Brevet FR2679462A1 — publié le 19930129

Un prototype du brevet de séparateur d'air 1.582.568, déposé à Paris le 19 juillet 1968, fut réalisé. I1 était basé sur le principe éprouvé antérieurement, du glissement des bulles d'air séparées sous les éléments superposés 6. Sa contenance était de vingt-quatre litres. I1 permit de séparer les bulles d'air contenues dans du gasoil, à 2,7 o/oo près au débit de quinze mètres-cubes heure, alors que le Service des Instruments de Mesure n'exigeait que 5 o/oo près pour accorder l'homologation. Pour être utilisable avec profit, ce débit eût dû être augmenté de moitié au moins. Essayé au débit de 19,5 mètres-cubes heure, il ne put séparer l'air qu'à 18 o/oo pres. Le brevet 2.315.971, déposé à Paris le 4 juillet 1975, utilisait le même principe éprouvé du glissement des bulles d'air séparées. Réalisé dans la même enceinte que précédemment, il suffisait que les bulles d'air séparées glissent de 1 cm latéralement au lieu de dix auparavant, pour déboucher dans les cheminées d'évacuation et pour que le taux de dégazage soit de O o/oo au débit de 19,5 m3h. Or, à ce débit il ne put séparer l'air qu'à 105 o/oo pres, bien que la mousse de bulles d'air fût expulsee de façon continue et régulière. C'était tout à fait incohérent. Toutes vérifications expérimentales faites, notamment en penchant l'appareil tout entier de 20 % aussi bien vers l'aval que vers l'amont, il résultait que ce fonctionnement pres de six fois moins efficace, tenait à ce que les bulles d'air séparées ne glissaient pas sous les éléments superposés, contrairement à ce qu'il s'était passé dans les prototypes précédents. Pour comprendre la raison d'une telle différence, il est nécessaire de reconsidérer comment des résultats satisfaisants furent obtenus successivement depuis 1936, en application du même principe de glissement des bulles d'air séparées. Un prototype du brevet 817.703, déposé à Paris le 19 décembre 1936, fut réalisé. I1 était perce d'une haute fenêtre sur toute la largeur en face des cheminées 22 et des orifices 8. Les compartiments avaient une hauteur de 25 m/m, leurs pans rabattus terminaux étaient hauts de 20 m/m et les orifices 8 de 5 m/m. Toutes les bulles d' air furent séparées sous les plaques 5 et évacuées par les orifices 9 dans les cheminées 22. L'expulsion etait continue et réguliere. L'essence d'aviation qui était utilisée fut exempte d'air à O o/oo près au débit de 5 m3h. L'inconvénient de ce séparateur était d'être parallélépipédique. Un prototype du brevet 857.583, déposé à Paris le 4 avril 1939, fut réalisé dans une enceinte cylindrique transparente en rhodoïd. Les plaques superposées 11 étaient espacées d'une hauteur de 15 m/m, leurs pans rabattus 12 étaient hauts de 10 m/m, et leurs orifices 13 de 5 m/m. Trois experimentateurs observèrent en même temps, à de nombreuses reprises, que des bulles d'air séparées glissaient isolement vers les échancrures 16, tandis que la masse turbulente des bulles d'air séparées progressait ensuite derrière les bulles d'air isolées vers ces échancrures 16, en se divisant en deux courants latéraux contre le pan rabattu 12. L'expulsion d'air débutait au moment où cette masse turbulente débouchait dans les cheminees verticales que constituaient ces échancrures 16. La chambre d'expulsion d'air étant très etroite, il fut admis que l'arrivée des bulles d'air isolées avait probablement suffi pour en abaisser le niveau et déclencher l'ouverture de l'obturateur coulissant. L'expulsion de la mousse de bulles d'air était continue et régulière. L'essence d'aviation qui était utilisée fut purgee d'air à O o/oo près au débit de 5 m3h. Les essais furent abandonnés à cause de la Seconde Guerre Mondiale. Un prototype du brevet 962.909, déposé à Paris le 5 mars 1948, fut réalisé. I1 était muni d'un obturateur d'expulsion d'air coulissant mu par un flotteur. I1 ne comprenait ni flotteur 9, ni nervure cylindrique 20. I1 permit de séparer l'air du gasoil de 1 à 5 o/oo pres suivant le debit utilisé. L'expulsion d'air était continue et régulière. I1 fut exploité industriellement pendant toute sa durée légale pour des débits horaires allant de 5 à 100 m3h. L'efficacite de ces compartiments tronconiques superposés apporta la confirmation du glissement des bulles d'air séparées, puisque les bulles séparées dans leur partie inférieure remontaient d'ellesmêmes jusqu'à la périphérie malgré l'opposition d'un léger effet de centrifugation, et le fait que le mélange à séparer s'écoulait en descendant vers le centre. De ce moment, le principe du glissement des bulles d'air séparées fut tenu pour un credo. Des compartiments à deux pentes du brevet 1.289.589, dépose à Paris le 23 février 1961, furent montés en 1968 dans une enceinte cylindrique de séparateur à compartiments tronconiques du brevet 962.909. Le débit qui était de 21 m3h fut élevé à 50 m3h, puis à 60 m3h à 2,7 o/oo près en lestant lourdement le flotteur commandant l'obturateur. L'expulsion de la mousse de bulles d'air séparées était presque régulière et se faisait par grosses bouffées successives. La firme chez qui fut réalisée l'expérience fut démembrée en trois parties et les essais furent abandonnés. Un prototype du brevet 1.582.568, déposé à Paris le 19 juillet 1968, fut réalisé. Sa contenance était de vingt-quatre litres. Dès le début, la mousse de bulles d'air fut expulsée par intermittence, ce qui était nouveau. Le séparateur débitait 18 litres de gasoil, puis l'obturateur s'ouvrait et expulsait de la mousse tandis que le mesureur débitait en même temps quatre litres de gasoil lentement ; enfin l'obturateur se fermait et l'appareil débitait à nouveau 18 litres de liquide, puis quatre litres lentement en expulsant de la mousse. Le cycle était régulier à 18/22 litres. La separation d'air était à 25 o/oo près au débit de 10 m3h. Cette intermittence de l'expulsion indiquait que la chambre de séparation emmagasinait des bulles d'air séparées, puis les expulsait trop tardivement sous l'effet de la pression interne quand elle etait pleine. Pour accroître l'évacuation insuffisante des tôles primaires 6, les tôles supérieures 11 furent remplacees par des tôles primaires 6 supplémentaires. L'expulsion d'air intermittente 18/22 devint 14/18 et le taux de séparation fut amélioré à 15 o/oo près à 10 m3h. Dans le but de faire glisser plus abondamment les bulles d'air separées, l'écartement des tôles 6 qui était de 4 m/m fut réduit à 3 m/m sans gain, puis à 2 m/m avec une aggravation à 36 o/oo près à 10 m3h. Pour mener plus directement les bulles d'air separées vers les cheminées latérales 13, des nervures furent collées sous les tôles 6. Sans profit ni réduction de l'intermittence d'expulsion d'air. Pour réduire la trop grande vitesse de séparation, l'écartement des tôles 6 qui etait de 4 m/m fut doublé à 8 m/m, puis triplé à 12 m/m. A chaque fois, le taux de séparation fut un peu aggravé sans modifier l'intermittence d'expulsion. Pour accroître à nouveau l'évacuation, la pente latérale des tôles 6 fut augmentée successivement avec à chaque fois un petit gain. Au total, l'intermittence devint 10/14 et le taux de séparation fut abaissé à 4 o/oo pres à 10 m3h et 8 o/oo à 15 m3h. Puis les tôles 6 à deux pentes, alors inclinées transversalement à 45 , furent remplacées par des tôles galbees transversalement se terminant sur les bords par une inclinaison à 60 , et ayant conservé la même pente vers l'aval. L'intermittence fut réduite à 6/10 et le taux de dégazage devint 2,7 o/oo à 15 m3h. Ainsi c 'était par un ultime accroissement de la pente transversale que le bon taux de séparation recherché était obtenu. I1 est à remarquer que toutes les augmentations de la pente transversale ont eu pour effet conjoint de diminuer l'intermittence et d'améliorer le taux de dégazage, en évacuant moins tardivement la masse d'air emmagasinée, et que cet effet a été obtenu grâce à la diminution de la pression interne nécessaire au déclenchement de l'évacuation, laquelle est fonction de l'adhérence de la masse emmagasinée, donc de l'inclinaison transversale principalement. Remémorant à présent les observations visuelles de l'année 1939, brevet 857.583, l'examen approfondi de celles-ci indique que les bulles d'air séparées qui glissaient isolément et horizontalement, avec une régularité remarquablement constante vers les échancrures 16, en avant de la masse turbulente des bulles d'air séparées, étaient des bulles d'air égales arrachées à cette masse par le liquide dégazé s'écoulant sous elle trois ou quatre fois plus vite qulelle-même, qui étaient entrainées par le liquide dégazé situé devant la masse turbulente et que celui-ci emmenait avec lui contre le pan rabattu 12 où il se divisait en deux courants latéraux droit et gauche. Ainsi, il apparaît que le pan rabattu 12 générait les bulles séparées isolées, et les menait vers les échancrures 16. En conséquence, dans les compartiments à deux pentes du brevet 1.582.568, dépourvus de tout pan rabattu 12, la masse des bulles d'air séparées n'a pu que progresser longitudinalement, sans glisser latéralement car l'importante propension des bulles d'air séparées à s'agglutiner par tension superficielle est considérablement plus forte que la faible influence de la pente transversale, et son évacuation latérale par les cheminées 13, chemin le plus commode vers la sortie, s'est faite, de façon explosive, dès que la perte de charge causée par la présence de la masse des bulles d'air emmagasinées devint plus forte que l'adhérence de celle-ci sous la pente à 600. Les compartiments à deux pentes ont fonctionné à 15 m3h d'une façon très particulière, bien montrée par les différentes pressions 1 bar 15, 1 bar 25, 1 bar 35 pendant les six litres débités, puis expulsion brusque avec chute de pression à 0,95 bar, et fin d'expulsion avec remontée de pression à 1,15 bar, correspondant à un emmagasinement en deux fois précédant l'expulsion. Conclusions : 1) I1 n'y a plus eu de bulles isoles depuis l'abandon du pan rabattu 12, et les expulsions d'air ont toujours été intermittentes avec les éléments à deux pentes, même quand ce fut inapparent à 60 m3h avec un flotteur lesté tres lourdement et l'expulsion par grosses bouffees successives; 2) La vitesse d'évacuation latérale des deux pentes par glissement est probablement nulle jusqu'au moment de l'expulsion explosive, quand l'adhérence de la masse d'air emmagasinée est vaincue soudainement par la pression interne, et que cette masse est évacuée brusquement dans les cheminees 13, seule issue possible vers la chambre supérieure d'expulsion ; 3) C'est la tres grande disparité existant entre la grande vitesse de separation et la quasi-nulle vitesse d'évacuation qui a causé 1 'emmagasinement et l'expulsion intermittente ; 4) Compte tenu de la forte propension des bulles d'air séparées a s' agglutiner, la mousse que constituent les bulles d'air séparées est à considérer comme un corps hydro-gazeux, compressible et déformable mais sans aucune fluidite propre. L'appareil décrit et représente ci-dessous, à titre d'exemple, sous sa forme de réalisation la plus simple, est un dégazeur destiné à éliminer les bulles d'air que peut contenir un carburant liquide avant son mesurage, notamment lors d'un désamorçage. I1 utilise à cet effet des compartiments accolés quasi-verticaux. La position quasi-verticale des compartiments accolés présente quatre particularités avantageuses 1) Plus les éléments séparateurs sont voisins de la verticale, plus l'adhérence des bulles d'air séparées se trouve proche de leur seule adhérence de contact, et plus leur aptitude à s'élever verticalement sous leur seule force ascensionnelle est grande ; 2) Plus les éléments séparateurs sont voisins de la verticale, et plus le chemin vertical que les bulles ont à parcourir pour arriver à séparation contre l'élément séparateur voisin est grand pour un même écartement donné de 4 m/m, de sorte que leur vitesse de séparation se trouve réduite facilement de cinq à dix fois 3) La vitesse de séparation étant réduite cinq à dix fois, la longueur du chemin parcouru par les bulles d'air avant d'arriver à séparation se trouve multipliée par cinq ou dix, si bien que la longueur de la zone de dégazage se trouve tres fortement étalée vers l'aval, de cinq à dix fois ; 4) La position quasi-verticale des éléments séparateurs permet, dans l'emploi combiné de séparateur d'air et décanteur d'eau, de laisser couler vers une cuve inférieure les gouttelettes d'eau recueillies sur eux, en même temps que glissent sous leur autre face vers la chambre superieure d'expulsion les bulles d'air séparées. L'effet d'ensemble de ces particularités est de declencher presque immédiatement, sans emmagasinement, l'évacuation des bulles d'air séparées, puis leur expulsion continue, tandis que les gouttelettes d'eau recueillies s'écoulent naturellement vers le bas et sont expulsées au moyen d'un obturateur automatique ou non. La figure 1 est une coupe suivant AA ; la figure 2 est une vue en plan, chapeau 8 et flotteur 3 enlevés. L'appareil comprend Un corps cylindrique 11, légèrement incliné transversalement, portant des orifices d'entrée 6 et de sortie 7 ; Un chapeau 8 portant un orifice central d'expulsion 1 Un cylindre creux 10, fermé en bas, percé en haut de plusieurs lumières de communication avec l'orifice 1 ; Un obturateur tubulaire 2, coulissant sur le tube 10 et solidaire d'un flotteur 3 ; Des éléments séparateurs plans 5 quasi-verticaux, en tôle mince ; Une tôle 4 perforée sur presque toute la hauteur des éléments 5, dont la partie haute non perforée isole une chambre d'expulsion 9 ; Un vestibule d'entrée 12, sur toute la hauteur du corps 5 cylindrique ll ; Un vestibule de sortie 13, communiquant librement avec la chambre d'expulsion 9. Fonctionnement : Le mélange de gasoil et de bulles d'air entre par l'orifice 6, se répartit dans le vestibule 12 sur la tôle perforée 4 dont il traverse les perforations, puis s'écoule entre les éléments séparateurs 5 en y abandonnant par gravité les bulles d'air qu'il contient, se regroupe dans le vestibule 13 et sort par l'orifice 7. Des que le mélange s'engage horizontalement entre les éléments 5, les bulles d'air qu'il contient remontent vers le haut par différence de densité. Bien que les éléments 5 soient quasi-verticaux, les bulles d'air qui se trouvent pres d'eux viennent immédiatement se coller sous eux et forment une couche de bulles qui s'épaissirait très rapidement si elle n'était brassée par les très nombreux jets de mélange sortant des perforations de la grille 4. Soumises à leur force ascensionnelle et à la poussée de ces jets, les bulles ainsi brassées forment une colonne de bulles épaisse de plusieurs millimètres dans les quatre millimètres séparant les éléments 5, et large vers l'aval de plusieurs centimètres. Les jets de mélange sortant des perforations de la tôle 4 traversent nécessairement cette colonne large de bulles ascendantes, dans laquelle les bulles d'air qu'ils apportent sont piégées sous l'effet de la forte propension naturelle des bulles à s'agglutiner les unes avec les autres par tension superficielle, augmentant ainsi leur vitesse ascensionnelle. Cette colonne de bulles ascendantes s' accélère du bas vers le haut et s'élargit vers l'aval sous la poussée du mélange. Des qu'elles arrivent au contact des éléments séparateurs 5, les bulles séparées se mettent à glisser vers le haut en cédant un peu sous la poussee du mélange vers l'aval. Il en est de même pour celles qui se séparent après être passées en dehors de la colonne ascendante. Des qu'elles sont séparées dans le haut des éléments 5, les bulles sont évacuées immédiatement dans la chambre d'expulsion 9, où elles arrivent très tôt à la surface autour du flotteur 3. Le flotteur descend à mesure qu'elles s'accumulent et l'obturateur tubulaire 2 dont il est solidaire démasque les lumières de communication avec l'orifice d'expulsion 1. L'expulsion est continue, tout comme le sont la séparation et l'évacuation immédiates. En décanteur d'eau, l'appareil est muni d'une cuve inférieure avec obturateur de purge automatique ou non. Le fonctionnement est environ le même, à cette différence près que les gouttelettes d'eau recueillies s'écoulent naturellement vers le bas. L'appareil peut être utilisé pour à la fois séparer l'air et décanter l'eau apportés par le mélange. Dans ce cas, les fines gouttelettes d'eau trop peu pesantes pour se frayer un chemin vers le bas dans la mousse de bulles d'air séparées sont emportées par celle-ci et expulsées avec elle, tandis que les gouttes d'eau assez lourdes pour la traverser s'écoulent vers la cuve inférieure d'expulsion. Pour les installations mobiles, telles les camions-citernes, susceptibles d'être inclinées d'un côté ou de l'autre, accroissant ou annulant ainsi l'angle de quasi-verticalité, ce dernier cas ayant pour effet d'annuler la séparation par les éléments 5, les éléments 5 sont remplacés par des éléments 14 à pentes quasi-verticales alternees en zigzag, situés verticalement comme l'indique la figure 3 dans une enceinte 11 elle-même verticale. De la sorte, quelle que soit la position du camion-citerne, il est toujours une ou des pentes quasiverticales alternées pour recueillir les bulles d'air ascendantes grâce à une quasi-verticalité effective. Ainsi, la séparation et l'évacuation sont environ les mêmes qu'avec les tôles 5, mais l'évacuation se fait ici par une colonne centrale de bulles ascendantes, qui ricoche en sinuant sur les sommets alternes, comme le montre la figure agrandie 4. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de séparer par gravité d'un liquide en mouvement les corps étrangers plus ou moins denses que lui-même qu'il contient en suspension, puis de les évacuer promptement et abondamment vers la chambre d'expulsion supérieure et/ou la chambre d'expulsion inférieure, caractérisé en ce qu'il comporte à cet effet des compartiments accolés quasi-verticaux que le fluide à épurer traverse de part en part, lesquels sont constitués par des éléments quasi-verticaux communiquant directement avec la ou les chambres d'expulsion, et tels que la séparation verticale y est lente en même temps que l'évacuation verticale est prompte et abondante. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments quasi-verticaux sont remplacés par des éléments à profil vertical en zigzag situés verticalement dans une enceinte verticale, et constitués par des portions de plans quasi-verticaux dont les inclinaisons quasi-verticales sont successivement alternées d'un sens puis de l'autre, afin que la moitié des portions alternées demeurent effectivement quasi-verticales quand l'ensemble mobile se trouve incliné.