Brevet FR2001244A1 — publié le 19690926

Dans les appareils destinés à 1*épuration des carburants utilisés, par exemple, dans 1*aviation, il est de la plus grande importance que le filtrage et la déshydratation soient efficaces pour éviter une détérioration des pièces mécaniques 5 du propulseur, entraînant un mauvais fonctionnement ou une défaillance de celui-cio Une combustion incomplète, une corrosion et un calaminage ont souvent pour cause une présence de boues et d'eau dans le carburant* Spécifiquement, un appareil destiné à lfépuration 10 des carburants comporte deux étages, le premier qui assure 1e. recueil des impuretés et le filtrage et le second qui sépare l'eau du carburant*. Dans cet appareil, l'ensemble de filtrage à coalescence et l'élément de séparation sont disposés verticalement ou horizontalement, à l'intérieur d'une cuve» Le fluide à épurer 15 est obligé de passer à travers l'élément collecteur-filtre qui retient les impuretés et provoque la coalescence de l'eau contenue dans le carburant, le fluide pénètre ensuite dans l'élément de séparation qui est perméable au fluide & traiter mais pratiquement imperméable à l'eau et qui s'oppose au passage de celle-cio 20 L'eau libre en gouttes s'écoule, par gravité, vers le fond de la cuve d'où elle est évacuée par un moyen approprié. Les dimensions de l'appareil doivent être adaptées au débit du fluide à traiter. Pour séparer l'eau des hydrocarbures liquides, il faut tenir compte du rapport entre la surface de la paroi du 25 séparateur imperméable à l'eau et la vitesse d'écoulement du liquide à traiter qui la traverse» Si la vitesse de passage du liquide dépasse d'une certaine valeur pour un appareil déterminé, la pression du liquide sur les gouttes d'eau déjà séparées par la paroi filtrante peut obliger l'eau à traverser cette paroi. 30 II faut donc disposer des surfaces suffisamment importantes pour les parois du séparateur pour un débit de liquide à traiter donné*, En fonction de la capacité de l'épuration, la cuve doit avoir un certain nombre de centimètres carrés de surface de séparation ainsi qu'un certain nombre d'éléments de filtration 35 par coalescenceo Moins, il y a de séparateurs, plus l'ensemble sera réduit en volume. On sait que les surfaces peuvent être augmentées si l'on utilise des surfaces filtrantes plissées et disposées en cylindreo Toutefois les éléments de séparation plissés ne donnent pas de bons résultats si l'on veut diminuer le rapport du 69 02211 2 2001244 nombre des éléments séparateurs d'eau et du nombre des éléments filtrants, ceci est dû en grande partie au fait que la perte de charge du liquide est inégale sur la longueur de l'élément séparateur et que, dans les zones de passage à grande vitesse, 5 de l'eau traverse la paroi et ce procédé donne de mauvais résultats o On a constaté_ qu'en employant dans les filtres séparateurs des parois filtrantes classiques très poreuses, la vitesse de passage à travers les parois était très élevée au. 10 voisinage de l'orifice de sortie. Dans ces zones de grande vitesse, une perte de charge se crée qui est supérieure à la perte de charge maximum admissible et qu'il se produit un passage d'eau à travers l'élément séparateur. Le procédé classique utilisé pour surmonter cette difficulté consiste à accumuler suffisamment 15 de matière filtrante pour réduire la vitesse du fluide et la ramener sur toute la surface extérieure des éléments à une limite acceptable qui permet de retenir la totalité de l'eau» Evidteroant, les séparations que l'on ajoute obligent à augmenter les dimensions de la cuve. 20 Dans les tentatives antérieures de réalisation &®un étage de séparation efficace, les appareils utilisaient les principe du contrôle des pertes de charge, ou plus précisément., an agissait sur la vitesse du liquide à travers le second étage, c'est-à-dire celui de séparation* Pratiquement, un élément poreux 25 secondaire ou interne est placé en aval de la paroi du séparateur et doit également être traversé par le liquide» Cet élément secondaire a une résistance au pas s agis du liquide plus grande à son extrémité proche de l'orifice de; sortie du séparateur*. La résistance la plus faible se situe & som 30 extrémité la plus éloignée de l'orifice de sortie du sépara-frascr» Par un contrôle minutieux de la porosité de l'élément internse, qui est en général cylindrique, il est possible d'agir sur la vitesse du fluide à travers la paroi poreuse devant retenir l'eau de telle manière qu'elle soit uniforme d'une extrémité du sépara-35 teur à l'autre. Par parenthèse, il est évident que la plus grande partie du fluide cherche à traverser l'élément séparateur à son extrémité la plus proche de l'orifice de sortie, et si la paroi du séparateur est par nature d'une faible résistance au fluide, 69 02211 3 2001244 il en résulte une très grande vitesse de passage, inversement, la vitesse est faible dans la partie la plus éloignée de l'orifice de sortie. Cet inconvénient devient de plus en plus gênant au fur et à mesure que l'on augmente la longueur de l'élément» 5 Ceci est dû au fait que la partie du liquide qui traverse la paroi poreuse à proximité de l'orifice de sortie n'a pas à s'écouler à travers le tube central de l'élément séparateur6 De même, la partie du liquide qui entre dans l'élément à l'opposé de l'orifice de sortie doit s'écouler à travers toute la longueur 10 du tube central et est soumise à une résistance plus grande, son trajet étant plus long. Il est clair que sans une disposition particulière destinée à uniformiser les.vitesses de passage à travers les parois, une grande partie de la matière destinée à retenir l'eau 15 doit être utilisée pour qu'en n'importe quel point de la paroi la vitesse de passage soit toujours inférieure à celle qui permettrait un fractionnement des gouttes d'eau et leur entraînement à travers le séparateur. Un des buts de la présente invention est l'amélioration 20 des possibilités de séparation d'un filtre séparateur, obtenue en supprimant le second élément et en employant une barrière pour l'eau offrant une résistance élevée au passage du liquide à l'une de ses extrémités et une résistance plus faible à l'autre. Ce résultat est atteint par une disposition permettant une 25 répartition pratiquement uniforme de l'écoulement du fluide traité sur toute la surface de la paroi poreuse, afin que la perte de charge à travers la paroi soit toujours inférieure au niveau qui provoque une expulsion de l'eau. La présente invention a pour objet un filtre séparateur 30 destiné à éliminer les impuretés dans des liquides contenant de l'eau. Cet appareil comprend une cuve munie d'un orifice d'entrée et d'un orifice d'évacuation, d'un étage de filtration et de coalescence en communication avec l'orifice d'entrée et l'intérieur de la cuve, et un étage de séparation en communication avec 35 l'intérieur de la cuve et l'orifice d'évacuation. L'étage de séparation comporte au moins un élément séparateur consistant en un cylindre creux en tissu dont les fils de chaîne sont réunis à une extrémité et sonbgraduellement 69 02211 4 2001244 espacés au fur et à mesure que l'on s'approche de l'autre extrémité, et les fils de trame sont régulièrement espacés, ainsi, 1*écoulement du liquide à travers cette paroi poreuse s'effectue régulièrement sur toute la longueur de 1'élémento 5 Les dessins annexés représentent une forme non limitative de l'invention. La figure 1 est une coupe en élévation d'un filtre séparateur comportant les dispositifs faisant l'objet de l'invention., La figure 2 est une coupe de l'appareil par le plan 2-2. 10 La figure 3 est une vue en élévation en coupe partielle de 1*élément séparateur» La figure 4 représente en coupe une autre forme de réalisation de 1*élément séparateur. L'appareil se compose d'une cuve cylindrique 10 verticale 15 munie de tubulures d'entrée 12 et de sortie 14 disposées à la partie inférieure„ La partie supérieure du cylindre est fermée par un couvercle 16 maintenu en position fermée par des boulons basculants articulés 18. Lorsque ces boulons sont desserrés et basculés, le couvercle 16 peut être soulevé et dégagé latéralement 20 par un élévateur 20 pour permettre l'accès à l'intérieur de la cuve. Dans la partie inférieure de celle-ci, un collecteur 22 est en communication avec la tubulure d'entrée 12 et est muni d'un certain nombre de raccords filetés 24 destinés à recevoir les embases taraudées des cartouches de filtration et de coalesaàKB 26. 25 La tubulure de sortie 14 est prolongée par une pipe 28 fixée sur le collecteur 22. Un élément séparateur 30 cylindrique communique avec la pipe 28 sur laquelle il sst fixé par un tirant 32 qui passe à travers une barrette solidaire de la portée supérieure de la pipe 28 ? traverse l'élément séparateur sur sa longueur et 30 maintient par un écrou 36 un bouchon 38 muni d'un joint d'étanchéité qui vient obturer la partie supérieure de l'élément 30, De même l'étanchéité de la partie inférieure est obtenue par un joint reposant sur la surface supérieure de la pipe 28. La cuve repose sur des pieds 40 fixés à l'extérieur de 35 celle-cio Les cartouches de filtrage et de coalescence sont constituées classiquement par des cylindres de fibre de verre, liées par une résine et munies d'un bouchon en plastique à la partie 69 02211 5 2001244 supérieure*, la partie inférieure comporte un bouchon creux taraudé. Les cartouches 26 sont spécialement réalisées en vue d'un écoulement du fluide à traiter, de l'intérieur vers l'extérieure 5 L'élément séparateur 30 est spécifiquement composé d'un manchon extérieur 42 en matière tissée sous forme de filet» Concentriquement et à faible distance, se trouve un second manchon identique 44, mais avec des mailles notablement plus grandes que celles du manchon 42. Le manchon 44 est destiné à supporter 10 le manchon 42 et à éviter sa déformation» Un tube en métal perforé 46, garniede trous sur toute sa surface est monté concentriquement et à une certaine distance à l'intérieur du manchon 44® Les deux extrémités de cet ensemble sont pourvues de couvercles annulaires 50, 52 sur lesquels sont fixés par leurs 15 extrémités respectives les manchons 50 et 52 et le tube central 46. Les faces externes de ces couvercles sont pourvues de joints d'étanchéité annulaires. Le manchon 42 est constitué par un grillage métallique dont les fils sont revêtus d'une substance hydrofuge afin de 20 réaliser une barrière pour l'eau» Il a été constaté que3 le produit connu sous le nom commercial de Téflon possède les propriétés requises. Toutefois, d'autres matières convenables peuvent être utilisées. Bien entendu, des fils d'une matière hydrofuge peuvent être utilisés 25 avec succès pour la fabrication du manchon 42/ Les fils de châîne du manchon 42 sont réunis à la partie inférieure du séparateur 30 avoisinant la pipe 28 et graduellement espacés sur toute la longueur du séparateur 30. Les fils de trame ont un espacement constant. 30 Avec cette disposition, la résistance à l'écoulement du fluide dans le séparateur est plus grande à la partie inférieure avoisinant l'orifice de sortie 14 qu'à l'extrémité opposée. Le fonctionnement est le suivant : le liquide à traiter est introduit dans l'appareil par l'orifice d'admission 12. 35 Ce liquide, qui est spécifiquement une émulsion d'hydrocarbure liqàide et d'eau, passe dans le collecteur 12 et arrive à l'intérieur des cartouches de filtrage et de coalescence 26. Le liquide s'écoule de l'intérieur versll*extérieur à travers la paroi 69 02211 6 2001244 fibreuse de la cartouche 26 qui retient les impuretés, l'émulsion est détruite et l'eau se retrouve en fines gouttelettes qui se forment à l'extérieur de l'élément de coalescence® La taille des gouttelettes augmente et quand les gouttes ont atteint un certain 5 poids, elles tombent par gravité dans le fond de la cuve 10, d'où elles sont évacuées par une soupape de décharge non représentée® Après son passage dans les cartouches 26, le liquide passe dans la cuve 10 et de là dans l'élément de séparation 30o Le man= chon tissé 42 étant perméable aux hydrocarbures, mais imperméable 10 à l'eau, autorisera le passage du liquide épuré et déshydraté à travers les mailles du manchon 42 et s'opposera, au passage des gouttelettes d'eau qui ne sont pas tombéés au fond de la cuve 10 et sont véhiculées vers l'élément séparateur 30 par le liquide à traiter® Le liquide épuré et déshydraté traverse 15 alors . l'écran 44 et les trous 40 du tube 46 et de là, s'écoule à travers la pipe 2B vers la tubulure de sortie 14. La pratique montre que, avec un manchon 42 dont la densité des mailles est la même sur toute la surface, la répartition est irrégulière sur la hauteur du séparateur et que la vitesse -20 d'écoulement est très élevée au voisinage de l'orifice de sortie, par rapport à la vitesse d'écoulement dans la partie opposée. De ce fait, en raison des différences de vitesses de passage, la perte de charge à travers le séparateur 30 varie sur la longueur de l'élément et, vers l'orifice de sortie est supérieure, au 25 maximum admissible® Dans ces conditions, l'eau qui s'est déposée vers le bas de l'élément 30 traverse l'écran 42 et se retrouve mélangée au liquide à traiter et l'appareil est inefficace. On a constaté qu'en freinant l'écoulement du liquide à traiter à travers le séparateur 30, pour égaliser les flux, la perte de 30 charge sur toute la longueur de l'élément pouvait être égalisée, ce qui permet d'éviter le passage de l'eau à travers les parois du séparateur et de disposer d'un appareil efficace et sûr. On peut constater que, la porosité variable réalisée par des mailles de surface variable dans le manchon 42 a effectivement pour résul-35 tat une uniformisation des vitesses de passage du liquide traversant l'intérieur du tube 46. Dans cette réalisation, le manchon cylindrique 42 a une forme offrant une très faible résistance mécanique,- on peut estimer 69 02211 7 2001244 que les caractéristiques du séparateur 30 seraient améliorées en réalisant le manchon 42 avec des plis en étoile pour augmenter la surface de la paroi de séparations La figure 4 montre une autre forme de réalisation dans laquelle le manchon 42* en toile 5 métallique et le manchon de renforcement 44' sont pliés pour augmenter la surface de la paroi hydrofuge. Le tube central 46* conserve sa forme cylindrique. Avec ce principe consistant à utiliser des parois hydro-fuges avec une résistance variable d'une extrémité à l'autre de 10 l'élément, on peut également utiliser une série de bandes de barrière hydrofuge de résistance au passage du liquide différentes, la bande ayant la plus grande résistance étant disposée vers l'orifice de sortie et la bande ayant la moindre résistance disposée à l'autre extrémité,* 15 A titre d'exemple, on peut constater que les performances d'un filtre séparateur peuvent être améliorées par l'adjonction de séparateurs en couronne de résistances au passage décroissantes empilés les uns sur les autres. Un filtre séparateur vertical classique de 2300 litres-minute voit sa capacité augmen-20 ter jusqu'à environ 2500 litres-minute simplement en utilisant des empilés de résistance décroissante comme il est dit ci-dessus. On conçoit également qu'un séparateur utilisable intégralement sur toute sa longueur puisse être réalisé au moyen de deux ou plusieurs bandes de calibres différents de matériau 25 hydrofuge soudées ensemble. On peut utiliser des tissus autres que ceux à mailles carrées employés couramment pour la fabrication des éléments de séparateurs. Par exemple, vin tissu croisé à 60 mailles de 0,250 a une résistance environ deux fois supérieure à celle d'une toile 30 classique tissée à mailles carrées de 0,074» Il est possible d'accroître la résistance à l'écoulement d'un facteur de 2 par l'emploi d'un tissage dit "hollandais" à mailles croisées d'environ 0,59 x 0,100, le même résultat est obtenu avec des mailles croisées de 0,3 x 0,047. Il est donc possible, en choisissant des 35 toiles avec des mailles de calibres et de tissages différents, d'agir sur les pertes de charge dans une gamme de 10 à 1, sans " avoir recours aux toiles d'un prix très élevé utilisées par l'aviation. 69 02211 2001244 Dans la gamme de viscosités des carburants pour réacteurs, il y a peu d'avantages à utiliser des toiles à maille de 0,037 au lieu de toiles à maille de 0,149 car les pertes de charge, res-■ pectives sont pratiquement identiques» D'autre part, il est possi-5 ble de modifier la résistance à l'écoulement d'une toile à maille carrée, par un calandrage qui réduit la dimension des ouvertures. On peut également utiliser pour la paroi du séparateur une toile avec des mailles de dimensions uniformes et par un calandrage variable, dans le sens de la longueur de l'élément, on peut 10 obtenir une résistance à l'écoulement plus grande à l'une des extrémitéss Ceci peut également être obtenu par un revêtement de la toile pour réduire la porosité à une extrémité. Il est clair que cette invention est particulièrement 15 intéressante car elle permet d'utiliser à d'autres fins le volume interne du.séparateur par exemple, dans certains séparateurs classiques, on a disposé des dispositifs de contrôle à l'intérieur du séparateur, mais, étant donné la présence du régulateur d'écoulement interne, classique, la place disponible est très réduite. 20 Un autre avantage de cette invention est que tout le volume interne du séparateur est disponible et que les dispositifs de régulation peuvent aisément y trouver place. En pratique, chacun des éléments séparateurs reçoit un de ces dispositifs qui se présente sous forme plissée. 69 02211 9 2001244 REVENDICATIONS 1> Appareil pour le filtrage et la séparation des substances contaminant un fluide, comportant une cuve munie d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie, un étage de filtrage et de coalescence entre l'orifice d'entrée et l'intérieur de la cuve 5 et un étage de séparation entre l'intérieur de la cuve et l'orifice de sortie, l'étage de séparation est caractérisé en ce qu'il comporte un élément cylindrique creux à paroi poreuse destiné à empêcher le passage de l'eau tout en permettant le passage des hydrocarbures liquides, la porosité de la paroi étant variable 10 d'une extrémité à l'autre, la porosité la plus faible étant au voisinage de l'orifice de-sortie auquel est fixé le séparateur,, 2. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que la paroi poreuse du séparateur est constituée par un tissu à mailles. 15 3. Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce que le tissu est revêtu d'une matière hydrofuge. 4» Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'enduit du tissu est une résine fluorocarbonée. 5. Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce 20 que le tissu est tissé avec des fils de matière hydrofuge. 6» Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que la paroi perméable au liquide à traiter et imperméable à l'eau est composée d'un empilage de deux ou plusieurs bandes de porosités différentes.