Brevet FR2476499A1 — publié le 19810828

La présente invention concerne des filtres à air du genre comportant un corps qui présente une entrée et une sortie et un élément filtrant en papier plissé monté à l'intérieur du corps de façon qu'en service, l'air s'écoule de l'entrée à la sortie à travers cet élément. Plus particulièrement, elle con- cerne des filtres à air dans lesquels l'élément filtrant, tu- bulaire, a la forme d'un tronc de cône dont les extrémités ouvertes sont destinées à entrer en contact étanche avec des extrémités opposées du corps, de façon que l'air s'écoulant de l'entrée à la sortie soit contraint de traverser la paroi tubulaire de l'élément. L'élément filtrant est usuellement remplaçable, le corps étant divisible pour permettre ce remplacement qui est effec- tué soit à intervalles réguliers, soit simplement chaque fois que l'élément est engorgé par les impuretés quelles qu'elles soient, présentes dans l'air et retenues par le filtre. Afin de rendre maximal le temps séparant deux tels remplacements consécutifs, il est vivement souhaitable que la paroi de l'élément présente une aire utile aussi grande que possible, pour recevoir les impuretés sansobstruer à l'excès de l'entrée ni de la sortie, et que le courant d'air souillé se répartisse régulièrement sur cet aire. On peut satisfaire en partie à la première de ces exigences en faisant en sorte que l'air souil- lé arrive sur le côté extérieur de l'élément mais, pour une grandeurdonnée du corps, la seconde exigence limite le diamè- tre maximum qu'on peut conférer à l'élément. Or, la grandeur du corps est malheureusement très sou- vent limitée elle-même par le volume de logement dont on dispose, facteur qui, souvent, ne dépend pas du fabricant de filtre, notamment dans l'industrie automobile. En augmentant radialement vers l'intérieur l'épaisseur de l'élément filtrant, on peut obtenir une augmentation inté- ressante de l'aire superficielle mais, quand la grandeur du corps est limitée, on risque aussi dans ce cas d'obstruer au moins en partie la sortie, ainsi que de faire apparaître une perte de charge excessive à la traversée de l'élément. Dans le cas de papier plissé, il apparaît d'autres com- plications. Les crêtes et les fonds des plis s'étendent usuellement suivant l'axe de l'élément et la profondeur des plis détermine l'épaisseur radiale de l'élément. Il est clair que l'espacement et la profondeur des plis affectent grande- ment le total d'aire superficielle utile du papier incorporé au filtre, mais un autre facteur pratique beaucoup plus im- portant dont il faut tenir compte est la facilité avec la- quelle les particules d'impuretés pénètrent dans les plis. Avec des plis trop rapprochés et/ou trop profonds, l'aire superficielle est grande, mais n'est que médiocrement exploi- tée parce que les parois définissant les plis sont trop voi- sines, en particulier dans leurs régions radialement inté- rieures. Lorsqu'on réduit le diamètre du corps de filtre (pour un débit donné), des difficultés découlent de la perte de charge accrue et des vitesses excessives auxquelles l'air tourne au- tour de l'élément, ainsi que d'une distribution asymétrique des poussières sur l'élément. C'est la perte de charge accrue qui soulève le problème le plus grave, notamment quand le premier orifice du corps est orienté tangentiellement. Selon la présente invention, dans un filtre à air du genre décrit ci-dessus comportant un élément filtrant en pa- pier plissé en forme de tronc de cône monté dans un corps de filtre à air tubulaire qui présente un premier orifice, orien- té suivant son axe, communiquant avec l'intérieur dudit élé- ment à la grande base dudit tronc de cône, et un second ori- fice, ménagé dans la paroi cylindrique dudit corps, communi- quant avec l'extérieur dudit tronc de cône au voisinage de la petite base de ce dernier, l'axe dudit élément présente sur l'axe du corps de filtre une inclinaison l'écartant dudit second orifice, ce qui, pour un élément filtrant donné, aug- mente le jeu radial entre l'élément filtrant et ledit orifice sans augmenter la grandeur du corps. De préférence, le second orifice constitue l'entrée du filtre à air, dont la sortie est constituée par l'orifice axial communiquant avec l'intérieur de l'élément. Cette dispo- sition assure une meilleure utilisation de toute l'aire du papier plissé formant l'élément, attendu que la poussière accède mieux à la surface extérieure de ce dernier et notamment aux fonds des plis. Il s'avère que la modification selon l'invention assure principalement une nette réduction de la perte de charge apparaissant à la traversée de l'élément filtrant; elle assure aussi une meilleuredistribution (plus uniforme) de la poussière sur toute l'aire du papier, ainsi qu'une réduction de la vitesse de l'air tournant autour de l'élément, ces deux derniers effets ayant toutefois un peu moins d'importance. Pour un élément donné et un-corps de grandeur (longueur et diamètre) donnée et avec un débit volumétrique standard, le résultat est d'augmenter le temps de service utile de l'élé- ment. Ce point est important quand des limitations physiques interdisent l'utilisation de corps de diamètre plus important. Bien entendu, lorsque c'est indiqué, on peut adopter un débit supérieur pour un même temps de service de l'élément. En ce qui concerne la présente invention, l'inclinaison souhaitée de l'axe de l'élément filtrant peut être obtenue d'au moins deux manières. En premier lieu, on peut faire en sorte que les extrémités opposées de l'élément filtrant s' étendent dans des plans parallèles inclinés sur la normale à l'axe de l'élément. En second lieu, on peut configurer les parois d'extrémité du corps même de façon qu'elles reçoivent un élément symétrique normal et le maintiennent en position d'inclinaison de son axe. Cette seconde solution est à pré- férer parce qu'elle simplifie beaucoup la fabrication des éléments. L'élément filtrant peut aussi être formé de deux parties tronconiques en papier plissé assemblées de façon à être par- tiellement enfilées l'une dans l'autre, les extrémités de leurs tronçons chevauchants étant réunies par un organe étanche destiné à éviter les fuites à travers l'interstice annulaire qui les sépare. Une telle réalisation sera décrite plus loin, en référence à la figure 3. La disposition préfé- rée représentée exige que les deux parties tronconiques d' élément aient un axe commun, incliné sur l'axe du corps comme décrit ci-dessus. On va maintenant décrire à titre d'exemples trois réali- sations de l'invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique, en coupe de profil, d'une forme de filtre à air selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique en coupe de profil d'un filtre à air selon une variante préférée; et la figure 3 illustre une autre variante de l'invention. On va d'abord décrire les réalisations selon les figures 1 et 2 et, étant donné que les pièces homologues-des deux fi- gures se correspondent, on leur affectera dans la mesure du possible les mêmes références numériques. Sur ces figures, on voit un filtre à air comprenant un corps cylindrique qui présente un orifice radial 1 dans sa paroi cylindrique 2 et un orifice axial 3 dans une paroi d'extrémité 4. L'autre extrémité est fermée par un couvercle amovible 5 permettant d'accéder à un élément filtrant monté à l'intérieur du corps. Le mode détaillé de fixation du couvercle 5 est sans impor- tance quant à l'invention et il est inutile de le décrire en détail. L'élément filtrant est constitué par un agent filtrant du type papier plissé 7, supporté par des tubes intérieur 8 et extérieur 9 en métal perforé. Les extrémités des plis et des tubes sont scellées dans des capuchons terminaux 10,11. Le capuchon 11 est muni du joint extérieur 12 usuel qui interdit, entre l'intérieur et l'extérieur de l'élément, toute communica- tion autre que celle établie à travers l'agent filtrant. Le capuchon 10 comporte une plaque d'interception centrale 13, qui joue le même rôle que le joint 12. Comme on le voit sur la figure 1, l'élément filtrant 6 est de forme générale tronconique, mais ses extrémités s' étendent dans des plans parallèles légèrement inclinés sur la normale à l'axe du cône. L'élément est monté dans le corps de façon qu'un de ses côtés soit sensiblement parallèle à la partie de paroi du corps-opposée à l'orifice radial 1. De ce fait, l'axe de l'élément est légèrement incliné par rapport à l'axe du corps, ce qui augmente l'interstice radial entre l'orifice 1 et le tube extérieur 9, en métal perforé, de support de l'élément filtrant. On va maintenant se reporter à la figure 2, qui représen- te un élément filtrant tronconique monté dans un corps dont la paroi d'extrémité 4 et le couvercle 5 sont eux-mêmes con- tenus dans des plans parallèles inclinés sur la normale à l'axe du corps. L'effet obtenu est exactement le même que dans le cas de la figure 1, mais l'élément filtrant lui-même est symétrique, c'est-à-dire de modèle courant, ses extrémités s'étendant dans des plans sensiblement normaux à l'axe du cône. Cette disposition offre l'avantage que seul le corps est à modifier, alors que le filtre selon la figure 1 exige un élément spécial, qu'il faut poser correctement. Par contre, l'élément selon la figure 2 est automatiquement monté en bonne position, sans risque d'erreur de l'opérateur, bien que la repose du couvercle 5 exige du soin. Ce couvercle peut présen- ter un clavetage sur le corps assurant sa pose correcte. En raison de la faclité relative de fabrication de l'élément représenté sur la figure 2, cette configuration est préférée à celle selon la figure 1. Comme précédemment mentionné, le premier orifice du corps constitue de préférence l'entrée du filtre, l'orifice axial constituant de préférence la sortie, car cette disposition assure une utilisation optimale de 1' aire de papier offerte par l'élément. On a réalisé un filtre à air selon la figure 2 et on l'a comparé à un filtre à air courant analogue, dans lequel l'axe de l'élément n'est pas incliné sur l'axe du corps. Les filtres, par ailleurs identiques, avaient les dimensions approximatives suivantes. Longueur du corps: 47 cm - Nombre de plis: 160 Profondeur de pli: 3,8 cm Diamètre du corps: 22 cm - Débit nominal: 17 m 3/mn Longueur de l'élément: 46 cm Chaque élément avait, au niveau de sa grande base, un diamètre de 21 cm. Sa petite base avait un diamètre extérieur de 18 cm. Tant l'entrée que la sortie du corps avaient un diamètre légèrement inférieur à 13 cm. A l'essai avec le débit nominal, la perte de charge à la traversée du filtre courant est presque de 1,2 kPa, alors qu'à la traversée du filtre selon l'invention, elle est seulement de 0,8 kPa. C'est là une réduction très importante obtenue moyennant une modification relativement faible de la géométrie du filtre. On conçoit que le premier orifice du corps doit avoir un diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur de l'élé- ment filtrant en butée contre cet orifice, afin que la perte de charge à la traversée du filtre soit minimale. De même, le second orifice doit aussi avoir au moins le même diamètre. En considérant maintenant la figure 3, on voit un filtre à air comportant un corps cylindrique qui présente un orifice radial 20 dans sa paroi cylindrique 21 et un orifice axiale 22 dans une paroi d'extrémité 23. L'extrémité opposée est fermée par un couvercle amovible 24 qui permet d'accéder à un élément filtrant monté à l'intérieur du corps. Le mode détail- lé de fixation du couvercle au corps est sans importance quant à l'invention et il est inutile de le décrire en détail. L'élément filtrant comporte deux parties tronconiques en papier plissé 25 et 26, dont chacune est supportée par des tu- bes en métal perforé intérieur et extérieur (non représenté), exactement comme précédemment décrit à propos des figures 1 et 2. On assemble ces parties en les enfilant partiellement l'une dans l'autre, les extrémités de leurs tronçons chevauchants étant réunies par un organe étanche 27 destiné à interdire les fuites à travers l'interstice annulaire les séparant. Les extrémités de ces parties et des tubes de support associés sont scellées dans des capuchons terminaux respectifs 28,29,30 et 31. Le capuchon 28 porte un joint étanche annulaire 32 en- tourant l'orifice axial 22. Le capuchon 31 comporte une pla- que d'interception centrale 33 voisine de l'extrémité de 1' élément. Les parties sont toutes deux en forme de tronc de cône et sont centrées sur un axe commun incliné sur l'axe du corps. Ce résultat est atteint grâce à la configuration des parois d'extrémité du corps, réalisées de façon à s'étendre dans des plans parallèles inclinés sur la normale à l'axe du corps. Ainsi, on peut utiliser un élément filtrant de force symétrique, le plus simple à fabriquer. La réalisation selon la figure 3 permet non seulement de mettre en oeuvre une grande quantité de papier filtre pour une dimension axiale donnée du corps, mais encore de donner aux plis des parties individuelles de l'élément un espacement optimum, afin d'uti- liser au mieux l'aire de papier supplémentaire dont on dispo- se. Bien que, dans les réalisations ci-dessus, le corps présente une entrée, radiale, l'invention est aussi efficace avec une entrée tangentielle. En fait, elle est nettement avantageuse avec une entrée tangentielle parce qu'elle con- tribue à minimiser le problème posé par celle-ci, résidant en ce que le mouvement de tourbillon(autour de l'élément) engen- fré par une entrée tangentielle, au lieu de se convertir en pression statique sur la surface extérieure de l'élément, se dissipe graduellement autour de l'élément, ce qui se traduit par une hausse de la perte de charge (effet d'étranglement) de l'ordre de 20 %, dont la grandeur effective type est de 0,25 kPa. L'inclinaison conférée à l'axe de l'élément contre- carre cette perte, en limitant l'écoulement autour de l'élé- ment et en ralentissant le mouvement de l'air. L'utilisation d'une entrée tangentielle est souvent souhaitable par des raisons d'esthétiques: elle permet sou- vent d'utiliser une tuyauterie d'aspect plus net, longeant par exemple la paroi arrière de l'habitacle d'un véhicule. La mise en oeuvre des principes de l'invention permet de prévoir une entrée tangentielle dans des cas o cette mesure rendrait autrement le fonctionnement du filtre insatisfaisant. REVENDICATIONS 1. Filtre à air du genre comportant un élément filtrant en papier plissé, ayant la forme d'un tronc de cône, monté dans un corps tubulaire qui présente un premier orifice, cen- tré sur son axe, communiquant avec l'intérieur dudit élément à la grande base du tronc de cône et un second orifice, ména- gé dans la paroi cylindrique dudit corps, communiquant avec l'extérieur dudit élément au voisinage de la petite base de ce dernier, caractérisé en ce que l'axe dudit élément (7; 25,26) présente sur l'axe-du corps une inclinaison s'écartant dudit second orifice (1; 20), ce qui, pour un élément fil- trant donné, augmente l'interstice radial entre l'élément filtrant et ledit orifice sans augmenter la grandeur du corps. 2. Filtre à air selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en service, le second orifice (1) constitue l'entrée et l'orifice axial (3) constitue la sortie. 3. Filtre à air selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce qu'on assure l'inclinaison relative de l'axe de l'élément filtrant (7) en faisant en sorte que les extrémités opposées de cet élément s'étendent dans des plans qui ne sont pas normaux à l'axe de l'élément. 4. Filtre à air selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que l'inclinaison relative de l'axe de l'élément filtrant (7) est assurée par la configuration de parties des parois d'extrémité du corps, ces parties étant conçues de façon à s'étendre dans des plans parallèles non normaux à l'axe du corps, mais qui sont normaux à l'axe de l'élément filtrant une fois celui-ci monté dans ledit corps. 5. Filtre à air selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément est formé de deux par- ties tronconiques (25,26) assemblées alors qu'elles sont par- tiellement enfilées l'une dans l'autre, les extrémités de leurs tronçons chevauchants étant réunies par un organe étan- che (27), ce qui interdit les fuites à travers l'interstice annulaire séparant les parties. 6. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que le premier orifice (3; 22) du corps a un diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur de 1' élément (7; 25) qui bute contre lui. 7. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le second orifice est dirigé tangentiellement par rapport au corps.