Brevet FR2935099A1 — publié le 20100226

Domaine de l'invention L'invention concerne un élément filtrant destiné à filtrer un flux de fluide gazeux, comprenant : - un filtre principal avec une surface d'entrée et une surface de sortie et un milieu filtrant enroulé ayant un grand nombre de canaux terminaux fermés, répartis en un premier groupe de canaux terminaux fermés, s'ouvrant vers la surface frontale d'entrée et un deuxième groupe de canaux terminés s'ouvrant vers la surface frontale de sortie, et - un séparateur amont ayant une surface d'entrée et une surface de sortie, fixé de façon permanente et étanche à la périphérie de ses parties externes par rapport au filtre principal, de telle manière qu'un flux gazeux entrant par la surface d'entrée du filtre principal passe d'abord par le séparateur amont de l'élément filtrant. Etat de la technique Les éléments filtrants sont utilisés dans de multiples applications pour éliminer des particules d'impureté, notamment des particules de poussière, d'un flux de fluide tel qu'un flux de gaz ou d'air. Des applications typiques sont par exemple le filtrage d'air de systèmes d'aspiration dz comburant des moteurs de véhicules automobiles, véhicules utilitaires, engins de chantier et machines agricoles. Les filtres à air montés dans de tels systèmes protègent les composants du moteur en éliminant les particules de poussière du flux d'air. Si le flux d'air est filtré de manière non satisfaisante ou insuffisante, les poussières et par- ticules contenues dans l'air extérieur pénètrent dans le moteur et par-fois dans l'huile lubrifiant le moteur. Des particules de poussière peuvent s'accumuler dans des zones critiques présentant des tolérances étroites, comme par exemple dans les fentes entre les chemises de cylindres et les segments de pistons où ces particules de poussière peu- vent provoquer de l'usure et une défaillance prématurée des composants. Des éléments filtrants à flux axial en tant que filtres principaux ont été développés pour une conception de filtre très compacte avec une grande surface de filtrage pour un composant de petit volume. Les filtres à flux axial sont utilisés dans les applications de filtrage de- 2 mandant un débit relativement élevé allié à de petites dimensions d'encombrement et à une conception efficace. Dans les applications dans lesquelles le flux à gaz à filtrer a une charge de particules d'impureté relativement élevée ou de grosses particules d'impureté, la durée de fonctionnement utile de l'élément filtrant risque d'être raccourcie. Les particules d'impureté s'accumulent progressivement dans le milieu filtrant ou près de ce dernier. Lorsque le flux d'air est très chargé en particules d'impureté, ce qui augmente la perte de charge entre le côté de l'air brut et celui de l'air filtré augmente. Le brevet US-A-6 221 122 décrit un élément filtrant développé comme élément filtrant secondaire et pour un montage séparé en aval d'un élément filtrant principal. L'élément filtrant secondaire fait d'office d'élément filtrant de sécurité, évitant que quelques particules n'arrivent dans le système d'admission d'un moteur lorsqu'on enlève l'élément filtrant principal, par exemple en cas d'échange du filtre principal. Étant donné que l'élément filtrant secondaire est monté en aval du filtre principal, le filtre à air secondaire n'est pas efficace pour diminuer le bourrage du filtre principal par des particules d'impureté. Le brevet US-A-7 115 156 décrit un système de filtre permettant de filtrer l'air d'admission d'un moteur à combustion in-terne. Il décrit un boîtier avec un ensemble de filtres pour filtrer de l'air en série et comprenant au moins un filtre amont, un filtre principal et un filtre secondaire. Le document US 2007/0271886 décrit un élément fil- trant composé en particulier d'un élément plat enveloppé d'un corps compact ayant au moins une bague d'étanchéité adjacente à la surface d'entrée le long de son périmètre extérieur. Le document US 2002/0150805 décrit un ensemble de filtres à plusieurs niveaux destiné à éliminer des particules d'impureté d'un flux d'air entrant. Dans les applications de filtrage dans lesquelles le volume de particules d'impureté dans le flux de gaz filtré est relativement élevé ou dans les applications dans lesquelles le flux de gaz filtré contient de grosses particules d'impureté, la durée de fonctionnement utile de l'élément filtrant risque d'être raccourcie. L'encombrement dans 3 l'élément filtrant augmente vite, ce qui a pour conséquence que l'élément filtrant se colmate et que la perte de charge augmente entre le côté de l'air brut et celui de l'air filtré. En raison de cette perte de charge accrue, il est nécessaire de remplacer très rapidement le filtre. Généra- lement, les filtres à flux axial sont plus chers que les filtres à cadres pliés. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un filtre pour une veine de gaz ou d'air permettant de prolonger la durée de vie lo des éléments filtrants. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention concerne un élément filtrant du type défini ci-dessus caractérisé en ce que le séparateur amont comprend un milieu muni de pores de filtrage plus grands que ceux du 15 filtre principal de manière à filtrer les grandes particules du flux gazeux avant que ces particules n'atteignent le filtre principal, les pièces de l'élément filtrant étant intégrées de façon permanente, pour former l'élément filtrant monobloc. La présente invention concerne un élément filtrant desti- 20 né à filtrer une veine de fluide tel qu'une veine de gaz ou d'air. L'élément filtrant comprend un filtre principal à flux axial et un séparateur amont. Les pièces de l'élément filtrant sont intégrées de façon permanente pour former l'élément filtrant monobloc. Le filtre principal a une surface d'entrée et une surface de sortie, ainsi qu'un milieu filtrant pour filtrer les 25 particules d'impureté de la veine de fluide. Le milieu filtrant comprend un grand nombre de canaux terminaux fermés avec un premier groupe de canaux terminaux fermés, débouchant dans la surface frontale d'entrée et un deuxième groupe de canaux débouchant dans la surface de sortie. Le séparateur amont est fixé de manière permanente et étanche 30 à la périphérie de ses parties externes par rapport au filtre principal, pour qu'un flux gazeux entrant par la surface d'entrée passe d'abord par le séparateur amont de l'élément filtrant. Le séparateur amont comprend un milieu à pores de filtrage plus grands que ceux du milieu filtrant du filtre principal ; ainsi, le séparateur amont filtre les grandes 35 particules du flux de fluide avant qu'elles n'atteignent le filtre principal. 4 Le séparateur amont évite que le filtre principal ne se remplisse totale-ment d'eau, ce qui bloquerait la veine de fluide chargée de gouttes d'eau ou de neige dans le flux de fluide. Selon un mode de réalisation de l'invention, le milieu fil- trant du séparateur amont contient un plastique hydrophobe pour séparer l'eau du flux gazeux avant qu'il n'atteigne le filtre principal. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la sur-face d'entrée du séparateur amont est oblique, la partie supérieure de sa surface d'entrée étant inclinée et prolongée au-delà de la partie inférieure de sa surface d'entrée, et de manière à séparer l'eau du séparateur amont par la force de gravité, en combinaison avec l'énergie cinétique de la veine de fluide. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le matériau hydrophobe est sélectionné dans le groupe suivant : polyester, 15 polyamide ou polypropylène. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le matériau hydrophobe contient un non-tissé. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le filtre principal comprend également un collet d'étanchéité adjacent de la sur- 20 face d'entrée du filtre principal et entourant cette surface. Les dimensions du séparateur amont lui permettent d'être logé dans le collet d'étanchéité et couvrir totalement la surface d'entrée du filtre principal. En outre, le séparateur amont est collé et est rendu entièrement étanche au niveau de sa périphérie par rapport à la surface d'entrée du filtre 25 principal et au collet d'étanchéité. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'adhésif est un adhésif à chaud. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'élément filtrant comporte un séparateur aval fixé de façon permanente à la 30 surface de sortie du filtre principal. Le séparateur aval contient un plastique hydrophobe. Dessins La présente invention sera décrite à l'aide de modes de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un exemple un élément filtrant selon l'état de la technique, - la figure 2 est une vue schématique d'un élément filtrant selon l'état de la technique de la figure 1, 5 - la figure 3 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'un élément filtrant selon l'invention, et - la figure 4 illustre une vue en perspective d'un autre mode de réalisation d'un élément filtrant selon l'invention. Description des modes de réalisation La figure 1 est une vue en perspective d'un exemple d'élément filtrant 10 pour air, à flux axial selon l'état de la technique. L'élément filtrant 10 est composé d'un milieu filtrant enroulé. La couche ondulée ou pliée et la couche souple reliées l'une à l'autre sont claire-ment identifiables dans l'élément filtrant 10 connu. Un noyau enrobé (non illustré) occupe le milieu de l'élément filtrant 10, interdisant à tout flux non filtré de passer directement de la surface frontale d'entrée 12 vers la surface frontale de sortie 14. L'élément filtrant 10 est un exemple d'un élément filtrant à flux axial dans lequel un gaz ou un fluide à filtrer est essentiellement dirigé suivant l'axe du filtre sur la surface frontale d'entrée 12 et la surface frontale de sortie 14. Le courant du fluide passant entre la surface frontale d'entrée 12 et la surface frontale de sortie 14 est exclusivement généré par la veine de fluide filtré passant dans les couches ondulées du filtre 16. Les couches ondulées du filtre forment un grand nombre de canaux terminaux ayant une extré- mité fermée ; le premier groupe de canaux terminaux fermés débouche à la surface frontale d'entrée 12 et un deuxième groupe de canaux dé-bouche à la surface frontale de sortie 14. Pour passer du premier groupe au deuxième groupe de canaux, la veine de fluide est contrainte de traverser le milieu filtrant des couches ondulées du filtre 16 qui as- surent la fonction de filtrage requise, par exemple en éliminant les particules d'impureté d'un flux tel qu'un flux d'air. Dans l'élément filtrant 10 représenté, un collet d'étanchéité en élastomère ou en matière élastique 18 est prévu sur l'élément filtrant 10, au voisinage de la surface frontale d'entrée 12. Un collet d'étanchéité auxiliaire 20 est prévu à un autre endroit de l'élément filtrant 10, à une certaine distance axiale du 6 collet d'étanchéité 18. Le collet d'étanchéité 18 est conçu pour mettre un joint élastique entre l'élément filtrant 10 et un boîtier de filtre (non illustré). Le collet d'étanchéité de secours 20 et le collet d'étanchéité 18 renforcent l'élément filtrant 10 en lui donnant une stabilité structurelle supplémentaire évitant la déformation des couches ondulées du filtre 16 pendant le fonctionnement. Comme déjà été expliqué, pendant le fonctionnement, les particules filtrées s'accumulent dans le milieu filtrant. Cette accumulation diminue l'efficacité de l'élément filtrant 10. Un autre problème est que, par mauvais temps, le flux d'air d'admission entrant dans le milieu filtrant peut aussi être chargé de gouttes d'eau ou parfois de flocons de neige. La présence de gouttes d'eau ou flocons de neige dans le flux d'air d'admission du filtre peut provoquer une accumulation d'eau dans l'élément filtrant ce qui est particulièrement gênant car les gouttes d'eau ont tendance à mouiller et à saturer le milieu filtrant, pouvant entraîner un fort colmatage des pores de filtrage du milieu filtrant, une perte de charge accrue et une réduction du flux d'air traversant l'élément filtrant. La figure 2 est une vue schématique de l'élément fil- trant 10 de la figure 1. Les flèches 22 symbolisant le flux, indiquent le sens de passage du fluide à travers l'élément filtrant 10. Dans le cas d'un filtre à air, l'air traverse la surface frontale d'entrée 12 de l'élément filtrant 10, puis le flux d'air traverse les parois du milieu filtrant ondulé 24 (comme le montrent les flèches 44) et sort de l'élément filtrant 10 par la surface de sortie 14. Le milieu filtrant 24 comprend un premier groupe de canaux terminaux fermés 26 et un deuxième groupe de canaux terminaux fermés 28 (comme évoqué à la figure 1) ; chaque groupe débouche respectivement des surfaces frontales opposées du milieu filtrant 10. Les canaux 26, 28 filtrent le fluide ou le flux d'air en retenant et collectant les particules d'impureté dans au moins un groupe de canaux, notamment dans le premier groupe 26. Cette accumulation de particules dans le filtre entraîne une perte progressive d'efficacité (perte de charge accrue en raison du colmatage des pores de filtrage dans le milieu filtrant), ce qui peut rendre nécessaire de rempla- cer le filtre. Un colmatage encore plus grave du filtre et une perte d'effi- 7 cacité encore plus prononcée peuvent aussi survenir quand des gouttes d'eau ou de la neige s'accumulent dans le milieu filtrant, comme décrit à la figure 1. L'encombrement d'un filtre à air par de l'eau peut rendre le filtre inutilisable, tout au moins provisoirement. Les problèmes liés à un encrassement de filtres par des particules et les autres problèmes encore bien plus graves liés à une accumulation de gouttes d'eau ou de neige dans l'élément filtrant ne se limitent pas seulement aux filtres à flux axial comme représenté à la figure 1 ; ces problèmes concernent aussi de nombreuses autres sortes d'éléments filtrants, y compris les éléments filtrants, pliés connus. La présente invention peut être appliquée de manière avantageuse pour prolonger la durée de vie de ces éléments filtrants. La figure 3 illustre une vue schématique d'un mode de réalisation d'un élément filtrant 134 selon l'invention. L'élément fil- trant 134 comprend un filtre principal 110 (qui peut avoir des caractéristiques similaires à celles de l'élément filtrant 10 selon la figure 2) et un séparateur amont 130. Les flèches 122 et 144 symbolisant le flux, indiquent le sens de passage à travers l'élément filtrant principal 134. Le séparateur amont 130 est fixé de manière permanente à la surface d'entrée 112 du filtre principal 110 ou près de celle-ci ; il est intégré de façon permanente de sorte que l'élément filtrant 134 se manipule et se remplace avec les parties 110 et 130 sous la forme d'un élément filtrant monobloc. Le séparateur amont 130 est fixé de façon permanente et entièrement étanche à la périphérie de ses parties externes 136 à la sur- face d'entrée 112 du filtre principal 110 ou près de celle-ci, et ce de telle manière qu'un fluide ou de l'air entrant par le premier groupe de canaux terminaux 126 soit contraint par le joint à être filtré d'abord par le séparateur amont 130. Une méthode préférée pour fixer le séparateur amont 130 au filtre principal 110 consiste à utiliser de l'adhésif comme par exemple de l'adhésif à chaud ; toutefois, d'autres méthodes sont envisageables. D'autres méthodes alternatives et judicieuses pour fixer le séparateur amont 130 au filtre principal 110 sont le soudage par friction ou par ultrasons. De préférence, le milieu 138 du séparateur amont 130 contient du non-tissé. La structure ouverte des pores du non-tissé 138 permet d' améliorer la séparation amont ; elle est également avan- 8 tageuse pour absorber les gouttes d'eau et la neige avant qu'elles ne pénètrent dans le filtre principal 110 et ne risquent de le colmater. Dans d'autres modes de réalisation, la surface d'entrée du séparateur amont 132 est inclinée (angle 0) afin d'améliorer l'écoulement des gouttes d'eau du filtre du séparateur amont 130. L'angle d'inclinaison est choisi pour favoriser l'écoulement de l'eau par la gravité et l'énergie cinétique du flux d'air projeté sur la surface d'entrée 132 du séparateur amont. De préférence, la surface d'entrée 132 est inclinée de telle façon que la partie supérieure 140 de la surface d'entrée 132 soit plus avancée (par rapport à la direction des flèches 122 symbolisant le flux) que la partie inférieure 142 de cette surface d'entrée 132, ce qui contribue, sous l'effet de la gravité combinée à l'énergie cinétique du flux d'air entrant par la surface d'entrée 132, à une meilleure séparation des gouttes d'eau par le séparateur amont 130. Selon un mode de réalisation avantageux, le milieu filtrant du séparateur amont 138 comporte un plastique, notamment un polymère comme du polyester, du polyamide (nylon) ou du polypropylène. De telles matières plastiques sont plus appropriées à repousser l'eau qu'à l'absorber et elles sont utilisées de manière préférentielle. L'utilisation de l'élément filtrant 134 avec le séparateur amont 130 fixé de façon permanente à la surface frontale d'entrée 112 du filtre principal 110 ou près de celle-ci, selon la présente invention, allonge la durée de vie de l'élément filtrant 134 et évite que l'élément filtrant ne soit mouillé et saturé par des gouttes d'eau ou de la neige du flux d'air à fil- trer. La figure 4 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation de la présente invention. Un élément filtrant monobloc 200 représenté par une vue éclatée, comporte un filtre principal 202, un séparateur amont 204 et, en option, un séparateur aval 206. Dans l'exemple de réalisation présenté, le séparateur amont 204 est logé à l'intérieur du collet d'étanchéité 208. Le séparateur amont 204 couvre ou obture totalement la surface d'entrée 210 du filtre principal 202 de l'élément filtrant 200. De préférence, le séparateur amont comprend un non-tissé (comme déjà évoqué à la figure 3). Le séparateur amont est fixé de façon permanente à ses bords extérieurs, en particulier aux sec- 9 tions des bords 212 du séparateur amont 204, ou aux bords périphériques de la surface de sortie 214 du séparateur amont 204 tournée vers la surface d'entrée 210 du filtre principal et/ou vers l'intérieur du collet d'étanchéité 208, de manière qu'une veine de fluide ou d'air entrant dans la surface d'entrée 210 du filtre principal 202 soit tout d'abord filtrée par le séparateur amont 204. Comme illustré sur la figure 4, d'autres modes de réalisation de la présente invention peuvent aussi comporter un séparateur aval 206 fixé de façon permanente à la surface frontale de sortie du filtre principal 202. Le séparateur aval 206 est fixé de façon permanente au niveau de ses bords extérieurs 218 à la surface frontale de sortie 216 du filtre principal ou près de celle-ci et, pour cela, on utilise les méthodes de fixation évoquées plus haut en rapport avec l'élément filtrant du séparateur amont 132 de la figure 3 et l'élément filtrant du séparateur 15 amont 204 de la figure 4. Le séparateur aval 206 assure une protection supplémentaire du filtre principal 202 contre les gouttes d'eau ou les particules d'impureté dans le boîtier du filtre (non illustré) ou dans la conduite d'air d'aspiration (non illustrée) ainsi qu'une protection supplémentaire de l'élément filtrant 200 avant et pendant le montage dans 20 le boîtier du filtre (non illustrée). De préférence, le séparateur aval comporte un non-tissé synthétique hydrophobe. Le non-tissé synthétique hydrophobe est de préférence, un polymère comme du polyester, du polyamide (nylon) ou du polypropylène. 25 10 NOMENCLATURE 10 élément filtrant connu 11 surface frontale d'entrée 14 surface frontale de sortie 16 couche ondulée du filtre 18 collet d'étanchéité 20 collet d'étanchéité auxiliaire 22 flèche indiquant la direction de la veine de fluide dans l'élément filtrant 24 milieu filtrant ondulé 26 premier groupe de canaux terminaux fermés 28 deuxième groupe de canaux terminaux fermés 110 filtre principal 112 surface d'entrée 114 surface de sortie 122 flèche indiquant le passage de la veine de gaz 126 premier groupe de canaux terminaux 128 second groupe de canaux terminaux 130 séparateur amont 132 surface d'entrée du séparateur amont 134 élément filtrant 136 partie externe 138 milieu filtrant du séparateur amont 142 partie inférieure de la surface d'entrée 132 144 flèche indiquant le passage de la veine de gaz 200 élément filtrant monobloc 202 filtre principal 204 séparateur amont 206 séparateur aval 208 collet d'étanchéité 210 surface d'entrée du filtre principal 202 212 bord du séparateur amont 204 REVENDICATIONS1°) Élément filtrant destiné à filtrer un flux de fluide gazeux, comprenant : - un filtre principal (110) avec une surface d'entrée (112) et une sur- face de sortie et un milieu filtrant (134) enroulé ayant un grand nombre de canaux terminaux fermés, répartis en un premier groupe de canaux terminaux (126) fermés, s'ouvrant vers la surface frontale d'entrée et un deuxième groupe de canaux terminaux (128) s'ouvrant vers la surface frontale de sortie, et Io - un séparateur amont (130) ayant une surface d'entrée (132) et une surface de sortie (136) et fixé de façon permanente et étanche sur la périphérie de ses parties externes par rapport au filtre principal, de telle manière qu'un flux gazeux entrant par la surface d'entrée (112) du filtre principal (110) passe d'abord par le séparateur amont (130) 15 de l'élément filtrant ; caractérisé en ce que le séparateur amont (130) comprend un milieu (138) muni de pores de filtrage plus grands que ceux du filtre principal (110) de manière à filtrer les grandes particules du flux gazeux avant que ces particules n'at- 20 teignent le filtre principal (110), les pièces de l'élément filtrant étant intégrées de façon permanente, pour former un élément filtrant mono-bloc. 2°) Elément filtrant selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que le milieu filtrant (138) du séparateur amont (130) comporte un plastique hydrophobe pour séparer l'eau du flux gazeux avant qu'il n'atteigne le filtre principal. 30 3°) Élément filtrant monobloc à flux axial destiné à filtrer un flux de fluide gazeux, l'élément filtrant comprenant : - un filtre principal (110) avec un milieu filtrant, une surface d'entrée (112) et une surface de sortie, le milieu filtrant enroulé ayant un grand nombre de canaux terminaux fermés, répartis en un premier 35 groupe de canaux terminaux (136) fermés s'ouvrant vers la surface 13 frontale d'entrée (112) et un deuxième groupe de canaux (128) s'ouvrant vers la surface frontale de sortie, - un séparateur amont (130) ayant une surface d'entrée (132) et une surface de sortie et étant collé de façon permanente et étanche au moyen d'un adhésif sur la périphérie de ses parties externes par rapport à la surface d'entrée (112) du filtre principal (110), de telle manière que le flux gazeux entrant par la surface d'entrée (112) du filtre principal (110) passe d'abord par le séparateur amont (130), le séparateur amont (130) comportant un non-tissé synthétique hy- drophobe pour séparer l'eau du flux gazeux avant qu'elle n'atteigne le filtre principal (110), le non-tissé ayant une structure ouverte avec des pores plus grands que ceux du milieu filtrant du filtre principal, de sorte que le séparateur amont (130) filtre les grandes particules d'impureté avant qu'elles n'atteignent le filtre principal (110), caractérisé en ce que les pièces de l'élément filtrant (134) sont intégrées de façon permanente, formant un élément filtrant monobloc. 4°) Élément filtrant selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la surface d'entrée (132) du séparateur amont (130) est oblique, de sorte que la partie supérieure de la surface d'entrée (132) du séparateur amont (130), inclinée, se prolonge au-delà de sa partie inférieure pour évacuer l'eau du séparateur amont (130) par la gravité en combinaison avec l'énergie cinétique du flux de fluide. 5°) Élément filtrant selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le matériau synthétique hydrophobe est sélectionné dans le groupe sui-30 vant : polyester, polyamide ou polypropylène. 6°) Elément filtrant selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau synthétique hydrophobe comporte un non-tissé. 35 14 7°) Élément filtrant selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que le filtre principal (202) comprend également un collet d'étanchéité (208) adjacent à la surface d'entrée (210) du filtre principal (202) et l'entourant, le séparateur amont (204) étant conçu pour se loger dans le collet d'étanchéité (208) et couvrir totalement la surface d'entrée (210) du filtre principal (202), le séparateur amont (204) étant collé et rendu entièrement étanche au niveau de sa périphérie par rapport à la surface d'entrée (210) du filtre principal (202) et au collet d'étanchéité (208). 8°) Élément filtrant selon la revendication 3 ou 7, caractérisé en ce que l'adhésif est un adhésif à chaud. 9°) Elément filtrant selon la revendication 3 ou 7, comportant également un séparateur aval (206) fixé de façon permanente à la surface de sortie du filtre principal (202) et comportant un plastique hydrophobe.20