Brevet FR2642662A1 — publié le 19900810

DISPOSITIF ET PROCEDE DE SéPARATION DES PARTICULES SOLIDES PRESENTES DANS UN GAZ ET APPAREIL COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF L'invention se rapporte principalement à un dispositif et à un procédé de séparation des particules solides présentes dans un gaz et à un appareil comportant un tel dispositif. Il est connu d'utiliser des filtres pour séparer des particules solides en suspension dans un gaz De tels filtres permettent l'élimination très poussée des particules solides mais ont une fiabilité faible. De tels appareils de dépoussiérage ont tendance à perdre rapidement de leur efficacité au fur et à mesure que les filtres sont encrassés et par suite le débit diminue. L'encrassement est d'autant plus important que le diamètre des particules est grand. Le dispositif selon la. présente invention comporte au moins un dispositif de - centrifugation. Des particules solides plus denses sont rejetées vers l'extérieur dans un gaz en rotation. Il suffit à cet endroit de retirer ces particules par exemple avec du gaz dont la concentration en poussières a augmenté et de prélever le gaz dépoussiéré par exemple au voisinage de l'axe de rotation. Il est bien entendu possible, sans sortir du cadre de la présente invention d'utiliser par la suite sur l'air partiellement dépoussiéré des filtres permettant l'élimination des particules solides résiduelles. On utilise par exemple des filtres métalliques de type connu.L'avantage du dispositif selon la présente invention réside notamment dans le fait que la durée de vie de ces filtres est prolongée dans la mesure où seule une faible partie de poussières qui a échappé à la séparation par centrifugation atteint les filtres Avantageusement, on utilise des filtres nettoyables. De plus, la centrifugation est treks complémentaire du filtrage dans la mesure où elle est particulièrement efficace pour éliminer des particules de gros diamètre qui sinon risqueraient d'encrasser très rapidement le filtre. Le dispositif selon la présente invention est particulièrement performant pour le dépoussiérage de l'air pour les dispositifs d'asservissement pneumatiques ou pour les paliers à air, notamment utilisés pour la climatisation d'aéronef. Dans une première variante de réalisation du dispositif selon la présente invention on obtient la rotation du gaz par une rotation rapide d'une hélice. Dans une seconde variante du dispositif selon la présente réalisation la rotation du gaz est obtenue par la géométrie du dispositif. Il comporte une prise tangentielle dans un tube, les poussières venant se plaquer sur les parois du tube. L'invention a principalement pour objet un dispositif de séparation de particules d'un gaz, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de mise en rotation du gaz, et des moyens de prélèvement du gaz dépoussiéré proche d'un axe de rotation du gaz. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte en sa périphérie des moyens pour l'élimination de particules solides séparées. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait que la vitesse de rotation du gaz est telle qu'il sépare au moins 60% de particules dont le diamètre est compris entre 5,um et 100con. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait qui comporte un filtre destiné à arrêter les particules qui n'ont pas pu être séparées lors de la centrifugation. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte une hélice dont la rotation, par effet vortex met en rotation le gaz. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte une chambre de centrifugation avec une prise de gaz tangentielle L'invention a également pour objet une turbomachine comportant une turbine et un palier à air, caractérisée par le fait qu'elle comporte un dispositif. L'invention a aussi pour objet un dispositif de climatisation d'aéronef, caractérisé par le fait qu'il comporte une turbomachine. L'invention a aussi pour objet un dispositif d'asservissement pneumatique, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de séparation de particules d'un gaz. L'invention a également pour objet un procédé de séparation de particules solides d'un gaz, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes - pénétration du gaz tangentiellement dans une chambre de centrifugation - prélèvement du gaz dépoussiéré près de son axe de rotation - élimination de poussières au niveau d'au moins une paroi de la chambre de centrifugation. L'invention a aussi pour objet un dispositif comportant un palier à air, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de refroidissement du palier comportant un dispositif de séparation de particules d'un gaz. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées données comme des exemples non limitatif s parmi lesquels - la figure 1 est un schéma illustrant le principe mis en oeuvre dans le dispositif selon la présente invention ; - la figure 2 est un schéma d'un premier exemple de réalisation d'un dispositif selon la présente invention - la figure 3 est un schéma d'un deuxième exemple de réalisation d'un dispositif selon la présente invention - la figure 4 est un exemple d'un dispositif de refroidissement d'aéronef selon la présente invention ; - la figure 5 est un schéma d'un dispositif de refroidissement de palier à air selon la présente invention. Sur les figures 1 à 5, on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments. Sur la figure 1, on peut voir le principe mis en oeuvre dans le dispositif selon la présente invention. Un gaz est mis en rotation sensiblement autour d'un axe 1. Les particules par exemple des poussières solides 2 sont mises en rotation avec ce gaz. Les particules solides étant plus denses que le gaz, par exemple de l'air, bien que mises en rotation par le gaz subissent non seulement l'entrainement selon le - vecteur vitesse 4 mais aussi une force centrifuge N référencée 3 sur la figure. Cette force centrifuge fait que les particules ont tendance a aller vers l'extérieur et donc l'air au niveau de l'axe 1 est, au moins parfiellement dépoussiéré.L'efficacité du dépoussiérage dépend principalement de la vitesse de rotation du gaz, du temps du processus de centrifugation, de la taille et de la densité des particules. Dans l'exemple de réalisation du dispositif selon la présente invention, on a obtenu selon les vitesses et les tailles des particules utilisées une séparation comprise entre 60 et 90% des particules solides suivant leur taille par exemple comprise entre 5 et 100 Cun. Une augmentation de la vitesse de rotation permet une élimination supérieure à 80% de toutes particules comprises entre 5 et 100 llm de diamètre Sur la figure 2, on peut voir un dispositif de dépollution d'air å hélice 21. Le dispositif comporte une entrée 22 d'air comportant des particules de poussières 2. L'air est mis en mouvement par une hélice 21. La forme de l'hélice est illustrée en 21B. On utilise par exemple des hélices vendues par la Société PALL. L'hélice utilisée sur la figure 2 est sensiblement plane. Dans le plan de l'hélice est située la sortie d'air dépolluée 23. Par contre, les poussières sont éjectées sur les côtés 24 de l'appareil~ pour être entraînées par l'air pollué à la sortie 25. Ainsi à partir entre les entrées et sorties 23 et 25 la concentration des particules de poussières a été augmentée à la sortie 25 et a été diminuée à la sortie 23. Sur la figure 2, on a utilisé des flèches noire s pour indiquer le cheminement des particules de poussières et des flèches blanches pour indiquer le cheminement de l'air dépollué. Sur la figure 3j on peut voir une vue de dessus 3A et une vue en coupe 3B d'un exemple de dépoussiérage d'air å entrée tangentielle. Le dispositif comporte une chambre de centrifugation 30, une entrée d'air 22 et une sortie d'air dépoussiéré 23, une sortie d'air pollué 25. L'entrée d'air 22 est raccordée tangentiellement à la chambre de centrifugation 30. Dans l'exemple illustré sur la figure3, l'entrée est placée sur les côtés d'une chambre cylindrique. L'air a par exemple un écoulement sensiblement hélicoïdal. L'air chargé de poussières venant se plaque contre les parois de la chambre de centrifugation 30. Le dispositif comporte une prise d'air dépollué sur l'axe du cylindre et une sortie 25 d'air pollué sensiblement en bas et sur la périphérie de la chambre 30. Avantageusement, le dispositif selon la présente invention comporte un filtre 6 nettoyable. Dans l'exemple illustré sur la figure 3, le filtre 6 nettoyable est placé par exemple sur l'axe du cylindre. Il permet d'éliminer les résidus de poussière qui sinon sortiraient par la sortie 23. Ltefficacité du filtre est particulièrement augmentée par le fait que 90% de poussières ont déjà été éliminées par la séparation par centrifugation. Ainsi il est possible d'obtenir un air particulièrement pur tout en utilisant un système fiable car les filtres risquent moins de se boucher que dans le cas de dispositifs classiques. La sûreté de fonctionnement est particulièrement importante dans le cas de dispositifs aéronautiques comme par exemple les dispositifs de refroidissement de paliers à air comme celui illustré sur la figure 5. Sur la figure 4, on peut voir un dispositif de refroidissement d'aéronef 10 selon la présente invention. L'aéronef 10 comporte une cabine 9 que l'on veut pouvoir climatiser. Le dispositif selon la présente invention prélève de l'air sous pression, par exemple au niveau des réacteurs 8. On effectue le dépoussiérage par centrifugation dans un dispositif de centrifugation 12. D'éventuelles particules qui auraient échappé à la séparation par centrifugation sont recueillies par un filtre avantageusement métallique et nettoyable 6. L'air dépoussiéré passe dans un dispositif de refroidissement 7 de type connu avant d'être injecté dans la cabine 9. Le dispositif de cllmatisatlon 7 de type connu comporte par exemple un échangeur de chaleur, un dispositif de détente avantageusement à turbomachine monté sur palier a air. Avantageusement l'énergie de détente dans la turbomachine est récupérée.Sur la figure 4, par simplification seule la prise sur un seul de réacteur 8 de l'aéronef 10 a été représentée. Il est bien entendu que les dispositifs utilisant des prises d'air sur une pluralité de réacteurs d'un aéronef 10 ne sortent pas du cadre de la présente invention. Sur la figure 5r on peut voir un dispositif de refroidissement de palier à air. De tels paliers connus en soi permettent une rotation sans frottement. De tels dispositifs utilisent un film d'air placé entre un rotor et un ensemble de feuilles du stator. Notamment par suite dtoscfflations le film d'air s'échauffe. Le refroidissement du film d'air permet d'augmenter les performances des paliers à air et notamment leur tenue en charge. Pour le bon fonctionnement des paliers à air il est impératif qu'ils ne soient pas perturbés par la présence de poussière. Le dispositif illustré sur la figure 5 comporte une prise d'air 22, un dispositif de dépollution 12 par exemple tel qu'illustré sur la figure 3 et comportant deux prises 23 connectées à deux paliers à air 14.De plus, il comporte avantageusement une troisième prise référencée 15 pour d'autres applications pouvant nécessiter de l'air dépollué. Le dispositif de refroidissement de paliers à film d'air selon la présente invention est particulièrement performant et fiable car malgré son poids réduit, on garantie la fourniture d'un air dépoussiéré pour refroidir le palier. Il est bien entendu que les dispositifs 5,6 et 7 sont normalement inclus dans la structure de l'aéronef 10. Ils ne sont représentés à itextérieur que pour la clarté de la figure 4. Le dispositif selon la présente Invention s'applique à la séparation des particules solides ou avantageusement liquides à partir d'un gaz. Le dispositif selon la présente invention s'applique principalement au dépoussiérage de l'air notamment pour dispositifs de climatisation d'enceintes d'aéronef. REVENDICATIONS 1. Dispositif (12) de séparation de particules (2) d'un gaz, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (21,30) de mise en rotation du gaz, et des moyens (23) de prélèvement du gaz dépoussiéré proche d'un axe de rotation du gaz. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte en sa périphérie des moyens (25) pour l'élimination de particules solides séparées. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la vitesse de rotation du gaz est telle qu'il sépare au moins 608 de particules dont le diamètre est compris entre Siun et I00lum. 4. Dispositif selon la revendication 1,2 ou 3, caractérisé par le fait qu'il comporte un filtre (6) destiné arrêter les particules qui n'ont pas pu être séparées lors de la centrifugation. 5. Dispositif selon la revendication 1,2,3 ou 4, caractérisé par le fait qu'il comporte une hélice (21) dont la rotation, par effet vortex met en rotation le gaz. 6. Dispositif selon la revendication 1,2,3 ou 4, caractérisé par le fait qu'il comporte une chambre (30) de centrifugation avec une prise (22) de gaz tangentielle. 7. Turbomachine comportant une turbine et un palier à air, caractérisée par le fait qu'elle comporte un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Dispositif de climatisation d'aéronef, caractérisé par le fait qu'il comporte une turbomachine selon la revendication 7. 9. Dispositif d'asservissement pneumatique, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de séparation de particules d'un gaz selon la revendication 1,2,3,4,5 ou 6. 10. Procédé de séparation de particules solides (2) d'un gaz, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes - pénétration du gaz tangentiellement dans une chambre de centrifugation (30) - prélèvement du gaz dépoussiéré près de son axe de rotation - élimination de poussières au niveau d'au moins une paroi de la chambre de centrifugation 30). 11. Dispositif comportant un palier å air, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de refroidissement du palier comportant un dispositif (12) de séparation de particules d'un gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.