Brevet FR2516809A1 — publié le 19830527

Dispositif pour la séparation de l'eau et pour l'élimina- tion par filtration d'impuretés dans des hydrocarbures liquides. La présente invention concerne un dispositf pour la séparation de l'eau et pour l'éliminationparfiltrationd'im- d'impuretés dans des hydrocarbures, particulièrement des carbu- rants pour moteurs dl avions comportant un boîtier dans lequel au moins un élément filtre-coalesceur cylindrique et au moins un élément séparateur cylindrique sont disposés horizontalement et parallèlement l'un à l'autre de sorte que l'admission de l'élément filtre-coalesceur traversé de l'intérieur vers l'extérieur et la sortie de l'élément séparateur traversé de l'extérieur vers l'intérieur se trouvent à la même extrémité du boîtier, les autres extrémités correspondantes des éléments étant fermées, un cylindre creux étant disposé coaxialement à 1 ' intérieur de l'élément séparateur de façon à être écarté de la couche séparatrice, ce cylindre creux aboutissant dans la sortie. De tels dispositifs, appelés filtres séparateurs d'eau, permettent une filtration très fine et une sépara- tion de l'eau libre, c'est-à-dire de l'eau non dissoute, par exemple dans les carburants pour moteurs d ' avions dans des installations mobiles ou stationnaires de ravitail- lement Dans ces cas, on pose de fortes exigences aux caractéristiques de filtration et de séparation de phases de ces dispositifs On trouve d'autres domaines d'application, par exemple dans l'industrie chimique et particulièrement dans l'industrie pétrochimique. Dans le premier étage formé de un ou d'habitude plusieurs éléments filtres-coalesceurs, on brise l'émulsion de l'eau dans l'hydrocarbure liquide de sorte que l'eau d'abord dispersée finement s'agglomère en desgouttelettes plus grandes En même temps, on filtre les particules solides les plus fines. Dans le deuxième étage, l'étage de séparation ou d'élimination, formé d'un ou de plusieurs éléments sépa- rateurs, des matières tensioactives, lors de la séparation de l'eau des substances hydrophobes,ont pour effet que les gouttes d'eau emportées par le courant sont retenues; elles descendent dans un récipient collecteur d'o elles sont retirées. Principalement l'utilisation de tels dispositifs dans des installations de ravitaillement mobiles exige une construction peu volumineuse, surtout lors de grands débits Comme on pose de hautes exigences au pouvoir de filtration et particulièrement au pouvoir de séparation, la distribution du courant dans l'intérieur du boîtier et surtout le long des éléments filtres-coalesceurs et des éléments séparateurs a une grande importance. La difficulté d'obtenir d'une part un grand débit et d'éviter d'autre part que de l'eau soit entraînée dans l'élément séparateur par un courant trop fort, a montré, lors du développement d'un dispositif connu de types précédemment cités (DE-PS 16 45 749), qu'il faut obtenir une vitesse d'écoulement essentiellement égale tout au long de l'élément séparateur A cette fin, on a prévu dans le dispositif connu qui est monté verti- calement,un cylindre creux situé à l'intérieur de l'élément séparateur, cylindre creux qui est fermé à une extrémité par le couvercle de fermeture de l'élément séparateur et qui est relié avec l'autre extrémité à la sortie et qui est muni d'ouvertures latérales sur la longueur dont la dimension diminue en allant de l'extrémité fermée vers la sortie. La vitesse de passage uniforme sur toute la surface de l'élément séparateur, ainsi recherchée, serait certes op- timum, si on ne considere que le point de vue de la contrainte de la surface; elle suppose cependant que l'afflux du côté extérieur de l'élément séparateur soit uniforme et que l'évacuation de l'eau qui s'y est rassemblée s'effectue sans obstacle. En pratique, les deux hypothèses ne sont pas ou à peine vérifiées. En respectant les exigences actuelles de construire de tels dispositifs toujours plus petits tout en accep- tant malgré tout de grands débits, on obtient une dispo- sition très dense des éléments dans le boîtier; les écarts entre les différents éléments sont souvent de l'ordre de grandeur du diamètre des gouttelettes d'eau qui se forment lors du fonctionnement Ceci gêne la sédimentation des gouttelettes d'eau qui se forment, surtout si les éléments du premier étage souvent situés en-dessous sont disposés en différentes couches l'une sur l'autre et si un courant relativement fort, nécessaire pour obtenir le débit exigé, s'établit du bas vers le haut, vers le deuxième étage, c'est-à-dire à l'encontre de la direction de sédimentation des gouttelettes d'eau. Il faut, en outre, considérer que l'admission des éléments filtrescoalesceurs du premier étage se trouve à une extrémité des éléments; c'est pourquoi le courant ne sort pas uniformément sur la longueur des éléments du premier étage mais est plus fort à l'approche de l'admis- sion Déjà ce courant qui frappe les éléments séparateurs du deuxième étage plus fortement à une extrémité diminue l'efficacité des mesures prises dans le dispositif connu afin d'obtenir une vitesse d'écoulement uniforme. Finalement il faut encore remarquer qu'une vitesse d'écoulement uniforme dans le sens radial, comme elle est recherchée dans l'état de la technique, mène principalement à ce que les gouttelettes d'eau entraînées soient appliquées verticalement contre les faces exté- rieures des éléments séparateurs et qu'elles y soient retenues efficacement Ceci entraîne cependant une diminution du pouvoir séparateur. L'objet de l'invention est donc de constituer un dispositif du type précité disposé horizontalement de sorte que même lors de quantités de passage élevées et d'une disposition des éléments dans un volume très restreint, on peut obtenir un grand débit et o notamment l'évacuation des gouttelettes d'eau s'effectue de manière particulièrement efficace. Le but visé de l'invention est atteint si le cylindre creux de l'élément séparateur est ouvert à son extrémité opposée à la sortie et si il forme une ouverture d'admission. On obtient ainsi à l'intérieur du boîtier un courant dirigé de l'extrémité d'admission du premier étage vers l'extrémité opposée du deuxième étage et qui ne frappe pas le ou les éléments séparateurs sur le chemin le plus court ni verticalement Le courant frappe plutôt l'élément séparateur en oblique et présente, le long de l'élé- ment séparateur, une composante s'écartant de l'extré- mité de sortie Contrairement à un afflux régulier sur les éléments séparateurs, les gouttelettes d'eau emportées ne sont pas retenues au deuxième étage mais sont entraînées vers l'extrémité des éléments séparateurs opposée à la sortie de cet élément Près de cette extrémité des éléments il y a, dans le boîtier, un domaine dans lequel le courant est plus faible ou pratiquement inexistant La "zone calme" formée à cet endroit peut encore être agrandie par des mesures constructives, en y prévoyant, par exemple, une fermeture par couvercle muni d'un fond torosphérique. Dans cette zone calme, les gouttelettes d'eau ont en tout cas la possibilité de descendre librement dans le collec- teur d'eau sans être empêchées par un courant en sens opposé ou par des éléments arrangés l'un près de l'autre. Contrairement à un afflux uniforme et perpendicu- laire sur les éléments séparateurs qui ne tient compte que du courant du carburant pénétrant dans l'élément séparateur, on tient compte, lors d'un afflux en oblique suivant l'invention sur les éléments séparateurs,de ceque l'eau ne peut pénétrer dans l'élément séparateur; il se forme un courant de gouttelettes d'eau dirigé le long des éléments du deuxième étage vers la zone calme située à l'avant du boîtier. En outre, un afflux en oblique diminue la vitesse d'impact des gouttelettes d'eau sur le tissu hydrophobe des éléments séparateurs, ce qui est avantageux pour la séparation Comme les gouttelettes d'eau ne séjournent pas ou du moins pas longtemps au point d'impact corres- pondant lors d'un afflux en oblique sur les éléments sépa- rateurs, il n'apparaît pas de diminution de la section de passage efficace des éléments séparateurs par les gouttelettes d'eau accumulées La composante du courant dirigée dans le boîtier entier vers la zone de calme située à l'avantdu boîtier, entraîne que les gouttelet- tes d'eau quittant les éléments du premier étage et qui ne descendent pas tout de suite ne sont en majeure partie pas transportées jusqu'aux éléments séparateurs mais sont entraînées vers la zone calme dans des canaux longitu- dinaux situés entre les éléments cylindriques filtres- coalesceurs du premier étage Ceci est surtout avanta- geux dans les dispositifs dans lesquels les éléments doivent être disposés tellement proches l'un de l'autre pour des raisons d'encombrement que les gouttelettes d'eau ne peuvent pas atteindre le fond en passant entre les éléments. Les avantages décrits précédemment sont également d'application dans les dispositifs pour lesquels le premier étage est disposé au-dessus ou à côté du deuxième étage. Dans un mode d'exécution particulièrement préféré il est prévu que le cylindre creux disposé à l'intérieur de l'élément séparateur est muni sur sa longueur d'ori- fices d'entrée latérale dont la section totale augmente en direction de la sortie. Par cette mesure on va à l'encontre d'une concen- tration trop forte du courant dans la zone de l'extrémité ouverte du cylindre creux On peut obtenir, de manière étonnante, un afflux en oblique, en même temps -cependant de nouveau presque uniformément distribué sur les éléments séparateurs, par un accord adapté simplement à chaque cas d'application de la section de l'ouverture d'admission à l'extrémité du cylindre creux avec la section des orifices d'admission qui deviennent de plus en plus grands et/ou de plus en plus nombreux en direction de la sortie. Un autre mode d'exécution de l'invention est une mesure particulièrement simple pour obtenir l'accord décrit des rapports de sections et consiste en ce que l'orifice d'admission à l'extrémité du cylindre creux est formée par un diaphragme de fermeture. L'invention est explicitéepar l'exemple d'exécu- tion suivant qui est représenté dans les dessins ci-après: - La figure 1 montre un filtre séparateur d'eau en coupe longitudinale et la figure 2 montre une vue de face du filtre séparateur d'eau suivant la figure 1 avec le couvercle du boîtier ouvert en direction de la flèche II. Dans un boîtier horizontal 1, cinq éléments cylin- driques filtres-coalesceurs 2 sont disposés dans la partie inférieure l'un à côté de l'autre et l'un au- dessus de l'autre Les éléments 2 connus, et qui ne sont pas décrits plus précisément ici, sont composés de plusieurs couches de matériaux différents qui forment les couches pour la filtration des impuretés ainsi que les couches de coalesceurs, lesquelles provoquent l'agglomération des petites gouttelettes d'eau finement divisées en des gouttes plus grandes. Les éléments 2 du premier étage sont fixés à une extrémité à un fond de boîtier 3 qui forme une chambre- d'admission avec un couvercle 4 et une paroi 5, chambre 6 dans laquelle aboutit une admission de boîtier 7. Chaque admission 8 des éléments est reliée à la chambre d'admission 6 de sorte que les éléments 2 sont traversés de l'intérieur vers l'extérieur. Les éléments 2 sont solidarisés entre eux et avec le boîtier l par un cadre 9 disposé à l'extrémité opposée à l'admission des éléments. Deux éléments séparateurs 10 sont disposés l'un à côté de l'autre sur les éléments 2 du premier étage et forment le deuxième étage Les éléments séparateurs 10 sont reliés par une extrémité qui forme la sortie ll des éléments 10 à la sortie 12 du boîtier et y sont éga- lement retenus Une tige centrale 13 tend un couvercle 14 à une extrémité de l'élément séparateur l Oencoopéra- tion avec la retenue des élements aucôté opposé Les extrémités libres des éléments séparateurs 10 sont également reliées entre elles et avec le boîtier 1 par un support commun 15. On a accès à l'intérieur 17 du boîtier en ouvrant le couvercle 16; on peut alors remplacer les éléments 2 et 10 Un évent 18 et une installation de purge (non re- présentée) se trouvent à la partie supérieure du boîtier 1. A la partie inférieure du boîtier 1 et sous l'extrémité libre des éléments 2 et 10, on a disposé un bac dedécan- tation 19 hors duquel on peut retirer l'eau qui s'y est accumulée. Les éléments séparateurs 10 qui sont traversés de l'extérieur vers l'intérieur sont composés d'une grille support 20 et d'au moins une couche de séparation hydrophobe 21 qui laisse passer les hydrocarbures mais qui retient les gouttes d'eau. Un cylindre creux 22 est disposé à l'intérieur de la couche de séparation 21 en restantde tous côtés écarté de celle-ci, ce cylindre 22 étant de préférence en métal et aboutissant par une extrémité dans la sortie 11 A l'autre extrémité, opposée à la sortie 1 l et écartée du couvercle 14, le cylindre creux 22 comporte un diaphragme 23 muni d'orifices d'admission 24 Des orifices d'admission 25 latéraux sont disposés sur la longueur du cylindre creux 22, leur section de passage totale qui se rapport à l'unité de longueur correspondante du cylindre creux 22 augmente en direction de la sortie 11. A cet effet, la section des différents orifices d'admis- sion 25 et/ou leur nombre peut augmenter en direction de la sortie 11. / la sortie 11. Le courant de-carburant,par exemple,quittant les éléments filtrescoalesceurs 2 du premier étage et qui entraîne au moins une partie des gouttelettes d'eau agglomérées est dirigé en oblique vers l'extrémité du boîtier qui est muni du couvercle 16 et frappe donc en oblique les côtés extérieurs des éléments O 1 séparateurs du deuxième étage L'hvdro- carbure liquide, par exemple du carburant pour moteur d'avion, entre dans les éléments séparateurs 10 et pénètre par les ouvertures d'admission 24 et les orifices d'admission latéraux 25 à l'intérieur du cylindre creux 22 et de là dans la sortie 12 du boîtier Les gouttes d'eau séparées sont emportées par la composante du courant qui longe les éléments séparateurs 10 vers une chambre frontale du bottier 26 qui forme la zone calme, puisqu'il n'y a pas de courant ou seulement un courant très faible A cet endroit les gouttes d'eau sédimentent et arrivent au bac de décantation 19. 1 REVENDICATIONS 1 Dispositif pour la séparation d'eau et pour l'élimination par filtration d'impuretés dans des hydro- carbures liquides, particulièrement des carburants pour moteurs d'avions, comportant un bottier ( 1) dans lequel au moins un élément filtrecoalesceur cylindrique ( 2) et au moins un élément séparateur cylindrique ( 10) sont disposés horizontalement et parallèlement l'un à l'autre de sorte que l'admission de l'élément filtre-coalesceur ( 2) traversé de l'intérieur vers l'extérieur et la sor- tie de l'élément séparateur ( 10) traversé de l'extérieur vers l'intérieur se trouvent à la même extrémité du bot- tier ( 1), les autres extrémités des éléments étant fer- mées, un cylindre creux ( 22) étant disposé coaxialement à l'intérieur de l'élément séparateur ( 10) à distance de la couche de séparation, ce cylindre creux ( 22) abou- tissant dans la sortie, caractérisé en ce que ce cylin- dre creux ( 22) est ouvert à l'extrémité opposée à la sortie ( 11) et en ce qu'il forme une ouverture d'admis- sion ( 24). 2 Dispositif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que le cylindre creux ( 22) est muni d'ori- fices d'admission ( 25) répartis sur sa longueur et dont la section de passage totale augmente en direction de la sortie ( 11) 3 Dispositif suivant la revendication 2, carac- térisé en ce que l'ouverture d'admission ( 24) du cylin- dre creux ( 22) est formée par un diaphragme de ferme- ture ( 23).