Brevet FR2489705A1 — publié le 19820312

"DISPOSITIF SEPARATEUR, POUR DEGAZER DES FLUIDES" La présente invention concerne un dispositif sépara- teur pour dégazer des fluides, comprenant une chambre de séparation disposée entre un embout d'entrée et un embout de sortie du dispositif, pour recevoir le mélange de fluide et de gaz, en lui communiquant un mouvement de rotation. Le gaz se trouve sollicité dans le champ centrifuge de l'écou- lement vers le centre de rotation, situé dans l'axe médian de la chambre, et entraîné vers un orifice d'échappement, tandis que le fluide dégazé s'écoule en périphérie de la chambre, vers l'embout de sortie. Dans beaucoup d'installations comportant des pompes, par exemple les installations de chauffage et de refroidis- sement d'eau, la pompe de circulation doit entraîner en même temps que le fluide une proportion plus ou moins importante de gaz. Or ce gaz peut provoquer des difficultés et des troubles de fonctionnement, tant dans l'installation que dans la pompe. C'est en particulier le cas pour les installations de chauffage central à eau chaude, o la présence d'air dans le système peut entraîner beaucoup de difficultés. On se bornera à citer ici les principales de ces difficultés: l'apparition de bruits indésirables, la mise hors circuit des radiateurs en position défavorable, les problèmes de corrosion, et enfin l'avarie possible de la pompe de cir- culation, par suite du fonctionnement à sec de ses paliers. Pour assurer un fonctionnement correct, il est donc obligatoire de dégazer chacun des circuits considérés, no- tamment pour faire disparaître l'air qui s'y trouve. Les dispositif utilisés à cet effet dans l'installation sont réalisés sous forme d'unité autonome, ou incorporée dans la structure de la pompe de circulation. Ils fonctionnent en faisant appel à l'effet de la pensanteur ou de la force centrifuge. Mais la plupart des séparateurs de dégazage connus jusqu'à présent ne fonctionnent pas d'une manière satis- faisante, soit par ce que leur construction ne tient pas compte correctement des lois physiques impliquées, soit par ce qu'ils ne comportent aucune séparation distincte entre leur chambre de séparation et leur chambre servant de col- lecteur pour le gaz. En outre ils présentent cet inconvé- nient grave que leur fonctionnement dépend de leur position de montage, c'est-à-dire que l'utilisateur n'est pas libre d'adopter n'importe quel séparateur pour un cas de montage déterminé. Comme par ailleurs de telles installations de pompage sont souvent mises en oeuvre avec des débits varia- bles, on peut envisager tantôt le séparateur fonctionnant par pesanteur, et tantôt le séparateur centrifuge, pour ap- porter la solution optimum. Or les séparateurs à efret de pesanteur ont une bonne efficacité pour des débits faibles et une efficacité médiocre à grand débit, tandis que les séparateurs centrifuges ont un comportement inverse. Le but de l'invention est de remédier à de tels dif- ficultés et inconvénients et de réaliser un séparateur de dégazage présentant une bonne efficacité pour un débit va- riable dans une plage étendue, et pouvant en outre fonction- ner correctemment aussi bien en position verticale qu'en position horizontale. Le dispositif séparateur qui fait l'objet de l'in- vention est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de guidage pour introduire le mélange de fluide et de gaz dans l'ouverture inférieure d'un tamis tubulaire, monté de manière coaxiale dans une chambre de séparation, et dont l'ouverture supérieure débouche en regard d'un orifice d'échappement, pour relier à un embout de sortie la chambre contenant le tamis tubulaire et située dans le passage principal, tandis que les perforations de la paroi du tamis tubulaire constituent un passage dérivé aboutissant à l'em- bout de sortie. On réalise ainsi deux trajets d'écoulement pour le fluide qui a pénétré dans l'embout d'entrée: un premier trajet pour le mélange fluide-gaz, à travers le tamis tu- bulaire dans le sens axial, et un second trajet pour le fluide dégazé qui passe par les perforations de la paroi du filtre tubulaire. On sait que la paroi d'un tamis permet de guider des bulles de gaz comportant une surface de séparation mobile. Dans une installation de chauffage, il s'agit essentielle- ment de bulles sphériques et de bulles de profil elliptique. Lorsque le mélange de fluide et de gaz pénètre avec un mou- vement de rotation dans le tamis tubulaire, les bulles de gaz se trouvent sollicitées vers le centre de rdation par l'action de l'accélération centripète, et donc entraînées vers l'axe du tamis tubulaire pour parvenir avec le fluide jusqu'à l'orifice d'échappement supérieur. Une partie du fluide s'écoule ainsi en dérivation à travers les perfo- rations de la paroi du tamis pour atteindre directement l'embout de sortie du séparateur, de sorte que la composan- te axiale de la vitesse d'écoulement décroît constamment dans le tamis tubulaire, dans le sens de la longueur par- courue dans celui-ci, cepandant que les bulles de gaz ar- rivant obliquement sur la paroi du tamis sont renvoyées par cette paroi. Pour des proportions déterminées du tamis tubulaire, la vitesse axiale du fluide s'écoulant. à tra- vers l'ouverture supérieure du tamis tubulaire, dans la plage d'utilisation du séparateur, est plus faible que la vitesse propre des bulles de gaz dans le fluide, si bien que ces bulles ne peuvent pas être entraînées par le fluide qui ressort par le haut du tamis tubulaire, pour former le courant principal qui parvient à l'embout de sortie du sépa- rateur. Il en va de même pour une arrivée gazeuse soudaine et importante, qui se trouve guidée vers le haut du tamis tubulaire et ne peut traverser le tamis. Le dispositif conforme à l'invention peut être réalisé de telle manière que l'axe médian de la chambre de sépara- tion et du tamis tubulaire se trouve disposé obliquement par rapport à la direction de la pensanteur, lorsque le sépa- rateur est monté en position verticale ou en position hori- zontale. De préférence, on adopte un angle d'obliquité de 450 par rapport à la direction de la pesanteur. De cette manière, pour un débit faible du fluide, correspondant à une durée de passage importante dans la chambre de sépara- tion, les bulles gazeuses se trouvent séparées de celui-ci sous l'effet de la poussée hydrostatique du fluide, et sont canalisées par le tamis tubulaire jusqu'à l'orifice d'échap- pement, dans la mesure o ces bulles viennent en contact avec la paroi du tamis tubulaire au cours de leur circula- tion. Pour un débit plus important, l'effet de rotation du fluide augmente, et avec lui augmente l'accélération cen- tripète qui sollicite les bulles de gaz vers l'axe médian de la chambre de séparation, confondu avec l'axe du tamis tubulaire; et les bulles montent ainsi en tournant autour de cet axe jusqu'à l'orifice d'échappement qui débouche dans une chambre servant de collecteur pour le gaz. Pour empêcher les bulles gazeuses de parvenir à l'em- bout de sortie du séparateur, il faut que la vitesee axiale du fluide traversant l'ouverture supérieure du tamis tubu- laire soit plus faible que la vitesse propre des bulles gazeuses dans le fluide.En outre, pour les mêmes raisons, il faut que l'ouverture supérieure du tamis troulaire soit au même niveau que l'embout de sortie du séparateur, ou se trouve située à un niveau supérieur à celui de cet emoout. Il est encore à noter que le séparateur peut être combiné avec un dispositif servant à commander l'évacua- tion du gaz. A cet effet, un certain volume est prévu au- dessus de la chambre de séparation, pour recevoir la com- mande à flotteur d'un clapet de décharge particulier, au voisinage duquel le mouvement de rotation du fluide doit être aussi faible que possible, ou même nul. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description d'un mode de réalisa- tion préféré, présenté ci-après à titre d'exemple non limi- tatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la. figure 1 est une coupe d'ensemble du dispositif sépa- rateur conforme à l'invention; - la figure 2 est une coupe de la Fig.l suivant A-A. Le mélange de fluide et de gaz arrive dans le sépa- rateur Far l'embout d'entrée 1, et traverse l'organe de mise en rotation 2, qui comporte plusieurs aubes directri- ces 3 (Fig.2) pour guider l'écoulement qui pénètre ensuite dans l'entrée inférieure 4a du tamis tubulaire 4. Au lieu de l'organe de guidage 2, on peut utiliser aussi un bottier profilé en spirale, pour réaliser la mise en rotation né- cessaire. Le tamis tubulaire 4 est monté de manière coaxia- le au centre de la chambre de séparation 5, à la partie cylindrique de laquelle est raccordée une pièce d'extrémi- té tronconique 6, dirigée vers le haut. Dans le champ centrifuge ainsi créé, se forme une trombe gazeuse 7, située dans le tamis tubulaire 4, sché- matisée sur la Fig.l, et cette trombe traverse l'orifice d'échappement 8 de la pièce d'extrémité 6, pour parvenir dans une chambre 9 servant de collecteur pour le gaz qui est ensuite évacué vers l'extérieur. Cependant, l'eau qui sort par l'ouverture supérieure 4b du tamis reste dans le circuit principal, et suit la direction de la flèche a pour passer par l'embout de sortie 10. De même, l'eau qui traverse directement la paroi du tamis tubulaire 4 suivant la flèche b ne contient aucune bulle d'air, et sort égale- ment du séparateur par l'embout 10. U ntel dispositif correspond en principe à une vanne de passage libre, du point de vue du guidage des écoule- ments et présente donc des coefficients de résistance à l'écoulement de valeurs particulièrement faibles. Le pas- sage des bulles de gaz par l'embout de sortie 10 est em- pêché par le tamis tubulaire 4, disposé en dérivation par rapport à la direction de l'écoulement principal, de sorte qu'un blocage du séparateur est impossible. Dans la chambre 9 servant de collecteur pour le gaz, on peut monter un clapet à flotteur pour commander l'éva- cuation du gaz vers l'extérieur. En outre, il faudrait in- terrompre à cet endroit le mouvement giratoire dont le fluide pourrait encore être le siège. A cet effet, on peut prévoir plusieurs nervures radiales 11, reliées à la pièce d'extrémité 6. De préférence, les dimensions géométriques du tamis tubulaire 4 sont comprises dans les limites définies par les relations: 1 QL/d /6, et 0,5 d/D / 2, dans lesquelles d est la valeur du diamètre interne du tamis tubulaire 2, D celle du diamètre de 1' embout de sortie , et L celle de la longueur utile du tamis tubulaire. La Fig.l représente le dispositif séparateur dans un mode de réalisation adapté au montage sur une canalisa- tion tubulaire horizontale. Pour réaliser un séparateur adapté à être monté sur une canalisation tubulaire verti- cale,il convient de faire tourner le dessin de la Fig.l de 90 à l'inverse des aiguilles d'une montre. Dans les deux cas, les embouts d'entrée et de sortie 1, 10, se trou- vent sur le même axe médian x, tandis que l'axe médian y de la chambre 5 et du tamis tubulaire 4 est décalé d'un angle de 450 par rapport à la direction de la pesanteur. Bien entendu, on peut adopter d'autres obliquités, mais l'angle de 45 indiqué ci-dessus est préférable, si on prévoit seulement un montage sur des canalisations tubu- laires horizontales ou verticales. Enfin, il est à noter que l'utilisation du disposi- tif conforme à l'invention n'est pas limitée à des sépara- teurs de gaz constituant des unités autonomes, car le dis- positif peut aussi être intégré, par exemple dans la struc- ture d'une pompe centrifuge. En ce cas, l'embout 1 constitue en même temps l'entrée du corps de la pompe, tandis que l'embout 10 ou un ajutage correspondant débouche en regard du rotor de la pompe, de telle manière que l'axe de rota- tion de celui-ci se trouve dans le prolongement de l'axe x. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté; elle est sus- ceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, et sans qu'on s'écarte pour cele de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif séparateur pour dégazer des fluides, comprenant une chambre de séparation (5) disposée entre un embout d'entrée (1) et un embout de sortie (10), pour rece- voir le mélange de fluide et de gaz en lui communiquant un mouvement de rotation, le gaz se trouvant sollicité dans le champ centrifuge de l'écoulement vers le centre de rotation, situé dans l'axe médian de la chambre (5), et entraîné vers un orifice d'échappement (8), tandis que le fluide dégazé s'écoule en périphérie de la chambre vers l'embout de sortie (10); dispositif caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de guidage (2, 3) pour introduire le mélange de flui- de et de gaz dans l'ouverture inférieure (4a) d'un tamis tubulaire (4), monté coaxial dans la. chambre (5), et dont l'ouverture supérieure (4b) débouche en regard de l'orifice d'échappement (8), pour relier à l'embout de sortie aboutissant à l'embout de sortie (10). 2.- Dispositif selon larevendication 1, caractérisé en ce que les embouts d'entrée et de sortie (1, 10) sont disposés sur un axe médian commun (x), et en ce que l'axe médian (v) de la chambre (5) et du tamis tubulaire (4) est disposé par construction obliquement par rapport à la di- rection de la pesanteur. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle d'obliquité de l'axe médian (y)de la chambre (5) et du tamis tubulaire (4) par rapport à la di- rection de la pesanteur est de 450. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ouverture de l'embout de sortie (10) est disposée en-dessous du niveau de l'ouverture supé- rieure (4b) du tamis tubulaire (4). 5.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une pièce tronconique d'extrémité (6), raccordée à la partie cylindrique de la chambre de séparation (5), et débouchant vers le haut en regard de l'ouverture d'échappement (8) du gaz. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les dimensions géométriques du tamis tubulaire (4) sont comprises dans des limites correspon- dant aux inégalités 1 &L/d / 6 et 0,5 / d/D / 2, dans les- quelles d est la valeur du diamètre du tamis tubulaire, D celle du diamètre de l'embout de sortie (10), et L la longueur utile du tamis tubulaire.