Brevet FR2178807A1 — publié le 19731116

La présente invention concerne un appareil destiné à enlever une matière particulaire d'un fluide, qu'il s'agisse dun liquide ou d'un gaz. la matière particulaire peut #tre constituée par des particules solides ; dans le cas d'un fluide gazeux, les particules peuvent etre solides ou liquides, par exemple de l'huile. Au cours des années, il a été mis au point de nombreux types d'appareils automatiques de filtration pour débarrasser les fluides de la matière particulaire qu'ils contiennent. les types de filtres et d'appareils de filtration comportent des filtres statiques, c'est-à-dire ceux dans lesquels la matière filtrante est placée sur le trajet du fluide à épurer et dans laquelle le fluide passe. En outre, des dispositifs tels que des épurateurs et des dispositifs du type centrifuge utilisant le principe de centrifugation ont également été beaucoup utilisés. Dans tous ces dispositifs, les frais d'exploitation, la facilité d'entretien et le rendement sont tous des facteurs importants. La présente invention est fondée principalement sur le mouve- ment centrifuge et se rapporte à un dispositif destiné à produire un débit positif et réglé du fluide à travers le milieu filtrant de l'appareil. Initialement, une grande vitesse composante circonférentielle est conférée au fluide qui doit passer à travers le milieu filtrant de manière que le fluide tourbillonne tout d'abord pour éliminer les grandes particules lourdes avant que le reste du-fluide entraînant d'autres particules plus petites ou plus légères atteigne le milieu filtrant. En outre, l'efficacité de l'appareil de filtration de la présente invention est très améliorée par l'utilisation d'une turbine ou d'un dispositif d'évacuation à aubes qui est destiné à récupérer l'énergie (principalement rotative) subsistant dans le fluide en circulation lorsqu'il est évacué de l'appareil de filtration. L'appareil de filtration de la présente invention comporte également un certain nombre d'éléments ou dispositifs déflecteurs pour régler la chute de pression dans l'installation et le débit du fluide dans cette dernière de manière à assurer un rendement maximal de l'appareil de filtration. La présente invention a pour objet un nouvel appareil de filtration perfectionné qui non seulement est d'un rendenient élevé, mais qui est également relativement exempt d'entretien ; qui est destiné à enlever une matière particulaire soit d'un liquide, soit d'un gaz et qui comporte un dispositif destiné à extraire l'énergie restant dans le milieu filtré ; et qui est destiné en particulier à éliminer d'une manière très efficace l'huile ou autre contanínant se trouvant dans l'air. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif des formes de réalisation de l'invention. Sur ces dessins la figure 1 est une élévation latérale avec coupe partielle de l'appareil de filtration selon l'invention la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1 la figure 3 est une vue latérale montrant une patte ou aube de prolongement destinée à introduire, à faire varier et à régler un prétourbilloenement du fluide la figure 4- est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 1 et la figure 5 est une coupe transversale d'une partie d'une variante de la présente invention. On va décrire maintenant la forme de réalisation préférée de l'invention en se référant aux figures 1 à 4. L'appareil représenté sur les figures 1 à 4 est destiné en particulier à filtrer un gaz chargé de particules, par exemple un gaz chargé de poussière, par exemple des particules métalliques ou de l'huile, etc. L'appareil représenté sur les figures 1 à 4 est destiné (bien qu'il n'y soit pas limité) à être suspendu au plafond audessus d'une machine-outil ou machine analogue. Bien qu'il soit décrit ci-après pour une installation avec un arbre vertical, il pourrait entre installé en disposant l'arbre horizontalement. lorsqu'il est placé de cette manière, ledit appareil est destiné à épurer l'air au voisinage de la machine-outil. Comme on le sait, de nombreuses machines-outils utilisent une huile de refroidissement ou autre liquide pour remplir leurs fonctions. En conséquence, il est t; souhaitable d'utiliser un dispositif permettant d'en-- lever le particules d'huile de l'air et d'éviter que l'atmosphère de l'atelier soit polluée.Egalement, dans des imprimeries, un brouillard d'encre est pulvérisé dans l'atmosphère. lorsqu'un tel brouillard est très corcentré, El devint toxique et doit être éli-#ne. l'appareil de la pressente invention est destiné également à de nombreuses autres applications par exemple à l'élimination de la graisse dans des cuisines, et de la poussière de fibres de verre de l'atmosphère d'usines ou autres endroits où l'air doit Etre filtre L'air chargé de particules ou d'huile peut entrer dans l'appareil de filtration par une entrée désignée par 10 et qui est représentre comme ayant ure extrémité inférieure de forme évasée. Dans de nombreuses applications de l'appareil, l'air chargé de particules ou d'huile est aspiré par des conduits qui rassemblent l'air dans des capots situés près de l'endroit à protéger. L'en- trée 10 est reliée à un carter li de préférence de forme cylindrique et ayant un ou plusieurs orifices de sortie désignés par 12 autour de sa partie supérieure. le carter est essentiellement un carter fixe étanche à l'exception de son entrée et de ses sorties. Pour entraîner les éléments tournants de l'appareil, on utilise un moteur électrique ou autre dispositif d'entraînement 13 qui est relié à un arbre menant 14. Ce dernier tourne dans un palier 14a et est supporté par un palier 14b. Ce dernier ~est supporté par des éléments 14c relies à l'élément 10. Une plaque 15 sur laquelle est monté un élément cylindrique 16 de préférence de forme conique et en matière massive, est reliée à l'arbre 14 pour tourner avec lui. La paroi externe du cane 16 est placée essentiellement de manière à dévier le fluide hors du carter après qu'il a été filtré. Un filtre cylindrique 17 est également relié et supporté par la plaque et comporte un bati désigné par 17a pour supporter une couche de matière filtrante 18 telle qu'une mousse de polyuréthanne, des fibres d'amiante, etc., le long de la surface externe de laquelle est placée une toile métallique 19 (par exemple une toile ayant une ouverture de mailles de 12,7 mm). la forme de réalisation préférée de la présente invention comporte un cane rotatif 20 supporté par le basti 17 et destiné à tourner avec le c8ne 16 et le bâti 17. La paroi interne du cône 20 est destinée à dévier le fluide dans le carter sur la toile métallique et à constituer un moyen permettant de dévier les partipules projetées par centrifugation ou tourbillonnement à partir de la toile 19 vers le bas sur le fond du carter > de manière que les particules puissent êre évacuées par un ou plusieurs orifices ménagés au fond du carter, comme on le voit en 21. Afin de refouler le fluide et les particules vers le filtre, il est prévu un compresseur ou une soufflante qui dirige le fluide dans la région comprise entre la paroi interne du cône 20 et la toile métallique 19 du filtre à une pression supérieure à la pression du fluide introduit par l'entrée IQ de l'appareil. le compresseur comporte plusieur ailettes (voir figure 2) désignées par 23 qui sont fixées par exemple par des boulons à la plaque 15 et qui sont destinées à tourner avec elle. Dans la forme de réalisation préférée, les palettes ou aubes 23 comportent des pattes ou aubes de prolongement désignées par 24 (figure 3) qui y sont fixées et qui s'étendent au-dessous de la surface de la partie inférieure de l'aube 23. Ces pattes ou aubes de prolongement cintrées ou tordues introduisent un pré tourbillonnement ou tourbillonnement contraire supplémentaire dans le fluide par rapport à la toile métallique tournante 19 ainsi que par rapport à la matière filtrante 18. Le tourbillonnement du fluide favorise la séparation des particules par centrifugation avant que le fluide chargé de particules (par exemple l'air ou une huile) atteigne la matière filtrante 18. les prolongements réglables déterminent également "l'angle d'attaque"du fluide par rapport aux interstices du milieu filtrant. Après que l'air est passé à travers la toile métallique 19 et la matière filtrante 18, il est dévié vers le haut dans un dispositif de détente ou une turbine 25 comportant plusieurs ailettes ou aubes 25a reliées à la partie supérieure du cone 16. En outre, un déflecteur cylindrique 26 est relié au dispositif 2-5 pour dévier l'air hors du carter par les sorties 12. la partie supérieure du carter présente un élément d'étanchéité 27 compor tant une ouverture centrale mais qui est relié à la paroi Zatelale du carter pour empêcher l'air de contourner la toile metz'lique et de s'échapper par les sorties 12. En fonctionnement, l'air peut passer dans l'appareil, comme indiqué par les flèches dans l'entrée 10 et pénètre dans le compresseur radial comprenant les aubes 23 et les palettes de prolongement 24. A la sortie du compresseur ou de la soufflante, l'air passe dans la chambre tournante 30. le compresseur qui est représenté comme étant principalement radial peut être également un compresseur axial ou un compresseur à écoulement mixte, pour autant qu'il confère une grande vitesse composante circonférentielle à la masse de fluide (air) la vitesse composante circonférentielle de l'air est conserve dans l'espace compris entre le cône tournant 20 et le filtre rotatif comprenant la toile métallique 18 et la matière filtrante 17. En conséquence, le compresseur remplit deux fonctions, c'est-à-dire qu'il produit le débit d'air à travers l'ensemble de l'appareil en aspirant l'air pollué de l'atmosphère ou de la source de fluide pollué et il fait également tourbillonner l'air à une grande vitesse circonférentielleten constituant ainsi une centrifugeuse. Var suite de l'action centrifuge, toutes les particules qui ont une masse suffisamment importante pour permettre à la force centrifuge de surpasser la force d'entraînement radialement vers l'intérieur exercée sur les particules sont projetées vers l'extérieur contre la surface interne du cône rotatif 20. En l'absence du cane rotatif 20, comme on le voit dans la forme de réalisation représentée sur la figure 5, la matière est projetée contre la paroi interne du carter. La matière particulaire est alors projetée vers l'extérieur par centrifugation et tombe ensuite au fond de l'appareil et est évacuée par l'orifice 21. l'air qui contient encore des particules de petite dimension passe dans le compartiment 50 et est dirigé sur la toile métallique 19 et la matière filtrante 18. Selon la chute de pression se produisant dans l'installation (et par conséquent l'apport d'énergie admissible dans l'installation par le moteur neuf), le filtre peut être amené pratiquement à fonctionner comme un filtre absolu pour toute grosseur minimale désirée des particules. Si les particules sont celles d'un liquide tel qu'une huile, elles sont ralenties en passant à travers le filtre et s'agglomèrent à une plus grande dimension. La plus grande masse des agglomérats de plus grande dimension est soumise à la force centrifuge et lesdits agglomérats sont projetés vers l'extérieur et recueillis de la même manière que les autres particules. L'air épuré passe dans le compartiment 30 et de là entre les aubes d'évacuation 25 constituant le dispositif de détente ou la turbine. Be dispositif de décharge à aubes est en réalité une turbine et.il est évident qu'il peut s'agir d'une turbine du type à entrée radiale axiale ou à écoulement mixte. le rayon et l'angle d'évacuation du dispositif de décharge à aubes détermine l'énergie globale conférée à l'installation. En outre, le dispositif de décharge détermine le débit du fluide à travers le filtre et les sorties 12 constituent, comme représenté, un diffuseur radial destiné à récupérer l'énergie (principalement rotative) restant dans le courant du gaz ou du fluide. Cette énergie récupérée est utilisée dans l'installation comme appoint pour l'entratnement des éléments rotatifs. On va se référer maintenant à la figure 5 qui représente une autre forme de réalisation légèrement différente de l'invention. Sur cette figure, on a utilisé les mêmes numéros de référence pour désigner les mêmes pièces lorsque cela est possible. Pans cette construction, on utilise deux filtres au lieu d'un. Ils sont de préférence parallèles. Ainsi, pour un débit total donné d'un fluide à travers l'installation, la disposition à deux filtres offre une plus grande surface de filtration et par suite, produit une plus faible chute de pression à travers le filtre. Inversement, la plus petite surface de filtration pourrait être utilisée pour traiter de plus grands débits de fluide avec la même chute de pression. Dans cette construction, on utilise deux filtres cylindriques disposés l'un dans l'autre pour filtrer le fluide introduit dans l'appareil. les filtres sont désignés par 40 et 41 respectivement. Ces filtres sont destinés à se déplacer ensemble pour ourler avec l'arbre menant 14: Dans cette forme de réalisation, le cône 20 est éloigné de la paroi externe du carter 11 et est utilisé à la place de la paroi déflectrice interne du cône 20. En outre, un guide rotatif monté sur l'élément 41 est prévu en 42 pour diriger le débit d'air épurevers la sortie 12. l'élément 42 est placé au-dessus des au@es 25a du dispositif de détente et est relié à la partie supérieure des aubes.Pans cette forme de réalisation, on utilise également une pompe 45, un réservoir 46 et une canalisation con venable 47 pour diriger un fluide (par exemple de l'eau) à 1' en- contre du fluide (gaz) introduit dans ltappareil. De cette manière, il est également possible d'enlever (par lavage) les particules entes par le gaz (air). Ainsi, le dispositif devient un laveur en morne temps qu'un filtre dynamique. Il est bien entendu que la pompe 45, le réservoir 46 et la cairlisation 47 peuvent être enlevés et que l'installation de filtration pourrait alors fonctionner de la manière décrite en se refèrant aux figures 1 à 4. Il convient également de noter que le filtre interne (17, 18, 19) et le cône (31) pour raient être enlevés et que le dispositif fonctionnerait comme décrit en se référant aux figures 1 à 4, mais permettrait également de laver l'air. Il convient de noter que la forme de réalisation de la figure 5 colporte un dispositif de détente à entrée radiale tandis que celui de la figure 1 est du type axial. Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et représentées et est susceptible de recevoir diverses variantes entrant dans le cadre et l'esprit de l'invention. REVEIII)ICATI0NS 1. Appareil destiné à enlever une matière particulaire d'un fluide, appareil caractérisé en ce qu'il comporte un carter fixe, un filtre cylindrique rotatif monté sur des paliers à ltinté- rieur du carter, un dispositif pour ell#ralner le filtre, tii organe d'entrée pour introduire le fluide dans le carter, un compresseur placé dans le carter et entre l'organe d'entrée et le filtre rotatif et destiné à tourner avec le filtre pour produire un débit positif du fluide dans le carter entre la paroi interne de ce dernier et le filtre, un passage de sortie fixe mettant l'intérieur du carter en communication avec l'extérieur pour permettre au fluide de s'échapper du carter et une turbine placée dans le carter entre le filtre et le canal de sortie fixe, ladite turbine s'étendant à l'intérieur du carter et étant destinée à tourner avec le filtre pour extraire l'énergie en excès du fluide filtré après qu'il nst passé à travers le filtre et pour régler également le débit du fluide et la chute de pression se produisant dans l'appareil, la turbine évacuant le fluide dans le passage de sortie fixe en un point situé à l'intérieur du carter, ledit compresseur et ladite turbine comportant une série d'aubes placées autour d'un arbre pour tourner avec le filtre, le passage de sortie se trouvant au-dessus de l'organe d'entrée et les aubes de la turbine étant placées au-dessus de celles du compresseur, les aubes de la turbine étant espacées vers l'intérieur d'une certaine distance de la périphérie externe des aubes du compresseur et les aubes de la turbine étant placées au-dessous du passage de sortie. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des organes qui font partie du compresseur pour introduire un prétourbillon ou tourbillon contraire réglé dans le fluide et dans la matière particulaire avant qu'ils entrent dans l'espace compris entre la paroi interne du carter et le filtre. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un cône peut être placé dans le carter et en ce qu'il est destiné à tourner avec le filtre, la paroi externe du cône formari: un moyen destiné à dévier le fluide traversant le filtre pour qu'il passe dans la turbine. 4. Appareil selon la revendication X, caractérisé en ce qu'il peut comporter un second cône destiné à tourner avec le filtre, ce second cône étant placé entre la paroi interne du carter et le côté du filtre qui reçoit le premier le fluide contenant la matière particulaire, le second cône ayant une paroi interne placée de manière à dévier le fluide dans le filtre. 5. Appareil destiné à enlever une matière particulaire d'un fluide, calactérisé en ce qu'il comporte un carter fixe, un organe d'entrée pour le fluide, un arbre supporté par le carter, un filtre cylindrique rotatif supporté par l'arbre et comportant une toile métallique destinée à tourner dans le carter, un dispositif pour faire tourner le filtre, un compresseur placé dans le carter et entre l'organe d'entrée et le filtre pour produire un premier courant de. fluide et un tourbillon de fluide entre la toile et le carter, un passage de sortie fixe pour le fluide, un dispositif de détente placé dans le carter et entre le filtre et le passage de sortie fixe pour extraire l'énergie restant dans le fluide après qu'il est passé à travers la toile, le compresseur et le dispositif de détente comportant tous deux une série d'aubes disposées autour de l'arbre, le passage de sortie étant placé au-dessus du passage d'entrée et les aubes du dispositif de détente se trouvant au-dessus de celles du compresseur, les aubes du dispositif de détente étant espacées vers l'intérieur d'une certaine distance de la périphérie externe des aubes du compresseur. 6. Appareil sel la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif pour produire un second courant de fluide dans le carter pour qu'il heurte le premier courant de fluide avant que ceadernier passe à travers le filtre. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un second filtre cylindrique destiné à tourner avec le premier, l'un desdits filtres étant placé à l'intérieur de l'autre. 8. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif commun pour faire tourner tous les organes rotatifs ensemble. 9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif destiné à permettre à la matière particulaire de passer du filtre cylindrique rotatif dans le carter fixe et un organe relié au carter fixe pour évacuer la matière particulaire du carter de manière que l'appareil se nettoie automatiquement. 10. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le fluide entre dans le passage de sortie après avoir quitté le dispositif de détente en un point situé plus près de l'arbre que l'endroit où il sort dudit passage, en formant ainsi un diffuseur radial utilisant l'énergie résiduelle du fluide.