Brevet FR2302126A1 — publié le 19760924

La présente invention a pour objet un séparateur destiné à séparer des particules solides ou liquides d'un gaz et il comprend un conduit le long duquel le gaz circule quand le séparateur fonctionne, une pièce tournante placée au moins partiellement dans ce conduit de telle sorte que le gaz circulant dans le conduit soit obligé de traverser le séparateur dans une direction parallèle à l'axe de rotation, et des moyens permettant de faire tourner cette pièce tournante. Un avantage d'un séparateur de cette sorte est qu'il peut être auto-nettoyant. Dans le cas où des particules liquides sont séparées du gaz, elles deviennent coalescentes et tendent à se déplacer radialement vers l'extérieur à travers la pièce tournante, Dans le cas où seules des particules solides sont séparées du gaz, un liquide peut être introduit dans la pièce tournante en une position voisine de l'axe de rotation, ce liquide circulant radialement vers ltextérieur à travers la pièce tournante et amenant les particules solides séparées vers la périphérie de ladite pièce. Un séparateur disposé de cette façon est décrit dans le brevet anglais N 754.264 la pièce tournante, dans ce cas, étant une brosse en forme de disque dont les poils ont une direction radiale. Un autre brevet anglais N 1.144.872 décrit un séparateur de cette sorte qui peut séparer d'un flux d'air de très petites particules, par exemple des particules ayant des diamètres compris entre 50 microns et 5 microns. Dans ce séparateur, la pièce tournante est un disque central avec un certain nombre de filaments dépassant radialement qui se trouvent dans un plan unique. Cette pièce offre une résistance relativement faible au passage du gaz et elle tourne à grande vitesse, par exemple à 1700 tours/minute, de façon à être certain que toutes les particules transportées par le flux de gaz sont projetées sur un filament.Le rendement d'un tel séparateur dans ltélimination des particules d'une dimension donnée d'un gaz déterminé dépend b aucoup du diamètre des filaments et de la vitesse de rotation de la pièce tournante. Si le rendement de séparation obtenu avec une dimension de particules est demandé pourune dimension de particules plus petites, il est nécessaire de diminuer le diame- tre des filaments, ou d'augmenter la vitesse de rotation de la pièce tournante du séparateur, ou d'adopter ces deux mesures. Ainsi, en pratique, il y a une limite inférieure à la dimension des particules qui peuvent cotre filtrées à partir d'un flux de gaz par le séparer teur décrit dans le brevet anglais.L'amélioration du rendement pour des particules plus petites en faisant tourner la pièce tournante du séparateur à une vitesse plus grande nécessite une puissance d'entrée élevée inacceptable et des difficultés de construction d'une telle pièce qui doit être suffisamment forte mécaniquement pour supporter de très grandes vitesses de rotation.L'amélioration du rendement par réduction du diamètre des filaments amène donc à une construction extremement fragile qui ne convient donc pas pour des constructions industrielles0 Un autre inconvénient des constructions dans lesquelles la pièce tournante du séparateur comprend une série de filaments radiaux est que, avec des filants de diamètre uniforme, un espacement optimum entre des filaments contigus peut être obtenu seulement à une distance sélectionnée de l'axe de rota tison, Comme les filaments divergent nécessairement de l'un à l'autre, un espacement optimum ne peut pas être obtenu dans toute la longueur de chaque filament. Le but de la présente invention consiste donc à prévoir un séparateur permettant de séparer d'un flux de gaz des particules ayant une dimension à 1' extrémité inférieure de la gamme qui peuvent cotre séparées par l'appareil connu décrit cidessus et qui permet en outre d'obtenir avec ces particules une séparation ayant un plus grand rendement que dans l'appareil connu. Un autre but del'invention consiste à mettre en oeuvre des moyens permettant de séparer d'un flux de gaz des particules plus petites que celles qui peuvent être séparées commodément à l'aide des appareils connus. Selon la présente invention, la pièce tournante du séparateur comprend un corps d'un matériau perméable délimitant des interstices caractérisés par des dimensions faibles dans toutes les directions, comparées à la dimension du corps raval par rapport à l'axe de rotation, ce corps ayant des faces découvertes et perméables à présentation axiale, en sorte que le gaz circulant le long d'un conduit contenant cette pièce circule dans le corps d'une de ces faces à l'autre, et il est en outre prévu au voisinage de la p~-ri- périe de cette pièce tournante une structure qui reçoit la matière séparée jetée hors de cette pièce tournante par la force centrifuge, cette structure renfermant un récepteur qui maintient cette matière séparée en dehors du trajet suivi par le gaz0 La description donnée ci-dessus de ces faces perméables indique que ces faces ne sont pas entièrement recouvertes par une pièce ou un matériau non perméable. Ces faces peuvent être recouvertes par une pièce perforée, par exemple un tamis de fils qui peut autre disposé en contact avec au moins une desdites faces du corps. C. corps de matériau perméable peut consister en une couche unique d'une feuille perforée. Si on désire obtenir un meilleur rendement que celui donné par une pièce tournante du séparateur constituée d'une couche unique d'une feuille perforée, cette pièce peut comprendre une série de couches juxtaposées de feuilles perforées, ou un corps de matériau ceflu22ire ayant une structure cellulaire ouverte et une épaisseur mesurée dans la direction axiale telle que plusieurs couches de cellules soient obtenues dans cette épaisseur. L'expression structure cellulaire ouverte signifie ici que les cellules voisines co uniquent les unes avec les autres, par opposition à une structure cellulaire ferme où ces cellules sont généralenent fermes les unes par rapport aux autres. L'intention sera lieux comprise en se référant à la description qui va suivre et à la figure unique annexée qui représente une sec tion droite d'un séparateur pris suivant un plan contenant l'ase de rotation de la pièce tournante du séparateur. Ce séparateur comprend une enveloppe cylindrique 1 qui délimite une ouverture d'entrée cellulite 2 et une ouverture de sortie cellule laire 3, ces ouverture étant toutes les deux centrées sur l'axe 4. Le dia être de ltouterture de sortie est presque aussi grand que celui de l'enveloppe elle-même. Le diamètre de l'ouverture d'entrée est in4rieur au rayon de l'enveloppe et de préférence inférieur à la moitié de ce rayon. Cette enveloppe comporte une plaque d'extrémité inférieure 3 dans laquelle l'ouverture d'entrée 2 est formée, une bague d'extré sité supérieure 6 délimitant 1'ouverture de sortie 3 et la paroi cylindrique extérieure 7 comprise entre la plaque 5 et la bague 6. Un disque de tissu ou de toile m'tallique 8 fixé à la bague 6 est placé en travers de l'ouverture 3. L'enveloppe comprend en outre une paroi cylindrique intérieure qui est divisée en deux parties, une partie supérieure 9 et une partie inférieure 10. La partie inférieure 10 est fixée à la plaque 5 et elle est courte, en comparaison de la partie supérieure 9. La partie supérieure est séparée d'environ 18 - de la partie inférieure et elle s'étend jusqu'à la bague 6. cette partie supérieure est supportée à partir de la paroi 7 par des plaques radiales espacées dont l'une est représentée en 11. Ces parties supérieure et inférieure de la paroi intérieure ont le mdma diamètre, ce diamètre étant un peu inférieure à celui de la paroi extérieure 7, en sorte qu'un espace annulaire 12 est délimité entre les parois intérieure et extérieure. Â l'intérieur de l'enveloppe est monté un moteur électrique 13. Ce moteur est placé entre l'intervalle 14 délimité entre les parties supérieure et inférieure 9 et 10 et le disque 8, et disposé de telle sorte que l'axe de son arbre 15 coïncide avec l'axe 4, ce moteur étant par une série de plaques-supports radiales 16 dont le nombre peut être égal à 4.Le bord radial extérieur de chaque plaque-support est fixé à la partie supérieure 9 de la paroi intérieure et le bord intérieur radial de chaque plaque-sapport est fixé au moteur. L'arbre 13 dépasse des deux côtés du moteur 13. Sur une partie d'extrémité de cet arbre contiguë à l'ouverture de sortie 3, on a monté un ventilateur 17 qui est disposé de façon à séparer l'air à partir de l'ouverture d'entrée 2 dans le conduit délimité par les parties de paroi intérieure 9 et 10 jusqu'à l'ouverture de sortie 3 et à évacuer l'air du séparateur par cette ouverture de sortie. Sur une partie d'extrémité opposée de l'arbre 152 on a monté un disque, ce disque comprenant une partie centrale solide 19, et un anneau 20 d'un matériau perméable qui est fixé par sa périphérie intérieure à la partie centrale 19 et qui s'étend radialement dans l'intervalle 14 Jusqu'à l'espace 12. L'épaisseur du disque 20 est d'environ 12 mm. il est prévu un petit espace vide de 3 mm ou moins entre mie face du corps 20 et le bord supérieur de la partie de paroi inférieure 10, et un espace annulaire est #vu entre l'autre face du corps 20 et le bord inférieur de la partie de paroi supérieure 9. Le corps annulaire 20 est métallique et il comporte une struc- ture cellulaire ouverte. il y a an moins une cellule tous les 2,3 cm et de préférence deux cellules dans ce corps 20. On remarquera que, avec ces dimensions, il y a au moins cinq couches de cellules dans l'épais- seur du corps. L'épaisseur du corps 20 peut varier de 3 à 25 t la dimension de l'intervalle 14 variant en conséquence. Ce corps métallique 20 peut Autre constitué en formant d'abord un corps de mousse plastique à cellules ouvertes ayant une structure et des dimensions identiques à celles du corps métallique qui doit Entre formé, puis en remplaçant les cellules de la mousse plastique avec un matériau solide de façon à former un moule, puis en élimi- ~ nant le matériau plastique du moule par fusion ou à l'aide d'un solvant, puis en coulant un métal fondu dans le moule et enfin en enlevant le moule du corps métallique de la structure à cellules ouvertes ainsi formée. Suivant une variante, le corps 20 peut être formé en un matériau à base de Causse de plastique, un matériau convenable étant la mousse de polyuréthane. La partie inférieure de l'espace annulaire 12, qui est délimitée par la paroi cylindrique 7, la plaque d'extrémité 5 et la partie inférieure 10 de la paroi cylindrique intérieure constitue un récepteur qui reçoit les matériaux évacués de la périphérie du corps 20 pendant le fonctionnement du séparateur. Undrain 21 formé dans la plaque d'extrémité 5 communique avec ce récepteur de façon à permettre au liquide ainsi collecté d'être évacué à l'extérieur.Pendant le fonctionnement du séparateur, un aérosol, par exemple un brouinard d'Iii:#, à partir duquel les particules en phase dispersée doivent être séparées, traverse le séparateur parl' > uUtIue d'entrée 2. L'air ou un autre composant gazeus delaérosclpasse alors dans le corps perméable 20 et il est évacué du séparateur par 1' ouverture de sortie 3. La majorité au moins de la phase de dispersion est séparée de l'air par le corps 20 et elle est évacuée dans le récepteur 22 constitué par la partie inférieure de 1' espace 12. Il est clair que la structure cellulaire ouverte du corps 20 fournit un grand nombre de voies d'une face à l'autre et que chaque voie comprend un certain nombre de jonctions dans lesquelles le flux gazeux se divise et passe sur l'autre c8té du corps. Le gaz circulant dans les cellules tend à entratner les particules solides ou liquides de ces cellules. Ainsi, plus il y a de jonctions dans lesquelles le gaz se divise pour passer d'un côté à l'autre d'une cellule, plus il y a de chances qu'une particule transportée par le gaz vienne en contact avec une paroi de cette cellule0 La probabilité pour une particule déterminée transportée par le gaz de venir frapper la paroi d'une cellule augmente en outre quand la vitesse de la paroi de la cellule relativement à la particule augmente. La vitesse relative qui résulte du débit de gaz en direction axiale dans le corps 20 n'est pas très élevée.Pour augmenter la vitesse à laquelle le débit de gaz en direction axiale demande un supplément d'énergie relativement important à l'entrée, la vitesse des particules relativement aux parois des cellules qui résulte de la rotation du corps 20 peut être augmentée grâce à un faible accroissement de l'énergie consommée en augmentant la vitesse de rotation de la pièce tournante 18. Le moteur 13 peut faire tourner la pièce 18 à plusieurs milliers de tours par minute. Par exemple, dans le cas d'une pièce 18 ayant un diamètre de 42,5 cm, cette pièce tourne à 2850 tours/minute0 Un tel séparateur élimine environ 78 ffi des particules de diamètre égal à 0,5 micron du flux-de gaz. Si un rendement supérieur est demandé pour de très petites particules, la pièce 18 est commandée à une plus grande vitesse. Par exemple, à une vitesse de 5700 tours, minute, le rendement du séparateur pour des particules de 0,5 microns de diamètre est de 92%o La pièce 18 est de préférence commandée à une vitesse telle que la vitesse de n'importe quel point pour lequel une particule peut frapper le corps 20 soit d'au moins 30 mètres par seconde. Il est important d'empêcher le gaz de circuler dans le conduit délimité par la paroi intérieure 10 tournant dans le même direction que la pièce 18 à grande vitesse. S'il n'y a pas de rotation relative entre la pièce t8 et le flux de gaz, de petites particules, c'est-à-dire des particules ayant un diamètre de seulement quelques microns, traversent la pièce 18 avec le gaz sans impact. La vitesse des parois des cellules relativement aux particules qui provient du débit axial de gaz est insuffisante pour amener un impact de ces petites particules sur les cellules.Si aucune rotation n'est fournie au flux de gaz et aux particules transportées par ce flux et si la pièce 18 tournante a une vitesse telle que celle indiquée ci-dessus, la vitesse des particules relativement aux parois des cellules est suffisamment élevée pour amener un impact des particules sur les parois des cellules pour des particules ayant des diamètres très faibles de l'ordre de 0,5 micron. Si le ventilateur 17 est placé entre la pièce 18 et l'ouvertu- re de sorLie 3, ce ventilateur n'engendre pas de rotation du gaz avant qu'il atteigne ladite pièce 18. Suivant une variante, ce ventilateur 17 peut être commandé dans une direction telle que Pair soit soutiré dans le conduit délimité par la partie de paroi intérieure 9 à travers l'ouverture 3 et soit évacué par l'ouverture 2, l'ouverture 3 étant alors une ouverture d'entrée et l'ouverture 2 étant une ouverture de sortie. Dans ce cas, le vefitilateur 17 donne une rotation au gaz avant qu'il atteigne la pièce 18. Pour obtenir une vitesse suffisante de cette pièce 18 relativement aux particule cette pièce doit alors tourner dans une direction opposée à celle du ventilateur 17 Au lieu du corps 20 en mousse solide, la pièce 18 peut être eo.mstituée par W-le masse d particules fixées ensemble dans une structure poreuse, par exemple par un corps métali#ique fritté ou par un corps en cramique Dans une autre construction, cette pièce peut Etre constituée par une série de couches de feuilles perforées, par exeniple un matériau tissé avec des filaments ou par des feuilles percées.Ces feuilles percées peuvent être gaufrées ou bien formées de cannelures radiales ou bien percées suivant un réseau irrégulier. Dans encore une autre construction, cette pièce 18 peut être constitue par une feuille perforée unique. Le matériau de cette feuille peut être par exemple de l'acier inoxydable comportant de fines perforations, par exemple 16 perforations par cn. L'épaisseur de cette feuille d'acier peut être d'environ 0,15 nm, Un avantage d'une telle pièce relativement fine est que, quand le séparateur fonctionne, un faible mauvement dans une direction perpendiculaire à 1'l'axe de rotation ou même aucun mouvement n'est imprimé au gaz et aux particules qu'il transporte. Au cas eh des particules liquides doivent être séparées de l'aérosol, le séparateur est auto-nettoyant perce que le liquide coagulé se déplace radialement dans le corps perméable 20 sous lteffet de la force centrifuge et perce qu'il est chassé depuis la périphérie du corps jusqu'au récepteur 22. Ce récepteur peut être aligné sur une muse fixe d'un matériau à cellules ouverte8 qui absorbe le liquide et par suite réduit le risque de voir le liquide entraîné par le gaz une fois de plus. On remarquera que, à l'exception de l'intervalle 14 et du conduit de drainage 21 (qui peut être ouvert seulement de ~açon intermittente), l'espace 11 est fermé. Il n'y a pas de circulation importante de gai dans l'espace Il et par suite des liquides évacués de la péri- phérie du corps 20 jusqu'au récepteur 22 et? aintenus hors de contact avec le flux de gaz circulant dans le séparateur. Dans le cas où le séparateur doit être utilisé pour éliminer des particules solides d'un aérosol, il peut être nécessaire d'envoyer un liquide au corps 20 en matériau perméable de façon à transporter les particules solides ainsi collectées radialement vers l'extérieur jusqu'au récepteur 22. Un tel liquide peut être introduit dans la pièce 18 par l'intermédiaire d'un conduit convenable dans une position contiguë à l'axe 4 ou sur cet ave. REVENDICATIONS 1 - Séparateur permettant d'enlever des particules solides ou liquides d'un gaz et comprenant un conduit dans lequel circule le gaz quand le séparateur fonctionne, une pièce tournante et des moyens permettant de faire tourner cette pièce, cette pièce présentant des faces perméables découvertes perpendiculaires à l'axe disposées au moins partiellement dans le conduit de telle sorte que le gaz circulant dans ce conduit est obligé de circuler dans cette pièce parallèlement à l'axe de rotation, ce séparateur étant earac- térisé en ce que cette pièce tournante comprend un corps en matériau perméable délimitant des interstices ayant des dimensions dans toutes les directions faibles par rapport aux dimensions du corps et qui sont radiales par rapport ltaxe de rotation, et en ce qu'il est prévu au voisinage de la périphérie de cette pièce tourn#te une structure renferment un récepteur qui reçoit le matériau Qlilil né du séparateur par la force centrifuge de façon à maintenir ce matériau en dehors de la trajectoire suivie par le gai. 2 - Séparateur selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que ledit corps de matériau perméable a une structura colla- laire ouverte et en ce que la dimension des cellules relativemeat à l'épaisseur du corps, mesurée dans la direction axiale est telle qu'une série de souches de cellules est contenue dans cette 4pissoir. 3 - Séparateur selen la revendication 2, caractérisé on outre en ce que ledit corps est formé d'un matériau constitué par une mousse solide. 4 - Séparateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la dimension des cellules est telle qu'il y a au moins 40 cellules pour 100 ma linéaires dans le cers. 3 - Séparateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que 1' épaisseur du corps est comprise entre 3 et 25 on. 6 - Séparateur selon la revendication 1, caractérisé par un ventilateur placé dans le conduit entre la pièce tournante da sépara teur et une sortie de ce conduit qui aspire le gaz dans ce conduit vers sa sortie. 7 - Séparateur selon la revendication 1, caractérisé en outre par un ventilateur placé dans le conduit entre la pièce tournante du séparateur et une entrée du conduit qui aspire le gaz dans cette entrée et l'oblige à circuler jusqu'8 une sortie, des moyens étant prévus pour faire tourner ce ventilateur dans une direction et la pièce tournante du séparateur dans la direction opposée.