EP1858623A1 - Systeme et procede de filtration d'un flux d'air comprime et aeronef pourvu d'un tel systeme de filtration - Google Patents

Systeme et procede de filtration d'un flux d'air comprime et aeronef pourvu d'un tel systeme de filtration

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EP1858623A1
EP1858623A1 EP06709537A EP06709537A EP1858623A1 EP 1858623 A1 EP1858623 A1 EP 1858623A1 EP 06709537 A EP06709537 A EP 06709537A EP 06709537 A EP06709537 A EP 06709537A EP 1858623 A1 EP1858623 A1 EP 1858623A1
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EP
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compressed air
filtering
line
exchanger
main line
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EP06709537A
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Inventor
Stéphane Lessi
Olivier Vandroux
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Publication date
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    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/102—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
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    • B01D2259/4566—Gas separation or purification devices adapted for specific applications for use in transportation means
    • B01D2259/4575—Gas separation or purification devices adapted for specific applications for use in transportation means in aeroplanes or space ships
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64D2013/0603—Environmental Control Systems
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40—Weight reduction

Definitions

  • the present invention relates to compressed gas flow filtration systems for supplying an on-board apparatus.
  • On-board equipment using compressed air taken from the ambient atmosphere are, like the passengers' lungs, very sensitive to the presence of pollutants present in the atmosphere, in the form of solid particles, aerosols or various vapors.
  • pollutants present in the atmosphere in the form of solid particles, aerosols or various vapors.
  • embedded systems requiring reduced weights, there is a need for efficient and low-weight compressed air filtration systems.
  • the present invention aims to provide such a compressed air flow filtration system for supplying an on-board apparatus, comprising, in a main line, between an inlet end connectable to a source of hot compressed air and a outlet end connectable to the apparatus, at least one vapor phase filtering stage, having an exhaust duct comprising a valve, a heat exchanger, a bypass line of the exchanger, and means for draining for selectively directing the hot compressed air to the exchanger and / or the bi-pass line.
  • downstream end of the bi-pass line is connected to the main line upstream or downstream of the filtering stage
  • the filtration system further comprises at least one particulate filter, typically upstream of the filtering stage
  • the equipment supplied with compressed air is a device for separating gas from air, advantageously a permeate for supplying oxygen-depleted gaseous mixture to compartments of a vehicle, in particular to aircraft fuel tanks.
  • the present invention also relates to a method for implementing such a system, comprising alternating phases for supplying compressed air via the main line for supplying the equipment and, typically for expanded air, via the line bi-pass to regenerate the filter stage.
  • the present invention also relates to an aircraft provided with an air filtration system of the type defined above.
  • FIG. 1 is a schematic view of a first embodiment of a filtration system according to the invention.
  • FIG. 2 is a schematic representation of another embodiment of a filtration system according to the invention.
  • identical or similar elements bear the same reference numbers, possibly indexed.
  • FIG. 1 schematically shows a line 1 conveying to at least one onboard equipment 2 compressed air coming from a source of hot compressed air 3, for example a compressor driven by a motor of a vehicle advantageously a compression stage of a turbo-machine for propelling a vehicle.
  • a source of hot compressed air for example a compressor driven by a motor of a vehicle advantageously a compression stage of a turbo-machine for propelling a vehicle.
  • the line 1 includes, between its upstream end 4 and its downstream end 5, a particulate filter 6, an isolation valve 7, a heat exchanger / cooler 8, an assembly 9 coalescer filter and aerosol filter or steam, typically adsorption, connected to a discharge line 10, and a downstream isolation valve 11.
  • the discharge line 10 comprises an isolation valve 12 bypassed by a branch line 13 provided with a calibrated restriction 14.
  • a bi-pass line 15 including, in series, an isolation valve 16 and a calibrated orifice 17, bi-pass the valve 7 and the exchanger 8 by extending between a point of the main line upstream of the upstream valve 7 and a point downstream of the exchanger 8, between the latter and the filter assembly 9 in this embodiment.
  • the hot compressed air in normal operation of supplying the apparatus 2, the hot compressed air, at a temperature typically between 120 and 180 ° C., passes through the particulate filter 6, the open upstream valve 7, the heat exchanger 8 where it is cooled, typically by a countercurrent flow of ambient air, a temperature below 80 ° C., to pass through the filter assembly 9 where the aerosols and volatile pollutants are retained, then the downstream open valve 11 to the apparatus 2.
  • the valves 16 and 12 are closed .
  • a very small amount of air is expanded through the calibrated orifice 14 of the leakage bypass 13 to continuously purge any stopped aerosols in the filter assembly 9 maintained at the pressure of the compressed air supplying the equipment 2.
  • a regeneration phase of the filter assembly 9 is performed by closing the valves 7 and 11 and opening the valves 16 and 12.
  • the opening of the valve 12 causes depressurization, via the discharge line 10, of the filter assembly 9 at ambient pressure, the open valve 16 and the calibrated restriction 17 passing through the filter assembly 9 a small amount of air heated at a temperature typically higher than 100 ° C., sweeping the filter assembly 9 and allowing the latter to be rapidly desorbed.
  • This sequence is maintained for a relatively short period of time, not exceeding 15 minutes, typically less than 8-10 minutes, then the valves are inverted to return to the initial supply sequence of the apparatus 2.
  • FIG. 2 differs from the previous one in that the filter assembly 9 'here integrates in the same set, the particulate filter, the coalescence filter and the vapor filter, and that, in that alternatively, the bi-pass line 15 joins a point of the main line 1 downstream of the filter assembly 9 'and upstream of the downstream valve 11 to allow a countercurrent regeneration of this filtering assembly by relaxed hot air brought by the branch line 15.
  • the system according to the invention makes it possible to use at best a filter assembly of pollutants in vapor form of the adsorption type, on molecular sieve and / or activated carbon, with a reduced temperature and under a space also reduced but regenerable regularly hot with evacuation at ambient purge gas to maintain its effectiveness for a considerably longer life.
  • the system according to the invention is particularly suitable for the supply of purified air compressed air to an on-board apparatus 2 of the membrane air gas separation device type for the supply of oxygen-depleted gas mixture intended for the inerting vehicle compartments, typically aircraft fuel tanks.
  • the filtering system can also be used for the regenerable filtration of breathable cabin air for occupants of the vehicle or for the supply of fuel cells generating electrical traction power and / or assistance type. proton exchange membrane.

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Abstract

Le système de filtration comprend, dans une ligne principale (1 ) entre une source d'air comprimé (3) et un appareillage utilisateur embarqué (2), un échangeur / refroidisseur (8) et au moins un étage aval de filtrage de polluants en phase vapeur (9, 9') pourvu d'une conduite d'évacuation (10), ainsi qu'une ligne de dérivation (15) bi-passant l'échangeur (8) et pourvue d'une restriction (17), et des moyens de vannage (7, 16, 11 , 12) permettant d'adresser sélectivement l'air comprimé à l'échangeur (8) et l'élément de filtrage (9) pour l'alimentation de l'appareillage (2) ou à la ligne de bi-passe (15) pour le balayage à chaud et à basse pression de l'étage de filtrage (9) avec évacuation (10) des gaz de purge pour la régénération de ce dernier. Application à l'alimentation notamment de perméateurs à membrane de fournitures de mélanges hypoxiques d'inertage de compartiments de véhicules.

Description

SYSTEME ET PROCEDE DE FILTRATION D'UN FLUX D'AIR COMPRIME ET AERONEF POURVU D'UN TEL SYSTEME DE FILTRATION
La présente invention concerne les systèmes de filtration de flux gazeux d'air comprimé destiné à alimenter un appareil embarqué.
Les appareillages embarqués exploitant de l'air comprimé prélevé dans l'atmosphère ambiante, en particulier les dispositifs de séparation de gaz de l'air, sont, comme les poumons de passagers, très sensibles à la présence de polluants présents dans l'atmosphère, sous la forme de particules solides, d'aérosols ou vapeurs diverses. Les systèmes embarqués imposant des masses réduites, il existe un besoin pour des systèmes de filtration d'air comprimé efficaces et de poids réduit.
La présente invention a pour objet de proposer un tel système de filtration de flux d'air comprimé destiné à alimenter un appareil embarqué, comprenant, dans une ligne principale, entre une extrémité d'entrée connectable à une source d'air comprimé chaud et une extrémité de sortie connectable à l'appareillage, au moins un étage de filtrage de polluants en phase vapeur, ayant un conduit d'évacuation comportant une vanne, un échangeur de chaleur, une ligne de bipasse de l'échangeur, et des moyens de vannage pour adresser sélectivement l'air comprimé chaud à l'échangeur et/ou à la ligne de bi-passe.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- l'extrémité aval de la ligne de bi-passe est reliée à la ligne principale en amont ou en aval de l'étage de filtrage
- le système de filtration comprend en outre au moins un filtre à particules, typiquement en amont de l'étage de filtrage
- l'appareillage alimenté en air comprimé est un dispositif de séparation de gaz de l'air, avantageusement un perméateur de fourniture de mélange gazeux appauvri en oxygène à des compartiments d'un véhicule, notamment à des réservoirs de carburant d'aéronef.
La présente invention concerne également un procédé de mise en œuvre d'un tel système, comprenant des phases alternées de fourniture d'air comprimé par la ligne principale pour l'alimentation de l'appareillage et, typiquement d'air détendu, par la ligne de bi-passe pour régénérer l'étage de filtrage. La présente invention a encore pour objet un aéronef pourvu d'un système de filtration d'air du type défini plus haut.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de mode de réalisation de système de filtration selon l'invention, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'un système de filtration selon l'invention ; et
- la figure 2 est une représentation schématique d'un autre mode de réalisation d'un système de filtration selon l'invention. Dans la description qui va suivre et sur les dessins, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes chiffres de référence, éventuellement indicés.
Sur la figure 1 , on a représenté schématiquement une ligne 1 acheminant vers au moins un appareillage embarqué 2 de l'air comprimé en provenance d'une source d'air comprimé chaud 3, par exemple un compresseur entraîné par un moteur d'un véhicule, avantageusement un étage de compression d'une turbo- machine servant à la propulsion d'un véhicule.
Dans le mode de réalisation de la figure 1 , la ligne 1 inclut, entre son extrémité amont 4 et son extrémité aval 5, un filtre à particules 6, une vanne d'isolement 7, un échangeur de chaleur / refroidisseur 8, un ensemble 9 de filtre coalesceur et de filtre d'aérosol ou de vapeur, typiquement à adsorption, relié à une ligne d'évacuation 10, et une vanne d'isolement aval 11. La ligne d'évacuation 10 comporte une vanne d'isolement 12 bipassée par une ligne de dérivation 13 pourvue d'une restriction calibrée 14.
Selon un aspect de l'invention une ligne de bi-passe 15 incluant, en série, une vanne d'isolement 16 et un orifice calibré 17, bi-passe la vanne 7 et l'échangeur 8 en s'étendant entre un point de la ligne principale en amont de la vanne amont 7 et un point en aval de l'échangeur 8, entre ce dernier et l'ensemble de filtrage 9 dans ce mode de réalisation.
On va maintenant décrire le procédé selon l'invention : - en fonctionnement normal d'alimentation de l'appareillage 2, l'air comprimé chaud, à une température typiquement entre 120 et 180 0C, passe à travers le filtre à particules 6, la vanne amont ouverte 7, l'échangeur de chaleur 8 où il est refroidi, typiquement par une circulation à contre courant d'air ambiant, à une température inférieure à 8O0C, pour traverser l'ensemble de filtrage 9 où les aérosols et polluants volatiles sont retenus, puis la vanne aval ouverte 11 vers l'appareillage 2. Dans ce mode de fonctionnement, les vannes 16 et 12 sont fermées. Une toute petite quantité d'air est détendue à travers l'orifice calibré 14 de la dérivation de fuite 13 pour purger en continu d'éventuels aérosols stoppés dans l'ensemble de filtrage 9 maintenu à la pression de l'air comprimé alimentant l'appareillage 2.
Après une durée de fonctionnement déterminée suivant le processus ci- dessus, on procède à une phase de régénération de l'ensemble de filtrage 9 en fermant les vannes 7 et 11 et en ouvrant les vannes 16 et 12. L'ouverture de la vanne 12 provoque une dépressurisation, via la ligne d'évacuation 10, de l'ensemble de filtrage 9 à la pression ambiante, la vanne ouverte 16 et la restriction calibrée 17 faisant passer au travers de l'ensemble de filtrage 9 une petite quantité d'air chaud détendu, à une température supérieure typiquement à 1000C, balayant l'ensemble de filtrage 9 et permettant de désorber rapidement ce dernier.
Cette séquence est maintenue pendant une durée de temps assez brève, n'excédant 15 minutes, typiquement inférieure à 8-10 minutes, puis les vannes sont inversées pour revenir à la séquence initiale d'alimentation de l'appareillage 2.
Le mode de réalisation de la figure 2 se distingue du précédent en ce sens que l'ensemble de filtrage 9' intègre ici dans un même ensemble, le filtre à particules, le filtre à coalescence et le filtre vapeur, et en ce que, en variante également, la ligne de bi-passe 15 rejoint un point de la ligne principale 1 en aval de l'ensemble de filtrage 9' et en amont de la vanne aval 11 pour permettre une régénération à contre-courant de cet ensemble de filtrage par de l'air chaud détendu amené par la ligne de dérivation 15.
De la description qui précède, on comprendra que le système selon l'invention permet d'utiliser au mieux un ensemble de filtrage de polluants sous forme vapeur du type à adsorption, sur tamis moléculaire et/ou charbon actif, avec une température réduite et sous un encombrement également réduit mais régénérable régulièrement à chaud avec évacuation à l'ambiante du gaz de purge pour conserver son efficacité pendant une durée de vie considérablement accrue. Le système selon l'invention convient tout particulièrement pour la fourniture d'air comprimé d'air épuré à un appareillage embarqué 2 du type dispositif de séparation de gaz de l'air à membrane pour la fourniture de mélange gazeux appauvri en oxygène destiné à l'inertage de compartiments du véhicule, typiquement de réservoirs de carburant d'aéronef.
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 modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. En particulier, le système de filtrage peut également être utilisé pour la filtration régénérable d'air respirable de cabine pour des occupants du véhicule ou pour l'alimentation de piles à combustible génératrices de puissance électrique de traction et/ou d'assistance du type à membrane échangeuse de protons.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de filtration d'un flux d'air comprimé destiné à alimenter un appareillage embarqué (2), comprenant, dans une ligne principale (1) entre une extrémité d'entrée (4) connectable à une source d'air comprimé chaud (3) et une extrémité de sortie (5) connectable à l'appareillage (2), au moins un étage (9, 9') de filtrage de polluants en phase vapeur ayant un conduit d'évacuation comportant une vanne (12), un échangeur de chaleur (8), une ligne (15) de bi-passe de l'échangeur, et des moyens de vannage (7, 16, 11 , 12) pour adresser sélectivement l'air comprimé chaud à l'échangeur (8) et/ou à la ligne de bi-passe (15).
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'extrémité aval de la ligne de bi-passe (15) est reliée à la ligne principale (1 ) en amont de l'étage de filtrage (9).
3. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'extrémité aval de la ligne de bi-passe (15) est relié à la ligne principale (1 ) en aval de l'étage de filtrage (9').
4. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne d'évacuation (10) comprend une restriction (14) de bi-passe de la vanne (12).
5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne de bi-passe (15) comprend une restriction (17).
6. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité de sortie (5) de la ligne principale (1 ) comprend une vanne d'isolement (11 ).
7. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un filtre à particules (6) en amont de l'étage de filtrage (9, 9').
8. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appareillage (2) est un dispositif de séparation de gaz de l'air.
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de séparation de gaz de l'air est un perméateur de fourniture de mélange gazeux appauvri en oxygène à des compartiments d'un véhicule.
10. Aéronef pourvu d'un système de filtration selon l'une des revendications précédentes.
11. Procédé de mise en œuvre d'un système de filtration selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant des phases alternées de fourniture d'air comprimé par la ligne principale (1 ) pour l'alimentation de l'appareillage (2) et par la ligne de bi-passe (15) pour régénérer l'étage de filtrage (9 ; 9').
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