Brevet FR3016805A1 — publié le 20150731

L'invention concerne un dispositif de filtration d'un liquide par effet cyclonique. Plus particulièrement, l'invention trouve une application avantageuse pour la filtration de l'eau notamment d'un bassin de piscine. Plus généralement, l'invention concerne la filtration de tout fluide susceptible de contenir des particules, y compris des fines particules. Dans le domaine de la filtration de l'eau d'un bassin de piscine, de nombreuses solutions techniques ont été proposées. Par exemple, on peut citer les cartouches filtrantes exécutées à partir d'une trame polyester préformée en accordéon et disposée radialement selon les génératrices d'un cylindre. La base de la cartouche peut être en communication avec un système d'aspiration pour assurer la filtration de l'eau qui arrive généralement par l'extérieur de la cartouche de manière à traverser ses parois. Des problèmes d'encastrement et de nettoyage peuvent apparaitre. Une autre solution pour assurer la filtration de l'eau, consiste à utiliser un manchon ouvert à l'une de ses extrémités et fermer à son extrémité opposée en formant ainsi une poche. Le manchon est réalisé dans un matériau non tissé avec capacité de filtration. Par exemple, selon l'enseignement du brevet EP 0423043, le manchon, généralement de forme tronconique, est monté dans un support cylindrique dont le fond est en relation avec un système d'aspiration de refoulement de l'eau. Par dépression, l'eau arrive directement par l'extrémité ouverte du manchon pour être évacuée par le système d'aspiration et de refoulement à l'intérieur du bassin, après avoir été soumise au pouvoir filtrant du manchon. Le manchon est monté dans le support cylindrique avec capacité d'enlèvement pour être facilement lavable. Quel que soit ce type de filtration, au moyen d'une cartouche ou d'une poche, il est nécessaire de procéder au nettoyage fréquent de l'élément filtrant ce qui peut, à la longue, constituer une contrainte. On a également proposé pour assurer la séparation des particules solides contenues dans un liquide, d'utiliser les appareils connus sous le nom d'hydrocyclone et qui mettent en oeuvre la force centrifuge pour une séparation mécanique des particules. Ces appareils comprennent un corps composé d'une partie cylindrique et d'une partie tronconique et dans lesquelles le fluide est introduit tangentiellement à la circonférence du corps au voisinage de sa paroi selon un mouvement giratoire. Sous l'effet de la force centrifuge, les particules solides prises par la force centrifuge sont projetées en direction de la paroi. Le fluide suit la paroi du corps jusqu'au voisinage de l'apex et remonte par effet de vortex en son centre pour être évacué par une ouverture formée coaxialement à la partie supérieure dudit corps. Il a été démontré, pour que la séparation des particules soit effective, il est nécessaire que le temps émis par une particule pour atteindre la paroi, soit inférieur au séjour moyen d'un élément de fluide dans le cyclone. Ces dispositions permettent de dimensionner correctement l'appareil en fonction des résultats recherchés. Cet effet cyclonique pour assurer la filtration d'un fluide dans le cas d'une piscine, ressort par exemple, de l'enseignement du document FR 2 967 922 qui concerne un appareil de filtration de débris d'un fluide en créant un tourbillon dudit fluide à l'intérieur d'un filtre sous forme d'un hydrocyclone afin d'entraîner le dépôt de certains des débris. Ces systèmes de filtration par effet cyclonique n'utilisent pas de médian filtrant sous forme de cartouche ou de poche comme indiqué avec les inconvénients en résultant. Toutefois, les résultats obtenus ne sont pas totalement satisfaisants pour filtrer les fines particules qu'il est parfois difficile de séparer du liquide et dont certaines peuvent être reprises au moment de la remontée du liquide et de son évacuation dans la partie supérieure du corps de l'hydrocyclone comme indiqué. L'invention s'est fixée pour but de remédier à ces inconvénients de manière simple, sûre, efficace et rationnelle. Le problème que se propose de résoudre l'invention est d'assurer la filtration de tout type de liquide susceptible de contenir des particules de différentes tailles, y compris des micros particules, avec pour objectif de capter la totalité et la quasi-totalité de ces particules en évitant tout phénomène de réinjection par exemple dans une enceinte contenant le liquide à filtrer. Pour résoudre ce problème, il a été conçu et mis au point un dispositif de filtration d'un liquide par effet cyclonique comprenant un corps tubulaire avec une portée cylindrique prolongée à l'une de ses extrémités par une portée conique de section dégressive, l'autre extrémité de ladite portée cylindrique étant en communication latéralement avec un agencement pour l'entrée du liquide à filtrer d'une manière tangentielle à la circonférence dudit corps au voisinage de sa paroi, de sorte que des particules solides du liquide sous l'effet de la force centrifuge, ont tendance à se plaquer contre la paroi, le fluide suivant ladite paroi jusqu'à l'apex et remontant débarrassé d'au moins certaines particules par le centre du corps pour être évacuées par un agencement coaxial de la portée cylindrique. Selon l'invention et compte tenu du problème posé à résoudre, l'extrémité de la portée conique considérée au niveau de son apex, présente des moyens aptes à permettre l'extraction et l'évacuation des particules solides captées au niveau de la paroi du corps pour les diriger dans un réservoir en évitant l'effet vortex, l'ensemble dudit dispositif fonctionnant en circuit fermé et en dépression. Il résulte de ces caractéristiques que la totalité des particules captées sont évacuées dans un réservoir. Un autre problème que se propose de résoudre l'invention est d'améliorer la captation des particules, à l'entrée de l'hydrocyclone en les dirigeant contre la paroi du corps, et en évitant à certaines particules d'être réinjectées lors de la remontée du liquide. Pour résoudre un tel problème, le corps présente coaxialement au niveau de sa portée cylindrique des moyens aptes à repousser les particules sur la paroi du corps au moment de l'entrée du liquide et à repousser, lors de la remontée du liquide, les éventuelles particules que pourrait encore contenir le liquide. Il est constitué d'une turbine en son centre, libre en rotation. Pour résoudre le problème posé de créer un circuit fermé afin d'améliorer le traitement des fines particules, le réservoir est en communication avec l'agencement pour la sortie de l'eau en combinaison avec un circuit d'aspiration pour créer un flux continu, ledit circuit d'aspiration présentant un filtre avec pour objectif de toujours améliorer la qualité de la filtration par effet cyclonique. Dans une forme de réalisation, les agencements de l'extrémité de la portée conique au niveau de son apex sont constitués par une turbine disposée en alignement coaxial avec une vis sans fin, ladite turbine et ladite vis étant montées libres en rotation dans un manchon de raccordement et de communication entre ladite extrémité et le réservoir. Dans une forme de réalisation, les agencements du corps au niveau de sa portée cylindrique sont constitués par une double turbine montée libre en rotation en étant disposé coaxialement à ladite portée cylindrique. La double turbine est constituée de deux turbines concentriques interne et externe, la turbine interne présente des pales orientées pour dévier le flux du liquide entrant contre la paroi du corps tandis que la turbine externe présente des pales orientées pour dévier les particules vers l'extérieur en direction de ladite paroi lors de la remontée du liquide. Selon une autre caractéristique et pour résoudre le problème posé du nettoyage du réservoir, ce dernier est équipé de moyens aptes à permettre simultanément son alimentation en eau du réseau et la fermeture de l'hydrocyclone en vue de sa vidange en relation avec une conduite externe. Selon une autre caractéristique, la paroi interne de la portée conique du corps présente des agencements pour faciliter le cheminement vers l'apex des particules captées. Les agencements de la paroi interne de la portée conique du corps sont constitués par une nervure formant une hélicoïde. Dans une application avantageuse du dispositif selon l'invention, le dispositif de filtration à effet cyclonique est monté en combinaison avec un circuit d'aspiration et de refoulement de l'eau d'un bassin de piscine. Dans cette application, les agencements pour l'entrée du liquide sont constitués par une canalisation en communication avec l'eau d'un bassin de piscine par l'intermédiaire d'au moins un skimer. Les agencements pour l'évacuation du liquide filtré sont constitués par une canalisation reliée au circuit d'aspiration d'une pompe en vue de son refoulement dans un bassin de piscine. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures des dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective montrant le principe de fonctionnement du dispositif de filtration d'un liquide par effet cyclonique selon les caractéristiques de l'invention ; la figure 2 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation des moyens aptes à permettre l'extraction et l'évacuation des particules solides captées au niveau de la paroi du corps et du réservoir agencé pour son alimentation en eau du réseau et pour la fermeture de l'hydrocyclone ; la figure 3 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation des moyens montés à l'entrée de l'hydrocyclone afin de repousser les particules contre la paroi du corps ; la figure 4 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation des moyens montés à l'entrée de l'hydrocyclone afin de repousser les particules contre la paroi du corps. Le dispositif de filtration selon les caractéristiques de l'invention comprend un corps (1) qui constitue un hydrocyclone comportant dans sa partie supérieure une portée cylindrique (la) prolongée, à l'une de ses extrémités, par une portée conique (lb) de section dégressive en direction du bas. La portée cylindrique (la) de l'hydrocyclone est en communication latéralement avec un agencement sous forme par exemple d'une canalisation (2), pour l'entrée du liquide dans l'hydrocyclone. La canalisation (2) est convenablement disposée de sorte que le liquide à filtrer, entre d'une manière tangentielle à la circonférence du corps (1) au voisinage de sa paroi interne de sorte que les particules solides susceptibles d'être contenues dans le liquide, ont tendance à être plaquées contre ladite paroi sous l'effet de la force centrifuge. Le fluide suit la paroi du corps (1) jusqu'à l'apex de la partie tronconique (lb) et, par effet vortex, remonte par le centre du corps en étant débarrassé d'une certaine quantité de particules. Le liquide est ensuite évacué par un agencement par exemple sous forme d'une canalisation (3) disposée coaxialement à la partie supérieure de la portée cylindrique (la). Ces caractéristiques sont parfaitement connues pour un homme du métier et constituent le principe général d'une filtration par effet cyclonique. Selon une caractéristique de l'invention, la portée tronconique (lb) au niveau de l'apex, présente des agencements qui ont pour fonction d'assurer l'extraction et l'évacuation des particules solides captées afin de les diriger dans un réservoir (4). Ces moyens sont constitués par une turbine (5) disposée en alignement coaxial avec une vis sans fin (6). La turbine (5) et la vis (6) sont montées libres en rotation dans un manchon de raccordement (4a) monté à l'extrémité libre de la portée tronconique (lb) et en communication avec le réservoir (4). Sous l'effet de l'entraînement en rotation de la turbine (5) et de la vis (6) par le liquide, les particules captées au niveau de la paroi de l'hydrocyclone sont extraites de ladite paroi pour être dirigé dans le réservoir (4) où elles ne sont plus soumises à la puissance de l'effet cyclonique supprimant, par conséquent, les risques, au bout d'un certain temps, de remonter avec le liquide. Selon une autre caractéristique pour accélérer ce phénomène d'extraction des particules, il est important de créer un flux continu au niveau du réservoir (4) pour maintenir les particules dans ledit réservoir. Dans ce but, l'hydrocyclone travaille en circuit fermé et en dépression. Ainsi, le réservoir (4) est en communication par une conduite (7) ou autre, avec la canalisation de sortie d'eau (3) en combinaison avec un circuit d'aspiration (8). Avantageusement à la sortie du réservoir (4), pour le retour de l'eau en circuit fermé, est monté un filtre (9) de tout type connu et approprié. Un autre problème important que se propose de résoudre l'invention est d'éviter de réinjecter certaines particules qui, sous l'effet de l'oeil du cyclone, ont tendance à remonter. C'est le cas notamment des fines particules. Dans ce but, la portée cylindrique (la) du corps de l'hydrocyclone présente coaxialement, en alignement avec la sortie (3), des moyens aptes à repousser les particules sur la paroi du corps au moment de l'entrée du liquide et à repousser, lors de la remontée du liquide, les éventuelles particules que pourrait encore contenir ledit liquide. Dans une forme de réalisation les moyens sont constitués par une double turbine (10) montée libre en rotation en étant disposée coaxialement à la portée (la) en alignement avec la sortie d'eau (3) comme indiqué. Comme le montre les figures des dessins, cette double turbine (10) est constituée d'une turbine interne (10a) et d'une turbine externe (10b). La turbine interne (10a) présente des pales orientées pour dévier le flux du liquide entrant et par conséquent les particules, contre la paroi du corps. La turbine externe (10b) présente des pales orientées pour dévier les particules vers l'extérieur toujours en direction de la paroi lors de la remontée du liquide. Il résulte donc de ces dispositions que les impuretés et autres particules solides ayant tendance à remonter avec le liquide, sont projetées sur l'extérieur en dehors du flux. Toujours en ayant pour objectif d'améliorer l'efficacité de l'hydrocyclone, la paroi interne de la portée tronconique (lb) présente des agencements pour faciliter le cheminement vers l'apex des particules captées. Ces agencements sont avantageusement constitués par une nervure (1b1) formant une hélicoïde. Selon une autre caractéristique, le réservoir (4) est équipé de moyens aptes à permettre simultanément son alimentation en eau du réseau ou du groupe de filtration et la fermeture de l'hydrocyclone. Le but de ces dispositions est de permettre la vidange du réservoir en relation avec une conduite externe (11) pour l'évacuation des particules solides captées. Par exemple, dans une forme de réalisation ces moyens peuvent être constitués par un système à clapets (12) monté au niveau de la jonction de l'apex de la portée tronconique (lb) avec le réservoir (4), sous la vis sans fin (6). En considérant l'efficacité de la filtration obtenue, le dispositif selon les caractéristiques de l'invention peut être appliqué avantageusement pour la filtration de tout type de particules solides, y compris les fines particules susceptibles d'être contenues dans tout type de liquide ou fluide. Le dispositif trouve une application avantageuse dans le domaine de la filtration des bassins de piscine. Dans ce but, le dispositif est monté en combinaison avec un circuit d'aspiration et de refoulement de l'eau du bassin de la piscine considérée. Par exemple, dans une forme de réalisation, la canalisation (2) de l'entrée d'eau à filtrer est en communication avec l'eau du bassin de la piscine par au moins un skimer. La canalisation (3) d'évacuation de l'eau filtrée est reliée au circuit d'aspiration (8) d'une pompe (12) en vue de son refoulement par une canalisation (13) dans le bassin de la piscine. Les avantages ressortent bien de la description, en particulier on souligne et on rappelle : le fonctionnement de l'hydrocyclone en boucle fermée avec système de circulation par force centrifuge et à effet vortex en son centre en créant un flux continu du liquide dans la partie basse de l'hydrocyclone au niveau du réservoir de décantation, le montage d'une turbine combinée avec une vis sans fin en bas de l'hydrocyclone, sous l'oeil du cyclone, afin d'extraire les particules et les déplacer dans un bac de rétention avec, pour conséquence, d'éviter de reprendre certaines particules préalablement captées et isolées. La double turbine sur le retour de l'hydrocyclone est entrainée par la rotation de l'eau et de repousser les particules solides contre les parois de l'hydrocyclone tant au niveau de l'entrée de l'eau qu'au niveau de sa sortie.