Brevet FR2492455A1 — publié le 19820423

La présente invention concerne un pare-étincelles. Les pare-étincelles sont surtout utilisés sur les moteurs a' explosion ou à combustion interne fonctionnant en atmosphère comburante, où le risque d'incendie existe en permanence. On peut d'ailleurs également les utiliser sur des ventilateurs ou encore des compresseurs, par exemple. La fonction de ces pare-étincelles est de séparer les particules carboniques en ignition des gaz de combustion des machines tournantesévoquées ci-dessus, avant que ceux-ci ne s'échappent dans une atmosphère dangereuse. On sait déjà fabriquer des pare-étincelles silencieux, à défaut de disposer en série des pots d'échappement classiques. L'atténuation du bruit dans les pare-étincelles peut ainsi être réalisée en prévoyant une chambre d'expansion double avec de longs conduits de raccordement internes.Dans ce cas comme dans celui où on utilise un pot d'échappement, on se heurte à l'in convénient dû à ltencombrement du dispositif. La présente invention tire son origine dans le fait qu'on utilise également très souvent, en atmosphère comburante, des échangeurs pour abaisser la température des gaz d'échappement de ces mêmes machines tournantes, ce qui, au demeurant, amplifie l'inconvénient d'encombrement précisé ci-dessus. La présente invention vise donc à procurer un pareétincelles, qui soit silencieux et compact à la fois, et dont la fonction "silencieux" soit assurée par des moyens assurant par ailleurs la fonction échange calorifique". k cet effet, la présente invention concerne un pareétincelles comprenant un corps, pourvu d'orifices d'entrée et de sortie de gaz d'échappement d'une machine tournante a explosion ou à combustion interne, et des moyens connus agencés dans le corps pour séparer les particules carboniques des gaz d'échappement, caractérisé par le fait qu'il est prévu, autour du dit corps, une enveloppe formant avec le dit corps une enceinte annu laire pourvue d'ouvertures d'entrée et de sortie et communiquant, par son ouverture de sortie, avec l'orifice d'entrée du dit corps1 et des moyens de refroidissement disposés dans l'enceinte pour refroidir les gaz d'échappement traversant l'enceinte depuis son ouverture d'entrée jusqu'à son ouverture de sortie. Grâce à l'invention, les moyens de séparation pareétincelles étant entourés par les moyens de refroidissement des gaz, les vibrations et les bruits, en général engendrés au niveau. des moyens pare-étincelles sont amortis par les moyens de refroidissement. En d'autres termes, l'invention concerne une combinaison d'un pareétincelles et d'un échangeur calorifique qui non seulement assure les fonction exercées séparément par un pareétincelles et un échangeur, mais encore la fonction "si lencieux" assurée par un pot d'échappement ou des moyens particuliers dans le pare-étincelles. En outre, ces trois fonctions sont assurées par un dispositif compact, dont la longueur, par exemple, ne dépasse pas celle des pareétincelles et échangeurs connus, pour un volume de gaz d débiter déterminé. De plus, l'invention procure encore le résultat remarquable de refroidir la paroi extérieure du corps proprement dit du pare-étincelles et d'empêcher ainsi l'inflammation de l'air comburant extérieur. Enfin, il faut noter que gracie a' la forme annulaire de l'enceinte d'échange calorifique, les gaz d'échappement sont centrifugés dès leur arrivée dans le dispositif de l'invention et que comme l'ouverture de sortie de l'enceinte communique avec l'orifice d'entrée du corps intérieur, la séparation des particules carboniques des qaz d'échappement à traiter peut déjà commencer dans cette enceinte de refroidissement. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante, en référence au dessin annexé, sur lequel - la fig. 1 représente une vue schématique en coupe longitudinale d'une forme de réalisation du dispositif de l'invention ; - la fig. 2 représente une vue schématique en coupe transversale du dispositif selon la ligne II-II de la fig. 1, et - la fig. 3 représente une vue schématique en coupe, selon la ligne III-III de la fig. 1, des aubes directionnelles. Le dispositif de l'invention représenté sur la fig. 1 comporte tout d'abord un corps intérieur 1, de forme générale cylindrique, à l'intérieur duquel sont empilées des chicanes connues mais décrites plus en détail ci-après pour la séparation de particules carboniques d'un courant de gaz d'échappement d'un moteur à explosion ou a combustion interne, par exemple, destiné à traverser ce corps 1 depuis un orifice d'entrée 2 jusqu'à un orifice de sortie 3, de ce corps. Une jupe 4, de forme générale cylindrique, de diamètre sensiblement inférieur à celui du corps 1 est disposée à l'intérieur de ce corps, entre son orifice d'entrée 2 et les chicanes de sdparation, et constitue une chambre de détente pour les gaz d'échappement entrant dans le corps 1.Un cane 8 d'entrée des gaz, dont la base a la même forme que l'orifice d'entrée 2 du corps i, obture partiellement par sa base, cet orifice d'entrée 2 du corps 1. Le cône 8 possède, à proximité de sa base, des ouvertures annulaires 5 pour I1 écoulement, hors du corps 1, des particules carboniques séparées par les chicanes. La séparation des particules carboniques s'effectue à l'aide de chicanes 6 déjà mentionnées, qui vont maintenant être décrites. Chaque chicane 6 comporte deux évents constitués par deux demi-cbnes Il et 12 dont les hauteurs sont disposées suivant l'axe du corps 1 et qui sont placés de part et d'autre de la chicane en sens inverses. Les chicanes 6 comportent, près de leur périphérie, des trous permettant de les empiler sur des tiges, par exemple 9, 10, sur la fig. 1. La jupe 4 est fixée à la première chicane 6 la plus proche de l'orifice d'entrée 2 du corps 1.Ainsi, et de façon connue, les chicanes 6 sont empilées les unes sur les autres et placées à un écartement déterminé, si bien que les gaz, à leur entrée dans 11 empilage, rencontrent les tranches des demi-cônes saillant vers la chambre de détente formée à l'intérieur de la jupe 4. Il en résulte que les gaz ne peuvent s'échapper par l'orifice de sortie 3 du corps 1 qu'après avoir été subdivisés et avoir suivi plusieurs trajets hélicodaux dans un mouvement giratoire, comme représentés en traits interrompus et traits mixtes, ce qui provoque la séparation des particules carboniques du courant gazeux, particules qui peuvent ensuite s'écouler par les ouvertures annulaires 5 du cône 8. I1 est clair que cette séparation des particules carboniques par centrifugation des gaz n'est pas limitative de l'invention et qu'on pourrait également prévoir une séparation par choc, notamment. Le dispositif de l'invention comporte, en outre, une enveloppe 13, disposée à l'extérieur et autour du corps 1, de forme générale cylindrique, s'étendant presque sous l'orifice d'entrée 2 du corps 1, par une surface tronconique 14, délimitant une ouverture de -sortie de l'enve- loppe 13, et un réceptacle 15, raccordé à la surface 14 et agencé pour recueillir et permettre l'évacuation, ou le décuvage, des particules carboniques, par une trappe de décuvage 72. Un cône 16 de retenue des particules carboniques est disposé dans le réceptacle 15, sous le cône d'entrée 8 du corps 1 de séparation des particules, et dans le même sens que celui-ci. L'enveloppe 13 et le corps Iformentuneenceinte 17 annulaire, fermée, à la partie inférieure, sous le corps 1, par le réceptacle 15 et, à la partie supérieures au niveau de la dernière chicane de séparation 6 du corps 1, par une plaque annulaire 23, au-dela de laquelle s'étend l'enveloppe 13. Deux tubulures d'entrée 19 et de sortie 20 des gaz sont prévues. Le raccordement de la tubulure, ou ouverture, d'entrée est situé en partie haute de l'enceinte 17, au niveau des dernières chicanes de séparation 6, le raccordement de la tubulure de sortie étant situé en partie haute de l'enveloppe 13, au-dela de l'orifice de sortie 3 du corps de séparation intérieur 1 et de la plaque annulaire 23 au niveau d'une chambre de sortie des gaz 24, formée par l'enveloppe 13, la plaque annulaire 23 et une plaque 18 fermant l'extrémité supérieure de l'enveloppe 13.La partie haute de l'enceinte 17 comporte une cloison tronconique 21, à laquelle est en fait raccordée la tubulure d'entrée 19, de manière à former une chambre d'entrée des gaz 22 qui soit conique. Des moyens de refroidissement sont disposés dans l'enceinte 17 et vont maintenant être décrits. Ils comportent deux faisceaux de tubes à ailettes 25, 26 parallèles, harmonieusement répartis sur deux cylindres 27, 28, respectivement, s'étendant sur pratiquement toute la longueur du corps 1, entre deux plaques annulaires 29, 30 disposées aux niveaux de la partie inférieure de la chambre d'entrée 22 et du cône d'entrée 8 du corps 1, respectivement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à un tel agencement, et on pourrait prévoir soit un seul faisceau de tubes, soit, au contraire, plus de deux faisceaux. Les plaques 29 et 30 divisent l'enceinte 17 en trois par ties,-à savoir la chambre d'entrée 22, une zone de sortie au niveau de la surface tronconique 14, et une zone d'échange calorifique, comme on le verra ci-après, située entre les deux plaques 29 et 30. Grâce aux plaques 29, et 30, les gaz arrivant par la chambre 22 sont donc obligés de traverser les tubes à ailettes 25, 26.La zone dite d'échange calorifique de l'enceinte 17 communique avec une entrée 40 et une sortie 41 d'un fluide, de préférence de l'eau, de refroidissement, entrée et sortie qui sont raccordées à l'enveloppe 13, respectivement en partie basse et en partie haute de l'enceinte ou, au-delà de cette enceinte, comme représenté sur la fig. 1 pour la sortie d'eau 41. Les tubes 25, 26 des deux faiscaux 27, 28 baignent donc dans l'eau de refroidissement en circulation et sont disposés pour que les ailettes respectives de deux tubes adjacents s'intercalent les unes entre les autres (fig. 2), de manière à comprimer l'eau de refroidissement et à augmenter ainsi l'échange calorifiaue par un meilleur frottement de lteau de refroidissement sur les tubes. Une jupe iconique 50 est disposée autour de l'enveloppe 13 pour former venturi et permettre, par la création d'un courant d'air frais provoqué par le phénomène d'ascendances de l'air chaud, de refroidir la paroi de A l'enveloppe 13 et d'entraîner ainsi les calories de sur- face de cette enveloppe. Une tôle cylindrique 51, disposée autour de la jupe biconique 50, forme raidisseur et améliore la résistance de l'ensemble. Outre cette sécurité de résistance, la tôle 51 constitue une bonne protection pour le personnel3 servant contre les brûlures. Elle permet également de disposer entre elle et la jupe 50 un matériau de calorifugeage. Ayant décrit le dispositif de l'invention, on peut maintenant aborder son fonctionnement. Les gaz d'échappement à traiter, comme ceux d'un moteur à explosion, ou à combustion interne, entrent par la tubulure 19, traversent la chambre annulaire 22, où ils commencent déjà à être centrifugés, les tubes à ailettes de refroidissement 25, 26, où leur température est abaissée, le cône d'entrée 8, la chambre de détente de la jupe 4, les chicanes de séparation 6 où ils sont divisés et centrifugés et débarrassés de leurs particules carboniques en ignition, et la chambre de sortie 24, et sortent par la tubulure 20. Les particules carboniques sépa rees dans l'empilage des chicanes 6 s'écoulent à travers le cône d'entrée 8 sur le cône de retenue 16 avant d'etre recueillies dans le réceptacle 15, d'où l'on pourra les évacuer, après ouverture de la trappe 72.Quant aux particules carboniques déjà séparées dans l'enceinte 17, elles sont également recueillies dans le réceptacle 15, par l'intermédiaire de la surface tronconique 14 raisant office de surface de retenue. L'enceinte 17, avec son eau de refroidissement, constitue une bonne cloison anti-vibratile qui absorbe le bruit engendré à l'intérieur du corps 1. En outre, le corps 1 de l'empilage des chicanes de séparation 6 est également refroidi, ce qui permet de prolonger encore l'abaissement de la température des gaz lors de leur traversée des chicanes, et d'éviter toute inflammation de l'air comburant extérieur. On notera, en référence aux figures 2 et 3, que des aubes directionnelles 60 ont été prévues dans la chambre d'entrée 22, disposées sensiblement verticalement mais incurvées et inclinées vers le bas, au droit des tubes de refroidissement 25, 26, afin de diriger le courant des gaz entrants dans les tubes de refroidissement et d'éviter ainsi des phénomènes de turbulence, ou de contrepression. Un système de nettoyage des tubes de refroidissement a été prévu également pour évacuer les particules carboniques qui les encrassent. Dans la forme représentée sur la fig. 1, ce système comporte une tubulure 70 d'injection d'air comprimé, débouchant dans la chambre d'entrée 22, au niveau de la cloison conique 21, et un volet battant 71, monté dans la tubulure 19 d'entrée des gaz, qui vient en appui sur un siège, lors de l'injection de l'air comprimé, pour que celui-ci ne soit pas renvoyé dans le moteur auquel est connecté l'ensemble du dispositif. Le nettoyage s'effectue après avoir ouvert la trappe de décuvage 72 du réceptacle 15. Au lieu de ce système de nettoyage, on pourrait d'ailleurs prévoir, par tube, une brosse, ou racle, de décalaminage montée mobile en translation et en rotation à l'intérieur du tube associé, et manoeuvrable de l'extérieur -du dispositif echangeur pare-étincelles, par exemple à l'aide d'un levier monté pivotant. Revendications 1.- Pare-étincelles comprenant un corps, pourvu d'ori fices d'entrée et de sortie de gaz d'échappement d'une machine tournante à explosion ou à combustion interne et des moyens connus agencés dans le corps pour séparer les particules carboniques des gaz d'échappement, caractérisé par le fait qu'il est prévu, autour du dit corps, une enveloppe formant avec le dit corps une enceinte annulaire pourvue d'ouvertures d'entrée et de sortie et communiquant, par son ouverture de sortie, avec l'orifice d'entrée du dit corps, et des moyens de refroidissement disposés dans l'enceinte pour refroidir les gaz d'échappement traversant l'enceinte depuis son ouverture d'entrée jusqu'à son ouverture de sortie. 2.- Pare-étincelles selon la revendication 1, dans lequel les dits moyens de séparation des particules carboniques comprennent un empilage de chicanes. 3.- Pare-étincelles selon la revendication 2, dans lequel les dites chicanes comportent, chacune, deux évents en forme de demi-cône. 4.- Pare-étincelles selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les dits moyens de refroidissement comportent des tubes à ailettes baignant dans un fluide de refroidissement en circulation. 5.- Pare-étincelles selon la revendication 4, dans lequel les ailettes respectives de deux tubes de refroidissement adjacents sont intercalées les unes entre le autres. 6.- Pare-étincelles selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel sont prévues des aubes directionnelles pour diriger les gaz d'échappement dans les tubes de refroidissement. 7.- Pare-étincelles selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel sont prévus des moyens de décalaminage des tubes de refroidissement. 8.- Pare-étincelles selon la revendication 7, dans lequel les dits moyens de décalaminage comprennent une tubulure d'injection d'air comprimé, et il est prévu un volet battant dans l'ouverture d'entrée de l'enceinte annulaire. 9.- Pare-étincelles selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la dite enceinte comporte une chambre d'entrée à cloison tronconique. 10.- Pare-étincelles selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel est disposée, autour de l'enveloppe de l'enceinte annulaire, une jupe biconique formant venturi.