Brevet FR2498943A1 — publié le 19820806

24ffi3 L'invention se rapporte à un filtre destiné à séparer par force centrifuge des particules solides se trouvant en sus- pension dans un courant de gaz, comportant des canaux d'écou- lement ondulés et parallèles ainsi qu'une pluralité de cham- bres de turbulence cylindriques qui, dans la partie concave des canaux d'écoulement, sont ouvertes sur une partie d paroi en direction du canal d'écoulement, entre une arête vi- ve de sortie de courant de gaz et une arête arrondie d'arrivée de courant de gaz, et coimortant également dans chacune des chambres de turbulence deux tubes plongeurs qui sont disposés coaxialement dans les chambres de turbulence, s'étendent l'un vers l'autre en partant des parois terminales des chambres et sont en liaison avec une sortie de gaz purifié. Une des caractéristiques des filtres du genre en question est qu'ils permettent d'obtenir un pouvoir séparateur élevé. Dans les filtres à nlusieurs étages connus possédant une plu- ralité de canaux d'écoulement parallèles (DE - OS 21 60 415), les largeurs d'écoulement des canaux d'écoulement et les di- mensions des chambres de turbulence vont en diminuant dans le sens d'6coulement. Il en résulte un volume inactif relative- ment élevé etp o n dent prédonné, un volume de montage relativement grn.D est compliqué. C'est un but de l'invention de perfectionner un filtre du genre susdit de façon que, pour une puissance de filtrage prédonnée, il ne présente qu'un encombrement très réduit et puisse par conséquent être utilisé, par exemple, également pour l'aération de véhicules automobiles et analogues. Ce résultat est obtenu par l'invention grâce au fait que, dans le sens d'écoulement, le nombre total des chambres de turbulence de tous les canaux d'écoulement va en diminuant par étages successifs et qu'entre deux étages comportant un nombre différent de chambres de turbulence, il est prévu des canaux transversaux qui relient entre eux les canaux d'écoulement et qui sont conformés de telle façon que le nombre inférieur de canaux d'écoulement de l'étage suivant est alimenté de façon uniforme avec le courant de gaz. Dans le filtre selon l'invention, les contours de toutes les chambres de turbulence peuvent être de construction iden- tique. Selon un mode de réalisation particulièrement apte de l'invention, le filtre comporte une pluralité d'éléments in- corporés identiques qui présentent d'un côté le contour de la partie concave des canaux d'écoulement et, de l'autre côté, le contour des chambres de turbulence, y compris l'arête de sortie de courant de gaz et l'arête d'arrivée de courant de gaz. Ces éléments de construction sont avantageusement dispo- sés entre deux plaques disposées à une certaine distance 1' une de l'autre, dans lesquelles sont fixés les tubes plongeurs. Selon un mode de réalisation préféré, les canaux d'écou- lement situés derrière le dernier étage de filtre débouchent dans un canal de sortie commun par l'intermédiaire duquel le gaz résiduaire est évacué avec la totalité. des particules solides séparées. Selon un mode de réalisation de filtre préféré, il est prévu autour de la zone d'entrée des canaux d'écoulement une bride d'étanchéité circulaire et il est prévu de plus un corps de filtre extérieur qui comporte une ouverture d'entrée et, immédiatement en aval de l'ouverture d'entrée, une bride inté- rieure sur laquelle vient se poser la bride d'étanchéité du filtre, le corps de filtre étant placé par sa paroi, au moins sur les grands côtés, à une certaine distance des plaques pa- rallèles formant les parois terminales des chambres de turbu- lence et ce même corps de filtre étant de plus muni d'une sortie de gaz épuré et d'un canal de sortie de gaz résiduaire pouvant être relié de façon étanche au canal de sortie de gaz résiduaire du filtre. De cette façon, on peut obtenir des puissances de filtrage différentes en montant en parallèle plusieurs filtres. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d' exemple, en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 montre en vue perspective et partiellement en coupe un corps de filtre avec plusieurs éléments filtrants montés en parallèle; - la figure 2 est une vue en coupe du corps de filtre et d'un élément filtrant; - la figure 3 montre à plus grande échelle une coupe effectuée suivant la ligne A-A de la figure 2; - les figures 4 à 7 montrent chacune en coupe suivant quatre modes de réalisation différents les extrémités d'entrée voisines de deux tubes plongeurs avec un dispositif de guida- ge pour conférer au courant d'écoulement d'air purifié le mouvement giratoire final. Le filtre représenté à la figure 1 possède un corpde - filtre extérieur 2 de forme cubique, qui peut être une simple boite de tôle, et qui est fermé en haut par un couvercle 4 amovible. Dans la partie supérieure, une paroi 6 du corps de filtre 2 est munie d'une fente d'entrée de gaz 8, de forme rectangulaire, pour le gaz brut Q à purifier, s'étendant sur la largeur de la paroi. En dessous de cette fente, il est prévu une cloison de séparation 10 parallèle au couvercle 4 qui est munie d'encoches rectangulaires dans chacune desquel- les peut être accrochée une unité de filtrage 12 qui va être décrite plus loin. Dans l'exemple de réalisation choisi et représenté, il est prévu quatre de ces unités de filtrage 12. Ce nombre peut d'ailleurs être plus grand La capacité du filtre résulte de l'addition &s puissances de filtrage des différentes unités de filtrage. Le gaz sort des unités de filtrage 12 par des ouvertures 14 qui sont disposées dans les grands côtés du filtre et dont il sera parlé en détail plus loin. Les courants élémentaires de gaz purifié qui sont indiqués dans le dessin pour deux orifices de sortie par des flèches blanches 16 sont évacués par des tubulures de sortie de gaz purifié 18 qui sont dispo- sées dans le fond 20 du corps de filtre et dont il peut être prévu un plus ou moins grand nombre. Le courant total de gaz purifié Q3 est indiqué par la flèche blanche. Il est prévu de plus dans le fond 20 du corps de filtre 2 des tubulures 24 pour le gaz résiduaire. Par ces tubulures 24, le gaz résiduai- re Q4 chargé des particules solides séparées est évacué comme il est indiqué à la figure 1 par les flèches noires 26. Les tubulures élémentaires 24 peuvent être raccordées à un canal de gaz résiduaire commun. On a représenté à la figure 2 en coupe longitudinale l'un des éléments filtrants 12. L'élément filtrant comporte à 1' entrée cinq canaux d'écoulement parallèles 30 à 38. La sépa- ration des éléments solides s'effectue dans quatre étages I 3 IV disposés en série. Les canaux d'écoulement sont de forme ondulée et passent à travers les étages de séparation. Les chambres de turbulence 40 élémentaires sont placées sur les côtés concaves des canaux d'écoulement et elles sont ouvertes en direction du canal d'écoulement entre une arête vive 42 de sortie de courant de gaz et une arête arrondie 44 d'arrivée de courant de gaz. Dans la chambre de turbulence 40 sont pré- vus coaxialement deux tubes plongeurs 22 qui s'étendent l'un vers l'autre à partir des parois frontales planes de la cham- bre de turbulence 40 comme il est représenté en détail à la figure 3. Sous l'effet du courant de circulation dans les canaux d'écoulement est engendré dans chaque chambre de tur- bulence un tourbillon à l'intérieur duquel les matières soli- des à séparer sont entraînées vers l'extérieur par force cen- trifuge tandis que le gaz purifié qui demeure au centre du tourbillon s'échappe par les tubes plongeurs 22. Le fonction- nement de la chambre de turbulence est connu et est décrit en détail par exemple dans le DE - OS 21 60 415. Le nombre des canaux d'écoulement et, par conséquent, des chambres de turbulence, est le même dans les étages I et II. Entre l'étage II et l'étage III, il est prévu un canal transversal 50 qui distribue également entre quatre canaux d'écoulement se trouvant dans l'étage III le volume de gaz s' échappant du deuxième étage par cinq canaux d'écoulement. Ces quatre canaux d'écoulement 52 à 58 se trouvent dans une cour- bure qui est dirigée en sens opposé de la courbure des canaux d'écoulement existant dans l'étage II. A la sortie de l'étage III, les canaux d'écoulement 52 à 58 se raccordent à un canal transversal 60 par l'intermédiaire duquel le volume de gaz sortant de l'étage III est réparti également entre trois ca- naux d'écoulement 62 à 66 de l'étage IV. A la sortie de 1' étage IV, les canaux d'écoulement 62 à 66 sont reliés à un canal de sortie de gaz résiduaire 68 commun qui débouche dans un tuyau à brides 70 fixé au côté inférieur de l'élément fil- trant 12, qui peut être engagé dans la tubulure 24 ainsi qu' il sera décrit plus loin en référence à la figure 3. Ce courant volumétrique de gaz brut Ql à purifier est réduit, au cours de son passage dans les étages successifs, d'une quantité égale au courant volumétrique de gaz purifié Q3 sortant des tubes plongeurs. Les sections d'entrée des dif- férentes chambres de l'étage suivant doivent donc être modi- fiées de telle sorte que l'on obtienne approximativement les mêmes vitesses d'écoulement qu'à l'entrée de l'étage précédent. Le nombre des chambres de turbulence de chaque étage sui- vant peut être plus petit en fonction de la diminution du courant volumétrique. De cette façon, le courant volumétrique de gaz brut résiduaire sortant de l'étage précédent alimente les chambres de turbulence de l' vPQ4.- valeur de courant volumétrique, au moins approximativement, et par conséquent, les vitesses d'écoulement sont approximative- ment les mêmes également. Cette répartition uniforme du cou- rant volumétrique de gaz brut résiduaire de l'étage précédent dans l'étage suivant dont le nombre de chambres de turbulence est plus faible est rendue possible grâce à un canal d'écoule- ment situé entre les deux étages. Les volumes de gaz purifié Q3 sortant par les tubes plon- geurs est représenté à la figure 2 par des flèches blanches, en partie en traits interrompus, pour quelques unes des sor- ties de tube plongeur. Il va de soi qu'il sort de chacun des tubes plongeurs un volume de gaz purifié correspondant. Le gaz purifié est amené à l'utilisateur par la tubulure de sortie de gaz purifié 18 commune. Le filtre peut être mis en oeuvre côté compression ou côté aspiration. S'il est mis en oeuvre côté compression, le gaz brut est refoulé au moyen d'un ventilateur dans l'entrée 8 à laquelle ce ventilateur est raccordé côté compression. Lorsque le filtre est mis en oeuvre côté aspiration, un ven- tilateur est raccordé côté aspiration à la sortie de gaz Du- rifié 18 et un autre ventilateur à la sortie de gaz résiduai- re 26. Dans l'exemple de réalisation représenté, les canaux d' écoulement et les chambres de turbulence sont formés princi- palement par des éléments de montage 72 dont le contour exté- rieur sur un des côtés correspond au contour 74 du côté con- cave des canaux d'écoulement tandis que le contour 76 sur le côté opposé forme la paroi de la chambre de turbulence, y com- pris l'arête de sortie de courant de gaz 42 et l'arête d'arri- vée de courant de gaz 44 avec les sections qui s'y raccordent du côté concave des chambres de turbulence. De plus, les élé- ments de construction 72 possèdent deux surfaces de limita- tion 78, 80 sensiblement parallèles. Entre les deux étages I et II, les éléments de construc- tion 72 sont placés de façon immédiatement jointive par leurs surfaces de limitation parallèles 78, 80. En réglant la dis- tance entre les différents éléments 72, on peut faire varier la largeur be de la section transversale d'entrée et la lar- geur ba de la section transversale de sortie des chambres de turbulence de telle sorte que, même avec des-courants volumé- triques différents, les vitesses d'entrée et de sortie restent les mêmes. Les canaux transversaux entre l'étage II et l'étage III (canal transversal 50) et entre l'étage III et l'étage IV (canal transversal 60) sont conformés également de façon telle que l'on a la même vitesse d'écoulement quelle que soit la section transversale, de sorte que le même courant volumétri- que est amené à toutes les chambres de turbulence d'un étage. Comme le montre le dessin, les éléments de montage 72 sont limités essentiellement par des surfaces concaves, ce qui confère à ces éléments un volume très réduit. Ceci montre éga- lement que le volume non-actif du filtre est peu important. Suivant le dessin, les limites extérieures des canaux d'écou- lement extérieurs 30 et 38 des étages I et II ainsi que des canaux 52 et 53 des étages III et des canaux 66 et 62 de 1' étage IV sont représentées comme formant un seul et même élé- ment de construction. Ces éléments peuvent également former des parties des éléments de construction 72. Il suffit alors de recouvrir d'une tôle les petits côtés sur les côtés du fil- tre et au fond du filtre pour éviter tout court-circuitage de courant d'écoulement. Les surfaces de limitation planes 78, 80 des éléments de montage 72 forment entre les étages II et III les parois de limitation des canaux transversaux 50 et, entre les étages III et IV, celles des canaux transversaux 60. Comme on peut le voir à la figure 3, les canaux d'écoule- ment et les chambres de turbulence sont limités sur leurs grands côtés et à leurs extrémités par deux plaques parallèles 82, 84. Les éléments 72 sont reliés à ces plaques, de préfé- rence par vissage. De plus, il est prévu dans les plaques 82, 84 des trous 86 dans lesquels sont engagés les tubes plon- geurs 22. Les tubes plongeurs en question peuvent être par exemple appliqués contre un épaulement de ces plaques 82, 84 et être assemblés avec elles par collage, brasage ou soudage. Les trous peuvent former des busettes sur les côtés extérieurs des plaques 82 et 84. Entre les tubes plongeurs est prévu un dispositif de guidage 46 qui sera décrit en détails plus loin en référence aux figures 4 et 7. Les plaques 82 et 84 sont roliéeufoe '- 2 3t6 - su- périeure à un élément de recouvrement circulaire 88 qui com- porte sur sa périphérie sur sa face inférieure un logement de joint d'étanchéité 90 en forme d'U dirigé vers le bas, dans lequel est inséré un joint d'étanchéité en caoutchouc 92 par lequel le couvercle supérieur repose sur le bord 84 de la plaque transversale 10. Il est avantageusement prévu des moyens de collage ou autres moyens de fixation pour relier de façon rigide les éléments filtrants 12 avec le corps de filtre et les brides intérieures. Comme on peut le voir à la figure 3, le tube à bride 70 est muni sur la face inférieure de sa bride d'un joint d'étan- chéité 96 qui s'applique hermétiquement contre la br4de de la tubulure 24 elle-même appliquée intérieurement contre le fond du corps de filtre. Pour assurer l'étanchéité, on pourrait également prévoir un joint torique qui peut être disposé dans une rainure annulaire sur la périphérie du tuyau à bride 70 ou sur le côté intérieur de la tubulure 24. Comme le montre la figure 3, les tuyaux plongeurs 22 dirigés l'un vers l'autre sont situés à une certaine distance l'un de l'autre par leurs extrémités. Le gaz purifié pénètre dans les tuyaux plongeurs en passant dans l'intervalle entre les extrémités de tuyau plongeur. Pour transformer l'énergie rotationnelle du courant de gaz purifié en énergie de pres- sion, il peut être prévu des dispositifs de guidage radiaux 46 disposés entre les tubes plongeurs, tels qu'ils sont repré- sentés suivant quatre mode de réalisation dans les figures 4 à 7 et qui vont être décrits maintenant. Dans le mode de réalisation selon la figure 4, des cou- ronnes directrices de courant 124 sont disposées ou formées aux extrémités inférieurs des tubes plongeurs 122. Lorsqu'il s' agit de tubes plongeurs qui sont fabriquas à part et sont assemblés après coup avec la chambre de rectiligne et d'enficher les couronnes directrices sur l'ex- tréiité du tube plongeur situes à l'intérieur. Les couronnes directrices de courant 124 peuvient être fabriquées avec une précision élevée par coulage par injection ou coulage sous pression et elles peuvent être assemblées avec les tubes plon- geurs par exemple par collage. Entre les deux extrémités de tube plongeur formées par les couronnes directrices de jet, est disposé ainsi que le montre la figure 4 un dispositif de guidage 126 qui est placé symétriquement par rapport aux extrémités de tube plongeur et s'étend de façon limitée à l'intérieur des extrémités de tube plongeur. Ainsi que le montre la vue frontale du dispositif de guidage représentée en bas de la figure 4, ce dispositif comporte des pales directrices 128 recourbées, réparties sur la périphérie à une certaine distance les unes des autres, qui se détachent d'un noyau 130 lequel est pourvu en son centre d'un évidement longitudinal 132. Une ébauche d'un tel élément de guidage peut être fabriquée par coulée continue ou par extrusion. Le diamètre extérieur des pales directrices 128 est choisi tel que le bord extérieur ou l'extrémité libre des pales directrices 134 se trouve placé sensiblement sur le diamètre dans la zone de la plus petite distance entre les deux couronnes directrices de courant, comme on peut le voir à la figure 4 en haut. Jointivement à cette partie, la partie extérieure des pales directrices forme un décrochement, par exemple en étant redressée et tordue, de façon correspondant au contour intérieur des couronnes directrices et des tubes plongeurs 122, de sorte qu'elles peuvent être introduites dans les extrémités des tubes plongeurs, les pales venant s'appliquer pratiquement sans interstice contre les parois. La courbure des pales est dirigée en sens inverse du sens ro- tationnel du courant de gaz purifié. La pression de réaction peut être supportée par exemple en engageant l'élément de t guidage 126 avec ajustage serré dans au moins l'un des tubes plongeurs 122. Par le montage, les éléments de guidage sont introduits d'un côté dans les tubes plongeurs, par exemple les tubes plongeurs montés sur la plaque 84. Lorsqu'on ferme la chambre à l'aide de la plaque, les extrémités des tubes plongeurs sont alors guidées le long de la plaque par l'in- termédiaire des extrémités adjacentes des éléments de guidage Dans le mode de réalisation suivant la figure 5, il y a également des couronnes directrijçO*6 DispoS s aux extrémités des tubes plongeurs 122, qui peuvent être ici aussi emmanchables. L'élément de guidage 136 comporte ici aus- si des pales directrices 138 qui, de la même façon, s'enga- gent entre les couronnes directrices dans l'intervalle qui les sépare et, par ailleurs, présentent un décrochement s'adap- tant au diamètre des tubes plongeurs, par exemple par cour- bure. Dans le mode de réalisation selon la figure 5, il est prévu, se détachant du milieu de l'intervalle entre les cou- ronnes directrices, des corps de guidage 140 de forme conique, traversant les pales directrices, qui vont en se rétrécissant dans le sens d'écoulement vers l'intérieur des tubes plongeurs. A leurs pieds qui sont en contact l'un avec l'autre, ces corps de guidage sont munis de courbures d'introduction 155. Dans la vue frontale que montre la figure 5 en bas, on peut voir la pointe arrondie d'un tel cône de guidage 140. Les éléments de guidage selon la figure 5 peuvent être fabriqués par cou- lage par injection ou coulage sous pression. Dans le mode de réalisation suivant la figure 6, il est prévu un élément de guidage 142 qui comporte lui aussi des pales directrices 144; cellesci s'étendent dans la zone des couronnes directrices de courant 124 jusque dans la partie de section la plus étroite et, pour le reste, elles sont adaptées au contour intérieur des extrémités de tube plongeur. Les pales 144 sont disposées ici sur un disque 146 qui est placé en position médiane dans l'intervalle entre les couronnes di- rectrices de courant et s'étend au delà de la circonférence extérieure du système de pales. Le disque 146 peut être percé d'un ajour 148 en son centre. Un tel élément de guidage peut lui aussi être fabriqué par coulée par injection ou coulée sous pression. Dans le mode de réalisation selon la figure 7, il Et prévu ur, élrent de quidage 150 dont les panles direcrices 152 sont f ixes à l'une des couronnes directrices de courant 154 emmanchables sur les extrémités des tubes plongeurs. Se- lon un mode de réalisation préféré les pales directrices 152 sont fixées alternativement à l'une des deux couronnes direc- trices, de sorte que les deux couronnes directrices, avec les pales qu'elles portent, forment ensemble un système de pales complet. De telles couronnes directrices peuvent elles aussi être fabriquées par coulage par injection ou par coulage sous pression. Il est possible de ne fixer les pales directrices que dans la zone du côté frontal des couronnes directrices de courant. Mais elles peuvent également être fixées par leur bord de fixation, sur une partie limitée, à l'intérieur même F g la "ffe-E diúatr@ig0, on ú'étendant jusque dans l'inté- rieur du tube plongeur de la même façon que dans les autres modes de réalisation de l'invention. On peut choisir la profondeur de pénétration des palettes directrices de l'élément de guidage à l'intérieur des extré- mités de tube plongeur de façon voulue pour tenir compte des exigences ou nécessités diverses. Avec les éléments de guidage selon l'invention l'énergie rotationnelle du courant de gaz purifié pénétrant dans les tubes plongeurs est convertie en énergie de pression, ce qui diminue par conséquent la chute de pression dans le filtre. Cette conversion est rendue possible sans nécessiter de volu- me de construction supplémentaire et peut donc être réalisée avec une économie d'encombrement. De plus, la dépense de fabrication pour les éléments de guidage est relativement faible. 1l REVENDICATIONS 1. Filtre pour la séparation de matières solides en suspension dans un courant de gaz sous l'action de la force centrifuge, comportant des canaux d'écoulement parallèles et une pluralité de chambres de turbulence cylindriques qui sont respectivement adjacentes aux canaux d'écoulement par une arête de sortie de courant et une arête d'arrivée de courant et qui sont ouvertes entre celles-ci en direction du canal d'écoulement sur une partie de leur paroi, comportant égale- ment dans chaque chambre de turbulence deux tubes plongeurs qui sont disposés coaxialement dans les chambres de turbulen- ce et, à partir des parois terminales de celles-ci, s'éten- dent l'un vers l'autre, ces tubes plongeurs étant en liaison avec une sortie de gaz purifié, caractérisé en ce que, dans le sens d'écoulement, le nombre total des chambres de turbu- lence de tous les canaux d'écoulement va en diminuant en éta- ges successifs (I à IV) et en ce qu'il est tvu_"tre_.tages (II-III; IIIIV) ayant un nombre différent de chambres de turbulence des canaux transversaux (50, 60) qui relient entre eux les canaux d'écoulement parallèles et qui sont conformés de telle façon que le nombre plus petit des chambres de turt bulence de l'étage suivant est alimenté de façon uniforme par le courant de gaz de l'étage précédent. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les contours de toutes les chambres de turbulence sont identiques au point de vue construction. 3. Filtre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le filtre comporte une pluralité d'élément de construc- tion (72) identiques qui présentent chacun d'un côté (74) le contour de la partie concave des canaux d'écoulement et, de l'autre côté, le contour de la chambre de turbulence, y com- pris l'arête de sortie de courant (42) et l'arête d'arrivée de courant (44). 4. Filtre selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments de construction incorporés (72) sont disposés entre deux plaques (82, 84) situées à une certaine distance l'une de l'autre, dans lesquelles sont maintenus les tubes plongeurs (22). 5. Filtre selon une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les easpuyu. d'jcouleïient dab- chent derrie ir a-i lr étage du filtln ( 67î de sortie t65B COmmun. 6. Filtre selon une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu'i! est prévu autour de la zone d'entrée des canaux d'écoulement une bride d'étanchéité (88) circulaire et en ce quail est prévu un corps de filtre (2) ex- térieur qui comporte une ouverture d'entrée (8) et, immédia- tement en aval de l'ouverture d'entrée, une bride intérieure (10) sur laquelle vient se poser la bride d'étanchéité du filtre, en ce que le corps de filtre est situé par ses pa- rois, au immins sur les grands cCt-s s, une certaine distance des plaques (82, 84) parallèles formant les parois terminales des chambres de turbulence, et en ce que le corps de filtre est mumni d'une sortie de gaz purifié (18) et d'un canal de sortie de gaz résiduaire (24) pouvant être relié de façon étanche avec le canal de sortie de gaz résiduaire (68), du filtre. 7. Filtre selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est prévu plusieurs filtres (12) disposés les uns a côtés des autres dans le corps de filtre (2) qui sont dispo- sés parallèlement les uns aux autres par leurs grands côtés (82, 84) et qui reposent par leurs brides d'étanchéité (88) sur une plaque d'épaulement intérieur (10), et en ce que le corps de filtre est muni pour chaque filtre d'un raccord (24) étanche pour la sortie de gaz résiduaire.