Brevet FR2648361A1 — publié le 19901221

Séparateur de particules pour flux gazeux La présente invention concerne la séparation de particules transportées dans un flux gazeux. Elle s'applique notamment à l'épuration de flux d'air tels que des aérosols qui appparaissent dans de nombreuses industries, par exemple dans les industries pharmaceutiques ou alimentaires, ou des fumées d'usines avant leur introduction au bas d'une cheminée d'évacuation, ou de l'air qui est introduit dans des salles dites "blanches" pour en assurer l'aération par exemple dans des hôpitaux, des laboratoires de semi-conducteurs, etc... Elle apparaît particulièrement avantageuse quand les particules à extraire ont des dimensions de quelques microns ou audessus du micron. Les séparateurs connus présentent une efficacité insuffisante surtout'lorsqu'il s'agit des particules les plus fines, qui sont-les plus difficiles à extraire d'un flux gazeux. La présente invention a notamment pour but d'améliorer cette efficacité et elle a pour objet un séparateur de particules pour flux gazeux comportant - une chambre de centrifugation à paroi cylindrique présentant un axe selon une direction longitudinale et s'étendant selon cette direction d'une extémité amont à une extrémité aval, - une ouverture d'entrée formée à ladite extrémité amont de cette chambre pour recevoir un flux gazeux chargé constitué d'un gaz vecteur et contenant des particules qui doivent en être extraites, - une ouverture de sortie formée à ladite extrémité aval de cette chambre pour restituer un flux gazeux épuré dont lesdites particules ont été au moins partiellement extraites. - des moyens de circulation pour forcer le gaz constituant lesdits flux gazeux à circuler de ladite ouverture d'entrée à ladite ouverture de sortie en présentant une composante de vitesse longitudinale dans un sens direct, - des moyens d'entrainement en rotation pour donner audit flux chargé qui a pénétré par ladite ouverture d'entrée une rotation autour dudit axe et pour faire apparaître ainsi une force centrifuge qui pousse lesdites particules vers ladite paroi cylindrique pour les assembler, cette rotation se traduisant par des composantes de vitesses circonférentielles dans ledit gaz vecteur, le sens de ces composantes étant un sens direct, - et des moyens d'évacuation pour extraire les particules ainsi rassemblées, - ce séparateur étant caractérisé par le fait que ladite chambre de centrifugation comporte des zones se succédant longitudinalement, l'une de ces zones étant une zone de décantation disposée de manière que ladite force centrifuge qui fait déplacer lesdites particules vers ladite paroi cylindrique, les rassemble ainsi progressivement dans une veine gazeuse périphérique tout en formant une veine gazeuse centrale épurée, ledit gaz vecteur ayant dans chacune de ces deux veines un mouvement hélicoidal présentant une composante de vitesse longitudinale dans ledit sens direct une composante de vitesse circonférentielle dans ledit sens direct, - ce séparateur comportant en outre un injecteur périphérique disposé en aval et à distance de ladite zone de décantation pour former une nappe gazeuse auxiliaire qui s'étend au voisinage de ladite paroi autour dudit axe et qui est constituée d'un gaz auxiliaire animé d'un mouvement hélicoidal présentant une composante de vitesse circonférentielle dans ledit sens direct et une composante de vitesse longitudinale dans un sens inverse opposé audit sens direct, de manière que cette nappe gazeuse auxiliaire rencontre ladite veine gazeuse périphérique et s'oppose à la seule composante longitudinale du mouvement de celle-ci pour former, dans une zone d'extraction de ladite chambre, un anneau d'accumulation qui est voisin de ladite paroi, qui tourne autour dudit axe dans ledit sens direct et qui accumule dans son volume lesdites particules qui avaient été rassemblées dans ladite veine gazeuse périphérique, - au moins la majorité des particules extraites de ladite chambre de centrifugation par lesdits moyens d'évacuation étant extraites à partir de cet anneau d'accumulation. Selon une disposition avantageuse ce séparateur comporte en outre des moyens de maintien de rotation pour exercer une action complémentaire d'entrainement en rotation sur une veine gazeuse de sortie qui apparat dans une zone de sortie de ladite chambre en continuation de ladite veine gazeuse centrale de manière à permettre une uniformité de la rotation desdits gazs dans ladite zone d'extraction. A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va décrire plus particulièrement ci-après, à titre d'exemple non limitatif, comment la présente invention peut être mise en oeuvre dans le cadre de l'exposé qui en a été donné ci-dessus. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. Le mode de mise en oeuvre décrit comporte la disposition mentionnée ci-dessus comme avantageuse selon la présente invention. Il doit être compris que les éléments mentionnés peuvent être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. La figure 1 représente une vue d'un séparateur selon la présente invention, la chambre de centrifugation étant vue en coupe axiale. La figure 2 représente une vue en perspective arrachée de la chambre de séparation du même séparateur. Conformément à la figure 1 le séparateur comporte une chambre de centrifugation 2 à paroi cylindrique 4 présentant un axe vertical A qui définit ladite direction longitudinale dont ledit sens direct va de l'extrémité basse 6 à l'extrémité haute 8, - une ouverture d'entrée 10 pour une entrée tangentielle du flux gazeux chargé, - et une ouverture de sortie constituée par l'extrémité haute 8 qui communique avec une enceinte de sortie 12 dont le flux gazeux est extrait pour parvenir à une sortie de séparateur 20 à travers une sortie tangentielle 14 et un ventilateur de sortie 16. Ce dernier est entrainé par un moteur 18 et constitue lesdits moyens de circulation, sa puissance étant suffisante pour pouvoir aussi être en grande partie utilisée pour l'entrainement du flux gazeux en rotation. L'entrainement en rotation est réalisé de deux manmières - l'entrée 10 est tangentielle - le flux gazeux traverse ensuite une section de mise en rotation 22 dans laquelle il est guidé par des ailettes telles que 24 (voir figure 2) qui sont formées sur une succession longitudinale de coupes coniques telles que~26 qui sont entrainées en rotation par un arbre commun 28 mu.par un moteur 30 (cet arbre n'est pas représenté sur la Figure 2). Grâce à l'aspiration du ventilateur et aux ailettes 24 la vitesse de rotation de l'air est supérieure à celle des coupes 26. Dans une zone de décantation 32 les particules achevent progressivement de se rassembler en une veine périphérique en suivant des trajets tels que 34 (Figure 2). La chambre est libérée pour cela d'éléments susceptibles de perturber l'écoulement de l'air. Dans une zone d'extraction 36 elles forment l'anneau d'accumulation 38, dont elles sont extraites avec de l'air par un orifice d'extraction tangentiel 40. Ledit injecteur périphérique situé en aval comporte une chambre annulaire qui est formée par une paroi 42 et dans laquelle une buse 44 injecte tangentiellement de l'air sous pression. Cet air constitue ledit gaz auxiliaire. Il s'échappe vers le bas au contact de la paroi 4 par une fente circulaire 46 pour former ladite nappe de gaz auxiliaire qui permet la formation de l'anneau d'accumulation 38. Dans une zone de sortie 48 de la chambre 2 le gaz est entrainé à nouveau en rotation par des coupes 50 identiques aux coupes 26. On comprendra que si le flux gazeux chargé entrant dans le séparateur décrit ci-dessus contient, outre les particules fines dont la séparation a été décrite ci-dessus, une proportion éventuellement grande de particules lourdes, ces dernières peuvent, après avoir été amenées par la force centrifuge au voisinage de la paroi cylindrique de la chambre de centrifugation , retomber au fond de cette chambre sous l'action de la pesanteur malgré la vitesse ascensionelle de l'air. Elles seront alors extraites à partir de ce fond. Revendications 1) Séparateur de particules pour flux gazeux, comportant - une chambre de centrifugation (2) à paroi cylindrique (4) présentant un axe (A) selon une direction longitudinale et s'détendant selon cette direction d'une extrémité amont (6) à une extrémité aval (8) - une ouverture d'entrée (10) formée à ladite extrémité amont de cette chambre pour recevoir un flux gazeux chargé constitué d'un gaz vecteur et contenant des particules qui doivent en être extraites, - une ouverture de sortie (8) formée à ladite extrémité aval de cette chambre pour restituer un flux gazeux épuré dont les dites particules ont été au moins partiellement extraites, - des moyens de circulation (16) pour forcer le gaz constituant les dits flux gazeux à circuler de ladite ouverture d'entrée a ladite ouverture de sortie en présentant une composante de vitesse longitudinale dans un sens direct, - des moyens d'entrainement en rotation (24) pour donner au dit flux chargé qui a pénétré par ladite ouverture d'entrée une rotation autour dudit axe et pour faire apparaitre ainsi une force centrifuge qui pousse les dites particules vers ladite paroi cylindrique pour les rassembler, cette rotation se traduisant par des composantes de vitesses circonférentielles, le sens de ces composantes étant un sens direct, - et des moyens d'évacuation pour extraire les particules ainsi rassemblées, - ce séparateur étant caractérisé par le fait que ladite chambre de centrifugation comporte des zones se succédant longitudinalement, l'une de ces zones étant une zone de décantation (32) disposée de manière que ladite force centrifuge qui fait déplacer ledites particules vers ladite paroi cylindrique (4), les rassemble ainsi progressivement dans une veine gazeuse périphérique (34) tout en formant une veine gazeuse centrale épurée, ledit gaz vecteur ayant dans chacune de ces veines un mouvement hélicoidal présentant une composante de vitesse longitudinale dans ledit sens direct et une composante de vitesse circonférentielle dans ledit sens direct, - ce séparateur comportant en outre un injecteur périphérique (42,44) disposé en aval et à distance de ladite zone de décantation pour former une nappe gazeuse auxiliaire qui s'étend au voisinage de ladite paroi autour dudit axe (A) et qui est constituée d'un gaz auxiliaire animé d'un mouvement hélicoïdal présentant une composante de vitesse circonférentielle dans ledit sens direct et une composante de vitesse longitudinale dans un sens inverse opposé au dit sens direct, de manière que cette nappe gazeuse auxiliaire rencontre ladite veine gazeuse périphérique et s'oppose à la seule composante longitudinale du mouvement de celle-ci pour former, dans une zone d'extraction (36) de ladite chambre, un anneau d'accumulation (38) qui est voisin de la dite paroi, qui tourne autour dudit axe dans ledit sens direct et qui accumule dans son volume les dites particules qui avaient été rassemblées dans ladite veine gazeuse périphérique, - au moins la majorité des particules fines extraites de la dite chambre de centrifugation pour les dits moyens d'evacuation (40) étant extraite à partir de cet anneau d'accumulation. 2) Séparateur selon la revendication l caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens de maintien de rotation (50) pour exercer une action complémentaire d'entrainement en rotation sur une veine gazeuse de sortie qui apparaît dans une zone de sortie (48) de ladite chambre (2) en continuation de ladite veine gazeuse centrale, de manière à permettre une uniformité de la rotation des dits gazs dans ladite zone d'extraction (36). 3) Séparateur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les dits moyens d'extraction sont essentiellement constitués par au moins un orifice (40) formé dans ladite paroi (4) dans ladite zone d'extraction (36).