Brevet FR2940901A1 — publié le 20100716

B.09561 SEPARATEUR DE POUSSIERES L'invention concerne un séparateur de poussières d'un dispositif de séparation par inertie ou par cyclone des poussières et déchets présents dans un flux d'air. Elle est particulièrement adaptée à une utilisation pour un aspirateur à poussières. Elle concerne aussi un dispositif de séparation cyclonique et un aspirateur à poussières en tant que tels comprenant un tel séparateur de poussières. Un premier type de dispositif de collecte des poussières et déchets pour aspirateur de l'état de la technique consiste en un filtre se présentant sous la forme d'un sac en papier, interposé entre un tube d'arrivée d'un flux d'air, comprenant des poussières et déchets aspirés depuis une surface à nettoyer, et un groupe moto-ventilateur. L'inconvénient de cette solution provient du fait que le sac en papier filtrant finit par se remplir et nécessite son remplacement, ce qui représente une opération de maintenance peu agréable et coûteuse pour l'utilisateur. De plus, le remplissage du sac se fait au détriment de la performance de l'aspirateur puisqu'il entraîne une perte de sa puissance. Afin de remédier à ces inconvénients, un second type de dispositif de collecte des poussières et déchets de l'état de la technique repose sur une séparation de type cyclonique ou par inertie de ces poussières et déchets. Dans un tel dispositif, un flux d'air est conduit dans une chambre cyclonique de séparation où il poursuit un cheminement tourbillonnaire favorable à la séparation des déchets. En effet, les déchets les plus lourds sont séparés du flux d'air principal par l'effet centrifuge du flux tourbillonnaire. Ensuite, le flux d'air est évacué de la chambre cyclonique à travers une grille cylindrique aménagée sur un filtre séparateur disposé au centre de cette chambre, ce qui représente une seconde opération complémentaire de filtrage des déchets, retenant en général à ce stade des poussières. Finalement, les poussières et déchets restent prisonniers dans une zone de stockage aménagée dans la partie basse et calme de la chambre cyclonique. Il suffit alors de les vider de temps en temps en les déversant simplement dans une poubelle, par l'intermédiaire d'une 1 trappe aménagée dans cette chambre de stockage. Un tel dispositif de séparation cyclonique peut être couplé à un aspirateur de type traîneau, comprenant aussi un sac de collecte, comme cela est décrit dans les documents FR2817138 et FR2848090. En variante, un tel dispositif de séparation cyclonique peut être utilisé seul, comme c'est notamment le cas pour les aspirateurs de faible puissance dont le bâti se trouve intégré dans un manche rigide directement manipulé par un opérateur, généralement appelés aspirateurs � balai �, comme cela est décrit dans le document EP1611829. La performance des dispositifs de séparation cyclonique dépend de nombreux paramètres comme la vitesse du flux d'air en entrée, la qualité de la trajectoire tourbillonnaire afin d'opérer la séparation centrifuge des déchets et éviter qu'une partie du flux d'air pollué ne traverse la grille du séparateur avant l'évacuation centrifuge de ses déchets... Les solutions existantes ne sont pas entièrement satisfaisantes et l'objet général de l'invention est de proposer une solution améliorée de séparation de type cyclonique des déchets d'un flux d'air aspiré par un aspirateur. La présente invention est atteinte à l'aide d'un filtre séparateur de poussières prévu pour être agencé au centre d'une chambre cyclonique au sein d'un aspirateur à poussières, comprenant un chapeau et une grille de filtrage cylindrique ou tronconique sous-jacente comprenant des zones avec des ouvertures pour permettre l'évacuation d'un flux d'air après séparation des poussières et déchets, caractérisé en ce qu'il comprend une rampe comprenant une surface de guidage hélicoïdale s'étendant sur au moins un quart de tour autour de la grille de filtrage, de sorte que le flux d'air soit guidé vers le bas sous cette surface de guidage, selon une circulation tourbillonnaire autour de la grille de filtrage. Par circulation tourbillonnaire, on entend, dans le cadre de la présente invention, un mouvement rapide tournant, en hélice, d'un fluide. Cette rampe, par le guidage imposé qu'elle induit à l'air entrant, favorise la séparation des déchets en mettant l'air en rotation dans une portion hélicoïdale. Cet air est ainsi guidé vers le bas et vers les parois du filtre, ce qui accroît le taux de séparation. Avantageusement, la rampe s'étend sur au moins un demi-tour autour de la grille de filtrage, ce qui permet à l'air guidé de � sortir � de la zone de guidage sensiblement à l'opposé de l'entrée d'air dans la chambre, ce qui limite les risques de collision de ces deux flux. Cette disposition peut être complétée par l'inclinaison de la rampe vers le bas, apte à éviter que le flux d'air guidé par la surface de guidage hélicoïdale n'entre en collision avec le flux d'air entrant après avoir complété son premier tour autour de la grille de filtrage. En effet, en éloignant verticalement les deux flux, le risque de collision est ainsi amoindri. Avantageusement, la surface de guidage présente une inclinaison vers l'extérieur de sorte à éloigner le flux d'air de la grille de filtrage, ce qui augmente alors le taux de séparation des déchets. De préférence, cette inclinaison vers l'extérieur de la surface de guidage présente un angle entre 0 et 30 degrés. Selon un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, la rampe est directement en contact avec la surface inférieure du chapeau du filtre séparateur, de sorte de se trouver intégralement au-dessus d'un flux d'air parcourant le filtre, ce qui facilite la construction et limite le bruit. Avantageusement, la partie inférieure de la grille de filtrage définit un plan incliné, d'inclinaison comprise entre 20 et 50 degrés, afin de ne pas trop 25 encombrer le volume de stockage des déchets dans le bol. De préférence, cette partie inférieure cylindrique inclinée de la grille de filtrage, en combinaison avec un plan sensiblement horizontal fermant le dessous du cylindre, forme une zone borgne pour piéger d'éventuelles poussières qui remonteraient, évitant ainsi une remise en circulation, dans le flux d'air, des 30 poussières séparées. En complément, afin de garder une structure compacte du séparateur, facile à nettoyer, le chapeau se trouve dans la partie supérieure du filtre séparateur et forme un logement supérieur apte à recevoir un filtre de type filtre en mousse ou filtre HEPA. La présente invention porte également sur un dispositif de séparation cyclonique pour aspirateur, comprenant un bol formant une chambre cyclonique et caractérisé en ce qu'il comprend un filtre séparateur selon l'une des caractéristiques précédemment décrites logé à l'intérieur du bol, le bol comprenant une entrée pour recevoir un flux d'air aspiré depuis la surface à nettoyer par l'aspirateur, la rampe du filtre séparateur permettant au flux d'air entrant par cette entrée de suivre un mouvement tourbillonnaire vers le bas entre la grille de filtrage et la paroi latérale du bol, avant de remonter pour être évacué vers le haut du dispositif de séparation cyclonique après un passage au travers des zones d'ouverture de la grille de filtrage. Avantageusement, le bol présente une porte inférieure inclinée et articulée afin de permettre de vider les déchets accumulés, l'inclinaison de la porte permettant un vidage du bol et limitant de trop remuer les déchets. La présente invention est également relative à un aspirateur caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de séparation cyclonique des poussières et déchets incluant un filtre séparateur selon l'une des caractéristiques précédemment décrites, l'aspirateur pouvant, avantageusement, être un aspirateur balai ou un aspirateur traineau. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier 25 fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : La figure 1 représente une vue d'ensemble en perspective d'un aspirateur balai selon un mode d'exécution de l'invention. La figure 2 représente une vue éclatée d'un dispositif de séparation cyclonique selon le mode d'exécution de l'invention. La figure 3 représente une vue de dessus d'une coupe selon un plan horizontal au niveau de la rampe d'accélération du bol du dispositif de séparation cyclonique selon le mode d'exécution de l'invention. La figure 4 représente une vue de côté d'un séparateur du dispositif de 5 séparation cyclonique selon le mode d'exécution de l'invention. La figure 5 représente une vue en coupe de côté du séparateur du dispositif de séparation cyclonique selon le mode d'exécution de l'invention. La figure 6 représente une vue en perspective du dispositif de séparation cyclonique selon le mode d'exécution de l'invention. 10 La figure 1 représente un aspirateur balai 1, comprenant un suceur 2 triangulaire relié à un manche 4 par l'intermédiaire d'une partie intermédiaire de liaison 3. Par le terme manche, on entend ici, non seulement une partie longiligne de l'appareil terminée par une poignée 8 à son extrémité supérieure, mais également divers éléments associés à la partie longiligne formant bâti, 15 comprenant une batterie 5, un moteur 6, et un dispositif de séparation et stockage 7 des déchets. Pour la description suivante, nous définissons la direction z comme l'axe du manche 4 de l'aspirateur, correspondant à un axe sensiblement vertical dans la position de repos de l'aspirateur représentée sur la figure 1, l'axe longitudinal x 20 comme l'axe perpendiculaire à l'axe z traversant le manche 4 de l'arrière vers l'avant dans son plan de symétrie, et l'axe y transversal perpendiculaire aux axes x et z. Dans la position de repos de l'aspirateur, les axes x et y seront donc dans un plan sensiblement horizontal. Ce repère pourra être incliné quand le manche sera incliné. Toutefois, pour des raisons de simplification de 25 la description suivante, nous appellerons z la direction verticale, x la direction horizontale longitudinale et y la direction horizontale transversale, sous-entendant une description réalisée quand l'aspirateur est dans sa position de repos ou quand le dispositif de séparation cyclonique 7 est positionné verticalement. 30 L'invention porte sur le dispositif de séparation et stockage 7 des déchets, dont une vue éclatée est représentée en figure 2, et plus précisément sur un filtre séparateur 20 de ce dispositif, qui se compose d'un corps extérieur, que nous appellerons bol 10, au sein duquel se loge le filtre séparateur 20. Un filtre 30 en mousse est positionné dans la partie haute du filtre séparateur 20. Enfin, le dispositif de séparation cyclonique est fermé par un couvercle 31, comprenant une ouverture circulaire 32 pour l'évacuation par le haut du flux d'air propre après son traitement par le dispositif de séparation cyclonique. Ce dispositif, une fois assemblé, se positionne dans un logement 35 aménagé dans le manche 4 de l'aspirateur. Le bol 10 se présente sous la forme d'un corps sensiblement cylindrique, comprenant une entrée 13 dans sa partie supérieure, visible sur la figure 3, reliée à un tuyau d'entrée, qui conduit le flux d'air provenant du suceur vers l'intérieur du bol 10. Ce tuyau d'entrée, lié au bol 10, comprend une première portion 11 sensiblement verticale et une seconde portion 12 sensiblement horizontale, formant une rampe d'accélération pour le flux d'air qui entre ainsi dans le bol avec une vitesse et une direction adaptées à la formation d'un flux tourbillonnaire. La face inférieure du bol 10 est fermée par une porte 14 articulée par une charnière 15, permettant de vider les poussières et déchets accumulés dans la partie inférieure 16 qui sert de zone de stockage. La porte 14 présente une inclinaison d'environ 45 degrés par rapport à un plan horizontal. Cette inclinaison permet de réduire la vitesse du flux tourbillonnaire dans la partie inférieure 16 du bol, permettant ainsi un stockage des déchets moins perturbé limitant leur remontée. Une telle inclinaison pourrait être comprise entre 20 et 50 degrés pour donner des résultats convenables. La figure 4 illustre la partie haute du filtre séparateur 20, qui comprend dans sa partie supérieure un chapeau cylindrique 27 de diamètre correspondant sensiblement au diamètre de la partie haute 17 du bol 10, afin d'assurer une liaison mécanique étanche entre ces deux éléments lorsqu'ils sont assemblés, comme cela est représenté sur la figure 6. Des pattes 28 aménagées sur la circonférence extérieure du chapeau cylindrique 27 du filtre séparateur 20 coopèrent avec des encoches 18 de la partie haute du bol 10, assurant ainsi un bon positionnement et maintien des deux éléments. Le chapeau cylindrique 27 du filtre séparateur forme un logement supérieur 29 dans lequel est logé un filtre en mousse 30 en forme de disque. Le filtre séparateur comprend de plus une grille de filtrage 21 de forme sensiblement cylindrique de plus petit diamètre que le chapeau 27, qui s'étend sous ce chapeau. Cette grille de filtrage 21 comprend des zones 22 avec des petites ouvertures sur sa circonférence, afin de laisser passer un flux d'air tout en remplissant une fonction de filtrage. Selon un élément essentiel de l'invention, un élément formant rampe 23, que nous appellerons simplement rampe, de forme hélicoïdale, est positionné sous le chapeau 27 du filtre séparateur. Cette rampe 23 s'étend depuis un point initial 24 au niveau de la surface inférieure du chapeau 27, de sorte que l'extrémité finale de la rampe se trouve à proximité de l'entrée d'air 13 du bol 10 lorsque le dispositif cyclonique est assemblé. Cette rampe 23 s'étend ensuite vers le bas en parcourant sensiblement un demi-tour, et occupant sensiblement tout le volume entre la grille 21 et la paroi latérale du bol 10, comme cela est visible sur la figure 6. La surface inférieure 25 de cette rampe 23 forme donc une surface de guidage hélicoïdale pour le flux d'air entrant, lui permettant d'amorcer le mouvement tourbillonnaire vers le bas autour de la grille 21. La pente vers le bas de cette surface de guidage garantit que le flux d'air, après avoir effectué son premier tour dans l'espace délimité par la grille intérieure 21 et la paroi du bol 10, n'entre pas en collision avec le flux d'air entrant par l'ouverture 13 du bol mais continue son cheminement tourbillonnaire plus bas. De plus, la surface de guidage 25 de la rampe 23 présente une seconde inclinaison de l'ordre de 10 à 15 degrés vers l'extérieur, particulièrement visible sur la figure 5. Elle forme une pente dans une direction allant depuis le filtre 21 vers la paroi du bol 10, qui favorise le guidage du flux d'air vers la paroi du bol 10, augmentant ainsi l'effet centrifuge apporté par la vitesse de rotation et évitant que l'air ne traverse les ouvertures des zones 22 de la grille de filtrage 21 dans cette phase initiale de traitement au sein du dispositif. Naturellement, l'invention ne se limite pas à la géométrie de la rampe 23 choisie dans ce mode d'exécution. Cette rampe peut en effet s'étendre sur au moins un quart de tour et aller jusqu'au tour complet, s'étendant toutefois de préférence au moins sur un demi-tour. De plus, son inclinaison vers l'extérieur est avantageuse car elle permet de réduire la différence de diamètre entre la grille 21 et le bol 10, c'est-à-dire la distance entre la grille 21 et la paroi du bol 10, tout en obtenant une solution satisfaisante. Une inclinaison comprise entre 5 et 20 degrés est satisfaisante, cet angle se mesurant par rapport à un plan perpendiculaire au plan tangent à la grille 21 au niveau de la surface de guidage 25. Toutefois, cette inclinaison reste optionnelle et non obligatoire. La fixation de la rampe 23 directement sur le filtre séparateur 20 est avantageuse puisqu'elle permet d'obtenir une configuration finale performante du dispositif de séparation cyclonique par l'assemblage d'un minimum d'éléments distincts. Cette rampe peut être obtenue directement par moulage et former une seule pièce avec au moins le chapeau cylindrique 27 du filtre séparateur 20 ou en variante être fabriquée séparément puis fixée par tous moyens sur le filtre séparateur. Les différents composants du filtre séparateur pourraient présenter d'autres géométries sans sortir du concept de l'invention. Ainsi, la grille de filtrage 21 peut ne pas être cylindrique mais présenter une section circulaire variable, diminuant par exemple vers le bas comme cela est représenté dans le mode d'exécution où elle est ainsi plus exactement une portion de cône. Cette section pourrait présenter une autre forme, par exemple elliptique ou ovoïde. L'expression sensiblement cylindrique a été utilisée pour intégrer ces différentes variantes. De même, le chapeau 27 pourrait présenter toute autre géométrie, rectangle, carrée, elliptique... La figure 5 illustre le filtre séparateur en coupe, et illustre de plus la partie inférieure du filtre selon ce mode d'exécution. La partie inférieure de la grille cylindrique 21 forme une zone borgne 26 délimitée par un fond horizontal de la grille 21, et par les surfaces latérales du cylindre ou cône se terminant selon un plan incliné, de l'ordre de 45 degrés, sensiblement parallèle à la porte inférieure 14 du bol 10. Cette géométrie permet d'obtenir un volume plus important que celui des solutions de l'état de la technique dans lesquelles le cylindre se termine selon un plan horizontal à proximité du fond de la grille, tout en présentant un aspect esthétique attractif. La figure 6 illustre le dispositif cyclonique assemblé. Son fonctionnement qui a été évoqué va maintenant être précisé. Le flux d'air pollué, c'est-à-dire comprenant des poussières et déchets, provenant du suceur 2 de l'aspirateur, remonte par les portions de tube 11, 12 jusqu'à l'entrée 13 du bol 10, dans lequel il pénètre avec une vitesse et une direction appropriées. La rampe 23, et plus exactement sa surface inférieure 25, forme une surface supérieure de guidage du flux, qui va donc être entraîné vers le bas sous cette surface 25, selon un déplacement hélicoïdal, dans l'espace délimité par la grille 21 et la paroi latérale du bol 10. Ce mouvement tourbillonnaire va se prolonger jusque vers le bas du bol 10, les déchets étant progressivement propulsés vers les parois latérales du bol 10 sous l'effet de la force centrifuge, avant de tomber dans la zone inférieure de stockage 16 représentée par la partie inférieure du bol 10. Le flux d'air arrivé vers le bas du bol 10 inverse sa direction et remonte dans la partie centrale du dispositif, sous la grille 21, selon un mouvement tourbillonnaire ascendant, avant de remonter le long des parois latérales de la grille 21 pour finalement s'échapper par les zones d'ouverture 22 pour remonter à l'intérieur de la grille de filtrage. Durant ce parcours ascendant, les dernières poussières de petite taille encore présentes dans le flux vont être bloquées soit dans la zone borgne 26, sous la grille 21, soit par les ouvertures 22 de la grille 21. Finalement, la solution décrite présente ainsi les avantages suivants : L'élément filtre séparateur du dispositif de séparation cyclonique présente donc une géométrie favorable à l'écoulement tourbillonnaire du flux d'air et permet ainsi d'atteindre une grande performance de 25 séparation des poussières et déchets du flux d'air ; Dans le mode d'exécution où la rampe est inclinée vers les parois extérieures du bol, l'encombrement global du dispositif de séparation peut être réduit, tout comme la quantité d'air pollué traversant le filtre ; - Dans le mode d'exécution où la partie inférieure du cylindre formant la 30 grille est inclinée, un volume plus important pour piéger les poussières qui remontent est obtenu. L'invention a été illustrée dans le cadre d'une implémentation sur un aspirateur balai. Toutefois, le concept de l'invention est compatible avec tout aspirateur, quelle que soit sa puissance, même pour des puissances élevées entre 1500 et 1800 W, quel que soit le mode de fonctionnement de l'aspirateur, de manière autonome à l'aide d'une batterie ou par connexion au secteur. Dans de tels cas, les dimensions du dispositif seront adaptées aux conditions d'écoulement des flux d'air, et d'autres légers ajustements seront possibles, comme l'ajout d'un filtre HEPA en plus ou à la place du filtre en mousse 30. De plus, le dispositif de séparation cyclonique pourra être utilisé comme unique séparateur de déchets ou en combinaison avec un sac filtrant, comme dans un aspirateur à traîneau, permettant de réduire la quantité de déchets atteignant le sac et donc de réduire les désagréments induits par les opérations de maintenance de cette solution. REVENDICATIONS1. Filtre séparateur (20) de poussières prévu pour être agencé au centre d'une chambre cyclonique au sein d'un aspirateur à poussières (1), comprenant un chapeau (27) et une grille de filtrage cylindrique ou tronconique sous-jacente (21) comprenant des zones avec des ouvertures (22) pour permettre l'évacuation d'un flux d'air après séparation des poussières et déchets, caractérisé en ce qu'il comprend une rampe (23) comprenant une surface de guidage hélicoïdale (25) s'étendant sur au moins un quart de tour autour de la grille de filtrage (21), de sorte que le flux d'air soit guidé vers le bas sous cette surface de guidage (25), selon une circulation tourbillonnaire autour de la grille de filtrage (21). 2. Filtre séparateur (20) de poussières selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la rampe (23) s'étend sur au moins un demi-tour autour de la grille de filtrage (21). 3. Filtre séparateur (20) de poussières selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la rampe (23) présente une inclinaison vers le bas apte à éviter que le flux d'air guidé par la surface de guidage hélicoïdale (25) n'entre en collision avec le flux d'air entrant après avoir complété son premier tour autour de la grille de filtrage (21). 4. Filtre séparateur (20) de poussières selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface de guidage (25) présente une inclinaison vers l'extérieur de sorte à éloigner le flux d'air de la grille de filtrage (21). 5. Filtre séparateur (20) de poussières selon la revendication précédente, caractérisé en ce que cette inclinaison vers l'extérieur de la surface de guidage (25) présente un angle entre 0 et 30 degrés. 6. Filtre séparateur (20) de poussières selon l'une des revendications 11précédentes, caractérisé en ce que la rampe (23) est directement en contact avec la surface inférieure du chapeau (27) du filtre séparateur, de sorte de se trouver intégralement au-dessus d'un flux d'air parcourant le filtre. 7. Filtre séparateur (20) de poussières selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie inférieure de la grille de filtrage (21) définit un plan incliné, d'inclinaison comprise entre 20 et 50 degrés. 8. Filtre séparateur (20) de poussières selon la revendication précédente, caractérisé en ce que cette partie inférieure cylindrique inclinée de la grille de filtrage, en combinaison avec un plan sensiblement horizontal fermant le dessous du cylindre, forme une zone borgne (26) pour piéger d'éventuelles poussières qui remonteraient. 9. Filtre séparateur (20) de poussières selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le chapeau (27) se trouve dans la partie supérieure du filtre séparateur et forme un logement supérieur (29) apte à recevoir un filtre de type filtre en mousse (30) ou filtre HEPA. 10. Dispositif de séparation cyclonique pour aspirateur (1), comprenant un bol (10) formant une chambre cyclonique et caractérisé en ce qu'il comprend un filtre séparateur (20) selon l'une des revendications précédentes logé à l'intérieur du bol (10), le bol comprenant une entrée (13) pour recevoir un flux d'air aspiré depuis la surface à nettoyer par l'aspirateur, la rampe (23) du filtre séparateur (20) permettant au flux d'air entrant par cette entrée (13) de suivre un mouvement tourbillonnaire vers le bas entre la grille de filtrage (21) et la paroi latérale du bol (10), avant de remonter pour être évacué vers le haut du dispositif de séparation cyclonique après un passage au travers des zones (22) d'ouverture de la grille de filtrage (21). 11. Dispositif de séparation cyclonique pour aspirateur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le bol (10) présente une porte inférieure (14) inclinée et articulée. 12.Aspirateur (1) caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de séparationcyclonique des poussières et déchets incluant un filtre séparateur (20) selon l'une des revendications 1 à 9. 13.Aspirateur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il est un aspirateur balai ou un aspirateur traineau.