FR2722425A1 - Systeme destine a la compression de l'air et a l'extraction d'azote de l'air comprime - Google Patents
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Abstract
Un système pour l'extraction de l'azote de l'air comprend un compresseur et un séparateur d'air relié au compresseur pour la production d'azote. Le compresseur est pourvu d'un dispositif de réduction d'une longueur effective du rotor tournant autour d'un axe qui agit pour comprimer l'air de manière à contraindre la compresseur à fonctionner à moins de la pleine capacité. Un régulateur de contrôle de la pression interne associé fonctionnellement au compresseur régule la pression de décharge en provenance du compresseur et fournit un signal de pression d'air quand la pression du décharge du compresseur dépasse une pression prédéterminée. Un dispositif d'entrée externe permet l'introduction d'un signal externe indicatif d'un niveau de fonctionnement du compresseur qui est à moins de la pleine capacité et fournit un signal de pression d'air basé sur le signal externe.
Description
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SYSTEME DESTINE A LA COMPRESSION DE L'AIR ET A
L'EXTRACTION D'AZOTE DE L'AIR COMPRIME
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention se rapporte à des compresseurs d'air et plus particulièrement à des systèmes de contrôle utiles pour la commande des compresseurs d'air à vis qui compriment l'air dans les systèmes
d'extraction d'azote.
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
On utilise les compresseurs d'air à vis dans une variété de situations pour la compression de l'air. Une utilisation de ce genre de compresseurs d'air à vis est à envisager dans le contexte d'un système d'extraction d'azote. Dans un tel système, on comprime initialement
de l'air atmosphérique dans le compresseur d'air à vis.
On envoie alors l'air comprimé dans un système de séparation d'air tel qu'un perméateur à membranes, une unité d'adsorption modulée en pression, une colonne de
distillation cryogénique et installations similaires.
On peut acheminer, en cours de route, l'air comprimé à travers un purificateur approprié pour débarrasser l'air de l'eau de condensation, des vapeurs d'huile et d'autres produits de contamination. Dans le système de séparation d'air, on sépare l'air de l'azote pour produire un produit d'azote ayant la pureté désirée,
mesurée en termes de fractions résiduelles d'oxygène.
D'une manière générale, dans ces types de systèmes qui utilisent un compresseur d'air, la pureté désirée du produit résultant prescrit la quantité d'énergie consommée par le système, si l'on admet la présence d'un débit d'écoulement constant. C'est-à-dire que, si l'on admet que la consommation d'énergie est constante, on peut produire plus de produit (c'est-à-dire un débit d'écoulement plus élevé) avec une pureté de produit
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inférieure ou on peut obtenir moins de produit avec une
pureté plus élevée.
La figure 1 illustre certaines des caractéristiques et des composants d'un système connu destiné à l'extraction de l'azote à partir d'air comprimé. Le système comprend un compresseur d'air à vis 10 pourvu d'une admission 12 permettant l'introduction d'air atmosphérique dans l'enveloppe du compresseur. D'une manière connue, on dispose un rotor (des rotors) (non indiqué(s) de manière spécifique dans la figure 1) au sein de l'enveloppe du compresseur d'air à vis 10 pour effectuer la compression de l'air. Situé en aval du compresseur à vis 10 est un purificateur 14 destiné à la purification de l'air comprimé pour ce qui est de l'eau de condensation, des vapeurs d'huile et d'autres produits de contamination. Situé en aval du purificateur 14 est un système de séparation d'air, qui, comme indiqué plus haut, peut être de types variés tels qu'un perméateur à membranes, une unité d'adsorption modulée en pression ou une colonne de
distillation cryogénique.
Pendant le fonctionnement, on comprime l'air dans le compresseur d'air à vis et on l'achemine en aval vers le système de séparation d'air 16. L'azote qui est alors extrait de l'air comprimé dans le système de séparation d'air 16 est dirigé en aval en vue d'une utilisation dans le cadre de l'application particulière
pour laquelle il est prévu.
Avec le compresseur fonctionnant à pleine capacité, il arrive quelquefois que la demande d'écoulement en azote extrait diminue. Dans une telle situation, un fonctionnement continu du compresseur d'air à vis 10 à pleine capacité produira de l'azote ayant une pureté supérieure à ce qui est nécessaire. Ceci a lieu du fait
que la teneur en oxygène du produit d'azote diminuera.
En fonction de l'application particulière, de l'azote
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-3 - ayant une pureté de produit qui est supérieure à ce qui est requis par les spécifications peut être problématique. Même si la pureté de produit supérieure à ce qui est nécessaire ne présente pas un problème potentiel pour l'utilisation particulière envisagée, elle n'en demande pas moins une dépense d'énergie qui dépasse la quantité nécessaire à la production d'un produit ayant une pureté qui est en-deçà des spécifications. De l'énergie est par conséquent gaspillée et la vie et la longévité du compresseur sont réduites. Une tentative de prise en compte de cette situation est illustrée dans la figure 1, et met en jeu l'utilisation d'une valve de contrôle d'admission 18 positionnée en amont de l'admission 12 au compresseur d'air à vis 10
et d'un régulateur de valve de contrôle d'admission 2.
Dans ce système, quand la demande d'écoulement de produit (c'est-à-dire d'azote) diminue, le système ressent une augmentation de pression. Cette augmentation de pression se répercute à travers le système o elle est finalement détectée par le régulateur de valve de contrôle d'admission 20. Quand l'augmentation de pression dépasse un niveau prédéterminé, le régulateur de valve de contrôle d'admission 20 provoque l'actionnement de la valve de contrôle d'admission 18 du compresseur. La valve de contrôle d'admission 18 du compresseur est de ce fait étranglée pour restreindre le volume d'air pénétrant dans le compresseur. Ceci tend alors à réduire la quantité d'air comprimée par le compresseur d'air à vis dans une tentative d'adaptation à la demande, et empêche un endommagement des composants causé par une surpression. On a découvert, cependant, que ce type de contrôle d'admission d'air a peu d'effet sur l'énergie consommée par le compresseur d'air à vis 10. Cela veut dire que, bien que le débit d'écoulement à travers le système
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soit réduit à la suite de la restriction du volume d'air d'admission, le compresseur continue à tirer de l'énergie à un niveau qui est voisin de celui consommé pendant les conditions de pleine charge. Il n'y a donc que peu d'économie d'énergie avec ce type de système. La vie et la longévité du compresseur sont en outre
réduites inutilement.
Une autre tentative faite pour aborder la situation susmentionnée met en jeu la conception du compresseur de manière à inclure une caractéristique à laquelle on fera référence par la suite sous le terme de dispositif d'ouverture coulissant 22. Dans l'optique de la simplicité et de la facilité de compréhension, le dispositif d'ouverture coulissant 22 est illustré de manière schématique en figure 1 comme étant séparé du compresseur d'air à vis 10. En réalité, comme indiqué en figure 2, le dispositif d'ouverture coulissant 22
fait en réalité partie du compresseur d'air à vis 10.
En se référant à la figure 2, le compresseur d'air à vis 10 comprend une enveloppe 24 dans laquelle est situé le rotor ou sont situés les rotors 26. La paroi de l'enveloppe 24 est pourvue d'une série d'orifices arrangés longitudinalement 28 qui peuvent être couverts ou découverts par l'intermédiaire du dispositif d'ouverture coulissant 22. Lors du fonctionnement, un dispositif de commande associé au dispositif d'ouverture coulissant 22 actionne le dispositif d'ouverture coulissant 22 de manière à ouvrir ou à
fermer les orifices 28 dans la paroi de l'enveloppe.
Avec tous les orifices 28 fermés, la longueur toute entière du rotor (des rotors) sert à comprimer l'air s'écoulant à travers l'admission 12. Grâce à une opération appropriée du dispositif d'ouverture coulissant 22 pour exposer un ou plusieurs des orifices 28, on retourne l'air dans l'enveloppe 24 vers l'admission 12 avant la compression. C'est ainsi que la longueur effective du rotor (des rotors) qui agit pour
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comprimer l'air est réduite. Ceci conduit à une réduction de la consommation d'énergie globale du
compresseur d'air à vis 10.
Par référence à nouveau à la figure 1, un régulateur de contrôle de pression de décharge 30 détecte la pression de décharge du compresseur. Quand la demande d'écoulement d'azote diminue, l'augmentation résultante de pression se répercute à travers le système o elle est finalement détectée par le régulateur de pression de décharge 30. Quand la pression dépasse une valeur prédéterminée, le dispositif d'ouverture coulissant 22 est actionné pour exposer un ou plusieurs des orifices 28 dans la paroi de l'enveloppe. De cette façon, la quantité d'air à comprimer est réduite, conduisant
ainsi à une diminution de la consommation d'énergie.
Certains systèmes utiliseront aussi le dispositif d'ouverture coulissant 22 et la valve de contrôle 18 en série l'un avec l'autre. On peut concevoir le système par exemple de sorte que le dispositif d'ouverture coulissant 22 soit initialement actionné quand la pression dans le système dépasse une première valeur prédéterminée. Par la suite, si la pression dans le système continue à augmenter à la suite d'une réduction supplémentaire en demande d'écoulement, la valve de contrôle d'admission 18 est actionnée pour moduler le
volume d'air pénétrant dans le compresseur d'air à vis.
Si la pression dans le système augmente encore, on peut concevoir le compresseur de manière à procéder à une décharge, de sorte que la totalité de l'air dans le compresseur soit purgée vers l'atmosphère de manière à ce que le compresseur s'arrête de comprimer. On peut
ensuite arrêter le compresseur.
D'autres systèmes emploient quelquefois un réservoir tampon en aval du compresseur d'air à vis. Si la demande d'écoulement diminue, alors que le compresseur d'air à vis 10 fonctionne à pleine capacité de charge,
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l'augmentation associée de la pureté du produit est atténuée légèrement par le réservoir tampon qui est situé en aval du système de séparation d'air. Ceci veut dire que le produit dans le réservoir tampon, qui possède une pureté qui est en-deçà des spécifications, est mélangé avec le produit ayant une pureté plus élevée. De cette façon, l'augmentation de la pureté du produit n'est pas aussi facilement perceptible pour le client. Bien qu'ils soient utiles à certains égards, les systèmes décrits ci-dessus sont sujets à certains inconvénients et sont susceptibles d'amélioration. Par exemple, le fonctionnement du dispositif d'ouverture coulissant 22 et de la valve de contrôle d'admission 18 exige la détection d'une augmentation de pression dans le système. Cependant, les augmentations de pression qui résultent de diminutions de la demande d'écoulement sont compensées de manière typique par la performance alors réduite du système de séparation d'air avant d'être détectées par les régulateurs 20, 30. Des changements de la demande d'écoulement de produit peuvent donc ne pas être accompagnés par des réductions appropriées du niveau de fonctionnement du compresseur pour obtenir ainsi une consommation d'énergie inférieure. De l'énergie est par conséquent encore
dépensée inutilement.
Une consommation inutile d'énergie se produit aussi du fait que des changements de la demande d'écoulement de produit ne sont pas toujours accompagnés par des augmentations de pression immédiates. Plutôt, la pureté du produit augmente typiquement jusqu'à ce que la demande d'écoulement de produit diminue jusqu'à un point qui provoque une augmentation de pression qui peut être détectée par les régulateurs 20, 30. Une pureté de produit en excès de ce qui est nécessaire est donc produite et ceci, bien entendu, conduit à une
utilisation d'énergie excessive.
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- 7 - Les réservoirs tampon sont en outre souvent de très grande taille dans certains cas de plusieurs fois la
taille de l'ensemble du système de génération d'azote.
Si la place est limitée, il peut être impossible d'utiliser un réservoir tampon. De plus, des réservoirs tampon qui sont de grande taille peuvent être très sensibles aux facteurs relatifs à l'environnement comme le vent et les tremblements de terre. Il s'agit là d'une préoccupation particulièrement grave étant donné le fait que le réservoir tampon stocke une grande quantité de gaz, qui, en cas de relâchement à l'atmosphère, pourrait causer des inquiétudes considérables. Les réservoirs tampon peuvent être finalement très coûteux et peuvent nécessiter des
fondations très considérables.
Compte tenu de ce qui précède, il existe un besoin relatif à un système de contrôle pour le contrôle d'un compresseur d'air, et relatif à un système d'extraction d'azote, qui comprend un tel système de contrôle et un compresseur d'air pour mettre à disposition une capacité authentique de suivi de charge, de manière à pouvoir maintenir la pureté du produit quelles que soient les réductions de demande d'écoulement de produit. Il existe en outre un besoin relatif à un système de contrôle de compresseur d'air et à un système d'extraction d'azote comprenant un tel système de contrôle pour rendre possible une consommation d'énergie réduite à des demandes d'écoulement de produit réduites tout en maintenant la pureté du produit constante. Il serait aussi désirable d'augmenter la vie et la longévité des compresseurs d'air en évitant des niveaux de fonctionnement inutiles et excessifs, et/ou des démarrages et des arrêts
inutiles.
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RESUME DE L'INVENTION
Conformément avec un aspect de l'invention, un système pour l'extraction de l'azote à partir de l'air pour produire un courant d'azote comprend un compresseur pour la compression de l'air et un séparateur d'air relié au compresseur pour la réception de l'air comprimé en provenance du compresseur et pour la production d'azote à partir de l'air comprimé. Le compresseur peut fonctionner à pleine capacité ou à moins de la pleine capacité, et comprend un rotor tournant autour d'un axe, une admission à travers laquelle l'air s'écoule dans le compresseur et un dispositif de réduction pour la réduction d'une longueur effective du rotor tournant autour d'un axe qui agit pour comprimer l'air de manière à contraindre le compresseur à fonctionner à moins de la pleine capacité. Un régulateur de contrôle de la pression interne associé fonctionnellement au compresseur régule la pression de décharge en provenance du compresseur et fournit un signal de pression d'air quand la pression de décharge du compresseur dépasse une pression prédéterminée. Un dispositif d'entrée externe permet l'introduction d'un signal externe indicatif d'un niveau de fonctionnement du compresseur qui est à moins de la pleine capacité et fournit un signal de pression d'air basé sur le signal externe. Un dispositif de sélection relié au régulateur de contrôle de la pression interne, au dispositif de contrôle d'entrée externe et au moyen de réduction sélectionne l'un ou l'autre des signaux, soit le signal de pression d'air en provenance du régulateur de contrôle de la pression interne, soit le signal de pression d'air en provenance du dispositif d'entrée externe, et émet un signal de contrôle au dispositif de réduction basé sur le signal sélectionné pour la réduction de la longueur effective du rotor tournant autour d'un axe qui agit pour comprimer l'air, de sorte que le niveau de fonctionnement du compresseur puisse être contrôlé de
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l'extérieur pour faire varier le courant d'azote et la pureté de l'azote, tout en empêchant aussi une augmentation de la pression au-delà de la pression prédéterminée quand le compresseur fonctionne à un niveau de fonctionnement réduit. Conformément à un autre aspect de l'invention, un système pour l'extraction de l'azote à partir de l'air pour produire de l'azote ayant une pureté substantiellement constante en dépit des fluctuations de demande d'écoulement, comprend un compresseur pour la compression de l'air et un dsyéparateur d'air relié au compresseur pour la séparation de l'azote de l'air comprimé reçu du compresseur. Le compresseur comprend un rotor tournant autour d'un axe, une admission à travers laquelle l'air s'écoule dans le compresseur, un moteur pour l'entraînement du rotor et un dispositif de réduction pour la réduction d'une longueur effective du rotor tournant autour d'un axe qui agit pour comprimer l'air de manière à contraindre le compresseur à fonctionner à moins de la pleine capacité. Un analyseur de teneur en oxygène qui est situé en aval du séparateur d'air détermine la teneur en oxygène de l'azote s'écoulant hors du séparateur d'air et un dispositif de régulation de pression régule la pression de décharge du compresseur sortant du compresseur. Le système inclut aussi un système de fonctionnement pour provoquer le fonctionnement du dispositif de réduction quand la pression de décharge du compresseur régulée par le moyen de régulation de pression est supérieure à une valeur prédéterminée et pour provoquer le fonctionnement du moyen de réduction quand l'analyseur de teneur en oxygène détermine que la teneur en oxygène de l'azote sortant du séparateur diffère d'une teneur en oxygène prédéterminée, de sorte que le niveau de fonctionnement du compresseur soit modifié en réponse aux changements de la pureté de l'azote, tels qu'ils
sont déterminés par l'analyseur de teneur en oxygène.
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Conformément à un autre aspect de l'invention, un système de compression d'air comprend un compresseur d'air à vis pour la compression de l'air. Le compresseur d'air à vis comprend une enveloppe, un rotor entraîné par rotation autour d'un axe, positionné dans l'enveloppe, une admission pour permettre l'introduction d'air dans l'enveloppe et un arrangement de réduction qui permet la réduction de la longueur effective du rotor qui agit pour comprimer l'air, de manière à réduire un niveau de fonctionnement du compresseur. Un dispositif de fonctionnement est relié à l'arrangement de réduction pour provoquer le fonctionnement de l'arrangement de réduction en réponse à un signal de pression d'air. Un dispositif de contrôle externe est relié au dispositif de fonctionnement pour l'envoi d'un premier signal au disDositif de fonctionnement indicatif d'un niveau de fonctionnement introduit de l'extérieur pour le compresseur de manière à provoquer le fonctionnement du moyen d'arrangement de réduction de sorte que le niveau de fonctionnement du compresseur soit modifié au niveau de fonctionnement introduit manuellement. Un contrôle interne automatique qui est relié au dispositif de fonctionnement envoie automatiquement un deuxième signal au dispositif de fonctionnement quand une pression de décharge du compresseur en provenance du compresseur dépasse une pression prédéterminée de manière à provoquer le fonctionnement de l'arrangement de réduction et une réduction d'un niveau de fonctionnement actuel du compresseur. Le dispositif de fonctionnement provoque le fonctionnement de l'arrangement de réduction pendant un niveau de fonctionnement réduit du compresseur à la réception du deuxième signal en provenance du contrôle automatique pour réduire ainsi encore plus le niveau de fonctionnement du compresseur quand le compresseur
fonctionne déjà à un niveau réduit.
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BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
On comprendra les caractéristiques et les avantages supplémentaires de la présente invention à partir de la
description ci-dessous, considérée conjointement aux
dessins dans lesquels les éléments identiques portent des numéros de référence identiques et dans lesquels: la figure 1 est une illustration schématique d'un système connu destiné à l'extraction de l'azote à partir d'air comprimé; la figure 2 est une illustration schématique d'un dispositif d'ouverture coulissant connu destiné au contrôle de la quantité d'air comprimée par le compresseur; la figure 3 est une illustration schématique d'un aspect de la présente invention illustrant un système d'extraction d'azote dans lequel la capacité du compresseur est contrôlée de l'extérieur; et la figure 4 est une illustration schématique d'un autre aspect de la présente invention illustrant un système d'extraction d'azote pour le maintien d'une pureté de produit constante, quels que soient les
changements de demande d'écoulement.
DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERES
Par référence à la figure 3, on a conçu un système d'extraction d'azote conformément à un aspect de l'invention pour permettre un contrôle externe du niveau de fonctionnement du compresseur tout en maintenant en même temps le contrôle interne basé sur la pression de décharge du compresseur. Le système comprend un compresseur d'air à vis 40 qui est pourvu d'un dispositif d'ouverture coulissant et d'un dispositif de commande du dispositif d'ouverture
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coulissant 42 similaire à celui qui est illustré dans la figure 2, destinés au changement de la longueur effective du rotor qui agit pour comprimer l'air. Le système comprend aussi un régulateur de valve de contrôle d'admission 44 et une valve de contrôle d'admission 46 similaire au régulateur de valve de contrôle d'admission 20 et à la valve de contrôle d'admission 18 décrits ci-dessus et illustrés en figure 1. Le système est pourvu aussi d'un purificateur 48 et d'un système de séparation d'air 50 disposés en aval du
compresseur d'air à vis 40.
Conformément à un aspect du mode de réalisation illustré en figure 3, un contrôle proportionnel de la capacité du compresseur peut être obtenu. Un régulateur de contrôle de pression de décharge 52 est disposé en aval du compresseur d'air à vis 40 et est sujet à la pression de décharge du compresseur. De façon similaire, un régulateur de conduite 54 est disposé en aval du compresseur d'air à vis et est sujet à la pression de décharge du compresseur. Le régulateur de conduite 54 est relié à un port d'entrée d'un transducteur 56. Le régulateur de conduite 54 fonctionne pour réduire ou rabaisser la pression qui prévaut dans le système en aval du compresseur d'air à vis 40 pour éviter d'endommager le transducteur 56. Le transducteur 56 peut être un transducteur courant à pression ou, si cela est approprié, un transducteur
tension à pression.
Un autre port d'entrée du transducteur 56 est relié à un dispositif de contrôle d'entrée externe ou à un dispositif électrique analogue 58 qui permet l'envoi au transducteur 56 d'un signal de contrôle d'entrée externe indicatif du débit d'écoulement de produit
désiré ou du niveau de fonctionnement du compresseur.
Ce signal de contrôle d'entrée externe peut être introduit manuellement par un opérateur de manière à établir ou à varier un niveau de fonctionnement désiré
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du compresseur. Le dispositif de contrôle d'entrée externe 58 peut prendre la forme d'une échelle ou d'un autre dispositif similaire pour l'introduction d'un signal de contrôle d'entrée externe. Le transducteur 56 réduit le signal envoyé depuis le régulateur de conduite 54 d'un certain pourcentage ou d'une certaine quantité en fonction du signal envoyé depuis le
dispositif de contrôle 58.
Le système comprend aussi un relais de sélection pneumatique 60 qui est conçu pour sélectionner la valeur la plus élevée soit du signal de pression produit par le régulateur de contrôle de décharge 52, soit du signal de pression produit par le transducteur
56.
Pendant le fonctionnement de l'aspect du mode de réalisation du système décrit ci-dessus, quand aucun signal de contrôle d'entrée externe n'est introduit par l'intermédiaire du dispositif de contrôle 58, le compresseur 40 fonctionnera à pleine capacité. Ceci veut dire que, s'il n'y a pas de signal envoyé depuis le dispositif de contrôle d'entrée externe 58, le transducteur 56 est conçu de manière à n'envoyer aucune pression de décharge du compresseur depuis le régulateur 54 au relais de sélection pneumatique 60. En conséquence, le relais de sélection pneumatique 60 enverra l'entrée en provenance du régulateur de contrôle de pression de décharge 52 au dispositif de
commande du dispositif d'ouverture coulissant 42.
Ainsi, dans cette situation, le compresseur d'air à vis fonctionne en grande mesure de la même manière que le système illustré en figure 1. Le mode de contrôle interne du système contrôle automatiquement le niveau de fonctionnement du compresseur de sorte que le niveau de fonctionnement du compresseur varie en fonction de la pression en aval du compresseur d'air à vis 40 (c'est-à-dire en fonction de la pression de décharge du compresseur). Si, au cours de ce mode de contrôle
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interne, la pression de décharge du compresseur dépasse une pression prédéterminée, indiquant ainsi que la demande d'écoulement a été réduite, le dispositif de commande du dispositif d'ouverture coulissant et le dispositif d'ouverture coulissant 42 se mettront à fonctionner pour réduire de cette façon le niveau de
fonctionnement du compresseur.
Si un opérateur souhaite restreindre de l'extérieur le niveau de fonctionnement du compresseur de manière à réduire le débit d'écoulement du produit à l'extrémité en aval du système, un signal de contrôle externe est introduit au dispositif de contrôle 58 (par exemple par l'intermédiaire d'une échelle), en augmentant ainsi le signal qui est envoyé au transducteur 56 depuis le dispositif de contrôle 58. Selon l'amplitude de ce signal, un certain pourcentage de la pression d'air régulée en provenance du régulateur de conduite 54 passera à travers le relais de sélection pneumatique 60. Ceci aura pour effet de rendre le signal de pression d'air provenant du transducteur 56 supérieur au signal de pression d'air en provenance du régulateur interne 52. Le relais de sélection pneumatique 60 accomplit ainsi une commutation de manière à sélectionner le signal de pression externe destiné à être introduit au dispositif de contrôle 58. Le signal de pression externe est alors acheminé vers le dispositif d'ouverture coulissant et le dispositif de commande du dispositif d'ouverture coulissant 42, en provoquant ainsi le déplacement du dispositif d'ouverture coulissant. En conséquence, le niveau de fonctionnement du compresseur ou la capacité du compresseur est modulé(e) en fonction du signal externe introduit au dispositif de contrôle 58. Le dispositif de contrôle d'entrée externe permet ainsi l'ajustage ou la modification au choix du débit d'écoulement de produit.
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Un avantage considérable du système illustré en figure 3 et décrit cidessus est que l'utilisation d'un dispositif de contrôle d'entrée externe ne passe pas outre ou ne se passe pas de l'arrangement de contrôle interne qui contrôle les augmentations de pression dans le système. Autrement dit, quand le système fonctionne à capacité réduite à la suite d'une entrée externe en provenance du dispositif de contrôle 58, le contrôle interne du système est toujours maintenu. C'est ainsi que, quand le compresseur fonctionne à moins de la pleine capacité et que la pression de décharge du compresseur commence à augmenter (par exemple, à la suite d'une diminution supplémentaire de demande de produit), le régulateur interne 52 commencera à s'ouvrir, comme il le ferait en mode de fonctionnement normal, quand la pression de décharge du compresseur dépasse une pression prédéterminée. En conséquence, le signal de pression d'air introduit au relais de sélection pneumatique 60 en provenance du régulateur interne 52 augmentera aussi. Quand le signal de pression d'air en provenance du régulateur interne 56 dépasse le signal de pression d'air en provenance du transducteur 56, le relais de sélection pneumatique 60 fera la commutation et sélectionnera le signal de
pression d'air en provenance du régulateur interne 52. Le dispositif d'ouverture coulissant et le dispositif de commande du
dispositif d'ouverture coulissant 42 deviendront à nouveau opérationnels et sujets au contrôle interne du système dans l'optique d'une restriction supplémentaire du niveau de fonctionnement
du compresseur.
De manière très avantageuse, le transfert de fonctionnement du compresseur entre le mode de contrôle externe et le mode de contrôle interne se produit automatiquement et la transition entre le mode externe
et le mode interne est sans saccades.
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Quand la pression de décharge du compresseur diminue une fois de plus, le régulateur interne 52 se fermera une fois de plus et purgera tout air piégé. Quand le signal de pression d'air interne diminue à un niveau inférieur au signal de pression d'air externe émanant du transducteur 56, le relais de sélection pneumatique fera à nouveau la commutation en retour de sorte que le niveau de fonctionnement du compresseur soit contrôlé par le signal de contrôle externe provenant du
dispositif de contrôle 58.
On peut donc voir que, si le transducteur 56 a une défaillance, le signal de contrôle externe de pression d'air chutera. Cependant, dans une telle situation, le signal de pression interne en provenance du régulateur interne 52 contrôlera le niveau de fonctionnement du compresseur. C'est ainsi que le système est à sécurité intégrée au cas o le dispositif de contrôle externe
manifeste une dysfonction.
Le système illustré en figure 3 est avantageux du fait qu'il permet un contrôle de l'extérieur par un
opérateur du niveau de fonctionnement du compresseur.
C'est ainsi qu'un opérateur peut réduire le niveau de fonctionnement du compresseur pour obtenir une réduction du courant de produit tout simplement en introduisant un signal de contrôle externe. Par opposition à d'autres types de systèmes connus dans lesquels le niveau de fonctionnement du compresseur est réduit seulement après que l'augmentation de pression associée à une diminution de la demande d'écoulement s'élève à un certain niveau et se répercute à travers le système, la présente invention permet un changement
immédiat du niveau de fonctionnement du compresseur.
En outre, le système de la présente invention peut s'adapter à une gamme étendue d'applications. Les exigences de processus ou de conception relatives à certains système de séparation d'air nécessitent une
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réduction de la pression d'air d'alimentation en-
dessous du niveau de fonctionnement normal dans certaines circonstances, comme lorsque l'énergie interne de l'air d'alimentation atteint un niveau auquel les parties internes du système pourraient subir des dégâts ou auquel le processus de séparation d'air pourrait être perturbé. Le système de la présente invention maintient le contrôle interne qui régule la pression d'air d'alimentation de sorte que des dégâts au système ne se produisent pas. En outre, la présente invention peut être utilisée en conjonction avec des système existants, ce qui la rend fort appropriée à une
utilisation dans une variété d'applications.
Le système de contrôle externe décrit ci-dessus peut aussi être avantageux dans certaines applications lors de la mise en marche du système. Si, par exemple, l'application particulière met en jeu des filtres dans la tuyauterie du système, une montée immédiate à la pleine capacité du compresseur pourrait causer des dégâts aux filtres. D'autre part, une montée graduelle à la pleine capacité du compresseur est souhaitable du fait qu'elle réduit la possibilité que des dégâts de ce genre ne se produisent. Le mode de réalisation de l'invention décrit ci-dessus permet de réaliser cet objectif. De surcroît, le fait de mettre à disposition un contrôle externe pour le compresseur permet au système de maintenir une pureté de produit substantiellement constante en dépit de changements de la demande d'écoulement. Ceci permet aussi la réalisation d'économies considérables pour ce qui est des exigences d'énergie du système. En outre, la température de fonctionnement du compresseur peut être réduite, une durée de vie accrue de la machinerie et
des lubrifiants étant ainsi obtenue.
Il y a aussi lieu de noter que le système illustré en figure 3 peut être conçu de manière à ce que la sortie en provenance du relais de sélection pneumatique 60
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soit reliée à la valve de contrôle d'admission 46 pour restreindre de ce fait l'air pénétrant dans le compresseur. Cet arrangement en particulier peut être utile, par exemple, en tant qu'alternative à l'utilisation du dispositif d'ouverture coulissant et du dispositif de commande du dispositif d'ouverture
coulissant 42.
Le mode de réalisation du système illustré en figure 3 peut être modifié légèrement, conformément à un autre aspect de l'invention, pour obtenir un système qui
possède d'autres utilisations et d'autres applications.
Le dispositif d'entrée électrique analogue 58, en particulier, peut être remplacé par un dispositif électrique numérique tel qu'un commutateur de mise en marche/mise à l'arrêt, alors que le transducteur 56 est remplacé par un solénoïde. Le régulateur de pression en
ligne 54 régule la pression en aval du régulateur 54.
Un système possédant ces caractéristiques alternatives est très utile dans le contexte d'un environnement qui exige initialement une pleine capacité du compresseur, mais qui exige à un stade ultérieur une capacité à moins de la pleine capacité. Dans le cas de stockage de fruits par exemple, les fruits (par exemple des pommes) sont stockés dans une pièce remplie d'azote dans l'optique d'un prolongement de la durée de conservation et de l'inhibition du début de maturité. Après la cueillette, les fruits sont placés dans une pièce qui doit alors être remplie d'azote. Le remplissage initial de la pièce à l'aide d'azote exige une pleine capacité de fonctionnement (c'est-à- dire le mode turbo), alors que le maintien ultérieur du niveau d'azote dans la pièce exige un niveau de fonctionnement considérablement réduit (c'est-à-dire un niveau de fonctionnement normal). Le système alternatif décrit ci-dessus permet le fonctionnement approprié du
compresseur de cette manière.
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Dans le mode turbo, au cours duquel la pièce est remplie à l'origine, le commutateur 58 est en position arrêt de sorte qu'aucun signal n'est envoyé au solénoïde 56. Le solénoïde 56 reste ainsi fermé, et la conduite entre le relais de sélection 60 et le solénoïde 56 est purgée à l'atmosphère à la suite de la purge à l'atmosphère du solénoïde 56. Dans ce mode de fonctionnement, le compresseur fonctionne à pleine capacité. Une fois que la pièce a été remplie au niveau désiré d'azote, le système passe au mode normal par actionnement du commutateur 58 de manière à ouvrir le solénoïde 56. La pression régulée par le régulateur 54 est alors r3çue par le relais de sélection 60. La capacité de fonctionnement du compresseur 40 est ainsi réduite à un niveau qui est déterminé par une réglage approprié du régulateur de conduite 54 (une option de réglage spécifique dans le régulateur n'est pas indiquée). Si, au cours du mode de fonctionnement normal, il arrive que la pression dans le système dépasse la pression réglée par le régulateur 54, le contrôle interne prend le relais pour contrôler le
niveau de fonctionnement du compresseur.
Cet aspect alternatif du mode de réalisation du système élimine ainsi la nécessité de disposer de compresseurs et de moteurs en double qui seraient normalement employes pour fournir les mêmes modes de fonctionnement
turbo/normal.
La figure 4 illustre un système d'extraction d'azote conformément à un autre aspect de la présente invention. Dans ce système, une pureté de produit substantiellement constante peut être maintenue automatiquement, indépendamment des variations de la demande d'écoulement de produit. Le système comprend un compresseur d'air à vis 70 pourvu d'un dispositif d'ouverture coulissant et d'un dispositif de commande
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du dispositif d'ouverture coulissant 72 en vue du contrôle du volume d'air comprimé par le compresseur d'air à vis 70. Un système de séparation d'air 74 est disposé en aval du compresseur d'air à vis 70 pour extraire l'azote à partir de l'air qui a été comprimé par le compresseur d'air à vis 70. Le système de séparation d'air 74 est équipé d'une conduite de purge/de ventilation 75 pour la purge du sous-produit résultant en provenance de l'air comprimé après
extraction de l'azote.
Un dispositif de mesure de processus tel qu'un détecteur de pression, un détecteur de courant ou un analyseur de teneur en oxygène 76 est positionné en aval du système de séparation d'air 74 et en amont
d'une valve de commutation à trois voies 78.
L'analyseur de teneur en oxygène 76 analyse la quantité d'oxygène présente dans l'azote extrait sortant du système de séparation d'air 74. L'analyseur de teneur en oxygène 76 peut être pourvu d'un dispositif de réglage à fonctionnement manuel (par exemple une échelle) pour le réglage de la teneur désirée en oxygène pour le système. L'analyseur de teneur en oxygène 76 détermine alors si la teneur en oxygène du
produit diffère de la valeur réglée.
Si l'analyseur de teneur en oxygène 76 détermine que la pureté du produit ne satisfait pas aux spécifications du système, une alarme maximum/minimum 84 retentit et un signal est envoyé à la valve de commutation à trois voies 78. Le signal envoyé à la valve de commutation à trois voies 78 provoque la purge du produit vers une conduite de purge 82. De cette façon, le produit dont la pureté n'est pas en-deçà des limites de spécifications n'est pas acheminé en aval vers son
utilisation prévue.
Un régulateur à contre-pression 80 est disposé en amont de la valve de commutation à trois voies 78 pour
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la limitation du courant de produit à un maximum, en maintenant ainsi la teneur en oxygène maximale sous un
certain seuil. Ce régulateur 80 contrôle la contre-
pression maximale agissant sur le système de séparation d'air 74, et la quantité de contre-pression agissant sur le système 74 dicte la teneur en oxygène du produit résultant. On peut donc ainsi contrôler, par un réglage ou un ajustage approprié du régulateur 80, la teneur en
oxygène du produit.
Quand l'analyseur de teneur en oxygène 76 détermine que la teneur en oxygène dans le produit d'azote est supérieure ou inférieure aux spécifications du système, un signal analogue de sortie est envoyé au transducteur 86 (en provenance de l'analyseur 76 ou en provenance d'un dispositif séparé), qui, à son tour, envoie un signal de pression approprié à un relais de sélection pneumatique 88. Comme dans le cas du système illustré en figure 3, le relais de sélection pneumatique 88 choisit la valeur la plus élevée, soit du signal de pression en provenance du transducteur, soit du signal de pression en provenance du régulateur de contrôle de pression de décharge 90. Le signal de pression choisi par le relais de sélection pneumatique 88 sert alors de base au contrôle du dispositif d'ouverture coulissant et du dispositif de commande du dispositif d'ouverture coulissant 72 pour faire varier la capacité de
fonctionnement du compresseur d'air à vis 70.
Pendant le fonctionnement, si la pression de décharge du compresseur augmente au-delà d'un niveau prédéterminé pendant que le compresseur 70 fonctionne à pleine capacité, l'entrée de signal au relais de sélection pneumatique 88 en provenance du régulateur 90 sera plus élevée que le signal de pression en provenance du transducteur 86. En conséquence, le dispositif d'ouverture coulissant 72 deviendra automatiquement opérationnel pour restreindre de ce
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fait ou réduire le niveau de fonctionnement du
compresseur 70.
D'autre part, si le compresseur 70 fonctionne à pleine capacité, et si la demande d'écoulement de produit diminue, la pureté du produit d'azote augmentera (c'est-à-dire la teneur en oxygène dans le produit d'azote diminuera) puisque le compresseur d'air 70 continue à fonctionner à pleine capacité. L'analyseur de teneur en oxygène 76 émettra un signal analogue en direction du transducteur 86 qui enverra alors un signal de pression au relais de sélection pneumatique 88 qui est supérieur au signal de pression en provenance du régulateur 90 qui est représentatif de la pression de décharge du compresseur. En conséquence, le dispositif d'ouverture coulissant deviendra opérationnel pour diminuer le dégagement d'énergie
engendré par le compresseur.
Il y a lieu de noter que le signal en provenance de l'analyseur de teneur en oxygène peut être conditionné par un régulateur PID à triple action (proportionnel,
intégral, par différentiation).
Si le compresseur d'air 70 fonctionne à un niveau réduit à la suite de la détection par l'analyseur de teneur en oxygène 76 d'une teneur en oxygène qui ne satisfait pas aux spécifications du système, une augmentation de la pression de décharge du compresseur provoquera l'envoi d'un signal de pression au relais de sélection pneumatique 88 en provenance du régulateur 90 qui est supérieur au signal de pression en provenance du transducteur 86. Le dispositif d'ouverture coulissant et le dispositif de commande du dispositif d'ouverture coulissant 72 deviendront à nouveau opérationnels pour restreindre encore plus la capacité
de fonctionnement du compresseur 70.
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Le système indiqué en figure 4 possède un grand nombre des mêmes avantages mentionnés ci-dessus relatifs au système illustré en figure 3 pour ce qui est de l'augmentation de la vie et de la longévité du compresseur par le biais d'un contrôle du niveau de
fonctionnement du compresseur.
Les principes, les modes de réalisation préférés et les modes de fonctionnement de la présente invention ont
été décrits dans la description de brevet qui précède.
Cependant, l'invention qui est destinée à être protégée n'est pas à considérer comme étant limitée aux modes de réalisation particuliers divulgués. Les modes de réalisation décrits ici sont en outre à considérer à titre d'illustration plutôt qu'à titre restrictif. Des variations et des changements peuvent être entrepris par d'autres personnes, et des équivalents peuvent être employés, sans s'écarter de l'esprit de la présente invention. En conséquence, il est voulu de manière expresse que toutes les variations, changements et équivalents de ce genre, qui tombent dans le cadre de l'esprit et du domaine de la présente invention, telle
qu'elle est définie dans les revendications, soient
englobés de ce fait.
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Claims (11)
1. Système pour l'extraction de l'azote à partir de l'air pour produire un courant d'azote, comprenant: un compresseur pour la compression de l'air, ledit compresseur pouvant fonctionner à pleine capacité et à moins de la pleine capacité, ledit compresseur comprenant un rotor tournant autour d'un axe, une admission à travers laquelle l'air s'écoule dans le compresseur et un moyen de réduction pour la réduction d'une longueur effective du rotor tournant autour d'un axe qui agit pour comprimer l'air de manière à contraindre le compresseur à fonctionner à moins de la pleine capacité; un séparateur d'air relié au compresseur pour la réception de l'air comprimé en provenance du compresseur et pour la production d'azote à partir de l'air comprimé; un régulateur de contrôle de la pression interne associé fonctionnellement au compresseur pour la régulation de Jla pression de décharge en provenance du compresseur, ledit régulateur de contrôle de la pression interne pouvant fonctionner pour fournir un signal de pression d'air quand la pression de décharge du compresseur dépasse une pression prédéterminée; un moyen d'entrée externe pour l'introduction d'un signal externe indicatif d'un niveau de fonctionnement du compresseur qui est à moins de la pleine capacité et pour fournir un signal de pression d'air basé sur le signal externe; un moyen de sélection relié au régulateur de contrôle de la pression interne, au dispositif de contrôle d'entrée externe et au moyen de réduction pour la sélection de l'un ou de l'autre des signaux, soit le
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signal de pression d'air en provenance du régulateur de contrôle de la pression interne, soit le signal de pression d'air en provenance du moyen d'entrée externe, et pour l'émission d'un signal de contrôle au moyen de réduction basé sur le signal sélectionné pour la réduction de la longueur effective du rotor tournant autour d'un axe qui agit pour comprimer l'air, de sorte que le niveau de fonctionnement du compresseur puisse être contrôlé de l'extérieur pour faire varier le courant d'azote et la pureté de l'azote, tout en empêchant aussi une augmentation de la pression au-delà de la pressure prédéterminée quand le compresseur
fonctionne à un niveau de fonctionnement réduit.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'entrée externe comprend un dispositif d'entrée externe et un transducteur, ledit transducteur étant relié au dispositif d'entrée externe et au moyen de sélection pour le changement d'un signal externe introduit au dispositif d'entrée externe en un signal
de pression d'air.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de sélection est un relais de sélection pneumatique qui sélectionne l'un ou l'autre des signaux, soit le signal de pression d'air en provenance du régulateur de contrôle de la pression interne, soit le signal de pression d'air en provenance
du transducteur.
4. Système pour l'extraction de l'azote à partir de l'air pour produire de l'azote ayant une pureté substantiellement constante en dépit des fluctuations de demande d'écoulement, comprenant: un compresseur pour la compression de l'air, ledit compresseur comprenant un rotor tournant autour d'un axe, une admission à travers laquelle l'air s'écoule dans le compresseur, un moteur pour l'entraînement du rotor et un moyen de réduction pour la réduction d'une
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longueur effective du rotor tournant autour d'un axe qui agit pour comprimer l'air de manière à contraindre le compresseur à fonctionner à moins de la pleine capacité; un séparateur d'air relié au compresseur pour la séparation de l'azote de l'air comprimé reçu du compresseur; un régulateur à contre-pression situé en aval du système de séparation d'air pour la limitation du courant de produit d'azote; un analyseur de teneur en oxygène situé entre le séparateur d'air et le régulateur à contre-pression pour la détermination d'une teneur en oxygène du produit d'azote s'écoulant hors du séparateur d'air; un moyen de régulation de pression pour la régulation d'une pression de décharge du compresseur sortant du compresseur; un moyen pour provoquer le fonctionnement du moyen de réduction quand la pression de décharge du compresseur régulée par le moyen de régulation de pression est supérieure à une valeur prédéterminée et pour provoquer le fonctionnement du moyen de réduction quand l'analyseur de teneur en oxygène détermine que la teneur en oxygène de l'azote sortant du séparateur diffère d'une teneur en oxygène prédéterminée, de sorte que le niveau de fonctionnement du compresseur soit modifié en réponse aux changements de la pureté de l'azote, tels qu'ils sont déterminés par l'analyseur de
teneur en oxygène.
5. Système selon la revendication 4, comprenant un transducteur pour la transformation d'un signal émis par l'analyseur de teneur en oxygène en un signal de pression d'air, ledit moyen de régulation de pression
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émettant un signal de pression d'air indicatif de la pression de décharge du compresseur, ledit moyen contraignant le fonctionnement du moyen de réduction comprenant un relais de sélection pneumatique pour la sélection du signal le plus élevé, soit le signal de pression d'air engendré par le transducteur, soit le signal de pression d'air en provenance du moyen de
régulation de pression.
6. Système selon la revendication 4 ou 5, comprenant une valve à trois voies, positionnée en aval du régulateur à contre-pression pour la déviation du courant, quand l'analyseur de teneur en oxygène détermine que la teneur en oxygène dans l'azote diffère
d'une teneur en oxygène prédéterminée.
7. Système de compression d'air comprenant: un compresseur d'air à vis pour la compression de l'air, ledit compresseur d'air à vis comprenant une enveloppe, un rotor entrainé par rotation autour d'un axe, positionné dans l'enveloppe, une admission pour permettre l'introduction d'air dans l'enveloppe et un moyen de réduction pour la réduction d'une longueur effective du rotor qui agit pour comprimer l'air de manière à réduire un niveau de fonctionnement du compresseur; un moyen de fonctionnement relié aux moyens de réduction pour provoquer le fonctionnement du moyen de réduction en réponse à un signal de pression d'air; un moyen de contrôle externe relié au moyen de fonctionnement pour l'envoi d'un premier signal au moyen de fonctionnement indicatif d'un niveau de fonctionnement introduit de l'extérieur pour le compresseur de manière à provoquer le fonctionnement du moyen de réduction de sorte que le niveau de fonctionnement du compresseur soit modifié au niveau de fonctionnement introduit de l'extérieur;
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un moyen de contrôle interne automatique relié au moyen de fonctionnement pour l'envoi automatique d'un deuxième signal au moyen de fonctionnement quand une pression de décharge du compresseur dépasse une pression prédéterminée de manière à provoquer le fonctionnement du moyen de réduction et de manière à réduire un niveau de fonctionnement actuel du compresseur, le moyen de fonctionnement recevant le deuxième signal provoquant le fonctionnement du moyen de réduction quand le compresseur fonctionne, le moyen de fonctionnement provoquant le fonctionnement du moyen de réduction pendant un niveau de fonctionnement réduit du compresseur à la réception du deuxième signal en provenance du moyen de contrôle automatique pour réduire ainsi encore plus le niveau de fonctionnement du compresseur quand le compresseur fonctionne déjà à
un niveau réduit.
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit moyen de fonctionnement comprend un relais de sélection pneumatique, qui sélectionne l'un ou
l'autre du premier signal ou du second signal.
9. Système selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que ledit moyen de fonctionnement comprend un relais de sélection pneumatique, qui sélectionne le plus élevé de l'un ou l'autre du premier signal ou du second signal, de manière à provoquer le fonctionnement
du moyen de réduction.
10. Système selon l'une quelconque des revendications
7 à 9, comprenant un dispositif d'entrée pour l'introduction manuelle d'un niveau de fonctionnement
souhaité du compresseur.
11. Système selon l'une quelconque des revendications
7 à 10, caractérisé en ce que ledit moyen de contrôle externe comprend un commutateur de mise en marche/de
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mise à l'arrêt relié à un solénoïde que l'on peut ouvrir et que l'on peut fermer, ledit solénoïde étant ouvert quand le commutateur de mise en marche/de mise à l'arrêt est dans une première position de fonctionnement, de sorte que le moyen de réduction soit contrôlé par le moyen de contrôle externe, et ledit solénoïde étant fermé quand le commutateur de mise en marche/de mise à l'arrêt est dans une deuxième position de fonctionnement, de sorte que le moyen de réduction soit contrôlé indépendamment du moyen de contrôle externe.
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