[0001] La présente invention concerne une installation et un procédé de fourniture d'hélium,
de préférence sous forme liquide ou supercritique, à plusieurs lignes de production
sur un site industriel.
[0002] Actuellement, l'hélium sous forme gazeuse est utilisé dans de nombreux secteurs différents
de l'industrie, notamment dans l'industrie électronique, pour refroidir des tranches
ou galettes de silicium, communément appelées "wafers", ou inerter les circuits imprimés,
par exemple, ou dans l'industrie du verre, par exemple pour refroidir des fibres optiques
durant leur procédé de fabrication.
[0003] Habituellement, l'hélium est d'abord livré sous forme liquide en grande quantité
à une station de transfert et de reconditionnement, dans laquelle l'hélium est vaporisé
puis comprimé, avant d'être réacheminé sur son site d'utilisation en étant conditionné
soit dans des bouteilles de gaz ou récipients analogues de tailles variables, mais
dont la contenance n'excède jamais quelques centaines de litres. Cela est d'ailleurs
rappelé dans le document US-A-5,386,707 (Col. 1, 1. 30- 35).
[0004] En outre, dans certains cas, l'hélium liquide est directement acheminé jusque sur
son site d'utilisation dans un réservoir de stockage de faible contenance, généralement
dans un réservoir ayant un volume inférieur à 3000 litres, où il peut être stocké
avant d'être envoyé sous forme gazeuse vers un site d'utilisation.
[0005] Dans ce cas, lorsque le site d'utilisation comporte plusieurs lignes de production
utilisant chacune de grandes quantités d'hélium gazeux, les quantités utilisées étant
variables d'une ligne à l'autre, il est indispensable de prévoir autant de réservoirs
d'hélium gazeux que de lignes de production, c'est-à-dire que chaque ligne de production
doit être reliée, par l'intermédiaire d'une canalisation individuelle à un réservoir
d'hélium qui lui est propre, par exemple des bouteilles d'hélium, de manière à ce
que chacune desdites lignes de production puisse être alimentée indépendamment des
autres en fonction des besoins en hélium de la ligne considérée.
[0006] De tels dispositifs sont notamment décrits dans les documents US-A-5386707, US-A-4607490,
US-A-4766731, US-A-3415069, US-A-4972677, US-A-4444572 et JP-A-6241654.
[0007] Or, ces types d'installations connues présentent plusieurs inconvénients, à savoir:
- le fait de devoir procéder à un reconditionnement de l'hélium liquide sous forme d'hélium
gazeux dans une station de transfert engendre une augmentation considérable des coûts
de transport et de conditionnement du fluide;
- lorsque l'hélium liquide est livré sous forme de récipients pressurisés sur le site
d'utilisation, il est nécessaire de procéder à un remplacement d'autant plus fréquent
desdits récipients que la quantité d'hélium qu'ils contiennent est faible;
- lorsque l'on relie chaque ligne de production à son propre réservoir d'hélium, on
augmente considérablement la complexité de l'installation de par une multiplication
du nombre d'équipement et donc, là encore, du coût global du procédé de fabrication
subséquent.
[0008] Le but de la présente invention est donc de pallier les inconvénients précités en
proposant un procédé et une installation de fourniture d'hélium pouvant être mise
en oeuvre directement sur un site de production comprenant plusieurs lignes ou unités
de fabrication, fonctionnant indépendamment les unes des autres.
[0009] Un autre but de la présente invention est aussi de permettre d'alimenter en hélium
gazeux plusieurs lignes de production consommant des quantités variables d'hélium
gazeux, d'une ligne à l'autre, de manière souple, c'est-à-dire en fonction des besoins
propres de chacunes desdites lignes et donc indépendamment des variations de consommations
desdites lignes, les unes par rapport aux autres.
[0010] La présente invention concerne alors une installation de fourniture d'hélium à plusieurs
lignes de production comprenant :
- une source d'hélium ayant un volume interne d'au moins 7000 litres,
- un réseau de plusieurs canalisations secondaires alimentant chacune au moins une ligne
de production utilisant de l'hélium gazeux,
- une canalisation principale d'acheminement d'hélium relié, en amont, à ladite source
d'hélium et, en aval, audit réseau de canalisations secondaires alimentant lesdites
lignes de production, chaque ligne de production étant alimentée avec de l'hélium
issu de la source d'hélium ayant un volume interne, c'est-à-dire une contenance supérieure
à 7000 litres.
[0011] De préférence, l'installation selon l'invention comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques
suivantes:
- la source d'hélium a un volume interne d'au moins 8 000 litres, de préférence d'au
moins 15000 litres, de préférence encore d'au moins 20000 litres, préférentiellement
encore d'au moins 40000 à 50000 litres;
- la source d'hélium est mobile, tel un camion citerne ou un wagon citerne, ou fixe,
telle une cuve de stockage ou une capacité tampon;
- la canalisation principale est reliée, en outre, à au moins un dispositif choisi dans
le groupe formé par un échangeur thermique, une capacité tampon, des moyens de purification
d'hélium et/ou des moyens de compression.
- elle comporte, en outre, des moyens de contrôle du débit et/ou de la pression d'hélium
gazeux dans canalisation principale et/ou dans chacune des canalisations secondaires
du réseau;
- lesdites lignes de production sont choisies dans le groupe formé par :
. des lignes de remplissage de bouteilles de gaz de plongée,
. des lignes d'alimentation des poches à gaz ou enveloppes de gaz présentes dans un
ballon dirigeable, lesdites lignes d'alimentation étant alors des ramifications de
la canalisation principale de gaz parcourant le ballon dirigeable. En d'autres termes,
la canalisation principale et les lignes d'alimentation sont alors directement amenagées
à l'intérieur du ballon dirigeable,
. des lignes de remplissage de récipients de gonflage de coussins de sécurité (AIRBAGS),
. des lignes de fabrication de produits électroniques comprenant au moins un site
de refroidissement de "wafers" ou de circuits imprimés, le refroidissement étant réalisé
à l'aide d'hélium gazeux,
. des lignes de fabrication de fibres optiques, ou
. des lignes de trempe à l'hélium de pièces métalliques.
- lesdites lignes de production sont reliées, indépendamment les unes des autres, à
ladite canalisation principale par l'intermédiaire dudit réseau,
- l'hélium soutiré de ladite source d'hélium est sous forme gazeuse, liquide ou supercritique,
de préférence sous forme liquide ou supercritique.
[0012] L'invention concerne également un procédé de fourniture d'hélium à plusieurs lignes
de production, dans lequel :
- on alimente une canalisation principale avec de l'hélium soutiré d'une source d'hélium
ayant un volume interne d'au moins 7 000 litres, de préférence d'au moins environ
10 000 litres,
- on achemine ledit hélium dans ladite canalisation principale jusqu'à un réseau de
plusieurs canalisations secondaires alimentant chacune au moins une ligne de production
utilisant de l'hélium gazeux,
- on alimente chacune desdites lignes de production avec de l'hélium sous forme gazeuse
provenant de la source d'hélium.
[0013] De préférence le procédé de l'invention comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques
suivantes:
- l'hélium est soutiré de la source d'hélium sous forme liquide ou supercritique et
est soumis, après soutirage, à au moins une étape de vaporisation, de manière à obtenir
de l'hélium gazeux,
- on ajuste la pression et/ou le débit d'hélium dans la canalisation principale en fonction
de la somme des pressions et/ou des débits d'hélium gazeux dans chacune desdites canalisations
secondaires.
[0014] La présente invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide des figures
ci-annexées données à titre illustratif mais non limitatif.
[0015] La figure 1 représente un schéma général d'une installation 1 de fourniture d'hélium
selon la présente invention.
[0016] Ainsi que représenté sur la figure 1, l'installation 1 de fourniture d'hélium comprend
une source 2 d'hélium, par exemple un réservoir de stockage, ayant un volume interne
d'au moins 7 000 litres, par exemple d'environ 10000 litres, laquelle source 2 d'hélium
est reliée, via une canalisation principale 3, 3a, 3b d'acheminement d'hélium, à un
réseau 4 de plusieurs canalisations secondaires 4a, 4b, 4c, alimentant chacune une
ligne de production 5a, 5b, 5c, en hélium gazeux.
[0017] Selon le cas, l'hélium peut être soutiré du réservoir 2 de stockage sous forme liquide,
par le biais des moyens de soutirage 3, puis subséquemment vaporisé dans l'échangeur
thermique 7, soit soutiré directement sous forme gazeuse via les moyens de soutirage
3b. De préférence, l'hélium est soutiré sous forme liquide ou supercritique.
[0018] Afin d'obtenir une pression suffisante en hélium dans la canalisation 3, on peut
agencer sur celle-ci des moyens de compression 10, tel un compresseur à piston ou
membranes.
[0019] En outre, lorsque l'hélium distribué aux différentes lignes de production 5a à 5c
doit avoir une teneur en impuretés inférieure à un certain seuil, il est également
possible d'agencer sur la canalisation 3 des moyens de purification 9 d'hélium, par
exemple un filtre ou un adsorbant.
[0020] Par ailleurs, il est aussi possible d'installer une capacité tampon 8 sur la canalisation
principale 3.
[0021] Selon le cas, la source 2 d'hélium peut être une source fixe d'hélium, tel un réservoir
de stockage ainsi que représenté sur la figure 1, soit une source mobile, par exemple
un camion d'approvisionnement en hélium, ainsi que schématisé sur la figure 2, laquelle
figure 2 est, par ailleurs, sensiblement identique à la figure 1.
[0022] Les figures 3 à 6 représentent, quant à elles, plusieurs applications possibles de
l'installation de fourniture d'hélium selon la présente invention.
[0023] Plus précisément, la figure 3 schématise l'application de l'installation 1 de fourniture
d'hélium décrite ci-dessus au remplissage de bouteilles 13 de gaz de plongée.
[0024] Ainsi, la figure 3 reprend la même architecture que celle des figures 1 et 2, mais
comprend, en plus, un dispositif de mélange et homogénéisation 12 agencé sur la canalisation
principale 3, destiné à obtenir un mélange homogène d'hélium gazeux et d'un ou plusieurs
autres gaz issus d'une source secondaire 11 de gaz, pour obtenir un mélange gazeux
respiratoire pouvant être utilisé en tant que gaz respiratoire pour bouteille de plongée
13.
[0025] Le mélange gazeux de plongée contenant de l'hélium est ensuite acheminé vers un réseau
4 de plusieurs canalisation secondaire 4a à 4c alimentant chacune des lignes 5a à
5c de remplissage de bouteille 13 de gaz de plongée.
[0026] La figure 4 schématise, quant à elle, la mise en oeuvre d'une installation selon
l'invention sur un site de fabrication de matériaux électronique. Comme dans les cas
précédent, l'hélium est acheminé via une canalisation 3 jusqu'à un réseau 4 comprenant
plusieurs lignes de production 5a et 5b, telles des lignes de refroidissement de "wafers"
ou de circuits imprimés.
[0027] Dans ce cas, le dispositif comprend également des moyens de récupération et de recyclage
14 de l'hélium gazeux utilisé, lequel hélium est récupéré puis éventuellement purifié
au sein d'une unité 9' de prépurification de gaz recyclé avant d'être renvoyé vers
la canalisation principale 3, en amont des moyens de purification 9 où l'hélium prépurifié
ainsi recyclé subit une purification suffisante pour lui permettre d'être à nouveau
renvoyé vers les lignes de production 5a et 5b.
[0028] Cependant, lorsque l'hélium utilisé et récupéré par les moyens de recyclage 14 contient
une teneur en impuretés inférieure à un seuil prédéterminé, il n'est pas forcément
nécessaire de lui faire subir cette pré purification et il peut alors être renvoyé
vers la ligne 3 par l'intermédiaire du bipasse 9".
[0029] La figure 5 représente, quant à elle, un schéma d'une installation selon l'invention
appliquée à la fourniture d'hélium à des lignes de fabrication 5a à 5c de fibres optiques
17, où l'hélium est utilisé pour refroidir lesdites fibres 17 lors de leurs passages
dans les enceintes 16 de refroidissement.
[0030] L'hélium gazeux peut, là encore, être récupéré à la sortie desdites enceintes 16
de refroidissement, évacué via des canalisations 21 jusqu'à des moyens de refroidissement
15, puis envoyé soit directement vers la canalisation principale 3 par l'intermédiaire
du bipasse 19, soit subir une prépurification au sein des moyens de prépurification
18 installés sur la canalisation 20.
[0031] La figure 6 représente l'application de l'installation de fourniture d'hélium de
l'invention à une unité de fabrication de récipients 25 de gonflage de coussins de
sécurité ou AIRBAG™.
[0032] Dans ce cas, un camion citerne 2 d'une contenance d'au moins 20000 litres approvisionne
directement, en hélium liquide, le site de production desdits récipients 25 pour coussins
de sécurité. L'hélium sous forme liquide, soutiré de la source 2, est vaporisé dans
le réchauffeur 7, subit ensuite, si nécessaire et de manière optionnelle, une dilution
12 avec un ou plusieurs autres gaz émanant d'une source de gaz secondaire 11, une
compression 10, avant d'être envoyé vers le réseau 4 de canalisations secondaires
4a, 4b, puis d'être finalement introduit dans les récipients 25 pour coussins de sécurité.
[0033] L'installation et le procédé selon l'invention présentent plusieurs avantages, à
savoir notamment qu'ils permettent un acheminement d'hélium directement sur le site
d'utilisation dudit hélium, ledit hélium étant acheminé sous forme liquide dans des
containers de très grandes dimensions, en général de plus de 7000 litres, sans avoir
à subir obligatoirement de transfert, c'est-à-dire de reconditionnement, entre leurs
sites de liquéfaction initiales ou de production et leurs sites d'utilisation.
[0034] En outre, comme on peut le voir sur les figures précédentes, la vaporisation de l'hélium
liquide sous forme d'hélium gazeux peut être réalisée directement sur le site d'utilisation
et l'hélium peut, ensuite, subir éventuellement une purification avant d'être envoyé
vers les lignes de production où il sera utilisé.
[0035] En général, il convient de respecter à l'intérieur de la canalisation principale
3, un débit minimum d'au moins 2 m
3/h et/ou une pression de 10
5 Pa à 4.10
7 Pa.
[0036] Après utilisation, l'hélium gazeux peut être éventuellement récupéré et recyclé,
en subissant ou non une prépurification se réutilisation subséquente.
[0037] En outre, chacune des lignes secondaires 4a à 4c du réseau secondaire de canalisation
n'est reliée qu'à une source unique 2 d'hélium, toute en étant indépendante l'une
de l'autre.
[0038] En d'autres termes, le procédé et l'installation selon la présente invention permettent
d'obtenir une très grande flexibilité des différentes lignes de production du procédé
utilisant ledit hélium, c'est-à-dire que bien que chaque ligne soit alimentée par
la même source 2 d'hélium, chacune desdites lignes de production peut obtenir, à tout
moment la quantité d'hélium gazeux nécessaire à son bon fonctionnement.
1. Installation (1) de fourniture d'hélium à plusieurs lignes (5a, 5b, 5c) de production
comprenant :
- une source (2) d'hélium ayant un volume interne d'au moins 7 000 litres,
- un réseau (4) de plusieurs canalisations secondaires (4a, 4b, 4c) alimentant chacune
au moins une ligne de production (5a, 5b, 5c) utilisant de l'hélium gazeux,
- une canalisation principale (3, 3a, 3b) d'acheminement d'hélium relié, en amont,
à ladite source (2) d'hélium et, en aval, audit réseau (4) de canalisations secondaires
(4a, 4b, 4c) alimentant lesdites lignes de production (5a, 5b, 5c), chaque ligne de
production (5a, 5b, 5c) étant alimentée avec de l'hélium issu de la source d'hélium
(2) ayant un volume interne d'au moins 7000 litres.
2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la source (2) d'hélium
a un volume interne d'au moins 8000 litres, de préférence d'au moins 20000 litres,
préférentiellement encore d'au moins 40000 litres.
3. Installation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la source
(2) d'hélium est mobile ou fixe.
4. Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la canalisation
(3, 3a, 3b) principale est reliée, en outre, à au moins un dispositif choisi dans
le groupe formé par :
- un échangeur thermique (7),
- une capacité tampon (8),
- des moyens de purification d'hélium (9), et
- des moyens de compression (10).
5. Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte,
en outre, des moyens de contrôle du débit et/ou de la pression d'hélium gazeux dans
canalisation principale (3, 3a, 3b) et/ou dans chacune des canalisations secondaires
(4a, 4b, 4c) du réseau (4).
6. Installation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que lesdites
lignes de production (5a, 5b, 5c) sont choisies dans le groupe formé par :
- des lignes de remplissage de bouteilles (13) de gaz de plongée,
- des lignes de remplissage d'enveloppes gazeuses pour ballon dirigeable,
- des lignes de remplissage de récipients (25) de gonflage de coussins de sécurité
(airbags),
- des lignes de trempe à l'hélium de pièces métalliques,
- des lignes de fabrication de produits électroniques comprenant au moins un site
de refroidissement de "wafers" ou de circuits imprimés, et
- des lignes de fabrication de fibres optiques (17).
7. Installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que lesdites
lignes de production (5a, 5b, 5c) sont reliées, indépendamment les unes des autres,
à ladite canalisation principale (3, 3a, 3b) par l'intermédiaire dudit réseau (4).
8. Installation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'hélium
soutiré de ladite source (2) d'hélium est, en sortie de ladite source (2), sous forme
liquide ou supercritique.
9. Procédé de fourniture d'hélium à plusieurs lignes (5a, 5b, 5c) de production, dans
lequel :
- on alimente une canalisation principale (3, 3a, 3b) avec de l'hélium soutiré d'une
source (2) d'hélium ayant une contenance supérieure à 7000 litres,
- on achemine ledit hélium dans ladite canalisation principale (3, 3a, 3b) jusqu'à
un réseau de plusieurs canalisations secondaires (4a, 4b, 4c) alimentant chacune au
moins une ligne de production (5a, 5b, 5c) utilisant de l'hélium gazeux,
- on alimente chacune desdites lignes de production (5a, 5b, 5c) avec de l'hélium
sous forme gazeuse provenant de la source (2) d'hélium.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'hélium est soutiré de la
source (2) d'hélium sous forme liquide ou supercritique et est soumis, après soutirage,
à au moins une étape de vaporisation, de manière à obtenir de l'hélium gazeux.
11. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce qu'on ajuste la
pression et/ou le débit d'hélium dans la canalisation principale (3) en fonction de
la somme des pressions et/ou des débits d'hélium gazeux dans chacune desdites canalisations
secondaires (4a, 4b, 4c).