Brevet FR2855145A1 — publié le 20041126

i La présente invention concerne un dispositif pour enrichir de l'air avec de l'oxygène dans un avion et un procédé pour actionner le dispositif. On connaît à partir de DE 101 42946 A1 un dispositif pour enrichir de l'air avec de l'oxygène. L'air chaud qui est entraîné avec de la vapeur d'eau 5 est refroidi dans un échangeur de chaleur et atteint un séparateur d'eau avec lequel le produit de condensation est retiré. Le gaz enrichi avec de l'oxygène est produit au moyen de deux lits de tamis moléculaires disposés en parallèle, qui agissent alternativement dans un mode d'adsorption et un mode de désorption. Pour la désorption du lit de tamis moléculaires qui n'est 10 pas utilisé, on utilise une partie du gaz en tant qu'écoulement de gaz de rinçage qui s'écoule au travers du lit de tamis moléculaires situé dans le mode de régénération. Un clapet de dérivation qui est relié à l'avant des lits de tamis moléculaires commute entre la phase d'adsorption et la phase de désorption. Le dispositif connu fournit en continu le gaz produit dans le conduit d'usager. En même temps, il apparaît souvent qu'après le début de l'opération, le débit total du mode des lits de tamis moléculaires dans la phase d'adsorption n'est pas habituellement disponible. Le débit d'adsorption total est présent si les lits de tamis moléculaires ont atteint le point 20 d'actionnement fixe. Pendant la phase de fonctionnement initial, I'écoulement de gaz a par conséquent seulement un composant d'oxygène qui se trouve en dessous de la valeur de seuil requise pour l'opération. Un but de la présente invention est d'améliorer un dispositif du type mentionné plus haut selon une mesure telle que le gaz atteint des besoins 25 minimum. Un autre but de l'invention est un procédé pour actionner le dispositif. La solution pour le but envisagé est obtenue au moyen d'un dispositif pour enrichir de l'air avec de l'oxygène dans un avion, comprenant en combinaison: une source haute pression pour fournir de l'air, un séparateur d'eau, deux lits de tamis moléculaires agencés en parallèle pour l'adsorption et la désorption alternées d'azote, un moyen de transfert d'écoulement permettant l'écoulement d'un gaz 35 de rinçage entre les lits de tamis moléculaires, un appareil de mesure d'oxygène analysant l'écoulement de gaz enrichi en oxygène, et un dispositif de dérivation pour l'écoulement de gaz sortant du lit de tamis moléculaires, dans lequel dans une première position de commutation du dispositif de dérivation on crée une liaison d'écoulement au canal de sortie et, dans une deuxième position de commutation, il y a une liaison d'écoulement à un conduit d'usager et dans lequel on prévoit un moyen pour produire un signal de dérivation de la première position de commutation à la deuxième position 10 de commutation lors du dépassement d'une valeur de seuil prédéterminée pour la concentration d'oxygène. La solution au but précité est également obtenue au moyen d'un procédé pour actionner un dispositif pour enrichir de l'air avec de l'oxygène dans un avion comprenant en combinaison: une source haute pression pour fournir l'air, un séparateur d'eau, deux lits de tamis moléculaires disposés en parallèle pour l'adsorption et la désorption alternées de l'azote et un moyen de transfert d'écoulement permettant l'écoulement d'un gaz 20 de rinçage entre les lits de tamis moléculaires, caractérisé par les étapes de: analyse d'un écoulement de gaz qui sort du lit de tamis moléculaires situé dans la phase d'adsorption avec un appareil de mesure d'oxygène, décharge du gaz dans un canal de sortie pendant une phase de 25 préparation dans laquelle la concentration d'oxygène mesurée se trouve en dessous d'une valeur de seuil prédéterminée pour la concentration d'oxygène, et amenée du gaz à un conduit d'usager pendant une phase d'opération au cours de laquelle la concentration d'oxygène mesurée atteint 30 ou dépasse la valeur de seuil prédéterminée. L'avantage de l'invention réside essentiellement dans le fait qu'en fonction de la concentration d'oxygène mesurée du gaz, soit une liaison d'écoulement au canal de sortie est créée si bien que le gaz peut s'écouler à distance dans l'environnement, soit avec un composant d'oxygène approprié 35 du gaz, le gaz est fourni au conduit d'usager. A cet effet, la concentration d'oxygène du gaz est mesurée avec un appareil de mesure de concentration d'oxygène et dans une unité de régulation et d'évaluation est comparée à une valeur de seuil pour la concentration d'oxygène. Si la concentration d'oxygène mesurée se trouve en dessous de la valeur de seuil, le produit est 5 laissé sans être utilisé. Si cependant les lits de tamis moléculaires ont atteint la température d'actionnement et la concentration d'oxygène a atteint ou dépassé la valeur de seuil, le gaz est amené au conduit d'usager au moyen du dispositif de dérivation et peut être utilisé à des fins de respiration. Selon l'invention, le canal de sortie comprend un moyen 10 d'étranglement. Conformément à l'invention, le canal de sortie est conçu comme un canal d'écoulement commun pour l'écoulement de gaz et l'écoulement de gaz de rinçage. Selon l'invention, le canal de sortie est conçu pour recevoir l'eau de 15 condensation qui est séparée du séparateur d'eau. Selon l'invention, un capteur de débit détectant l'écoulement de gaz est présent et le signal de dérivation lorsqu'on atteint ou dépasse une valeur de seuil prédéterminée pour le débit d'oxygène est formé comme un produit de concentration d'oxygène et d'écoulement de gaz. Dans le procédé de l'invention, on prévoit un canal de sortie avec un moyen d'étranglement. Dans le procédé de l'invention, le canal de sortie se présente comme un canal d'écoulement commun pour l'écoulement de gaz et l'écoulement de gaz de rinçage. Dans le procédé de l'invention, I'amenée d'eau de condensation est séparée dans le séparateur d'eau dans le canal de sortie. Dans le procédé de l'invention, on prévoit la détection de l'écoulement de gaz avec un capteur de débit pour détecter de façon additionnelle la concentration d'oxygène et la mise en oeuvre de la dérivation pour la phase 30 de préparation à la phase d'activation lors du dépassement d'une valeur de seuil prédéterminée pour le débit d'oxygène comme produit de l'écoulement de gaz et la concentration d'oxygène. Le canal de sortie selon une façon appropriée est formé comme un canal d'écoulement commun pour l'écoulement de gaz et l'écoulement de 35 gaz de rinçage. L'écoulement de gaz de rinçage apparaît pendant la phase de désorption du lit de tamis moléculaires qui n'est pas utilisé. En plus de l'écoulement de gaz de rinçage, l'eau de condensation séparée dans le séparateur d'eau peut être fournie au canal de sortie. D'une façon avantageuse, alternativement à la concentration 5 d'oxygène, on peut également utiliser le débit d'oxygène pour la dérivation à partir de la phase de préparation à la phase d'actionnement. La dérivation est mise en oeuvre si le débit d'oxygène qui résulte du produit de concentration d'oxygène et de l'écoulement de gaz a atteint ou dépassé une valeur de seuil prédéterminée. On prévoit un capteur de débit 10 supplémentairement à l'appareil de mesure d'oxygène pour détecter l'écoulement de gaz. Le procédé selon l'invention pour activer un dispositif pour enrichir de l'air avec de l'oxygène se rapporte à un dispositif qui comprend: une source haute pression pour fournir de l'air, 15 un séparateur d'eau, deux lits de tamis moléculaires agencés en parallèle pour l'adsorption et la désorption alternées d'azote et un moyen de transfert d'écoulement permettant un écoulement de gaz de rinçage entre les lits de tamis moléculaires, le procédé comprenant les étapes de: analyse d'un écoulement de gaz qui sort du lit de tamis moléculaires situé dans la phase d'adsorption avec un appareil de mesure d'oxygène, décharge du gaz dans un canal de sortie pendant une phase de préparation dans laquelle la concentration d'oxygène mesurée se trouve en dessous d'une valeur de seuil prédéterminée pour la concentration 25 d'oxygène, et amenée de l'écoulement de gaz à un conduit d'usager pendant une phase d'opération au cours de laquelle la concentration d'oxygène atteint ou dépasse la valeur de seuil prédéterminée. Un exemple de mode de réalisation de l'invention est représenté sur la 30 figure et est expliqué de façon plus détaillée ci-après. La figure unique représente un dispositif pour enrichir de l'air avec de l'oxygène, dans lequel on prévoit une turbine 110 comme source de haute pression pour fournir de l'air de turbine chaud, un échangeur de chaleur 120, un capteur de température 130, un couplage de fermeture rapide 140, un 35 séparateur d'eau 150 pour retirer l'eau libre de l'air de turbine, un clapet d'obturation 160 pour l'air amené, un réducteur de pression 170, un clapet de dérivation 180 pour le remplissage et le vidage alternés des lits de tamis moléculaires 200, un clapet d'obturation 190 pour un canal de sortie 320, des lits de tamis moléculaires 200 disposés en parallèle, un moyen de transfert 5 d'écoulement 210, des clapets de retour 220, un réceptacle de recueil de gaz 230, un filtre de gaz 240, un capteur de débit 250, un capteur d'oxygène 260, un clapet de dérivation 270 pour le gaz, un dispositif d'étranglement 280, un couplage de fermeture rapide 290, un conduit d'usager 310 et une unité de mesure et de régulation 300. Le dispositif selon l'invention fonctionne de la façon suivante: L'air de turbine chaud, qui est entraîné avec la vapeur d'eau, qui quitte la turbine 110, est refroidi dans l'échangeur de chaleur 120 à environ 30 C. Le capteur de température 130 mesure la température de l'air de turbine derrière l'échangeur de chaleur 120 et transmet cette valeur pour un 15 traitement ultérieur à l'unité de mesure et de régulation 300. Un séparateur d'eau 150 est disposé derrière le couplage de fermeture rapide 140 dans lequel le produit de condensation est retiré et est déchargé par l'intermédiaire du canal de sortie 320. Les clapets d'obturation 160 et 190 sont seulement ouverts lors du fonctionnement du dispositif. Ils sont fermés pendant le temps 20 restant afin d'empêcher une pénétration d'humidité dans les lits de tamis moléculaires 200. Au moyen des couplages de fermeture rapide 140, 290, le dispositif peut aussi être complètement séparé de la turbine 110 et du conduit d'usager 310. Le réducteur de pression 170 réduit la pression à une pression de 25 fonctionnement d'environ 2 à 3 bars (200 à 300 kPa). Au moyen du clapet de dérivation, de l'air est amené aux lits de tamis moléculaires gauches 200 dans lesquels l'azote est adsorbé. Les lits de tamis moléculaires droits 200 sont situés dans la phase de désorption et fournissent l'azote combiné au préalable à l'environnement. Dès que l'adsorption a été terminée, le clapet 30 de dérivation 180 est commuté et les lits de tamis moléculaires droits sont utilisés pour l'opération d'adsorption. Le gaz enrichi en oxygène va dans le réceptacle de recueil de gaz 230 par l'intermédiaire des clapets de retour 220. Afin d'améliorer la régénération des lits de tamis moléculaires 200, une partie du gaz produit est déchargée 35 par l'intermédiaire du moyen de transfert d'écoulement 210 aux lits de tamis moléculaires 200 disposés sur le côté droit, qui avec la position de commutation du clapet de dérivation 180 représentée sur la figure, sont disposés dans la phase de désorption. Le gaz est nettoyé dans un filtre de gaz 240 derrière les lits de tamis moléculaires 200. Par la suite, l'écoulement 5 de gaz produit est mesuré avec le capteur de débit 250 et la concentration d'oxygène est mesurée avec l'appareil de mesure d'oxygène 260 et est transmise à l'unité de mesure et de régulation 300. Le clapet de dérivation 270 est activé par l'unité de mesure et de régulation 300 de façon telle que pendant une "phase de préparation" ou une 10 "phase de mise en oeuvre", le gaz s'écoule dans le canal de sortie 320 par l'intermédiaire d'un dispositif d'étranglement 280 et s'écoule à distance dans l'environnement. La phase de préparation existe tant que la concentration d'oxygène mesurée se trouve en dessous de la valeur de seuil prédéterminée pour la concentration d'oxygène. A cet effet, la concentration 15 d'oxygène mesurée est comparée de façon constante à la valeur de seuil prédéterminée dans le dispositif de mesure et de régulation 300. Dès que la valeur de seuil a été atteinte ou dépassée et que l'altitude de vol correspondante a été atteinte, le clapet de dérivation 270 reçoit une impulsion de dérivation à partir de l'unité de mesure et de régulation 300 et le 20 gaz, par l'intermédiaire du conduit d'usager 310, s'écoule dans le réseau de distribution d'oxygène de l'avion non représenté sur la figure. Le débit d'oxygène est calculé dans l'unité de mesure et de régulation 300 à partir du produit de la concentration d'oxygène et de l'écoulement de gaz mesuré avec le capteur de débit 250. Alternativement à la concentration 25 d'oxygène, une valeur de seuil pour le débit d'oxygène peut être présélectionnée à l'unité de mesure et de régulation 300 afin que la dérivation à partir de la phase de préparation dans la phase d'opération soit mise en oeuvre lorsque le débit d'oxygène a atteint ou dépassé la valeur de seuil pour le débit d'oxygène. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour enrichir de l'air avec de I'oxygène dans un avion, comprenant en combinaison: une source haute pression (110) pour fournir de l'air, un séparateur d'eau (150), deux lits de tamis moléculaires agencés en parallèle (200) pour l'adsorption et la désorption alternées d'azote, un moyen de transfert d'écoulement (210) permettant l'écoulement 10 d'un gaz de rinçage entre les lits de tamis moléculaires (200), un appareil de mesure d'oxygène (260) analysant l'écoulement de gaz enrichi en oxygène, et un dispositif de dérivation (270) pour l'écoulement de gaz sortant du lit de tamis moléculaires (200), dans lequel dans une première position de commutation du dispositif de dérivation (270) on crée une liaison d'écoulement au canal de sortie (320) et, dans une deuxième position de commutation, il y a une liaison d'écoulement à un conduit d'usager (210) et dans lequel on prévoit un moyen pour produire un signal de dérivation de la première position de commutation 20 à la deuxième position de commutation lors du dépassement d'une valeur de seuil prédéterminée pour la concentration d'oxygène. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal de sortie (320) comprend un moyen d'étranglement (280). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le 25 canal de sortie (320) est conçu comme un canal d'écoulement commun pour l'écoulement de gaz et l'écoulement de gaz de rinçage. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le canal de sortie (320) est conçu pour recevoir l'eau de condensation qui est séparée du séparateur d'eau (150). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un capteur de débit (250) détectant l'écoulement de gaz est présent et en ce que le signal de dérivation lorsqu'on atteint ou dépasse une valeur de seuil prédéterminée pour le débit d'oxygène est formé comme un produit de concentration d'oxygène et d'écoulement de gaz. 6. Procédé pour activer un dispositif pour enrichir de l'air avec de l'oxygène dans un avion comprenant: une source haute pression (110) pour fournir de l'air, un séparateur d'eau (150), deux lits de tamis moléculaires disposés en paralléle (200) pour l'adsorption et la désorption alternées de l'azote et un moyen de transfert d'écoulement (210) permettant l'écoulement d'un gaz de rinçage entre les lits de tamis moléculaires (200), caractérisé par les étapes de: analyse d'un écoulement de gaz qui sort du lit de tamis moléculaires (200) situé dans la phase d'adsorption avec un appareil de mesure d'oxygène (260), décharge du gaz dans un canal de sortie pendant une phase de préparation dans laquelle la concentration d'oxygène mesurée se trouve en 15 dessous d'une valeur de seuil prédéterminée pour la concentration d'oxygène, et amenée du gaz à un conduit d'usager (310) pendant une phase d'opération au cours de laquelle la concentration d'oxygène mesuré atteint ou dépasse la valeur de seuil prédéterminée. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par la prévision d'un canal de sortie (320) avec un moyen d'étranglement (280). 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le canal de sortie (320) se présente comme un canal d'écoulement commun pour l'écoulement de gaz et l'écoulement de gaz de rinçage. 9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par l'amenée d'eau de condensation séparée dans le séparateur d'eau (150) dans le canal de sortie (320). 10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé par la détection de l'écoulement de gaz avec un capteur de débit (250) pour 30 détecter de façon additionnelle la concentration d'oxygène et la mise en oeuvre de la dérivation pour la phase de préparation à la phase d'activation lors du dépassement d'une valeur de seuil prédéterminée pour le débit d'oxygène comme produit de l'écoulement de gaz et la concentration d'oxygène.