Brevet FR2007208A1 — publié le 19700102

La présente invention concerne les dispositifs .à déviation de l'écoulement d'un fluide fonctionnant automatiquement, et a pour "but de permettre la réalisation d'un tel dispositif qui soit sensible au sens de l'écoulement s'effectuant dans un con-5 auit comportant une "bifurcation, de façon à permettre au fluide s'écoulant dans un sens, que l'on appellera ci-après "le sens direct", de pénéirer dans une partie commune du conduit en venant d'une première brandie, et de façon à obliger cet écoulement, lorsqu'il s'effectue dans cette partie commune du conduit dans 10 le sens opposé, que l'on appellera ci-après "le sens inverse", à être dévié vers une seconde branche. Un tel dispositif sera appelé ci-après "dispositif de commutation fluidique". Les dispositifs de commutation fluidique peuvent être utilisés dans diverses installations, par exemple dans les installais tions de filtrage à auto-nettoyage, dans lesquelles le fluide devant être filtré arrive normalement par ladite première branche et est ensuite obligé de passer de cette branche dans la partie commune du conduit pour atteindre un filtre et pour parvenir ultérieurement au lieu d'utilisation ou de stockage. Lors-20 qu'après une certains période d'utilisation on désire nettoyer le filtre, on oblige le fluide à traverser le filtre dans le sens opposé pour le nettoyer par refoulement et le liquide ainsi contaminé circule dans la partie commune du conduit à bifurcation dans le sens inverse ; dans ce cas, le liquide doit nécessaire-25 ment être dévié de façon à passer par la seconde branche, en évitant ainsi une contamination excessive de la branche qui forme le conduit d'entrée pendant l'utilisation normale du filtre. L'invention a pour but de permettre la réalisation d'un dispositif de commutation fluidique qui puisse fonctionner comme 30 un dispositif purement fluidique sans nécessiter aucune pièce mécanique mobilec L'invention est matérialisée dans un dispositif de commutation fluidique comprenant un conduit à bifurcation possédant une partie commune conçue pour être parcourue dans un sens pour 35 l'écoulement direct et dans le sens opposé par l'écoulement inverse, l'une des deux branches de la bifurcation constituant une entrée pour l'écoulement direct et l'autre branche de la bifurcation constituant une sortie pour l'écoulement inverse, les .deuix branches étant séparées par un élément répartiteur du type 40 à arête vive ou tranchante qui forme les parois mutuellement 69 13548 2 2007208 ■adjacentes des deux branolj.es, le côté de l'élément répartiteur gui forme, une paroi de la branche d'entrée pour l'écoulement direct étant approximativement.aligné avec 1'une des parois de la partie commune mais lui faisant face dans la direction opposée, 5 les parois opposées de cette branche d'entrée se rejoignant avec un décrochement de façon à provoquer une déviation de l'écoulement direct provenant de cette branche d'entrée vers la paroi opposée de la partie commune, tandis que la section droite de la partie commune fait face au côté opposé de l'élément répartiteur 10 sous un angle de faible valeur de façon à obliger l'écoulement inverse provenant de la partie commune à être dévié vers la seconde branche. Suivant un mode de réalisation du dispositif de commutation fluidique selon l'invention, la paroi extérieure de la branche 15 qui forme la sortie pour l'écoulement inverse rejoint sans déviation angulaire nette la paroi latérale correspondante de la partie commune, tandis que la paroi extérieure de l'autre branche qui constitue l'entrée pour l'écoulement dans le sens direct présente une partie coudée vers l'intérieur suivant un angle appré— 20 ciable (par exemple égal à 45°) par rapport à l'axe de la branche commune, de façon à obliger l'écoulement arrivant par cette dernière branche à adhérer à la paroi opposée du conduit commun, sa direction d'écoulement maintenant une composante directe suffisamment importante pour empêcher l'écoulement, dans des condi-25 tions normales de pression, d'être dévié vers la branche de retour. La description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé, donné à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. 30 Les fig. 1 et 2 représentent un mode de réalisation du dispositif de commutation fluidique selon l'invention et montrent respectivement le dispositif fonctionnant dans le sens direct et dans le sens inverse. . Les fig. 3 et 4 représentent sclu'matiqueœent à .une échelle 35 agrandie la nature des diagrammes d'écoulement que l'on suppose , se produire au cours du fonctionneirent.du .dispositif respectivement dans, le sens direct- et dans le sens inverse c La fige 5 représente une variante du dispositif selon 1'invent i on, 40 Si l'on bc réfère d'abord aux fige 1 et 2, on peut 69 13548 3 2007208 considérer le dispositif comme étant constitué par un "bloc 1 en matière plastique convenable, dans lequel est ménagé un système de conduits comprenant un conduit commun constituant le conduit principal B qui est raccordé, à son extrémité de gauche, 5 à deux conduits ou branches A et C séparées par un élément répartiteur d1écoulement 2 présentant une arête vive ou tranchante, le système de conduits est fermé par un couvercle qui peut être une plaque ou un panneau plan 3 constitué par un matériau trans parent. La branche A est conçue pour servir de conduit d'en-10 trée par lequel le fluide est introduit dans le sens normal ou direct représenté sur la fig. 1, le sens d'écoulement étant représenté par les flèches 4. On notera que la paroi extérieure 5 du conduit A, c'est-à-dire sa paroi opposée à l'élément répartiteur 2, s'étend dans la direction du conduit principal B, 15 mais est décalée latéralement par rapport à la paroi correspondante de ce conduit B d'une distance correspondant approximativement à la largeur de la branche, de sorte que 11 arête tranchante 6 et celle des surfaces de l'élément répartiteur 2 qui' forme la paroi intérieure de la branche A, se trouvent approxi-20 mativement dans le même plan que ladite paroi du conduit ^principal B. Au delà de l'arête 6, la paroi extérieure 5 du conduit d'entrée A fait tin angle d'approximativement 45° pour former une paroi anguleuse 7 avant de rejoindre la paroi correspondante du conduit principal B. L'autre branche ou conduit C, cjui 25 constitue la sortie pour l'écoulement inverse, diverge ou s'écarte de la branche d'entrée A suivant un angle de faible valeur par rapport à l'axe du conduit principal B, et sa paroi extérieure 8 se prolonge suivant une ligne droite jusqu'à proximité de son point d'intersection 9 avec la paroi correspon-30 dante du conduit principal B, la zone d'intersection étant de préférence arrondie de façon à aider la réalisation de l'effet Ooanda en maintenant l'écoulement inverse en contact ou en adhérence avec cette paroi extérieure 8, tandis que sur le côté du conduit principal B et à proximité de la branche de sortie A, la 35 paroi anguleuse 7 facilite l'écartement ou le détachement de l'écoulement inverse par rapport à la paroi du conduit, en neutralisant ainsi toute tendance de l'écoulement inverse représenté par les flèches 10 visibles sur la fig. 2 à pénéter dans le conduit d'entrée A. 40 les fig. 3 et 4 illustrent de façon schématique les types 69 13548 4 2007208 de diagramme d'écoulement que l'on croit; se dérelopper dans ce mode de réalisation, respectivement pendant l'écoulement direct et pendant l'écoulement inverse. Dans le cas de l'écoulement direct illustré en fig. 3, l'écoulement provenant de la "branche A 5 devient plus rapide ou accéléré dans la région formée par la partie anguleuse 7 de la paroi extérieure 5» comme cela est compréhensible d'après le rapprochement des lignes représentant l'écoulement, et la quantité de mouvement ou la vitesse requise, conjointement à l'angle relativement aigu de déviation existant 10 entre la partie 7 et la paroi 12 du conduit principal B, obligent l'écoulement direct à se détacher de cette paroi du conduit et à former une zone de tourbillons ou vortex 11 près de la paroi adjacente 12 du conduit principal, tandis qu'en même temps il est empêché, à cause de son inertie, de pénétrer 15 dans le conduit C d'écoulement en retour, ce diagramme d'écoulement exigeant en effet une inversion presque totale de son sens d'écoulement. La sortie consiste presqu*exclusivement en un écoulement provenant de la branche d'entrée A et s'écoulant dans le conduit d'écoulement principal B, avec la possibilité 20 d'ion léger phénomène de succion ou de venturi entraînant une petite quantité de fluide provenant de la branche d'écoulement inverse C. » • Si l'on se réfère maintenant au diagramme d'écoulement inverse représenté sur la fig. 4, la continuité presque parfaite 25 entre la paroi extérieure 8 de la branche correspondant à l'écoulement inverse 0 et la paroi correspondante 15 du conduit d'écoulement principal B permet à l'effet Coanda de maintenir l'écoulement en adhérence avec la paroi 8 du conduit C, corrss pondant à l'écoulement èn retour, tandis que son inertie oblige 30 l'écoulement au niveau de la paroi opposée 12 du conduit d'écoulement principal à atteindre celui des côtés de l'élément répartiteur d'écoulement 2 qui conduit à la branche de retour C, en traversant l'orifice de la partie du conduit d'entrée A effectuant la jonction, dont la paroi 7 fait un angle relati— 35 vement important avec le sens de 1 ' écoulement • Ces phénomènes diminuent la possibilité de formation de tourbillons ou vortex du type représenté et désigné peur 14 de sorte qu'en pratique, pour des conditions convenables de vitesse et de pression, tout l'écoulement passe du conduit principal B dans la branche de 40 sortie C correspondant à l'écoulement inverse, en laissant le 69 13548 5 2007208 fluide qui se trouve dans la "branche d'entrée A sensiblement stagnant et soumis seulement à un léger écoulement d'entraînement représenté par les flèches en traits interrompus La fig. 5 est une représentation analogue à celle visible 5 sur la fig. 1 d'un dispositif de commutation fluidique selon l'invention qui, bien qu'il soit d'une façon générale similaire au mode de réalisation illustré sur la fig. 1, comprend un certain nombre de modifications qui tendent à rendre l'action de ce dispositif de commutation fluidique plus positive. Le conduit 10 commun et ses branches ont été désignés par les mêmes lettres de référence, respectivement B, A et C, que dans la fig. 1, tandis que les références numériques désignant les éléments correspondants ont été majorées de vingt par rapport au référence s .rranéri-ques utilisées dans la fig. 1, la comparaison de ces références 15 numériques montrant les modifications qui ont été apportées. La paroi anguleuse 7 visible sur la fig. 1 a été remplacée par une paroi curviligne ou sinueuse 2? produisant une modification sensiblement plus importante dans la direction d'entrée de l'écoulement direct provenant de la branche A et se dirigeant 20 vers la partie commune B, tandis que l'écoulement traversant la partie commune B dans le sens inverse subit une déviation plus importante que dans le cas visible sur la fig. 1 par rapport au sens nécessaire de l'écoulement pour n'importe quelle particule de fluide devant atteindre la branche de sortie G corres-25 pondant à l'écoulement inverse ; ceci réduit encore l'écoulement dans une direction non désirée. Une autre réduction supplémentaire de cet écoulement est obtenue en prévoyant un passage ou conduit excavé formant une dérivation 33 le long de laquelle, pendant 1*écoulement inverse, une partie du liquide provenant 30 du conduit principal B peut circuler en passant par un orifice ménagé dans la paroi 32 de ce conduit, et le liquide qui a été dérivé ou détourné de l'élément principal en passant par ce conduit excavé est dévié, à cause de la courbure dudit conduit, de façon à pénétrer à nouveau dans la masse de fluide, au niveau 35 de 1'extrémité de la partie commune adjacente à l'élément répartiteur 22, avec "une vitesse acquise ou une composante cinétique appréciable dirigée vers le conduit C correspondant à l'écoulement inverse, de façon à augmenter ainsi la tendance de l'écoulement inverse dans cette zone à se déplacer vers le conduit C 40 plutôt que vers le conduit d'admission A. Pour augmenter encore 69 13548 6 2007208 cette tendance, la paroi opposée de la partie commune B et de l'extrémité de la "branche 0 d'écoulement inverse qui la rejoint est évidée ou creusée, comme le représente la partie de la figure désignée par 29, de façon à s'éloigner suivant un angle 5 aiguCpar exemple égal à 90°) delà surface lisse de la paroi de la partie commune B, tandis que le fond de l'évidement 29 forme un prolongement lisse de la paroi extérieure 28 du conduit 0 correspondant à l'écoulement inverse et fait seulement Tin angle faible avec cette dernière. On peut se rendre compte aisément 10 tue, plus particulièrement en combinaison avec la fonction remplie par la dérivation ou le conduit excavé 33, cette disposition tend à obliger l'écoulement inverse circulant dans le conduit commun B à acquérir une composante cinétique tendant à détourner l'écoulement autour de l'angle aigu du redan, vers le 15 conduit de la branche 0 correspondant à l'écoulement inverse. Pendant que s'effectue l'écoulement direct, l'utilisation de la paroi curviligne ou sinueuse 27 au lieu de la paroi «anguleuse 7 "visible sur la fig. 1 ajoute une légère composante cinétique qui est dirigée vers le conduit C correspondant au 20 flux inverse et qui neutralise la création d'un effet de succion par l'écoulement principal dans la zone de fonction entre les deux branches } par conséquent, ceci neutralise tout écoulement par entraînement vis -à-vis du conduit 0 correspondant à l'écoulement inverse. 25 Des modifications peuvent être apportées aux modes de réa lisation décrits, dans le domaine.des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. 69 13548 2007208 REVENDICATIONS 1. Dispositif de commutation fluidique destiné à agir sur 1*écoulement d'un fluide s'effectuant dans un conduit, comprenant un conduit à "bifurcation possédant une partie commune con- 5 çue pour être parcourue dans un sens pour l'écoulement direct et dans le sens opposé par l'écoulement inverse, l'une des deux "branches de la "bifurcation constituant une entrée pour l'écoulement direct et l'autre branche de la bifurcation constituant une sortie pour l1écoulement inverse, les deux branches étant 10 séparées par un élément répartiteur du type à arête vive ou tranchante qui forme les parois mutuellement adjacentes des deux branches, le côté de l'élément répartiteur qui forme une paroi de la branche d'entrée pour l'écoulement direct étant approximativement aligné avec l'une des parois de la partie commu-15 ne mais lui faisant face dans la direction opposée, les parois opposées de cette branche d'entrée se rejoignant avec un décrochement de façon à provoquer une déviation de l'écoulement direct provenant de cette branche d'entrée vers la paroi opposée de la partie commune, tandis que la section droite de la partie 20 commune fait face au côté opposé de l'élément répartiteur sous un angle de faible valeur de façon à obliger l'écoulement inverse provenant de la partie commune à être dévié vers la seconde branche• 2. Dispositif de commutation fluidique suivant la reven- 2 5 dication 1, caractérisé en ce que le décrochement formé par ladite paroi opposée de la branche d'admission ou d'entrée comprend une partie déviatrice présentant une inclinaison intermédiaire. 3. Dispositif de commutation fluidique suivant la revendication 1 ira 2, caractérisé en ce que la paroi extérieure de la 30 branche correspondant à l'écoulement inverse est évidée au niveau de sa jonction avec \a. partie commune du conduit de façon à former un redan orienté vers la branche correspondant à l'écoulement inverse. 4. Dispositif de commutation fluidique suivant l'une quel-35 conque des revendications 1 à 3» caractérisé en ce que la partie commune du conduit comprend un passage ou une dérivation qui débouche à nouveau dans cette partie commune, sensiblement au niveau de sa jonction avec la branche correspondant à l'écoulement d'entrée, et suivant une direction inclinée vers la branche cor-40 respondant à l'écoulement de retour.