Brevet FR2845012A1 — publié le 20040402

La présente invention concerne un dispositif pour enrichir de l'air en oxygène par adsorption, sur la base de variations de pression, dans des lits à tamis moléculaires comprenant au moins un séparateur d'eau monté entre une source d'air sous pression et les lits à tamis moléculaires. La séparation par adsorption de mélanges gazeux, par adsorption sur la base de variations de pression, a été développée pour les procédés de séparation les plus divers. Tous les procédés de séparation reposent sur le principe que la partie du mélange gazeux qui présente la plus grande affinité avec l'adsorbant est retenue à la surface de l'adsorbant, dans une étape 10 d'adsorption, et que les composants moins fortement adsorbés peuvent être retirés de l'adsorbeur rempli d'adsorbant. La désorption de la phase adsorbée est obtenue en baissant la pression, après l'étape d'adsorption, et en rinçant l'adsorbant avec une partie du gaz enrichi. Un dispositif permettant d'enrichir de l'air en oxygène est connu par 15 le brevet EP 135 936 A2. Dans le dispositif connu, l'air aspiré par un compresseur est tout d'abord refroidi dans un élément refroidisseur pour le faire passer à une température proche de la température ambiante, et l'eau de condensation est évacuée. L'air arrive ensuite sur un lit d'adsorption, qui est constitué d'une première couche servant à séparer la vapeur d'eau et le gaz 20 carbonique, et d'une deuxième couche constituée d'un tamis moléculaire de type X servant à adsorber l'azote. Pour séparer l'azote, le lit d'adsorption est tout d'abord exposé à l'air qui se trouve à une pression inférieure à la pression de service, et le produit gazeux obtenu est stocké de façon temporaire dans un réservoir. La pression est ainsi abaissée à une valeur moyenne inférieure à la 25 pression de service. Lors de la désorption ultérieure de la vapeur d'eau et de l'azote, la pression résiduelle qui subsiste est réduite au niveau de la pression ambiante et le gaz de rinçage, par le point d'alimentation du lit d'adsorption, est répandu dans l'atmosphère. Afin d'assister la phase de désorption, le lit d'adsorption peut également être rincé avec le produit gazeux. Le dispositif connu présente l'inconvénient que, lorsque le flux de gaz de rinçage est trop faible, l'humidité qui provient de la première couche du lit d'adsorption ne peut pas être complètement évacuée. Cependant, l'augmentation du flux de gaz de rinçage entraîne une perte de produit gazeux qui devient inacceptable, et l'installation fonctionne mal. L'invention a pour but de perfectionner un dispositif du type évoqué, en ce qui concerne la séparation de l'eau hors de l'air qui doit être enrichi en oxygène. Ce but est atteint grâce au fait que le séparateur d'eau placé 5 immédiatement en amont des lits à tamis moléculaires est conformé en séparateur d'eau à cyclone. L'avantage apporté par l'invention réside essentiellement en ce qu'on obtient une très bonne capacité de séparation, en séparant l'eau au moyen d'un séparateur d'eau à cyclone, sans devoir régénérer le séparateur 10 d'eau avec un flux de gaz de rinçage, comme ceci serait le cas avec un tamis moléculaire selon l'état de la technique. Avec le séparateur d'eau à cyclone, l'eau séparée peut être immédiatement évacuée. Un autre avantage réside en ce que la force centrifuge permet d'évacuer également les impuretés. Si l'on combine le séparateur d'eau à cyclone avec un ultrafiltre qui retient les 15 impuretés très fines, l'air qui est destiné à être enrichi en oxygène peut être traité de telle sorte que le tamis moléculaire qui servira à l'adsorption de l'azote, ne soit que très peu sali. Un exemple d'exécution de l'invention est représenté sur la figure et va maintenant être expliqué plus en détail. La figure 1 représente un dispositif destiné à enrichir de l'air en oxygène, la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un séparateur d'eau à cyclone. La figure 1 représente schématiquement un dispositif 1 destiné à 25 enrichir de l'air en oxygène, qui est utilisé pour l'alimentation en gaz respiratoire dans un avion non représenté à la figure 1. L'air qui sort d'une source à surpression 2, par exemple d'une turbine, parvient, en passant par un séparateur d'eau 3, dans un réducteur de pression 4, qui réduit la pression à une pression de service d'approximativement 2 bars. En aval du réducteur de 30 pression se trouve un séparateur d'eau à cyclone 5 comprenant une entrée de gaz 6 et une sortie de gaz 7, avant que l'air ne parvienne au niveau d'un lit à tamis moléculaire 8, dans lequel une partie de l'azote est adsorbé de façon connue. Le produit gazeux enrichi en oxygène est stocké de façon temporaire dans un réservoir 9, avant de parvenir à un consommateur non représenté à la 35 figure 1. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la structure du séparateur d'eau à cyclone 5 de la figure 1. L'air sous pression matérialisé par la flèche 1i0, qui pénètre par l'entrée de gaz 6, est guidé par un volet de giration 11 suivant une trajectoire centrifuge. En raison de la force centrifuge, les 5 particules d'eau et les impuretés sont lancées contre une paroi intérieure 12 et atteignent un fond de boîtier 13. Une plaque séparatrice 14 prévue à l'intérieur du séparateur d'eau 5 sépare celui-ci en une zone tourbillonnaire 15 et une zone de stabilisation 16. La présence des zones 15, 16 empêche que du condensat séparé puisse retourner dans le courant d'air. Le condensat est 10 éliminé par une soupape d'évacuation 17. L'air s'écoule ensuite vers la sortie de gaz 7, en passant par un élément filtrant 18. L'élément filtrant 18 présente une largeur de pores d'1 micromètre, conçue pour obtenir un degré de pureté de l'air suffisant pour son traitement ultérieur dans le lit à tamis moléculaire 8, sans qu'une perte de pression trop importante intervienne. REVENDICATION 4,1 Dispositif pour enrichir de l'air en oxygène par adsorption, sur la base de variations de pression, dans des lits à tamis moléculaires comprenant au moins un séparateur d'eau monté entre une source d'air sous pression et 5 les lits à tamis moléculaires, caractérisé en ce que le séparateur d'eau placé immédiatement en amont des lits à tamis moléculaires (8) est conformé en séparateur d'eau à cyclone (5).