Brevet FR2955372A1 — publié le 20110722

La présente invention concerne le domaine du remplissage des bouteilles de gaz, en particulier d'oxygène et d'air médical. Actuellement, dans les centres de conditionnement, le remplissage des bouteilles de gaz 4 est généralement réalisé par cycles de remplissage successifs au moyen d'une (ou plusieurs) rampe(s) 3 de conditionnement alimentant chacune plusieurs bouteilles en gaz 4 sous pression, comme illustré en Figure 1. Chaque rampe 3 est elle-même alimentée par du gaz sous pression provenant d'une capacité tampon 1, c'est-à-dire un réservoir de stockage de gaz. Au démarrage d'un cycle de conditionnement, la capacité tampon 1 est pleine de gaz à une pression maximale initiale, par exemple une pression de 240 bar. La capacité tampon 1 est reliée fluidiquement par une conduite 2 d'alimentation en gaz à la rampe de conditionnement 3, ladite conduite 2 étant équipée d'une vanne 5 de contrôle, couramment appelée vanne de remplissage ou vanne d'isolement, servant à contrôler, c'est-à-dire autoriser ou interrompre, l'envoi de gaz de la capacité tampon 1 vers la rampe 3 et donc les bouteilles 4 à remplir. Dès que la vanne de remplissage 5 s'ouvre, le gaz contenu dans la capacité tampon 1 est acheminé par la conduite ou canalisation de gaz 2 jusqu'à la rampe 3 et y est utilisé pour pré-remplir les bouteilles de gaz 4. La pression chute alors dans la capacité tampon 1 jusqu'à obtenir un équilibre de pression avec les bouteilles 4, c'est-à-dire jusqu'à obtenir une pression d'équilibrage égale dans la capacité tampon 1 et dans les bouteilles 4, ainsi que dans la conduite d'alimentation 2. Cette pression d'équilibrage est inférieure à la pression maximale de départ, par exemple une pression de 110 bar. Ensuite, une pompe cryogénique 6 alimentée par une source de gaz extérieure 7, tel un réservoir de stockage, une canalisation d'amenée de gaz ou un réseau de canalisations, prend le relais et finit le remplissage des bouteilles 4 et le re-remplissage de la capacité tampon 1, en même temps, jusqu'à obtenir la pression souhaitée dans les bouteilles 4 et dans la capacité 1, c'est-à-dire par exemple la pression maximale initiale de 240 bar. En d'autres termes, la pompe cryogénique 6 envoie simultanément du gaz sous 30 pression, éventuellement réchauffé dans un réchauffeur 16 atmosphérique ou analogue, à la capacité tampon 1 et aux bouteilles 4 de la rampe 3 de manière à les remplir concomitamment. Une fois les bouteilles 4 et la capacité 1 remplies, les bouteilles pleines sont retirées de la rampe 3 de conditionnement et remplacées par des bouteilles vides devant être remplies. Cependant, cette manière de procéder pose un problème de perte de temps du fait de l'obligation de réaliser un remplissage simultané de la capacité tampon 1 et des bouteilles 4 de la rampe car il est nécessaire d'attendre un remplissage total des bouteilles et de la capacité tampon avant de procéder au remplacement des bouteilles pleines par des bouteilles vides à remplir. Dit autrement, le problème à résoudre est de pouvoir améliorer l'efficacité de conditionnement des bouteilles de gaz en proposant un procédé et une installation permettant de réaliser un remplissage plus rapide des bouteilles et de la capacité tampon. La solution proposée par la présente invention concerne une installation de conditionnement de gaz comprenant au moins une capacité-tampon contenant un gaz sous pression, une rampe de remplissage de récipients de gaz, une canalisation d'alimentation en gaz reliant fluidiquement la capacité-tampon à ladite au moins une rampe de remplissage, et une vanne de remplissage agencée sur la canalisation d'alimentation, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une vanne de contrôle agencée sur la canalisation d'alimentation, entre la vanne de remplissage et ladite au moins une rampe de remplissage ; une canalisation de bipasse reliée fluidiquement à la canalisation, en amont et aval de la vanne de contrôle, en considérant le sens de circulation du gaz depuis la capacité tampon vers ladite au moins une rampe ; et un dispositif anti-retour de gaz agencé sur la canalisation de bipasse autorisant le passage du gaz uniquement en direction de ladite au moins une rampe. Selon le cas, l'installation de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le dispositif anti-retour est un clapet anti-retour. - la canalisation d'alimentation est reliée fluidiquement à une pompe cryogénique. - la pompe cryogénique est alimentée par une source de gaz. - un premier manomètre est agencé sur la canalisation entre la capacité tampon et la vanne d'isolement manuelle et/ou un second manomètre est agencé entre la vanne de contrôle, la vanne de remplissage et au moins une rampe. - la vanne de contrôle est commandée par des moyens de pilotage, de préférence en opposition à la vanne de remplissage, c'est-à-dire que la vanne de contrôle est normalement ouverte alors que la vanne de remplissage est normalement fermée. L'invention porte aussi sur une utilisation d'une installation selon l'invention pour remplir des récipients de conditionnement de gaz, en particulier des bouteilles de gaz, notamment avec de l'oxygène ou de l'air, voire avec un autre gaz tel l'argon, le xénon, l'azote, le NO, le CO, le CO2 ou le N2O, ou un mélange de plusieurs de ces gaz. Par ailleurs, l'invention a également trait à un procédé de remplissage d'un ou plusieurs récipients de gaz, dans lequel : a) on alimente un ou plusieurs récipients de gaz avec du gaz provenant d'une capacité tampon contenant un gaz à une pression initiale donnée jusqu'à obtenir un équilibrage de pression entre la pression régnant dans la capacité tampon et la pression régnant dans le ou lesdits récipients de gaz, puis on stoppe l'alimentation en gaz du ou des récipients de gaz avec du gaz issu de ladite capacité tampon, b) on alimente le ou les récipients avec du gaz sous pression issu d'une source additionnelle de gaz et envoyé dans le ou les récipients de gaz au moyen d'une pompe cryogénique, c) on arrête l'alimentation de l'étape b), lorsque la pression du gaz dans le ou les récipients de gaz atteint une valeur maximale souhaitée, caractérisé en ce qu'à l'étape b), le gaz sous pression délivré par la pompe cryogénique est envoyé uniquement vers le ou les récipients de gaz, toute remontée de gaz vers la capacité tampon étant interrompue. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - on commence à alimenter la capacité tampon avec du gaz provenant de la source additionnelle de gaz seulement après l'arrêt d'alimentation de l'étape c). - le gaz est de l'oxygène, de l'air, de l'argon, du xénon, de l'azote, du NO, du CO, du CO2 ou du N2O, ou un mélange de plusieurs de ces gaz. - le gaz est de l'oxygène ou de l'air, en particulier de qualité médicale. - les récipients sont des bouteilles de gaz, typiquement des bouteilles de type B50. - la pression initiale donné, c'est-à-dire la pression maximale régnant dans la capacité tampon est comprise entre 150 et 400 bar, typiquement entre 200 et 300 bar, par exemple de l'ordre de 240 bar. L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description suivante faite en référence à la Figure 2 annexée qui schématise une installation selon l'invention dont le principe de fonctionnement par cycle de remplissage est décrit ci-après. Au démarrage d'un cycle de remplissage, la capacité tampon 1 de l'installation est pleine de gaz, tel de l'oxygène ou de l'air de qualité médicale, à une pression maximale initiale, typiquement entre 200 et 350 bars, par exemple de l'ordre de 240 bar. Dès que la vanne de remplissage 5 s'ouvre, la vanne de contrôle 8, agencée sur la ligne 2 et qui est normalement ouverte, se ferme. Cette vanne de contrôle 8 peut être commandée à distance par des moyens de pilotage de sorte que, dès ouverture de la vanne de remplissage 5, la vanne de contrôle 8 se referme. Le gaz contenu dans la capacité tampon 1 est alors dévié par une canalisation de bipasse 10 qui est reliée à la canalisation 2, en amont et aval de la vanne de contrôle 8 de manière à mettre en communication fluidique la partie de canalisation 2 située en amont de la vanne de contrôle 8 avec celle située en aval de la vanne de contrôle 8, en considérant le sens de circulation du gaz depuis la capacité tampon 1 vers la vanne de contrôle 8. La canalisation de bipasse 10 comporte un dispositif anti-retour 9 de gaz, par exemple un clapet anti-retour, qui autorise le passage du gaz de la capacité tampon 1 vers les bouteilles 4 10 mais empêche toute remontée du gaz en direction de la capacité tampon 1. Le gaz délivré par la capacité tampon 1 circule donc au travers de la ligne de bipasse 10, au travers du clapet anti-retour 9, jusqu'à la rampe 3 et enfin aux bouteilles 4. La pression de gaz chute alors dans la capacité 1 jusqu'à l'équilibre avec les bouteilles 4, comme expliqué ci avant pour la Figure 1. 15 Ainsi, à titre d'exemple, le remplissage de 12 bouteilles 4 de type B50 (soit 600 litres de volume) avec de l'oxygène provenant d'une capacité tampon 1 de 500 litres de volume, à une pression initiale de 240 bar, conduit à une pression d'équilibrage de l'ordre de 110 bar, le volume de gaz dans les canalisations 2, 10 et la rampe 3 étant considéré comme négligeable. Il est donc nécessaire de compléter le remplissage avec du gaz provenant d'une source 20 additionnelle 7 de gaz, par exemple un réservoir d'oxygène liquide de plusieurs milliers de litres. Le gaz issu du réservoir 7 est amené jusqu'aux bouteilles via une ligne d'alimentation 11 qui est reliée fluidiquement à la canalisation 2. Le gaz issu de la source 7 est en fait comprimé par une pompe cryogénique 6 puis distribué dans la ligne d'alimentation 11. 25 Il est à noter qu'un vaporiseur ou réchauffeur atmosphérique de gaz 16 peut être agencé entre la source 7 et la pompe 6. La pompe cryogénique 6 qui a démarrée à une pression donnée, termine le remplissage des bouteilles 4 uniquement car la vanne 8 est fermée et le clapet anti-retour 9 empêche le remplissage de la capacité tampon 1 en s'opposant à toute remontée de pression vers ladite 30 capacité tampon 1. En d'autres termes, en mode normal d'utilisation, la vanne 12 manuelle est toujours ouverte. Sa fermeture par l'opérateur permet d'isoler la capacité tampon 1. Un premier manomètre 13 installé en amont d'une soupape de sécurité 14 permet de s'assurer de l'absence de pression dans la partie de ligne 2, à proximité de la capacité tampon 1. Un second 35 manomètre 15 est agencé sur la ligne 2 en aval de la vanne de contrôle 8. Une fois que le remplissage des bouteilles 4 est terminé, celles-ci sont enlevées de la rampe de remplissage 3 et remplacées par des bouteilles vides devant être à leur tour remplies. Or, pendant la durée nécessaire à cette opération de substitution de bouteilles, on procède au remplissage de la capacité tampon 1 avec du gaz provenant de la source extérieure 7. Pour ce faire, la vanne de contrôle 8 est ouverte, ce qui autorise une remontée de gaz sous pression dans la ligne 2 jusque dans la capacité tampon 1. On stoppe le remplissage de la capacité 1 lorsque la pression qui y règne atteint la valeur maximale souhaitée, par exemple 240 bar. A tout moment, il est possible de vérifier le bon fonctionnement du système de régulation au cours d'un cycle de remplissage en comparant les pressions affichés sur les deux manomètres 13, 15.En conditions normales de fonctionnement, lors du démarrage d'un remplissage, les manomètres 13, 15 affichent la même pression initiale (240 bar), puis on peut y lire et constater une diminution progressive de pression au fur et à mesure du remplissage des bouteilles 4 avec du gaz issu de la capacité tampon 1 jusqu'à l'équilibre à une pression donnée, qui dépend de la taille/du volume des bouteilles 4 en rampe 3. La pression d'équilibre atteinte (par exemple 110 bar), la pompe 6 fait augmenter la pression de la ligne (visualisable sur le manomètre 15) alors que la pression du manomètre 13 situé à proximité de la capacité tampon 1 reste stable à la pression d'équilibre précédente. La pression de la ligne 2 monte jusqu'à la pression de remplissage calculé (en fonction de la température). Une fois le remplissage fini, la vanne de contrôle 8 s'ouvre, permettant ainsi le remplissage en différé de la capacité tampon, les deux manomètres 13, 15 affichent alors la même pression jusqu'à atteindre la pression maximale, par exemple 240 bar, qui correspond à la consigne d'arrêt de la pompe cryogénique. Le procédé et l'installation de l'invention permettent de réaliser un remplissage plus rapide des bouteilles et de la capacité tampon grâce à la mise en oeuvre d'un remplissage séquentiel et non plus simultané des bouteilles et de la capacité tampon. Ceci permet de diminuer la productivité et le temps global de remplissage, c'est-à-dire l'efficacité du remplissage, puisque le remplissage des bouteilles est plus rapide et que par ailleurs le remplissage de la capacité tampon se fait pendant un temps normalement «mort », c'est-à-dire pendant que l'opérateur remplace les bouteilles pleines par des bouteilles vides devant être remplies durant le cycle suivant de remplissage. Revendications1. Installation de conditionnement de gaz comprenant au moins : - une capacité-tampon (1) contenant un gaz sous pression, - une rampe (3) de remplissage de récipients (4) de gaz, - une canalisation d'alimentation (2) en gaz reliant fluidiquement la capacité-tampon (1) à ladite au moins une rampe (3) de remplissage, et - une vanne de remplissage (5) agencée sur la canalisation d'alimentation (2), caractérisée en ce qu'elle comprend en outre : - une vanne de contrôle (8) agencée sur la canalisation d'alimentation (2), entre la capacité-tampon (1) et la vanne de remplissage (5), - une canalisation de bipasse (10) reliée fluidiquement à la canalisation (2), en amont et aval de la vanne de contrôle (8), en considérant le sens de circulation du gaz depuis la capacité tampon (1) vers ladite au moins une rampe (3), et - un dispositif anti-retour (9) de gaz agencé sur la canalisation de bipasse (10) autorisant le passage du gaz uniquement en direction de ladite au moins une rampe (3). 2. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le dispositif anti-retour (9) est un clapet anti-retour. 3. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la canalisation d'alimentation (2) est reliée fluidiquement à une pompe cryogénique (6). 4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pompe cryogénique (6) est alimentée par une source de gaz (7). 5. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée 30 en ce qu'un premier manomètre (13) est agencée sur la canalisation (2) entre la capacité tampon (1) et la vanne d'isolement manuelle (12) et/ou un second manomètre (15) est agencée entre la vanne de contrôle (8), la vanne de remplissage (5) et au moins une rampe (3).25 6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la vanne de contrôle (8) est commandée par des moyens de pilotage de manière à être ouverte lorsque la vanne de remplissage est fermée, ou inversement. 7. Utilisation d'une installation selon l'une quelconque des revendications précédentes pour remplir des récipients (4) de conditionnement de gaz. 8. Procédé de remplissage d'un ou plusieurs récipients (4) de gaz, dans lequel : a) on alimente un ou plusieurs récipients (4) de gaz avec du gaz provenant d'une capacité tampon (1) contenant un gaz à une pression initiale donnée jusqu'à obtenir un équilibrage de pression entre la pression régnant dans la capacité tampon (1) et la pression régnant dans le ou lesdits récipients (4) de gaz, puis on stoppe l'alimentation en gaz du ou des récipients (4) de gaz avec du gaz issu de ladite capacité tampon (1), b) on alimente le ou les récipients avec du gaz sous pression issu d'une source additionnelle (7) de gaz et envoyé dans le ou les récipients de gaz au moyen d'une pompe cryogénique (6), c) on arrête l'alimentation de l'étape b), lorsque la pression du gaz dans le ou les récipients de gaz atteint une valeur maximale souhaitée, caractérisé en ce qu'à l'étape b), le gaz sous pression délivré par la pompe cryogénique (11) est envoyé uniquement vers le ou les récipients de gaz (4), toute remontée de gaz vers la capacité tampon (1) étant interrompue. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on commence à alimenter la capacité tampon (1) avec du gaz provenant de la source additionnelle (7) de gaz seulement après l'arrêt d'alimentation de l'étape c). 10. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le gaz est de l'oxygène ou de l'air, et les récipients (4) sont des bouteilles de gaz.