Brevet FR2936166A1 — publié le 20100326

DESCRIPTIF MACHINE D'AIR COMPRIME A MEMBRANES EQUIPE D'UN RECHAUFFEUR D'AIR DE REGENERATION ET/OU D'UN RECHAUFFEUR D'AIR D'ENTREE La présente invention concerne une machine statique de séparation Moléculaire de l'eau sous forme gazeuse contenue dans l'air comprimé. Cette machine fait appel à une membrane poreuse ne laissant traverser que les molécules d'eau sous forme gazeuse à l'extérieur de la s membrane ; L'élimination des particules d'eau à l'extérieur de cette dernière est effectuée grâce à un balayage d'air déshydraté prélevé à la sortie de la membrane. Ce balayage de l'eau est nettement amélioré si on réchauffe l'air de 10 régénération, avec ce principe il est possible de réduire la quantité d'air comprimé prélevée en sortie de la membrane, ainsi la perte d'air de sortie est considérablement réduite. Aussi le flux d'air comprimé à l'entrée de la membrane, qui contient l'humidité en condition de saturation (micro gouttelettes d'eau) 15 peut être réchauffé juste avant l'entrée de l'air comprimé dans la membrane et ainsi supprimer complètement la présence d'eau sous forme liquide (air réchauffé). Cette suppression d'eau sous forme liquide au niveau de la membrane a pour conséquence de ne pas obstruer une partie des micropores de la membrane et aussi d'éviter la formation provenant 20 de la combinaison des gaz contenus dans l'air comprimé provenant de l'atmosphère tel que gaz soufré ou chloré qui se combine avec l'eau liquide formant des acides qui détruisent les pores de la membrane et donc de réduire la durée de vie de cette dernière. La présente invention concerne l'utilisation du réchauffage de l'air 25 de régénération seul, le réchauffage de l'air comprimé d'entrée ou le réchauffage de l'air de régénération avec le réchauffage de l'air comprimé d'entrée. Le réchauffage de cet air peut être réalisé de deux façons, soient : a/ On utilise la sortie de l'air comprimé directement à la sortie du 30 compresseur (avant l'échangeur de refroidissement) donc chaleur gratuite. b/ On utilise des résistances électriques de réchauffage Page 1 sur 6 Cette invention peut être utilisée pour sécher l'air comprimé dans tous les domaines d'utilisation de l'air comprimé qui demandent une optimisation du débit. 35 Les schémas généraux de fonctionnement sont montrés en figure 1, 2, 3 et 4 qui représentent respectivement : 1/ solution avec chauffage électrique 2/ solution avec chauffage par l'air chaud de sortie du compresseur 3/ solution avec chauffage par air chaud prélevé partiellement en amont de 40 l'échangeur et retour avant le groupe de filtrage. 4/ solution avec chauffage par l'air chaud prélevé partiellement en amont de l'échangeur et retour après le groupe de filtrage En figure 1, la chaîne de traitement d'air comprimé est constituée de : 45 Un compresseur d'air (1) qui comprime l'air, l'échangeur (2) après compresseur refroidit l'air comprimé, l'air comprimé traverse ensuite un groupe de séparateur centrifuge et de filtres (4) avant d'entrer dans le dispositif de séchage par membrane (3). Ce dispositif de séchage par membrane (3) est doté de deux systèmes de réchauffage de type 50 électrique, l'un des systèmes de réchauffage (8) réchauffe l'air comprimé avant l'entrée dans la membrane(3), l'autre système de réchauffage (9) réchauffe une dérivation d'air comprimé (11) prélevée à la sortie de la membrane qui balaye l'extérieur des tubes constituant la membrane pour évacuer l'eau sous forme gazeuse à travers un orifice de mise à 55 l'atmosphère (10), ces deux systèmes peuvent être utilisés indépendamment ou simultanément, l'air comprimé à sécher traverse l'intérieur des tubes de la membrane (3) et sort de la chaîne de traitement (7). En figure 2, la chaîne de traitement d'air comprimé est constituée 60 de: Un compresseur d'air (1) qui comprime l'air, ce dernier est envoyé dans le dispositif de réchauffage de la membrane (3). La membrane (3) est dotée de deux systèmes de réchauffage qui utilisent les calories contenues dans l'air comprimé chaud provenant de la sortie compresseur avant 65 l'échangeur principal (2), un échangeur (8) est installé à l'entrée de la membrane (3), il permet de réchauffer l'air comprimé en sortie du groupe de refroidissement (2) et de filtration (4) avant l'entrée dans la membrane Page 2 sur 6 (3), une dérivation de cet air chaud traversant un gicleur (5) permet de réchauffer, à travers l'échangeur (9), aussi l'air comprimé qui servira de 70 balayage pour la régénération. Cet air chaud sera récupéré à travers l'injecteur (6). En figure 3, la chaîne de traitement d'air comprimé est constituée de : Un compresseur d'air (1) qui comprime l'air, ce dernier est envoyé 75 directement dans l'échangeur principal (2), un gicleur (5) permet de prélever seulement une fraction de l'air comprimé chaud à la sortie du compresseur, ce dernier alimente les deux systèmes de réchauffage qui utilisent les calories contenues dans l'air comprimé chaud provenant de la sortie compresseur avant l'échangeur (2), l'échangeur principal (8) est so installé à l'entrée de la membrane (3), il permet de réchauffer l'air comprimé en sortie du groupe de refroidissement (2) et de filtration (4) , une dérivation de cet air chaud traversant un gicleur (11) permet de réchauffer, par l'intermédiaire du réchauffeur (9), aussi l'air comprimé qui servira de balayage pour la régénération. Cet air chaud sera récupéré à 85 travers l'injecteur (6) pour entrer en amont du groupe de filtration (4). En figure 4, la chaîne de traitement d'air comprimé est constituée de : Un compresseur d'air (1) qui comprime l'air, ce dernier est envoyé directement dans l'échangeur principal (2) et le groupe de filtration (4), 90 une dérivation (5) permet de prélever seulement une fraction de l'air comprimé chaud à la sortie du compresseur, ce dernier alimente uniquement l'échangeur (9), qui servira de balayage pour la régénération. Cet air chaud sera récupéré à travers l'injecteur (6) pour entrer en amont de la membrane (3), Un gicleur (5) permet de régler la quantité d'air 95 nécessaire pour obtenir Un taux d'humidité inférieur à 100%. En figure 5, le groupe de séchage est constitué d'une enveloppe extérieure (1) contenant les faisceaux des membranes (2) ; l'air comprimé arrive par l'entrée (3) et traverse l'éventuel filtre à air (4) et le dispositif soo de chauffage électrique ou à air chaud comprimé (8), après l'air comprimé traverse les faisceaux (2) et arrive en sortie à l'autre extrémité de la membrane (10), une partie de cet air de sortie entre dans le gicleur (7) qui Page 3 sur 6 est chauffé par le dispositif (6) et balaye à travers le déviateur (5) l'air présent autour des membranes et s'échappe par l'orifice (9). 105 En figure 6, le groupe de séchage est constitué d'une enveloppe extérieure (1) contenant les faisceaux des membranes (2), l'air comprimé arrive par l'entrée (3) et traverse la membrane par l'intermédiaire du passage central (4), elle arrive au fond de l'enveloppe, traverse l'échangeur ou la résistance (8), entre dans les faisceaux (2). Une partie de 110 l'air traité entre dans le gicleur (7) est chauffé par la résistance (6) ou un dispositif équivalent basé sur le passage du flux d'air comprimé chaud provenant du compresseur, cet air ainsi réchauffé balaye l'air présent autour des membranes et s'échappe par l'orifice (9) ; l'air traité sort par la sortie (10). 115 De cette invention découle les principaux avantages suivants : - la machine sèche l'air comprimé avec un pourcentage d'air de régénération inférieur au système traditionnel sans apport d'air chaud. - Il est possible d'atteindre un point de rosée plus bas grâce à l'air de régénération plus sec et chaud 120 - La résistance électrique de chaleur permet d'éviter le gel des traces d'eau pouvant se trouver dans les membranes en cas d'utilisation à l'extérieur (par exemple pour une utilisation dans les trains) et ainsi supprime le risque de détérioration des membranes liée à la formation de petites gouttelettes d'eau contenant des acides provenant des gaz 125 soufré ou chloré de l'air atmosphérique - L'énergie de chauffage peut être dérivé directement de la sortie du compresseur sans nécessiter un apport d'énergie extérieur. Page 4 sur 6 REVENDICATIONS1°) Machine de fonctionnement statique qui sèche l'air comprimé qui comprend une membrane , une entrée d'air comprimé chargée en eau , 130 une sortie d'air comprimé déshydratée et d'un dispositif de prélèvement d'une fraction de cet air comprimé déshydraté pour régénérer les membranes en évacuant le gaz � eau � caractérisée en ce que soit l'air de régénération et/ou l'air d'entrée dans la membrane sont réchauffés . 2°) Machine de fonctionnement statique qui sèche l'air comprimé selon la 135 revendication 1 est caractérisée en ce que l'air de régénération est chauffé avant de balayer les couches extérieures des faisceaux de la membrane. 3 °) Machine de fonctionnement statique qui sèche l'air comprimé selon la revendication 1 est caractérisée en ce que l'air comprimé d'entrée de la membrane est chauffée afin d'atteindre un taux d'humidité inférieur à 140 100% et donc sans traces d'eau sous forme liquide. 4°) Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes est caractérisée en ce que le dispositif de chauffage est basé sur un apport de courant électrique. 5°) machine selon l'une quelconque des revendications des points 1 et 3 145 est caractérisée en ce que le dispositif de chauffage est basé sur le flux d'air comprimé en sortie du compresseur. 6°) machine selon l'une quelconque des revendications des points 1 à 3 est caractérisée en ce que le dispositif de chauffage est basé sur un flux d'air chaud comprimé prélevé partiellement du compresseur. 150 7°) machine selon l'une quelconque des revendications des points 1 à 6 est caractérisée en ce que la membrane est isolée thermiquement de l'ambiance extérieure. 8°) machine selon l'une quelconque des revendications des points 5 ou 6 est caractérisée en ce que la réémission d'air utilisé pour le chauffage est 155 effectuée par un système d'injecteur. Page 5 sur 6°) machine selon l'une quelconque des revendications des points 5 ou 6 ou 8 est caractérisée en ce que l'air de chauffage du flux de régénération est dérivé à travers un gicleur. 10°) machine selon l'une quelconque des revendications des points 1 à 9 160 est caractérisée en ce que le flux d'air en entrée de la membrane poreuse est concentrique par rapport à cette dernière. Page 6 sur 6