Brevet FR2174225A1 — publié le 19731012

La présente invention concerne un dispositif destiné à être parcouru par un courant d'un gaz pour produire la coalescence des particules liquides en suspension dans ce gaz pour faciliter la séparation du liquide. Ce dispositif est n particulier destiné aux installations de conditionnement d'air pour des aérodynes y compris les hélicoptères. L'air destiné au conditionnement des cabines des aérodynes, après avoir été refroidi par expansion dans une turbine, transporte en suspension une quantIté de part cules d'eau con densée, qui doivent être séparées. A cet effet, on ne peut pas se servir directement d'un cyclon ordinaire dans lequel la longueur des trajectoires radiales des particules vers les parois est trop grande pour obtenir une bonne efficacité, en tenant compte des très petites dimensions des particules, lesquelles peuvent avoir un diamètre de quelques microns et qui, par conséquent, se déplacent très lentement dans le milieu gazeux0 Pour rendre efficace la séparation il est necessaire de produire préalablnment la coalescence de ces particules menues pour former des gouttelettes relativement volumineuses, ce qu'on réalise en général à l'aide de filtres à grilles très fines ou par des séries de plaques ondulées qui produisent des déviations du flux. Les filtres présentant, dans ce cas, une bonne efficacité mais ils sont trs ite engorgés par les particules de poussière et d'autres impuretés transportées par l'air, de sorte qu'ils sont obstrués en peu de temps. Les dispositifs à parois ondulées, au contraire, ne sont pas suffisamment efficaces pour produire la coalescence des particules très réduites. Le but de la présente invention est celui de réaliser un dispositif relativement simple qui n'est pas exposé aux risques d'engorgement et qui permet, inséré dans la trajectoire du flux d'un gaz, de produire avec une haute efficacité la coalescence des particules de liquide transportes, Le liquide peut ainsi, ensuite, être facilement séparé dans un séparateur du type à cyclon, à gravité, ou > 'un autre type, Le dispositif selon l'invention comprend une surie de tubes pr--sentant un diamètre petit par rapport à leur longueur, d@@@@@@@ en pralle dons le passwje du flux gazeux à traiter et qui comprte chacun un guide hélicoïdal intérieur dont les bords scnr r contact av-c la paroi intérieure du tube respectif, de sorte que le flux de gaz traversant chaque tube est guidé par le guide hélicoïdal pour suivre une trajectoire hélicoidale, les particules en suspension étant ainsi soumises à des forces du tube centrifuges qui les projettent sur la paroi intérieure/sur laquelle ils forment, par coalescence, des gouttelettes ou particules plus volumineuses. Ces gouttelettes plus volumineuses sont en train-es par le flux et enfin évacuées à l'extrémité de sortie du tube, Grace au diamètre réduit de ce tube, le parcours radial imposé aux particules liquides pour atteindre les parois est très court, et en choisissant convenablement la longueur des tubes, leur section et le pas du guide hklicoldal en fonction de la vitesse du flux de gaz et des caractéristiques des particules en suspension à séparer, il est possible d'arriver à la coalescence effective d'une tres grande partie des particules en suspension. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description qui va suivre et en se référant aux dessins annexés montrant à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation du dispositif selon l'invention0 Sur ces dessins Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un des tubes du dispositif selon l'invention, représenté en échelle légèrement agrandie Figure 2 est une vue en coupe longitudinale suivant la ligne II-II de la figure 4 à une échelle réduite Figures 3 et 4 sont deux vues axiales du dispositif représenté à la figure 2, montrant l'extrémité d'entrée et l'extrémité de sortie respectivement0 Le dispositif suivant l'invention représenté ici est disposé dans un conduit 1 (figure 2) parcouru par un flux d'un gaz transportant en suspension des particules ou gouttelettes dont on veut produire la coalescence.Ce flux est dirigé de la droite vers la gauche suivant les flèches représentées à la figure 1. Dans le conduit 1 sont montées deux plaques de support 2 et 3, l'une du c8té de l'entrée et l'autre du côté de la sortie du conduit. Ces plaques sont destinées à soutenir les tubes du dispositif et a diviser le flux pour le guider dans l'intérieur desdits tubes. Les différents -l-ments du dispositif selon l'inven tion montés entre les plaques 2 et 3 comprennent chacun essen tellement un tube 4 présentant une section circulaire et un guide hélicoïdal 5 disposé à l'intérieur du tube 4 et oont les bords sont en contact avec la paroi intérieure du tube, Ce guide hélicoïdal 5 peut convenablement être réalise en tordant une bande métallique plate et en soudant les bords de cette bande sur la paroi intérieure du tube 4, par exemple par brasage0 Le guide hélicoïdal 5 peut s'étendre sur toute la longueur du tube 4, comme représenté ici, ou présenter une longueur plus grande ou plus petite que celle du tube, Le flux de gaz traversant le conduit 1 rencontre la plaque 2 et est divisé et dirigé dans les tubes 4.Il parcourt les tubes à une vitesse relativement élevée en raison de la réduction de la section totale du tube 1 à ce niveau Dans chaque tube 4 le flux est entrain par le guide hélicoïdal 5, à suivre une trajectoire hélicoldale de manièreàappliquer à chaque particule en suspension une force centrifuge qui l'amène progressivement au voisinage ae la paroi du tube 4 jusqu'à ce qu'il se dépose sur cette paroi et orme, par coalescence avec d'autres particules, des gouttelettes plus volumineuses.Ces gouttelettes plus volumineuses procèdent ensuite le long de la paroi, entrainées par le flux de gaz jusqu'à l'extrémité de sortie du tube0 Grâce au diamètre réduit du tube 4 par rapport à sa longueur, la distance que les particules doivent parcourir en sens radial pour rencontrer la paroi est réduite par rapport au temps de parcours dans le tube, et cette distance peut etre couverte en toute sûreté malgré la vitesse réduite du déplacement des particules par rapport à celle du gaz, ce qui est dû aux dimensions très réduites desdites particules. Par consequent, la partie des gouttelettes qui arrivent à la sortie du tube 4 sans avoir été soumises à l'effet de coalescence peut être très réduite A cet effet principal s'ajoute un dépôt direct de gouttelettes sur le guide hélicoïdal meme par effet de la dé viaticn que le guide impose au fluide. Les gouttelettes ainsi déposées avancent, entraînées par le fluide, vers la paroi du tube 4 où elles se réunissent avec celles qui y ont été déposées directement. Pour produire des forces centrifuges relativement importantes, la vitesse du flux dans les tubes 4 doit etrere- lativement élevée, par exemple d'environ 150 m/secO A la sortie du tube 4 le flux dU gaz est rapide et il tend à arracher avec une énergie élevée, au bord de sortie du tube 4, les gouttelettes qui y parviennent en les pulvérisant à nouveau, Pour éviter ce phénomène, il est avantageux de prévoir à l'extrémité de sortie de chaque tube 4 une partie 6 présentant un plus grand diamètre et qui est raccordée aux tube 4 d'un diamètre plus petit, par une partie tronconique 7. Lors du passage à travers la partie plus large 6 du tube, la vitesse du gaz est réduite et le gaz quitte cette partie à une vitesse insuffisante à produire la pulvérisation des gouttelettes qui restent ainsi sur la paroi de la partie 6 et sont évacuées vers un dispositif séparateur d'un type connu quelconque, par exemple à cyclon. Ce séparateur peut méme être constitué par une simple chambre de récupération. Lorsque ce dispositif de séparation présente à son entrée un corps d'une configuration ogivale 8, comme dans certains dispositifs connus, les longueurs des tubes 4 du dispositif peuvent entre différentes suivant leurs positions respectives de sorte qu'ils arrivent tous à une distance prédéterminée dudit corps ogival 8, comme représenté à la figure 2. Le dispositif suivant l'invention peut être réalisé en différentes matières, de préférence en un métal et particulièrement en alliage léger. Comme du'jà dit, les dimensions des tubes doivent être choisies en fonction des caractéristiques du mélange de gaz et de gouttelettes liquides entraînées à séparer. En général, le diamètre intérieur des tubes 4 peut varier de quelques millimètres à un centimètre. On appréciera facilement que la section libre est déterminée convenablement pour ne pas courir de risques d'engorgement dus à des particules de poussière transportées par le courant de gaz. Pour cette raison, le dispositif se prête particulièrement aux installations de conditionnement d'air pour hélicoptères0 Le nombre des tubes 4 installés dans un dispositif est variable et il est fonction du volume du gaz à traiter. La disposition de chaque tube individuel est variable et elle sera en général déterminée de manière à occuper uniformément l'espace disponible à l'intérieur du conduit dans lequel le dispositif est installés De plus, le dispositif peut titre installé en toute position. Lorsque la séparation ultérieure des gouttelettes obtenues par coalescence est effectuée par gravité, le dispositif est disposé par l'axe longitudinal des tubes dans un plan horizontal Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté ici, mais on pourra y apporter de nombreuses modifications de détails sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention0 REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour produire la coalescence des particules liquides en suspension dans un milieu gazeux ou fluide, en particulier des gouttelettes d'eau en suspension dans un courant d'air refroidie dans une installation de conditionnement d'air d'un aérodyne, caractérisé en ce qu'il comprend une série de tubes présentant un diamètre petit par rapport à leur longueur, disposés en parallèle dans le passage du flux gazeux à traiter et qui comportent chacun un guide hélicoïdal intérieur dont les bords sont en contact avec la paroi intérieure du tube respectif de sorte que le flux de gaz traversant chaque tube est guidé par le guide hélicoidal pour suivre une trajectoire hélicoidale, les particules en suspens ion étant ainsi soumis à des forces centrifuges qui les projètent sur la paroi intérieure du tube sur laquelle ils forment par coalescence des gouttelettes ou particules plus volumineuses. 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque tube présenté à son extrémite de sortie, une partie d'un plus grand diamètre, destinee à produire une réduction de la vitesse d'écoulement du flux de gaz et ainsi à éviter toute pulvérisation des gouttelettes de liquide obtenues par coalescence et qui sont évacuées à travers l'extrémité de sortie du tube0 3.- Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites parties de plus grand diamètre des tubes sont sensiblement cylindriques et sont raccordées à une partie d'un diamètre plus petit des tubes par des parois sensiblement tronconiques. 4.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les différents tubes sont montés entre deux plaques de support disposées dans un conduit traversé par le flux de gaz à traiter. 5.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque guide hélicoidal est constitué par une bande métallique plate pliée en hélice par torsion. 6.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les bords de chaque guide hélicofdal sont soudés de préférence par brasage, sur la paroi intérieure du tube. 7.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre interne de chacun des tubes individuels est de l'ordre de quelques millimètres à un centimètre.