Brevet FR2848983A1 — publié le 20040625

i La présente invention concerne un procédé de fourniture à des occupants d'un aéronef d'un mélange gazeux riche en oxygène par séparation d'air dans un système d'adsorption à pression alternée (PSA). Les générateurs embarqués de mélange gazeux riche en oxygène, communément appelés OBOGS, sont connus depuis plusieurs décennies pour l'alimentation en oxygène des pilotes d'avions d'armes militaires et commencent à s'implanter dans des avions de transport civils, comme décrit dans le 10 document FR-A-2 823 180 au nom de la demanderesse. Pour optimiser le rapport oxygène produit/masse embarquée il a été proposé d'utiliser des adsorbants à hautes performances, en particulier des zéolites de type faujasite modifiées par digestion ou à fort taux d'échange au lithium telles que décrites dans les documents EP-A-0 297 542 (invention Chao) 15 ou EP-A-461 478 (invention Leavitt) Dans la pratique, les adsorbants haute performance de ce type sont mis en oeuvre avec des températures de mélange d'admission proches de l'ambiante, inférieures à 40 C. La demanderesse a constaté que, dans les applications embarquées, nécessairement compactes et à flux rapides, une optimisation du procédé PSA 20 permettait d'opérer à des températures plus élevées sans diminution, au contraire, des performances. Ainsi, selon un objet de l'invention, le procédé, comprenant, dans un cycle, une phase d'adsorption/production à pression haute et une phase de désorption/régénération à pression basse, mettant en oeuvre un adsorbant à 25 haute performance ayant une granulométrie n'excédant pas 0,8 mm, la durée du cycle n'excédant pas 10 secondes, et l'air d'alimentation est introduit à une température entre 50 et 90 C, typiquement entre 60 et 80 C, avantageusement entre 60 et 70 C. Selon des caractéristiques plus particulières de l'invention L'adsorbant, avantageusement une zéolithe X à teneur en lithium supérieure à 85 %, avantageusement supérieure à 90 %, a une granulométrie n'excédant pas en moyenne 0,6 mm. L'air d'alimentation est typiquement introduit à un débit compris entre 300 et 400 Nl/mn (pour la fourniture individuelle à un pilote ou à un navigateur d'un débit utile de consommation entre 10 et 50 NI/mn dans les conditions standard de pression et de température) ou entre 3300 et 3600 NI/mn 5 (pour la fourniture à quelques rangées de passagers d'un gros avion de ligne d'un débit de consommation utile entre 100 et 500 NI/mn). L'air d'alimentation est introduit à une pression inférieure à 5 bars ( 5 x 105 Pa), la pression de désorption étant voisine de la pression atmosphérique ambiante. La demanderesse a constaté qu'avec de telles températures d'adsorption, la cinétique était améliorée, ce qui est significatif dans le cas des OBOGS, et le rendement était aussi amélioré. D'autre part, I'air d'alimentation chaud permet d'atténuer 2 les profils thermiques dans les lits d'adsorbants. Enfin, les systèmes de séparation embarqués étant alimentés par de l'air comprimé provenant d'un étage de compression d'un moteur d'avion a une température généralement supérieure à 150 C, le procédé selon l'invention permet de réduire considérablement les dimensions des échangeurs de refroidissement de l'air d'alimentation et donc de gagner en poids et en 20 encombrement. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation, donnée à titre illustratif et nullement limitatif, faite en relation avec le dessin annexé sur lequel: la figure 1 est un schéma d'implantation d'un système embarqué de 25 fourniture de mélange gazeux riche en oxygène selon l'invention. Sur la figure 1 on reconnaît une unité PSA 1, comprenant au moins deux adsorbeurs 2 opérant en alternance, recevant depuis un étage compresseur C de moteur d'avion un flux d'air chaud sous pression, régulé en débit en 30 et en pression dans un détendeur 3, refroidi dans un échangeur de chaleur 4, pour 30 être séparé dans l'unité 1 en un flux de mélange enrichi en azote 5, utilisé par exemple pour inerter des compartiments ou des réservoirs de l'avion, et un flux de mélange enrichi en oxygène 6, acheminé, via une vanne de régulation 7, à des réseaux utilisateurs 8, par exemple des masques à oxygène de passagers et/ou d'équipage. La chaîne de transfert de gaz est complétée par un débitmètre massique d'entrée 9, un débitmètre massique de sortie 10, un capteur de la température 5 d'entrée 11, des capteurs de pression d'entrée 12 et de sortie 13, et un analyseur de teneur en oxygène 14, ces différents capteurs, connectés à un système de contrôle (non représenté), permettant d'ajuster les débits et les pressions au long de la chaîne. Dans un mode de réalisation particulier convenant pour l'alimentation de 10 passagers d'avion commercial, un sous-ensemble de fourniture d'oxygène comprend typiquement deux adsorbeurs jumelés 2 opérant en cycles alternés et utilisant comme adsorbant une zéolithe Li X ayant un rapport Si/AI compris entre 1 et 1,25 et échangée à plus de 92 % par des cations lithium La pression d'admission est d'environ 3 bars pour une pression de désorption d'environ 0,5 15 bars; le débit de l'air d'admission est compris entre 3400 et 3500 NI/mn La température de l'air d'admission est comprise entre 60 et 65 C et le temps de cycle de 2 x 4 secondes. Quoique l'invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est susceptible de 2 0 modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de métier dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 Procédé de fourniture à des occupants d'un aéronef d'un mélange gazeux riche en oxygène par séparation d'air dans un système d'adsorption à pression alternée (PSA) comprenant, dans un cycle, une phase d'adsorption/production et une phase de désorption/régénération, dans lequel on utilise un adsorbant à hautes performances ayant une granulométrie n'excédant pas 0,8 mm, o la durée du cycle n'excède pas 10 secondes et o l'air 10 d'alimentation est introduit à une température entre 50 et 90 C. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température d'entrée est comprise entre 60 et 80 C. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la température est comprise entre 60 et 70 C. 4 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la granulométrie de l'adsorbant n'excède pas en moyenne 0,6 mm. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'air d'alimentation est introduit à une pression inférieure 5 bars. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'air d'alimentation est introduit à un débit entre 300 et 3600 NI/mn. 7 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'adsorbant est une zéolithe X à teneur en lithium supérieure à 85 %. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la zéolithe a un rapport Si/AI compris entre 1 et 1,25.