Brevet FR3147722A1 — publié le 20241018

Machine d’hydrocyclone qui possède une partie cylindrique 31 qui est mobile et qui tourne grâce à un moteur qui la fait mettre en rotation dans le même sens que le fluide introduit tangentiellement par un orifice 21 adapté dans l’hydrocyclone, faisant partie d’un tube d’alimentation 22 rattaché au tube intérieur 23, pour accélérer la vitesse du fluide grâce à la rotation de la partie cylindrique 31. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Hydrocyclone accéléré Le domaine de la présente invention concerne celui du tri des produits en vrac par densité à l’aide d’un hydrocyclone. Dans plusieurs domaines de l’industrie, de l’agriculture, du recyclage de matières, de l’assainissement de l’eau ou du traitement de fluides contaminés, il existe l’hydrocyclone pour séparer une fraction de produits flottants d’une fraction de produits coulants. Par hydrocyclone, on désigne une machine qui fonctionne selon l’effet du cyclone en utilisant la force centrifuge et qui remplace le gaz par un liquide tel que l’eau. Le fluide entre en partie haute de l’hydrocyclone de façon tangentielle dans le cylindre et descend en rotation au fur et à mesure en créant un tourbillon autour d’un tube intérieur. Dans la partie conique de l’hydrocyclone, la fraction coulante dans le fluide a tendance à être ralentie. La fraction flottante reste dans le tourbillon. Grâce au fluide introduit de façon continue par la pompe, le fluide est poussé vers le tube intérieur pour remonter en haut dans ce tube. Le diamètre restreint du bas de l’hydrocyclone permet l’évacuation des coulants vers le bas avec un débit minoritaire du flux. Le diamètre adapté du tube intérieur permet que les flottants ressortent par le haut ensemble avec un débit majoritaire du flux. L'état de l'art indique que l’hydrocyclone est capable de séparer une fraction flottante d’une fraction coulante selon la densité du fluide utilisé. Ce procédé de l’hydrocyclone a certains avantages vis-à-vis d’une cuve de séparation par flottaison traditionnelle, notamment celui de la vitesse. La pompe qui injecte le fluide dans l’hydrocyclone accélère le procédé de l’hydrocyclone par rapport à une cuve de séparation par flottaison traditionnelle en rajoutant de la vitesse et ainsi en augmentant le débit de l’hydrocyclone. Pour cela, la dynamique des fluides doit y être adaptée. C’est-à-dire que le fluide doit pouvoir porter les particules suspendues avec la vitesse et la pression qui sont nécessaires à l’intérieur. Selon les applications choisies, un tel hydrocyclone fait par exemple la séparation entre poussière flottante et minerais coulants ou entre plastiques flottants tels que polyéthylène ou polypropylène et plastiques coulants dans l’eau douce tels que PVC ou PET. Il est important que les particules ne dépassent pas une taille supérieure à 20 mm pour que la séparation se fasse selon les possibilités physiques de la dynamique des fluides. La pompe du fluide mélangé avec de différents solides doit produire une pression et une vitesse qui permettent de créer le tourbillon à l’intérieur de l’hydrocyclone. Le pompage de grandes particules, par exemple supérieur à 100 mm, et la création d’un tourbillon dans l’hydrocyclone posent un problème de faisabilité. Il y a peu de pompes adaptées pour cette taille de particules et les dimensions de l’hydrocyclone devraient être adaptées à la granulométrie selon l’état de l’art. Cela demanderait des machines de grande taille. C’est la raison pour laquelle il n’y pas d’hydrocyclones pour des particules de taille supérieure telle que 100 mm par exemple. Au niveau du broyage, on parle d’un déchiquetage quand le broyeur crée des grandes particules, par exemple supérieures à 100 mm, et d’un broyage affinage quand le broyeur crée des petites particules telles que celles de taille inférieure à 20 mm. Dans la valorisation de déchets, il n’existe pas de solution avec hydrocyclone pour les grandes particules issues d’un broyeur déchiqueteur. Un premier objectif de la présente invention est donc de démontrer la viabilité technique d’un hydrocyclone modifié de petite taille pour des grandes particules supérieures à 100 mm. Un procédé de lavage préconise une cuve de séparation par flottaison traditionnelle ou un procédé similaire à la place d’un hydrocyclone qui n’est pas fonctionnel avec les grandes particules. Un deuxième objectif consiste alors à obtenir un procédé économique pour le lavage de grandes particules, par exemple supérieures à 100 mm, à la place d’une cuve de séparation par flottaison traditionnelle. A cet effet, l’invention concerne une machine d’hydrocyclone qui possède une partie cylindrique 31 qui est mobile et qui tourne grâce à un moteur qui la fait mettre en rotation dans le même sens que le fluide introduit tangentiellement par un orifice 21 adapté dans l’hydrocyclone. L’orifice 21 fait partie d’un tube d’alimentation 22 rattaché au tube intérieur 23, car la partie cylindrique 31 étant en rotation, l’orifice 21 ne pourrait pas y être logé. Ainsi, la vitesse du fluide est augmentée grâce à la rotation de la partie cylindrique 31. La pompe d’entrée n’est donc plus le seul organe pour créer et adapter le tourbillon créé à l’intérieur de l’hydrocyclone. Pour des particules de taille importante, la rotation de la partie cylindrique permet de créer un effet de cyclone impossible selon l’état de l’art. Avantageusement, le moteur d’entraînement de la partie cylindrique 31 est réglé par un convertisseur de fréquence en donnant la vitesse adaptée à la partie cylindrique 31 grâce à une transmission adéquate telle qu’une roue dentée ou une courroie 32 entrainée par la roue 33 du moteur. Cette vitesse dépendra du résultat de séparation entre fraction flottante et coulante. Selon une autre caractéristique de l’invention, la surface intérieure de la partie cylindrique 31 possède une rugosité de surface ou des différences de hauteur afin de faciliter l’accélération du tourbillon par la rotation. Idéalement, la partie conique 11 de l’hydrocyclone est réglable verticalement grâce à un vérin ou une vis de réglage 12 dont la partie fixe 13 est rattachée au cadre fixe de la machine. Ainsi, la hauteur fonctionnelle de l’hydrocyclone est réglable afin d’influencer la descente de la fraction coulante. Pour un fonctionnement sans fuite, idéalement, une étanchéité est créée entre la partie cylindrique 31 rotative et la partie conique 11, coulissant grâce à une étanchéité à lèvre ou grâce à un joint torique 14. Selon une autre caractéristique de l’invention, le tube intérieur 23 est réglé par une vis de réglage 24 dont la partie fixe 25 est installée sur le cadre fixe de la machine pour adapter la remontée des produits flottants dans le tube intérieur 23. Donc, la profondeur du tube intérieur est réglable pour influencer la remontée de la fraction flottante. Pour un fonctionnement facilité, idéalement, le tube intérieur 23, le tube d’alimentation 22 et le couvercle 26 constituent un ensemble vissé, collé ou soudé créant ainsi une partie supérieure fixe. Pour un fonctionnement sans fuite, idéalement, une étanchéité est créée entre la partie cylindrique 31 rotative et le couvercle 26 grâce à une étanchéité à lèvre ou grâce à un joint torique 27. Selon l’état de l’art, le tube d’alimentation rentre de façon tangentielle dans la partie cylindrique du cyclone. Comme la partie cylindrique de l’invention est mobile, il convient de déplacer l’attachement du tube d’alimentation vers la partie supérieure fixe. Une autre caractéristique de l’invention consiste dans le fait que le tube d’alimentation 22 est attaché au tube intérieur 23, tout en gardant l’introduction tangentielle du flux à l’intérieur de la partie cylindrique 31. Idéalement, le tube d’alimentation 22 crée un tube circulaire autour du tube de l'intérieur 23. montre une coupe qui visualise la totalité des éléments de la machine mis à part les parties 32 et 33. montre une vue partielle par le dessus selon la coupe A-A pour indiquer les parties 32 et 33. montre une vue partielle par le dessus selon la coupe B-B pour indiquer notamment l’arrivée du tube 22 autour du tube intérieur 23. La machine selon l’invention représente une forme d’hydrocyclone accéléré grâce à des éléments permettant d’adapter le fonctionnement de la machine à des produits entrants très différents. La partie inférieure de la machine selon l’invention est composée de la partie conique 11 de l’hydrocyclone, de la vis de réglage de hauteur 12, de la partie fixe 13 qui relie cette vis de réglage au cadre de la machine, et de l’étanchéité, idéalement par joint torique 14, avec la partie cylindrique 31 rotative. La vis de réglage 12 permet d’extraire vers le bas la partie conique 11 de la partie cylindrique 31 pour rallonger la hauteur fonctionnelle de l’hydrocyclone. Pour cette raison, la sortie du bas 15 possède un lien flexible avec la tuyauterie en aval de la machine pour la fraction sortante coulante. Le réglage de la hauteur fonctionnelle est utile pour l’usage de la machine avec des formes de tourbillons de fluide variables selon la taille des particules entrantes ainsi que la pression appliquée par la pompe d’entrée. Selon l’état de l’art, le diamètre de la sortie du bas 15 est adapté grâce à des brides de différents diamètres. La partie cylindrique 31 possède un disque entraîné 34 sous forme de roue dentée ou idéalement une roue de courroie qui est connectée par la courroie 32 à la roue 33 du moteur. Idéalement, ce moteur est équipé d’un convertisseur de fréquence pour adapter la vitesse de rotation aux besoins des produits entrants. La partie supérieure fixe possède plusieurs fonctions intégrées dans cette partie fixe rattachée au cadre de la machine. L’orifice 21 permet une introduction tangentielle des produits entrants mélangés au fluide. L’hydrocyclone est alimenté par un tube d’alimentation 22 qui est chargé en pression par la pompe. La vis de réglage 24, rattachée au cadre de la machine grâce à la partie fixe 25 de la vis, permet de régler la profondeur avec laquelle le tube intérieur 23 est plongé à l’intérieur de la partie cylindrique 31 de l’hydrocyclone. Pour simplifier le montage et le réglage, le tube d’alimentation 22, le tube intérieur 23 et le couvercle 23 créent un ensemble fixé sur le châssis ou le support de la machine. Dans ce cas, la vis de réglage 24 fait monter ou descendre la totalité de la partie supérieure y compris le couvercle 26 et le tube d’alimentation 22. Pour garder une étanchéité du fluide, le couvercle possède une étanchéité efficace. Un joint torique 27 est la solution la plus simple selon l’état de l’art. Pour cette raison, ce tube d’alimentation 22 et le tube intérieur 23 de la fraction sortante flottante possèdent un lien flexible avec la tuyauterie en amont vers la pompe et pour la tuyauterie en aval pour la fraction flottante respectivement. Les deux vis de réglage 12 et 24 permettent de créer une machine dont le résultat de séparation est adaptable à tout moment en cas de changement des caractéristiques des produits entrants. Ainsi, une cuve de séparation par flottaison traditionnelle s’avère plus exigeante au niveau d’espace et par rapport à son prix en comparaison avec un hydrocyclone accéléré, vu la lenteur du débit entrant d’une telle cuve. Machine d’hydrocyclone qui possède une partie cylindrique 31 qui est mobile et qui tourne grâce à un moteur qui la fait mettre en rotation dans le même sens que le fluide introduit tangentiellement par un orifice 21 adapté dans l’hydrocyclone, faisant partie d’un tube d’alimentation 22 rattaché au tube intérieur 23, pour accélérer la vitesse du fluide grâce à la rotation de la partie cylindrique 31. Machine selon la revendication 1 caractérisée par le fait que le moteur d’entraînement de la partie cylindrique 31 est réglé par un convertisseur de fréquence en donnant la vitesse adaptée à la partie cylindrique 31 grâce à une transmission adéquate telle qu’une roue dentée ou une courroie 32 entrainée par la roue 33 du moteur. Machine selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la surface intérieure de la partie cylindrique 31 possède une rugosité de surface ou des différences de hauteur afin de faciliter l’accélération du tourbillon par la rotation. Machine selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la partie conique 11 de l’hydrocyclone est réglable verticalement grâce à un vérin ou une vis de réglage 12 dont la partie fixe 13 est rattachée au cadre fixe de la machine. Machine selon la revendication 1 caractérisée par le fait qu’une étanchéité est créée entre la partie cylindrique 31 rotative et la partie conique 11 coulissant grâce à une étanchéité à lèvre ou grâce à un joint torique 14. Machine selon la revendication 1 caractérisée par le fait que le tube intérieur 23 est réglé par une vis de réglage 24 dont la partie fixe 25 est installée sur le cadre fixe de la machine pour adapter la remontée des produits flottants dans le tube intérieur 23. Machine selon la revendication 1 caractérisée par le fait que le tube intérieur 23, le tube d’alimentation 22 et le couvercle 26 constituent un ensemble vissé, collé ou soudé créant ainsi une partie supérieure fixe. Machine selon la revendication 1 caractérisée par le fait qu’une étanchéité est créée entre la partie cylindrique 31 rotative et le couvercle 26 grâce à une étanchéité à lèvre ou grâce à un joint torique 27. Machine selon la revendication 1 caractérisée par le fait que le tube d’alimentation 22 est attaché au tube intérieur 23, tout en gardant l’introduction tangentielle du flux à l’intérieur de la partie cylindrique 31. Machine selon la revendication 1 caractérisée par le fait que le tube d’alimentation 22 crée un tube circulaire autour du tube intérieur 23.