colonne 2 -est remplie de grains 16 de tamis moléculaire. Pour l'exemple illustré ici, le tamis moléaulaire est choisi parmi les zéolites (d'alumino- silicate par exemple). On notera que pour une application à la séparation de l'azote de l'air, un tamis moléculaire à base de carbone est avantageusement utilisé. Les grains 16 présentent une forme globalement sphérique, avec un diamètre distribué autour d'une valeur mmoyenne comprise entre 1 et 5 mm, cette valeur moyenne dépendant de l 'application. Les grains 16 sont comprimés par le flasque 5, lui même pressé par des moyens de compression. Ces moyens de compression sont constitués, pour le mode de réalisation présenté ici, d'un ressort 17 hélicoïdal dont le diamètre est légèrement inférieur au diamètre interne de la paroi cylindrique 3. Ainsi, le ressort 17 s'appuie sur le pourtour de la face externe 11 du flasque 5. Le ressort 17 est maintenu comprimé par des moyens d'appui. Ces moyens d'appui sont pour l'exemple décrit ici, un écrou 18 vissé sur un filetage réalisé sur la face interne de la paroi cylindrique 3. Selon une variante, le ressort 17 est simplement retenu par un jonc. Selon une variante non représentée, la face interne du flasque 5 est également tapissce du matériau apte à une déformation élastique. Lorsque, comme c' est le cas des dispositifs de l' art antérieur, les grains sont directement au contact d'une paroi indéformable, l'écoulement du flux de gaz s'effectue préférentiellement le long de cette paroi. Par contre, conformément à l' invention, on élimine ce phénomène. En effet, que la couche 15 soit uniforme en épaisseur ou non, une fois les grains pressés contre la couche 15 tapissant les parois 3, 4 et éventuellement le flasque 5, la couche 15 est déformée. Les points de pression des grains y forment des creux, tandis que les espaces ménagés entre les grains permettent au matériau élastique de la couche 15 de rester globalement en place. Ainsi, la couche 15 présente une surface irréqulière imprimant au flux de gaz à proximité des parois 3, 4 et 5 un écoulement selon un parcours P plus chaotique que s'il s'était effectué le long de ces parois. Ceci a pour effet d' augmenter les distances parcourues par les gaz dans la colonne 2, donc de favoriser les échanges avec les grains 12 et d' augmenter l'efficacité de la colonne 2. Cet avant age est accentué si la couche 15 présente des aspérités (voir figure 2). La figure 3 représente une variante du mode de réalisation présenté cidessus. Selon cette variante, la colonne 2 diffère essentiellement de la précédente par le fait qu'elle comporte des moyens de compression constitués par une aiguille 19 à la place du ressort 17. Cette aiguille 19, de forme évasée, comporte une base 20 vissée dans un orifice fileté prévu à cet effet, au centre du flaque 5. L'aiguille 19 s'étend longitudinalement parallèlement à la paroi cylindrique 3, globalement jusqu'à la paroi transversale 4. Selon une variante non représentée, il est prévu plusieurs aiguilles 19 parallèles. La sortie 8 est constituée de plusieurs orifices distribués autour de la base 20 de l'aiguille 19. Chacun de ces orifices est muni d'un filtre 9. La colonne 2 est surmontée d'un récupérateur 21 en forme de cloche. Le bord de cette cloche comporte un méplat 22 destiné à être pressé contre la face externe 11 du flasque 5, grâce à l'écrou 18, afin d' assurer l' étanchéité entre le récupérateur 21 et le flasque 5. L'écrou 18 sert également à presser le flasque 5 sur les grains 16 et donc à les maintenir serrés les uns contre les autres et contres les parois 3 et 4. Avantageusement, l'aiguille 19 est montée et vissée sur le flasque 5 après que le flasque 5 lui-même ait été monté sur la colonne 2 et serré avec l'écrou 18 sur les grains 16. De cette manière, le tassement des grains 16 est optimisé, l'aiguille 19 imposant une force sur les grains 16, dirigée perpendiculairement à la surface de l'aiguille 19, c'est-à- dire avec une composante radiale et une composante longitudinale. De nombreuses autres variantes peuvent être concues à partir de celles présentées ci-dessus, sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, il est possible de combiner plusieurs caractéristiques présentées ci-dessus. Par exemple, il est possible d'utiliser des moyens de compression constitués à la fois du ressort 17 et de l'aiguille 19. REVENDICATIONS 1.Séparateur de gaz constitué d'un mélange de plusieurs composants, ce séparateur comportant au moins une colonne (2) de séparation avec une entrce (12) et une sortie (14) de gaz, ainsi qu'une paroi (3,4) pour contenir des grains (16) de tamis moléculaire disposés entre l'entrée (12) et la sortie (14) de gaz, de manière à ce que ceux-ci soient balayés par un flux de gaz et qu'au moins une partie d'au moins un des composants du gaz soit retenu au niveau des grains (16), cette colonne (2) comportant en outre des moyens de compression (17,19) pour maintenir les grains pressés les uns contre les autres et sur la paroi, ce séparateur étant caractérisé par le fait que la face interne de la paroi (3,4) de la colonne (2) est au moins en majeure partie revêtue d'un matériau (15) apte à une déformation sous la pression des grains (16) sur la paroi (3,4). 2.Séparateur selon la revendication 1, dans lequel le matériau apte à une déformation sous la pression des grains (16) est élastique. 3. Séparateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la colonne (2) a une symétrie cylindrique autour d'un axe (0-0) et le matériau (15) apte à une déformation exerce, sur les grains (16), une force de réaction radiale. 4.Séparateur selon la revendication 3, dans lequel le matériau (15) apte à une déformation revêt la face interne de la partie cylindrique (3) de la paroi. 5.Séparateur selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel le matériau (15) apte à une déformation revêt la face interne d'une partie (4) de la paroi qui est perpendiculaire à l'axe (0-0) de symétrie cylindrique. 6.Séparateur selon l'une des revendications 3 à 5, dans l equel le s moyens de compression comportent un re s sort (17) intercalé entre un flasque (5) faisant pression sur les grains (16), perpendiculairement à l'axe (0-0) de symétrie cylindrique, et des moyens d'appui (18) solidaires de la paroi (3). 7.Séparateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de compression comportent une aiguille (19) conique enfoncée à force dans l'ensemble des grains (16) contenus dans la colonne (2). 8.Séparateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les grains (16) de tamis moléculaire sont constitués d'un matériau apte à retenir l'oxygène. 9.Séparateur selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel les grains (16) de tamis moléaulaire sont constitués d'un matériau apte à retenir l'azote. 10. Séparateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les grains (16) sont constitués d'une zéolite. 11. Séparateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau (15) apte à une déformation est un élastomère de silicone. 12. Installation pour constituer une source d'oxygène destinée à l'alimentation en gaz respiratoire dans un aéronef, comprenant un séparateur selon l'une des revendications précédentes. 13. Installation pour constituer une source de gaz inerte pour inerter des réservoirs d'un aéronef, comprenant