Brevet FR2134522A1 — publié le 19721208

213452^ La présente invention concerne un séparateur centrifuge pour fluides légers et lourds, destiné par exemple à séparer l'huile de l'eau dans un système de refroidissement pour moteur à combustion interne, et a pour but de permettre la réalisation d'un 5 séparateur centrifuge de ce genre. L'invention est matérialisée dans un séparateur centrifuge, caractérisé en ce qu'il comprend un rotor creux comportant une chambre de séparation à laquelle est associée une plaque collectrice s'étendant transversalement par rapport à l'axe de rota-10 tion de manière à collecter l'un des fluides, des orifices ou conduits de sortie étanc respectivement prévus pour les fluides respectifs au voisinage des bords intérieur et extérieur de la plaque. Ce montage à plaque collectrice facilite l'obtention d'une séparation efficace. De préférence, il est prévu qu'une 15 surface radialement intérieure ou radialement extérieure de la paroi de la chambre de séparation soit généralement conique, de sorte que cette paroi de la chambre diverge en direction de la plaque collectrice et que l'un des liquides peut s'écouler vers le bas le long de cette surface avec une composante radiale de 20 mouvement facilitant la séparation. Le séparateur peut comporter un organe formant valve mobile et comportant un passage ou conduit de valve qui est en communication avec les zones situées de part et d'autre de la plaque collectrice selon deux positions différentes de cet organe for-25 mant valve. L'organe formant valve est sollicité de façon convenable vers une position, mais peut se déplacer à 1'encontre de cette sollicitation pour passer à l'autre position en réponse à une modification apparaissant dans la pression du fluide pénétrant dans l'appareil et devant subir la séparation. De préférence, 30 l'orifice ou le conduit de sortie destiné à l'un des fluides séparés provenant de la chambre de séparation s'étend d'une façon généralement tangentielle pour faciliter la rotation du rotor. Le principe de 1'invention peut être mis en oeuvre de diverses manières et deux modes de réalisation vont maintenant 35 être décrits, à titre d'exemples, en se référant aux dessins annexés donnés à titre non limitatif et dans lesquels La fig. 1 est une vue en élévation avec coupe d'un séparateur de fluides selon l'invention. 72 14780 2 2134522 La fig. 2 est une vue de détail en coupe montrant comment le séparateur visible sur la fig. 1 peut être modifié selon un second mode de réalisation de l'invention. La fig. 3 est une représentation schématique montrant l'un 5 ou l'autre des séparateurs précités utilisé dans le système de refroidissement d'eau d'un moteur à combustion interne lubrifié à l'huile. Si l'on se réfère maintenant à la fig. 1, celle-ci montre un séparateur centrifuge dans lequel un boîtier fixe 10 com-10 prend un ensemble rotorique 11 monté de manière à être entraîné en rotation autour d'un axe généralement vertical et déterminé par une broche fixe 12, cette rotation étant provoquée par la pression du fluide qui quitte une chambre d'entraînement 13, par l'intermédiaire d'ajutages 14 orientés tangentiellement. Le fluide 15 d'entraînement est introduit dans la chambre 13 par l'intermédiaire d'un conduit radial 15 ménagé dans la broche 12, d'un conduit axial 18 également ménagé dans la broche et par l'intermédiaire de conduits d'admission 16 aménagés dans une embase 17 sur laquelle le boîtier 10 est monté de façon amovible. 20 Un mélange de fluides, dont l'un est relativement léger et l'autre relativement lourd et qui doivent être séparés, pénètre dans l'appareil par l'intermédiaire d'un orifice ou d'un conduit 19 ménagé au niveau de l'extrémité supérieure de la broche 12 et passe par un conduit axial 21 ménagé dans la broche, ainsi 25 que par un conduit généralement radial 22 ménagé dans l'ensemble rotorique pour pénétrer dans une chambre de réception 23 qui est séparée d'une chambre de séparation principale 24 de cet ensemble rotorique par un disque 25 comportant des orifices 26 destinés au passage du fluide provenant de la chambre de récep-30 tion 23 et atteignant la chambre de séparation 24. Au niveau de l'extrémité inférieure de la chambre de séparation 24 il est prévu une plaque collectrice 27 rendue solidaire d'un manchon 28 qui tourne sur la broche 12 et constitue la paroi intérieure de l'ensemble rotorique. 35 La plaque collectrice 27 s'étend vers l'extérieur et trans versalement par rapport à l'axe rotorique en direction d'une paroi extérieure 2 9 de cet ensemble rotorique, la plaque délimitant avec cette paroi extérieure un intervalle 31 par lequel peut 7.2' 4:4780 3 2134522 passer le J:Iui:.e le plus lourd qui est entraîné vers le bas pour pénétrer dans une région 32 située -au-dessous de la plaque collectrice 27. Il est prévu un orifice ou conduit de sortie pour le fluide le plus léger, qui est désigné par 33 et à travers 5 lequel ce fluide le plus léger peut se déplacer radialement et vers l'intérieur en passant par le raanchon " 28 puis par un conduit 34 ménagé dans la broche avant de circuler axialement vers le bas jusqu'à atteindre un conduit d'évacuation 35 ménagé dans l'embase 17. Le manchon 28 supporte un organe conique 36, 10 de sorte que la paroi intérieure de la chambre de séparation 24 diverge vers le bas, cette particularité facilitant la réalisation de la séparation entre'le fluide relativement- léger et- le fluide relativement lourd du fait que le fluide le plus- léger.s'écoule an descendant le long de cette surface avec une composante orien-15 tée vers l'intérieur. La paroi extérieure 2 9 de la chambre de séparation est réalisée de manière à présenter deux rigoles annulaires internes 37 et 38 destinées à collecter les particules solides, l'une de ces rigoles étant sicuée à mi-chemin -le long de la chambre de 20 séparation 24 et l'autre rigole étant située au niveau de la partie inférieure de la région 32 destinée au fluide le plus loura. h partir ' de la région 32 destinée au fluic.e le plus lourd, ce fluiae séparé peut s'écouler axialemen C. 3:xi vv'SS C0iiCc3.il C sj.il 25 conduit "39 pour pénétrer dans une chambre inférieurs 41 dc.iis la-a^lle est introduit le fluic-e d' entraînement provenant des ajutages 14 et à partir ae laquelle la tiuicxe plus lourd séparé ainsi que le fluide d'entraînement, qui est en général le même, peuvent être évacués par l'intermédiaire d'un .conduit 42 ménagé 30 dans la partie inférieure de l'embase 17. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, au lieu de quitter la région 32 par l'intermédiaire du conduit axial 39, le fluide le plus lourd peut quitter cette région par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs orifices ou conduits. 43 orientés 35 tangentiellement et ménagés dans la paroi latérale de la région 32 de manière à faciliter la rotation de l'ensemble 11. Egalement dans ce cas, après avoir quitté' les orifices ou conduits tangentiels 43, le fluide le'plus lourd séparé ce mélange avec 72 14780 2134522 le reste du fluide d'entraînement existant dans la chambre inférieure 41. Si les orifices ou conduits tangentiels 43 sont utilisés, une saillie ou un rebord annulaire 44 s'étendant vers l'intérieur peut alors être prévu entre la surface inférieure de 5 la plaque collectrice 27 et les orifices ou conduits 43 de manière à fournir une certaine protection contre l'obturation de ces orifices ou conduits 43 qui pourrait être provoquée par des particules solides devant être collectées dans la rigole inférieure 38. 10 Si l'on se réfère maintenant à la fig. 2, celle-ci montre un second mode de réalisation du séparateur de fluides selon l'invention, dont la réalisation est généralement la même que celle visible sur la fig. 1, mais dont le montage permettant de collecter le fluide relativement lourd et le fluide relativement léger 15 provenant respectivement des chambres 24 et 32, est modifié de la manière représentée en détail sur la fig. 2. Comme pour le mode de réalisation visible sur la fig. 1, le fluide le plus léger est rassemblé au-dessus de la plaque collectrice 27 et le fluide le plus lourd est rassemblé au-dessous de cette dernière. Cepen-20 dant, dans ce cas, il est prévu deux conduits radiaux 46 et 47 qui sont orientés vers l'intérieur et qui sont ménagés dans la partie inférieure de l'organe conique 36, chacun de ces conduits provenant de l'une des chambres 24 et 32 et ces conduits coopérant avec un manchon formant valve 48 pouvant coulisser ver-25 ticalement et comportant un conduit radial 49 orienté vers l'intérieur et destiné à conduire l'un ou l'autre des fluides relativement léger et relativement lourd jusqu'à l'orifice ou au conduit 33 ménagé dans le manchon 28 pour permettre sort évacuation ultérieure au niveau du conduit de sortie 35, suivant que 30 le manchon formant valve 48 occupe une position haute pour laquelle le conduit 49 est aligné avec le conduit 46 ou bien une position basse qui est représentée sur la fig. 2 et pour laquelle le conduit 49 est aligné avec le conduit 47. Le manchon 48 est sollicité vers le bas par un ressort 51 35 de manière à occuper normalement la position inférieure qui est représentée sur la fig. 2, de sorte que c'est le fluide le plus lourd qui est normalement fourni au conduit de sortie 35. Cependant, si la pression du fluide augmente, la poussée résultante 72 14780 5 2134522 exercée vers le haut sur le manchon et provoquée par la différence des surfaces existant dans une chambre 52 située au-dessous du manchon 48 est alors suffisante pour déplacer ce manchon vers le haut à 1*encontre de la sollicitation du res-5 sort 51 jusqu'à ce que le conduit 49 soit en coïncidence avec le conduit 46 et, dans cette situation, c'est le fluide le plus léger qui est fourni au conduit de sortie 35. Cette particularité permet aux deux fluides séparés d'être distribués alternativement au conduit de sortie 35 grâce à une 10 commande de la pression du fluide incident devant être séparé, cette commande étant obtenue par exemple de la manière décrite ci-dessous en se référant à la fig. 3, et grâce à une valve de commutation convenable montée dans le raccord provenant du conduit de sortie 35, quel que soit le fluide fourni, celui-ci 15 peut être introduit dans un circuit collecteur approprié. Il en résulte que les conduits 3 9 et 43 ne sont pas utilisés dans ce mode de réalisation. Si l'on se réfère maintenant à la fig. 3, celle-ci montre l'un ou l'autre des séparateurs qui sont visibles sur les fig. 1 20 et 2 lorsqu'il est utilisé dans le système de refroidissement à eau d'un moteur à combustion interne, dans lequel l'huile de lubrification peut se trouver mélangée avec l'eau de refroidissement et il est souhaitable de séparer ces liquides pour pouvoir les réutiliser tous deux. 25 Le moteur à combustion interne 61 aspire cette eau de re froidissement à partir d'un réservoir d'eau 62 et fournit de l'eau, qui a été utilisée pour le refroidissement et qui peut contenir un certain nombre de particules d'huile et de particules solides, à un réservoir de distribution 63. L'huile étant le 30 fluide le plus léger tend à se rassembler au sommet du réservoir de distribution 63 comme cela est représenté en 64, et un dispositif d'éjection ou d'évacuation 65 du type tube de Venturi est utilisé pour aspirer le fluide à partir du niveau supérieur du réservoir grâce à un flotteur 66 et à un tuyau flexible 67 35 de manière à l'introduire dans le conduit d'admission 21 du séparateur. Le fluide d'entraînement destiné au séparateur est aspiré par une pompe 68 à partir du réservoir d'eau 62 pour être introduit dans le séparateur par l'intermédiaire du conduit 72 14780 6 2134522 16 destiné à l'eau d'entraînement et également par 1'interné-diaire du dispositif d'évacuation à tube de Venturi 65 pour entraîner ce séparateur. L'huile séparée est conduite à partir de l'orifice de sor-5 tie 35 jusqu'à un réservoir d'huile 69 et l'eau séparée passe par le conduit 42 pour revenir dans le réservoir de distribution 63 dans le cas où c'est le mode de réalisation visible sur la fig. 1 qui est utilisé. Si c'est le mode de réalisation visible sur la fig. 2 qui est utilisé, l'unique orifice de sor-10 tie 35 est alors alternativement commuté sur le réservoir d'huile 69 et sur le réservoir de distribution 63. Le niveau régnant dans le réservoir d'eau 62 est maintenu par l'intermédiaire d'un raccord ou d'un élément de liaison 71 prévu entre les fonds des deux réservoirs 62 et 63 de sorte 15 que le réservoir d'eau est toujours rempli, à partir du fond du réservoir de distribution, par une eau qui tend à être exempte d'huile. Lorsqu'on utilise le mode de réalisation qui est visible sur la fig. 2, la pression régnant dans le séparateur peut être aug-20 mentée de manière à commuter le manchon formant valve 48 en fermant une valve 72 prévue dans un conduit de dérivation 73 qui court-circuite normalement le trajet de fluide principal s'effectuant à travers le séparateur. Aussitôt que la valve est fermée, la pression régnant dans le séparateur augmente, de sorte 25 que c'est l'eau plutôt que l'huile qui est fournie par l'orifice ou le conduit de sortie 35, et lorsque l'huile doit être à nouveau fournie, le conduit de dérivation ou de court-circuitage est ouvert pour réduire à nouveau la pression interne et ce fonctionnement de la valve 72 peut être verrouillé sur la liai-30 son de commutation provenant de l'orifice de sortie 35 et reliée aux réservoirs respectifs 69 et 63. Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. 72 14780 7 2134522 R-LVIÎi'ÏDICATIO,;S 1.- Séparateur centrifuge destiné à des fluides dont l'un est relativement plus léger et l'autre relativement plus lourd, caractérisé en ce qu'il comprend un rotor creux comportant une 5 chambre de séparation à laquelle est associée une plaque collectrice s'étendant transversalement par rapport à l'axe de rotation de manière à collecter l'un des fluides, des orifices ou conduits de sortie étant respectivement prévus pour les fluides respectifs au voisinage des bords intérieur et extérieur de la 10 plaque. 2.- Séparateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque collectrice est montée sur uns paroi intérieure du rotor, un conduit de sortie destiné au fluide le plus léger étant prévu au niveau de la jonction entre la plaque et la paroi 15 intérieure et un intervalle existant entre le bord extérieur de cette plaque et une paroi extérieure permettant au fluide le plus lourd de franchir le niveau de la plaque. 3.- Séparateur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'axe de rotation est généralement.vertical, la plaque 20 collectrice étant située à. proximité de l'extrémité inférieure de la chambre de séparation. 4.- Séparateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une surface radialement intérieure ou radialement extérieure de la paroi de la chambre de 25 séparation est généralement conique de sorte que cette paroi de la chambre diverge en direction de la plaque collectrice. 5.- Séparateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce qu'il comprend un passage ou conduit pour le fluide, raccordé à des ajutages de décharge orien- 30 tés tangentielleraent par rapport au rotor, ce conduit n'étant pas raccordé aux régions par lesquelles passe le fluide devant être séparé. 6.- Séparateur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les orifices de sortie des ajutages tangentiels sont raccor- 35 dés à une région destinée à l'un des fluides séparés. 7.- Séparateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un organe formant valve mobile et comportant un passage ou conduit de valve qui 72 14780 8 2134522 est en communication avec les zones situées de part et d'autre de la plaque collectrice selon deux positions différentes de cet organe formant valve. 8.- Séparateur suivant la revendication 7, caractérisé en ce 5 que l'organe formant valve est sollicité vers une position, mais peut se déplacer à 1'encontre de cette sollicitation pour passer à l'autre position en réponse à une modification apparaissant dans la pression du fluide incident devant être séparé. 9.- Séparateur suivant l'une quelconque des revendications 10 1 à 6, caractérisé en ce que l'orifice ou le conduit de sortie destiné à l'un des fluides séparés provenant de la chambre de séparation s'étend d'une façon généralement tangentielle pour faciliter la rotation du rotor. 10.- Séparateur suivant la revendication 9, caractérisé en 15 ce qu'il comprend une chicane protégeant l'orifice du conduit de sortie t^ngentiel vis-à-vis des particules solides. 11.- Séparateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de séparation contient une ou plusieurs surfaces annulaires prévues au niveau de 20 sa paroi extérieure pour collecter les particules solides. 12.- Séparateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est utilisé dans le système de refroidissement destiné à une machine qui fournit du fluide de refroidissement usé à un réservoir de distribution, ce fluide 25 étant fourni au séparateur en vue de sa séparation à partir des surfaces supérieures de liquide existant dans le réservoir de distribution. 13.- Système de refroidissement suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il est prévu un orifice ou conduit de sortie 30 relié à un réservoir d'eau à partir de la partie inférieure du réservoir de distribution. 14.- Système suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la machine reçoit de l'eau de refroidissement à partir du réservoir d'eau. 35 15.- Système suivant l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que l'eau est pompée ou refoulée à partir du réservoir d'eau pour entraîner le séparateur. il i4780 -7 r\ 2134522 16.- Système de refroidis serûent suivant l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif permettant de modifier la pression du fluide devant être séparé et fourni au séparateur.