Brevet FR2795345A1 — publié le 20001229

L'invention se rapporte à un séparateur à cyclone. De nombreuses installations industrielles sont génératrices de poussières qui ne peuvent être rejetées dans l'atmosphère. Ces poussières doivent donc être collectées. Généralement, la législation impose que l'air rejeté ne contienne pas plus d'une certaine quantité de poussières par mètre cube d'air. Selon cette quantité, la taille des poussières et le débit d'air à traiter ont fait appel à différentes techniques. Le dépoussiérage de l'air peut être réalisé, par exemple, à l'aide de filtres en matériau poreux. L'air et les particules inférieures à la taille des pores sont seuls, en théorie, à pouvoir traverser le filtre. En choisissant la taille des pores, on détermine ainsi la taille des particules retenues. Ce type de filtres présente un inconvénient majeur à savoir le colmatage. Par ailleurs, si les dimensions des poussières présentent de gros écarts, il faut prévoir une succession de filtres avec une dimension de pores décroissante. Cela génère un surcoût notamment au niveau de l'exploitation car il est nécessaire de changer souvent les filtres. Par ailleurs, ces filtres provoquent une perte de charge très importante. Pour limiter la perte de charge, on connaît les séparateurs à cyclone qui utilisent la force centrifuge pour séparer la poussière de l'air. Un séparateur à cyclone se présente sous la forme d'une enveloppe de révolution d'axe vertical comprenant : - en partie supérieure et sur une hauteur prédéterminée, une enveloppe cylindrique de rayon constant, - en partie basse, une enveloppe tronconique dont la section décroît en se rapprochant du bas et présentant à son extrémité basse un orifice d'évacuation des poussières captées, - au niveau de l'enveloppe cylindrique précitée, de rayon constant, une entrée d'admission de l'air chargé dans le cyclone. cette entrée étant défini pour que l'air chargé pénètre tangentiellement et - une sortie de l'air épuré, la prise d'air épuré se situant au plus prés de l'axe de révolution du séparateur à cyclone. Le débit d'air traversant ces séparateurs à cyclone peut être élevé et il n'y pas de problème de colmatage, donc peu d'intervention de maintenance. On déplore cependant une capacité de séparation relativement faible ou tout au moins insuffisante pour certaines applications. En effet, les dispositions parviennent difficilement à descendre sous une concentration de 150 mglm3. Pour obtenir un taux d'épuration convenable, on associe généralement les deux techniques précitées. Ainsi, on réalise un premier voire un deuxième dépoussiérage à l'aide d'un cyclone puis, on fait appel à un ou plusieurs filtres en matériau poreux, tels des filtres à manche pour obtenir le résultat souhaité. Le problème du colmatage reste bien entendu entier. L'invention a pour but notamment d'accroître les performances des cyclones. A cet effet, l'invention a pour objet un séparateur à cyclone se présentant sous la forme d'une enveloppe de révolution d'axe vertical comprenant: - en partie supérieure et sur une hauteur prédéterminée, une enveloppe cylindrique de rayon constant, - en partie basse, une enveloppe tronconique dont la section décroît en se rapprochant du bas et présentant, à son extrémité basse, un orifice d'évacuation des poussières captées, - en partie supérieure et au niveau de l'enveloppe cylindrique précitée de rayon constant, une entrée d'admission de l'air chargé dans le cyclone, cette entrée comprenant des moyens pour que l'air chargé prenne une trajectoire hélicoïdale, et - une sortie de l'air épuré, la prise d'air épuré se situant au plus prés de l'axe de révolution du séparateur à cyclone, ce dispositif étant caractérisé en ce que l'enveloppe du séparateur à cyclone loge : - d'une part, une pièce dite de guidage, centrée sur l'axe de symétrie du cyclone et qui, depuis sensiblement le haut du cyclone et sur environ la moitié de sa hauteur, comprend un premier tronçon de rayon constant se prolongeant par un second tronçon de rayon décroissant, se prolongeant lui-même par un troisième tronçon de rayon constant, ce troisième tronçon se terminant par une forme en pointe, et - d'autre part, une chemise cylindrique d'un diamètre supérieur à celui de la pièce de guidage, laquelle chemise est centrée sur l'axe de symétrie du séparateur à cyclone avec son bord supérieur se situant sensiblement au niveau du plan de jonction entre le deuxième tronçon et le troisième tronçon de la pièce de guidage formant ainsi un passage annulaire qui augmente progressivement la vitesse de circulation de l'air dans cette chemise et dest dans le bas de cette chemise que se situe la prise d'air épuré. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-aprés faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement une vue du séparateur à cyclone. En se reportant au dessin, on voit un séparateur 1 à cyclone. Classiquement, un séparateur à cyclone se présente sous la forme d'une enveloppe 2 de révolution d'axe 3 vertical comprenant: - en partie supérieure et sur une hauteur prédéterminée, une enveloppe 4 cylindrique de rayon constant, - en partie basse, une enveloppe 5 tronconique dont la section décroît en se rapprochant du bas et présentant à son extrémité basse un orifice 6 d'évacuation des poussières captées, - en partie supérieur et au niveau de l'enveloppe cylindrique précitée de rayon constant, une entrée 7 d'admission de l'air chargé dans le cyclone, cette entrée comprenant des moyens pour que l'air chargé prenne une trajectoire hélicoïdale, et - une sortie de l'air épuré, la prise 8 d'air épuré se situant au plus prés de l'axe de révolution du cyclone. Selon une caractéristique de l'invention, l'enveloppe du cyclone loge: - d'une part, une pièce 9 dite de guidage, centrée sur l'axe 3 de symétrie du séparateur à cyclone et qui, depuis sensiblement le haut du cyclone et sur environ la moitié de sa hauteur, comprend un premier tronçon 9A d e rayon constant se prolongeant par un second tronçon 9B de rayon décroissant, se prolongeant lui-même par un troisième tronçon 9C de rayon constant, ce troisième tronçon se terminant par une forme 9D en pointe, et - d'autre part, une chemise 10 cylindrique d'un diamètre supérieur à celui de la pièce de guidage, laquelle chemise est centrée sur l'axe de symétrie du cyclone avec son bord 11 supérieur se situant sensiblement au niveau du plan P de jonction entre le deuxième tronçon 9B et le troisième tronçon 9C de la pièce de guidage formant ainsi un passage 12 annulaire qui augmente progressivement la vitesse de circulation de l'air dans cette chemise et c'est dans le bas de cette chemise que se situe la prise 8 d'air épuré. Le diamètre de la chemise et le positionnement de son bord supérieur déterminent la qualité du cyclonage. Plus le diamètre de la chemise diminue moins bon sera le cyclonage et si le niveau du bord supérieur de cette chemise est plus bas que le plan P précité, cela influe négativement sur la séparation. Le passage situé entre le bord supérieur de la chemise et la pièce de guidage doit créer un couloir pour une accélaration progressive de l'air, le déplacement de l'air étant créé par la dépression de l'air extrait du séparateur à cyclone au travers de la prise d'air épuré. A l'inverse d'une dépression, l'air chargé peut être introduit sous une forte pression et c'est le différentiel de pression avec l'atmosphère qui induit le déplacement de l'air chargé dans le cyclone. Avantageusement, le troisième tronçon 9C de la pièce de guidage porte des ailettes 13 qui engendrent une nouvelle rotation de l'air pour une deuxième séparation. Les ailettes sont réparties autour de la pièce de guidage. Dans une forme de réalisation, ces ailettes sont toutes situées dans un même plan radial. Elles sont alors généralement courbes. Dans une autre forme de réalisation, elles sont disposées en hélice et pourraient être des ailettes droites ou faiblement courbes. Ces ailettes sont relativement longues de sorte que leur bord libre est proche de la face interne de la chemise. La distance entre l'extrémité de la pointe de la pièce de guidage et la prise d'air doit être suffisante pour permettre une bonne séparation des poussières. Une distance trop faible ne permet pas la séparation. Avec une distance trop grande, les poussières qui sont sous l'effet de la force centrifuge en théorie très prôches de la paroi interne de la chemise seraient aspirées par la prise d'air. La forme de la pointe de la pièce de guidage a une forme en ogive. Un dispositif 15, générant des vibrations sur cette pièce de guidage et notamment à proximité de la zone pourvue des ailettes, élimine l'éventuel dépôt de poussières sur les ailettes. Il s'agit d'un accessoire qui, dans certains cas, n'est pas nécessaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, la section de l'enveloppe cylindrique du cyclone situé au dessus de l'enveloppe tronconique comprend, dans la zone d'introduction de l'air chargé, une première enveloppe définie par un rayon, au dessous de laquelle enveloppe se raccorde par une zone de transition une seconde enveloppe cylindrique de rayon constant supérieur au rayon de l'enveloppe située au dessus. La transition entre les deux enveloppes cylindriques précitées se situe sensiblement au niveau du plan contenant le bord supérieur de la chemise. Cela a pour effet de créer un phénomène de détente. La pénétration de la prise d'air à l'intérieur de la chemise dépend du mode d'extraction des poussières. La prise d'air doit se faire assez loin à l'intérieur de la chemise pour éviter que les poussières circulant entre la chemise et l'enveloppe externe du séparateur remontent vers la prise d'air. La pièce de guidage a pour effet de redresser le vortex. On parvient à obtenir des valeurs de concentration de poussières rejetées de 40 à 50 mgim3. En prenant pour référence le diamètre D de l'enveloppe cylindrique mesurée au niveau de l'entrée: - le diamètre de la chemise sera au moins de 0,7 fois le diamètre D, - le diamètre de l'enveloppe au niveau de la chemise sera au moins de 1,25 fois le diamètre D et, - le diamètre de la prise d'air sera au moins de 0,4 fois le diamètre D. Le diamètre du premier tronçon de la pièce de guidage est sensiblement égal à la moitié du diamètre D de l'enveloppe cylindrique mesuré au niveau de l'entrée d'air chargé. REVENDICATIONS 1. Séparateur à cyclone se présentant sous la forme d'une enveloppe (2) de révolution d'axe (3) vertical comprenant : - en partie supérieure et sur une hauteur prédéterminée, une enveloppe (4) cylindrique de rayon constant, - en partie basse, une enveloppe (5) tronconique dont la section décroît en se rapprochant du bas et présentant à son extrémité basse un orifice (6) d'évacuation des poussières captées, - en partie supérieur et au niveau de l'enveloppe cylindrique précitée de rayon constant, une entrée (7) d'admission de l'air chargé dans le cyclone, cette entrée comprenant des moyens pour que l'air chargé prenne une trajectoire hélicoïdal, et - une sortie de l'air épuré, la prise (8) d'air épuré se situant au plus prés de l'axe de révolution du cyclone, ce séparateur à cyclone étant CARACTERISE en ce que l'enveloppe du cyclone loge: - d'une part, une pièce (9) dite de guidage, centrée sur l'axe (3) de symétrie du séparateur à cyclone et qui, depuis sensiblement le haut du cyclone et sur environ la moitié de sa hauteur, comprend un premier tronçon (9A) de rayon constant se prolongeant par un second tronçon (913) de rayon décroissant, se prolongeant lui-même par un troisième tronçon (9C) de rayon constant, ce troisième tronçon se terminant par une forme (9D) en pointe, et - d'autre part, une chemise (10) cylindrique d'un diamètre supérieur à celui de la pièce de guidage, laquelle chemise est centrée sur l'axe de symétrie du cyclone avec son bord (11) supérieur se situant sensiblement au niveau du plan (P) de jonction entre le deuxième tronçon (9B) et le troisième tronçon (9C) de la pièce de guidage formant ainsi un passage (12) annulaire qui augmente progressivement la vitesse de circulation de l'air dans cette chemise et c'est dans le bas de cette chemise que se situe la prise (8) d'air épuré. 2. Séparateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le troisième tronçon (9C) de la pièce de guidage porte des ailettes (13) qui engendrent une nouvelle rotation de l'air pour une deuxième séparation. 3. Séparateur selon la revendication 2 caractérisé en ce que les ailettes (13) sont toutes situées dans un même plan radial. 4. Séparateur selon la revendication 2 caractérisé en ce que les ailettes (13) sont disposées en hélice. 5. Séparateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que 1 a forme de la pointe de la pièce de guidage a une forme en ogive. 6. Séparateur selon l'une quelconque des revendication 2 à 4 caractérisé en ce qu'un dispositif (15), générant des vibrations sur cette pièce de guidage et notamment à proximité de la zone pourvue des ailettes, élimine l'éventuel dépôt de poussières sur les ailettes. 7. Séparateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la section de l'enveloppe cylindrique du cyclone situé au dessus de l'enveloppe tronconique comprend, dans la zone d'introduction de l'air chargé, une première enveloppe définie par un rayon, au dessous de laquelle enveloppe se raccorde par une zone de transition une seconde enveloppe cylindrique de rayon constant supérieur au rayon de l'enveloppe située au dessus. 8. Séparateur selon la revendication 7 caractérisé en ce que la transition entre les deux enveloppes cylindriques, l'une de plus grand diamètre que l'autre, se situe sensiblement au niveau du plan contenant le bord supérieur de la chemise. 9. Séparateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le diamètre du premier tronçon de la pièce de guidage est sensiblement égal à la moitié du diamètre (D) de l'enveloppe cylindrique mesuré au niveau de l'entrée d'air chargé.