Brevet FR2813204A1 — publié le 20020301

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de séparation et de filtration de particules en suspension dans un flux liquide ou gazeux. Elle se rapporte d'une manière générale au domaine industriel et commercial de la fabrication et de la diffusion de matériels destinés à la filtration ou à la récupération de particules en suspension dans un gaz ou dans un liquide et parmi lesquels on peut citer, sans que cela soit limitatif - les filtres à air dans les installations pneumatiques. - les systèmes de filtration de l'air ambiant (ateliers, salles blanches, locaux tertiaires, hôpitaux, établissements ouverts au public, alimentation en air comburant des moteurs thermiques), - les systèmes de filtration des gaz (installations chimiques, gaz d'échappement des moteurs thermiques et des foyers, gaz d'alimentation des turbines, émissions des cheminées industrielles), - les systèmes de récupération et tri suivant leur taille aérodynamique des particules en suspension pour valorisation (cimenteries, sucreries, semouleries, moulins à grains), - les filtres à eau pour installations hydrauliques (domestiques, piscines, pompes immergées, adduction d'eau potable), - les filtres à liquide (installations chimiques, huile de graissage des moteurs thermiques et des turbines, industrie alimentaire, jus de fruits, vins, laitages), - les systèmes de récupération des particules en suspension dans un liquide (chimie préparatrice, biologie et microbiologie, industrie alimentaire). Les dispositifs utilisés à ce jour sont dans la plupart des cas soit des systèmes cycloniques limités à la filtration de particules supérieures à 50 ou 100 microns, soit des systèmes équipés d'éléments filtrants qui se colmatent progressivement en provoquant une diminution du rendement du système et qu'il faut remplacer ou nettoyer périodiquement, ce qui entraîne un surcoût des frais d'exploitation. Le dispositif décrit dans le brevet N FR 2 753 392, déposé par le même inventeur, permet de remédier à ces inconvénients. Toutefois sa principale application n'est pas la filtration mais la séparation et l'élimination par pyrolyse des particules et l'adsorption des gaz polluants. II est destiné à la dépollution des effluents gazeux avant leur rejet à l'atmosphère et est basé sur la séparation par centrifugation des particules à extraire du flux gazeux à traiter, grâce à leur forte différence de masse comparativement aux molécules d'air, et sur la destruction de ces particules par pyrolyse, la séparation étant réalisée dans un conduit hélicoïdal pourvu de pièges arrêtant les particules lourdes et communicant chacun avec une chambre de pyrolyse dans laquelle elles sont périodiquement aspirées et où sont détruits les éléments combustibles et stockés les éléments incombustibles pour évacuation lors des opérations de maintenance. Dans le système selon l'invention, contrairement à la majorité des dispositifs existants, la filtration et la séparation est réalisée sans utilisation de média ou de barrière filtrante. La séparation et la filtration des particules se fait par utilisation des différences de masses entre les particules et les molécules du fluide vecteur et non pas par la différence de tailles entre les particules et les molécules de ce fluide. Mais, à la différence des dispositifs cycloniques connus utilisant cette différence de masse et qui ne font que mettre en mouvement hélicoïdal libre les particules à une vitesse de rotation limitée, parce qu'au-delà d'une certaine vitesse, les particules projetées sur la paroi du cyclone sont reprises par le flux et entraînées sans être éliminées, l'invention permet la filtration en continu, de particules largement submicroniques (0.01 micromètres ou mieux). Le nouveau dispositif est complémentaire de celui faisant l'objet du brevet du même inventeur mentionné ci-dessus et utilise partiellement le principe présenté dans ce document, mais les améliorations apportées par les innovations contenues dans la présente invention permettent l'élargissement du champ d'action couvert et l'amélioration des performances. Le procédé consiste à introduire le fluide à filtrer dans un conduit hélicoïdal multispires et à lui faire subir une trajectoire forcée permettant d'atteindre de très grandes vitesses de rotation pouvant atteindre 500.000 tours/minute, au moins une partie des spires de ce conduit comportant à leur périphérie un orifice relié à une trémie isolée des autres trémies et destinée à recevoir les particules entraînées par la force centrifuge à sortir du conduit par ledit orifice. Sur les dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif d'une des formes de réalisation de l'objet de l'invention la figure 1 est un schéma illustrant le principe de base du système de filtration, la figure 2 est une coupe transversale à plus grande échelle d'une spire du conduit hélicoïdal montrant le trajet d'une particule jusqu'à son élimination du flux à filtrer et sa capture dans une trémie de récupération et la figure 3 est un agrandissement du détail A de la figure 2. Le dispositif, figures 1 à 3, est constitué de cellules de filtration formées d'un conduit hélicoïdal 1 comportant plusieurs spires 2 percées chacune, ou une sur deux, ou une sur plus de deux, mais en tous cas au moins une par cellule, d'un orifice 3 d'un diamètre proche du diamètre interne du conduit placé sur la paroi correspondant au plus grand diamètre des spires 2. Ces orifices communiquent chacun, grâce à un conduit de transfert 4 avec une trémie 5 indépendante, et donc isolée des autres trémies, destinée à permettre aux particules entraînées vers la paroi externe des spires 2 par la force centrifuge de sortir du conduit 1 pour être envoyées dans des trémies de récupération. Lorsqu'il n'est pas sous pression, le flux à filtrer est soit introduit dans le système par un appareil de compression 6 placé en amont du conduit hélicoïdal 1 et dirigés vers celui-ci, soit extrait par un appareil d'aspiration 7 placé en aval du conduit et obligeant le fluide, par la dépression exercée, à circuler dans le conduit. Une installation de filtration complète comprend plusieurs cellules élémentaires montées en parallèle, leur nombre et leurs dimensions étant calculés en fonction des débits et des pressions désirés. Les différentes innovation et amélioration apportées à ce dispositif par rapport au dispositif décrit dans le brevet N FR 2 753 392 portent sur les points suivants a) Isolation de chaque orifice 3 et trémie 5 les uns par rapport aux autres alors que dans le dispositif initial tous les tubes de transfert aboutissaient dans une même chambre où s'effectuait une pyrolyse. Cette caractéristique est très importante car sans cette isolation de chaque orifice et des trémies dans lesquelles ils aboutissent, la plus grande partie du fluide ne circulerait pas dans le conduit mais prendrait un chemin préférentiel présentant le moins de pertes de charge et, donc devant l'obstacle en matière de résistance au débit que représentent les courbes du conduit hélicoïdal 1 de petit diamètre, sortirait du conduit parle premier orifice 3 vers les trémies 5 si elles étaient en communication (comme cela est le cas dans le principe du brevet initial) et ne retournerait dans le conduit que par le dernier orifice, le passage par les trémies en communication comportant moins de pertes de charge que le passage parle conduit hélicoïdal 1. Le résultat serait que, d'une part, la majeure partie du fluide ne passerait pas par le conduit et donc ne subirait pas les effets de la force centrifuge et ne serait pas filtré et, d'autre part, le fluide passant à travers la trémie et réintégrant le conduit par le dernier orifice, entraînerait avec lui les particules éjectées du conduit dans la trémie par la faible partie du fluide qui y serait quand même passé et les réintégrerait dans le flux à filtrer. L'efficacité du dispositif serait alors nulle en matière de filtration ce qui explique l'importance de cette innovation et motive cette demande de brevet complémentaire. b) Suppression des d'éléments d'arrêt placés sur la face interne du conduit et destinés à piéger les particules à extraire du fluide. Compte tenu du fait que par l'isolation de chaque orifice l'un par rapport à l'autre le débit dans le conduit sera le débit total du dispositif, la vitesse linéaire, donc la vitesse angulaire du fluide et celle des particules entraînées par lui sera très grande ce qui provoquera une très grande force centrifuge. Cette force est alors suffisante pour éjecter les particules du conduit vers les trémies sans l'aide de ces plaques d'arrêt. Cette amélioration et innovation par rapport au brevet initial est très intéressante car ces plaques d'arrêt étaient génératrices de pertes de charge et obligeait donc l'utilisation de systèmes d'aspiration et de refoulement de puissance plus élevées que celles nécessaires avec le dispositif décrit ci-dessus. Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par des dispositifs similaires. REVENDICATIONS 1". Procédé de séparation et de filtration de particules en suspension dans un flux liquide ou gazeux, s'appliquant aux matériels destinés à permettre l'élimination ou la récupération de particules en suspension dans un gaz ou dans un liquide, caractérisé en ce que le fluide à filtrer est introduit dans des conduits hélicoïdaux (1) multispires installés en parallèle de façon à lui faire subir une trajectoire forcée permettant d'atteindre de très grandes vitesses de rotation, au moins une partie des spires (2) de chaque conduit comportant à sa périphérie un orifice (3) relié à une trémie (5) isolée des autres trémies et destinée à recevoir les particules entraînées par la force centrifuge à sortir du conduit par ledit orifice. 2 . Procédé selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que la vitesse de rotation des particules dans les conduits hélicoïdaux (1) est voisine de 500.000 tours/minute. 3 . Dispositif de séparation et de filtration de particules en suspension dans un flux liquide ou gazeux, destiné à l'application du procédé selon les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un conduit hélicoïdal (1) comportant plusieurs spires (2) et percé d'orifices (3) d'un diamètre proche du diamètre interne dudit conduit placés sur la paroi correspondant au plus grand diamètre des spires (2), les dits orifices communiquant chacun avec une trémie (5) indépendante isolée des autres trémies destinée à permettre aux particules entraînées vers la paroi externe des spires (2) par la force centrifuge de sortir du conduit (1) pour être envoyées dans des trémies de récupération. 4 . Dispositif selon la revendication 3, se caractérisant par le fait que chaque spire (2) du conduit hélicoïdal (1) comporte un orifice (3) communiquant avec une trémie (5) indépendante isolée des autres trémies. 5 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, se caractérisant par le fait que les orifices (3) ne comportent, sur la face interne du conduit hélicoïdal (1), aucun élément d'arrêt destiné à piéger les particules à extraire du fluide. 6 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, se caractérisant par le fait qu'il comporte un appareil de compression (6) placé en amont du conduit hélicoïdal (1) et destiné à introduire le fluide à filtrer dans le système. 7 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, se caractérisant par le fait qu'il comporte un appareil d'aspiration (7) placé en aval du conduit hélicoïdal (1) et destiné à extraire le fluide à filtrer du système. 8 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, se caractérisant par le fait que plusieurs conduits hélicoïdaux (1) sont associés et montés en parallèle pou constituer une installation de filtration.