FR3136037A1 - Installation for filling gas containers with gaseous oxygen - Google Patents

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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

Titre de l’invention Installation de remplissage de récipients de gaz avec de l’oxygène gazeux L’invention concerne une installation de remplissage de récipients de gaz avec de l’oxygène gazeux comprenant un réservoir principal (2) pour stocker de l’oxygène sous forme liquide (LOX) et/ou sous forme gazeuse (GOX), un réservoir secondaire (3) alimenant par gravité le réservoir principal (2) avec du LOX, une source de LOX (4) raccordée fluidiquement au réservoir secondaire (3) pour lui fournir du LOX, et des canalisations de gaz (5, 6A, 6B) avec des vannes intermédiaires (7) pour contrôler la circulation d’oxygène dans les canalisations de gaz (5, 6A, 6B). Un dispositif de remplissage (8) permet de remplir des récipients de gaz (20) avec du GOX provenant du réservoir principal (2). Une ligne de jonction (9) avec une vanne de distribution (10) entre le réservoir principal (2) et le dispositif de remplissage (8). Des moyens de pilotage (11) contrôlent lesdites vannes intermédiaires (7) et/ou ladite au moins une vanne de distribution (10). Procédé de mise en œuvre. Figure de l’abrégé : Fig. 1Title of the invention Installation for filling gas containers with gaseous oxygen The invention relates to an installation for filling gas containers with gaseous oxygen comprising a main tank (2) for storing oxygen under liquid form (LOX) and/or gaseous form (GOX), a secondary tank (3) supplying the main tank (2) with LOX by gravity, a source of LOX (4) fluidly connected to the secondary tank (3) for supply it with LOX, and gas pipes (5, 6A, 6B) with intermediate valves (7) to control the circulation of oxygen in the gas pipes (5, 6A, 6B). A filling device (8) allows gas containers (20) to be filled with GOX from the main tank (2). A junction line (9) with a distribution valve (10) between the main tank (2) and the filling device (8). Control means (11) control said intermediate valves (7) and/or said at least one distribution valve (10). Implementation process. Abstract figure: Fig. 1

Description

Installation de remplissage de récipients de gaz avec de l’oxygène gazeuxInstallation for filling gas containers with gaseous oxygen

L’invention concerne une installation de remplissage de bouteilles de gaz avec de l’oxygène sous pression, laquelle ne requiert pas de pompe cryogénique, de compresseurs ou de surpresseurs de gaz pour comprimer l’oxygène avant de le conditionner sous pression dans un ou des récipients de gaz sous pression, typiquement des bouteilles de gaz.The invention relates to an installation for filling gas cylinders with oxygen under pressure, which does not require a cryogenic pump, compressors or gas boosters to compress the oxygen before packaging it under pressure in one or more pressurized gas containers, typically gas cylinders.

Actuellement, les bouteilles d’oxygène sous pression sont remplies avec du gaz à haute pression (HP), c'est-à-dire à plus de 150 bar (pression en bar absolu), typiquement entre 150 et 250 bar, généralement en utilisant une (ou des) pompe à liquide cryogénique, plus simplement appelée « pompe cryogénique », ou un (ou des) compresseur ou surpresseur de gaz.Currently, pressurized oxygen cylinders are filled with high pressure (HP) gas, i.e. at more than 150 bar (pressure in absolute bar), typically between 150 and 250 bar, generally using one (or more) cryogenic liquid pumps, more simply called a “cryogenic pump”, or one (or more) gas compressors or boosters.

D’une façon générale, dans le cadre de la présente demande :Generally speaking, in the context of this request:

  • on considère que l’oxygène peut se présenter sous deux formes ou états principaux, à savoir sous forme liquide, c'est-à-dire de l’oxygène liquéfié à température cryogénique (i.e. à env. 196 à 198°C), appelé LOX ; ou sous forme gazeuse, c'est-à-dire de l’oxygène gazeux, appelé GOX. Le LOX se vaporise en GOX en se réchauffant.it is considered that oxygen can be present in two main forms or states, namely in liquid form, that is to say oxygen liquefied at cryogenic temperature (i.e. at approx. 196 to 198°C), called LOX; or in gaseous form, that is to say gaseous oxygen, called GOX. LOX vaporizes into GOX as it heats up.
  • les pressions sont exprimées en bar absolus, simplement désignés par « bar », sauf indication autre.pressures are expressed in absolute bar, simply designated “bar”, unless otherwise indicated.

Les pompes cryogéniques sont quasi-exclusivement installées dans les sites de remplissage industriels. Elles permettent de remplir les bouteilles à cadence élevée avec de l’oxygène liquide, i.e. du LOX. Cependant, l’investissement initial et les coûts de fonctionnement et de maintenance des pompes cryogéniques est élevé. De plus, elles peuvent engendrer des risques importants en termes de sécurité, en particulier en cas de mauvaise maîtrise de leur opération et/ou de maintenance incorrecte ou inadaptée, par exemple une mauvaise mise en froid, une pression d'amorçage insuffisante, des réglages inadaptés des alarmes… susceptibles d’entraîner des phénomènes de cavitation pouvant aller jusqu'à une explosion de la pompe dans des cas extrêmes, tel lors d'un coup de feu résultant d’une combustion du métal par de l’oxygène. En effet, une pompe fonctionnant avec du LOX à une température pas suffisamment basse ou une pression d’amorçage trop faible voit des bulles de GOX se former au sein de la pompe qui provoquent de la cavitation. L’opération d’une pompe cryogénique est donc généralement réservée à des personnes spécialement formées et uniquement sur des sites où des volumes importants de gaz doivent être conditionnés en bouteilles de gaz sous pression, c'est-à-dire qu’elles ne sont pas adaptées à une utilisation sur les sites des utilisateurs de gaz, comme les sites hospitaliers par exempleCryogenic pumps are almost exclusively installed in industrial filling sites. They allow bottles to be filled at high rates with liquid oxygen, i.e. LOX. However, the initial investment and operation and maintenance costs of cryogenic pumps are high. In addition, they can generate significant risks in terms of safety, in particular in the event of poor control of their operation and/or incorrect or unsuitable maintenance, for example poor cooling, insufficient priming pressure, adjustments unsuitable alarms... likely to lead to cavitation phenomena which could lead to an explosion of the pump in extreme cases, such as during a gunshot resulting from combustion of the metal by oxygen. Indeed, a pump operating with LOX at a temperature that is not low enough or a priming pressure that is too low sees GOX bubbles forming within the pump which cause cavitation. The operation of a cryogenic pump is therefore generally reserved for specially trained people and only on sites where large volumes of gas must be packaged in pressurized gas cylinders, that is to say they are not not suitable for use on gas user sites, such as hospital sites for example

Par ailleurs, les compresseurs ou surpresseurs de gaz sont utilisés pour comprimer de l’oxygène gazeux, i.e. du GOX, à une pression pouvant atteindre 150 ou 200 bar, voire plus, à des débits de compression pouvant être très variables. Là encore, les précautions de mise en œuvre sont primordiales, notamment pour assurer la sécurité des personnes et des installations. En effet, que ce soit pour les pompes cryogéniques de LOX ou les compresseurs/surpresseurs de GOX, une grande majorité de ces équipements comprennent des pièces ou éléments incluant des matériaux halogénés qui sont en contact avec l’oxygène. En cas d’événement qui fournit suffisamment d’énergie, un coup de feu peut se produire avec détérioration par combustion partielle ou totale de ces pièces ou éléments en matériaux halogénés, voire aussi de ceux en métal. De plus, les produits de combustion de ces matériaux halogénés sont fortement toxiques s’ils sont respirés, donc présentent un risque pour les patients et/ou les opérateurs.Furthermore, gas compressors or boosters are used to compress gaseous oxygen, i.e. GOX, at a pressure which can reach 150 or 200 bar, or even more, at compression flow rates which can be very variable. Here again, implementation precautions are essential, particularly to ensure the safety of people and installations. Indeed, whether for LOX cryogenic pumps or GOX compressors/boosters, a large majority of this equipment includes parts or elements including halogenated materials which are in contact with oxygen. In the event of an event that provides sufficient energy, a gunshot may occur with deterioration by partial or total combustion of these parts or elements made of halogenated materials, or even those made of metal. Additionally, the combustion products of these halogenated materials are highly toxic if breathed, therefore presenting a risk to patients and/or operators.

Le but de l’invention est dès lors de proposer une installation de remplissage de récipient de gaz sous pression, en particulier d’oxygène HP, ne mettant pas en œuvre de pompe cryogénique ou de compresseur/surpresseur de gaz, donc ne posant pas les problèmes et inconvénients susmentionnés rencontrés avec les pompes cryogéniques et les compresseurs/surpresseurs de gaz, et permettant par ailleurs de minimiser les risques d’accident, tels les coups de feu, de manière à améliorer la sécurité des opérateurs et les risques de pollution de l’oxygène par des composés toxiques et/ou en outre de pouvoir garantir un remplissage correct des récipients de gaz sous pression, telles des bouteilles d’oxygène, même pour des volumes de production faibles et /ou y compris sur site utilisateur, tel un site hospitalier ou analogue, c'est-à-dire pas uniquement en centre de remplissage.The aim of the invention is therefore to propose an installation for filling a pressurized gas container, in particular HP oxygen, not using a cryogenic pump or a gas compressor/booster, therefore not requiring the above-mentioned problems and disadvantages encountered with cryogenic pumps and gas compressors/boosters, and also making it possible to minimize the risks of accidents, such as gunshots, so as to improve the safety of operators and the risks of pollution of the air. oxygen by toxic compounds and/or in addition to being able to guarantee correct filling of pressurized gas containers, such as oxygen cylinders, even for low production volumes and/or including on user site, such as a site hospital or similar, that is to say not only in a filling center.

Une solution de l’invention concerne une installation de remplissage de récipients de gaz avec de l’oxygène gazeux, telles des bouteilles d’oxygène médical sous pression, i.e. jusqu’à environ 200 à 250 bar abs, ne requérant aucune machine tournante incluant des matériaux halogénés de type pompe, compresseur ou surpresseur.One solution of the invention relates to an installation for filling gas containers with gaseous oxygen, such as medical oxygen cylinders under pressure, i.e. up to approximately 200 to 250 bar abs, requiring no rotating machine including halogenated materials such as pumps, compressors or boosters.

Plus précisément, l’invention concerne alors une installation de remplissage d’un ou plusieurs récipients de gaz, telles des bouteilles de gaz, comprenant :More precisely, the invention then relates to an installation for filling one or more gas containers, such as gas bottles, comprising:

  • au moins un réservoir principal pour stocker de l’oxygène sous forme liquide (LOX) et/ou sous forme gazeuse (GOX),at least one main tank for storing oxygen in liquid form (LOX) and/or in gaseous form (GOX),
  • au moins un réservoir secondaire agencé au-dessus dudit au moins un réservoir principal et raccordé fluidiquement audit au moins un réservoir principal de manière à alimenter par gravité ledit au moins un réservoir principal avec du LOX,at least one secondary tank arranged above said at least one main tank and fluidly connected to said at least one main tank so as to feed said at least one main tank by gravity with LOX,
  • au moins une source de LOX raccordée fluidiquement audit au moins un réservoir secondaire pour fournir audit au moins un réservoir secondaire du LOX,at least one source of LOX fluidly connected to said at least one secondary reservoir to supply said at least one secondary reservoir of LOX,
  • une ou des canalisations de gaz pour acheminer de l’oxygène entre ladite au moins une source de LOX et ledit au moins un réservoir secondaire, et entre ledit au moins un réservoir secondaire et ledit au moins un réservoir principal,one or more gas pipes for conveying oxygen between said at least one LOX source and said at least one secondary tank, and between said at least one secondary tank and said at least one main tank,
  • des vannes intermédiaires agencées sur lesdites canalisations de gaz pour contrôler la circulation d’oxygène dans la ou lesdites canalisations de gaz,intermediate valves arranged on said gas pipes to control the circulation of oxygen in said gas pipe(s),
  • au moins un dispositif de remplissage permettant de remplir lesdits un ou plusieurs récipients de gaz avec du GOX provenant dudit au moins un réservoir principal,at least one filling device making it possible to fill said one or more gas containers with GOX coming from said at least one main tank,
  • au moins une ligne de jonction reliant fluidiquement ledit au moins un réservoir principal audit au moins un dispositif de remplissage, ladite au moins une ligne de jonction comprenant au moins une vanne de distribution pour contrôler la circulation de GOX dans ladite au moins une ligne de jonction, etat least one junction line fluidly connecting said at least one main reservoir to said at least one filling device, said at least one junction line comprising at least one distribution valve for controlling the circulation of GOX in said at least one junction line , And
  • des moyens de pilotage pour contrôler lesdites vannes intermédiaires et/ou ladite au moins une vanne de distribution.control means for controlling said intermediate valves and/or said at least one distribution valve.

Selon le mode de réalisation considéré, l’installation de remplissage selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :Depending on the embodiment considered, the filling installation according to the invention may comprise one or more of the following characteristics:

  • elle comprend plusieurs réservoirs principaux et plusieurs réservoirs secondaires, de préférence de 2 à 5 réservoirs principaux et/ou de 2 à 5 réservoirs secondaires.it comprises several main tanks and several secondary tanks, preferably 2 to 5 main tanks and/or 2 to 5 secondary tanks.
  • chaque réservoir principal est couplé, i.e. raccordé, fluidiquement à au moins un réservoir secondaire, de préférence à un réservoir secondaire.each main reservoir is coupled, i.e. connected, fluidly to at least one secondary reservoir, preferably to a secondary reservoir.
  • chaque réservoir principal est configuré pour stocker de l’oxygène sous forme liquide (LOX) et sous forme gazeuse (GOX), c'est-à-dire que le LOX est surmonté d’un ciel gazeux formé de GOX au sein de chaque réservoir principal.each main tank is configured to store oxygen in liquid form (LOX) and in gaseous form (GOX), that is to say that the LOX is surmounted by a gaseous sky formed of GOX within each tank main.
  • la source de LOX comprend une capacité de stockage configurée pour contenir au moins 1 000 Litres de LOX, de préférence elle a un volume interne compris entre 3 000 et 10 000 Litres.the LOX source includes a storage capacity configured to contain at least 1,000 Liters of LOX, preferably it has an internal volume of between 3,000 and 10,000 Liters.
  • ledit au moins un dispositif de remplissage comprend une rampe de remplissage configurée pour remplir simultanément plusieurs récipients de gaz.said at least one filling device comprises a filling ramp configured to simultaneously fill several gas containers.
  • elle comprend plusieurs dispositifs de remplissage comprenant chacun une rampe de remplissage.it comprises several filling devices each comprising a filling ramp.
  • chaque réservoir principal est couplé, i.e. raccordé, fluidiquement à au moins une rampe de remplissage.each main tank is coupled, i.e. connected, fluidly to at least one filling ramp.
  • chaque réservoir principal comprenant un corps métallique configuré pour résister à une pression d’au moins 250 bar abs, de préférence d’au moins 300 bar abs.each main tank comprising a metal body configured to withstand a pressure of at least 250 bar abs, preferably at least 300 bar abs.
  • le corps métallique de chaque réservoir principal est formé d’un (ou des) matériau résilient, i.e. qui ne se fragilisent pas à températures cryogéniques, c'est-à-dire typiquement à des températures pouvant atteindre -180°C, de préférence au moins 200°C environ.the metal body of each main tank is formed of one (or more) resilient material, i.e. which do not weaken at cryogenic temperatures, that is to say typically at temperatures reaching -180°C, preferably at minus approximately 200°C.
  • le corps métallique de chaque réservoir principal est formé d’acier inoxydable, d’aluminium ou d’un alliage d’aluminium.the metal body of each main tank is made of stainless steel, aluminum or an aluminum alloy.
  • chaque rampe de remplissage comprend plusieurs emplacements de raccordement pour les récipients de gaz à remplir.each filling ramp includes several connection locations for the gas containers to be filled.
  • chaque réservoir secondaire est agencé au-dessus d’un réservoir principal de sorte que le LOX puisse s’écouler uniquement par gravité depuis chaque réservoir secondaire vers le réservoir principal avec lequel il est communication fluidique.each secondary tank is arranged above a main tank so that LOX can flow solely by gravity from each secondary tank to the main tank with which it is in fluid communication.
  • chaque réservoir principal a un volume interne compris entre 100 et 500 Litres, de préférence compris entre 200 et 400 Litres.each main tank has an internal volume of between 100 and 500 Liters, preferably between 200 and 400 Liters.
  • chaque réservoir secondaire a un volume interne compris entre 20 et 100 Litres, de préférence compris entre 40 et 80 Litres.each secondary tank has an internal volume of between 20 and 100 liters, preferably between 40 and 80 liters.
  • chaque réservoir principal n’est pas isolé, i.e. pas du tout ou faiblement, de manière à engendrer une vaporisation d’au moins une partie du LOX qu’il contient en GOX.each main reservoir is not insulated, i.e. not at all or only weakly, so as to cause vaporization of at least part of the LOX it contains into GOX.
  • chaque réservoir principal contient du GOX à une pression d’au moins 2 bar abs, de préférence entre 3 et 5 bar abs.each main tank contains GOX at a pressure of at least 2 bar abs, preferably between 3 and 5 bar abs.
  • les vannes intermédiaires et/ou la ou les vannes de distribution sont configurées pour être pilotées par les moyens de pilotage.the intermediate valves and/or the distribution valve(s) are configured to be controlled by the control means.
  • les vannes intermédiaires sont des vannes de type vannes tout ou rien, de préférence pilotées pneumatiquement.intermediate valves are on-off valves, preferably pneumatically controlled.
  • il comprend plusieurs une lignes de jonction et vannes de distribution.it includes several junction lines and distribution valves.
  • chaque ligne de jonction comprend une vanne de distribution .each junction line includes a distribution valve.
  • la ou les vannes de distribution ont des vannes de type tout ou rienthe distribution valve(s) have on/off type valves
  • les moyens de pilotage comprennent une unité de commande à microprocesseur, par exemple une commande numérique, un ordinateur, ou un contrôleur logique programmable ou PLC.the control means comprise a microprocessor control unit, for example a digital control, a computer, or a programmable logic controller or PLC.
  • les canalisations de gaz comprennent au moins un tronçon principal relié à la source de LOX.the gas pipes include at least one main section connected to the LOX source.
  • ledit au moins tronçon principal se ramifie, i.e. en un site de ramification, en au moins une première et une seconde branche venant se raccorder fluidiquement à un réservoir secondaire.said at least main section branches, i.e. at a branching site, into at least a first and a second branch connecting fluidically to a secondary reservoir.
  • les première et seconde branches viennent se raccorder fluidiquement au niveau de la partie supérieure dudit réservoir secondaire, c'est-à-dire en partie haute du réservoir secondaire.the first and second branches are connected fluidically at the upper part of said secondary reservoir, that is to say in the upper part of the secondary reservoir.
  • les canalisations de gaz comprennent plusieurs tronçons principaux agencés en parallèle et reliés fluidiquement à la source de LOX.the gas pipelines comprise several main sections arranged in parallel and fluidly connected to the LOX source.
  • chaque tronçon principal se ramifie en lesdites première et seconde branches.each main section branches into said first and second branches.
  • la première et la seconde branche de chaque tronçon principal comprennent chacune une vanne intermédiaire.the first and second branch of each main section each comprise an intermediate valve.
  • chaque tronçon principal comprend en outre une vanne intermédiaire agencée en amont de la ramification, i.e. du site de ramification, dudit tronçon principal en les première et seconde branches.each main section further comprises an intermediate valve arranged upstream of the branch, i.e. the branch site, of said main section in the first and second branches.
  • chaque réservoir secondaire a une contenance inférieure à la contenance du réservoir principal auquel il est associé.each secondary tank has a capacity lower than the capacity of the main tank with which it is associated.
  • chaque récipient de gaz est équipé d’un robinet de distribution de gaz.Each gas container is equipped with a gas distribution tap.
  • le robinet de distribution de gaz comprend de préférence des moyens de détente de gaz intégrés, c'est-à-dire qu’il s’agit d’un robinet à détendeur intégré ou RDI.the gas distribution valve preferably includes integrated gas expansion means, that is to say it is an integrated regulator valve or RDI.
  • les moyens de détente de gaz comprennent un clapet de détente et un siège de clapet.the gas expansion means includes an expansion valve and a valve seat.
  • le(s) récipient est une bouteille de gaz sous pression, aussi appelée bonbonne de gaz, cylindre, ogive ou analogue.the container(s) is a pressurized gas cylinder, also called a gas cylinder, cylinder, warhead or the like.
  • le récipient comprend un corps de récipient délimitant un volume interne contenant l’oxygène sous pression (i.e. pression > 1 atm)the container comprises a container body delimiting an internal volume containing oxygen under pressure (i.e. pressure > 1 atm)
  • typiquement, le volume interne d’un récipient de gaz a un volume interne de contenance inférieure ou égale à 50 Litres (équivalent en eau).Typically, the internal volume of a gas container has an internal volume with a capacity of less than or equal to 50 liters (water equivalent).
  • le corps d’un récipient de gaz a une forme cylindrique, de préférence une forme en ogive.the body of a gas container has a cylindrical shape, preferably an ogive shape.
  • le corps de récipient est en matériau(x) métallique(s), en particulier en acier ou en alliage d’aluminium, ou en matériau(x) composite(s).the container body is made of metallic material(s), in particular steel or aluminum alloy, or composite material(s).
  • l’oxygène est stocké dans chaque récipient à une pression inférieure ou égale à 300 bar abs, typiquement moins de 260 bar abs.oxygen is stored in each container at a pressure less than or equal to 300 bar abs, typically less than 260 bar abs.

L’invention concerne aussi un procédé de remplissage de récipients de gaz, telles des bouteilles de gaz, avec de l’oxygène gazeux, de préférence de l’oxygène médicinal, dans lequel on met en œuvre une installation de remplissage de récipients de gaz selon l’invention, dans lequel on procède selon les étapes de :The invention also relates to a method for filling gas containers, such as gas bottles, with gaseous oxygen, preferably medicinal oxygen, in which an installation for filling gas containers is implemented according to the invention, in which we proceed according to the steps of:

  • transférer par gravité du LOX provenant dudit au moins un réservoir secondaire contenant du LOX vers ledit au moins un réservoir principal, ledit au moins un réservoir principal contenant du LOX et du GOX,transfer by gravity LOX coming from said at least one secondary tank containing LOX to said at least one main tank, said at least one main tank containing LOX and GOX,
  • fournir au moins une partie du GOX contenu dans ledit au moins un réservoir principal audit au moins un dispositif de remplissage, par exemple une ou des rampes de remplissage,supply at least part of the GOX contained in said at least one main tank to said at least one filling device, for example one or more filling ramps,
  • remplir un ou plusieurs récipients de gaz avec du GOX délivré par ledit au moins un dispositif de remplissage.filling one or more gas containers with GOX delivered by said at least one filling device.

De préférence, on stoppe le remplissage lorsque le ou les récipients de gaz sont remplis d’oxygène, typiquement lorsque leur pression interne atteint au moins 100 bar, par exemple au moins 150 à 200 bar environ, ou lorsque la pression des recipients de gaz devient égale à celle du réservoir principal à partir duquel ils sont remplis, c'est-à-dire lorsque les pressions se sont équilibrées.Preferably, filling is stopped when the gas container(s) are filled with oxygen, typically when their internal pressure reaches at least 100 bar, for example at least approximately 150 to 200 bar, or when the pressure of the gas containers becomes equal to that of the main tank from which they are filled, that is to say when the pressures have balanced.

L’invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée suivante, faite à titre illustratif mais non limitatif, en référence à la figure annexée :The invention will now be better understood thanks to the following detailed description, given by way of illustration but not limitation, with reference to the appended figure:

schématise un mode de réalisation d’une installation de remplissage de récipients de gaz, à savoir des bouteilles de gaz, selon l’invention. schematizes an embodiment of an installation for filling gas containers, namely gas bottles, according to the invention.

Une solution proposée par la présente invention repose sur un remplissage des bouteilles de gaz 20 avec du GOX provenant de différents réservoirs 2, 3, 4 contenant du LOX, voire aussi du GOX mais n’utilisant pas de pompe ou compresseur/surpresseur pour conditionner le GOX dans les bouteilles de gaz 20.A solution proposed by the present invention is based on filling the gas bottles 20 with GOX coming from different tanks 2, 3, 4 containing LOX, or even GOX but not using a pump or compressor/booster to condition the GOX in gas cylinders 20.

A cette fin, l’invention propose une installation de remplissage 1 de récipients de gaz 20, à savoir bouteilles de gaz, comprenant ici plusieurs réservoir principal 2 agencés en parallèle et servant à stocker de l’oxygène sous forme liquide ou LOX dont une partie de vaporise en donnant de l’oxygène sous forme gazeuse ou GOX. Le GOX forme un ciel gazeux au-dessus du LOX contenu dans chaque réservoir principal 2.To this end, the invention proposes a filling installation 1 for gas containers 20, namely gas bottles, here comprising several main tanks 2 arranged in parallel and used to store oxygen in liquid or LOX form, part of which vaporizes giving oxygen in gaseous form or GOX. The GOX forms a gaseous sky above the LOX contained in each main tank 2.

Chaque réservoir principal 2 est associé à un réservoir secondaire 3 qui est agencé au-dessus du réservoir principal 2 et qui lui est raccordé fluidiquement de manière à alimenter par gravité le réservoir principal 2 auquel il est couplé avec du LOX, ce qui permet d’éviter l’utilisation de pompe ou compresseur/surpresseur puisque le LOX se déverse simplement par gravité dans le réservoir principal 2.Each main tank 2 is associated with a secondary tank 3 which is arranged above the main tank 2 and which is fluidly connected to it so as to feed by gravity the main tank 2 to which it is coupled with LOX, which makes it possible to avoid the use of a pump or compressor/booster since the LOX simply flows by gravity into the main tank 2.

L’arrivée du LOX fourni par chaque réservoir secondaire 3 se fait dans la partie supérieure, c'est-à-dire au niveau du « toit » ou du « haut » de chaque réservoir principal 2, c'est-à-dire dans le ciel gazeux 12 de chaque réservoir principal 2 qui surmonte le volume de LOX 13 situé en fond de réservoir.The arrival of the LOX supplied by each secondary tank 3 takes place in the upper part, that is to say at the level of the “roof” or the “top” of each main tank 2, that is to say in the gaseous sky 12 of each main tank 2 which overcomes the volume of LOX 13 located at the bottom of the tank.

Les réservoir secondaire 3 ont une taille très inférieure à celle de chaque réservoir principal 2, par exemple les réservoirs secondaires 3 peuvent avoir une contenance de plusieurs dizaines de litres (L), typiquement comprise entre 20 L et 100 L, par exemple entre 40 L et 80 L environ, alors que les réservoirs principaux 2 peuvent avoir une contenance de plusieurs centaines de litres (L), typiquement comprise entre 100 L et 500 L, par exemple entre 200 L et 400 L.The secondary tanks 3 have a size much smaller than that of each main tank 2, for example the secondary tanks 3 can have a capacity of several tens of liters (L), typically between 20 L and 100 L, for example between 40 L and approximately 80 L, while the main tanks 2 can have a capacity of several hundred liters (L), typically between 100 L and 500 L, for example between 200 L and 400 L.

Chaque réservoir principal 2 est préférentiellement non-isolé de manière à autoriser un réchauffement « naturel » du LOX et sa vaporisation en GOX de manière à engendrer une hausse de la pression du GOX contenu dans les réservoirs principaux 2, avantageusement jusqu’à plus de 150 bar, typiquement au moins 180 à 200 bar. En effet, un tel niveau de pression permet de conditionner le GOX sous pression suffisante au sein des bouteilles de gaz 20.Each main tank 2 is preferably non-insulated so as to allow “natural” heating of the LOX and its vaporization into GOX so as to generate an increase in the pressure of the GOX contained in the main tanks 2, advantageously up to more than 150 bar, typically at least 180 to 200 bar. Indeed, such a level of pressure makes it possible to condition the GOX under sufficient pressure within the gas cylinders 20.

De ce fait, les réservoirs principaux 2 doivent pouvoir résister à des pressions élevées, c'est-à-dire jusqu’à au moins 250 bar, de préférence au moins 300 bar. Ils sont par exemple formés d’une cuve ou analogue en acier, en alliage d’aluminium ou en tout autre matériau résilient qui ne se fragilise pas aux températures cryogéniques, c'est-à-dire typiquement à moins de -150°C, de préférence à moins de -180°C, typiquement moins de -190°C.Therefore, the main tanks 2 must be able to withstand high pressures, that is to say up to at least 250 bar, preferably at least 300 bar. They are for example formed of a tank or the like made of steel, aluminum alloy or any other resilient material which does not weaken at cryogenic temperatures, that is to say typically at less than -150°C, preferably less than -180°C, typically less than -190°C.

L’alimentation des réservoirs secondaires 3 avec du LOX est assurée par une (ou des) une source de LOX 4 qui est raccordée fluidiquement aux réservoirs secondaires 3 pour leur fournir du LOX. Cette source de LOX 4 peut être un réservoir de stockage de LOX de grandes capacités, par exemple d’au moins 1000 Litres, qui est préférentiellement configuré pour être approvisionné en LOX par un camion-citerne de transport de LOX ou analogue. A cette fin, la source de LOX 4 peut être équipée de moyens de raccordement permettant son raccordement fluidique à un tel camion.The supply of the secondary tanks 3 with LOX is ensured by one (or more) a source of LOX 4 which is fluidly connected to the secondary tanks 3 to supply them with LOX. This source of LOX 4 can be a large capacity LOX storage tank, for example of at least 1000 liters, which is preferably configured to be supplied with LOX by a LOX transport tanker or the like. To this end, the LOX 4 source can be equipped with connection means allowing its fluid connection to such a truck.

L’acheminement de l’oxygène entre les différents réservoirs, 2, 3, 4 est assuré par des canalisations de gaz 5, 6A, 6B servant à convoyer l’oxygène entre, d’une part, la source de LOX 4 et les réservoirs secondaires 3 et, d’autre part, entre ces derniers 3 et les réservoirs principaux 2. De même, une ligne de jonction 9 relie fluidiquement chaque réservoir principal 2 aux bouteilles à remplir 20 au moyen d’un dispositif de remplissage 8.The delivery of oxygen between the different tanks, 2, 3, 4 is ensured by gas pipes 5, 6A, 6B used to convey the oxygen between, on the one hand, the LOX source 4 and the tanks secondary 3 and, on the other hand, between the latter 3 and the main tanks 2. Likewise, a junction line 9 fluidly connects each main tank 2 to the bottles to be filled 20 by means of a filling device 8.

Des vannes intermédiaires 7 agencées sur les canalisations de gaz 5, 6A, 6B et des vannes de distribution 10 agencées sur les lignes de jonction 9 permettent de contrôler la circulation de l’oxygène dans lesdites canalisations de gaz 5, 6A, 6B et lignes de jonction 9. Ces vannes 7 sont par exemple de type tout ou rien. De préférence, elles sont pilotées par des moyens de pilotage 11, par exemple une unité de contrôle à microprocesseur ou analogue. Elles peuvent être pilotées pneumatiquement.Intermediate valves 7 arranged on the gas pipes 5, 6A, 6B and distribution valves 10 arranged on the junction lines 9 make it possible to control the circulation of oxygen in said gas pipes 5, 6A, 6B and gas lines. junction 9. These valves 7 are for example of the all or nothing type. Preferably, they are controlled by control means 11, for example a microprocessor control unit or the like. They can be piloted pneumatically.

Afin de remplir simultanément plusieurs bouteilles de gaz 20, on prévoit des dispositifs de remplissage 8, telles des rampes de remplissage à plusieurs postes, permettant de remplir un ou plusieurs récipients de gaz 20, notamment simultanément, avec du GOX provenant des réservoirs principaux 2. Les dispositifs de remplissage 8 sont alimentés par les lignes de jonction 9. Sur la , seul l’un des dispositifs de remplissage 8 a été représenté afin de ne pas surcharger inutilement la figure mais bien entendu, des dispositifs de remplissage 8 sont associés à chacun des réservoirs principaux 2.In order to simultaneously fill several gas bottles 20, filling devices 8 are provided, such as filling ramps at several stations, making it possible to fill one or more gas containers 20, in particular simultaneously, with GOX coming from the main tanks 2. The filling devices 8 are supplied by the junction lines 9. On the , only one of the filling devices 8 has been shown so as not to unnecessarily overload the figure but of course, filling devices 8 are associated with each of the main tanks 2.

Afin de contrôler l’alimentation des dispositifs de remplissage 8 en GOX, on prévoit d’agencer des vannes de distribution 10 sur les lignes de jonction 9 de sorte de contrôler la circulation de GOX dans les lignes de jonction 9 en direction des dispositifs de remplissage 8. Les vannes de distribution 10 sont par exemple des vannes de type tout ou rien. Elles sont préférentiellement commandées par les moyens de pilotage ou, selon le cas, elles peuvent être des vannes à actionnement manuel par un opérateurIn order to control the supply of GOX to the filling devices 8, it is planned to arrange distribution valves 10 on the junction lines 9 so as to control the circulation of GOX in the junction lines 9 towards the filling devices 8. The distribution valves 10 are for example all-or-nothing type valves. They are preferably controlled by the control means or, depending on the case, they can be valves manually actuated by an operator

Comme déjà expliqué, lorsque la pression s’exerçant dans un (ou plusieurs) réservoir principal 2 devient insuffisante, c'est-à-dire trop faible, pour assurer un remplissage des bouteilles d’oxygène 20, ce réservoir principal 2 doit être rempli avec du LOX. Toutefois, il n’est pas possible d’ajouter du LOX dans ce(s) réservoir principal 2 à une pression inférieure à la pression résiduelle du réservoir puisque le remplissage se fait toujours de la haute pression vers la basse pression.As already explained, when the pressure exerted in one (or more) main tank 2 becomes insufficient, that is to say too low, to ensure filling of the oxygen bottles 20, this main tank 2 must be filled with LOX. However, it is not possible to add LOX to this main tank(s) 2 at a pressure lower than the residual pressure of the tank since the filling is always done from high pressure to low pressure.

Or, pour éviter des pertes d’oxygène, on ne souhaite pas purger le réservoir principal 2. De ce fait, pour assurer le remplissage du réservoir principal 2 à remplir, on utilise le réservoir secondaire 3 additionnel qui est agencé au-dessus du réservoir principal 2 pour fournir du LOX par gravité. Le réservoir secondaire 3 est un réservoir de volume inférieur à celui du réservoir principal.However, to avoid losses of oxygen, we do not wish to purge the main tank 2. Therefore, to ensure the filling of the main tank 2 to be filled, we use the additional secondary tank 3 which is arranged above the tank main 2 to supply LOX by gravity. The secondary tank 3 is a tank with a volume lower than that of the main tank.

Le réservoir secondaire 3 est isolable du réservoir principal 2 grâce aux vannes 7 et peut donc être dépressurisé pour rendre possible son remplissage par du LOX à basse pression provenant de la source de LOX 4.The secondary tank 3 can be isolated from the main tank 2 thanks to the valves 7 and can therefore be depressurized to make it possible to fill it with low pressure LOX coming from the LOX 4 source.

Lorsque le réservoir secondaire 3 est plein, on ouvre alors une (ou des) vannes 7 pour permettre d’égaler les pressions dans les deux réservoirs 2, 3, à savoir le réservoir secondaire 3 et le réservoir principal 2. Le réservoir secondaire 3 étant placé au-dessus du réservoir principal 2, le LOX s’écoule alors simplement par gravité dans le réservoir principal 2. Une fois le transfert de LOX effectué, le réservoir secondaire 3 est immédiatement isolé et purgé. Ainsi, la quantité purgée, donc d’oxygène perdu, est limitée.When the secondary tank 3 is full, one (or more) valves 7 are then opened to allow the pressures in the two tanks 2, 3 to be equalized, namely the secondary tank 3 and the main tank 2. The secondary tank 3 being placed above the main tank 2, the LOX then simply flows by gravity into the main tank 2. Once the transfer of LOX has been carried out, the secondary tank 3 is immediately isolated and purged. Thus, the quantity purged, and therefore of oxygen lost, is limited.

Comme illustré en , afin d’assurer les transferts d’oxygène, on prévoit des canalisations de gaz 5, 6A, 6B qui comprennent ici trois tronçons principaux 5 parallèles reliés fluidiquement à la source de LOX 4, via une portion de tronçon commune 5A.As illustrated in , in order to ensure oxygen transfers, gas pipes 5, 6A, 6B are provided which here comprise three parallel main sections 5 fluidly connected to the LOX source 4, via a common section portion 5A.

Chaque tronçon principal 5 se ramifie en une première 6A et une seconde 6B branche venant se raccorder fluidiquement chacune à un réservoir secondaire 3, de préférence au niveau de la partie supérieure dudit réservoir secondaire 3, c'est-à-dire dans son ciel gazeux 12. Des vannes intermédiaires 7 sont agencées sur chacune des première 6A et la seconde 6B branche de chaque tronçon principal 5 afin d’y contrôler le flux de LOX.Each main section 5 branches into a first 6A and a second 6B branch each connecting fluidly to a secondary reservoir 3, preferably at the level of the upper part of said secondary reservoir 3, that is to say in its gaseous sky 12. Intermediate valves 7 are arranged on each of the first 6A and the second 6B branch of each main section 5 in order to control the flow of LOX.

Par ailleurs, chaque tronçon principal 5 comprend en outre une vanne intermédiaire 7 additionnelle, agencée en amont du site de ramification du tronçon principal 5 en les première et seconde branches 6A, 6B.Furthermore, each main section 5 further comprises an additional intermediate valve 7, arranged upstream of the branching site of the main section 5 in the first and second branches 6A, 6B.

Une telle installation ne requérant aucune pompe ou compresseur/surpresseur de gaz mais ayant un fonctionnement basé uniquement sur des différentiels de pression et la gravité est particulièrement bien adaptée à une mise en œuvre sur site utilisateur, par exemple sur un site hospitalier où existe un besoin de pouvoir disposer de nombreuses bouteilles d’oxygène en permanence.Such an installation requiring no pump or gas compressor/booster but having operation based solely on pressure differentials and gravity is particularly well suited to implementation on a user site, for example on a hospital site where a need exists. to be able to have numerous oxygen bottles available at all times.

Claims (10)

Installation de remplissage (1) d’un ou plusieurs récipients de gaz (20) comprenant :
  • au moins un réservoir principal (2) pour stocker de l’oxygène sous forme liquide (LOX) et/ou sous forme gazeuse (GOX),
  • au moins un réservoir secondaire (3) agencé au-dessus dudit au moins un réservoir principal (2) et raccordé fluidiquement audit au moins un réservoir principal (2) de manière à alimenter par gravité ledit au moins un réservoir principal (2) avec du LOX,
  • au moins une source de LOX (4) raccordée fluidiquement audit au moins un réservoir secondaire (3) pour fournir audit au moins un réservoir secondaire (3) du LOX,
  • une ou des canalisations de gaz (5, 6A, 6B) pour acheminer de l’oxygène entre ladite au moins une source de LOX (4) et ledit au moins un réservoir secondaire (3), et entre ledit au moins un réservoir secondaire (3) et ledit au moins un réservoir principal (2),
  • des vannes intermédiaires (7) agencées sur la ou lesdites canalisations de gaz (5, 6) pour contrôler la circulation d’oxygène dans la ou lesdites canalisations de gaz (5, 6A, 6B),
  • au moins un dispositif de remplissage (8) permettant de remplir lesdits un ou plusieurs récipients de gaz (20) avec du GOX provenant dudit au moins un réservoir principal (2),
  • au moins une ligne de jonction (9) reliant fluidiquement ledit au moins un réservoir principal (2) audit au moins un dispositif de remplissage (8), ladite au moins une ligne de jonction (9) comprenant au moins une vanne de distribution (10) pour contrôler la circulation de GOX dans ladite au moins une ligne de jonction (9), et
  • des moyens de pilotage (11) pour contrôler lesdites vannes intermédiaires (7) et/ou ladite au moins une vanne de distribution (10).
Installation for filling (1) one or more gas containers (20) comprising:
  • at least one main tank (2) for storing oxygen in liquid form (LOX) and/or in gaseous form (GOX),
  • at least one secondary tank (3) arranged above said at least one main tank (2) and fluidly connected to said at least one main tank (2) so as to feed said at least one main tank (2) by gravity with LOX,
  • at least one source of LOX (4) fluidly connected to said at least one secondary reservoir (3) to supply said at least one secondary reservoir (3) of LOX,
  • one or more gas pipes (5, 6A, 6B) for conveying oxygen between said at least one LOX source (4) and said at least one secondary tank (3), and between said at least one secondary tank ( 3) and said at least one main tank (2),
  • intermediate valves (7) arranged on said gas pipe(s) (5, 6) to control the circulation of oxygen in said gas pipe(s) (5, 6A, 6B),
  • at least one filling device (8) making it possible to fill said one or more gas containers (20) with GOX coming from said at least one main tank (2),
  • at least one junction line (9) fluidly connecting said at least one main tank (2) to said at least one filling device (8), said at least one junction line (9) comprising at least one distribution valve (10) ) to control the circulation of GOX in said at least one junction line (9), and
  • control means (11) for controlling said intermediate valves (7) and/or said at least one distribution valve (10).
Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comprend plusieurs réservoirs principaux (2) et plusieurs réservoirs secondaires (3), chaque réservoir principal (2) étant couplé fluidiquement à au moins un réservoir secondaire (3).Installation according to claim 1, characterized in that it comprises several main tanks (2) and several secondary tanks (3), each main tank (2) being fluidly coupled to at least one secondary tank (3). Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la source de LOX (4) comprend une capacité de stockage configurée pour contenir au moins 1000 Litres de LOX.Installation according to claim 1, characterized in that the LOX source (4) comprises a storage capacity configured to contain at least 1000 liters of LOX. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit au moins un dispositif de remplissage (8) comprend une rampe de remplissage configurée pour remplir simultanément plusieurs récipients de gaz (20).Installation according to claim 1, characterized in that said at least one filling device (8) comprises a filling ramp configured to simultaneously fill several gas containers (20). Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque réservoir principal (2) est couplé fluidiquement à au moins une rampe de remplissage.Installation according to claim 1, characterized in that each main tank (2) is fluidly coupled to at least one filling ramp. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les canalisations de gaz (5, 6A, 6B) comprennent au moins un tronçon principal (5) relié à la source de LOX (4), ledit au moins tronçon principal (5) se ramifiant en au moins une première (6A) et une seconde (6B) branche venant se raccorder fluidiquement à un réservoir secondaire (3), de préférence au niveau de la partie supérieure dudit réservoir secondaire (3).Installation according to claim 1, characterized in that the gas pipes (5, 6A, 6B) comprise at least one main section (5) connected to the LOX source (4), said at least main section (5) branching in at least a first (6A) and a second (6B) branch connecting fluidly to a secondary reservoir (3), preferably at the level of the upper part of said secondary reservoir (3). Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que les canalisations de gaz (5, 6A, 6B) comprennent plusieurs tronçons principaux (5) agencés en parallèle et reliés fluidiquement à la source de LOX (4), chaque tronçon principal (5) se ramifiant en lesdites première et seconde branches (6A, 6B).Installation according to claim 6, characterized in that the gas pipes (5, 6A, 6B) comprise several main sections (5) arranged in parallel and fluidly connected to the LOX source (4), each main section (5) being branching into said first and second branches (6A, 6B). Installation selon les revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que la première (6A) et la seconde (6B) branche de chaque tronçon principal (5) comprennent chacune une vanne intermédiaire (7).Installation according to claims 6 or 7, characterized in that the first (6A) and the second (6B) branch of each main section (5) each comprise an intermediate valve (7). Installation selon les revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que chaque tronçon principal (5) comprend en outre une vanne intermédiaire (7) agencée en amont de la ramification dudit tronçon principal (5) en les première et seconde branches (6A, 6B).Installation according to claims 6 or 7, characterized in that each main section (5) further comprises an intermediate valve (7) arranged upstream of the branching of said main section (5) into the first and second branches (6A, 6B) . Procédé de remplissage d’un ou plusieurs récipients de gaz (20) avec de l’oxygène, dans lequel on met en œuvre une installation selon l'une des revendications précédentes pour :
  • transférer par gravité du LOX provenant dudit au moins un réservoir secondaire (3) contenant du LOX vers ledit au moins un réservoir principal (2), ledit au moins un réservoir principal (2) contenant du LOX et du GOX,
  • fournir au moins une partie du GOX contenu dans ledit au moins un réservoir principal (2) audit au moins un dispositif de remplissage (8),et
  • remplir un ou plusieurs récipients de gaz (20) avec du GOX délivré par ledit au moins un dispositif de remplissage (8).
Method for filling one or more gas containers (20) with oxygen, in which an installation according to one of the preceding claims is implemented for:
  • transfer by gravity LOX from said at least one secondary tank (3) containing LOX to said at least one main tank (2), said at least one main tank (2) containing LOX and GOX,
  • supply at least part of the GOX contained in said at least one main tank (2) to said at least one filling device (8), and
  • filling one or more gas containers (20) with GOX delivered by said at least one filling device (8).
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