Brevet FR2656294A1 — publié le 19910628

-1 Appareil pour séparer et récupérer un liquide flottant La présente invention concerne un appareil pour séparer et récupérer, parmi deux liquides non solubles l'un dans l'autre, celui qui flotte sur l'autre, tel qu'une huile ou un solvant organique flottant sur de l'eau L'appareil sépare et récupère le liquide flottant en utilisant l'interaction de la force centripète de l'écoulement tourbillonnaire en spiral produit par une plaque de guidage de vortex et l'action de pompage d'une hélice. L'appareil de la présente invention est apte à récupérer efficacement même les liquides flottants visqueux à viscosités élevées qu'il était jusqu'à présent difficile de récupérer, et empêche le liquide recueilli et stocké dans un cylindre situé au centre de la plaque de guidage de vortex, de se disperser à nouveau aux alentours Il est capable de stocker même un liquide flottant en nappe, en quantités très faibles jusqu'à une quantité prédéterminée, et peut également fonctionner d'une manière intermittente L'appareil de l'invention qui présente les caractéristiques susmentionnées peut constituer un moyen très efficace pour empêcher une pollution de l'environnement dans des milieux naturels et industriels, lorsqu'il est utilisé pour récupérer des huiles et des solvants organiques flottant sur les mers, les rivières, les étangs et les lacs, ou lorsqu'il est utilisé dans les usines et pour des applications domestiques. Selon l'état antérieur de la technique, une force d'inertie appelée force centripète (force de Coriolis) est produite dans le dispositif correspondant qui tourne à une vitesse constante Ceci reste tout à fait vrai même dans un liquide siège d'un vortex Jusqu'ici, par conséquent, on a séparé et récupéré le liquide flottant en faisant appel à la force cidessus ainsi qu'à l'action de poepage produite par l'hélice, en prévoyant une plaque de guidage de vortex qui s'enveloppe dans le sens du vortex du liquide pour renforcer encore la force centripète, en disposant sous la plaque de guidage l'hélice constituée d'un disque pourvu de plusieurs pales sur sa surface supérieure, et en faisant tourner l'hélice dans le sens dans lequel s'enveloppe la plaque de guidage de vortex. Dans le dispositif traditionnel qui utilise uniquement la force centripète produite par la plaque de guidage de vortex et l'hélice, la vitesse du vortex ralentit du fait d'une résistance due à la viscosité, lorsque le liquide flottant destiné à être récupéré possède une viscosité élevée, tandis que la force centripète diminue sensiblement elle-aussi. Pour compenser ce phénomène, il faudrait ajuster la vitesse de rotation de l'hélice, puisque la force de Coriolis varie proportionnellement au carré de la vitesse angulaire Au-delà d'une certaine vitesse, toutefois, la force centrifuge d'évacuation de l'eau devient prédominante du fait de l'action de pompage de l'hélice, ce qui présente comae inconvénient que le liquide flottant destiné à être récupéré est refoulé. Dans l'art antérieur, en outre, lorsque l'hélice cesse de tourner, le liquide recueilli et stocké en masse épaisse dans l'eau au centre de l'appareil, avec beaucoup de mal, flotte à nouveau et se disperse aux alentours, du fait que l'action de ponpage d'aspiration/évacuation dirigée du côté de la surface de l'eau vers le côté inférieur, n'existe plus. La présente invention se propose donc de remédier aux défauts de l'art antérieur susmentionnés, et concerne, à cet effet, un appareil apte à récupérer des liquides flottants ayant une large plage de viscosités, qui soit équipé de moyens pour éviter, qu'une fois recueilli et stocké, le liquide ne flotte à nouveau pour se disperser, et qui puisse recueillir et stocker même un liquide flottant en nappe, en quantités très faibles jusqu'à une quantité prédéterminée, au niveau de la partie centrale de la plaque de guidage de vortex, pendant un mouvement intermittent de l'hélice. Un premier but de l'invention consiste à empêcher le reflux du liquide flottant ou le phénomène de refoulement qui se produit à proximité de l'orifice d'adnission de la plaque de guidage de vortex, lorsque l'hélice tourne à des vitesses élevées. Pour atteindre ce but, il est proposé, selon la présente invention un appareil pour séparer et récupérer un liquide flottant sur de l'eau, par exemple, comportant une ou plusieurs plaques de guidage de vortex maintenues horizontalement sur la surface de l'eau à l'encontre d'une rotation, des éléments inférieurs des plaques de guidage étant immergés au-dessous de la surface de l'eau, un cylindre enveloppant situé au centre du vortex, dont l'extrémité supérieure est positionnée d'une manière appropriée au-dessous de la surface de l'eau, tandis que son extrémité inférieure est imnergée plus profondément que les éléments de guidage périphériques, un tuyau d'aspiration prévu dans ledit cylindre en vue d'une récupération, et une hélice rotative disposée au-dessous dudit cylindre concentriquement avec les plaques de guidage de vortex, et animée d'un mouvement de rotation dans le sens d'enveloppement des plaques de guidage de vortex, tandis qu'il est prévu, entre lesdites plaques de guidage et ladite hélice, un couvercle cylindrique qui, dans sa surface d'extrémité supérieure, comporte une ouverture dont le diamètre est inférieur au diamètre de l'hélice, et qui est également ouvert au niveau de son extrémité inférieure. Précisément, le couvercle cylindrique possède en effet dans sa surface d'extrémité supérieure une ouverture dont le diamètre est au moins inférieur à la périphérie de l'hélice; sa partie cylindrique a un diamètre suffisamment plus grand que le diamètre extérieur de l'hélice pour recouvrir celle-ci, tandis que son extrémité inférieure est ouverte pour maintenir un diamètre égal ou supérieur à celui de sa partie cylindrique. Il existe un rapport suffisa Tment important entre le diamètre de l'ouverture prévue dans la surface d'extrémité supérieure et le diamètre de l'ouverture du côté de l'extrémité inférieure, l'appareil étant conçu pour que 1 'action de pcnmage de 1 'hélice ne provoque pas une fuite de l'eau d'évacuation hors de l'ouverture prévue dans la surface d'extrémité supérieure du cylindre (c'est-à-dire, pour que l'eau d'évacuation ne soit pas refoulée dans les orifices d'admission situés à la périphérie de la plaque de guidage de vortex). En conséquence, le courant d'eau aspiré à partir de la surface supérieure du cylindre est contraint à s'écouler en direction de la périphérie, du fait de l'action de pompage centrifuge de l'hélice, et est évacuée à travers l'ouverture située au niveau de la partie inférieure du couvercle cylindrique Par conséquent, le courant de liquide existant à la périphérie de la plaque de guidage de vortex et le courant d'évacuation provoqué par l'action de pompage de l'hélice n'interfèrent pas l'un avec l'autre Il ne se produit donc pas de phénomène de reflux du liquide flottant qui peut être récupéré d'une manière efficace. Un second but de l'invention est d'empêcher le liquide recueilli et stocké au centre de la plaque de guidage de vortex de se disperser aux alentours, lorsque l'hélice est arrêtée. Pour atteindre ce but, alors que dans l'appareil de l'art antérieur, la partie cylindrique du vortex consiste en un cylindre enveloppant construit d'une seule pièce avec la plaque de guidage de vortex, dans l'appareil de la présente invention, au contraire, le cylindre est séparé des éléments formant plaques de guidage et est maintenu au centre des plaques de guidage de vortex de manière à se déplacer vers le haut et vers le bas, mais sans pouvoir tourner Ledit cylindre est accouplé avec des organes d'actionnement qui l'entraînent suivant un mouvement ascendant et descendant, organes d'actionnement qui sont comndés en étant verrouillés réciproquement avec une unité d'entraînement d'hélice, de sorte que 1 'extrémité supérieure du cylindre est immergée dans l'eau, lorsque l'hélice tourne, tandis qu'elle flotte sur l'eau, lorsque l'hélice est arrêtée, la trajectoire d'écoulement de la plaque de guidage de vortex et l'intérieur du cylindre établissant et interrompant une communication à chaque fois. Le liquide est recueilli tant que l'hélice continue à tourner. Lorsque l'hélice est au repos, la trajectoire d'écoulement du cylindre vers le côté extérieur est interrompue, et le liquide, une fois recueil li et stocké dans celui-ci, ne peut pas se disperser. L'appareil de la présente invention est très efficace lorsqu'il est actionné de manière intermittente, pour récupérer de minces nappes d'huile susceptibles de se former sporadiquement. Le cylindre peut être entraîné selon trois méthodes utilisant la force d'aspiration vers le bas produite par l'action de pompage de l'hélice, la force centrifuge d'un poids fixé à l'arbre de rotation de l 'hélice, et un organe d'actionnement entraîné par une énergie extérieure (électricité, pression pneumatique, pression hydraulique, etc) Parmi ces méthodes, la première produit une force faible et n'est pas praticable Par conséquent, la description suivante de modes de réalisation de l'invention concernera les seconde et troisième méthodes. Les buts, avantages et caractéristiques ci-dessus de la présente invention, et bien d'autres, ressortiront plus clairement de la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle-ci, donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: les Figures 1 (a), et l(b) sont des vues schématiques respectivement en plan et en coupe verticale destinées à expliquer le principe et le fonctionnement de l'appareil de la présente invention; la Figure 2 est une vue en coupe verticale d'un premier mode de réalisation de l'appareil de l'invention, destinée à expliquer le fonctionnement d'un système reposant sur un organe d'actionnement qui utilise la force centrifuge d'un poids, et la Figure 3 est une vue en coupe verticale d'un second mode de réalisation de l'appareil de l'invention équipé de flotteurs, du type à vérins à action directe. En référence aux dessins et notamment aux Figures 1 (a) et 1 (b), le numéro de référence 1 désigne une plaque de guidage de vortex, le numéro de référence 2 une hélice, et le numéro de référence 3 un couvercle cylindrique disposé entre les deux éléments ci-dessus concentriquement avec ceux-ci. La surface d'extrémité supérieure du couvercle cylindrique possède une ouverture dont le diamètre est inférieur au diamètre de l'hélice, et a son extrémité inférieure ouverte coame un cylindre, le rapport des deux ouvertures étant défini pour que l'hélice 2 puisse exercer une action de paopage suffisante. Le symbole O désigne un liquide flottant sur de l'eau et destiné à être récupéré, le numéro de référence 4 désigne un tuyau d'aspiration destiné à une récupération et le numéro 5 un arbre de rotation de l'hélice. La plaque de guidage de vortex 1 se carpose de plusieurs éléments, deux en l'occurrence, dans le cas de la Figure 1. Pour faciliter une explication du fonctionnement de l'appareil de l'invention, le bâti de corps principal, l'unité d'entraînement d'hélice et l'élément destiné à maintenir la plaque de guidage de vortex 1 et le couvercle cylindrique 3, ne sont pas représentés sur les Figures 1 (a) et 1 (b). Sur ces Figures, lorsque l'hélice 2 est animée d'un mouvement de rotation par l'arbre de rotation 5 dans le sens d'enveloppement de la plaque de guidage de vortex 1 (sens des flèches), un courant tourbillonnaire se développe dans l'eau, et le liquide flottant O commence à tourner Le liquide flottant est progressivement guidé vers la partie centrale, sous l'effet de la force centripète du courant tourbillonnaire et du courant centripète de la plaque de guidage de vortex 1 Du côté de l'hélice, en revanche, le liquide situé au-dessous du liquide flottant O est attiré par l'action de pompage centrifuge vers le côté de l'hélice à travers l'ouverture ménagée dans la surface d'extrémité supérieure du couvercle cylindrique 3 Il est délivré dans la direction radiale pour atteindre le couvercle cylindrique 3, et évacué vers le bas comme indiqué par les flèches de la Figure l(b). Ainsi, le liquide flottant O est, tout en tourbillonnant, guidé vers le centre du vortex et progressivement séparé du liquide de la couche inférieure, pour être concentré, recueilli et stocké dans la partie cylindrique centrale Une fois stocké en quantités suffisantes, le liquide flottant est aspiré et récupéré par l'intermédiaire du tuyau de récupération 4. L'appareil de la présente invention, dont le principe et le fonctionnement ont été décrits ci-dessus, présente également les caractéristiques suivantes. En effet, grâce au couvercle cylindrique 3, le liquide introduit à partir de la périphérie de la plaque de guidage de vortex, s'écoule dans la direction horizontale, l'eau d'évacuation s'écoulant vers le bas sous l'effet de l'action de pocpage de l'hélice Ces deux courants n'interfèrent donc pas l'un avec l'autre. Même en cas d'augmentation de la vitesse du courant tourbillonnaire d'un liquide flottant, fortement visqueux, offrant une résistance importante due à la viscosité, il n'y a par conséquent pas de risque que le courant d'eau d'évacuation engendré par l'hélice soit refoulé vers le côté admnission en entraînant un reflux du liquide flottant, conme cela se produisait jusqu'à maintenant. L'appareil de la présente invention, décrit précédemment, permet de récupérer des liquides flottants qui présentent une large plage de viscosités En outre, il est possible de séparer et de récupérer efficacement les liquides flottants par une simple commaande de la rotation de l'hélice 2. La partie suivante décrit un mode de réalisation destiné à ermpêcher une dispersion du liquide stocké dans la partie centrale de la plaque de guidage de vortex, lorsque l'hélice est arrêtée. Les éléments constitutifs de base 1 à 5 sont communs à ceux décrits en référence aux Figures 1 (a) et l(b). La Figure 2 montre des organes constitutifs nécessaires au moins pour expliquer l'invention, c'est-à-dire que seules des parties d'un bâti supérieur 19 du corps principal de l'appareil sont visibles, tandis que le couvercle cylindrique et le tuyau d'aspiration ne sont pas représentés. Sur la Figure 2, le cylindre 6 situé au niveau de la partie centrale de la plaque de guidage de vortex 1 est séparé de l'élément de guidage, plusieurs tiges coulissantes 12 étant montées sur le bord supérieur du cylindre 6 pour maintenir un équilibre de la pesanteur, tandis que, comme il est visible sur le dessin, des manchons 13 qui s'ajustent sur les tiges coulissantes 12, sont montés dans le bâti supérieur 19 du corps principal Des paliers linéaires peuvent être utilisés d'une manière efficace pour servir de manchons. Le cylindre 6 est par conséquent retenu à l'encontre d'une rotation, tout en étant maintenu de manière à pouvoir coulisser vers le haut et vers le bas par rapport à la surface de l'eau Des organes d'actionnement 7, 7 ', 8, 9 et 10 semblables à ceux d'un régulateur du type centrifuge sont incorporés sous le cylindre 6. Plusieurs bras de liaison 7 sont en fait articulés, au moyen d'un axe, à une bague coulissante 10 montée sur l'arbre de rotation 5 en vue de coulisser vers le haut et vers le bas, et un poids 8 est fixé à l'extrémité libre de chaque arbre de liaison 7, tandis que des bras de liaison auxiliaires 7 ' sont articulés, au moyen d'axes, à une partie médiane des bras de liaison 7 et au moyeu de l'hélice 2, tous ces éléments étant solidaires en rotation de l'hélice La bague coulissante coulisse vers le haut et vers le bas sous l'effet des actions d'expansion et de contraction des bras de liaison 7, 7 ' Un ressort de compression 9 est intercalé entre la bague coulissante et le moyeu de l'hélice Il est prévu une rainure formée dans la périphérie extérieure supérieure de la bague coulissante 10, tandis que plusieurs rebords en forme de tiges 11 qui s'étendent depuis la partie inférieure du cylindre 6, sont montés d'une manière coulissante sur celui-ci de manière à monter et descendre en fonction de la bague coulissante 10, mais sans empêcher la bague de coulissante de tourner. La Figure 2 montre l'organe d'actionnement du type à force centrifuge ainsi construit; sur cette figure, la moitié droite de l'arbre de rotation 5 se trouve dans l'état dans lequel l'hélice tourne, tandis que sa moitié gauche est dans l'état dans lequel l'hélice est au repos. En référence maintenant à la moitié droite de la Figure 2, lorsque l'arbre de rotation 5 de l'hélice est animé d'un mouvement de rotation par un moteur d'entraînement 20, les organes d'actionnement 7 et 10 tournent aussi, moyennant quoi, les bras de liaison 7, 7 ' sont ouverts dans la direction radiale sous l'effet de la force centrifuge des poids 8, et la bague coulissante 10 est tirée vers le bas à l'encontre du ressort 9, tandis que le cylindre 6 est tiré vers le bas dans l'eau, par l'intermédiaire du rebord 11 La trajectoire d'écoulement est ainsi ouverte depuis la plaque de guidage de vortex 1 jusqu'au cylindre, et le liquide flottant est recueilli et stocké d'une manière régulière. Le moteur d'entraînement 20 utilisé dans l'appareil de la présente invention peut être un monteur électrique, un moteur à pression pneumatique ou un moteur à pression hydraulique, qui d'une manière souhaitable doit être utilisé en coebinaison avec un mécanisme réducteur de vitesse. La partie qui suit décrit, en référence à la moitié gauche de la Figure 2, le cas o l'hélice est au repos Dans ce cas, les poids 8 ne produisent pas de force centrifuge, et la bague coulissante 10 est repoussée vers le haut par le ressort 9, exactement à l'inverse du cas dans lequel l'hélice tourne Par conséquent, le cylindre 6 monte et son extrémité supérieure flotte sur la surface de l'eau, tandis que la trajectoire d'écoulement qui mène à la plaque de guidage de vortex 1 est interrompue par les parois latérales du cylindre 6 Le liquide stocké dans le cylindre 6 ne peut donc pas se disperser. Dans la partie qui précède on a décrit sammairement le dispositif d'actionnement utilisant la force centrifuge des poids. La partie suivante va décrire, en référence à la Figure 3, un mode de réalisation du dispositif d'actionnement utilisant des vérins à action directe. Ce dispositif se différencie de celui de la Figure 2, en ce que les extrémités supérieures des tiges coulissantes 12 du cylindre 6 sont accouplées directement avec des vérins 14 Les autres éléments de base 1 à 5 de l'appareil, de même que le cylindre 6 destiné à stocker le liquide, les éléments du mécanisme de coulissement 12, 13 visibles sur la Figure 2, ainsi que leur fonctionnement, sont tous les mêmes et ne sont pas décrits à nouveau ici. Dans le mode de réalisation de la Figure 3, le bâti de corps principal est équipé de flotteurs 16 qui se déplacent en fonction d'une variation du niveau d'eau Le bâti de corps principal corporte, à cet effet, un bâti supérieur 19 et un bâti inférieur 19 ' accouplés l'un avec l'autre au moyen de plusieurs colonnes de support 15, trois flotteurs 16 au moins munis d'un trou traversant, étant fixés à ces derniers pour stabiliser la position de flottement. Les moyens flottants peuvent avoir une forme différente de celle représentée sur la Figure 3 ou camporter d'autres moyens, tels qu'un catamaran L'élément flottant peut consister en un corps creux ou être fait d'un matériau expansé constitué de bulles indépendantes. Le numéro de référence 17 désigne un coussinet de palier placé au niveau de l'extrémité inférieure de l'arbre de rotation, et le numéro 18 désigne des éléments de maintien de la plaque de guidage de vortex 1 et du couvercle cylindrique 3. Les vérins 14 sont des organes d'actionnement cylindriques formés par des solénoïdes électromagnétiques ou des cylindres à pression pneumatique ou hydraulique commandés en étant verrouillés réciproquement avec l'unité d'entraînement d'hélice 20 Cela signifie que les vérins 14 fonctionnent d'une manière simultanée avec la rotation de l'hélice 2, moyennant quoi, les tiges coulissantes 12 descendent pour immerger le cylindre 6 dans l'eau En revanche, lorsque l'hélice s'arrête de tourner, les vérins sont désexcités, et les tiges coulissantes remontent pour permettre au cylindre de flotter Grâce à l'immersion du cylindre 6 décrite ci-dessus, la trajectoire d'écoulement de la plaque de guidage de vortex 1 est "ouverte" et "fermée" pour remplir exactement la même fonction de commutation que celle décrite en référence à la Figure 2. Sur la Figure 3, la moitié droite de l'arbre de rotation 5 illustre l'état dans lequel l'hélice tourne, tandis que la moitié gauche montre l'état dans lequel ladite hélice est au repos Dans le cas du type de flotteur semblable à celui utilisé dans ce mode de réalisation, il est prévu une corde d'ancrage pour empêcher la rotation provoquée par l'hélice. Grâce à l'appareil de la présente invention décrit précédemment à travers différents modes de réalisation, il est possible de séparer et de récupérer un liquide, tel qu'une huile ou un solvant organique flottant sur l'eau, en maintenant un bon rendement, même lorsque le liquide flottant a une viscosité élevée En outre, le liquide, une fois recueilli et stocké, ne peut pas se disperser vers l'extérieur à partir du cylindre, et ce, même lorsque l'hélice est arrêtée L'appareil de la présente invention peut par conséquent servir de moyen efficace pour venir à bout d'une pollution et d'une contamination intervenant dans un environnement naturel ou dans divers domaines industriels, et qui, à l'époque actuelle, constituent des problèmes de société, étant donné qu'il est capable de stocker même un liquide flottant en nappe, en quantités très faibles jusqu'à une quantité prédéterminée, qui peut être récupéré par aspiration, et qu'il est également apte à fonctionner d'une manière intermittente en étant verrouillé réciproquement avec un détecteur de liquide flottant. Bien que la description précédente ait porté sur des modes de réalisation préférés de la présente invention, il est bien entendu que celle-ci ne se limite pas aux exemples décrits et illustrés ici, et que différents changements et modifications peuvent leur être apportés, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVEND IATIONS 1 Appareil pour séparer et récupérer un liquide flottant (O) sur de l'eau, par exemple, caractérisé en ce qu'il coeporte une ou plusieurs plaques de guidage de vortex ( 1) maintenues horizontalement sur la surface de l'eau à l'encontre d'une rotation, des éléments inférieurs des plaques de guidage étant immergés au-dessous de la surface de l'eau, un cylindre enveloppant ( 6) situé au centre du vortex, dont l'extrémité supérieure est positionnée d'une manière appropriée au-dessous de la surface de l'eau, tandis que son extrémité inférieure est immergée plus profondément que les éléments de guidage périphériques, un tuyau d'aspiration ( 4) prévu dans ledit cylindre en vue d'une récupération, et une hélice rotative ( 2) disposée au-dessous dudit cylindre concentriquement avec les plaques de guidage de vortex, et animée d'un mouvement de rotation dans le sens d'enveloppement des plaques de guidage de vortex, et en ce qu'il est prévu, entre lesdites plaques de guidage ( 1) et ladite hélice ( 2), un couvercle cylindrique ( 3) qui, dans sa surface d'extrémité supérieure, comporte une ouverture dont le diemètre est inférieur au diamètre de l'hélice, et qui est également ouvert au niveau de son extrémité inférieure. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre ( 6) est séparé des éléments formant plaques de guidage et est maintenu au centre des plaques de guidage de vortex ( 1), de manière à se déplacer vers le haut et vers le bas mais sans pouvoir tourner, ledit cylindre ( 6) étant accouplé avec des organes d'actionnement ( 14) qui l'entraînent suivant un mouvement ascendant et descendant, organes d'actionnement qui sont coemandés en étant verrouillés réciproquement avec une unité d'entraînement d'hélice ( 20), de sorte que l'extrémité supérieure du cylindre est immergée dans l'eau, lorsque l'hélice ( 2) tourne, tandis qu'elle flotte sur l'eau, lorsque l'hélice est arrêtée.