Brevet FR2769517A1 — publié le 19990416

La présente invention concerne le domaine des séparateurs et plus spécifiquement des moyens destinés à séparer des gouttelettes ou des particules d'un courant gazeux, dont la taille est inférieure ou de l'ordre d'un micromètre. De nombreuses méthodes et dispositifs ont déjà été divulgués à cet effet. Le brevet US 5 626 651 décrit un procédé et un système de ce type selon lequel le courant gazeux turbulent s'écoule au-dessus d'une série de plaques définissant des zones non turbulentes dans lesquelles les particules sont capturées. Plus précisément les plaques sont parallèles entre elles et verticales. Un moyen de filtration constitué de fibres peut en outre être prévu entre lesdites plaques afin d'améliorer la filtration notamment des particules les plus fines. La demande de brevet internationale WO 95/28217 décrit un dispositif qui repose sur le même fondement mais selon lequel les plaques sont munies de fentes ou bien sont remplacées par des grilles. Des carcasses grillagées enserrant un matelas fibreux sont en outre utilisées dans cet art antérieur. Par ailleurs la demande de brevet WO 97/00102 concerne un séparateur placé à l'échappement de moteurs diesel afin de recueillir les particules contenues dans les gaz d'échappement. Une structure en nid d'abeille percée de canaux perpendiculaires à l'ouverture des cellules en nid d'abeille est préférentiellement prévue. La porosité d'une telle structure est de l'ordre de 70 %. Cependant ce dispositif ne peut être utilisé pour des brouillards car les gouttelettes capturées dans les cellules ne peuvent être éliminées par drainage. On connaît aussi la demande de brevet internationale PCT/FR97/00164 concernant un séparateur ayant un ou plusieurs canaux d'écoulement verticaux latéralement délimités par des éléments plissés fibreux. Un agglomérateur est en outre nécessairement placé en amont du séparateur afin d'avoir des particules de plus grosses taille susceptibles d'être séparées au niveau du séparateur. Ceci est donc relativement coûteux et implique des pertes de pression non négligeables. Ces moyens connus ne permettent cependant pas de capturer et d'éliminer efficacement des particules et/ou gouttelettes de taille inférieure à environ un micromètre: dans le brevet US 5 626 651, les particules captées s'accumulent sur les parois puis tombent par gravité au fond du dispositif. Des moyens destinés à secouer les parois sont souvent nécessaires pour faire tomber les particules accumulées sur les parois. Ce dispositif pose problème lorsqu'il s'agit de séparer des particules très fines, de taille inférieure au micromètre. Dans ce cas en effet, la hauteur du canal d'écoulement doit être très petite donc la hauteur des plaques très grande de sorte que l'équipement est très encombrant pour une section d'écoulement très faible. Le même problème existe dans le dispositif selon le document WO 95/28217. Dans la demande de brevet WO 97/00102, les particules capturées sont oxydées. La présente invention prévoit de résoudre le problème de l'élimination des particules et/ou des gouttelettes d'une façon originale et inattendue, telle qu expliquée ci-après. De façon avantageuse, la présente invention évite toute perte de charge due à un encrassement d'une zone du dispositif ; La chute de pression reste constante tout au long de la vie du séparateur selon l'invention. Par ailleurs, la présente invention permet d'obtenir un très fort taux de séparation grâce à un équipement de petite taille, ayant une faible perte de pression et un fonctionnement continu. Ainsi la présente invention vise un séparateur de type spongieux destiné à traiter des effluents gazeux contenant des particules liquides ou solides de taille sensiblement inférieure à un micromètre, voire de l'ordre du micromètre. Selon l'invention, le séparateur est formé d'une mousse réticulée percée de canaux destinés à l'écoulement en état turbulent des effluents gazeux. De façon spécifique, la porosité de ladite mousse est comprise entre 90 % et 98 %, de préférence autour de 97 %. En outre, la taille des cellules formant ladite mousse est comprise entre environ 0,5 mm et environ 5 mm. De façon particulière, le diamètre des filaments formant ladite mousse est compris entre 10 um et 200 Am. Préférentiellement ce diamètre peut être compris entre 30 um et 50 um. Conformément à l'invention, le diamètre des canaux transperçant ladite mousse est compris entre 3 et 100 mm. Selon un aspect de l'invention, ladite mousse est constituée d'un polyuréthanne réticulé. Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, ladite mousse réticulée est constituée d'un carbone vitreux. ; ladite mousse peut aussi être constituée d'aluminium. Selon une utilisation préférée de l'invention, le séparateur peut être utilisé pour éliminer les gouttelettes de liquide tel que les gouttelettes d'huile contenues initialement dans des brouillards ; ladite mousse assure alors un drainage régulier des gouttelettes capturées. Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif peut être utilisé pour séparer des particules solides en suspension dans un gaz. Alors, le dispositif comprend en outre un moyen pour secouer ladite mousse afin de faire tomber les particules retenues à l'intérieur de cette mousse. D'autres avantages, caractéristiques et améliorations selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre illustratif et nullement limitatif en référence aux figures annexées selon lesquelles - La figure 1 est une perspective d'une partie d'un séparateur selon l'invention; et - La figure 2 est une coupe longitudinale schématique d'un mode de réalisation de l'invention. La figure 1 montre un bloc réalisé en un matériau spongieux 1 selon l'invention. Le matériau peut avantageusement être une mousse réticulée de polyuréthanne, ou encore une mousse réticulée de carbone vitreux ou encore une mousse réticulée d'aluminium. Les matériaux visés par l'invention sont constitués de petites cellules (pores) formés de filaments fins entremêlés. La porosité est couramment comprise entre 90 et 98 %. La taille des cellules varie entre environ 0,5 mm et environ 5 mm et le diamètre des filaments est compris entre 10 um et 200 um. Un diamètre de filaments compris entre 30 et 50 ,um peut parfois être préféré. Par ailleurs, des canaux 2, préférentiellement parallèles entre eux, sont percés ou forés dans le matériau spongieux 1. Ces canaux permettent l'écoulement du fluide selon les flèches A de la figure 1. Les canaux 2 présentent un diamètre compris entre 3 et 100 mm. La distance entre deux canaux peut être comprise entre environ 2 mm jusqu'à environ 20 mm. La section transversale occupée par les canaux d'écoulement 2 représente entre 30 et 70 % de la section transversale totale de ladite mousse. La section des canaux est préférentiellement circulaire, comme illustré sur la figure 1. Cependant les sections des canaux peuvent présenter une autre forme sans sortir du cadre de l'invention. La disposition générale des canaux peut être telle qu'un réseau quadrillé de canaux parallèles est formé. Cependant un réseau de canaux ordonnés différemment peut être envisagé sans sortir du cadre de l'invention. A titre illustratif, un essai a été effectué sur la base d'un bloc en mousse réticulée de polyuréthanne, percé de 63 canaux de circulation ayant chacun un diamètre d'environ 6 mm et une longueur de 18 cm ; la distance centre à centre des canaux est de 12 mm ; le taux de captation de particules d'environ 1,5 um de diamètre est alors de 95 %. Le débit des effluents est d'environ 30 m3/h et la perte de pression dans le dispositif est de l'ordre de 0,75 kPa. Cette perte de pression peut être plus faible encore en augmentant la longueur des canaux et leur diamètre d'un même facteur, tout en maintenant le même taux de captation. Dans le domaine de la séparation des gouttelettes formant un brouillard, la présente invention présente l'avantage de drainer les gouttelettes qui forment ainsi un liquide qui s'écoule par gravité à travers le matériau spongieux réticulé. Un exemple d'application est illustré par la figure 2 qui concerne un séparateur de brouillard visqueux en coupe longitudinale. Un mélange de gaz et de brouillard huileux arrive selon la flèche B de la figure 2 dans une enceinte 10 qui contient le matériau spongieux. La mélange traverse l'ensemble des canaux 2 percés à travers le matériau spongieux et ressort de l'enceinte 10 selon la flèche C à l'autre extrémité des canaux 2. Le drainage obtenu selon l'invention permet à l'huile d'être collectée au fond de l'enceinte 10. Cette huile peut elle-même être évacuée et stockée dans un réservoir ou tout autre moyen spécifique tel que 3. Ainsi l'huile capturée par les filaments formant le matériau spongieux s'écoule au fond du dispositif sensiblement au même débit qu'elle est absorbée. En d'autres termes, ie matériel spongieux est saturé de liquide sur une hauteur limitée, correspondant au taux d'absorption des filaments du matériel spongieux, limitée par le débit d'évacuation prévu. De façon avantageuse, une mousse constituée d'un carbone vitreux réticulé est utilisée pour des brouillards à haute température et/ou chimiquement agressifs. Vis-à-vis des séparateurs constitués de matelas fibreux ou autres, la présente invention permet de se passer de carcasse ou autre élément de maintien du matelas, puisque le matériau spongieux selon l'invention est suffisamment rigide à l'origine pour être perforé par tout moyen connu en soi. De plus une grande précision dans le forage peut être obtenue. Le dispositif selon l'invention est adapté à la séparation de fumées d'effluents gazeux. Les dépôts se font alors sur les filaments de la mousse réticulée, où ils forment une couche solide ou bitumineuse. Les particules étant présentes dans de faibles concentrations, le nettoyage et/ou le remplacement de la mousse est très peu fréquent. En outre, sans sortir du cadre de l'invention, la mousse réticulée selon l'invention peut être lavée lorsqu'elle est sale, puis elle est remise en place une fois propre. Le dispositif selon l'invention est en outre adapté à la séparation de poussières industrielles. Dans ce cas, les canaux d'écoulement, seront préférentiellement orientés verticalement de sorte que la poussière déposée sur les filaments peut en être dégagée en faisant vibrer le dispositif. Ainsi la poussière tombe par gravité dans les canaux dans lesquels l'écoulement est arrêté pendant le nettoyage. REVENDICATIONS 1) Séparateur de type spongieux destiné à traiter des effluents gazeux contenant des particules liquides ou solides de taille sensiblement inférieure à un micromètre ou de l'ordre d'un micromètre, caractérisé en ce qu'il est formé d'une mousse réticulée percée de canaux destinés à l'écoulement en état turbulent des effluents gazeux. 2) Séparateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la porosité de ladite mousse est comprise entre 90 % et 98 %, de préférence autour de 97 %. 3) Séparateur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la taille des cellules formant ladite mousse est comprise entre environ 0,5 mm et environ 5 mm. 4) Séparateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre des filaments formant ladite mousse est compris entre 10 um et 200 ci. 5) Séparateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre des canaux transperçant ladite mousse est compris entre 3 et 100 mm. 6) Séparateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite mousse est constituée d'un polyuréthanne. 7) Séparateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite mousse est constituée d'un carbone vitreux. 8) Séparateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite mousse réticulée est constituée d'aluminium. 9) Séparateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen pour secouer ladite mousse afin de faire tomber les particules retenues à l'intérieur de ladite mousse. 10) Utilisation d'un séparateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour éliminer les gouttelettes de liquide tel que des gouttelettes d'huile contenues initialement dans des brouillards et en ce que ladite mousse assure un drainage régulier des gouttelettes capturées. 11) Utilisation d'un séparateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, pour séparer des particules solides en suspension dans un gaz.