Brevet FR2518894A1 — publié le 19830701

La présente invention concerne un filtre à air è séparation dynamique des particules grossières, utilisable notamment comme préfiltre monté en amont d'une cartouche de filtre à air. On connait déjà des appareils montés en amont des filtres finisseurs,appelés préfiltres, dont le but est d'éliminer de l'air, avant son entrée dans le filtre finisseur. les particules grossières et d'éviter ainsi un colmatage trop rapide du filtre finisseur.Ces préfiltres à séparation dynamique des particules grossières, appelés encore préfiltres cyclones, comportent géneralement un carter dans le lequel est introduit l'air à dépoussiérer et des moyens statiques pour créer un écoulement tourbillonnaire ou hélicoldal de l'air, à l'intérieur du carter, dans le but de projeter les particules grossières, sous l'effet de la force centrifuge, contre la paroi du carter et de les séparer ainsi de la veine gazeuse centrale du flux d'air, cette veine gazeuse se trouvant ainsi préépurée. De tels préfiltres du type cyclone, c'est-à-dire à séparation dynamique des poussières grossières, sont par exemple décrits dans les brevets US Nc 3 670 480 et 3 973-937. Les préfiltres cyclones classiques ont la particularité d'avoir une efficacité maximale pour un débit bien précis de l'air à filtrer. En deça de cette valeur particulière du débit, l'efficacité des préfiltres chute de façon importante. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient en procurant un préfiltre de structure particulièrement simple et présentant une efficacité allant en croissant au fur et à mesure que le débit aspiré diminue. A cet effet, ce filtre à air à séparation dynamique des particules grossières, utilisable notamment comme préfiltre monté en amont d'une cartouche de filtre à air constituant un filtre finisseur, comportant un carter tubulaire présentant un orifice d'entrée d'air chargé de poussière, un orifice de sortie d'air chargé de poussières grossières et un orifice de sortie d'air débarrassé des poussières grossières, et des moyens pour imposer à l'écoulement de l'ai;; à l'intérieur du carter, un mouvement tourbillonnaire ou hélicoïdal de manière à assurer le rejet des poussières grossières vers l'exté- rieur, au contact de la paroi du carter tubulaire, ces moyens comportant des aubes fixes directionnelles s'étendant en travers du carter tubulaire, est caractérisé en ce qu'il comporte un ventilateur entrains par un moteur électrique logé coaxialement à l'intérieur du carter tubulaire et une tubulure de sortie de l'air débarrassé des poussières grossières dont l'orifice d'entrée est disposé coaxialement dans le carter tubulaire, en aval du ventilateur. Le filtre à air à séparation dynamique suivant l'inven tion offre l'avantage d'avoir une très bonne fiabilité, d'entraîner de faibles coûts de maintenance et d'assurer une bonne efficacité de la filtration pour une faible consommation d'énergie. Il permet de prolonger considérablement la durée de fonctionnement des cartouches de filtre à air sec travaillant en atmosphère tres poussiéreuse. Il trouve une application particulièrement intéressante dans tous les cas où la variation de régime et donc de débit d'air aspiré est fréquente et importante, comme dans les moteurs thermiques, o à explosion, les turbines et les compresseurs. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en coupe axiale schématique d'un filtre à air à séparation dynamique des particules grossières suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe axiale schématique d'un filtre suivant la figure 1 associé à un filtre finisseur extérieur La figure 3 est une vue en coupe axiale schématique d'un filtre suivant la figure 1 associé à un filtre finisseur incorporé à l'intérieur. La figure 4 est une vue en coupe axiale schématique d'une variante d'exécution du filtre de la figure 3. La figure 5 est une vue en coupe axiale d'une variante d'exécution. La figure 6 est un diagramme illustrant la variation de l'efficacité du préfiltre suivant l'invention en fonction du régime du moteur. Le filtre à air à séparation dynamique des particules grossières suivant l'invention qui est représenté sur la figure 1 comprend essentiellement une virole cylindrique 1 constituant le carter tubulaire externe du corps. Cette virole 1 est traversée par le flux d'air qui doit être préfiltré, de la gauche vers la droite sur la figure 1, comme il est indiqué par les flèches. Cette virole l contaient du côté gauche, c'est-à-dire du coté de l'entrée de l'air qui doit être préfiltré, un groupe comprenant un ventilateur 2 entrainé en rotation par un moteur électrique 3. Ce groupe est disposé coaxialement à l'intérieur de la virole 1.En arrière du ventilateur 2 sont disposées des ailettes 4 de centrifugation des poussières, réglables ou autoréglables. Ces ailettes 4 péuvent s'étendre par exemple entre le corps du moteur électrique 3 et la virole cylindrique 1. Elles peuvent être également placées en tout autre endroit approprié, même en amont du ventilateur 2 comme on le verra plus loin. Un grillage de protection est également avantageusement monté en travers de l'orifice d'entrée de la virole 1. En aval du groupe motoventilateur 2, 3 est disposée une tubulure 5 de prélévement de l'air préfiltré. Cette tubulure 5- comporte un orifice d'entrée Sa qui est disposé coaxialement à l'intérieur de la virole tubulaire 1. Par cet orifice passe donc la veine gazeuse centrale de l'ensemble du flux gazeux s 'écoulant à travers la virole 1. La tubulure 5 peut être coudée à angledroit, comme il est illustré sur la figure 1, pour sortit à l'extérieur en passant à travers la paroi de la virole cylindrique 1 et former un orifice 5b de sortie de l'air débarrassé des particules grossières. Cet orifice peut être raccordé à un filtre finisseur monté-sur un moteur thermique ou à explosion. En fonctionnement la rotation du ventilateur 2 produit l'écoulement, à travers la virole cylindri-que 1, d'un flux d'air empoussiéré et le débit produit par le ventilateur 2 est choisi supérieur au débit réellement utilisé sortant par la tubulure 5. L'écoulement de l'air empoussiéré à l'intérieur de la virole cylindrique suit un mouvement tourbillonnaire ou hélicoiåal qui est engendré parles ailettes directrices 4. De ce fait les particules grossières sont rejetées à la périphérie et sont donc'écartées #de la veine centrale du flux d'air, laquelle se trouve être ainsi considérablement apau vrie en particules grossières. L'air ainsi aspiré à travers la tubulure de sortie 5 se trouve être considérablement épuré et débarrasé des particules grossières. De ce fait le filtre finisseur situé en aval est protégé à l'encontre de tout colmatage rap#ide. Pour des.par- ticules reconnues généralement comme étant ~nuisibles au bon fonctionnement d'un moteur thermique ou à explosion, l'expérience a montre que l'efficacite d'un préfiltre est fonction de la vitesse de circu- lation du flux d'air dans la virole 1, par rapport à la vitesse d'as piration du débit utile à travers la tubulure 5. Par conséquent., plus ce débit utile diminue, plus l'efficacité croit, d l'inverse d'un cyclone classique. Par tailleurs, le préfiltre suivant l'inventión offre l'avantage que le ventilateur 2 crée une surpression en aval du flux, ce qui a pour effet de diminuer la perte de charge de l'ensemble Dans la variante de réalisation illustrée sur la figure 2, l'orifice 5b de sortie de la tubulure 5 se trouve logé dans lles- pace intérieur délimité par une cartouche filtrante 6 d'un filtre finisseur / monté sur la virole 1 à l'extérieur de celle-ci > constitué d'une ou plusieurs cartouches en papier, mousse ou tout autre matériau filtrant approprié à la filtration désirée. Dans la variante de réalisation illustrée sur la figure 3, un filtre finisseur 8 est disposé coaxialement à l'intérieur de la virole l, en aval du groupe motoventilateur 2, 3 Ce filtre finisseur 8 comporte une cartouche filtrante 9 cylindrique, montée coaxialement, et un orifice d'entrée 8a situé du coté amont, c'est-à-dire immédiatement après le groupe motoventilateur 2, 3. Cet orifice d'entrée & communique avec l'espace intérieur de la cartouche filtrante 9 tandis que le volume entourant cette cartouche filtrante est relié à une tubulure de sortie d'air filtré 10 débouchant à l'exterieur, à travers un trou percé dans la paroi de la virole l. Dans la variante d'exécution illustrée sur la figure 4, le flux d'air résiduel, formant l'écoulement tourbillonnaire à la paroi de la virole l,sort de cette virole par des oules latérales 11. Par ailleurs, la veine gazeuse centrale pénétre dans le boitier d'un filtre finisseur 12 disposé à l'intérieur de la virole 1, coaxialement par rapport à cette dernière. Ce boîtier 12 présente un orifice d'entrée amont 12a de #petite section, à travers lequel la veine gazeuse centrale pénétre dans le filtre finisseur. Ce filtre finiseur comporte une cartouche filtrante cylindrique 13 disposée coaxialement, logée à l'intérieur du boîtier du filtre finisseur 12 et dont l'orifice amont est obturé par un flasque transversal 14. L'orifice aval est ouvert et communique avec un raccord 15 de sortie de l'air filtré.On voit d'après ce qui précède que la veine gazeuse centrale, appauvrie en particules grossières, penétre dans le filtre finisseur 12, à travers son orifice d'entrée 12a puis s'écoule vers l'aval en passant ensuite de l'extérieur vers l'intérieur, à travers la cartouche filtrante 13 pour sortir par le raccord 15. Dans la variante & xécution illustrée sur la figure 5, le ventilateur 2 est disposé en aval par rapport au moteur 3 et aux ailettes directrices 4 produisant le mouvement tourbillonnaire. De ce fait le ventilateur 2 est utilisé pour canaliser les particules grossières le long de la paroi de la virole 1. Les ailettes airectrices 4 assurent la projection de ces particules vers l'escérieur et ces particules sont ensuite plaquées contre la paroi de la virole 1, sous l'effet des pales du ventilateur 2. La virole l peut être entièrement cylindrique ou encore elle peut présenter un décroche- ment 16 vers l'extérieur au droit du ventilateur 2 comme il a eti montré sur la figure 5. La figure 6 est un diagramme illustrant la variation du pourcentage d'efficacité E d'un préfiltre suivant l'invention (courbe A), comparativement à celle d'un cyclone statique conventionnel (courbe B) en fonction du régime du moteur N sur lequel le préfiltre est monté. Les courbes A et B ont été établies à partir d'essais effectués avec de la poussière du type AC COARSE, suivant un cahier des charges établi par les constructeurs de machines agricoles. On voit que, quel que soit le régime du moteur, l'efficacité du préfiltre suivant l'invention est supérieure à celle d'un cyclone statique conventionnel. Par ailleurs, cette efficacité qui est de l'ordre de 82 % pour le régime nominal N n va en croissant lorsque le régime diminue. Elle passe en effet à 85 % à mi-régime Nn et à 91 % T à quart de régime Nn. Au contraire l'efficacité d'un cyclone stati 4 que conventionnel (courbe B) diminue fortement avec le régime puisqu'elle tombe à environ 40 7 au quart du régime nominal. REVENDICATIONS 1. Filtre à air à séparation dynamique des particules grossières, utilisable notamment comme préfiltre monté en amont d'une car touche de filtre à air constituant un filtre finisseur, compor tant un carter tubulaire présentant un orifice d'entrée d'air chargé de poussière, un orifice desortied'air chargé de poussières grossières et un orifice de sortie d'air débarrassé des poussières grossières, et moyens pour imposer à l'eroulement de l'air, à l'intérieur du carter, un mouvement tourbillonnaire ou hélicoldal de manière à assurer le rejet des poussières grossières vers l'ex té#rieur, au contact de la paroi du carter tubulaire, ces moyens comportant des aubes fixes directionnelles s'étendant en travers du carter tubulaire, caractérisé en ce qu'il comporte un ventila teur (2) entraîné par un moteur électrique (3) logé coaxialement à l'intérieur du carter tubulaire (1) et une tubulure (5) de sor tie de l'air débarrasse des poussières grossières dont l'orifice d'entrée (Sa) est disposé coaxialement dans le carter tubulaire (1), en aval du ventilateur (2). 2. Filtre à air suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la tubulure (5) de sortie de l'air débarrassé des poussières#grossiè- res est coudé et sort à l'extérieur en passant à travers un trou percé dans le carter tubulaire (l). 3. Filtre à air suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la tubulure coudée (5) débouche,par son orifice de sortie# (5b), àl'in- intérieur d'au moins une cartouche (6) d'un filtre finisseur (7) monté à l'extérieur du carter tubulaire (1). 4. Filtre à air suivant la revendication l, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre finisseur (8) disposé coaxialement à l'inté rieur du carter tubulaire t1), en aval du groupe comprenant le ventilateur (2) et le moteur (3). 5. Filtre air suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le filtre finisseur (@ ccmparteaunpinr ure cartouche filtrante (9) cylin drique, montée coaxialement, et un orifice d'entrée (8a) situé du coté amont, cet orifice d'entrée (8a) com~uniquant avec l'espace intérieur des cartouches filtrantes (9) tandis que le volume en courant ces cartouches filtrantes est relie à une tubulure de sortie d'air filtré (10) débouchant à l'extérieur, à travers un trou percé dans la paroi du carter tubulaire (1!. 6. Filtre à air suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le flux d'air résiduel, formant l'écoulement tourbillonnaire à la paroi du carter tubulaire (1), sort de ce carter par des ouïes latérales (11) et le filtre finisseur, logé dans le carter tubulaire, comporte un boîtier coaxial (12) présentant un orifi ce d'entrée amont (12a) de petite section, à tra#vers lequel la veine gazeuse centrale pénètre dans le filtre finisseur,uneouplu- sieurs cartouches filtrantes cylindriques disposées oeaxialerent, logée à l'intérieur du boîtier du filtre finisseur et dont L'orifice amont est obturé par un flasque transversal (14) tandis que l'orifice aval des cartouches est ouvert et communique avec un raccord (15) de sortie de l'air filtré: 7. Filtre à air suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le ventilateur (23 est disposé en amont parzapport à son moteur d'entrainement (3). 8. Filtre à air suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le ventilateur (2) est disposé en aval par rapport à son moteur d'entrainement (3). 9. Filtre à air suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le carter tubulaire (1) présente un décrochement (16) vers l'ex- térieur au droit du ventilateur (2).