WO2004080796A2 - Adsorbeur pour la production et la fourniture d’oxygene a des passagers d’un aeronef et procede de mise en oeuvre d’un generateur d’oxygene comprenant un tel adsorbeur - Google Patents

Adsorbeur pour la production et la fourniture d’oxygene a des passagers d’un aeronef et procede de mise en oeuvre d’un generateur d’oxygene comprenant un tel adsorbeur Download PDF

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Definitions

  • Adsorber for the production and supply of oxygen to passengers of an aircraft and method for implementing an oxygen generator comprising such an adsorber.
  • the present invention relates to adsorbers for the production and supply of oxygen to passengers of an aircraft, comprising, in a cylindrical envelope and around a central gas conduit coaxial with the envelope, a mass of adsorbent adsorbent preferably nitrogen
  • On-board oxygen generators (OBOGS) of the PSA type are finding an increasingly important place in civil aircraft, especially in large aircraft.
  • OOGS On-board oxygen generators
  • the generators for transport aircraft must treat large air flows and therefore use equally large quantities of adsorbent which represent a majority fraction of the total mass. of the system.
  • the subject of the present invention is an adsorber of the above-mentioned type in which the mass of adsorbent has an average axial dimension h greater than 25 cm and an outside diameter ⁇ such that h / ⁇ is between 0.8 and 2.
  • h / ⁇ is between 0.8 and 1.5, advantageously between 0.95 and 1.2.
  • the ratio S / s between the transverse surfaces S of the mass of adsorbent and s of the central duct is between 80 and 110, advantageously between 95 and 105.
  • the adsorbent mainly contains a fine zeolite with a particle size of less than 0.8 mm, advantageously between 0.6 and 0.7 mm, typically of the LiLSX type.
  • the present invention also relates to a method of implementing an oxygen generator comprising two adsorbers as defined above operating alternately in a PSA cycle, in which the cycle time is less than 6 seconds, advantageously less than 5 seconds, the output flow of oxygen-enriched mixture (typically at a concentration greater than 80%) being approximately 300 liters per minute with an outlet pressure greater than 2 relative bars (30 psig).
  • the adsorber architecture and the implementation method according to the invention make it possible to optimize the effective passage section in the adsorbent by reducing the length of screen passed through by the gas, this optimization of the mass of adsorbent making it possible - in addition to a reduction in costs - to reduce the total number of adsorbers necessary for the production of high flow rates of mixture enriched in oxygen, which makes it possible to considerably reduce the risks of breakdown, to facilitate maintenance and housing in confined spaces of the aircraft.
  • the present invention also relates to the use of such an adsorber in an oxygen supply system to passengers of an aircraft, in particular of a large civil aircraft, and such an aircraft incorporating at least one such adsorber.
  • the single figure is a schematic view, but to scale in longitudinal section, of an embodiment of an adsorber according to the invention more particularly suitable for large civil aircraft.
  • the main constituent elements of a PSA adsorber can be recognized, namely a ferrule or peripheral casing 1 closed at its ends by flanges 2 and 3 respectively defining fluid distribution chambers 4 and 5 on the one hand and d other, axially, of a mass of adsorbent 6 disposed in the shell 1 and traversed centrally by a conduit 7 coaxial with the shell 1 and connecting the upper chamber 5 to a lower plenum 8 disposed centrally in the lower chamber 4 and communicating with an external circuit through a passage 9 formed in the lower flange 2.
  • the lower chamber 4 communicates, via at least one passage 10 also formed in the lower flange 2, with an external pipe so as to group the inlet / outlet of the adsorber at one end of the latter.
  • the adsorber is intended to be installed, typically in pairs, in a system PSA for separating oxygen from the air to supply an oxygen supply circuit to the passengers of a transport aircraft.
  • the annular mass of adsorbent 6 is typically held between a gas permeable bottom wall 11, typically made of sintered metal, and an upper porous tamping wall 12, made for example also of sintered metal or fine mesh, held in position bearing against the upper end of the mass of adsorbent 6 by friction effect lip seals 13 and 14 cooperating respectively with the internal face of the ferrule 1 and with the external surface of the central duct 7.
  • the central duct 7 has a reduced cross-section s to maintain a maximum cross-sectional area S of the adsorbent mass.
  • the height h. (axial) of the mass of adsorbent is chosen such that h / ⁇ is between 0.8 and 2, advantageously between 0.8 and 1.5 and preferably between 0.95 and 1.2, ⁇ being the inside diameter of the shell 1.
  • an adsorber is produced having a optimized mass of adsorbent reduced to around 14 kg which, for a gas outlet flow rate of 300 l / min under a maximum outlet pressure of 2 relative bars, gives in a PSA cycle of around 4.5 seconds, with two identical adsorbers operating alternately, a pure oxygen productivity reaching 8.9 l / min / kg sieve.

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Abstract

L'adsorbeur, de configuration ramassée et compacte, comporte une masse d'adsorbant avec hØ compris entre 0,8 et 2, le rapport des surfaces transversales S de la masse d'adsorbant (6) et s du conduit central (7) étant compris entre 80 et 110. Application notamment à la fourniture d'oxygène des avions civils gros porteur.

Description

Adsorbeur pour la production et la fourniture d'oxygène à des passagers d'un aéronef et procédé de mise en œuvre d'un générateur d'oxygène comprenant un tel adsorbeur.
La présente invention concerne les adsorbeurs pour la production et la fourniture d'oxygène à des passagers d'un aéronef, comprenant, dans une enveloppe cylindrique et autour d'un conduit central de gaz coaxial à l'enveloppe, une masse d'adsorbant adsorbant préférentiellement l'azote
Les générateurs d'oxygène embarqué (OBOGS) de type PSA trouvent une place de plus en plus importante dans les aéronefs civils, notamment dans les gros porteurs. Par opposition avec les générateurs d'oxygène d'avions de chasse classique, les générateurs pour avions de transport doivent traiter des débits d'air importants et donc mettre en œuvre des quantités également importantes d'adsorbant qui représentent une fraction majoritaire de la masse totale du système.
Il existe donc un besoin d'optimiser la conception des adsorbeurs pour minimiser la masse d'adsorbant, sans réduire les performances.
La présente invention a pour objet un adsorbeur du type susmentionné dans lequel la masse d'adsorbant a une dimension axiale moyenne h supérieure à 25 cm et un diamètre extérieur φ tel que h/φ est compris entre 0,8 et 2.
Selon des caractéristiques plus particulières de l'invention h/φ est compris entre 0,8 et 1 ,5, avantageusement entre 0,95 et 1 ,2.
Le rapport S/s entre les surfaces transversales S de la masse d'adsorbant et s du conduit central est compris entre 80 et 110, avantageusement entre 95 et 105.
L'adsorbant contient majoritairement une zéolithe fine de granulométrie inférieure à 0,8 mm, avantageusement comprise entre 0,6 et 0,7 mm, typiquement du type LiLSX.
La présente invention a également pour objet un procédé de mise en œuvre d'un générateur d'oxygène comprenant deux adsorbeurs tels que définis ci-dessus opérant en alternance dans un cycle PSA, dans lequel le temps de cycle est inférieur à 6 secondes, avantageusement inférieur à 5 secondes, le débit de sortie de mélange enrichi en oxygène (typiquement a une concentration supérieure à 80 %) étant d'environ 300 litres par minute avec une pression de sortie supérieure à 2 bars relatifs (30 psig).
L'architecture d'adsorbeur et le procédé de mise en œuvre selon l'invention permettent d'optimiser la section de passage efficace dans l'adsorbant en diminuant la longueur de tamis traversé par le gaz, cette optimisation de la masse d'adsorbant permettant - outre une diminution des coûts - de réduire le nombre total d'adsorbeurs nécessaires pour la production de forts débits de mélange enrichi en oxygène, ce qui permet de réduire considérablement les risques de panne, de faciliter la maintenance et la logeabilité dans les espaces confinés de l'aéronef.
La présente invention concerne également l'utilisation d'un tel adsorbeur dans un système de fourniture d'oxygène à des passagers d'un aéronef, en particulier d'un aéronef civil gros porteur, et un tel aéronef incorporant au moins un tel adsorbeur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation, donné à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec le dessin annexé sur lequels :
La figure unique est une vue schématique mais à l'échelle en coupe longitudinale d'un mode de réalisation d'un adsorbeur selon l'invention convenant plus particulièrement pour des appareils civils gros porteurs.
Sur la figure 1 , on reconnaît les éléments constitutifs principaux d'un adsorbeur PSA, à savoir une virole ou enveloppe périphérique 1 fermée à ses extrémités par des flasques 2 et 3 définissant respectivement des chambres de distribution de fluide 4 et 5 de part et d'autre, axialement, d'une masse d'adsorbant 6 disposée dans la virole 1 et traversée centralement par un conduit 7 coaxial à la virole 1 et reliant la chambre supérieure 5 à un plénum inférieur 8 disposé centralement dans la chambre inférieure 4 et communiquant avec une circuiterie extérieure par un passage 9 formé dans le flasque inférieur 2. La chambre inférieure 4 communique, via au moins un passage 10 formé également dans le flasque inférieur 2, avec une canalisation externe de façon à regrouper les entrée/sortie de l'adsorbeur à une même extrémité de ce dernier. L'adsorbeur est destiné à être installé, typiquement par paires, dans un système PSA de séparation de l'oxygène de l'air pour alimenter un circuit de fourniture d'oxygène aux passagers d'un avion transporteur.
La masse annulaire d'adsorbant 6 est typiquement maintenue entre une paroi de fond perméable aux gaz 11, réalisée typiquement en métal fritte, et une paroi tasseuse poreuse supérieure 12, réalisée par exemple également en métal fritte ou en grillage fin, maintenue en position en appui contre l'extrémité supérieure de la masse d'adsorbant 6 par des joints à lèvres à effet de friction 13 et 14 coopérant respectivement avec la face interne de la virole 1 et avec la surface externe du conduit central 7. Selon un aspect de l'invention, le conduit central 7 présente une section transversale s réduite pour conserver à la masse d'adsorbant une surface transversale S maximale. De plus, pour optimiser les pertes de charge tout en conservant une productivité en oxygène pur importante (supérieure à 7 l/mn/kg- tamis, typiquement supérieur à 8,5 l/mn/kg-tamis), la hauteur h. (axiale) de la masse d'adsorbant, c'est-à-dire la longueur traversée par le gaz, est choisie telle que h/φ est compris entre 0,8 et 2, avantageusement entre 0,8 et 1,5 et de préférence entre 0,95 et 1,2, φ étant le diamètre intérieur de la virole 1.
Dans l'exemple représenté, avec un adsorbant haute performance du type zeolithe LiLSX échangée à plus de 88% avec du lithium, telle que décrite dans le document FR-A-2 765 491, au nom de la demanderesse, et à granulométrie inférieure à 0,8 mm, typiquement entre 0,6 et 0,7 mm, avec une hauteur h d'environ 30 cm, un diamètre φ également d'environ également 30 cm, un diamètre d de 30 mm, on réalise un adsorbeur présentant une masse optimisée d'adsorbant réduite à environ 14 kg qui, pour un débit de sortie de gaz de 300 l/mn sous une pression de sortie maximum de 2 bars relatifs, donne dans un cycle PSA d'environ 4,5 secondes, avec deux adsorbeurs identiques fonctionnant en alternance, une productivité en oxygène pur atteignant 8,9 l/mn/kg-tamis.
Quoique l'invention ait été décrite avec un mode de réalisation particulier, elle ne s'en trouve pas limitée mais est susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme du métier dans le cadre des revendications ci -a près.

Claims

REVENDICATIONS
1. Adsorbeur pour la production et la fourniture d'oxygène à des passagers d'un aéronef, comprenant, dans une enveloppe cylindrique et autour d'un conduit central de gaz coaxial à l'enveloppe, une masse d'adsorbant adsorbant préférentiel lement l'azote, caractérisé en ce que la masse d'adsorbant (6) a une dimension axiale moyenne h supérieure à 25 cm et un diamètre extérieur φ tels que h/φ est compris entre 0,8 et 2.
2. Adsorbeur selon la revendiation 1 , caractérisé en ce que h/φ est compris entre 0,8 et 1 ,5.
3. Adsorbeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que h/φ est compris entre 0,95 et 1 ,2.
4. Adsorbeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport S/s entre les surfaces transversales S de la masse d'adsorbant (6) et s du conduit central (7) est compris entre 80 et 110.
5. Adsorbeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que S/s est compris entre 95 et 105.
6. Adsorbeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'adsorbant contient majoritairement une zeolithe de granulométrie inférieure à 0,8 mm.
7. Adsorbeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la zeolithe a une granulométrie entre 0,6 et 0,7 mm.
8. Adsorbeur selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que la zeolithe est échangée à plus de 88% avec du lithium.
9. Procédé de mise en œuvre d'un générateur d'oxygène comprenant deux adsorbeurs selon l'une des revendications précédentes opérant en alternance dans un cycle PSA, dans lequel le temps de cycle est inférieur à 6 secondes et le débit de sortie de gaz d'environ 300 l/mh pour une pression de sortie de gaz supérieure à 2 bar relatif.
10. Utilisation d'un adsorbeur selon l'une des revendications 1 à 8 dans un système de fourniture d'oxygène à des passagers d'un aéronef.
11. Aéronef comprenant un système de fourniture d'oxygène aux passagers incorporant au moins un adsorbeur selon l'une des revendications 1 à 8.
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