Brevet FR2610213A1 — publié le 19880805

APPAREIL D'EPURATION POUR LIQUIDES DIVERS La présente invention concerne Le domaine technique de L'épuration de liquides divers, préalablement à leur utilisation ou lors de phases de traitement ou de transformation. Le domaine technique concerné est, plus particuLièrement, L'épuration de produits Liquides non miscibles avec l'eau et, en particulier, de produits composés, au moins en partie, de corps gras. A titre d'application industrielle préférée, il convient de citer les huiles å usage industriel ou alimentaire, ainsi que les combustibles Liquides. Lors de la fabrication ou de l'utilisation de tels produits liquides, La présence de corps étrangers perturbe, souvent gravement, Le dérouLement des étapes de transformation ou le bon fonctionnement des appareils ou installations de traitement ou d'utilisation. Parmi ces corps étrangers, il convient de citer les particules solides, de tailles et de natures variées, responsables de colmatage et d'usure, L'eau responsable de corrosion, Les corps gras lourds, tels que les paraffines, responsables de colmatages par cristallisation ou formation de paillettes. La technique antérieure a proposé différentes solutions visant à assurer L'éLimination de ces corps étrangers par épuration. La solution, généraLement la plus proposée, consiste à interposer, sur un circuit de passage du Liquide à épurer, un filtre, en toute matière appropriée, dont le seuil de filtration et ta capacité de rétention avant colmatage sont choisis en fonction des conditions usuelles d'utilisation ou de transformation du produit Liquide à épurer. Si une telle solution peut être considérée comme suffisante pour séparer Les particules solides de tailles et de natures variées, en revanche, elle s'avère inappropriée pour assumer une fonction de filtration de produits Liquides contenant, en partie au moins, des corps gras, lorsque La température ambiante d'utilisation ou de transformation s'abaisse en-dessous du point de solidification des corps gras. En effet, dans un tel cas, la solidification au moins partielle des corps gras est alors responsable d'un colmatage très rapide du filtre qui forme, généralement, un bouchon s'opposant à la circulation du produit liquide à transformer ou à utiliser. Pour résoudre ce problème, il a été proposé d'adjoindre à L'appareil filtrant un appareil supplémentaire, destiné à réchauffer et maintenir le produit liquide à une températeure supérieure à celle de solidification partielle des corps gras. L'appareil de réchauffage constitue, dans tous les cas, un éLément supplémentaire devant être placé sur le circuit de circulation et devant faire L'objet d'une alimentation et d'un entretien spécifiques. Si l'association des deux moyens techniques ci-dessus peut être envisagée, il s'avère, en réalité, qu'elle ne suffit pas à résoudre le problème général en n'assurant pas la séparation de l'eau éventuellement contenue par le liquide à épurer. Pour résoudre ce problème supplémentaire, il est généralement fait appel à un décanteur placé en amont du filtre et conçu pour limiter la vitesse de circulation du produit Liquide à épurer, de façon à favoriser la séparation de l'eau par différence de densités. Un tel décanteur représente encore un appareil supplémentaire dont l'entretien exige une attention soutenue pour éviter, notamment, que l'eau séparée et contenue dans le décanteur ne forme, en cas d'abaissement de température, un bouchon obstruant, partiellement ou totalement, le circuit de circulation du produit liquide à épurer. Au total donc, les différentes solutions actuellement connues représentent des propositions techniques encombrantes, complexes, onéreuses, exigeant une surveillance attentive de plusieurs points d'intervention pour fournir un service acceptable d'épuration d'un produit Liquide. La présente invention vise à remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant un appareil unique, destiné à être interposé sur un circuit de circulation d'un produit liquide à épurer, pour assumer une fonction d'épuration par séparation. Un objet de L'invention est, en outre, de proposer un dispositif unique qui soit à même, en plus, de maintenir à une température désirée le produit à épurer, soit par apport, soit par prélèvement de calories. L'objet de l'invention est de proposer un appareil simple, robuste, fiable, capable d'assurer les différentes fonctions ci-dessus en ne nécessitant que peu d'interventions d'entretien pouvant être conduites par un personnel non spécialement qualifié. Un autre objet de L'invention est de proposer un appareil d'épuration qui puisse être produit à un prix de revient intéressant et qui ne nécessite pas, pour son fonctionnement, l'adjonction, l'interposition ou l'adaptation d'éléments filtrant complémentaires, spécialement manufacturés, produits ou composés. Un autre objet de l'invention est de proposer un appareil d'épuration de réalisation robuste, d'adaptation aisée sur tout circuit et apte à fournir un service durable. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, L'appareil d'épuration est caractérisé en ce qu'il comporte, intérieurement au récipient, un dispositif séparateur formant, concentriquement au tube, des conformations en saillie d'organisation générale étagée, plongées dans le liquide et responsables de l'établissement du produit liquide à épurer issu du tube sous la forme d'un film mince cheminant à faible vitesse, selon une direction générale ascendante, à l'interface entre la surface extérieure du dispositif et le liquide. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de L'objet de l'invention. La fig. 1 est une coupe-élévation du dispositif d'épuration conforme à l'invention. Les fig. 2 à 4 sont des vues schématiques illustrant des réalisations de certains des éléments constitutifs du dispositif selon la fig. 1. Les fig. 5 à 7 sont des coupes-élevations d'autres formes d'exécution du dispositif. Selon la première forme de réalisation, illustrée par la fig. 1, L'appareil d'épuration comprend un récipient ou une cuve 1, de forme générale habituelle, c'est-à-dire le plus souvent de révolution, pouvant être réalisé en tout matériau approprié, transparent ou non. Dans ce dernier cas, le récipient 1 comporte, dans sa paroi périphérique 2, une fenêtre transparente, éventuellement graduée pour déterminer des niveaux de remplissage. Le récipient 1 comporte, à l'opposé d'un fond 3 généralement plan, une section ouverte 4 pouvant être adaptée de façon étanche et amovible sur une embase 5 présentée par une face 6a d'un couvercle 6. L'adaptation de la section ouverte 4 peut être réalisée par vissage ou par interposition d'un collier. Dans tous les cas, une garniture d'étanchéité 7 est interposée pour isoler du milieu ambiant le volume interne du récipient 1 fermé par te couvercle 6. Le volume interne du récipient 1 est rempli jusqu a un niveau N correspondant, sensiblement, aux trois-quarts de la contenance, avec un liquide d'épuration L choisi parmi ceux présentant un caractère de non miscibilité avec le produit liquide à épurer. Dans le cas de combustibles, notamment pour moteurs thermiques, le Liquide L peut être constitué par de l'eau, éventuellement additionnée d'antigel. Le liquide L doit, dans tous les cas, aussi présenter une densité supérieure à celle du produit liquide à épurer. Le couvercle 6 supporte ou délimite, dans son épaisseur, un conduit 8 susceptible d'être branche par un raccord 9 à un circuit 10 d'amenée d'un produit liquide à épurer, fourni sous pression relative ou prélevé par aspiration en sortie. Le conduit 8 est ménagé pour communiquer avec un tube plongeur 11 s'étendant axialement, par exemple à partir du centre de la face 6a pour plonger dans le récipient 1 et le liquide L. Le tube plongeur Il comporte une extrémité ouverte 12 disposée à distance du fond 3. La section de l'extrémité ouverte 12 est déterminée en fonction du débit maximal d'amenée du produit liquide à épurer, de manière que la vitesse de passage dudit produit n'excède pas 0,5 m/s. Le couvercle 6 comporte, par ailleurs, un conduit de reprise 13 pratiqué entre la face 6a et, soit la périphérie, soit le dessus du couvercle 6. Le conduit 13 est associé à un raccord 14 par lequel il peut être branché à un circuit de reprise 15. L'appareil d'épuration comprend, par ailleurs, un dispositif 16 capable d'assurer une fonction d'épuration par séparation en établissant un film mince cheminant à faible vitesse à son interface avec le liquide épurateur L. Le dispositif 16 est organisé concentriquement au tube plongeur 11 et comporte des conformations 17 s'étendant en saillie transversalement à l'axe du tube 11 et du récipient 1. Les conformations 17 peuvent présenter différentes formes variées, allant de l'excroissance radiale à la forme hélicoidale, la structure étant choisie pour que la disposition des conformations s'apparente à une organisation étagée. De préférence, les conformations sont annulaires, possèdent des épaisseurs et des formes identiques et sont prévues sur la partie du tube 11 plongeant dans le liquide L.Les conformations 17 sont réalisées de manière à présenter une face extérieure en un matériau non mouillable par le liquide d'épuration L, mais mouillable par le liquide à épurer. Les conformations peuvent être formées directement par le tube Il ou être rapportées sur ce dernier. L'appareil d'épuration fonctionne de la façon suivante. Le produit liquide à épurer, amené par le circuit 10 dans le conduit 8 pour emprunter le tube plongeur 11, est délivré par la section ouverte 12 à L'intérieur du liquide d'épuration L. En raison de la faible vitesse de passage au droit de la section 12 et de la densité plus faible qu'il présente par rapport au liquide L, le produit liquide à épurer est amené à se répartir en un film mince à la base 18 du dispositif 16. En raison du caractère de non mouillabilité que présente la surface extérieure du dispositif 16, par rapport au liquide d'épuration L, le produit liquide à épurer suit, par tension superficielle, la surface extérieure des conformations 17 qui ont pour fonction, d'une part, de contribuer à l'établissement et au maintien d'un film de faible épaisseur, progressant Lentement en déplacement ascendant à l'interface entre la paroi périphérique extérieure du dispositif 16 et du liquide d'épuration L et, d'autre part, d'éviter une migration verticale accélérée par différence de densités entre le produit à épurer et Le liquide L. La progression du produit à épurer, sous la forme d'un film mince, assure, par différence de mouillabilité, la séparation des corps étrangers ou particules solides, de même que de l'eau. Au fur et à mesure de sa progression ascendante, le produit liquide à épurer subit une séparation des corps et composés séparables et vient s'accumuler ainsi à la partie supérieure du récipient en occupant le volume libre compris entre la face 6a et le niveau N du liquide L. Après un premier temps de mise en service, correspondant à l'occupation du volume résiduel du récipient 1, Le produit liquide épuré est repris à partir du conduit 13, pour être dirigé vers un appareil de traitement ou d'utilisation. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, la fonction d'épuration peut être conduite à partir d'un seul appareil ne comportant aucun moyen de filtration susceptible d'être colmaté, ni par La rétention des corps ou particules solides, ni par la présence d'eau éventuellement contenue, puisque cette dernière subit la même séparation et se trouve incorporée au liquide L. Pour faciliter les opérations d'entretien susceptibles d'être menées à bien par simple démontage du récipient 1, il peut être prévu de munir le fond 3 d'un bouchon 19 de purge ou de vidange. Il peut être prévu, par ailleurs, d'adapter sur le couvercle 6 un bouchon 20 permettant d'assurer un remplissage rapide du récipient 1. Pour que les conformations 17 soient à même d'assurer les fonctions énoncées ci-dessus, il est avantageux de les réaliser, de manière qu'elles comportent, en considération d'une coupe diamétrale passant par l'axe géométrique du tube il, une surface inférieure 30 faisant, depuis le tube 11, soit par elle-même (fig. 2), soit par sa corde moyenne (fig. 3), un angle a ascendant compris entre 0 et 450 par rapport à t'horizontale. Une telle surface inférieure 30 est raccordée par un congé 31 à un segment de surface 32 sensiblement vertical, reliant le congé à un arrondi 33 dont le rayon r est supérieur à 2 mm. L'arrondi 33 est raccordé au tube 11 par une surface supérieure 34 faisant, par elle-même (fig. 2) ou par sa corde moyenne (fig. 3), un angle ss ascendant compris entre 0 et 450 par rapport à l'horizontale.Les angles a et ss présentent, de préférence, des valeurs comprises entre Ooet 200 et, plus particulièrement, égales respectivement à 50 et 150. La fig. 4 montre une autre variante de réaLisation selon Laquelle le segment 32 s'étend de façon inclinée en direction de l'axe du tube 11, pour être raccordé, par un arrondi 33 de grand rayon, à la surface 34. La fig. 5 illustre une autre forme d'exécution selon laquelle le dispositif 16 est aussi réalisé pour assumer une fonction de contrôle thermique du produit liquide à épurer et du liquide d'épuration L, soit par apport, soit par prélèvement de calories. Dans cette forme d'exécution, le dispositif 16 forme un circuit d'échange thermique organisé concentriquement au tube plongeur 11 et communiquant avec deux conduits 37 et 38, respectivement d'entrée et de sortie d'un fluide caloriporteur. Les conduits 37 et 38 peuvent être branchés par des raccords 39 et 40 à un circuit de circulation du fluide caloriporteur. De préférence, les conduits 37 et 38 sont ménagés dans l'épaisseur du couvercle 6. Le circuit d'échange thermique comprend, tout d'abord, une enveloppe 41 en un matériau conducteur de la chaleur, s'étendant à partir de la face 6a du couvercle 6 pour plonger dans le liquide d'épuration L. L'enveloppe 41 se raccorde, par sa base 42, à la section ouverte 12 du tube plongeur 11 qui est aussi, de préférence, réalisé en une matière conductrice de la chaleur. L'enveloppe 41 entoure un fourreau 43 tubulaire, adapté sur la face 6a du couvercle 6 pour entourer, également concentriquement, le tube plongeur 11. Le fourreau 43 s'étend à distance de la base 42 de l'enveloppe 41 et délimite, d'une part, avec cette dernière et, d'autre part, avec le tube plongeur, deux passages annulaires 44 et 45 communiquant, respectivement, avec Les conduits 38 et 37. L'enveloppe 41 est réalisée pour comporter Les conformations étagées 17 qui sont formées, selon L'une quelconque des possibiLités évoquées précédemment, pour être immergées toujours dans le liquide L et pour présenter, par leur face extérieure, Le caractère de non mouillabilité vis-à-vis du liquide d'épuration et le caractère de mouillabilité vis-à-vis du liquide à épurer. Le dispositif 16, chargé d'assumer La double fonction, permet de produire, par les conformations 17, la séparation comme dit ci-dessus. Toutefois, simultanément, le fluide caloriporteur est amené à circuler à travers le dispositif 16, par exemple, en empruntant Le conduit 37 pour suivre le passage 45 selon un trajet aller descendant axialement, L'amenant à Lécher la paroi périphérique du tube plongeur Il auquel, par exemple, il cède des calories. Le fluide caloriporteur emprunte, ensuite, le second passage annulaire 44 en suivant un cheminement ascendant l'amenant à ceder des calories à l'enveloppe 41 ainsi qu'aux conformations 17. Le fluide caloriporteur quitte le passage annulaire 44 en empruntant le conduit 38. IL est évident qu'une circulation en sens inverse pourrait, également, être envisagée. Le produit liquide à épurer, amené dans le conduit 8, emprunte le tube plongeur 11 dans lequel il subit une montée en température visant à réchauffer les corps gras qui le composent au moins en partie. Les corps gras subissent aussi un réchauffement, Lors de leur cheminement le long de la surface extérieure de l'enveloppe 41, ce qui confère une grande fluidité au produit épuré s'accumulant au-dessus du niveau N. Aucun risque de bouchage ou de colmatage ne peut donc intervenir, queLles que soient la nature du produit à épurer et la température ambiante imposée. Le fluide caloriporteur peut aussi être prévu pour assurer, dans d'autres applications, un prélèvement de calories à partir du produit liquide à épurer, lorsque ce dernier doit être refroidi en vue de son utilisation ou de sa transformation ultérieure. La fig S montre que l'enveloppe 41 peut aussi être réaLisée pour comporter, soit des conformations 17 annulaires ou non du type creux, comme illustré sur la partie gauche de La fig. 5, soit des conformations à caractère plein, comme illustré sur la partie droite de La même figure. Les conformations 17 peuvent être formées directement par L'enveLoppe 41 ou être rapportées sur cette dernière. La fig 6 illustre une variante de réalisation selon laquelle le circuit d'échange thermique, formé par le dispositif 16, comprend, à la place du fourreau 43, un ou plusieurs éléments tubulaires 50 placés en relation avec le conduit 37 et débouchant à l'intérieur d'un passage annulaire 51 délimité entre l'enveloppe 41 et le tube plongeur 11 et communiquant avec le conduit 38. La fig. 6 montre aussi que le tube plongeur 11 peut se terminer par un divergent 52 qui pourrait, éventuellement, être adapté aussi dans la forme de réalisation selon les fig 1 ou 5. En présence du divergent 52, il pourrait être avantageux de prévoir une plaque 53 rapportée sur le fond 3 ou suspendue à la base 18 ou 42, de manière à régulariser périphériquement la sortie du produit liquide à épurer. Dans L'une ou l'autre des formes de réalisation selon les fig. 1 et 4, le tube Il ou l'enveloppe 41 peut être réalisé en un matériau conducteur de la chaleur, revêtu alors sur sa surface extérieure d'un matériau non mouillable par le liquide d'épuration L mais, par contre, mouillable par le liquide à épurer. Un tel matériau, dans le cas d'application à un combustible liquide, peut être choisi parmi les suivants : polychlorure de vinyle, polyéthylène, polytétrafluoroéthylène, métacrylate de méthyle ou, encore, parmi les polymères commercialisés sous les noms de nylon, rilsan, ertalon, etc... Il peut, également, être envisagé de réaliser le tube 11 ou l'enveloppe 41 à partir de l'un quelconque de ces matériaux chargé alors de particules métalliques pour améliorer la fonction de conduction thermique. La fig. 7 illustre une autre forme d'excécution consistant à former le dispositif 16 sur La surface périphérique intérieure du récipient 1. Dans un tel cas, la section ouverte 12 du tube 11 présente un diamètre tel que son bord ou arête périphérique lia soit placé en projection sous et à proximité de la première conformation 17. Le dispositif 16 peut être formé par moulage et faire partie intégrante ou non du récipient 1, selon que les conformations 17 sont en hélice ou annulaires. Dans ce dernier cas, L'enveloppe qu'elles définissent peut être rapportée et solidarisée, de toute manière convenable, à l'intérieur d'un récipient 1. Dans un tel cas, le dispositif 16 peut aussi assumer une fonction de contrôle thermique en véhiculant, intérieurement aux conformations 17, un fluide caloriporteur approprié. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Appareil d'épuration pour produits liquides, du type comprenant un récipient (1) fermé par un couvercle (6) délimitant un conduit (8) d'amenée d'un produit liquide à épurer, prolongé par un tube ouvert (11) plongeant dans le récipient en partie rempli d'un liquide d'épuration (L) non miscible avec Le produit à épurer et de densité supérieure à celle de ce dernier, caractérisé en ce qu'il comporte, intérieurement au récipient, un dispositif séparateur (16) formant, concentriquement au tube (11), des conformations en saillie (17) d'organisation générale étagée, plongées dans le liquide (L) et responsables de L'établissement du produit liquide à épurer issu du tube (11) sous la forme d'un film mince cheminant à faible vitesse, selon une direction générale ascendante, à l'interface entre la surface extérieure du dispositif et le liquide (L). 2 - Appareil d'épuration selon La revendication 1, caractérisé en ce que la surface extérieure du dispositif séparateur (16) est constituée en un matériau non mouillable par le liquide d'épuration mais mouillable par le produit liquide à épurer. 3 - Appareil d'épuration selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif (16) comporte des conformations (17) hélicoidales. 4 - Appareil d'épuration selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif comporte des conformations (17) annulaires. 5 - Appareil d'épuration selon l'une des revendications 1ou 4, caractérisé en ce que le dispositif comporte des conformations présentant une forme géométrique définie, en coupe diamétrale passant par l'axe géométrique du dispositif, par une surface inférieure (30) faisant, par elle-même ou par sa corde o moyenne, un angle (a) ascendant compris entre 0 et 45 par rapport à l'horizontale, par un congé (31) reliant cette surface inférieure à un segment (32) menant à un arrondi (33) et par une surface supérieure (34) prolongeant l'arrondi et faisant, par elle-meme ou par sa corde moyenne, un angle (ss) ascendant compris entre û et 450 par rapport à l'horizontale. 6 - Appareil d'épuration selon L'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif (16) assume une fonction de sepration et de contrôle thermique par circulation interne d'un fluide caloripoteur. 7 - Appareil d'épuration selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif (16) est formé par la face interne du récipient et en ce que le tube (11) se termine par une section épanouie sous et à proximité de La conformation la plus basse. 8 - Appareil d'épuration selon L'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif (16) est formé par le tube plongeur (11). 9 - Appareil d'épuration selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif (16) comprend une enveloppe (41) formant les conformations (17) s'étendant entre le couvercle (6) et la base ouverte (12) du tube plongeur (11) auquel elle est raccordée et entourant à distance un fourreau tubulaire (43) suspendu au couvercle entourant lui-meme à distance le tube plongeur (11) et dont l'extrémité basse ouverte est située à distance de La base de l'enveloppe, le fourreau tubulaire délimitant avec le tube plongeur, d'une part, et avec l'enveloppe, d'autre part, deux passages annulaires (44, 45) en relation avec des conduits (37, 38) d'entrée et de sortie du liquide caloriporteur. 10 - Appareil d'épuration selon L'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif (16) comprend une enveloppe (41) formant Les conformations (17) s'étendant entre le couvercle (6) et la base ouverte (12) du tube plongeur (11) auquel elle est raccordée et délimitant avec ce dernier un passage annulaire (51) en relation avec l'un des conduits (37, 38) d'entrée ou de sortie du liquide caloriporteur, passage annulaire (51) dans lequel débouche au moins un élément tubulaire (50) raccordé au second conduit. 11 - Appareil épurateur selon L'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que Le dispositif (16) est associé à un tube plongeur se terminant par un divergent (52). 12 - Appareil épurateur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le dispositif (16) comprend une plaque (53) s'étendant à faibLe distance de la section ouverte inférieure du tube (11).