Brevet FR2857274A1 — publié le 20050114

L'invention concerne un purgeur pour des installations de conditionnement d'air, en particulier un purgeur pour des installations de conditionnement d'air d'avions comportant un canal de guidage de flux d'air en forme de spirale, un boîtier entourant celui-ci et des ouvertures d'entrée respectivement de sortie d'air reliées tangentiellement au boîtier. Lors du conditionnement de l'air dans une installation de climatisation, de l'eau libre est produite qui doit être évacuée si possible d'une manière quantitative du flux d'air. Pour ce faire, on utilise des séparateurs d'eau ou purgeurs de types de construction les plus divers. Dans un grand nombre d'installations de conditionnement d'air réalisées, des soi-disant purgeurs d'eau giratoires ou rotatifs sont utilisés. Ces purgeurs ont une forme de construction tubulaire oblongue. En aval de l'ouverture d'entrée, l'air chargé d'humidité est entraîné au moyen d'un générateur de tourbillons en un mouvement de torsion, et les gouttelettes sont transportées par l'accélération centrifuge à la paroi intérieure du purgeur. Plus loin en aval, ces gouttelettes d'eau sont séparées par une fente annulaire s'étendant dans la chambre de séparation. Certes, de tels séparateurs d'eau permettent l'obtention d'un degré élevé de séparation dans le cas de grandes gouttelettes d'eau. Le degré de séparation pour des petites gouttelettes en forme de projections ou d'embruns est cependant nettement plus bas. De plus, le séparateur d'eau giratoire présente des inconvénients en ce qui concerne l'installation et l'intégration dans l'appareil de refroidissement à cause de la longueur de construction requise qui est conditionnée par le fait qu'il faut mettre à disposition entre le générateur de tourbillons et la fente annulaire qui s'étend dans la chambre de séparation, au moins une longueur correspondant à la valeur du diamètre extérieur pour atteindre des degrés de séparation élevés. Du fait des vitesses d'écoulement élevées de 15 à 20 m/s dans le purgeur, des gouttelettes déjà appliquées à la paroi intérieure du boîtier du purgeur peuvent être arrachées et entraînées. Des gouttelettes en forme de projections et d'embruns, en raison du court trajet entre le générateur de tourbillons et l'entrée de la chambre de séparation (fente annulaire) et le temps d'action court qui en résulte de la force centrifuge, ne peuvent pas être séparées. Un autre inconvénient de ce purgeur connu réside dans la sensibilité du degré de séparation en ce qui concerne la position de montage réelle du séparateur pour les différentes phases de vol, comme par exemple le vol ascendant ou le vol descendant. Dans le document WO 02/09846 A2, le purgeur indiqué avant est perfectionné en ce que sa longueur de construction peut être raccourcie par une séparation à deux étages. Ici, deux chambres de séparation sont positionnées l'une derrière l'autre, de telle sorte que le risque de l'arrachage et de l'entraînement de gouttelettes déjà fixées à la paroi intérieure est diminué. C'est-à-dire, celles-ci sont déjà séparées directement après l'application à la paroi au premier étage. Cependant, dans cette solution, les ouvertures d'entrée respectivement de sortie, en raison de l'appareil, sont fortement espacées de telle sorte que les exigences concernant une configuration de plus en plus flexible des composants de l'appareil de refroidissement de l'avion ne peuvent pas être remplies. Une amélioration considérable du degré de séparation pour des gouttelettes en forme d'embruns ne peut pas non plus être obtenue avec ce purgeur. De plus, la réalisation n'entraîne pas d'amélioration importante du degré de séparation pouvant être obtenu en comparaison à la variante de réalisation déjà décrite avant. Lors de l'utilisation de ce purgeur d'eau connu, il faut accepter une perte de pression comparativement élevée. Le principe de séparation par giration appliqué dans les purgeurs d'eau connus présente l'inconvénient 2857274 3 que les degrés de séparation à atteindre, dans le cas de pressions plus élevées dans la chambre de séparation, peuvent subir une influence négative. Un séparateur à giration indiquant des moyens pour réduire la pression dans la chambre de séparation est décrit dans le document DE 370 33 58 C2. Dans cette réalisation, tout comme dans les séparateurs à giration classiques, la chambre de séparation est reliée au moyen d'un tronçon d'entrée au flux d'air principal. De plus, l'air s'écoulant à travers la chambre de séparation, exempt d'humidité, est ramené par un tronçon de sortie (éjecteur) au flux d'air principal en aval de la chambre de séparation. Cela entraîne une diminution de la pression dans la chambre de séparation et de la part d'air de fuite. Par la configuration en forme de labyrinthe du guidage d'écoulement à travers la chambre de séparation, l'écoulement est retardé et plusieurs fois dévié, ce qui favorise la précipitation de gouttelettes d'eau. Il s'agit ici d'un principe combiné d'un séparateur à giration et rebondissement ou à impact. L'inconvénient de cette solution est la géométrie complexe de la chambre de séparation. A la fois la très grande longueur de construction du séparateur et aussi le grand diamètre de la chambre de séparation rendent plus difficile l'intégration dans l'appareil de refroidissement de l'installation de climatisation de l'avion. D'autre part, la flexibilité de la configuration des composants dans l'appareil de refroidissement est limitée considérablement par cette restriction géométrique du purgeur d'eau. Egalement en ce qui concerne la perte de pression, ce séparateur n'entraîne pas d'amélioration importante en comparaison à des séparateurs à giration classiques. Par le document US 5 800 582 A, une réalisation plus compacte d'un séparateur d'eau pour des installations de climatisation d'avions est connue. La réalisation proposée contient un séparateur à giration dans lequel le flux d'air frais chargé d'humidité, affluant dans un tube d'entrée disposé d'une manière excentrée, est convoyé contre un dispositif de rebondissement demi-sphérique. Par les forces d'inertie de masse, les gouttelettes d'eau sont transportées en direction des arêtes de délimitation de bord de ce dispositif de rebondissement. Les gouttelettes y sont séparées à l'aide d'une rainure de collecte s'étendant tout autour du flux d'air frais chargé d'humidité. Le flux d'air exempt d'humidité est transporté par un passage d'air en direction de l'ouverture de sortie. Cependant, à cause de la forte déviation du flux d'air frais chargé d'humidité pour atteindre des degrés de séparation élevés, une grande perte de pression doit être acceptée. Un arrachage des gouttelettes d'eau avec le flux d'air principal ne peut pas être évité complètement malgré la forte déviation de l'écoulement. Enfin, une réalisation du type générique d'un séparateur d'eau est connue par le document US 4 678 588. Le principe mis en uvre est basé sur un séparateur centrifuge qui dispose d'un guidage d'écoulement d'air en forme de spirale. Les ouvertures d'entrée et de sortie sont positionnées aux extrémités opposées au guidage du flux d'air, ou l'afflux et l'écoulement ont lieu dans la direction tangentielle. A la périphérie du guidage de flux d'air en forme de spirale sont disposées, entre les parois supérieure et inférieure des faces de délimitation du guidage du flux d'air, des ouvertures de cisaillement par lesquelles le fluide de la densité plus élevée est séparé, où également de l'air de fuite est renfermé. Le système présente une vitesse d'écoulement constante dans le guidage de flux d'air en forme de spirale. Cependant, dans cette réalisation, avec l'eau séparée, une partie du flux de la masse d'air est perdue comme air de fuite pour le processus. Pour l'utilisation de plusieurs ouvertures de cisaillement, la phase séparée, par exemple des gouttelettes d'eau, ne peuvent pas être recueillies collectivement avec la réalisation présentée étant donné qu'une chambre de séparation commune n'a pas été prévue. Pour l'utilisation dans des installations de climatisation d'avions, la réalisation protégée ici ne peut donc pas être utilisée d'une manière efficace, étant donné que la quantité de fuite à laquelle il faut s'attendre se situe au-dessus des valeurs acceptables dans des installations de climatisation d'avions, et une collecte centrale des gouttelettes d'eau séparées n'est pas possible. De plus, le purgeur proposé, en raison de la section transversale constante des canaux d'écoulement d'air en forme de spirale, ne fournit pas de possibilité pour agir sur la vitesse d'écoulement. La présente invention a donc pour objet le perfectionnement d'un purgeur d'eau du type générique pour que, en atteignant un degré de séparation élevé également pour des gouttelettes d'eau fines, il soit d'une construction compacte et convienne notamment pour l'utilisation dans des installations de climatisation d'avions. Cet objet est atteint conformément à l'invention par un séparateur d'eau du type indiqué au début, dans lequel est disposée autour du boîtier une chambre de séparation pour la collecte de l'eau séparée à la paroi intérieure du boîtier, qui débouche dans un réservoir de séparation, où est prévue dans le boîtier vers la chambre de séparation au moins une ouverture. Ainsi, l'eau séparée à la paroi intérieure du boîtier peut s'écouler à travers l'ouverture respectivement les ouvertures prévues d'une manière correspondante dans la chambre de séparation entourant le boîtier et peut être drainée dans le réservoir de séparation qui fait suite à la chambre de séparation dans la direction de la gravité. Par cette forme de construction, il est assuré que les parts en eau qui ont été séparées à la paroi intérieure du boîtier et qui se sont écoulées dans la chambre de séparation ne peuvent plus être entraînées par l'air passant à travers le canal de guidage du flux d'air. D'une manière particulièrement avantageuse, ce purgeur d'eau est d'une construction très compacte de telle sorte qu'il convient idéalement pour être intégré dans des installations de climatisation d'avions. Selon une réalisation préférée de l'invention, les canaux de guidage du flux d'air ont une section transversale qui se modifie sur leur longueur. Dans ce cas, les canaux de guidage d'écoulement peuvent être réalisés d'une manière divergente, convergente ou successivement alternativement divergente-convergente ou convergente-divergente. Cela donne une grande flexibilité en ce qui concerne la configuration pour des conditions de fonctionnement définies. Avantageusement, les hélices formant les canaux de guidage du flux d'air en forme de spirale peuvent être interrompues et former ainsi plusieurs étages de renvoi. Dans ce cas, un coagulateur peut être disposé en amont d'un étage de renvoi qui contribue à la croissance de gouttelettes en forme d'embruns ou de projections et qui améliore considérablement leur degré de séparation. Avantageusement, l'extrémité d'au moins un étage de renvoi situé en amont peut chevaucher le début de l'étage de renvoi suivant disposé en aval. Ce faisant, une partie du flux d'air primaire, lors de l'entrée dans l'étage de renvoi situé en aval, est guidée de nouveau dans l'étage de renvoi situé en amont de telle sorte qu'il se forme un flux de recirculation entre deux étages successifs. De ce fait, le temps de séjour dans le séparateur centrifuge s'allonge pour une partie du flux primaire. Cela a un effet positif sur les degrés de séparation à atteindre et favorise une réalisation plus compacte du séparateur centrifuge. Les hélices formant les canaux de guidage du flux d'air peuvent être disposées autour d'un tube central. Ici, une ouverture d'entrée du tube débouche au-dessus du réservoir de séparation, et de plus, dans la paroi du tube, au moins une ouverture, plus avantageusement plusieurs ouverture est/sont ménagées. Par cette ouverture d'entrée, le flux secondaire sec qui est ramené au flux primaire à travers une ou plusieurs ouvertures à la périphérie intérieure de l'appareil de guidage du flux d'air, peut être évacué de nouveau du réservoir de séparation, en réduisant la pression dans le réservoir de séparation. Cela favorise le mouvement des gouttelettes de la chambre de séparation en direction du réservoir de séparation, et la part d'air de fuite du séparateur est réduite à un minimum. A l'ouverture d'entrée du tube se trouvent avantageusement des dispositifs qui empêchent un entraînement de gouttelettes déjà séparées, par exemple des séparateurs inertiels en forme de labyrinthe ou des séparateurs à rebondissement. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue d'ensemble en perspective 25 d'une variante de réalisation de la présente invention de l'extérieur; - la figure 2 représente le séparateur selon la figure 1 en une vue partiellement en coupe; - la figure 3 est une vue partielle selon la figure 30 2 pour exposer l'écoulement d'air; - la figure 4 est une vue similaire à la figure 2, cependant concernant une autre variante de réalisation; et - la figure 5 représente de nouveau une autre 35 réalisation dans un mode de représentation qui correspond à celui de la figure 2. 2857274 8 Un purgeur ou séparateur d'eau 10 selon la présente invention est représenté, dans son principe, sur la figure 1. Le séparateur d'eau 10 réalisé comme séparateur centrifuge comporte un couvercle 12 avec une paroi extérieure 14 et en face du couvercle 12 un fond avec un réservoir profond 16 dans lequel est disposé un perçage de drainage avec un tube de drainage 18 qui fait suite. Une ouverture d'entrée 20 et une ouverture de sortie 22 sont disposées dans la direction tangentielle au côté respectivement opposé du canal de guidage en forme de spirale 24 du flux d'air (voir figure 2). La position de l'ouverture d'entrée 20, comme représenté sur la figure 1, peut être disposée au tronçon de boîtier supérieur, ou alternativement au tronçon de boîtier inférieur, c'est-àdire le guidage du flux d'air peut avoir lieu dans une direction descendante tout comme dans une direction ascendante. Comme le montre la vue en coupe selon la figure 2, le séparateur d'eau 10 dispose d'un ou de plusieurs canaux de guidage de flux d'air 24 étagés, disposés en forme de spirale, qui disposent à leur bord extérieur d'une ou de plusieurs fentes 26 disposées les unes derrière les autres en aval pour la séparation de gouttelettes d'eau fixées à la surface intérieure du boîtier 28 délimitant latéralement les canaux de guidage du flux d'air, où les fentes 26 s'étendent dans leur longueur sur toute la hauteur d'un tronçon 24 du canal de guidage de flux d'air et s'étendent dans la chambre de séparation 30 disposée autour du boîtier 28. Cette chambre de séparation est réalisée dans la zone de la partie de boîtier cylindrique 28 comme paroi double, et dans la zone de fond fait suite le fond avec le réservoir ou bassin de séparation 32. Dans le bassin de séparation 32, l'eau séparée du flux d'air primaire s'accumule, où le bassin de séparation est partiellement séparé spatialement de la chambre de séparation 30 par un dispositif de séparation 34, qui est réalisé ici comme tôle à trous. A travers cette tôle à trous, les gouttelettes d'eau séparées, en raison de la gravité et de la chute de pression entre la chambre de séparation et la pression environnante sont transportées de la chambre de séparation dans le réservoir ou bassin de séparation. Le niveau d'eau qui se forme dans le réservoir est chargé par la pression dans la chambre de séparation 30. Les canaux de guidage 24 du flux d'air sont formés par des tôles s'étendant en spirale, qui sont disposées autour d'un tube 36. La référence numérique 38 sur la figure 2 désigne l'écoulement primaire dans les canaux de guidage 24 du flux d'air. La référence numérique 40 désigne la direction de déplacement des particules d'eau séparées. Etant donné que par les fentes 26 disposées à la périphérie des canaux de guidage 24 du flux d'air, non seulement les gouttelettes d'eau, mais encore une partie de l'air de fuite est séparée, qui peut entraîner une montée de la pression dans la chambre de séparation 30 et au-dessus du réservoir 32, le séparateur ou purgeur d'eau 10 selon l'invention présente des mesures pour réduire à un minimum cette montée de pression et pour réduire la part d'air de fuite. Cela sera expliqué à propos de la figure 3. Ici, le tube central 36 avec son ouverture d'afflux 42 est disposé au-dessus du réservoir 32 de façon que le flux d'air secondaire 44, après une déviation correspondante, puisse affluer dans le tube central 36. Dans le tube 36, des ouvertures 46, 48 sont prévues à travers lesquelles le flux d'air secondaire peut entrer de nouveau dans les canaux de guidage 24 du flux d'air pour rejoindre le flux d'air primaire. Par cette reprise, le niveau d'eau au-dessus du réservoir 32 peut être avantageusement diminué, ce qui a un effet positif sur le mouvement des gouttelettes de la chambre de séparation 30 en direction du réservoir de séparation 32. Pour empêcher d'une manière sûre un entraînement des gouttelettes d'eau du réservoir de séparation 32 dans le tube 36, il est prévu à l'entrée du flux secondaire 44 dans le tube 36 un dispositif de séparation 50 sous la forme d'un dispositif de séparation à plaque de rebondissement (représenté ici) ou un dispositif de séparation inertiel en forme de labyrinthe (non représenté ici). Différents guidages de flux d'air peuvent être utilisés alternativement. Dans ce cas, les canaux de guidage du flux d'air, pour réduire la vitesse d'écoulement, peuvent être réalisés d'une manière divergente sur la longueur des canaux (non représentés ici), ce qui favorise la précipitation de gouttelettes d'eau à des vitesses d'écoulement plus élevées à l'ouverture d'entrée 20. De même, l'utilisation de guidages de flux d'air convergents entre l'ouverture d'entrée et l'ouverture de sortie est envisageable ainsi que des combinaisons de canaux de guidage de flux d'air divergents-convergents respectivement convergents- divergents. Ce faisant, le séparateur d'eau qui agit ici sous la forme d'un séparateur centrifuge peut être optimisé pour des vitesses d'écoulement différentes en raison d'états de fonctionnement fortement oscillants. Comme cela est représenté dans la variante de réalisation particulière selon la figure 4, les canaux de guidage du flux d'air peuvent être configurés d'une manière modulaire, c'est-à-dire par segments respectivement par étages (d'une manière discontinue). A cette fin, l'hélice en forme de spirale qui forme les canaux de guidage 24 du flux d'air, n'est pas réalisée en spirale continue mais est interrompue à plusieurs emplacements de sorte que des étages individuels de renvoi se forment. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 4, un premier étage de renvoi 52 et un second étage de renvoi 54, qui est disposé en aval du premier étage de renvoi, sont représentés. Entre les premier et second étages de renvoi est disposé un soi-disant coagulateur 56 qui favorise la croissance en grandeur de gouttelettes en forme d'embruns respectivement de projections et qui fournit de bons degrés de séparation pour de petites grandeurs de particules. Dans ce cas, le coagulateur peut être réalisé sous forme de tricot en mailles (tissu de filtration) ou en une structure de grille à laquelle se fixe un grand nombre de petites gouttelettes qui s'y réunissent en des gouttelettes plus grandes qui sont entraînées ensuite de nouveau par le flux primaire et qui sont séparées dans un second étage de renvoi 51 situé plus en aval. Dans la réalisation alternative selon la figure 5, les canaux de guidage 24 du flux d'air sont réalisés de façon que les tôles de renvoi hélicoïdales soient séparées en plusieurs étages, où l'extrémité d'une partie d'hélice se chevauche partiellement dans la direction radiale avec le début de la partie d'hélice suivante en ce qui concerne la section transversale traversée par le flux d'air primaire. De ce fait, du canal de guidage du flux d'air situé plus loin en aval, un flux partiel de l'écoulement d'air primaire chargé d'humidité s'écoule de nouveau dans la canal de guidage du flux d'air situé plus loin en amont (écoulement de recirculation 58). Cette mesure entraîne la stabilisation du degré de séparation étant donné que des particules d'eau qui se sont fixées au côté supérieur de l'étage de guidage du flux d'air, peuvent être introduites de nouveau dans un étage de renvoi situé plus loin en amont. REVENDICATIONS 1. Séparateur d'eau (10) pour des installations de conditionnement d'air, de préférence des installations de conditionnement d'air d'avions, comprenant un canal de guidage de flux d'air (24) en forme de spirale, un boîtier (28) entourant celui-ci et des ouvertures d'entrée et de sortie d'air (20, 22) appliquées tangentiellement au boîtier, caractérisé en ce qu'il est disposé autour du boîtier une chambre de séparation (30) pour la collecte de l'eau séparée à la paroi intérieure du boîtier, qui débouche dans un réservoir de séparation (32), et en ce qu'il est prévu dans le boîtier vers la chambre de séparation au moins une ouverture. 2. Séparateur d'eau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux de guidage de flux d'air (24) ont une section transversale qui se modifie sur leur longueur. 3. Séparateur d'eau selon la revendication 2, 20 caractérisé en ce que les canaux de guidage de flux d'air (24) sont réalisés d'une manière divergente, convergente, successivement divergente-convergente ou convergente- divergente. 4. Séparateur d'eau selon l'une des revendications 25 1 à 3, caractérisé en ce que les hélices formant les canaux de guidage de flux d'air en forme de spirale sont interrompues et forment ainsi plusieurs étages de renvoi (52, 54). 5. Séparateur d'eau selon la revendication 4, 30 caractérisé en ce qu'il est disposé en amont d'un étage de renvoi un coagulateur (56). 6. Séparateur d'eau selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l'extrémité d'au moins un étage de renvoi situé en amont se chevauche avec le début de l'étage de renvoi disposé successivement en aval de celui-ci. 2857274 13 7. Séparateur d'eau selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les hélices formant les canaux de guidage de flux d'air (24) sont disposées autour d'un tube central (36). 8. Séparateur d'eau selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une ouverture d'entrée (42) du tube (36) débouche au-dessus du réservoir de séparation (32), et en ce qu'il est ménagé dans la paroi du tube au moins une ouverture. 9. Séparateur d'eau selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est disposé devant l'ouverture d'entrée du tube (36) un séparateur (50), notamment sous la forme d'un séparateur à rebondissement ou d'un séparateur inertiel.