Brevet FR2653037A1 — publié le 19910419

La présente invention concerne l'épuration d'un flux gazeux chargé de particules. Elle s'applique notamment à l'épuration de flux d'air tels que des aérosols qui apparaissent 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 h8pitaux, des laboratoires de semi-conducteurs, etc..... Elle apparaît particulière- ment avantageuse quand les particules à extraire ont des dimensions de quelques microns ou voisines du micron. Certains épurateurs connus pour assurer de telles fonctions sont complexes et coûteux. D'autres 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 à l'aide d'un épurateur simple quant à sa fabrication et quant à son entretien. Elle a notamment pour objet un procédé d'épuration centrifuge pour flux gazeux, caractérisé par le fait que, dans une chambre de centrifu- gation, une veine gazeuse périphérique est d'abord concentrée en particules par centrifugation, puis arrêtée dans sa progression longitudinale, une rotation rapide élevant alors suffisamment sa pression pour qu'elle s'échappe à l'extérieur par une ouverture d'évacuation tandis qu'une veine gazeuse centrale épurée continue sa progression longitudinale. La présente invention a également pour objet un épurateur centrifuge pour flux gazeux chargé, comportant: - une chambre de centrifugation délimitée par une paroi de centrifuga- tion qui est de révolution autour d'un axe de direction longitudinale, cette chambre s'étendant selon cette direction d'une extrémité amont à une extrémité aval, - une ouverture d'entrée formée à ladite extrémité amont de cette chambre pour recevoir un flux gazeux d'entrée constitué d'un gaz vecteur -2- et chargé de particules qui doivent en être extraites, - une ouverture de sortie formée à ladite extrémité aval de cette chambre pour restituer un flux gazeux épuré, - des moyens de circulation pour faire circuler ledit gaz vecteur de ladite ouverture d'entrée à ladite ouverture de sortie en présentant une composante de vitesse longitudinale, - des moyens de rotation pour donner audit flux d'entrée une rotation autour dudit axe et pour faire apparaître,ainsi une force centrifuge qui rassemble lesdites particules au voisinage de ladite paroi de centrifugation, - et des moyens d'évacuation pour prélever les particules qui ont été ainsi rassemblées près de ladite paroi et pour les extraire de ladite chambre, - cet épurateur étant caractérisé par le fait que ladite chambre de centrifugation comporte des tronçons s'étendant et se succédant longitudinalement, l'un de ces tronçons étant un tronçon de décantation dans lequel ladite force centrifuge rassemble lesdites particules dans une veine gazeuse périphérique au voisinage de ladite paroi de centrifugation tout en formant une veine gazeuse centrale épurée, - un autre desdits tronçons étant un tronçon de séparation formé en aval dudit tronçon de décantation et recevant lesdites veines gazeuses périphérique et centrale, - lesdits moyens de rotation constituant des moyens de compression centrifuge pour donner au gaz de ladite veine gazeuse périphérique une pression d'extraction qui est supérieure à celle de ladite veine gazeuse centrale dans ledit tronçon de séparation et qui, par rapport à l'atmosphère extérieure, constitue une pression absolue positive, - cet épurateur comportant en outre un dispositif de séparation formé dans ledit tronçon de séparation en saillie radiale vers l'intérieur à partir de ladite paroi de centrifugation pour arrêter au moins partiel- lement le déplacement longitudinal de ladite veine gazeuse périphérique tout en permettant l'écoulement de ladite veine gazeuse centrale vers l'aval, - et une ouverture d'évacuation formée dans la paroi de ladite chambre de centrifugation pour permettre à ladite veine gazeuse périphérique -3 - arrêtée par ledit dispositif de séparation de s'écouler vers l'extérieur de cette chambre sous l'effet de ladite pression 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. 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 de la chambre de séparation du même séparateur en coupe transversale selon une ligne II-II de la figure 1. 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. Cette chambre s'étend d'une extrémité basse 6 à une extrémité haute 8. Elle présente: - une ouverture d'entrée 10 pour une entrée tangentielle du flux gazeux charge, - et une ouverture de sortie constituée par l'extrémité haute 8. Cette dernière ouverture communique avec une enceinte de sortie 12 dont le flux gazeux est extrait pour parvenir, à travers une sortie tangentielle 14 et un ventilateur de sortie 16, à une sortie de séparateur 20. Ce dernier est entraîné par un moteur 18 pour aspirer ledit gaz vecteur. Il constitue des moyens de circulation pour faire circuler ce gaz de ladite ouverture d'entrée à ladite ouverture de sortie en présentant une composante de vitesse longitudinale. L'épurateur comporte en outre des moyens de rotation constitués par un rotor d'entraînement qui comporte des pales 24 fixées sur un arbre 28 pour être entralnées en rotation autour de l'axe A. Ces pales présentent sensiblement la forme de plaques présentant une longueur parallèle à cet axe et des largeurs disposées radialement. Ce rotor est muni d'un moteur tournant par exemple à 3000 ou 5000 tours par minute pour faire apparaître, au bord périphérique desdites pales d'entraînement, une accélération centripète comprise entre 500 et 20 000 fois l'accélération de la pesanteur g. Les moyens d'évacuation comportent une ouverture d'évacuation 32 - 4- qui sera mieux décrite plus loin. Ils comportent aussi: - une trémie 34 de recueil de particules lourdes formée au-dessous de ladite ouverture d'entrée pour recueillir des particules lourdes qui ont été décantées par la force centrifuge et la gravité dans ledit tronçon de décantation, - et des moyens d'évacuation de particules lourdes 36 pour permettre d'extraire les particules lourdes ainsi recueillies sans introduire d'air dans cette chambre pendant le fonctionnement desdits moyens de circulation et de rotation. Ces moyens d'évacuation de particules lourdes comportent par exemple un bouchon 36 qui obture le fond de la trémie 34 pendant le fonctionnement de l'épurateur, et qui est enlevé, après arrêt de l'épurateur, lorsqu'une quantité excessive de particules lourdes s'est accumulée. Les tronçons de décantation et de séparation sont représentés en 38 et 40 respectivement. Le dispositif de séparation comporte: - un anneau d'arrêt 42 disposé en saillie intérieure sur la paroi de ladite chambre de centrifugation, - et un séparateur de veines 44 s'étendant longitudinalement vers l'amont à partir du bord intérieur de cet anneau jusqu'à un bord séparateur 46. Il forme ainsi entre ce séparateur et la paroi de centrifugation 4, une chambre d'évacuation annulaire 48 présentant une ouverture annulaire 50 vers l'amont pour recevoir ladite veine gazeuse périphérique, et au moins une ouverture périphérique 32 pour constituer ladite ouverture d'évacuation. Le fait que le ventilateur 16 est disposé en aval du bord sépara- teur 46 permet de donner au gaz de ladite veine gazeuse centrale dans une section de cette veine passant par ce bord, une pression absolue moyenne relativement faible et de préférence inférieure d'au moins 10 % à ladite pression d'extraction. Les pales d'entraînement 24 s'étendent principalement en amont du bord séparateur 46. Elles comportent des prolongements 52 en aval de ce bord séparateur de manière à donner, à une partie périphérique du gaz de ladite veine gazeuse centrale passant au voisinage de ce bord, une pression périphérique voisine de ladite pression d'extraction et sensiblement supérieure à une pression centrale régnant dans la partie centrale de la même section de cette veine. Leurs bords externes passent à une distance petite du bord séparateur 46. Cette distance est de préférence inférieure à 10 % et de préférence encore inférieure à 4 % du diamètre de ce bord. Ils présentent des encoches 54 pour ne pas entrer en contact avec le dispositif de séparation 42, 44. Des flèches 60, 62, 64 et 66 représentent respectivement le flux d'entrée, le flux épuré en sortie de l'épurateur, un flux de sortie concentré en particules fines et constitué à partir de la veine gazeuse périphérique, et l'évacuation intermittente des particules lourdes. Les dispositions décrites ci-dessus présentent notamment l'avantage que toutes les surfaces obtenues par chaudronnerie, notamment les pales 24, surtout si elles présentent la forme de plaques, peuvent être réalisées aisément en un matériau résistant à l'abrasion et/ou être revêtues par un tel matériau, notamment sous la forme de plaques d'usure. -6- REVENDICATIONS 1/ Epurateur centrifuge pour flux gazeux chargé, comportant: - une chambre de centrifugation (2) délimitée par une paroi de centrifugation (4) qui est de révolution autour d'un axe (A) de direction longitudinale, cette chambre s'étendant 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 d'entrée constitué d'un gaz vecteur et chargé de 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, - des moyens de circulation (16) pour faire circuler ledit gaz vecteur de ladite ouverture d'entrée à ladite ouverture de sortie en présentant une composante de vitesse longitudinale, - des moyens de rotation (24) pour donner audit flux d'entrée une rotation autour dudit axe et pour faire apparaître ainsi une force centrifuge qui rassemble lesdites particules au voisinage de ladite paroi de centrifugation, - et des moyens d'évacuation pour prélever les particules qui ont été ainsi rassemblées près de ladite paroi et pour les extraire de ladite chambre, - cet épurateur étant caractérisé par le fait que ladite chambre de centrifugation comporte des tronçons s'étendant et se succédant longitudinalement, l'un de ces tronçons étant un tronçon de décantation (38) dans lequel ladite force centrifuge rassemble lesdites particules dans une veine gazeuse périphérique au voisinage de ladite paroi de centrifugation tout en formant une veine gazeuse centrale épurée, - un autre desdits tronçons étant un tronçon de séparation formé en aval dudit tronçon de décantation et recevant lesdites veines gazeuses périphérique et centrale, - lesdits moyens de rotation constituant des moyens de compression centrifuge pour donner au gaz de ladite veine gazeuse périphérique une pression d'extraction qui est supérieure à celle de ladite veine gazeuse centrale dans ledit tronçon de séparation et qui, par rapport à l'atmosphère extérieure, constitue une pression absolue positive, -7- - cet épurateur comportant en outre un dispositif de séparation (42, 44) formé dans ledit tronçon de séparation en saillie radiale vers l'intérieur à partir de ladite paroi de centrifugation pour arrêter au moins partiellement le déplacement longitudinal de ladite veine gazeuse périphérique tout en permettant l'écoulement de ladite veine gazeuse centrale vers l'aval, - et une ouverture d'évacuation (32) formée dans la paroi de ladite chambre de centrifugation pour permettre à ladite veine gazeuse périphérique arrêtée par ledit dispositif de séparation de s'écouler vers l'extérieur de cette chambre sous l'effet de ladite pression d'extraction. 2/ Epurateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit dispositif de séparation comporte sensiblement: - un anneau d'arrêt (42) disposé en saillie intérieure sur la paroi de ladite chambre de centrifugation, - et un séparateur de veines (44) s'étendant longitudinalement vers l'amont à partir du bord intérieur de cet anneau jusqu'à un bord séparateur (46) pour former entre ce séparateur et ladite paroi de centrifugation (4), une chambre d'évacuation annulaire (48) présentant une ouverture annulaire (50) vers l'amont pour recevoir ladite veine gazeuse périphérique, et au moins une ouverture périphérique (32) pour constituer ladite ouverture d'évacuation. 3/ Epurateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de circulation comportent un ventilateur de sortie (16) disposé en aval dudit bord séparateur (46) de manière à donner au gaz de ladite veine gazeuse centrale dans une section de cette veine passant par ce bord, une pression absolue moyenne inférieure d'au moins 10 % à ladite pression d'extraction. 4/ Epurateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de rotation comportent un rotor d'entraînement tournant autour dudit axe (A) et comportant des pales d'entraînement en amont dudit bord séparateur. / Epurateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdites pales d'entraînement comportent des prolongements (52) en aval de ce bord séparateur (46) de manière à donner, à une partie -8- périphérique du gaz de ladite veine gazeuse centrale passant au voisinage de ce bord, une pression périphérique voisine de ladite pression d'extraction et sensiblement supérieure à une pression centrale régnant dans la partie centrale de la même section de cette veine. 6/ Epurateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'un bord externe de certaines au moins desdites pales d'entraînement (24) passe à une distance petite dudit bord séparateur (46), cette distance étant de préférence inférieure à 10 % et de préférence encore inférieure à 4 % du diamètre de ce bord. 7/ Epurateur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que lesdites pales d'entraînement (24) présentent sensiblement la forme de plaques présentant une longueur parallèle audit axe (A) de la chambre de centrifugation et des largeurs disposées radialement. 8/ Epurateur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que lesdites pales d'entraînement (24) présentent des encoches (54) pour ne pas entrer en contact avec ledit dispositif de séparation (42, 44). 9/ Epurateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit rotor d'entraînement (24) est muni d'un moteur (30) propre à faire apparaître, au bord périphérique desdites pales d'entraînement, une accélération centripète comprise entre 500 et 20 000 fois l'accélération de la pesanteur g. / Epurateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite chambre de centrifugation (2) comporte: - une trémie (34) de recueil de particules lourdes formée au-dessous de ladite ouverture d'entrée (10) pour recueillir des particules lourdes qui ont été décantées par la force centrifuge et la gravité dans ledit tronçon de décantation (38), - et des moyens d'évacuation de particules lourdes (36) pour permettre d'extraire les particules lourdes ainsi recueillies sans introduire d'air dans cette chambre pendant le fonctionnement desdits moyens de circulation et de rotation. 11/ Procédé d'épuration centrifuge pour flux gazeux, caractérisé par le fait que, dans une chambre de centrifugation (2), une veine gazeuse périphérique est d'abord concentrée en particules par centrifugation, puis arrêtée dans sa progression longitudinale, une rotation rapide - 9 élevant alors suffisamment sa pression pour qu'elle s'échappe à l'extérieur par une ouverture d'évacuation (32) tandis qu'une veine gazeuse centrale épurée continue sa progression longitudinale.