Brevet FR2955264A1 — publié le 20110722

La présente invention concerne un dispositif pour la séparation de liquides de gaz avec un boîtier de dispositif formant une enceinte de séparation et avec une conduite d'entrée de gaz et une conduite de sortie de gaz. Dans une pluralité d'applications dans la mécanique, des gaz sont produits qui sont enrichis en gouttes de liquide et constituent ainsi des soi-disant aérosols qui peuvent éventuellement avoir un effet nuisible sur les appareils montés en aval. Lorsque le gaz traverse un liquide ou lorsque le flux de gaz est guidé au-dessus ou le long d'un liquide, des gouttes de liquide peuvent être entraînées par le flux de gaz. Pour séparer ou piéger les particules de liquide des gaz d'écoulement, des séparateurs de liquide connus sont utilisés à un emplacement sélectif du flux de gaz. Fréquemment, les gouttes de liquide, en tirant profit de l'inertie de masse des gouttes, sont séparées à une paroi à l'intérieur de l'enceinte de séparation du flux de gaz et sont évacuées par une conduite d'évacuation de l'enceinte de séparation. Dans le cas de moyens de déplacement et d'appareils de tout type, comme par exemple les aéronefs, les véhicules terrestres ou bâtiments flottants, il peut y avoir des accélérations du moyen de déplacement respectivement de l'appareil dans toute direction et autour d'axes sélectifs. Les séparateurs de liquide connus par l'art antérieur présentent l'inconvénient que ceux-ci, à des vitesses d'écoulement basses, ne fonctionnent pas indépendamment de leur position actuelle respectivement des forces d'accélération qui s'appliquent. Lors de l'utilisation de tels séparateurs de liquide à l'intérieur du moyen de déplacement indiqué, ceux-ci sont soumis à des forces d'accélération dans une direction sélective, ce qui nuit considérablement au processus de séparation. Dans le cas le pire, le flux de gaz sortant du séparateur ou piège présente même une part de liquide plus élevée par rapport au flux de gaz entrant. Cela est notamment le cas lorsque le liquide déjà séparé est entraîné par le flux de gaz traversant ou en écoulement. La présente invention a pour objectif d'indiquer un séparateur de liquide indépendant de l'accélération respectivement de la position qui, pour la durée d'une accélération limitée dans le temps respectivement d'un mouvement du séparateur autour d'un axe sélectif respectivement dans une direction sélective, assure la fonctionnalité régulière ou en bon ordre. Cet objectif est atteint conformément à la présente invention par le fait que le dispositif prévoit au moins un organe de stockage de volume qui permet un stockage indépendant de la position et de l'accélération du liquide séparé. Un tel dispositif pour la séparation de liquides de gaz prévoit un boîtier de dispositif qui présente à l'intérieur une enceinte de séparation. Un flux de gaz correspondant s'écoule par une conduite d'entrée de gaz dans l'enceinte de séparation et est évacué, après le processus de séparation, par une conduite d'évacuation de gaz. La différence volumique entre le diamètre de la conduite d'entrée et le volume de l'enceinte de séparation réduit la vitesse d'écoulement du gaz affluant moyennant quoi la formation de gouttes dans le flux de gaz est excitée ou stimulée. Conformément à l'invention, il est prévu que le dispositif prévoit au moins un organe de stockage de volume pour le stockage du liquide séparé. Le ou les organes de stockage de volume sont dans ce cas réalisés de façon à permettre un stockage indépendant de la position et de l'accélération du liquide séparé. Le processus de séparation est donc assuré d'une manière fiable dans chaque position respectivement dans le cas de chaque accélération produite sans que le liquide séparé soit ramené dans le flux de gaz. Il est envisageable que tout le volume de l'enceinte de séparation serve au stockage indépendant de la position et de l'accélération du liquide séparé et qu'un reflux du liquide dans le flux de gaz soit évité. De préférence il peut être prévu que la conduite d'entrée de gaz ainsi que la conduite d'évacuation de gaz fassent saillie vers l'intérieur dans l'enceinte de séparation du boîtier de dispositif. Les conduites d'entrée et d'évacuation de gaz en saillie empêchent que le liquide qui s'est accumulé dans l'enceinte de séparation reflue par les conduites dans le flux de gaz respectivement soit entraîné par le flux de gaz. Ainsi, par l'organe de stockage de volume de l'enceinte de séparation ainsi que par les conduites d'entrée et d'évacuation des gaz en saillie, un séparateur de liquide indépendant de la position est présenté dont la fonctionnalité est assurée au cours de forces d'accélération produites, qui agissent dans une direction sélective respectivement autour d'axes sélectifs. Le volume du boîtier et les parties en saillie des conduites d'entrée et d'évacuation de gaz dimensionnent la quantité de stockage possible en liquide. Lorsque le dispositif pour la séparation du liquide est accéléré ou déplacé dans une direction déterminée, le liquide séparé s'accumule par exemple au voisinage de la conduite d'entrée de gaz. La fonctionnalité du dispositif respectivement le stockage du liquide séparé est assuré aussi longtemps jusqu'à ce que le niveau du liquide accumulé dépasse la partie en saillie de la conduite d'entrée de gaz. De préférence, le dispositif sert à séparer ou piéger l'eau d'un flux de gaz sélectif. Par principe, celui-ci n'est cependant pas limité au processus de séparation d'eau mais peut être utilisé pour des aérosols au choix. Avantageusement, un élément de drainage est disposé de préférence au milieu entre les ouvertures des conduites d'entrée et d'évacuation de gaz. Le flux de gaz chargé de gouttes de liquide et sortant de la conduite d'entrée de gaz traverse la structure de drainage, en particulier un tricotage en fil métallique. Les gouttes de liquide du flux de gaz traversent le tricotage en fil métallique plus lentement et sont déviées dans une direction déterminée à l'intérieur de l'enceinte de séparation et sont séparées du flux de gaz. Le flux de gaz exempt de liquide est évacué par la conduite d'évacuation de gaz de l'enceinte de séparation. Selon encore une manière avantageuse, au moins une chicane ou plaque de déviation est disposée dans l'enceinte de séparation en amont de la conduite d'évacuation de gaz. La chicane mise en place correspond à une mesure supplémentaire pour la séparation des gouttes de liquide du flux de gaz. Les gouttes de liquide du flux de gaz heurtent la plaque et y sont déviées et séparées du flux de gaz. Selon une préférence particulière, le boîtier de dispositif, en particulier l'enceinte de séparation, est sphérique. La forme sphérique offre le meilleur rapport de volume et de surface ainsi qu'une possibilité de stockage régulière du liquide séparé, qui est indépendant de la position du dispositif respectivement des forces d'accélération qui s'appliquent. Il peut être prévu que les deux conduites de gaz, c'est-à-dire la conduite d'entrée de gaz et la conduite d'évacuation de gaz, soient réalisées sous forme de tube rigide. Alternativement il est envisageable que la conduite d'évacuation de gaz soit réalisée sous forme de conduite flexible. Ce faisant, la conduite d'évacuation de gaz est déplaçable librement dans l'enceinte de séparation. De préférence, la conduite flexible elle-même est réalisée sous forme de corps de portance ou ayant une force ascensionnelle. Cela présente l'avantage que l'ouverture de la conduite d'évacuation, en raison de la force de portance, se situe toujours au-dessus du niveau du liquide qui s'est accumulé et empêche un entraînement des gouttes de liquide. Au lieu de cela, un corps de portance séparé peut être disposé dans la zone d'extrémité de la conduite flexible. Dans les deux variantes de réalisation, il faut toujours veiller à ce que l'ouverture de la conduite flexible flotte sur la surface de l'accumulation de liquide. Par la réalisation de la conduite d'évacuation de gaz sous forme de conduite flexible, une augmentation du volume de stockage du dispositif peut être atteinte. Bien évidemment, la conduite d'entrée de gaz peut être réalisée également ou exclusivement sous forme de conduite flexible ayant les caractéristiques précitées. Pour évacuer le liquide séparé, il est prévu de préférence une dérivation. Pour le stockage subséquent du liquide séparé durant la position de départ, de préférence un récipient de fluide est utilisé qui est relié par la dérivation à l'enceinte de séparation. Dans ce qui suit, il faut comprendre par position de départ la position de montage du dispositif. Il faut noter à cet endroit que la dérivation fait saillie dans l'espace intérieur du récipient de liquide. Ce faisant, le retour du liquide qui s'est accumulé dans le récipient vers l'enceinte de séparation du dispositif pendant des phases d'accélération est empêché. Après avoir repris la position de départ, des quantités de liquide qui se sont accumulées dans les enceintes de séparation peuvent être évacuées par la force de gravité ou à l'aide d'une pression du système dans le récipient de liquide. Le récipient de liquide présente une ouverture d'évacuation de liquide par laquelle le liquide qui s'est accumulé peut être évacué complètement du dispositif. De préférence, le récipient de liquide comporte une vanne, en particulier une vanne à flotteur qui peut ouvrir respectivement fermer l'ouverture d'évacuation de liquide précitée. La vanne à flotteur est conçue de préférence de façon que dans les cas de forces d'accélération sélectives, la fonction de la vanne soit assurée et que les gaz ne puissent pas s'échapper du récipient de liquide. Lorsque l'espace de construction le permet, la vanne à flotteur peut également être intégrée dans l'enceinte de séparation et ne sera pas intégrée forcément dans le récipient de liquide. De préférence, l'évacuation du condensat peut avoir lieu aussi directement depuis l'enceinte de séparation, le récipient de liquide n'est donc pas absolument requis. Il est envisageable que la vanne à flotteur s'ouvre seulement lors de l'atteinte d'un niveau de liquide déterminé et que le liquide qui s'est accumulé soit évacué par l'ouverture d'évacuation de liquide. Selon une préférence particulière, la vanne à flotteur est sollicitée par ressort, où la vanne à flotteur s'ouvre dès que le niveau du liquide a atteint un niveau auquel la force de portance du corps de portance de la vanne à flotteur dépasse la force de fermeture du ressort, c'est-à-dire dans le cas où la condition Fportance>Fressort est satisfaite. Selon la construction, le ressort peut être réalisé comme ressort de pression ou de traction. Pour que la vanne à flotteur fonctionne également à des accélérations plus élevées que l'accélération due à la gravité ou à la pensanteur, la condition Fressort>mflotteurxgmax doit être satisfaite, OÙ mflotteur représente la masse du corpos de portance de la vanne à flotteur et gmax l'accélération maximale produite. Un dispositif pour la séparation de liquides de gaz selon les caractéristiques indiquées ci-dessus est utilisé selon l'invention à l'intérieur d'un aéronef, d'un véhicule terrestre ou d'un bâtiment flottant, selon une préférence particulière à l'intérieur d'un aéronef. Le dispositif sert en particulier à la séparation de liquides de gaz dans un système de piles à combustible qui est utilisé de préférence pour l'alimentation de secours en énergie ou pour toute l'alimentation en énergie du moyen de déplacement. Dans de tels moyens de déplacement, des modifications de position et des accélérations peuvent se produire dans une direction sélective et autour d'axes sélectifs. Le dispositif conforme à l'invention pour la séparation des liquides de gaz assure dans toutes les possibilités d'utilisation énumérées avant une fonctionnalité sûre et fiable. Les accélérations respectivement modifications de position par rapport à la position de départ, dans la plupart des applications, ne sont pas permanentes mais sont souvent de courte durée. Le dispositif conforme à l'invention convient pour le stockage ou le dépôt, pour la durée délimitée, du fluide séparé du flux de gaz, et après l'atteinte à nouveau de la position de départ, d'évacuer celui-ci par la conduite d'évacuation de liquide. Par principe, les dimensions respectives du boîtier de dispositif respectivement de l'enceinte de séparation et du récipient de liquide doivent être adaptées à l'application respective. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans 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 en coupe du dispositif 30 selon l'invention pour la séparation de liquides de gaz selon une première variante de réalisation, - la figure 2 représente le dispositif selon l'invention de la figure 1 avec des niveaux de liquide différents, 35 - la figure 3 montre trois vues de principe du dispositif inventif de la figure 1, - la figure 4 représente le dispositif selon l'invention pour la séparation de liquides de gaz selon une deuxième variante de réalisation, - la figure 5 représente le dispositif selon 5 l'invention de la figure 4 avec un niveau de liquide maximal, - la figure 6 montre trois vues de principe du dispositif selon l'invention de la figure 4. Les dispositifs selon l'invention représentés sur 10 les figures 1 et 4 pour la séparation de liquides de gaz assurent un processus de séparation sûre, fiable et indépendant de la position et de l'accélération. La présente invention convient de préférence pour l'utilisation dans des moyens de déplacement et des 15 appareils dans lesquels il y a des accélérations dans une direction sélective et autour d'axes sélectifs et où des positions de fonctionnement sélectives peuvent être occupées. La figure 1 représente une première réalisation 20 possible du dispositif 10 selon l'invention pour la séparation de liquides de gaz. Celui-ci est constitué d'un boîtier 11, qui est réalisé idéalement en une forme sphérique. A un côté est disposé un tuyau ou conduite d'admission 14 et au côté opposé du boîtier est disposé 25 le tuyau ou conduite d'évacuation 17. Les ouvertures des deux tuyaux 14, 17 ne se terminent pas avec la paroi intérieure du boîtier 11 mais font saillie dans l'espace intérieur du boîtier 11. La longueur saillante des deux tuyaux 14, 17 est de préférence de même longueur, 30 cependant également des longueurs différentes des parties en saillie sont envisageables. Le gaz chargé de gouttes de liquide s'écoule par le tuyau d'admission 14 dans l'espace intérieur du boîtier 11 et sort sous forme de gaz sec par le tuyau d'évacuation 17. La vitesse 35 d'écoulement du gaz affluant est réduite par l'agrandissement volumique dans l'enceinte de séparation 21, c'est-à-dire la modification volumique entre le diamètre du tuyau d'admission 14 et de l'enceinte de séparation 21, moyennant quoi la formation de gouttes de liquide dans le flux de gaz est favorisée. Directement avant ou en amont de la sortie du tuyau d'évacuation 17 dans l'espace de séparation 21 est disposée une plaque de déviation ou chicane 18. Des gouttes de liquide à l'intérieur du flux de gaz heurtent la plaque de déviation 18 et glissent dans une direction déterminée le long de celle-ci. La plaque de déviation 18 empêche ainsi l'entraînement du liquide à l'intérieur du flux de gaz. Le gaz affluant peut s'écouler additionnellement à travers un séparateur de gouttes qui est réalisé par exemple sous forme de tricot ou tricotage en fil métallique 12. De préférence, le tricot de fil 12 est disposé au milieu entre les tuyaux d'admission et d'évacuation 14, 17. Le liquide séparé est évacué par la dérivation 19 dans le récipient de liquide 13 et est vidé par la vanne à flotteur ouverte 15 par l'évacuation 16 du récipient. La vanne à flotteur 15 s'ouvre seulement lorsque le niveau de liquide à l'intérieur du récipient 13 dépasse une valeur de seuil lors de laquelle la force de portance du corps de portance 15 dépasse la force de fermeture du ressort 20. Selon la construction, le ressort 20 peut être réalisé sous forme de ressort de pression ou de traction. Pour que la vanne à flotteur fonctionne également à des accélérations plus élevées que l'accélération de la pesanteur d'une manière régulière et selon le bon ordre, la condition Fressort>mflotteurxgmax doit être satisfaite où mflotteur représente la masse du corps de portance 15 et gmax l'accélération maximale produite. Selon l'invention, l'ensemble de l'enceinte de séparation 21 ainsi que le récipient de liquide 13 servent au stockage des gouttes de liquide séparées. Cela permet une séparation et évacuation du liquide indépendantes de la position et de l'accélération. La figure 2 représente le dispositif selon l'invention avec un niveau de remplissage minimal et maximal. Dans les deux vues on peut voir facilement que la partie en saillie des tuyaux d'admission et d'évacuation 14, 17 dépasse le niveau de liquide dans la zone respective du tuyau correspondant. Cela permet d'éviter que le liquide libéré ne soit pas entraîné par le flux de gaz traversant. La même chose vaut pour la dérivation 19 vers le récipient de liquide 13. Celle-ci, pour assurer les fonctions du dispositif 10, doit également faire saillie dans l'espace intérieur du récipient de liquide 13. La fonctionnalité indépendante de la position du dispositif 10 sera maintenant expliquée plus en détail à l'aide des vues de principe de la figure 3. Les trois vues de principe de la figure 3 représentent chacune le dispositif inventif 10 pour la séparation de liquides de gaz selon la figure 1. La flèche 30 indique la direction de la force d'accélération appliquée à laquelle est soumis le dispositif 10. Le dispositif 10 de la vue 3a est accéléré dans la direction horizontale vers la gauche de sorte que le liquide séparé 20 s'accumule dans la zone autour du tuyau d'admission 14. Etant donné que le niveau du liquide 20 ne dépasse pas la partie en saillie du tuyau d'admission 14, il est assuré que le liquide libéré 20 n'est pas entraîné avec le flux de gaz affluant du tuyau d'admission 14. La même chose vaut pour la vue 3b qui prévoit une accélération horizontale vers la droite. D'une manière analogue à la vue 3a, le liquide 20 s'accumule dans la zone gauche autour du tuyau d'évacuation 17 dont la partie en saillie dépasse également le niveau de liquide 20. La vue 3c montre une accélération due à la gravité dans la direction verticale vers le bas, par laquelle le liquide séparé s'accumule dans la zone supérieure du dispositif 10. Les forces produites agissent d'une manière correspondante sur le liquide accumulé 20 à l'intérieur du récipient de liquide 13. Par la partie en saillie de la déviation 19 dans le récipient de liquide 13, il est assuré que le liquide 20 stocké dans le récipient 13 ne reflue pas dans l'enceinte de séparation 21 du dispositif 10. Comme cela ressort des vues représentées, le dispositif 10 pour la séparation de liquides de gaz, en dépit des accélérations produites, peut assurer le processus de séparation en fonction du volume de stockage du dispositif 10 et de la quantité produite de liquide séparé pendant une durée de temps limitée. La dimension ou grandeur du dispositif 10 respectivement du volume de stockage doit être adaptée au but d'utilisation respectif. Les parties en saillie des tuyaux d'admission et d'évacuation 14, 17 dans l'enceinte de séparation 21 et de la dérivation 19 dans le récipient de liquide 13 dimensionnent le volume de stockage total possible. Le principe de fonctionnement expliqué doit être appliqué d'une manière analogue à une modification de la position du dispositif 10. Sur la figure 4 est représenté maintenant un autre exemple de réalisation du dispositif inventif 100 pour la séparation de liquides de gaz. Egalement dans cet exemple de réalisation, le dispositif 100 présente idéalement, mais non pas nécessairement, un boîtier sphérique 11 avec un tuyau d'admission 14 et un tuyau d'évacuation 17. Contrairement au dispositif 10 de la figure 1, l'exemple de réalisation alternatif du dispositif 100 renonce à l'utilisation de la plaque de déviation ou chicane 18. La différence essentielle de l'exemple de réalisation alternatif 100 par rapport au dispositif 10 de la figure 1 est la réalisation du tuyau d'évacuation 17 sous forme de conduite flexible 40, où la conduite 40 fait saillie dans l'enceinte de séparation 21 du dispositif 100. Pour que le liquide ne puisse pas entrer dans le tuyau d'évacuation de gaz 17, un corps de portance 50 est disposé à l'extrémité de la conduite flexible 40. Indépendamment de la direction dans laquelle agissent les forces d'accélération produites, le corps de portance 50 avec ses ouvertures d'évacuation se trouve toujours au-dessus du niveau du liquide 20 qui s'est accumulé dans l'enceinte de séparation 21. Ce faisant on empêche que le liquide arrive dans l'évacuation de gaz 17. Comme dans l'exemple de réalisation de la figure 1, le liquide séparé est amené par la dérivation 19 au récipient de fluide 13 et est vidé par la vanne à flotteur 15. La figure 5 représente la variante selon l'invention de la figure 4 avec un niveau de liquide du dispositif 100 admissible en fonction de la position de fonctionnement. Les trois vues de la figure 6 sont destinées à approfondir encore une fois le principe de la deuxième variante de réalisation. D'une manière analogue à la figure 3, la position de l'accumulation du liquide 20 en fonction de la force d'accélération agissante est représentée. La représentation 6a montre à nouveau l'accélération dans la direction horizontale vers la gauche, et on voit que la partie en saillie du tuyau d'admission 13 dépasse le niveau de l'accumulation de liquide. La représentation 6b montre une accélération horizontale vers la droite du dispositif 100. La conduite flexible 40 se déplace en fonction des forces produites librement dans l'enceinte de séparation 21 du dispositif 100, et par le corps de portance 50 il est assuré que l'ouverture du tuyau d'évacuation 17 se situe toujours au-dessus du niveau de l'accumulation de liquide 20. Dans la représentation 6c, la conduite flexible 40 est déplacée vers le haut en raison de l'accélération produite 30 due à la gravité, le corps de portance 50 et de ce fait l'ouverture du tuyau d'évacuation 17 flottant sur la surface du liquide 20 qui s'est accumulé. Une entrée du liquide accumulé 20 dans le flux d'écoulement du gaz est empêchée. Les dispositifs 10, 100 selon la présente invention augmentent en particulier la sécurité de fonctionnement dans des systèmes de recirculation sélectifs. De tels dispositifs 10, 100 conviennent en particulier aussi pour des flux ou écoulements volumiques plus petits. REVENDICATIONS1. Dispositif pour la séparation de liquides de gaz avec un boîtier de dispositif formant une enceinte de séparation, avec une conduite d'admission de gaz et une conduite d'évacuation de gaz, caractérisé en ce que le dispositif (10) prévoit au moins un organe de stockage de volume qui permet un stockage indépendant de la position et de l'accélération du liquide séparé. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite d'admission de gaz (14) et/ou la conduite d'évacuation de gaz (17) font saillie vers l'intérieur dans l'enceinte de séparation (21). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins une chicane (18) est disposée dans l'enceinte de séparation (21) en amont de la conduite d'évacuation de gaz (17). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le boîtier de dispositif (11), en particulier l'enceinte de séparation (21), est de forme sphérique. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la conduite d'admission de gaz (14) et/ou la conduite d'évacuation de gaz (17) sont réalisées sous forme de tube rigide. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la conduite d'évacuation de gaz (17) est réalisée sous forme de conduite flexible (40), qui est réalisée elle-même comme corps de portance (50) et/ou à l'extrémité de laquelle, à l'intérieur de l'enceinte de séparation (21), un corps de portance (50) est monté. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu une dérivation (19) de l'enceinte de séparation qui débouche de préférence dans un récipient de liquide (13), ladérivation faisant saillie dans l'espace intérieur du récipient de liquide. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une vanne, en particulier une vanne à flotteur (15), est disposée dans l'enceinte de séparation (21) et/ou dans le récipient de liquide (13) pour l'ouverture/fermeture de la dérivation respectivement d'une ouverture d'évacuation de liquide. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la vanne à flotteur (15) est chargée par ressort et est ouverte dès que le niveau à l'intérieur du récipient de liquide (13) atteint un niveau déterminé, en particulier dans le cas où la condition Fportance>Fressort est satisfaite. 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la vanne à flotteur (15) est réalisée de façon que celle-ci permette l'évacuation du condensat à des accélérations autour de tous les axes et directions lorsque la condition Fressort>mflotteurxgmax est satisfaite. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, pour l'utilisation dans un aéronef, un véhicule terrestre ou un bâtiment flottant, en particulier pour utilisation dans le système de piles à combustible d'un tel moyen de déplacement.