Brevet FR2538715A1 — publié le 19840706

Z 518 T 15 La présente invention se rapporte à un disposi- tif épurateur d'air destiné à fournir de l'air exempt d'impu- retés à un moteur à combustion interne ou dans un but de ven- tilation. Le brevet britannique no 1 526 701 décrit un dispositif épurateur d'air destiné à etre relié à la prise d'air d'un moteur à combustion interne Ce dispositif comporte un jeu d'ailettes déflectrices destinées à faire tourbillonner le courant d'air entrant et une turbine qui est actionnée par cet air tourbillonnaire de façon à en séparer les particules et à les évacuer du dispositif. Un dispositif épurateur d'air selon l'invention comprend: une enveloppe comportant une paroi latérale, une paroi de fond, une paroi supérieure et une ouverture de prise d'air; un jeu d'ailettes, qui est disposé dans cette enveloppe en aval de son ouverture de prise d'air et qui est composé d'ailettes destinées à imprimer à l'air un mouvement tourbillonnaire de façon à en séparer les particules; un déflecteur annulaire, qui est monté dans l'enveloppe en aval de ces ailettes et qui délimite avec elles une chambre de séparation des particules; une ouverture centrale formée dans la paroi de fond de l'enveloppe, communiquant avec l'extrémité aval de ce déflecteur et délimitant un passage de sortie de l'air épuré; et une turbine qui est montée dan S cette ouverture centrale et qui comporte plusieurs pales rotatives séparées, des prolongements de ces pales portant à leurs extrémités des plaquettes. Le déflecteur, la paroi latérale adjacente et la paroi de fond de l'enveloppe délimitent un passage d'éva- cuation des particules séparées, les prolongements ayant la longueur voulue pour que les plaquettes parcourent un trajet circulaire dans ce passage d'évacuation et celui-ci comportant des ouvertures d'évacuation des particules séparées. Le dispositif est caractérisé en ce que l'ouver- ture de prise d'air est une ouverture directionnelle délimitée par un élément à auvents qui constitue une partie du haut de la paroi latérale, les auvents de cet élément étant inclinés de façon à faire dévier l'air entrant et à amorcer son mouve- ment de rotation. Dans la forme de réalisation préférentielle, la partie supérieure de l'enveloppe constitue un capot en forme de défiecteur d'air, comprenant une paroi antérieure complète- ment dégagée qui délimite l'ouverture de prise d'air, ainsi qu'une paroi supérieure arrondie vers le bas et des parois latérales convergentes, formant une paroi postérieure. Le jeu d'ailettes est composé de préférence d'une plaque qui porte ces ailettes sur sa périphérie. La section du déflecteur diminue avantageusement du côté de son extrémité aval et ce déflecteur est de préférence terminé par une partie cylindrique, partant vers le bas de cette extrémité aval. Une gouttière périphérique est avantageusement élaborée dans la paroi de fond de l'enveloppe L'extrémité aval du déflecteur est de préférence prolongée vers le bas de façon à ne pas venir au contact des prolongements des pales et à se trouver au-dessus de la gouttière, afin d'y renvoyer de haut en bas les particules séparées. Dans la forme de réalisation préférentielle, la turbine comprend un croisillon sur lequel les pales sont mon- tées de manière à tourner, et qui comporte des éléments de support partant vers le haut, de sa base jusqu'à des parties adjacentes de l'enveloppe. Les ouvertures d'évacuation peuvent être façonnées dans la partie de la paroi latérale de l'enveloppe adjacente au déflecteur et délimitant le passage d'évacuation, et se continuer avantageusement dans la paroi de fond De plus, des orifices de purge peuvent être percés dans cette paroi de fond De préférence, les ouvertures d'évacuation sont disposées de façon à évacuer les impuretés en aval du courant d'air. 2538715 ' Dans la forme de réalisation représentée, l'ou- verture centrale de la paroi de fond est entourée par une collerette annulaire qui fait saillie à l'intérieur de cette paroi inférieure, de façon à empêcher celle-ci de renvoyer les particules séparées dans ladite ouverture. On va décrire un dispositif directionnel épura- teur d'air selon l'invention, qui n'entrave relativement pas la pénétration ni la circulation de l'air dans la chambre de séparation des particules ou chambre d'épuration. Une chambre annulaire d'évacuation à ouvertures de sortie disposées en aval, ayant un gradient de pression relativement faible à l'intérieur et relativement plus grand à l'extérieur, accélère la sortie des impuretés et de l'humidité par les ouvertures d'évacuation. Le dispositif épurateur d'air qui va être décrit comporte une ouverture de prise d'air ne freinant relativement pas cet air, une chambre large et courte destinée à faire passer l'air entrant par des ailettes de séparation des parti- cules et le long d'un déflecteur dont la dimension transver- sale diminue de haut en bas et qui tend à accélérer le passage de l'air en diminuant la distance radiale critique de sépara- tion des impuretés et de l'humidité, et qui les renvoie à un passage d'évacuation présentant en aval des ouvertures d'ex- traction. L'invention sera décrite de manière plus détaillée en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limi- tatif, sur lesquels: les figures 1 et 2 sont respectivement une élé- vation latérale et un plan d'un dispositif épurateur d'air selon l'invention; la figure 3 est une vue en bout du dispositif des figures 1 et 2; la figure 4 est une coupe verticale par la ligne 4-4 de la figure 2; la figure 5 est une coupe horizontale par la ligne 5-5 de la figure 4; et la figure 6 est une coupe horizontale par la ligne 6-6 de la figure 4. Une forme de réalisation préférentielle de la présente invention, reliée à un moteur à combustion interne, est désignée dans son ensemble par le nombre de référence 10. La forme de réalisation décrite est montée au moyen d'un manchon ou tuyau d'admission il sur une cheminée 12, ledit manchon comportant sur sa circonférence des encoches verticales espacées 13 destinées à l'adapter au diamètre de la cheminée et étant fixé par une bride 17 de type classique. La cheminée est le tuyau de prise d'air d'un moteur à combus- tion interne et peut aussi constituer la prise d'air pour toute utilisation envisagée de l'air épuré. Le dispositif possède une enveloppe comportant un corps cylindrique 20 à paroi latérale annulaire 21, formant un passage large et relativement court et présentant une paroi inférieure repliée vers l'intérieur, qui a la conformation d'une gouttière 23, le flanc intérieur de cette gouttière étant orienté vers le haut en formant une paroi limitatrice 24 de faible hauteur, qui est prolongée horizontalement en formant un collet annulaire 26 assez large Ce collet se termine par une paroi verticale 29 comportant à son extrémité supérieure un petit prolongement radial extérieur qui forme un épaulement 29 a et se poursuit horizontalement vers l'intérieur en formant une collerette annulaire 29 b. Le collet annulaire 26 délimite une ouverture centrale circulaire 27, dans laquelle passe le manchon 11. Une partie supérieure llb de ce manchon se trouve au-dessus de cette ouverture 27, de manière à venir en contact avec l'épaulement 29 a en s'y appliquant hermétiquement Le manchon est fixé de manière appropriée aux parties adjacentes de la paroi 29. Un passage intérieur lla du manchon 11 chasse l'air épuré dans la cheminée 12 de prise d'air. Un capot 30 est monté sur le corps 20 de l'en- veloppe Ce capot est une pièce monobloc façonnée pour former des parois latérales 31 et 32, une paroi postérieure 34 et une paroi supérieure 36. Ce capot est assez trapu et il est percé dans sa paroi antérieure d'une ouverture 40 de prise d'air ayant pratiquement toute la hauteur et toute la largeur de cette paroi Cette ouverture est plus large que le corps 20 et, dans la forme de réalisation représentée, elle est sensible- ment rectangulaire en élévation de face et est inclinée de bas en haut vers l'avant, comme l'indique un bord antérieur 31 a de la paroi latérale 31 Les parois latérales diminuent de hauteur et sont recourbées vers le bas et vers l'arrière en formant la paroi postérieure 34, dont le bord inférieur se conforme à la courbure transversale de la partie adjacente du corps -20. La paroi supérieure 36 part de l'ouverture antérieure en s'incurvant vers le bas et vers l'arrière, de façon à se raccorder aux parois latérales 31 et 32 pour former la paroi postérieure 34 Une étroite paroi de fond 42 est formée sous l'ouverture antérieure 40, cette paroi,conjuguée aux parties inférieures adjacentes des parois latérales et de la paroi postérieure, formant un collet 43 de faible hauteur, qui est inséré ou disposé dans la partie supérieure de la paroi latérale annulaire 21 Ce collet-est prolongé vers le bas et vers l'intérieur pour former un tronc de c 5 ne qui constitue un déflecteur 45 Ce déflecteur présente un prolongement solidaire 48 vertical et cylindrique, extérieur radialement à la collerette 29 b et surplombant la gouttière 23. Le déflecteur 45 et son prolongement 48 délimi- tent, avec la paroi latérale 21 et la gouttière 23, un passage d'évacuation 47. Du coté du corps 20 situé en aval quand le capot est orienté vers le courant d'air incident, sont ménagées par estampage, dans la paroi 21, des fentes verticales en saillie 65 et 66 formant des ouvertures de sortie ou d'évacuation orientées vers l'aval dudit courant d'air tra- versant et compatibles avec le débit d'air normal et la i'otation de la turbine à l'intérieur du dispositif. Ces fentes sont prolongées vers le bas jusqu'à la gouttière 23 du passage d'évacuation 47 Des trous de purge 67 et 68, diamétralement opposés auxdites fentes, sont rnÉ-rif-s dans la gouttière 23 Cela minimise l'accumulation de déchets dans cette dernière. Le collet 43 solidaire du capot est fixé amovi- blement de manière appropriée au bord supérieur de la paroi latérale 21, au moyen de vis à tale 49 par exemple. Un élément ou plaque 50 à auvents est disposé dans l'ouverture 40 de prise d'air et est fixé de manière appropriée aux bords des parois qui l'entourent, au moyen de vis à tôle par exemple, cet élément étant percé d'auvents verticaux 52 qui ont toute la hauteur de ladite ouverture et qui sont suffisamment inclinés en coupe horizontale pour former des surfaces déflectrices efficaces imprimant à l'air entrant un mouvement initial de tourbillonnement. La zone délimitée par le capot 30 forme une chambre 54 d'admission d'air. Un jeu circulaire 57 d'ailettes, disposé verti- calement au-dessus et à distance du déflecteur 45, est découpé dans une unique feuille de tale et il consiste en une plaque centrale 58 formant un couvercle qui sert de barrière destinée à empêcher les impuretés et l'humidité (appelées collectivement par la suite"matière en particules" ou" particules") de la zone centrale ou verticale du flux d'air de pénétrer dans le pas- sage lla Sur sa périphérie sont réparties des ailettes 59 qui sont sensiblement parallèles les unes aux autres, comme indiqué en 59 a et 59 b, forment un angle d Venviron 350 avec l'horizontale et sont en pente vers l'extérieur de manière à dévier les particules de ce passage d'entrée lla, vers et sur la surface du déflecteur 45 De là, ces particules passent dans le passage d'évacuation 47 pour être éliminées par les fentes 65 et 66 Le déflecteur 45 et sa paroi verticale inférieure 48 s'étendent suffisamment loin vers le bas pour que les particules évacuées n'aient pas tendance à passer avec l'air épuré dans le passage lla. Les ailettes 59 sont adéquateinent soudées aux parties adjacentes de la surface du collet 43. Un dispositif tourbillonnaire composé d'une turbine 70 est monté dans le haut du manchon 11 Son support, dans la forme de réalisation représentée, est un croisillon 72 à bras 75 coudés vers le haut, qui sont au nombre de trois dans l 1 exemple considéré et qui sont fixés, par exemple soudés, aux parties adjacentes du haut du manchon 11 et de la colle- rette 29 b Une base 78 de ce croisillon porte un arbre vertical 82, fixé par des écrous de blocage 80 et 81 disposés sur et sous ladite base Un moyeu 87, tourillonné de manière appropriée sur cet arbre, porte sur son pourtour, à des intervalles de par exemple, des pales 88 à 91 sensiblement rectangulaires. Des proldngements-extérieurs de ces pales, en forme de tiges 93 à 96, portent à leurs extrémités des plaquettes verticales 98 à 101 qui ont une forme rectangulaire dans la forme de réalisation représentée, et dont la surface tournée vers l'avant est convexe, comme on le voit en particulier pour la plaquette 99 de la figure -6. Les tiges ont la longueur voulue pour que les plaquettes soient disposées de façon à être entrainées dans le passage d'évacuation 47 en suivant un trajet très proche de la surface adjacente de la paroi latérale 21 et des fentes et 66 Ces tiges sont situées juste au-dessus de la surface plane de la collerette 29 b. Les bras coudés du croisillon servent à cons- tituer des butées pour poser le manchon sur une cheminée 12 et s'adaptent donc à des cheminées de diamètres ou ouvertures de diverses dimensions Grâce à ces encoches verticales 13, le manchon peut être aisément tiré vers le haut par un organe de serrage et être déposé sur une cheminée; si nécessaire, il peut être dilaté. En s'adaptanten qualité de butée,à des cheminées de diverses dimensions, le croisillon diminue la hauteur de l'ensemble du dispositif et en particulier celle d'une chambre de séparation 105 formée dans le corps 20 de l'enveloppe Ce croisillon place par ailleurs la turbine dans une position de fonctionnement trés efficace par rapport au passage d'évacuation 47 Par conséquent, le chemin parcouru par l'air entrant pour que les impuretés en soient séparées et pour que cet air éDuré pénètre dans le passage lia est relativement court. Une caractéristique notable de la structure du capot est que l'ouverture 40 de prise d'air occupe toute la largeur de ce capot et de la plaque 50 à auvents verticaux qui y est disposée La grande largeur de la chambre d'admission 54, ainsi que la hauteur relativement faible de la chambre 105 de séparation des particules délimitée par le déflecteur, permettent à l'air entrant destiné à être traité une circula- tion relativement dégagée jusqu'au passage d'entrée lia du manchon 11. Lorsque-l'air pénètre par les auvents de la plaque 50, il est immédiatement dévié de façon à tourner et les ailettes inclinées 59 lui impriment directement un mouve- ment tourbillonnaire et le projettent contre le déflecteur 45. Comme le diamètre de ce déflecteur diminue du haut vers le bas, ce déflecteur accélère l'air pendant que ce dernier le longe et traverse la chambre 105 de séparation des particules. La partie centrifugée de cet air est guidée de manière à pénétrer dans le passage d'évacuation 47. La turbine, entraînée par l'effet d'aspiration du courant d'air pénétrant, projette par ses plaquettes convexes 98 à 101 cette partie centrifugée de l'air et les matières qu'elle renferme contre la surface adjacente de la paroi 21 et dans les fentes 65 et 66. La chambre d'admission 54 et la chambre 105 de séparation des particules ont une étendue telle qu'il y a modi- fication progressive de la direction de l'air sur un trajet à 900, ce qui évite un freinage et permet de récupérer partiel- lement et d'utiliser l'énergie de cet air en mouvement lorsque le capot est orienté face à un courant d'air. Les matières renfermées par l'air entrant sont projetées par leur force d'inertie contre la surface intérieure de la paroi postérieure 34 du capot 30, puis renvoyées vers le bas dans le passage d'évacuation 47, avec l'aide du courant d'air et de la pesanteur. Le déflecteur 45 confine dans le passage d'évacuation 47 toute turbulence provoquée par'l'action de la turbine, en empêchant tout remous de turbulence de pénétrer dans la chambre de séparation 105 c. Le gradient de pression augmente pendant que l'air passe de l'ouverture de prise d'air au passage d'éva- cuation 47, et agit dans le sens de l'évacuation des matières de cet air En effet, l'air est aspiré dans ce passage d'évacuation, entre le bas du déflecteur 45 et le bord adja- cent de la collerette 29 b Cette collerette empêche les matières d'êètre renvoyées dans le passage lla de l'air épuré. Les plaquettes 98 à 101 du passage d'évacua- tion 47 sont entraînées en rotation à la vitesse voulue pour chasser les matières et les faire sortir par les fentes 65 et 66. L'ouverture 40 de prise d'air à auvents sera, en service, avantageusement orientée face à l'air qui y pénètre sous l' effet du mouvement d'avance du véhicule, de façon à capter l'énergie ou la force de cet air en mouvement La dis- position verticale des auvents 52 empêche très efficacement les particules contenues dans l'air de s'y accumuler, grâce à la suppression de surfaces horizontales, d'intersections et de grandes surfaces perpendiculaires à l'écoulement de l'air, sur lesquelles ces particules pourraient se déposer. Le dispositif décrit s'est révélé très efficace pour traiter et épurer des volumes d'air relativement grands. Ce dispositif est démonté aisément pour répa- ration ou entretien Le capot et la plaque à auvents sont tous deux déposés par enlèvement des vis, puis le jeu d'ailettes est retiré de manière à permettre l'accès à l'ensemble de la turbine. Il va de soi qu'il est possible d'apporter diverses modifications au dispositif épurateur d'air représenté et décrit, sans s'écarter du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif épurateur d'air comprenant une enveloppe qui comporte une paroi latérale ( 21), une paroi de fond ( 42), une paroi supérieure ( 36) et une ouverture de prise d'air ( 40); un jeu ( 57) d'ailettes qui est disposé dans cette enveloppe en aval de son ouverture de prise d'air et qui comporte des ailettes ( 59) destinées à donner à l'air un mouvement de tourbillonnement, de façon à en séparer les particules qu'il contient; un déflecteur annulaire ( 45), qui est disposé dans l'enveloppe en aval des ailettes et qui délimite avec elles une chambre ( 105) de séparation des particules; une ouverture centrale ( 27) qui est ménagée dans la paroi de fond ( 42) de l'enveloppe, communique avec l'ex- trémité aval du déflecteur et délimite une ouverture de sortie de l'air épuré; et une turbine ( 70), qui est montée dans l'ouverture centrale ( 27-) et est composée de pales ( 88-91) montées de manière à pouvoir tourner, et de prolongements ( 93-96) de ces pales qui portent à leurs extrémités des pla- quettes ( 98-101), le déflecteur ( 45), la paroi latérale adjacente ( 21) et la paroi de fond ( 42) de l'enveloppe délimitant un passage ( 47) d'évacuation des particules, les prolongements ( 93-96) ayant la longueur voulue pour que les plaquettes ( 98-101) suivent un trajet circulaire dans ce passage d'évacuation et ce dernier comportant des ouvertures ( 65, 66) d'évacuation des particules séparées, dispositif caractérisé en ce que l'ouverture de prise d'air ( 40) est une ouverture directionnelle délimitée par un élément ou plaque ( 50) à auvents qui constitue une partie du haut de la paroi latérale ( 21), les auvents ( 52) de cette plaque étant inclinés de façon à faire dévier l'air entrant et à lui faire amorcer un mouvement de rotation. 2 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la partie supérieure de l'enveloppe est un capot ( 30) en forme de déflecteur, comportant une paroi an- térieure ( 31 a) qui est dégagée sur toute son étendue et qui constitue l'ouverture de prise d'air ( 40), ainsi qu'une paroi supérieure ( 36) arrondie vers le bas et des parois latérales il ( 31, 32) convergentes formant une paroi postérieure ( 34). 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le jeu ( 57) d'ailettes comporte une plaque ( 58) portant les ailettes ( 59) sur sa périphérie. 4 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que la section du déflecteur ( 45) diminue en formant un cône dans le sens de son extrémité aval,' Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que le déflecteur ( 45) comporte une partie cy- lindrique ( 48) partant vers le bas de son extrémité aval. 6 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce qu'une gouttière périphérique ( 23) est formée dans la paroi de fond ( 42) de l'enveloppe. 7 Dispositif selon la revendication 6, carac- térisé en ce que l'extrémité aval du déflecteur ( 45) est disposée de façon à ne pas venir en contact avec les prolon- gements ( 92-96) des pales ( 88-91) et à se trouver au-dessus de la gouttière ( 23) de manière à y faire tomber les parti- cules séparées. 8 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que la turbine ( 70) comporte un croisillon ( 72) sur lequel les pales ( 88-91) sont montées de manière à pouvoir tourner et qui présente des bras de soutien ( 75) partant vers le haut, de sa base ( 78) jusqu 'e des parties adjacentes de l'enveloppe. 9 Dispositif selon l'une quelconque des-reven- dications précédentes, caractérisé en ce que les ouvertures d'évacuation ( 65, 66) sont formées dans la partie de la paroi latérale ( 21) de l'enveloppe qui est adjacente au déflecteur ( 45) et qui délimite le passage d'évacuation ( 47). Dispositif selon la revendication 9, carac- térisé en ce que les ouvertures d'évacuation ( 65, 66) sont prolongées dans la paroi de fond ( 42). 11 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que les ouvertures d'évacuation ( 65, 66) sont disposées de façon à chasser lce particules vers l'aval du courant d'air. 12 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des orifices de purge ( 67, 68) percés dans la paroi de fond ( 42). 13 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que l'ouverture cen- trale ( 27) de la paroi de fond-( 42) est entourée par une collerette annulaire ( 29 b) qui fait saillie du côté intérieur de cette paroi de façon à empêcher cette dernière de renvoyer les particules séparées dans ladite ouverture.