FR3118484A1 - Compression system with multiple compression stages mounted in series - Google Patents
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Abstract
Système de compression à plusieurs étages de compression montés en série L’invention a trait à un système de compression d’un gaz (2) comportant :- une entrée de gaz (10),- deux étage de compression (20) montés en série comportant chacun : - un moteur électrique rotatif (60) configuré pour comprimer le gaz, - un unité de contrôle de la vitesse de rotation du moteur électrique (27, 37), les unités de contrôle étant chacune configurées pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique (60) correspondant au moins en fonction de la pression de gaz en amont de l’étage de compression correspondant ou les unités de contrôle étant chacune configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique (60) correspondant au moins en fonction des pressions de gaz en aval de l’étage de compression correspondant. Figure pour l’abrégé : Fig. 1Compression system with several compression stages connected in series The invention relates to a gas compression system (2) comprising:- a gas inlet (10),- two compression stages (20) connected in series each comprising: - a rotary electric motor (60) configured to compress the gas, - an electric motor rotational speed control unit (27, 37), the control units each being configured to control the rotational speed of the corresponding electric motor (60) at least as a function of the gas pressure upstream of the corresponding compression stage or the control units each being configured to control the speed of rotation of the corresponding electric motor (60) at least as a function of the gas pressures downstream of the corresponding compression stage. Figure for abstract: Fig. 1
Description
La présente invention concerne les systèmes de compression de gaz, notamment de l’hydrogène et les procédés de compression de gaz à l’aide de tels systèmes de compression.The present invention relates to gas compression systems, in particular hydrogen, and gas compression methods using such compression systems.
De l’émergence des piles à combustible à hydrogène, naît un besoin de comprimer une grande quantité de gaz dans un petit volume de stockage à faible coût énergétique pour alimenter de tels systèmes.From the emergence of hydrogen fuel cells, arises a need to compress a large quantity of gas in a small storage volume at low energy cost to power such systems.
A l’heure actuelle, différentes méthodes pour comprimer un gaz existent. Elles consistent à réaliser une compression volumétrique du gaz dans une chambre de compression. Cette compression a pour objectif de diminuer le volume du gaz stocké par rapport au volume qu’il occuperait à la pression atmosphérique. Le rapport volumétrique du système de compression (ou taux de compression) est le paramètre qui permet de modifier la pression entre l’entrée (ou pression d’admission) et la sortie (ou pression de refoulement) du système de compression.Currently, there are different methods for compressing a gas. They consist in carrying out a volumetric compression of the gas in a compression chamber. The purpose of this compression is to reduce the volume of gas stored compared to the volume it would occupy at atmospheric pressure. The volumetric ratio of the compression system (or compression ratio) is the parameter which makes it possible to modify the pressure between the inlet (or intake pressure) and the outlet (or discharge pressure) of the compression system.
Chaque compresseur a un fonctionnement possible pour une plage de pression en amont du compresseur et une plage de pression du gaz en aval du compresseur bien précise et se caractérise par son taux de compression. Il a en particulier un fonctionnement optimisé au niveau énergétique pour une pression en amont particulière dans la plage de pression d’admission possible. En dehors de ces plages, le compresseur peut ne pas comprimer le gaz, s’user prématurément, voir se dégrader et a une consommation énergétique accrue. Each compressor has a possible operation for a pressure range upstream of the compressor and a gas pressure range downstream of the compressor that is very precise and is characterized by its compression ratio. In particular, it has an energy-optimized operation for a particular inlet pressure within the possible inlet pressure range. Outside these ranges, the compressor may not compress the gas, wear prematurely, or even deteriorate and has increased energy consumption.
Dans le cas de l’utilisation d’un seul compresseur, la compression est limitée par les caractéristiques du compresseur en lui-même et il n’est pas possible d’obtenir des différentiels de pressions importants entre la pression en amont et la pression en aval.In the case of the use of a single compressor, the compression is limited by the characteristics of the compressor itself and it is not possible to obtain significant pressure differentials between the pressure upstream and the pressure in downstream.
Il peut être intéressant d’avoir plusieurs étages de compression montés en série. Les caractéristiques de fonctionnement des étages de compression, notamment leurs pressions d’admission optimales sont alors différentes, afin d’être adaptées à la plage de compression particulière à réaliser pour chacun d’entre eux.It may be advantageous to have several compression stages mounted in series. The operating characteristics of the compression stages, in particular their optimum admission pressures, are then different, in order to be adapted to the particular compression range to be achieved for each of them.
Cette configuration à plusieurs étages de compression améliore le rendement et par conséquent une consommation d’énergie diminuée par rapport à une solution mono compresseur. Elle permet également d’atteindre des compressions importantes non réalisables ou difficilement réalisables à faible coût énergétique avec un seul étage de compression.This configuration with several compression stages improves efficiency and therefore lower energy consumption compared to a single compressor solution. It also makes it possible to achieve significant compressions that are not achievable or difficult to achieve at low energy cost with a single compression stage.
Les étages de compression de l’état de l’art fonctionnent à vitesse de rotation de leur moteur électrique constante. Le débit de gaz à la sortie de chaque étage de compression est par conséquent quasiment constant au cours du temps, aux variations près liées aux irrégularités cycliques, aux temps de fermeture et d’ouverture des clapets et au facteur de compressibilité des gaz qui peut varier en fonction de la pression en sortie du système de compression.State-of-the-art compression stages operate at a constant rotational speed of their electric motor. The gas flow at the outlet of each compression stage is therefore almost constant over time, except for variations linked to cyclic irregularities, to the closing and opening times of the valves and to the gas compressibility factor which can vary. depending on the pressure at the outlet of the compression system.
Cependant, lorsque des variations de pression en entrée de l’étage de compression, par exemple lié à une variation de pression générée par un système de production dudit gaz, ou des variations du débit dans le système, par exemple généré par une variation de consommation du gaz en sortie, apparaissent, elles se répercutent sur les différents étages de compression montés en série. Les pressions en entrée des différents étages de compression peuvent ne plus être optimisées. Ceci peut entraîner une consommation énergétique accrue, une usure plus rapide, voire des dégradations du systèmes.However, when variations in pressure at the inlet of the compression stage, for example linked to a variation in pressure generated by a system for producing said gas, or variations in the flow rate in the system, for example generated by a variation in consumption gas at the outlet, appear, they have repercussions on the various compression stages mounted in series. The inlet pressures of the various compression stages may no longer be optimized. This can lead to increased energy consumption, faster wear and even damage to the systems.
Lorsque des variations de débit apparaissent, il est connu du brevet EP 1 291 525 B1 d’appliquer une stratégie de fonctionnement « Marche/Arrêt » d’un étage de compression. Dans ce brevet, les compresseurs sont arrêtés ou redémarrés selon des seuils de pression prédéterminées. De tels arrêts et redémarrages répétés génèrent un vieillissement prématuré des compresseurs, notamment des pièces se déformant dans les compresseurs, tels que les membranes dans les compresseurs à membrane.When variations in flow appear, it is known from patent EP 1 291 525 B1 to apply an “On/Off” operating strategy of a compression stage. In this patent, the compressors are stopped or restarted according to predetermined pressure thresholds. Such repeated stops and restarts generate premature aging of the compressors, in particular of the parts deforming in the compressors, such as the membranes in the membrane compressors.
Dans ce cas, le pilotage des compresseurs en série s’effectue généralement de façon centralisée par une liaison de ceux-ci à une unité centrale de contrôle distante des compresseurs. Cette liaison peut être interrompue pour des problèmes matériels ou logiciels, entrainant des disfonctionnements des compresseurs. Ce risque augmente avec les distances entre les compresseurs et l’unité centrale de contrôle, ce qui complique la régulation d’une chaîne de compresseurs éloignés les uns des autres, notamment dans des lieux différents et peut générer une dégradation du système.In this case, the series compressors are generally controlled centrally by linking them to a central control unit remote from the compressors. This link can be interrupted for hardware or software problems, leading to malfunctions of the compressors. This risk increases with the distances between the compressors and the central control unit, which complicates the regulation of a chain of compressors far from each other, in particular in different places and can generate a degradation of the system.
Il est également connu du brevet EP 0 431 287 B1 de réguler le débit de gaz de compresseurs en faisant varier la géométrie d’aubes de compression dans les compresseurs centrifuges.It is also known from patent EP 0 431 287 B1 to regulate the gas flow of compressors by varying the geometry of compression vanes in centrifugal compressors.
Il existe un besoin pour avoir un système de compression ayant un rendement optimisé et par conséquent une consommation d’énergie diminuée.There is a need for a compression system with optimized performance and therefore reduced energy consumption.
L’invention répond à ce besoin à l’aide d’un système de compression d’un gaz comportant :
- une entrée de gaz
- un premier étage de compression alimenté en gaz par l’entrée de gaz et délivrant un gaz comprimé,
- un deuxième étage de compression alimenté en gaz comprimé par le premier étage de compression et délivrant un gaz comprimé,
le premier et le deuxième étage de compression comportant chacun
- un moteur électrique rotatif configuré pour comprimer le gaz, et
- une unité de contrôle de la vitesse de rotation du moteur électrique,
l’unité de contrôle du premier étage de compression étant configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique correspondant au moins en fonction de la pression de gaz en entrée du premier étage de compression et l’unité de contrôle du deuxième étage de compression étant configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique correspondant au moins en fonction de la pression de gaz en entrée du deuxième étage de compression
ou
l’unité de contrôle du premier étage de compression étant configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique correspondant au moins en fonction de la pression de gaz en sortie du premier étage de compression et l’unité de contrôle du deuxième étage de compression étant configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique correspondant au moins en fonction de la pression de gaz en sortie du deuxième étage de compression.The invention meets this need with the aid of a gas compression system comprising:
- a gas inlet
- a first compression stage supplied with gas by the gas inlet and delivering a compressed gas,
- a second compression stage supplied with compressed gas by the first compression stage and delivering a compressed gas,
the first and the second compression stage each comprising
- a rotary electric motor configured to compress the gas, and
- a unit for controlling the rotational speed of the electric motor,
the first compression stage control unit being configured to control the speed of rotation of the corresponding electric motor at least as a function of the gas pressure at the inlet of the first compression stage and the second compression stage control unit being configured to control the speed of rotation of the corresponding electric motor at least as a function of the gas pressure at the inlet of the second compression stage
Or
the first compression stage control unit being configured to control the speed of rotation of the corresponding electric motor at least as a function of the gas pressure at the outlet of the first compression stage and the second compression stage control unit being configured to control the speed of rotation of the corresponding electric motor at least as a function of the gas pressure at the outlet of the second compression stage.
Le fait que l’entrée du deuxième étage de compression soit alimentée par le gaz en sortie du premier étage de compression est caractéristique du fait d’avoir deux étages de compression en série formant une chaîne d’étages de compression.The fact that the inlet of the second compression stage is fed by the gas at the outlet of the first compression stage is characteristic of having two compression stages in series forming a chain of compression stages.
Avec un tel système d’étages de compression en série, toute variation de débit de gaz du premier étage de compression entraîne un désaccord avec le débit de gaz du deuxième étage de compression et inversement, ce qui se répercute sur la pression en entrée du deuxième étage de compression. Ce désaccord peut empêcher le bon fonctionnement du système, dégrader sa durée de vie et son rendement. Les unités de contrôle des deux étages de compression permettent de palier à ces variations et de ramener le système à un régime de fonctionnement optimal prédéterminé pour chacun des étages de compression.With such a system of compression stages in series, any variation in the gas flow rate of the first compression stage leads to a disagreement with the gas flow rate of the second compression stage and vice versa, which affects the pressure at the inlet of the second compression stage. This disagreement can prevent the proper functioning of the system, degrade its lifespan and its performance. The control units of the two compression stages make it possible to compensate for these variations and bring the system back to a predetermined optimum operating speed for each of the compression stages.
Un tel dispositif permet aussi d’optimiser le système dans le cas où le débit varie au cours de la compression du fait de la variation du facteur de compressibilité du gaz et/ou de la température du gaz.Such a device also makes it possible to optimize the system in the case where the flow rate varies during compression due to the variation of the compressibility factor of the gas and/or the temperature of the gas.
Enfin, le fait que la régulation des vitesses des moteurs se fasse localement au niveau de chaque étage de compression avec des données locales (pression en entrée et/ou en sortie de l’étage de compression correspondant) permet d’avoir une régulation performante même lorsque les étages de compression de la chaine sont éloignés les uns des autres, notamment dans le cas d’un réseau de compresseurs d’une certaine échelle ou d’un environnement rendant les communications de pilotage difficiles.Finally, the fact that the regulation of engine speeds is done locally at the level of each compression stage with local data (pressure at the inlet and/or at the outlet of the corresponding compression stage) makes it possible to have efficient regulation even when the compression stages of the chain are far from each other, in particular in the case of a network of compressors of a certain scale or an environment making control communications difficult.
SystèmeSystem
Le système peut comporter un ou plusieurs étages de compression additionnels montés en série en aval du deuxième étage de compression, le ou les étages de compression additionnels comportant chacun :
- un moteur électrique rotatif configuré pour comprimer le gaz issue de l’étage de compression disposé en amont dudit étage de compression additionnel,
- une unité de contrôle de la vitesse de rotation du moteur électrique en fonction de la pression de gaz en entrée, lorsque l’unité de contrôle du premier et du deuxième étage de compression contrôle la vitesse du moteur correspondant en fonction au moins de la pression de gaz en entrée du premier ou deuxième étage de compression correspondant, ou
de la pression de gaz en sortie, lorsque l’unité de contrôle du premier et du deuxième étage de compression contrôle la vitesse du moteur correspondant en fonction au moins de la pression de gaz en sortie du premier ou deuxième étage de compression correspondant.The system may comprise one or more additional compression stages mounted in series downstream of the second compression stage, the additional compression stage(s) each comprising:
- a rotary electric motor configured to compress the gas coming from the compression stage arranged upstream of said additional compression stage,
- a unit for controlling the speed of rotation of the electric motor as a function of the inlet gas pressure, when the control unit of the first and second compression stages controls the speed of the corresponding motor as a function at least of the pressure of gas at the inlet of the corresponding first or second compression stage, or
the gas pressure at the outlet, when the first and second compression stage control unit controls the speed of the corresponding engine as a function at least of the gas pressure at the outlet of the corresponding first or second compression stage.
Ainsi, le système comporte une chaîne d’étages de compression montés en série les uns par rapport aux autres, les étages de compression étant tous régulés au moins par la pression en amont de chaque étage de compression ou tous régulés au moins par la pression en aval de chaque étage de compression.Thus, the system comprises a chain of compression stages mounted in series with respect to each other, the compression stages all being regulated at least by the pressure upstream of each compression stage or all regulated at least by the pressure in downstream of each compression stage.
De préférence, le système comporte un réservoir de gaz au moins entre deux étages de compression consécutifs, notamment entre le premier et le deuxième étage de compression. Un tel réservoir de gaz permet d’absorber une variation de débit d’un des deux étages de compression en empêchant les dégradations du système.Preferably, the system comprises a gas reservoir at least between two consecutive compression stages, in particular between the first and the second compression stage. Such a gas reservoir makes it possible to absorb a variation in the flow rate of one of the two compression stages by preventing damage to the system.
De préférence, le système alimente en gaz un réservoir fermé de stockage du gaz ou un dispositif de consommation du gaz pouvant faire partie du système.Preferably, the system supplies gas to a closed gas storage tank or a gas consumption device which may be part of the system.
De préférence, le système comporte en entrée une source de gaz, notamment un électrolyseur alimentant en gaz l’entrée de gaz ou un réservoir de gaz à volume fini.Preferably, the system comprises a gas source at the inlet, in particular an electrolyser supplying gas to the gas inlet or a finite volume gas reservoir.
Lorsque la source de gaz est un électrolyseur, l’unité de contrôle du deuxième étage de compression peut être configurée pour mettre en marche le deuxième étage de compression quand la pression en entrée ou en sortie du deuxième étage de compression est supérieure à une pression de consigne minimale prédéfinie du deuxième étage de compression. Le deuxième étage de compression peut comporter un circuit de dérivation de gaz du deuxième étage de compression entre la sortie de gaz du premier étage de compression et la sortie de gaz du deuxième étage quand le deuxième étage de compression est éteint. When the gas source is an electrolyser, the second compression stage control unit can be configured to start the second compression stage when the pressure at the inlet or at the outlet of the second compression stage is greater than a pressure of predefined minimum setpoint of the second compression stage. The second stage compression may include a second stage compression gas bypass circuit between the first stage compression gas outlet and the second stage gas outlet when the second stage compression is off.
Lorsque la source de gaz est un réservoir de gaz comprimé de volume fini, l’unité de contrôle du premier étage de compression peut être configurée pour allumer le premier étage de compression quand la pression en entrée ou sortie du premier étage de compression est inférieure à une pression respectivement en entrée ou en sortie de consigne maximale du premier étage de compression. Le premier étage de compression peut comporter un circuit de dérivation de gaz du premier étage de compression entre l’entrée de gaz et l’entrée du deuxième étage de compression ouvert quand le premier étage de compression est éteint. When the gas source is a finite volume compressed gas tank, the first stage compression control unit can be configured to turn on the first stage compression when the inlet or outlet pressure of the first stage compression is less than a pressure respectively at the inlet or at the outlet of the maximum setpoint of the first compression stage. The first stage compression may include a first stage compression gas bypass circuit between the gas inlet and the inlet of the second stage compression that is open when the first stage compression is off.
Le dispositif peut comporter un capteur de la pression à l’entrée de gaz et une unité centrale de contrôle, configurée pour arrêter le système lorsque la pression à l’entrée de gaz atteint une pression en entrée minimale, notamment une pression inférieure ou égale à une pression en entrée minimale admissible pour le premier étage de compression. La pression d’entrée minimale peut être inférieure ou égale à 30 bars, de préférence inférieure ou égale à 10 bars, mieux inférieure ou égale à 5 bars. Un tel arrêt du système est en particulier utile lorsque la source de gaz est un réservoir de gaz à volume fini.The device may comprise a pressure sensor at the gas inlet and a central control unit, configured to stop the system when the pressure at the gas inlet reaches a minimum inlet pressure, in particular a pressure less than or equal to a minimum allowable inlet pressure for the first compression stage. The minimum inlet pressure may be less than or equal to 30 bars, preferably less than or equal to 10 bars, better still less than or equal to 5 bars. Such a system shutdown is particularly useful when the gas source is a finite volume gas reservoir.
Le dispositif peut comporter un capteur de la pression à la sortie du dernier étage de compression et une unité centrale de contrôle, configurée pour arrêter le système lorsque la pression en sortie est supérieure ou égale à une pression en sortie finale prédéfinie. La pression en sortie finale prédéfinie peut être comprise entre 400 et 1000 bars, mieux entre 600 et 850 bars, encore mieux entre 700 et 800 bars. Un tel arrêt du système est en particulier utile lorsque le système sert à remplir un réservoir de gaz fermé. Ceci est en particulier lié aux applications de réservoirs automobiles, dont la pression typique de remplissage en hydrogène est de 350 bars ou de 700 bars selon les technologies actuelles. Un réservoir de station hydrogène à une pression de l’ordre de 750 bars est donc adapté à cet usage.The device may comprise a pressure sensor at the outlet of the last compression stage and a central control unit, configured to stop the system when the outlet pressure is greater than or equal to a predefined final outlet pressure. The predefined final outlet pressure can be between 400 and 1000 bars, better between 600 and 850 bars, even better between 700 and 800 bars. Such a shutdown of the system is particularly useful when the system is used to fill a closed gas tank. This is particularly linked to automotive tank applications, where the typical hydrogen filling pressure is 350 bars or 700 bars according to current technologies. A hydrogen station tank at a pressure of around 750 bars is therefore suitable for this purpose.
Le système peut comporter un dispositif de refroidissement des gaz en sortie d’un ou de chaque étage de compression. Ceci permet d’augmenter la densité du gaz et de limiter les contraintes thermiques sur les étages de compression. The system may include a gas cooling device at the outlet of one or each compression stage. This makes it possible to increase the density of the gas and to limit the thermal stresses on the compression stages.
Le système peut comporter une mesure de la position des volants moteurs et les unités de contrôle peuvent être des unités de pilotage à haute fréquence configurées pour faire varier la vitesse du moteur en fonction de la position du moteur en temps réel. Ceci permet de diminuer la vitesse de rotation des moteurs au passage des points morts haut et bas du piston correspondant aux ouvertures et fermeture des clapets d’admission et de refoulement, ce qui lisse les irrégularités cycliques et augmente la durée de vie des compresseurs en réduisant les contraintes internes. The system may include a measurement of the position of the flywheels and the control units may be high frequency drive units configured to vary the engine speed according to the position of the engine in real time. This makes it possible to reduce the rotational speed of the engines when passing the top and bottom dead centers of the piston corresponding to the openings and closings of the intake and discharge valves, which smooths out cyclic irregularities and increases the life of the compressors by reducing internal constraints.
Etages de compressionCompression stages
Le premier et/ou le deuxième étage de compression et/ou le ou les étages de compression additionnels le cas échéant peuvent être formés d’un unique compresseur.The first and/or the second compression stage and/or the additional compression stage(s), if any, can be formed from a single compressor.
En variante, le premier et/ou le deuxième étage de compression et/ou le ou les étages de compression additionnels le cas échéant sont formés d’une pluralité de compresseurs montés en parallèle. Chaque compresseur peut comporter un moteur électrique rotatif. L’unité de contrôle du ou de chaque étage de compression, ayant une pluralité de compresseurs en parallèles, peut contrôler la vitesse de tous les moteurs électriques de l’étage de compression. Dans ce cas, les compresseurs du ou des étages de compression ayant plusieurs compresseurs sont, de préférence, identiques et l’unité de contrôle génère la même consigne de vitesse pour tous les moteurs électriques de l’étage de compression correspondant. En variante, une consigne de vitesse de rotation différente peut être appliquée à chacun des compresseurs d’un même étage.As a variant, the first and/or the second compression stage and/or the additional compression stage(s), if any, are formed by a plurality of compressors mounted in parallel. Each compressor may include a rotary electric motor. The control unit of the or each compression stage, having a plurality of compressors in parallel, can control the speed of all the electric motors of the compression stage. In this case, the compressors of the compression stage or stages having several compressors are preferably identical and the control unit generates the same speed setpoint for all the electric motors of the corresponding compression stage. As a variant, a different rotation speed setpoint can be applied to each of the compressors of the same stage.
De préférence, le ou chaque compresseur comporte chacun au moins une chambre de compression recevant en entrée un gaz à une pression d’admission, le comprimant par une réduction de son volume et délivrant en sortie un gaz dit comprimé à une pression de refoulement supérieure à la pression d’admission. L’entrée et la sortie de gaz dans la chambre de compression se fait de préférence par l’intermédiaire de clapets d’admission et de refoulement. Preferably, the or each compressor each comprises at least one compression chamber receiving a gas at an inlet pressure at the inlet, compressing it by reducing its volume and delivering at the outlet a so-called compressed gas at a discharge pressure greater than inlet pressure. The gas inlet and outlet in the compression chamber is preferably done via inlet and outlet valves.
De préférence, le ou les compresseurs sont des compresseurs à membrane ou à tiroir. Par exemple, les moteurs électriques du ou des compresseurs compriment le gaz indirectement par l’intermédiaire d’un vilebrequin entrainé en rotation par le moteur électrique et relié à un piston qu’il déplace lors de sa rotation dans un mouvement alternatif de translation dans un cylindre. Le déplacement du piston génère la compression du gaz, notamment par une variation alternative du volume d’une chambre de compression. Le piston peut comprimer un liquide, notamment une huile hydraulique, séparé de la chambre de compression par au moins une membrane déformable. Lors du déplacement du piston dans le cylindre, le liquide est comprimé et déforme la membrane déformable, ce qui réduit le volume de la chambre de compression et comprime le gaz. Le moteur électrique du ou de chaque compresseur peut générer la compression du gaz dans une pluralité de chambres de compression en parallèle, notamment par l’intermédiaire de plusieurs pistons montés sur le même vilebrequin. De préférence, l’ensemble des chambres de compression ont les mêmes caractéristiques. Elles peuvent être déphasées les unes avec les autres ou non. Par exemple, le moteur électrique peut générer la compression du gaz dans deux chambres de compression montées en opposition, ayant de préférence, les mêmes caractéristiques mais étant en inversion de phase de compression. Preferably, the compressor or compressors are membrane or slide compressors. For example, the electric motors of the compressor(s) compress the gas indirectly via a crankshaft driven in rotation by the electric motor and connected to a piston which it moves during its rotation in an alternating translational movement in a cylinder. The displacement of the piston generates the compression of the gas, in particular by an alternating variation of the volume of a compression chamber. The piston can compress a liquid, in particular a hydraulic oil, separated from the compression chamber by at least one deformable membrane. When moving the piston in the cylinder, the liquid is compressed and deforms the deformable membrane, which reduces the volume of the compression chamber and compresses the gas. The electric motor of the or each compressor can generate the compression of the gas in a plurality of compression chambers in parallel, in particular via several pistons mounted on the same crankshaft. Preferably, all the compression chambers have the same characteristics. They may or may not be out of phase with each other. For example, the electric motor can generate the compression of the gas in two compression chambers mounted in opposition, preferably having the same characteristics but being in compression phase inversion.
Unité de contrôleControl unit
De préférence, les unités de contrôle régulent la vitesse des moteurs électriques correspondant en temps réel et en continu dans le temps. Preferably, the control units regulate the speed of the corresponding electric motors in real time and continuously over time.
L’unité de contrôle du premier étage de compression peut être configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique correspondant seulement en fonction de la pression de gaz en entrée du premier étage de compression et l’unité de contrôle du deuxième étage de compression est configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique correspondant seulement en fonction de la pression de gaz en entrée du deuxième étage de compression, le cas échéant l’unité de contrôle du ou de chaque étage de compression additionnel est configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique correspondant seulement en fonction de la pression de gaz en entrée dudit étage de compression additionnel.The first compression stage control unit can be configured to control the rotational speed of the corresponding electric motor only according to the gas pressure at the inlet of the first compression stage and the second compression stage control unit is configured to control the speed of rotation of the corresponding electric motor solely as a function of the gas pressure at the inlet of the second compression stage, where applicable the control unit of the or each additional compression stage is configured to control the speed of rotation of the corresponding electric motor solely as a function of the gas pressure at the inlet of said additional compression stage.
En variante, l’unité de contrôle du premier étage de compression est configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique correspondant seulement en fonction de la pression de gaz en sortie du premier étage de compression et l’unité de contrôle du deuxième étage de compression est configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique correspondant seulement en fonction de la pression de gaz en sortie du deuxième étage de compression, le cas échéant l’unité de contrôle du ou de chaque étage de compression additionnel est configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique correspondant seulement en fonction de la pression de gaz en sortie dudit étage de compression additionnel.Alternatively, the first compression stage control unit is configured to control the rotational speed of the corresponding electric motor only as a function of the gas pressure at the outlet of the first compression stage and the second compression stage control unit compression is configured to control the speed of rotation of the corresponding electric motor only as a function of the gas pressure at the outlet of the second compression stage, where applicable the control unit of the or each additional compression stage is configured to control the speed of rotation of the corresponding electric motor only as a function of the gas pressure at the outlet of said additional compression stage.
De préférence, le premier et le deuxième étage de compression comportent chacun un ou plusieurs variateurs de vitesse pilotés par l’unité de contrôle correspondante et alimentant chacun un moteur électrique.Preferably, the first and second compression stages each comprise one or more variable speed drives controlled by the corresponding control unit and each supplying an electric motor.
Ainsi dans le cas où le premier et/ou le deuxième étage de compression comportent plusieurs compresseurs comportant chacun un moteur électrique comme décrit précédemment, un variateur de vitesse peut alimenter tous les moteurs électriques simultanément ou les moteurs électriques peuvent être alimentés par des variateurs de vitesse différents.Thus in the case where the first and/or the second compression stage comprise several compressors each comprising an electric motor as described above, a variable speed drive can supply all the electric motors simultaneously or the electric motors can be supplied by variable speed drives different.
Les unités de contrôle peuvent comporter chacune un dispositif de supervision, notamment un automate de supervision contrôlant le ou les moteurs électriques, notamment par l’intermédiaire du ou des variateurs de vitesse, en fonction des données de pression en entrée de l’étage de compression ou des données de pression en sortie de l’étage de compression correspondant.The control units may each comprise a supervision device, in particular a supervision automaton controlling the electric motor(s), in particular via the variable speed drive(s), according to the pressure data at the input of the compression stage. or pressure data at the output of the corresponding compression stage.
L’unité de contrôle d’au moins un des étages de compression peut comporter au moins un capteur de la température à la sortie et/ou à l’entrée de gaz dudit étage de compression. De préférence, l’unité de contrôle de l’étage de compression ayant un capteur de température est configurée pour ralentir la vitesse de rotation du ou des moteurs électriques de l’étage de compression correspondant lorsque la température mesurée par le capteur de température correspondant est supérieure à une température seuil prédéterminée.The control unit of at least one of the compression stages may comprise at least one temperature sensor at the outlet and/or at the gas inlet of said compression stage. Preferably, the compression stage control unit having a temperature sensor is configured to slow down the speed of rotation of the electric motor or motors of the corresponding compression stage when the temperature measured by the corresponding temperature sensor is above a predetermined threshold temperature.
Une telle réduction de vitesse en fonction de la température permet de protéger le système d’une surchauffe et donc d’une dégradation liée à une température du système trop élevée.Such a reduction in speed depending on the temperature makes it possible to protect the system from overheating and therefore from degradation linked to an excessively high system temperature.
De préférence, les unités de contrôle sont configurées pour que la vitesse de rotation du ou des moteurs électriques puisse prendre au moins une valeur de vitesse intermédiaire entre la vitesse maximale et l’arrêt du moteur électrique. De préférence, les unités de contrôle sont configurées pour faire varier la vitesse de rotation du ou des moteurs électriques de façon continue entre au moins deux valeurs de vitesse de rotation, notamment entre une valeur maximale et une valeur minimale de rotation du moteur électrique, en plus de la possibilité d’arrêt du moteur électrique.Preferably, the control units are configured so that the speed of rotation of the electric motor(s) can take at least one intermediate speed value between the maximum speed and the stopping of the electric motor. Preferably, the control units are configured to vary the rotational speed of the electric motor(s) continuously between at least two rotational speed values, in particular between a maximum value and a minimum rotational value of the electric motor, in plus the possibility of stopping the electric motor.
De préférence, les unités de contrôle des étages de compression sont indépendantes les unes des autres. Par «indépendantes les unes des autres», on comprend que les unités de contrôle ne communiquent pas directement les unes avec les autres autrement que par le biais des variations de pression détectées en entrée et en sortie de l’étage de compression auquel elles appartiennent. Ainsi, en fonctionnement, chaque unité de contrôle régule la vitesse du moteur électrique de l’étage de compression correspondant à partir de données locales mesurées au niveau dudit étage de compression pour maintenir la pression en entrée ou en sortie selon le cas à une pression de consigne prédéfinie. Selon une variante, les unités de contrôle des étages de compression sont reliées à une unité centrale de contrôle qui fournit à chaque unité de contrôle la courbe de consigne de pression en fonction notamment de la nature de la source de gaz et/ou du dispositif en sortie du système.Preferably, the compression stage control units are independent of each other. By “ independent of each other ”, it is understood that the control units do not communicate directly with each other other than by means of the pressure variations detected at the inlet and at the outlet of the compression stage to which they belong. Thus, in operation, each control unit regulates the speed of the electric motor of the corresponding compression stage on the basis of local data measured at the level of said compression stage to maintain the pressure at the inlet or at the outlet, depending on the case, at a pressure of predefined setpoint. According to a variant, the compression stage control units are connected to a central control unit which provides each control unit with the pressure setpoint curve as a function in particular of the nature of the gas source and/or of the device in question. exit from the system.
Selon une autre variante, les unités de contrôle sont totalement indépendantes et ne sont reliés à aucune unité centrale de contrôle. Elles régulent la pression de gaz en aval ou en amont selon une courbe de pression prédéfinie.According to another variant, the control units are totally independent and are not linked to any central control unit. They regulate the gas pressure downstream or upstream according to a predefined pressure curve.
Régulation par la pression en entréeRegulation by inlet pressure
Lorsque les unités de contrôle du premier et du deuxième étage de compression, et le cas échéant des étages de compression additionnels, sont configurées pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique correspondant en fonction de la pression de gaz en entrée de l’étage de compression correspondant, le système comporte, de préférence, des capteurs de la pression de gaz en entrée de l’étage de compression correspondant.When the control units of the first and second compression stages, and if necessary of the additional compression stages, are configured to control the speed of rotation of the corresponding electric motor as a function of the gas pressure at the inlet of the compression stage, corresponding compression, the system preferably comprises gas pressure sensors at the inlet of the corresponding compression stage.
Dans ce cas, les unités de contrôle peuvent être configurées pour maintenir la pression en entrée de chaque étage de compression à une pression de consigne en entrée prédéfinie. De préférence, la pression de consigne en entrée est maintenue sensiblement constante au cours du temps. De préférence, les pressions de consigne en entrée des étages de compression sont sensiblement constantes au cours du temps à des valeurs de pression optimales pour le fonctionnement de l’étage de compression correspondant. In this case, the control units can be configured to maintain the inlet pressure of each compression stage at a predefined set inlet pressure. Preferably, the set inlet pressure is maintained substantially constant over time. Preferably, the set pressures at the inlet of the compression stages are substantially constant over time at optimum pressure values for the operation of the corresponding compression stage.
Ainsi, le fait d’avoir une unité de contrôle du premier étage de compression en fonction de la pression en entrée du premier étage de compression permet de détecter directement une variation de la pression en entrée et, en faisant varier le débit du gaz en sortie du premier étage de compression, de garder la pression en entrée du premier étage de compression selon une courbe prédéterminée, notamment sensiblement constante à une valeur de pression d’entrée optimale pour le premier étage de compression, ou pour la source de gaz, même en cas de variation de la pression d’entrée générée par la source de gaz. Cette optimisation de la pression en entrée se répercute, par l’intermédiaire de la variation de débit en sortie du premier étage de compression, sur le deuxième étage de compression par une variation de la pression en entrée de ce dernier. L’unité de contrôle du deuxième étage de compression en fonction de la pression en entrée du deuxième étage de compression permet, par une variation du débit du deuxième étage de compression, de ramener la pression en entrée du deuxième étage de compression selon la courbe prédéterminée, notamment à une valeur de pression d’entrée optimale au vu des caractéristiques propre au deuxième étage de compression. Le cas échéant, la ou les unités de contrôle du ou des étages de compression additionnels fonctionnent de la même manière, de sorte que l’optimisation de pression en entrée se répercute sur l’ensemble des étages de compression. Ainsi, quel que soit le débit de la source de gaz en entrée des étages de compression, le fonctionnement du système peut être optimisé.Thus, having a control unit for the first compression stage as a function of the pressure at the inlet of the first compression stage makes it possible to directly detect a variation in the pressure at the inlet and, by varying the gas flow at the outlet of the first compression stage, to keep the inlet pressure of the first compression stage according to a predetermined curve, in particular substantially constant at an optimum inlet pressure value for the first compression stage, or for the gas source, even in case of variation of the inlet pressure generated by the gas source. This optimization of the inlet pressure is reflected, via the variation in flow rate at the outlet of the first compression stage, on the second compression stage by a variation in the pressure at the latter's inlet. The control unit for the second compression stage as a function of the inlet pressure of the second compression stage makes it possible, by varying the flow rate of the second compression stage, to bring the pressure at the inlet of the second compression stage according to the predetermined curve , in particular at an optimum inlet pressure value in view of the characteristics specific to the second compression stage. If necessary, the control unit(s) of the additional compression stage(s) operate in the same way, so that the optimization of inlet pressure affects all of the compression stages. Thus, whatever the flow rate of the gas source at the inlet of the compression stages, the operation of the system can be optimized.
Il est alors possible de réguler finement et localement la pression en entrée du premier étage de compression et/ou le débit de gaz en entrée du premier étage de compression selon des valeurs de consignes prédéterminées et de répercuter cette régulation sur l’ensemble des étages de compression en aval par des régulations des étages de compression qui se font chacune localement au niveau de chaque étage de compression sans qu’aucune communication entre les différentes unités de contrôle ne soit nécessaire.It is then possible to finely and locally regulate the pressure at the inlet of the first compression stage and/or the gas flow at the inlet of the first compression stage according to predetermined setpoint values and to pass on this regulation to all of the compression stages. compression downstream by regulations of the compression stages which each take place locally at the level of each compression stage without any communication between the various control units being necessary.
De préférence, la source de gaz est un électrolyseur. Preferably, the gas source is an electrolyser.
Dans ce cas, le deuxième étage de compression peut comporter un circuit de dérivation de gaz entre la sortie du premier étage de compression et la sortie de gaz du deuxième étage de compression comme décrit précédemment.In this case, the second compression stage may comprise a gas bypass circuit between the outlet of the first compression stage and the gas outlet of the second compression stage as described previously.
L’unité de contrôle du deuxième étage de compression peut être configurée pour démarrer le deuxième étage de compression et fermer le circuit de dérivation quand la pression en entrée du deuxième étage de compression est supérieure à la pression de consigne en entrée pour le démarrage du deuxième étage de compression. Il peut en être de même pour chacun des étages de compression additionnels, le cas échéant.The second stage compression control unit can be configured to start the second stage compression and close the bypass circuit when the inlet pressure of the second stage compression is higher than the set inlet pressure for the start of the second stage. compression stage. It can be the same for each of the additional compression stages, if necessary.
En variante, la source de gaz est un réservoir de gaz comprimé de volume fini, le premier étage de compression peut comporter un circuit de dérivation de gaz entre son entrée de gaz et l’entrée du deuxième étage de compression comme décrit précédemment et l’unité de contrôle du premier étage de compression peut être configurée pour démarrer le premier étage de compression et fermer le circuit de dérivation quand la pression en entrée du premier étage de compression est inférieure à la pression en entrée maximale de consigne pour le premier étage de compression. Il peut en être de même pour chacun des étages de compression additionnels, le cas échéant.Alternatively, the gas source is a compressed gas reservoir of finite volume, the first compression stage may include a gas bypass circuit between its gas inlet and the inlet of the second compression stage as previously described and the the first stage compression control unit can be configured to start the first stage compression and close the bypass circuit when the inlet pressure of the first stage compression is less than the set maximum inlet pressure for the first stage compression . It can be the same for each of the additional compression stages, if necessary.
Régulation par la pression en sortieOutlet pressure regulation
De préférence, lorsque les unités de contrôle des étages de compression sont configurées pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique correspondant en fonction de la pression de gaz en sortie de l’étage de compression correspondant, chaque étage de compression comporte un capteur de pression de gaz en sortie dudit étage de compression.Preferably, when the compression stage control units are configured to control the speed of rotation of the corresponding electric motor as a function of the gas pressure at the outlet of the corresponding compression stage, each compression stage comprises a pressure sensor of gas at the outlet of said compression stage.
L’unité de contrôle du deuxième étage de compression est, de préférence, configurée pour maintenir la pression en sortie du deuxième étage de compression à une pression de consigne en sortie prédéfinie, de préférence sensiblement constante au cours du temps à une valeur de pression optimale pour le fonctionnement du deuxième étage de compression ou des systèmes consommateurs du gaz. En variante, la pression de consigne en sortie du deuxième étage de compression peut être variable. La pression de consigne en sortie peut suivre au cours du temps une courbe de pression prédéfinie.The control unit of the second compression stage is preferably configured to maintain the pressure at the outlet of the second compression stage at a predefined outlet setpoint pressure, preferably substantially constant over time at an optimum pressure value for operation of second stage compression or gas consuming systems. Alternatively, the setpoint pressure at the outlet of the second compression stage can be variable. The output setpoint pressure can follow a predefined pressure curve over time.
Le système peut alimenter en gaz un système extérieur ayant une courbe de débit de gaz prédéterminée, la pression de consigne en sortie du deuxième étage de compression peut suivre une courbe adaptée à la courbe de débit de gaz du système extérieur.The system can supply gas to an external system having a predetermined gas flow curve, the set point pressure at the outlet of the second compression stage can follow a curve adapted to the gas flow curve of the external system.
Ainsi, le fait d’avoir un système de contrôle du deuxième étage de compression en fonction de la pression en sortie du deuxième étage de compression permet de détecter en temps réel une variation de la pression en sortie et, en régulant la vitesse de rotation du moteur électrique du deuxième étage de compression, de garder la pression en sortie du deuxième étage de compression selon la pression de consigne, notamment à une valeur de pression de sortie optimale au vu des caractéristiques propres au deuxième étage de compression, même en cas de variation de la pression de sortie. Cette optimisation de la pression en sortie se répercute, par l’intermédiaire de la variation de débit en entrée du deuxième étage de compression, sur le premier étage de compression par une variation de la pression en sortie de ce dernier. Le système de contrôle du premier étage de compression en fonction de la pression en sortie du premier étage de compression permet, par une variation du débit du premier étage de compression, de ramener la pression en sortie du premier étage de compression à une valeur de pression de sortie optimale au vu des caractéristiques propre au premier étage de compression. Le cas échéant, la ou les unités de contrôle du ou des étages de compression additionnels fonctionnent de la même manière, de sorte que l’optimisation de pression en sortie du dernier étage de compression de la chaîne se répercute sur l’ensemble des étages de compression en amont. Ainsi, quelle que soit la variation de la pression de gaz en sortie des étages de compression, le fonctionnement du système peut être optimisé.Thus, having a control system for the second compression stage as a function of the pressure at the outlet of the second compression stage makes it possible to detect in real time a variation in the pressure at the outlet and, by regulating the speed of rotation of the electric motor of the second compression stage, to keep the pressure at the outlet of the second compression stage according to the set pressure, in particular at an optimum outlet pressure value in view of the characteristics specific to the second compression stage, even in the event of variation outlet pressure. This optimization of the pressure at the outlet is reflected, via the variation in flow at the inlet of the second compression stage, on the first compression stage by a variation in the pressure at the outlet of the latter. The system for controlling the first compression stage as a function of the pressure at the outlet of the first compression stage makes it possible, by varying the flow rate of the first compression stage, to bring the pressure at the outlet of the first compression stage to a pressure value optimum output given the characteristics specific to the first stage of compression. If necessary, the control unit(s) of the additional compression stage(s) operate in the same way, so that the optimization of pressure at the outlet of the last compression stage of the chain affects all of the compression stages. upstream compression. Thus, regardless of the variation in the gas pressure at the outlet of the compression stages, the operation of the system can be optimized.
Il est alors possible de réguler finement et localement la pression en sortie du dernier étage de compression de la chaîne et/ou le débit de gaz en sortie du dernier étage de compression de la chaîne selon des valeurs de consignes prédéterminées et de répercuter cette régulation sur l’ensemble des étages de compression en amont par des régulations des étages de compression qui se font chacune localement au niveau de chaque étage de compression sans qu’aucune communication entre les différentes unités de contrôle ne soit nécessaire.It is then possible to finely and locally regulate the pressure at the outlet of the last compression stage of the chain and/or the gas flow at the outlet of the last compression stage of the chain according to predetermined setpoint values and to pass on this regulation to all of the compression stages upstream by regulation of the compression stages which each take place locally at the level of each compression stage without any communication between the various control units being necessary.
De préférence la sortie de gaz est reliée à une réserve de gaz de volume fini, devant être portée à une certaine pression de consigne.Preferably, the gas outlet is connected to a reserve of gas of finite volume, to be brought to a certain setpoint pressure.
De préférence, la source de gaz est un électrolyseur. Preferably, the gas source is an electrolyser.
Dans ce cas, le deuxième étage de compression peut comporter un circuit de dérivation de gaz entre la sortie du premier étage de compression et la sortie de gaz du deuxième étage de compression comme décrit précédemment.In this case, the second compression stage may comprise a gas bypass circuit between the outlet of the first compression stage and the gas outlet of the second compression stage as described previously.
L’unité de contrôle du deuxième étage de compression peut être configurée pour démarrer le deuxième étage de compression et fermer le circuit de dérivation quand la pression en entrée du deuxième étage de compression est supérieure à la pression de consigne en entrée pour le démarrage du deuxième étage de compression.The second stage compression control unit can be configured to start the second stage compression and close the bypass circuit when the inlet pressure of the second stage compression is higher than the set inlet pressure for the start of the second stage. compression stage.
En variante, la source de gaz est un réservoir de gaz comprimé de volume fini, le premier étage de compression peut comporter un circuit de dérivation de gaz entre son entrée de gaz et l’entrée du deuxième étage de compression comme décrit précédemment et l’unité de contrôle du premier étage de compression peut être configurée pour démarrer le premier étage de compression et fermer le circuit de dérivation quand la pression en sortie du premier étage de compression est inférieure à la pression maximale de consigne du premier étage de compression. Alternatively, the gas source is a compressed gas reservoir of finite volume, the first compression stage may include a gas bypass circuit between its gas inlet and the inlet of the second compression stage as previously described and the The first-stage compression control unit can be configured to start the first-stage compression and close the bypass circuit when the pressure at the outlet of the first-stage compression is less than the maximum setpoint pressure of the first-stage compression.
GazGas
De préférence, le gaz est de l’hydrogène.Preferably, the gas is hydrogen.
ProcédéProcess
L’invention répond également à ce besoin à l’aide d’un procédé de compression de gaz, notamment à l’aide d’un système de compression tel que décrit précédemment, comportant :
- la compression d’un gaz par un premier étage de compression comportant un moteur électrique rotatif,
- la compression par un deuxième étage de compression du gaz comprimé délivré par le premier étage de compression, le deuxième étage de compression comportant un moteur électrique rotatif,
- l’asservissement de la vitesse de rotation du moteur électrique du premier étage de compression en fonction au moins de la pression de gaz en entrée du premier étage de compression et l’asservissement de la vitesse de rotation du moteur électrique du deuxième étage de compression en fonction au moins de la pression de gaz en entrée du deuxième étage de compression, ou l’asservissement de la vitesse de rotation du moteur électrique du premier étage de compression en fonction au moins de la pression de gaz en sortie du premier étage de compression et l’asservissement de la vitesse de rotation du moteur électrique du deuxième étage de compression en fonction au moins de la pression de gaz en sortie du deuxième étage de compression.The invention also meets this need using a gas compression method, in particular using a compression system as described above, comprising:
- the compression of a gas by a first compression stage comprising a rotary electric motor,
- the compression by a second compression stage of the compressed gas delivered by the first compression stage, the second compression stage comprising a rotary electric motor,
- the enslavement of the speed of rotation of the electric motor of the first stage of compression as a function at least of the gas pressure at the inlet of the first stage of compression and the enslavement of the speed of rotation of the electric motor of the second stage of compression as a function at least of the gas pressure at the inlet of the second compression stage, or the control of the speed of rotation of the electric motor of the first compression stage as a function at least of the gas pressure at the outlet of the first compression stage and the control of the speed of rotation of the electric motor of the second compression stage as a function at least of the gas pressure at the outlet of the second compression stage.
L’ensemble des caractéristiques décrites précédemment dans le cadre du système de compression s’applique au procédé de compression indépendamment du dispositif.All of the characteristics described previously in the context of the compression system apply to the compression process independently of the device.
De préférence, l’asservissement est en temps réel et continu dans le temps. Preferably, the servo-control is in real time and continuous over time.
L’asservissement de la vitesse de rotation du moteur électrique du premier étage de compression peut être effectué en fonction de la pression de gaz en sortie du premier étage de compression et l’asservissement de la vitesse de rotation du moteur électrique du deuxième étage de compression peut être effectué en fonction de la pression de gaz en sortie du deuxième étage de compression de sorte que la pression à la sortie de gaz du dernier étage de compression de la chaîne soit régulée à une pression de consigne, de préférence sensiblement constante.The servo-control of the rotational speed of the electric motor of the first compression stage can be performed as a function of the gas pressure at the outlet of the first compression stage and the servo-control of the rotational speed of the electric motor of the second compression stage can be performed as a function of the gas pressure at the outlet of the second compression stage so that the pressure at the gas outlet of the last compression stage of the chain is regulated at a set pressure, preferably substantially constant.
L’asservissement de la vitesse de rotation du moteur électrique du premier étage de compression peut être effectué en fonction de la pression de gaz en entrée du premier étage de compression et l’asservissement de la vitesse de rotation du moteur électrique du deuxième étage de compression peut être effectué en fonction de la pression de gaz en entrée du deuxième étage de compression de sorte que la pression à l’entrée de gaz soit régulée à une pression de consigne, de préférence sensiblement constante.The servo-control of the rotational speed of the electric motor of the first compression stage can be carried out as a function of the gas pressure at the inlet of the first compression stage and the servo-control of the rotational speed of the electric motor of the second compression stage can be performed as a function of the gas pressure at the inlet of the second compression stage so that the pressure at the gas inlet is regulated at a set pressure, preferably substantially constant.
Le procédé peut comporter la compression par un ou plusieurs étage de compression, en aval du deuxième étage de compression, disposés en série, chaque étage de compression comportant un moteur électrique rotatif, et l’asservissement de la vitesse de rotation du moteur électrique du ou de chaque étage de compression additionnel en fonction de la pression de gaz en entrée dudit étage de compression additionnel lorsque le premier et le deuxième étage de compression sont régulés par la pression en amont correspondante, ou en fonction de la pression de gaz en sortie dudit étage de compression lorsque le premier et le deuxième étage de compression sont régulés par la pression en aval correspondante.The method may comprise compression by one or more compression stages, downstream of the second compression stage, arranged in series, each compression stage comprising a rotary electric motor, and the control of the speed of rotation of the electric motor of the or of each additional compression stage as a function of the gas pressure at the inlet of said additional compression stage when the first and second compression stages are regulated by the corresponding upstream pressure, or as a function of the gas pressure at the outlet of said stage compression when the first and second compression stages are regulated by the corresponding downstream pressure.
De préférence, la vitesse de rotation du ou des moteurs électriques prend au moins une valeur de vitesse intermédiaire entre la vitesse maximale et l’arrêt du moteur électrique. De préférence, la vitesse de rotation du ou des moteurs électriques peut varier de façon continue entre au moins deux valeurs de vitesse de rotation, notamment entre une valeur maximale et une valeur minimale, en plus de l’arrêt du moteur électrique.Preferably, the speed of rotation of the electric motor(s) takes at least one intermediate speed value between the maximum speed and the stopping of the electric motor. Preferably, the rotational speed of the electric motor(s) can vary continuously between at least two rotational speed values, in particular between a maximum value and a minimum value, in addition to stopping the electric motor.
De préférence, le procédé comporte le stockage du gaz comprimé par le premier étage de compression dans un réservoir de gaz intermédiaire entre les deux étages de compression, ledit réservoir intermédiaire alimentant en gaz le deuxième étage de compression.Preferably, the method comprises storing the gas compressed by the first compression stage in an intermediate gas reservoir between the two compression stages, said intermediate reservoir supplying gas to the second compression stage.
Le procédé peut comporter des étapes de compression du gaz par des étages de compression additionnels montés en série et comportant chacun un moteur électrique rotatif et l’asservissement de chaque étage de compression additionnel par une unité de contrôle de la vitesse de rotation du moteur électrique correspondant en fonction de la pression de gaz en entrée, lorsque l’unité de contrôle du premier et du deuxième étage de compression contrôle la vitesse du moteur correspondant en fonction de la pression de gaz en entrée du premier ou deuxième étage de compression correspondant, ou de la pression de gaz en sortie, lorsque l’unité de contrôle du premier et du deuxième étage de compression contrôle la vitesse du moteur correspondant en fonction de la pression de gaz en sortie du premier ou deuxième étage de compression correspondant.The method may comprise steps of compressing the gas by additional compression stages mounted in series and each comprising a rotary electric motor and the enslavement of each additional compression stage by a control unit for the rotational speed of the corresponding electric motor depending on the inlet gas pressure, when the control unit of the first and second compression stages controls the speed of the corresponding engine according to the inlet gas pressure of the corresponding first or second compression stage, or the outlet gas pressure, when the first and second compression stage control unit controls the speed of the corresponding engine as a function of the outlet gas pressure of the corresponding first or second compression stage.
Le procédé peut comporter le stockage du gaz comprimé en sortie dans un réservoir fermé ou l’alimentation d’un dispositif de consommation de gaz.The method may include storing the output compressed gas in a closed tank or feeding a gas consuming device.
De préférence, la compression du gaz par les deux étages de compression comporte une variation alternative du volume d’une chambre de compression de chaque étage de compression.Preferably, the compression of the gas by the two compression stages comprises an alternating variation of the volume of a compression chamber of each compression stage.
De préférence, la rotation du moteur électrique de chaque étage de compression génère directement ou indirectement la variation alternative du volume de la chambre de compression de chaque étage de compression. De préférence, la compression comporte le déplacement dans un cylindre d’un piston relié à un vilebrequin entraîné en rotation par le moteur électrique et la compression du gaz dans la chambre de compression par ledit piston. De préférence, la compression du gaz par ledit piston se fait par compression d’un liquide, notamment d’une huile hydraulique, séparé d’une chambre de compression contenant le gaz par une membrane déformable, la déformation de la membrane générant une variation du volume de la chambre de compression.Preferably, the rotation of the electric motor of each compression stage directly or indirectly generates the alternating variation of the volume of the compression chamber of each compression stage. Preferably, the compression comprises the displacement in a cylinder of a piston connected to a crankshaft driven in rotation by the electric motor and the compression of the gas in the compression chamber by said piston. Preferably, the compression of the gas by said piston takes place by compression of a liquid, in particular a hydraulic oil, separated from a compression chamber containing the gas by a deformable membrane, the deformation of the membrane generating a variation of the volume of the compression chamber.
Le procédé comporte la diminution de la vitesse de rotation des moteurs électriques lorsque la pression en entrée des étages de compression diminue en deçà d’une pression en entrée de consigne. Ceci permet d’augmenter la pression de gaz en entrée à une pression en entrée de consigne pour chaque étage de compression.The method includes reducing the rotational speed of the electric motors when the pressure at the inlet of the compression stages decreases below a setpoint inlet pressure. This allows the inlet gas pressure to be increased to a set inlet pressure for each compression stage.
Le procédé comporte l’augmentation de la vitesse de rotation des moteurs électrique lorsque la pression en entrée des étages de compression augmente au-delà d’une pression en entrée de consigne. Ceci permet de diminuer la pression de gaz en entrée à une pression en entrée de consigne pour chaque étage de compression.The method includes increasing the rotational speed of the electric motors when the inlet pressure of the compression stages increases beyond a set inlet pressure. This allows the inlet gas pressure to be reduced to a set inlet pressure for each compression stage.
Le procédé comporte l’augmentation de la vitesse de rotation des moteurs électrique lorsque la pression en sortie des étages de compression diminue en deçà d’une pression en sortie de consigne. Ceci permet d’augmenter la pression de gaz en sortie à une pression en sortie de consigne pour chaque étage de compression.The method includes increasing the rotational speed of the electric motors when the pressure at the output of the compression stages decreases below a set output pressure. This allows the outlet gas pressure to be increased to a set outlet pressure for each compression stage.
Le procédé comporte la diminution de la vitesse de rotation des moteurs électrique lorsque la pression en sortie des étages de compression augmente au-delà d’une pression en sortie de consigne. Ceci permet de diminuer la pression de gaz en sortie à une pression en sortie de consigne pour chaque étage de compression. The method includes reducing the speed of rotation of the electric motors when the pressure at the output of the compression stages increases beyond a setpoint output pressure. This makes it possible to reduce the outlet gas pressure to a set outlet pressure for each compression stage.
Les pressions en entrée ou en sortie de consigne sont prédéfinies au cours du temps. Elles peuvent être constantes ou suivre une courbe prédéfinie.The set point input or output pressures are predefined over time. They can be constant or follow a predefined curve.
Le procédé comporte la mesure de la température en sortie de la compression et la diminution de la vitesse des moteurs lorsque cette température dépasse une température seuil prédéterminée. The method includes measuring the temperature at the compression outlet and reducing the speed of the engines when this temperature exceeds a predetermined threshold temperature.
Le procédé peut comporter l’alimentation du premier étage de compression en gaz par un électrolyseur ou un réservoir de taille finie.The process may include supplying gas to the first compression stage through an electrolyser or a finite size reservoir.
Lorsque la source de gaz est un électrolyseur, le procédé peut comporter la mise en marche du deuxième étage de compression et la fermeture d’un circuit de dérivation du deuxième étage de compression quand la pression en entrée du deuxième étage de compression est supérieure à une pression de consigne en entrée pour le démarrage du deuxième étage de compression.When the gas source is an electrolyser, the method may comprise starting up the second compression stage and closing a bypass circuit of the second compression stage when the pressure at the inlet of the second compression stage is greater than a input pressure set point for the start of the second compression stage.
Lorsque la source est un réservoir de taille finie, le procédé peut comporter la mise en marche du premier étage de compression et la fermeture d’un circuit de dérivation du premier étage de compression quand la pression en entrée du premier étage de compression est inférieure à une pression en entrée de consigne pour le premier étage de compression. On supposera ici que, par conception du système, le deuxième étage de compression ait été prévu pour supporter les pressions P2 subies jusqu’au démarrage du premier étage de compression.When the source is a finite size reservoir, the method may include turning on the first stage compression and closing a first stage compression bypass circuit when the inlet pressure to the first stage compression is less than a setpoint input pressure for the first compression stage. It will be assumed here that, by design of the system, the second compression stage has been designed to withstand the pressures P2 experienced until the start of the first compression stage.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples non limitatifs de mise en œuvre de celle-ci, et à l’examen des dessins annexés, sur lesquels :The invention may be better understood on reading the detailed description which follows, non-limiting examples of its implementation, and on examining the appended drawings, in which:
Description détailléedetailed description
On a illustré à la
L’entrée de gaz est alimentée en gaz par une source de gaz 40. La source de gaz 40 est de préférence une unité de production du gaz telle qu’un électrolyseur. En variante, elle peut être un réservoir de gaz.The gas inlet is supplied with gas by a gas source 40. The gas source 40 is preferably a gas production unit such as an electrolyser. Alternatively, it may be a gas tank.
La sortie de gaz 15 peut être reliée à un dispositif de stockage ou de consommation du gaz comprimé 42, de préférence un dispositif de stockage du gaz comprimé.The gas outlet 15 can be connected to a compressed gas storage or consumption device 42, preferably a compressed gas storage device.
Un réservoir intermédiaire de gaz 45 entre les étages de compression 20 et 30 facilite la régulation de la pression P2. La pression P2 du gaz dans le réservoir 45 dépend de plusieurs paramètres, notamment
- de la pression du gaz en sortie du premier étage de compression 20 qui elle-même dépend de la pression de gaz P1 en entrée du premier étage de compression 20,
- du débit de gaz en sortie du premier étage de compression 20 et
- du débit de gaz en entrée du deuxième étage de compression 30.
En particulier, si le débit de gaz du premier étage de compression 20 est supérieur au débit de gaz du deuxième étage de compression 30, la pression P2 va augmenter et inversement si le débit de gaz du premier étage de compression 20 est inférieur au débit de gaz du deuxième étage de compression 30. Si les deux débits de gaz sont identiques, la pression P2 va dépendre uniquement de la pression du gaz en sortie du premier étage de compression 20 et donc de la pression du gaz P1 et du taux de compression.An intermediate gas reservoir 45 between the compression stages 20 and 30 facilitates the regulation of the pressure P2. The pressure P2 of the gas in the tank 45 depends on several parameters, in particular
- the gas pressure at the outlet of the first compression stage 20 which itself depends on the gas pressure P1 at the inlet of the first compression stage 20,
- the gas flow at the outlet of the first compression stage 20 and
- the gas flow at the inlet of the second compression stage 30.
In particular, if the gas flow rate of the first compression stage 20 is greater than the gas flow rate of the second compression stage 30, the pressure P2 will increase and vice versa if the gas flow rate of the first compression stage 20 is lower than the gas flow rate. gas from the second compression stage 30. If the two gas flow rates are identical, the pressure P2 will depend solely on the pressure of the gas at the outlet of the first compression stage 20 and therefore on the pressure of the gas P1 and the compression ratio.
Le premier et le deuxième étage de compression 20 et 30 comportent chacun un compresseur noté respectivement 25 et 35 ayant un moteur électrique rotatif et une unité de contrôle de la vitesse de rotation du moteur électrique notée respectivement 27 et 37 qui asservit la vitesse de rotation du moteur électrique correspondant à une vitesse de consigne prédéterminée notée respectivement V1c et V2c en fonction des pressions en amont P1 et P2 de l’étage de compression correspondant 20 ou 30.The first and second compression stages 20 and 30 each comprise a compressor denoted respectively 25 and 35 having a rotary electric motor and a control unit for the rotational speed of the electric motor denoted respectively 27 and 37 which controls the rotational speed of the electric motor corresponding to a predetermined setpoint speed noted respectively V1c and V2c as a function of the pressures upstream P1 and P2 of the corresponding compression stage 20 or 30.
La régulation de la vitesse des moteurs électriques peut se faire par l’intermédiaire d’automates de supervision non représentés contrôlant des variateurs de vitesse non représentés qui alimentent en courant les moteurs électriques.The regulation of the speed of the electric motors can be done by means of supervision PLCs, not shown, controlling speed variators, not shown, which supply current to the electric motors.
Le premier et le deuxième étage de compression 20 et 30 sont configurés pour fonctionner chacun avec en amont une pression comprise entre une pression minimale P1min et P2min respectivement et une pression maximale P1max et P2max respectivement. Leur fonctionnement est optimisé en termes de consommation énergétique et d’usure pour une pression en amont optimale P1opt et P2opt respectivement.The first and second compression stages 20 and 30 are each configured to operate with a pressure upstream between a minimum pressure P1min and P2min respectively and a maximum pressure P1max and P2max respectively. Their operation is optimized in terms of energy consumption and wear for an optimal upstream pressure P1opt and P2opt respectively.
De préférence, comme cela est illustré sur la
Dans l’exemple illustré sur la
Lors de l’utilisation du système illustré avec une unité de production de gaz, notamment un électrolyseur, en entrée du système et un réservoir de stockage de gaz 42 en sortie, le système va tout d’abord fonctionner selon un régime de démarrage à une valeur prédéfinie. La source de gaz 40 et le système 2 sont allumés et les circuits de dérivation 48 et 50 sont ouverts jusqu’à ce que le pression P1 soit égale à la pression P1min de fonctionnement du premier étage de compression. L’unité de contrôle 27 va alors mettre en marche le premier étage de compression 20 et le circuit de dérivation correspondant 50 est fermé. Le circuit de dérivation 48 du deuxième étage de compression reste ouvert et le deuxième étage de compression 30 éteint. L’unité de contrôle 27 fait alors tourner le moteur électrique à faible vitesse de sorte que le débit de sortie du premier étage de compression soit inférieur au débit d’alimentation par la source de gaz 40. La pression P1 va alors augmenter jusqu’à atteindre une pression de consigne constante P1c, notamment la pression optimisé P1opt. Une fois cette pression P1c atteinte en amont du premier étage de compression 20, l’unité de contrôle va adapter la vitesse de rotation du moteur pour maintenir cette pression P1c, c’est-à-dire de sorte que le débit de gaz dans le premier étage de compression soit sensiblement égal au débit de gaz de la source de gaz. En parallèle, tant que la pression P2 est inférieure à une pression d’allumage P2start prédéfinie du deuxième étage de compression, notamment la pression P2min ou une pression comprise entre P2min et P2max, le deuxième étage de compression 30 reste éteint et le circuit de dérivation 48 reste ouvert. Dès que cette pression P2start est atteinte, le circuit de dérivation 48 est fermé et l’unité de contrôle 37 met en route le moteur électrique du deuxième étage de compression 30 à une vitesse de consigne V2c réduite pour que la pression P2 augmente jusqu’à une pression de consigne constante P2c, notamment la pression P2opt. La vitesse de consigne réduite correspond à un débit de gaz dans le deuxième étage de compression 30 inférieur au débit de gaz du premier étage de compression 20. Lorsque la pression P2c est atteinte, l’unité de contrôle augmente la vitesse du moteur électrique du deuxième étage de compression 30 pour que la pression P2 soit sensiblement constante à la pression P2c, c’est-à-dire que le débit de gaz du deuxième étage de compression 30 soit sensiblement égal au débit de gaz du premier étage de compression 20. Lorsque les deux étages de compression 20 et 30 fonctionnent et que les pressions P1c et P2c sont atteintes, le système passe dans un régime de fonctionnement de routine dans lequel les étages de compression 20 et 30 sont asservis pour que les pressions P1 et P2 en amont des étages de compression 20 et 30 soient maintenues à leur valeur de consigne prédéfinie en continu.When using the system illustrated with a gas production unit, in particular an electrolyser, at the system inlet and a gas storage tank 42 at the outlet, the system will first of all operate according to a start-up regime at a predefined value. Gas source 40 and system 2 are turned on and bypass circuits 48 and 50 are open until pressure P1 equals first stage compression operating pressure P1min. The control unit 27 will then turn on the first compression stage 20 and the corresponding bypass circuit 50 is closed. The second stage compression bypass circuit 48 remains open and the second stage compression 30 is off. The control unit 27 then rotates the electric motor at low speed so that the output flow rate of the first compression stage is lower than the supply flow rate by the gas source 40. The pressure P1 will then increase to reach a constant setpoint pressure P1c, in particular the optimized pressure P1opt. Once this pressure P1c has been reached upstream of the first compression stage 20, the control unit will adapt the rotational speed of the engine to maintain this pressure P1c, that is to say so that the gas flow in the first compression stage is substantially equal to the gas flow rate of the gas source. In parallel, as long as the pressure P2 is lower than a predefined ignition pressure P2start of the second compression stage, in particular the pressure P2min or a pressure between P2min and P2max, the second compression stage 30 remains off and the bypass circuit 48 remains open. As soon as this pressure P2start is reached, the bypass circuit 48 is closed and the control unit 37 starts up the electric motor of the second compression stage 30 at a reduced setpoint speed V2c so that the pressure P2 increases to a constant setpoint pressure P2c, in particular the pressure P2opt. The reduced setpoint speed corresponds to a gas flow rate in the second compression stage 30 lower than the gas flow rate of the first compression stage 20. When the pressure P2c is reached, the control unit increases the speed of the electric motor of the second compression stage 30 so that the pressure P2 is substantially constant at the pressure P2c, that is to say that the gas flow rate of the second compression stage 30 is substantially equal to the gas flow rate of the first compression stage 20. When the two compression stages 20 and 30 are operating and the pressures P1c and P2c are reached, the system switches to a routine operating regime in which the compression stages 20 and 30 are slaved so that the pressures P1 and P2 upstream compression stages 20 and 30 are maintained at their predefined set point value continuously.
En variante, le premier étage de compression ne présente pas le circuit de dérivation 50 et dès que la pression P1min est atteinte, l’unité de contrôle 27 met en route le moteur électrique du premier étage de compression 20 à une vitesse de consigne V1c réduite pour que la pression P1 augmente jusqu’à une pression de consigne constante P1c, notamment la pression P1opt. As a variant, the first compression stage does not have the bypass circuit 50 and as soon as the pressure P1min is reached, the control unit 27 starts up the electric motor of the first compression stage 20 at a reduced setpoint speed V1c so that the pressure P1 increases up to a constant set point pressure P1c, in particular the pressure P1opt.
En variante encore, le deuxième étage de compression ne présente pas le circuit de dérivation 48 et dès que la pression P2start est atteinte, l’unité de contrôle 37 met en marche le moteur électrique du deuxième étage de compression 30 à une vitesse de consigne V2c réduite pour que la pression P2 augmente jusqu’à une pression de consigne constante P2c, notamment la pression P2opt. As a further variant, the second compression stage does not have the bypass circuit 48 and as soon as the pressure P2start is reached, the control unit 37 starts the electric motor of the second compression stage 30 at a set speed V2c reduced so that the pressure P2 increases up to a constant setpoint pressure P2c, in particular the pressure P2opt.
Lors de l’utilisation du système de compression en régime de fonctionnement de routine, l’unité de contrôle du premier étage de compression 27 mesure la pression en entrée P1, notamment par l’intermédiaire d’un capteur de pression en entrée non représenté, et la compare à la pression de consigne prédéfinie P1c. Il en déduit une vitesse de consigne V1c à appliquer au moteur électrique pour avoir en entrée la pression de consigne P1c. Ainsi lorsque la pression en entrée P1 est inférieure à la pression de consigne P1c, l’unité de contrôle réduit la vitesse de rotation du moteur électrique du compresseur 25 et inversement, lorsqu’elle est supérieure à P1c, l’unité de contrôle augmente la vitesse de rotation du moteur électrique. L’unité de contrôle du deuxième étage de compression 37 mesure la pression P2 dans le réservoir 45, notamment par l’intermédiaire d’un capteur de pression non représenté, et la compare à la pression de consigne prédéterminée P2c. Il en déduit une vitesse de consigne V2c à appliquer au moteur électrique du deuxième étage de compression 30 pour avoir en amont de ce dernier la pression de consigne P2c. Ainsi lorsque la pression en entrée P2 est inférieure à la pression de consigne P2c, l’unité de contrôle 37 réduit la vitesse de rotation du moteur électrique du compresseur 35 et inversement, lorsqu’elle est supérieure à P2c, l’unité de contrôle augmente la vitesse de rotation du moteur électrique du compresseur 35.When using the compression system in routine operating mode, the first compression stage control unit 27 measures the inlet pressure P1, in particular by means of an inlet pressure sensor not shown, and compares it to the predefined setpoint pressure P1c. It deduces therefrom a setpoint speed V1c to be applied to the electric motor in order to have the setpoint pressure P1c as input. Thus when the inlet pressure P1 is lower than the setpoint pressure P1c, the control unit reduces the speed of rotation of the electric motor of the compressor 25 and conversely, when it is higher than P1c, the control unit increases the rotational speed of the electric motor. The second compression stage control unit 37 measures the pressure P2 in the tank 45, in particular via a pressure sensor not shown, and compares it to the predetermined setpoint pressure P2c. It deduces therefrom a setpoint speed V2c to be applied to the electric motor of the second compression stage 30 in order to have the setpoint pressure P2c upstream of the latter. Thus when the inlet pressure P2 is lower than the setpoint pressure P2c, the control unit 37 reduces the speed of rotation of the electric motor of the compressor 35 and conversely, when it is higher than P2c, the control unit increases the speed of rotation of the electric motor of the compressor 35.
Les pressions P1 et P2 sont alors régulées de façon continue aux pressions de consigne P1c et P2c respectivement pour que le système fonctionne de façon optimisée et à faible consommation énergétique. Par exemple, la pression P1c peut être maintenue à une pression de 10 bars.The pressures P1 and P2 are then regulated continuously to the setpoint pressures P1c and P2c respectively so that the system operates in an optimized manner and with low energy consumption. For example, the pressure P1c can be maintained at a pressure of 10 bars.
Les pressions de consignes P1c et P2c peuvent ne pas être constantes mais varier selon une courbe prédéfinie, notamment au cours du temps, en fonction des caractéristiques du système, notamment de la source de gaz 40 et/ou des caractéristiques techniques des étages de compression 20 et 30, correspondant notamment au fonctionnement le plus optimisé de la mise en marche et/ou de la mise à l’arrêt du système. Ceci pourra par exemple correspondre à une vitesse fixée de rotation du ou des moteurs de compression au démarrage du système, pour une durée assurant sa montée en température, par exemple de quelques minutes, avant de basculer en fonctionnement en régime variable à pressions de consignes P1c et P2c constantes. Les caractéristiques du système peuvent être préconfigurées dans les différentes unités de contrôle. Alternativement, lors de la mise en marche du système, l’utilisateur peut sélectionner le type de source sur une interface utilisateur et le système contrôle alors les étages de compression selon une courbe préenregistrée correspondant au type de source choisi.The setpoint pressures P1c and P2c may not be constant but vary according to a predefined curve, in particular over time, depending on the characteristics of the system, in particular the source of gas 40 and/or the technical characteristics of the compression stages 20 and 30, corresponding in particular to the most optimized operation of starting and/or stopping the system. This could, for example, correspond to a fixed speed of rotation of the compression motor(s) when the system is started, for a period ensuring its temperature rise, for example a few minutes, before switching to variable-speed operation at setpoint pressures P1c and P2c constants. System features can be pre-configured in the different control units. Alternatively, when turning on the system, the user can select the type of source on a user interface and the system then controls the compression stages according to a pre-recorded curve corresponding to the type of source chosen.
Dans le cas où la source de gaz est un réservoir fini, la pression en entrée du premier étage de compression va décroître au cours du temps. La courbe de pression en entrée du premier étage de compression ne peut donc pas être maintenue à la pression P1opt. Les pressions de consigne des étages de compression sont donc chacune asservie au cours du temps à une courbe de pression prédéfinie optimisée dans laquelle notamment la consommation énergétique est réduite. Le système peut être configuré pour s’arrêter lorsque la pression en entrée P1 atteint une pression seuil, par exemple une pression de 1 bar.In the case where the gas source is a finished reservoir, the pressure at the inlet of the first compression stage will decrease over time. The pressure curve at the inlet of the first compression stage cannot therefore be maintained at the pressure P1opt. The setpoint pressures of the compression stages are therefore each slaved over time to an optimized predefined pressure curve in which in particular the energy consumption is reduced. The system can be configured to stop when the pressure at the P1 inlet reaches a threshold pressure, for example a pressure of 1 bar.
Comme cela est illustré sur la
Le système peut comporter un système de refroidissement du gaz non représenté en aval d’un ou de chaque étage de compression.The system may include a gas cooling system, not shown, downstream of one or each compression stage.
Le système peut également comporter un capteur de la pression P3 en aval du deuxième étage de compression 30 et l’unité de contrôle 37 peut être configurée pour stopper le moteur électrique lorsque la pression P3 atteint une pression P3 prédéterminée notamment, dans le cas d’un réservoir de volume fini en sortie du système, lorsque la pression dans le réservoir 42 est à la pression de sortie maximale P3max que peut supporter le deuxième étage de compression 30 ou le réservoir en sortie 42 sans être endommagé, ou que l’on a atteint la valeur finale de pression désirée. The system can also include a pressure sensor P3 downstream of the second compression stage 30 and the control unit 37 can be configured to stop the electric motor when the pressure P3 reaches a predetermined pressure P3 in particular, in the case of a finite volume reservoir at the outlet of the system, when the pressure in the reservoir 42 is at the maximum outlet pressure P3max that the second compression stage 30 or the outlet reservoir 42 can withstand without being damaged, or that one has reaches the desired final pressure value.
Comme cela est illustré sur la
En variante, le système comporte une unité centrale de contrôle qui arrête l’intégralité du système lorsque la pression dans le réservoir 42 a atteint la valeur désirée ou lorsque la pression dans le réservoir est à la pression de sortie maximale P3max que peut supporter le deuxième étage de compression 30 ou le réservoir en sortie 42 sans être endommagé. As a variant, the system comprises a central control unit which stops the entire system when the pressure in the reservoir 42 has reached the desired value or when the pressure in the reservoir is at the maximum outlet pressure P3max that the second compression stage 30 or the outlet tank 42 without being damaged.
Les unités de contrôle 27 et 37 peuvent également être configurées chacune pour arrêter le moteur électrique correspondant lorsque la pression en entrée correspondante P1 et P2 respectivement est inférieure ou égale à une pression minimale prédéfinie P1min et P2min. The control units 27 and 37 can also each be configured to stop the corresponding electric motor when the corresponding input pressure P1 and P2 respectively is less than or equal to a predefined minimum pressure P1min and P2min.
Dans la variante illustrée sur la
Un tel asservissement des étages de compression 20 et 30 par l’aval permet notamment d’adapter le comportement des étages de compression en fonction d’une variation de débit en sortie du système, ou d’un objectif de pression de stockage dans un réservoir 42.Such servo-control of the compression stages 20 and 30 downstream makes it possible in particular to adapt the behavior of the compression stages according to a variation in flow rate at the outlet of the system, or to a storage pressure target in a reservoir. 42.
Lors de l’utilisation du système illustré avec un réservoir de gaz en entrée et un dispositif de consommation du gaz en sortie, l’unité de contrôle 37 contrôle la vitesse du moteur du compresseur 35 pour avoir une pression en aval P3 à une pression de consigne P3c et l’unité de contrôle 27 contrôle la vitesse du moteur du compresseur 25 pour avoir une pression P2 à une pression de consigne P2c. Une variation du débit en sortie va entrainer une variation de la pression P3. L’unité de contrôle 37 va alors adapter la vitesse du moteur électrique du compresseur 35 pour ramener la pression en aval à P3c. En conséquence, la pression P2 va également varier et l’unité de contrôle 27 va ramener la pression intermédiaire à P2c en adaptant la vitesse du moteur du compresseur 25. De préférence, le régime de démarrage est le même que décrit précédemment. When using the illustrated system with an inlet gas tank and an outlet gas consumption device, the control unit 37 controls the speed of the compressor motor 35 to have a downstream pressure P3 at a pressure of setpoint P3c and the control unit 27 controls the speed of the motor of the compressor 25 to have a pressure P2 at a setpoint pressure P2c. A variation in the output flow will cause a variation in the pressure P3. The control unit 37 will then adapt the speed of the electric motor of the compressor 35 to bring the pressure downstream to P3c. Consequently, the pressure P2 will also vary and the control unit 27 will bring the intermediate pressure back to P2c by adapting the speed of the compressor motor 25. Preferably, the starting regime is the same as previously described.
Lors de l’utilisation du système illustré avec une unité de production de gaz, notamment un électrolyseur, en entrée du système et un réservoir de stockage de gaz 42 en sortie, le système régule alors le régime de fonctionnement en fonction des pressions en sortie P2 et P3, dans les limites des capacités de production de l’électrolyseur, et de la pression P3 voulue en sortie ou d’une pression P3 maximale admissible.When using the system illustrated with a gas production unit, in particular an electrolyser, at the system inlet and a gas storage tank 42 at the outlet, the system then regulates the operating mode as a function of the outlet pressures P2 and P3, within the limits of the production capacities of the electrolyser, and of the desired pressure P3 at the outlet or of a maximum admissible pressure P3.
En complément, le système dans son ensemble et/ou chacun des étages de compression peut également être piloté pour s’arrêter lorsque la pression P1, ou respectivement la pression amont pour un étage donné de compression, descend en-dessous d’une pression limite basse pour la source 40 ou l’étage de compression considéré. Cette pression limite peut être liée aux caractéristiques techniques de la source, ou à la limite basse de pression de fonctionnement en entrée d’un étage de compression donné.In addition, the system as a whole and/or each of the compression stages can also be controlled to stop when the pressure P1, or respectively the upstream pressure for a given compression stage, drops below a limit pressure bass for the source 40 or the compression stage considered. This limiting pressure can be linked to the technical characteristics of the source, or to the low limit of operating pressure at the inlet of a given compression stage.
Pour des phases de fonctionnement transitoire du système, par exemple lors d’un démarrage initial, des pentes de montée en pression de P2 et P3 au cours du temps peuvent être prédéfinies. Si P2 ne suit pas la pente de montée en pression prévue, l’unité de contrôle 27 augment la vitesse de rotation du moteur du compresseur 25 dans la limite du débit de gaz que peut fournir l’électrolyseur. Si P3 ne suit pas la pente de montée en pression prévue, l’unité de contrôle 37 augmente la vitesse de rotation du moteur du compresseur 35.For transient operating phases of the system, for example during an initial start-up, pressure rise slopes of P2 and P3 over time can be predefined. If P2 does not follow the expected pressure rise slope, the control unit 27 increases the speed of rotation of the motor of the compressor 25 within the limit of the gas flow that the electrolyser can provide. If P3 does not follow the expected pressure rise slope, the control unit 37 increases the speed of rotation of the compressor motor 35.
Le système peut comporter plus de deux étages de compression comportant chacun un moteur électrique dont la vitesse est asservie à une vitesse de consigne dépendant de la pression en amont ou de la pression en aval mesurée. Tous les étages de compression sont asservis au moins par l’amont ou tous les étages de compression sont asservis au moins par l’aval. The system may comprise more than two compression stages each comprising an electric motor whose speed is slaved to a setpoint speed depending on the pressure upstream or on the pressure measured downstream. All compression stages are slaved at least upstream or all compression stages are slaved at least downstream.
En variante, comme illustré sur la
Les compresseurs 25 et 35 sont par exemple tels qu’illustrés sur les figures 5.The compressors 25 and 35 are for example as illustrated in Figures 5.
Sur la
Le piston 66 est entrainée par le vilebrequin 62 en translation dans un cylindre 68 formant la partie basse d’un réservoir 70. Le réservoir 70 comporte deux cavités 72 et 74 séparée entre elles de façon étanche par une membrane déformable 76. La première cavité 72 contient un liquide, notamment une huile hydraulique et la deuxième cavité 74 forme une chambre de compression destinée à recevoir le gaz à comprimer par l’intermédiaire de la membrane déformable 76.The piston 66 is driven by the crankshaft 62 in translation in a cylinder 68 forming the lower part of a reservoir 70. The reservoir 70 comprises two cavities 72 and 74 separated from each other in a sealed manner by a deformable membrane 76. The first cavity 72 contains a liquid, in particular a hydraulic oil, and the second cavity 74 forms a compression chamber intended to receive the gas to be compressed via the deformable membrane 76.
Un clapet d’admission 78 permet l’entrée de gaz dans la cavité 74 et le gaz comprimé est évacué par l’intermédiaire d’un clapet de refoulement 80.An inlet valve 78 allows gas to enter the cavity 74 and the compressed gas is evacuated via a discharge valve 80.
Lorsque le moteur 60 met en rotation le vilebrequin 62, le piston 66 est entrainé en translation dans le cylindre entre une position de refoulement et une position d’admission.When the engine 60 rotates the crankshaft 62, the piston 66 is driven in translation in the cylinder between a delivery position and an intake position.
Lors du déplacement du piston 66 de la position du point mort haut au point mort bas, le système est en phase d‘admission.When the piston 66 moves from the position of top dead center to bottom dead center, the system is in the intake phase.
Lors du déplacement du piston 66 de la position du point mort bas au point mort haut, le système est phase de compression.When the piston 66 moves from the bottom dead center position to the top dead center, the system is in the compression phase.
Lors de la phase de compression, le liquide dans la première cavité 72 est comprimé, ce qui entraîne une déformation de la membrane 76 vers la deuxième cavité 74 de sorte à réduire le volume de cette dernière ce qui comprime le gaz contenu dans la chambre de compression formée par la deuxième cavité 74. Lorsque le système est en phase de compression, la pression dans la chambre est telle que le clapet de refoulement 80 s’ouvre et le gaz comprimé est expulsé de la chambre par ce dernier. Lorsque le piston 66 redescend du point mort haut au point mort bas, la membrane 76 se déforme dans le sens de la première cavité 72, ce qui entraîne une augmentation du volume de la deuxième cavité 74. Le gaz est alors aspiré dans la chambre de compression par le clapet d’admission 78. Lorsque le piston est au point mort bas, le volume de la deuxième cavité 74 est maximal.During the compression phase, the liquid in the first cavity 72 is compressed, which leads to a deformation of the membrane 76 towards the second cavity 74 so as to reduce the volume of the latter, which compresses the gas contained in the chamber. compression formed by the second cavity 74. When the system is in the compression phase, the pressure in the chamber is such that the discharge valve 80 opens and the compressed gas is expelled from the chamber by the latter. When the piston 66 descends from the top dead center to the bottom dead center, the membrane 76 deforms in the direction of the first cavity 72, which leads to an increase in the volume of the second cavity 74. The gas is then sucked into the chamber of compression by the inlet valve 78. When the piston is at bottom dead center, the volume of the second cavity 74 is maximum.
En variante, le(s) compresseur(s) 25 et/ou 35 peut comporter une pluralité de chambres de compression tel que décrit précédemment dont la compression est générée par le déplacement de plusieurs pistons 66. Les pistons 66 correspondant sont tous reliés au même vilebrequin 62. Les pistons 66 peuvent avoir des déplacements dans les cylindres 66 déphasées les uns par rapport aux autres.As a variant, the compressor(s) 25 and/or 35 may comprise a plurality of compression chambers as described previously, the compression of which is generated by the movement of several pistons 66. The corresponding pistons 66 are all connected to the same crankshaft 62. The pistons 66 can have displacements in the cylinders 66 out of phase with respect to each other.
D’autres technologies de compresseurs sont utilisables dans le cadre de l’invention, par exemple des compresseurs à tiroirs.Other compressor technologies can be used within the scope of the invention, for example drawer compressors.
De façon notable, l’invention couvre également le fonctionnement de chaines d’étages de compression comportant plus de deux étages de compression et partageant tous un principe de régulation au moins soit par la pression en amont des étages de compression soit alternativement au moins par la pression aval des étages de compression. Ces étages de compression ne sont pas nécessairement à proximité les uns des autres, voire non-nécessairement colocalisés sur un même site géographique. Ceci a l’avantage de limiter et/ou d’éviter le besoin d’une liaison de commande entres eux ou avec une unité centrale de contrôle, pouvant être sujet à des problèmes de communications, voire de simple distance pour son établissement.Notably, the invention also covers the operation of chains of compression stages comprising more than two compression stages and all sharing a principle of regulation at least either by the pressure upstream of the compression stages or alternatively at least by the downstream pressure of the compression stages. These compression stages are not necessarily close to each other, or even not necessarily collocated on the same geographical site. This has the advantage of limiting and/or avoiding the need for a command link between them or with a central control unit, which may be subject to communication problems, or even simple distance for its establishment.
Par exemple, comme illustré sur la
Un tel étage de compression additionnel peut également comporter un circuit de dérivation 110 fonctionnant comme les circuits de dérivation 50 et 48.Such an additional compression stage may also include bypass circuit 110 operating like bypass circuits 50 and 48.
L’invention n’est pas limitée aux exemples de modes de réalisation qui viennent d’être décrit. Par exemple, les compresseurs peuvent être différents de ceux décrits. Les étages de compression peuvent comporter une pluralité de compresseur différents dont les moteurs sont asservis à des vitesses de consigne différentes, par exemple en lien avec leurs différences de caractéristiques techniques.The invention is not limited to the examples of embodiments which have just been described. For example, the compressors may be different from those described. The compression stages can comprise a plurality of different compressors whose motors are slaved to different setpoint speeds, for example in connection with their differences in technical characteristics.
Claims (18)
- une entrée de gaz (10),
- au moins un premier étage de compression (20) alimenté par l’entrée de gaz (10) en gaz et délivrant un gaz comprimé,
- au moins un deuxième étage de compression (30) alimenté par le premier étage de compression (20) en gaz comprimé et délivrant dans la sortie de gaz (15) un gaz comprimé,
le premier et le deuxième étage de compression (20, 30) comportant chacun
- un moteur électrique rotatif (60) configuré pour comprimer le gaz,
- une unité de contrôle de la vitesse de rotation du moteur électrique (27, 37),
l’unité de contrôle du premier étage de compression (27) étant configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique (60) correspondant au moins en fonction de la pression de gaz P1 en entrée du premier étage de compression (20) et l’unité de contrôle du deuxième étage de compression (37) étant configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique (60) correspondant au moins en fonction de la pression de gaz P2 en entrée du deuxième étage de compression (30),
ou
l’unité de contrôle du premier étage de compression (27) étant configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique (60) correspondant au moins en fonction de la pression de gaz P2 en sortie du premier étage de compression (20) et l’unité de contrôle du deuxième étage de compression (37) étant configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique correspondant au moins en fonction de la pression de gaz P3 en sortie du deuxième étage de compression (30).Gas compression system (2) comprising:
- a gas inlet (10),
- at least one first compression stage (20) supplied by the gas inlet (10) with gas and delivering a compressed gas,
- at least one second compression stage (30) supplied by the first compression stage (20) with compressed gas and delivering a compressed gas into the gas outlet (15),
the first and the second compression stage (20, 30) each comprising
- a rotary electric motor (60) configured to compress the gas,
- a unit for controlling the rotational speed of the electric motor (27, 37),
the first compression stage control unit (27) being configured to control the rotational speed of the corresponding electric motor (60) at least as a function of the gas pressure P1 at the inlet of the first compression stage (20) and the the second compression stage control unit (37) being configured to control the speed of rotation of the corresponding electric motor (60) at least as a function of the gas pressure P2 at the inlet of the second compression stage (30),
Or
the first compression stage control unit (27) being configured to control the rotational speed of the corresponding electric motor (60) at least as a function of the gas pressure P2 at the outlet of the first compression stage (20) and the the second compression stage control unit (37) being configured to control the speed of rotation of the corresponding electric motor at least as a function of the gas pressure P3 at the outlet of the second compression stage (30).
- un moteur électrique rotatif configuré pour comprimer le gaz issue de l’étage de compression disposé en amont dudit étage de compression additionnel,
- une unité de contrôle de la vitesse de rotation du moteur électrique en fonction au moins de la pression de gaz en entrée, lorsque l’unité de contrôle du premier et du deuxième étage de compression contrôle la vitesse du moteur correspondant en fonction au moins de la pression de gaz en entrée du premier ou deuxième étage de compression correspondant,
ou en fonction au moins de la pression de gaz en sortie, lorsque l’unité de contrôle du premier et du deuxième étage de compression contrôle la vitesse du moteur correspondant en fonction au moins de la pression de gaz en sortie du premier ou deuxième étage de compression correspondant.System according to claim 1, comprising one or more additional compression stages connected in series downstream of the second compression stage, the additional compression stage(s) each comprising:
- a rotary electric motor configured to compress the gas coming from the compression stage arranged upstream of said additional compression stage,
- a unit for controlling the speed of rotation of the electric motor as a function at least of the inlet gas pressure, when the control unit of the first and of the second compression stage controls the speed of the corresponding motor as a function of at least the gas pressure at the inlet of the corresponding first or second compression stage,
or as a function at least of the gas pressure at the outlet, when the first and second compression stage control unit controls the speed of the corresponding engine as a function at least of the gas pressure at the outlet of the first or second compression stage corresponding compression.
ou
l’unité de contrôle du premier étage de compression (27) est configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique (60) correspondant seulement en fonction de la pression de gaz P2 en sortie du premier étage de compression (20) et l’unité de contrôle du deuxième étage de compression (37) est configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique correspondant seulement en fonction de la pression de gaz P3 en sortie du deuxième étage de compression (30), le cas échéant l’unité de contrôle du ou de chaque étage de compression additionnels (100) est configurée pour contrôler la vitesse de rotation du moteur électrique (60) correspondant seulement en fonction de la pression de gaz Paval en sortie dudit étage de compression additionnel.System according to any one of the preceding claims, in which the first compression stage control unit (27) is configured to control the rotational speed of the corresponding electric motor (60) only as a function of the gas pressure P1 in input of the first compression stage (20), the second compression stage control unit (37) is configured to control the rotational speed of the corresponding electric motor (60) only as a function of the gas pressure P2 at the input of the second compression stage (30), where applicable the control unit of the or each additional compression stage (100) is configured to control the speed of rotation of the corresponding electric motor (60) only as a function of the gas pressure Pupstreamat the input of said additional compression stage,
Or
the first compression stage control unit (27) is configured to control the rotational speed of the corresponding electric motor (60) only as a function of the gas pressure P2 at the outlet of the first compression stage (20) and the second compression stage control unit (37) is configured to control the speed of rotation of the corresponding electric motor only as a function of the gas pressure P3 at the outlet of the second compression stage (30), where applicable the control of the or each additional compression stage (100) is configured to control the speed of rotation of the corresponding electric motor (60) only as a function of the gas pressure Pdownstream at the output of said additional compression stage.
- la compression d’un gaz par un premier étage de compression (20) comportant un moteur électrique rotatif (60),
- la compression par une deuxième étage de compression (30) du gaz comprimé délivré par le premier étage de compression (20), le deuxième étage de compression (30) comportant un moteur électrique rotatif (60),
- l’asservissement de la vitesse de rotation du moteur électrique du premier étage de compression en fonction au moins de la pression de gaz en entrée P1 du premier étage de compression (20) et l’asservissement de la vitesse de rotation du moteur électrique du deuxième étage de compression (30) en fonction au moins de la pression de gaz en entrée P2 du deuxième étage de compression, ou l’asservissement de la vitesse de rotation du moteur électrique du premier étage de compression (20) en fonction au moins de la pression de gaz en sortie P2 du premier étage de compression (20) et l’asservissement de la vitesse de rotation du moteur électrique du deuxième étage de compression (30) en fonction au moins de la pression de gaz en sortie P3 du deuxième étage de compression (30).Gas compression method using a compression system according to any one of the preceding claims comprising:
- the compression of a gas by a first compression stage (20) comprising a rotary electric motor (60),
- the compression by a second compression stage (30) of the compressed gas delivered by the first compression stage (20), the second compression stage (30) comprising a rotary electric motor (60),
- the enslavement of the speed of rotation of the electric motor of the first compression stage as a function of at least the gas pressure at the inlet P1 of the first compression stage (20) and the enslavement of the speed of rotation of the electric motor of the second compression stage (30) as a function at least of the gas pressure at the inlet P2 of the second compression stage, or the control of the speed of rotation of the electric motor of the first compression stage (20) as a function of at least the gas pressure P2 at the outlet of the first compression stage (20) and the control of the speed of rotation of the electric motor of the second compression stage (30) as a function at least of the gas pressure P3 at the outlet of the second stage compression (30).
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