Brevet FR2648730A1 — publié le 19901228

Séparateur centrifuge pour liquide figeable, notamment pour gazole La présente invention trouve application, de manière générale, lorsqu'un liquide figeable doit être traité en vue d'en séparer des éléments non miscibles. L'adJectif "figeable" est employé ici pour indiquer que l'inven- tion trouve plus particulièrement application dans le cas o le liquide à traiter comporte certains composants éventuellement miscibles, tels que des paraffines dans le cas du gazole, qui tendent à se solidifier en premier lorsque la température s'abaisse et qui peuvent alors entraîner un blocage localisé d'un circuit dans d'autres parties duquel le liquide reste suffisamment fluide. Il peut cependant s'agir aussi d'un liquide dont la solidification se produit seulement à une températeur déterminée et est alors totale. L'invention trouve plus particulièrement encore application dans les véhicules, notamment dans les camions, dont le moteur est du type Diesel et consomme du gazole. Le circuit d'alimentation du moteur à partir du réservoir d'un camion de type courant comporte les éléments suivants: une pompe d'alimentation à pression de refoulement modérée pour amener le gazole à partir du réservoir, - un séparateur centrifuge statique pour intercepter des gouttelettes d'eau et des particules solides éventuellement contenues dans le gazole, - des éléments filtrants pour intercepter d'autres particules solides de dimensions plus ou moins importantes, par exemple un préfiltre pour intercepter de grosses particules et un filtre fin pour intercepter des particules plus fines, et une pompe d'inJection pour injecter des volumes convenables de gazole à des instants convenables dans chacun des cylindres du moteur. Un élément filtrant peut être intégré dans le séparateur centrifuge. Un tel camion est parfois amené à démarrer et circuler alors que la température de l'atmosphère est suffisamment basse pour solidifier des paraffines contenues dans le gazole. C'est pourquoi -2- un besoin important et depuis longtemps ressenti est d'éviter que des particules de paraffine solidifiées ne viennent bloquer par temps froid des passages étroits formés pour le gazole dans le séparateur. De tels passages étroits sont notamment constitués par les pores de l'élément filtrant qui est éventuellement intégré dans le séparateur. Une solution connue au problème posé par ce besoin consiste à aJouter au gazole des additifs qui retardent la formation et la croissance des particules de paraffine solidifiée. Une autre solution apparait dans un séparateur connu dont certains éléments et certaines dispositions lui sont communs, quant à leurs fonctions indiquées ci-dessous, avec un séparateur selon la présente invention. Ces séparateurs présentent un axe vertical, ou du moins non horizontal, et ces éléments communs sont: - une entrée de séparateur pour recevoir un liquide à traiter qui est undit liquide figeable, - une conduite d'entrée pour conduire ledit liquide à traiter provenant de ladite entrée de séparateur, - un déflecteur pour recevoir ledit liquide à traiter provenant de ladite conduite d'entrée et pour lui donner une composante de vitesse circonférentielle autour dudit axe, - un bol de centrifugation présentant une paroi latérale qui entoure ledit axe et qui s'étend en hauteur entre un fond et une ouverture haute de ce bol, cette paroi recevant ledit liquide à traiter provenant dudit déflecteur et guidant ce liquide en rotation autour dudit axe pour y faire régner une force centrifuge qui amène sélectivement au contact de cette paroi des impuretés relativement denses contenues dans ce liquide, de manière que ces impuretés descendent ensuite sous l'action de la gravité vers le fond de ce bol et qu'un liquide centrifugé remonte vers une partie haute de ce bol, ce liquide centrifugé étant au moins partiellement débarassé desdites impuretés relativement denses et constituant encore un dit liquide figeable, - une conduite de sortie pour recevoir et conduire ledit liquide centrifugé, - un élément chauffant s'étendant en contact thermique avec un -3- dit liquide figeable afin de chauffer ce liquide quand cela est nécessaire pour au moins limiter les dimensions de particules solidi- fiées qui sont susceptibles de se former dans ce liquide quand il est froid, - un couvercle métallique massif pour obturer ladite ouverture haute du bol tout en formant dans sa masse métallique un système de raccordement intégré qui constitue au moins une partie importante desdites conduites d'entrée et/ou de sortie, - et une sortie du séparateur pour fournir en sortie ledit liquide centrifugé qui provient de ladite conduite de sortie et qui a éventuel- lement été chauffé par ledit élément chauffant. Les dispositions communes précédemment mentionnées sont les suivantes: Le séparateur comporte en outre une paroi filtrante qui entoure ledit axe sur une hauteur axiale de filtrage d'un c6té dudit couvercle au voisinage de celui-ci, cette paroi étant traversée par ledit liquide centrifugé pour arrêter des particules solides relativement grosses charriées par ce liquide de manière à fournir en sortie un liquide préfiltré, (on comprendra que cette paroi présente deux faces qui sont des faces amont et aval par rapport au sens de circula- tion du fluide qui la traverse). - Ledit couvercle présente la forme générale d'une plaque épaisse qui est typiquement perpendiculaire audit axe, une fraction majoritaire de la longueur de chacune desdites conduites d'entrée et de sortie s'étendant parallèlement à cette plaque, typiquement selon une direction radiale, dans l'épaisseur de cette plaque, pour constituer ledit système de raccordement. - Ledit élément chauffant est une résistance électrique de chauffage. - Ledit déflecteur est fixe, ledit liquide à traiter étant reçu sous pression. Cette pression lui est par exemple appliquée par la pompe d'alimentation du moteur Diesel. Un tel séparateur connu a été fabriqué par la firme américaine RACOR Industries Inc, Modesto, Calif. U.S.A. Il est dérivé d'un séparateur qui a été décrit dans le brevet américain 3 931 011 -4- (Richards et al) et auquel a été ajoutée ladite résistance électrique. Cette résistance baigne dans du gazole centrifugé circulant dans une enceinte qui est formée au-dessus du couvercle du bol de centrifuga- tion et qui contient un élément filtrant au-dessus de cette résistance. Cette dernière est ainsi placée, compte tenu du sens de circulation du liquide, en amont de cet élément, et elle est provisoirement exposée au fond de l'enceinte chaque fois qu'on change l'élément filtrant après encrassement de ce dernier. Le séparateur connu ainsi constitué assure ses fonctions d'une manière généralement correcte mals ses utilisateurs auraient préféré qu'il soit moins coûteux à l'achat, moins encombrant, et plus facile à entretenir sans risque de détérioration. Il est d'autre part évidemment souhaitable de minimiser l'énergie électrique qui est consommée pour le chauffage du gazole au départ par temps froid. La présente demanderesse a par ailleurs obtenu un brevet français n 2 596 668 pour un séparateur centrifuge dépourvu d'élément chauffant. La présente invention a notamment pour buts, lorsqu'elle est appliquée à un séparateur pour l'alimentation en gazole d'un moteur Diesel d'un véhicule tel qu'un camion, - de diminuer le coût et/ou l'encombrement du séparateur, - d'assurer un chauffage plus efficace et/ou mieux réparti du gazole dans le séparateur, - et/ou de minimiser les risques de détérioration de l'élément chauffant situé dans un tel séparateur, notamment lors d'opérations de maintenance telles qu'un changement d'élément filtrant. Il doit cependant être compris qu'elle peut s'appliquer au traitement d'autres liquides figeables, notamment d'autres hydrocarbures pouvant être utilisés à d'autres fins. Il peut s'agir par exemple d'un fioule consommé dans une chaudière. Certains au moins des buts précédemment indiqués peuvent être alors visés. De manière générale l'élément chauffant d'un séparateur selon la présente invention est inséré dans le couvercle du bol de centrifuga- tion de manière à chauffer le liquide dans les conduites formées dans ce couvercle. -5- Plus particulièrement un séparateur selon cette invention peut comporter les éléments communs précédemment mentionnés et présenter une première disposition préférée selon cette invention. Selon cette disposition au moins une partie substantielle dudit élément chauffant est insérée dans la masse métallique dudit couvercle et ce couvercle est constitué d'un métal bon conducteur thermique pour conduire la chaleur entre cet élément chauffant et ledit système de raccordement intégré dans ce couvercle. Ce séparateur peut en outre présenter les dispositions communes précédemment mentionnées ainsi que les dispositions suivantes qui sont préférées selon la présente invention: - Ledit couvercle présente un prolongement caloporteur faisant saillie axialement du côté de ladite paroi filtrante au voisinage et en regard de sadite face amont pour empêcher un blocage de cette paroi par desdites particules solidifiées. - Ledit prolongement caloporteur forme des ailettes qui s'étendent radialement et axialement et qui se succèdent angulairement autour dudit axe. - Ladite paroi filtrante est disposée sous ledit couvercle et est traversée radialement vers l'intérieur par ledit liquide figeable, ledit couvercle comportant, à des niveaux successifs de bas en haut: - ledit prolongement caloporteur, ce prolongement entourant ladite paroi filtrante, - un niveau de chauffage comportant ledit élément chauffant, cet élément étant linéaire et faisant sensiblement le tour dudit axe, - et un niveau de raccordement dans lequel est formé ledit système de raccordement. - Le séparateur comporte en outre un thermostat placé en contact thermique avec ledit couvercle et commandant ledit élément chauffant pour maintenir la température de ce couvercle entre des limites prédéterminées. - Ladite résistance de chauffage est insérée par moulage dans la masse dudit couvercle, le métal de ce couvercle présentant une température de fusion substantiellement inférieure à celle - 6 - des matériaux de cette résistance. Le coût supplémentaire introduit par un tel mode d'insertion est très petit parce que le mode habituel et peu coûteux de réaliser le couvercle est un moulage. Il est par ailleurs clair que l'élément chauffant pourrait être constitué autrement que par une résistance électrique. Il pourrait par exemple l'être par un circuit d'eau chaude qui pourrait avantageusement être formé dans le couvercle en même temps et par les mêmes méthodes que le système de raccordement précédemment mentionné. A l'aide des figures schématiques ci-Jointes, on va décrire ci-après ci-après comment la présente invention peut être mise en oeuvre, étant entendu que les éléments et dispositions mentionnés et représentés ne le sont qu'à titre d'exemples non limitatifs. 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 donné en exemple comporte les dispositions communes et préférées décrites ci-dessus. - La figure 1 représente une vue en coupe axiale d'un séparateur réalisé selon la présente invention. - La figure 2 représente une vue de dessus de ce séparateur. - Les figures 3, 4 et 5 représentent des vues de ce séparateur en coupes transversales selon des plans III-III, IV-IV et V-V de la figure 1, respectivement. Le séparateur donné en exemple est destiné au filtrage du gazole qui alimente le moteur Diesel d'un camion. On va d'abord décrire ci-après les éléments de ce séparateur qui ont été précédemment mentionnés pour exposer l'invention. L'axe du séparateur est vertical et représenté en A. Il est entouré par un tube axial 1 qui solidarise les parties haute et basse du séparateur. Le séparateur comporte une entrée 2 pour recevoir le gazole qui constitue le liquide à traiter et une conduite d'entrée 4 pour conduire ce liquide à un déflecteur 6 qui lui donne une composante de vitesse circonférentielle. Ce déflecteur comporte pour cela (voir fig.1 et 5) des ailettes 60 -7 qui s'étendent en spirale autour de l'axe A et qui, sur leur hauteur, Joignent deux coupes l'une inférieure 62, l'autre supérieure 64. Les canaux spiralés formés entre ces ailettes reçoivent le liquide à partir d'ouvertures 66 percées dans l'arbre tubulaire 1 qui a reçu ce liquide par une ouverture haute 68 communiquant avec la conduite d'entrée 4. L'étroitesse et la courbure de ces canaux font apparaître, au sein du gazole qui les parcourt à grande vitesse, une force centrifuge qui précipite les gouttelettes d'eau contre les ailettes. Ces gouttelettes sont ainsi rassemblées en gouttes qui peuvent ensuite décanter plus facilement par gravité naturelle ou par force centrifuge. Un bol de centrifugation désigné par sa paroi latérale 8 guide la rotation de ce liquide et y fait nattre une force centrifuge qui amène sélectivement au contact de cette paroi des impuretés relativement denses telles que l'eau ou des poussières qui sont contenues dans ce liquide. Ces impuretés descendent ensuite sous l'action de la gravité vers le fond 9 de ce bol tandis que le liquide centrifugé remonte vers le haut du bol. Ce bol est réalisé en une matière à la fois résistante et transparente pour permettre de voir les impuretés qui s'y sont accumulées. L'eau qui est ainsi rassemblée au fond 9 de ce bol en est évacuée quand cela est nécessaire par un passage qui est ouvert par dévissage partiel d'un bouchon de purge 92. Elle passe d'abord pour cela à l'intérieur du tube axial 1 par des ouvertures 20. Quant au nettoyage des impuretés solides adhérant à la paroi du bol, il peut être fait par démontage et lavage de ce dernier. Une conduite de sortie 10 conduit le liquide centrifugé à une sortie du séparateur. Un couvercle métallique massif 12 obture l'ouverture haute du bol tout en formant dans sa masse métallique un système de raccor- dement intégré qui constitue les conduites 4 et 10. Ce couvercle est appuyé sur le bord supérieur du bol par une vis 50 que l'on visse dans le tube axial 1 à l'aide d'une poignée 52. Il présente la forme générale d'une plaque épaisse horizontale dans l'épaisseur de laquelle les conduites d'entrée et de sortie sont creusées horizonta- lement et radlalement. -8- Un élément chauffant, constitué par une résistance électrique blindée 16, est inséré dans la masse métallique de ce couvercle. Ce dernier est constitué d'un métal bon conducteur thermique pour conduire la chaleur entre cette résistance et le système de raccordement intégré dans ce couvercle. Cette résistance est linéaire et fait sensiblement le tour de l'axe A. Un thermostat 26 est placé en contact thermique avec le couvercle 12 (voir fig.2). Il commande la résistance 16 pour maintenir la température de ce couvercle entre des limites prédéterminées. Une paroi filtrante 18 entoure le tube axial 1 au dessous du couvercle 12 au voisinage de celui-ci. Elle est traversée par le liquide centrifugé pour arrêter des particules solides relativement grosses charriées par ce liquide de manière à fournir en sortie un liquide préfiltré. Elle présente deux faces, amont et aval par rapport au sens de circulation du liquide qui la traverse. Plus particulièrement ce liquide provient de la partie centrale du bol 8 située au-dessous du déflecteur 6. Il est remonté pour cela à travers quatre ouvertures 20 formées dans ce déflecteur et il arrive autour de la paroi 18 qu'il traverse radialement vers l'intérieur. Il reJoint ensuite la conduite de sortie 10 en montant à travers un passage 22 formé dans le couvercle 12. La paroi 18 est constituée par une cartouche filtrante qu'il est facile de nettoyer ou de changer lorsqu'on démonte le séparateur après dévissage de la vis 50. Comme précédemment indiqué, le couvercle 12 présente un prolongement caloporteur faisant saillie axialement du côté de la paroi filtrante au voisinage et en regard de la face amont de cette dernière, c'est- à-dire plus particulièrement qu'il fait saillie vers le bas autour de cette paroi. Il forme des ailettes 24 qui s'étendent radialement et axialement et qui se succèdent angulairement autour de la paroi filtrante. La chaleur qu'il apporte ainsi par temps froid empêche un blocage de cette paroi par des particules solidifiées. Le couvercle 12 comporte, à des niveaux successifs de bas en haut: - le prolongement caloporteur constitué par les ailettes 24, -9- - un niveau de chauffage comportant l'élément chauffant 16, - et un niveau de raccordement dans lequel est formé le système de raccordement. Il présente par ailleurs une protubérance latérale 70 (voir fig.1 et 2) qui comporte une plaque de fixation verticale 72 percée de deux trous 74 pour le passage de boulons non représentés permettant de fixer le séparateur à une paroi verticale d'un camion. - 10 - REVENDICATIONS 1/ Séparateur centrifuge pour liquide figeable, notamment pour gazole, caractérisé par le fait qu'un élément chauffant (16) est inséré dans le couvercle du bol de centrifugation (8) de manière à chauffer le liquide dans des conduites (4, 10) formées dans ce couvercle. 2/ Séparateur centrifuge pour liquide figeable, notamment pour gazole, ce séparateur présentant un axe non horizontal (A) et compor- tant: - une entrée du séparateur (2) pour recevoir un liquide à traiter qui est undit liquide figeable, - une conduite d'entrée (4) pour conduire ledit liquide à traiter provenant de ladite entrée de séparateur, - un déflecteur (6) pour recevoir ledit liquide à traiter provenant de ladite conduite d'entrée et pour lui donner une composante de vitesse circonférentielle autour dudit axe, - un bol de centrifugation (8) présentant une paroi latérale qui entoure ledit axe et qui s'étend en hauteur entre un fond (9) et une ouverture haute de ce bol, cette paroi recevant ledit liquide à traiter provenant dudit déflecteur et guidant ce liquide en rotation autour dudit axe pour y faire régner une force centrifuge qui amène sélectivement au contact de cette paroi des impuretés relativement denses contenues dans ce liquide, de manière que ces impuretés descendent ensuite sous l'action de la gravité vers le fond de ce bol et qu'un liquide centrifugé remonte vers une partie haute de ce bol, ce liquide centrifugé étant au moins partiellement débarassé desdites impuretés relativement denses et constituant encore un dit liquide figeable, - une conduite de sortie (10) pour recevoir et conduire ledit liquide centrifugé, - un élément chauffant s'étendant en contact thermique avec un dit liquide figeable afin de chauffer ce liquide quand cela est nécessaire pour au moins limiter les dimensions de particules solidi- fiées qui sont susceptibles de se former dans ce liquide quand il est froid, - 11 - - un couvercle métallique massif (12) pour obturer ladite ouverture haute du bol tout en formant dans sa masse métallique un système de raccordement intégré qui constitue au moins une partie importante desdites conduites d'entrée et/ou de sortie, - et une sortie du séparateur (14) pour fournir en sortie ledit liquide centrifugé qui provient de ladite conduite de sortie et qui a éventuellement été chauffé par ledit élément chauffant, ce séparateur étant caractérisé par le fait qu'au moins une partie substantielle dudit élément chauffant (16) est insérée dans la masse métallique dudit couvercle (12), ce couvercle étant constitué d'un métal bon conducteur thermique pour conduire la chaleur entre cet élément chauffant et ledit système de raccordement (4, 10) intégré dans ce couvercle. 3/ Séparateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une paroi filtrante (18) qui entoure ledit axe (A) sur une hauteur axiale de filtrage d'un côté dudit couvercle (12) au voisinage de celui-ci, cette paroi étant traversée par ledit liquide centrifugé pour arrêter des particules solides relati- vement grosses charriées par ce liquide de manière à fournir en sortie un liquide préfiltré, cette paroi présentant deux faces qui sont des faces amont et aval par rapport au sens de circulation du fluide qui la traverse, - ledit couvercle présentant un prolongement caloporteur (24) faisant saillie axialement du côté de ladite paroi filtrante au voisinage et en regard de sadite face amont pour empêcher un blocage de cette paroi par de dites particules solidifiées. 4/ Séparateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit prolongement caloporteur forme des ailettes (24) qui s'étendent radialement et axialement et qui se succèdent angulairement autour dudit axe (A). / Séparateur selon la revendication 3 dans lequel ledit couvercle (12) présente la forme générale d'une plaque épaisse perpendiculaire audit axe, une fraction majoritaire de la longueur de chacune desdites conduites d'entrée (4) et de sortie (10) étant creusée parallèlement à cette plaque dans l'épaisseur de celle-ci pour constituer ledit - 12 - système de raccordement. 6/ Séparateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ladite paroi filtrante (18) est disposée sous ledit couvercle (12) et est traversée radialement vers l'intérieur par ledit liquide figeable, ledit (12) couvercle comportant, à des niveaux successifs de bas en haut: ledit prolongement caloporteur (24), ce prolongement entourant ladite paroi filtrante (18), - un niveau de chauffage comportant ledit élément chauffant (16), cet élément étant linéaire et faisant sensiblement le tour dudit axe (A), - et un niveau de raccordement dans lequel est formé ledit système de raccordement (4, 10). 7/ Séparateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un thermostat (26) placé en contact thermXque avec ledit couvercle (12) et commandant ledit élément chauffant (16) pour maintenir la température de ce couvercle entre des limites prédéterminées. 8/ Séparateur selon la revendication 7, dans lequel ledit élément chauffant (16) est une résistance électrique de chauffage. 9/ Séparateur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ladite résistance de chauffage (16) est insérée par moulage dans la masse dudit couvercle (12), le métal de ce couvercle présentant une température de fusion substantiellement inférieure à celle des matériaux de cette résistance. / Séparateur selon la revendication 2, dans lequel ledit déflecteur (6) est fixe, ledit liquide à traiter étant reçu sous pression.