Brevet FR2590970A1 — publié le 19870605

SEPARATEUR POUR PARTICULES DE MATIERES SOLIDES ENTRAINEES DANS UN COURANT DE GAZ. La présente invention se rapporte à un séparateur pour particu- les de matières solides entratnées dans un courant de gaz, en particulier de cristaux de givre et/ou de glace dans un courant d'air froid sortant d'une turbine à expansion, comprenant un bac collecteur placé dansle courant d'air et disposé verticalement. Il est connu de séparer les particules de matières solides entratnées dans un courant de gaz à l'aide de séparateurs à cyclone sur le fond duquel les particules de matières solides se déposent dans un bac collecteur. Lorsque, en ce qui concerne les particules de matières solides entrainées, il s'agit de substances qui ont tendance à se coller ou à se grumeler, il s'est révélé que celles-ci, dans les séparateurs à cyclone classiques, s'incrustent sur leur paroi et affectaient leur fonctionnement aufur et à mesure de l'augmentation des incrustations. Ce risque existe en particulier lorsqu'il s'agit de séparer des cristaux de givre et/ou de glace se formant derrière une turbine à expansion dans le courant d'air froid de cette dernière. Ceux-ci ont tendance à former sur la paroi du séparateur à cyclone un blindage de glace qui augmente constamment et qui, après une courte durée de service, provoque des perturbations dans le fonctionnement du sépara- teur à cyclone. Cela est en particulier le cas lorsque la turbine à expansion fonctionne de façon intermittente et que la température du séparateur à cyclone pendant les temps de pause augmente au-dessus du point de congélation par absorption de la chaleur extérieure. La présente invention a par conséquent pour objet de mettre au point un séparateur à cyclone qui soit à même de faire face aux conditions particulières se présentant lors de la séparation de cristaux de givre et/ou de glace d'un courant d'air froid sortant de derrière une turbine à expansion, et ce, tout en évitant les incon- vénients précités et les dangers mettant en cause le fonctionnement du séparateur à cyclone. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que le bac collecteur peut être fermé sur le dessus par un couvercle en forme de dôme dans lequel est engagée une conduite d'amenée s'élargissant par en dessous en forme d'entonnoir et dont le bord est placé plus bas qu'un tube de sortie raccordé tangentiellement dans la zone supérieu- re du couvercle. Grâce à l'agencement selon l'invention et à la déviation bruque de l'air s'effectuant de façon retardée, il est possible de maintenir à un faible niveau les composantes de force dirigées vers la paroi du séparateur à cyclone et agissant sur les cristaux de givre et/ou de glace entraînés à leur entrée dans le séparateur et ainsi d'assurer une bonne séparation des cristaux de givre et/ou de glace sur le fond du bac collecteur. Dans un mode de réalisation préféré de l'objet de l'invention, le couvercle est réalisé avec une surface latérale en forme de cône dont le conicité est inférieure à celle de la conduite d'amenée engagée dans son axe et élargie en forme d'entonnoir. En raison de la section transversale d'écoulement se rétrécis- sant de cette façon au niveau du raccordement tangentiel du tube de sortie dans la zone supérieure du couverte, à l'écoulement ascendant de l'air, se superpose une composante circulaire qui allonge le trajet de séparation et en augmente ainsi l'efficacité. Une séparation particulièrement efficace est obtenue en faisant en sorte, selon une autre conception avantageuse de l'objet de l'in- vention, que le bord de la conduite d'amenée élargie s'étende au moins approximativement jusqu'à la hauteur du bord du couvercle. Il se produit alors une diminution particulièrement forte de la vitesse qui, en combinaison avec la déviation brusque de l'air autour du bord inférieur de la conduite d'amenée élargie en forme de cône, provoque une séparation particulièrement active. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le couvercle est fixé de façon amovible au bac collecteur avec interca- lation d'un élément en un matériau mauvais conducteur de la chaleur. L'intercalation de l'élément en un matériau mauvais conducteur de la chaleur permet une large automatisation lors de la décongéla- tion des cristaux de givre ou de glace accumulés sur le fond sans que des réactions thermiques indésirables ne se répercutent sur le cou- vercle. L'élimination entièrement automatique du givre ou de la glace formé est rendue possible, selon une autre particularité avantageuse de l'invention, par le fait que le bac collecteur est muni d'éléments chauffants et d'une évacuation commandée par valve pour l'eau prove- nant de la fonde du givre et/ou de la glace. Selon un perfectionnement supplémentaire de l'objet de l'inven- tion, le bac collecteur peut être muni de capteurs pour déterminer son degré de remplissage. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de deux modes de réalisation pris comme exemples, mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexe, sur lequel: la figure 1 représente un séparateur à cyclone comprenant une conduite d'amenée s'engageant à partir du haut dans le couvercle et s'élargissant en forme d'entonnoir et un bac collecteur amovible; la figure 2 représente un séparateur à cyclone correspondant à la figure 1 comprenant des éléments chauffants disposés dans son bac collecteur et une évacuation raccordée à son fond et commandée par valve pour l'eau provenant de la fonte du givre et/ou de la glace. Les deux exemples de réalisation, représentés sur les figures 1 et 2, d'un séparateur à cyclone 10, 10' comporte chacun un couvercle Il dans lequel est engagée une conduite d'amenée 12 allant en s'élar- gissant en forme d'entonnoir vers le bas. Le bord 13 de la conduite d'amenée 12 élargie en forme d'entonnoir est situé ici plus bas qu'un tube de sortie 14 raccordé tangentiellement dans la zone supérieure du couvercle 11. Le couvercle 11, dans les exemples de réalisation représentés, est réalisé avec une surface latérale en forme de cne dont la conicité est inférieure à celle de la conduite d'amenée 12 engagée dans son axe et élargie en forme d'entonnoir. L'extrémité inférieure, définie par le bord 13 de la conduite d'amenée 12, s'étend au moins approximativement jusqu'a la hauteur du bord sous- jacent du couvercle. Le séparateur à cyclone 10, 10' réalisé de la façon décrite repose de façon amovible sur un bac collecteur 15, 15' qui, dans l'exemple de réalisation selon la figure 1, est exécuté sous la forme d'un simple cylindre muni d'un fond. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 2, le bac collec- teur 15' diffère essentiellement de celui de la figure 1 par le fait qu'il est raccordé de façon amovible au couvercle 11 avec intercala- tion d'un élément annulaire 16 en un matériau mauvais conducteur de la chaleur. Dans ce cas, le bac collecteur 15' est muni sur son fond d'éléments chauffants 17 et d'une évacuation 19, commandée par une valve 18 pour l'eau provenant de la fonte du givre et/ou de la glace. Les séparateurs représentés et décrits fonctionnent de la facon suivante: l'air froid sortant d'une turbine à expansion non représentée pénètre verticalement sur le dessus par la conduite d'amenée 12 dans le séparateur 10, 10'avec les cristaux de givre ou de glace formés pendant le processus d'expansion. Par suite de l'élargissement en forme d'entonnoir à l'extrémité de la conduite d'amenée 12, la vites- se de l'air est diminuée et consécutivement, l'écoulement est à nouveau dévié de 1800 vers le haut. Les cristaux de givre se séparent sous l'effet des forces d'inertie et de l'attraction terrestre. Ils tombent dans le bac 15, 15'. Du fait de l'aspiration tangentielle par le tube de sortie 14 engagé dans la partie supérieure du couvercle 11, à l'écoulement ascendant de l'air se superpose une composante circulaire qui a pour effet de rallonger le trajet de séparation. Le bac 15 est dimensionné suffisamment grand pour qu'il puisse recevoir la quantité de givre se produisant pendant une assez grande période temps. Celle-ci, dans l'exemple de réalisation selon la figure 1, peut être dégelée manuellement en enlevant le bac collec- 2590970. teur 15 du couvercle 11 après avoir arrêté la turbine à expansion et déserré les moyens de fixation correspondants et en déversant le givre qui s'est accumulé à l'intérieur ou éventuellement également l'eau de fonte résultant du chauffage de ce dernier. Un moyen simple pour reconnaître la nécessité d'amorcer un processus de dégivrage consiste à observer la quantité de givre. Le bac collecteur 15 est fabriqué à cet effet en un matériau transpa- rent. Des capteurs installés à l'intérieur du bac collecteur 15 peuvent cependant également signaler le degré de remplissage du bac et par conséquent la nécessité de le vider. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 2 aussi, les cristaux de givre sont extraits du courant d'air par les forces d'inertie et de l'attraction terrestre grâce à la réduction de la vitesse d'écoulement et de la déviation brusque retardée du sens de l'écoulement. Ici aussi, du fait de l'aspiration tangentielle provo- quée par le tube de sortie engagé dans la zone supérieure du couver- cle, au mouvement ascendant de l'air se superpose une composante circulaire qui allonge le trajet de séparation et rend donc celle-ci plus efficace. Dans ce cas également, la dimension du bac collecteur 15' est suffisamment grande pour qu'il puisse recevoir la quantité de givre se formant pendant une assez longue période de temps. Le dégi- vrage s'effectue alors par intervalles après arrêt de la turbine d'expansion et mise en circuit des éléments chauffants 17. L'eau résultant de la fonte est alors élminée par l'évacuation 19 commandée par une valve 18. Un moyen simple pour déterminer le moment voulu pour l'enclen- chement du processus de dégivrage, par exemple par l'actionnement d'un interrupteur électrique, est l'observation de la quantité de givre déposée à travers un bac réalisé dans ce cas en matière trans- parente. A l'intérieur du bac collecteur 15', on peut aussi ici installer des capteurs qui déclenchent le processus de mise en cir- cuit lorsque une quantité de givre déterminée s'est accumulée dans le bac collecteur 15'. La remise en route de la turbine à expansion peut ensuite s'effectuer arbitrairement ou à commande dans le temps par des capteurs de température installés sur ou dans le tube de sortie 14. Pour finir le début et la fin du processus de dégivrage peuvent être déterminés par une simple minuterie. REVENDICATIONS 1. Séparateur pour particules de matières solides entraînées dans un courant de gaz, en particulier de cristaux de givre et/ou de glace dans un courant d'air froid sortant d'une turbine à expansion, comprenant un bac collecteur placé dans le courant d'air et disposé verticalement, caractérisé par le fait que le bac collecteur (15, ') peut être fermé sur le dessus par un couvercle (11) en forme de dame dans lequel est engagée une conduite d'amenée (12) s'élargissant par en dessous en forme d'entonnoir et dont le bord (13)- est placé plus bas qu'un tube de sortie (14) raccordé tangentieliement dans la zone supérieure du couvercle (11). 2. Séparateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le couvercle (11) est réalisé avec une surface latérale en forme de cône dont le conicité est inférieure à celle de la conduite d'ame- née (12) engagée dans son axe et élargie en forme d'entonnoir. 3. Séparateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par fait que le bord (13) de la conduite d'amenée élargie (12) s'étend au moins approximativement jusqu'à la hauteur du bord du couvercle. 4. Séparateur selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que le couvercle (11) est fixé de façon amovible au bac collecteur (15') avec intercalation d'un élément (16) en un matériau mauvais conducteur de la chaleur. 5. Séparateur selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait que le bac collecteur (15') est muni d'éléments chauffants (17) et d'une évaeuation (18) commandée par valve pour l'eau provenant de la fonte du givre ou de la glace. 6. Séparateur selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait que le bac collecteur (15, 15') est muni de capteurs pour déterminer son degré de remplissage.