FR2642662A1 - Device and process for separating solid particles present in a gas and apparatus comprising such a device - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF ET PROCEDE DE SéPARATION DES
PARTICULES SOLIDES PRESENTES DANS UN GAZ
ET APPAREIL COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF
L'invention se rapporte principalement à un dispositif et à un procédé de séparation des particules solides présentes dans un gaz et à un appareil comportant un tel dispositif.DEVICE AND METHOD FOR SEPARATING
SOLID PARTICLES PRESENT IN GAS
AND APPARATUS COMPRISING SUCH A DEVICE
The invention relates mainly to a device and a method for separating solid particles present in a gas and to an apparatus comprising such a device.
Il est connu d'utiliser des filtres pour séparer des particules solides en suspension dans un gaz De tels filtres permettent l'élimination très poussée des particules solides mais ont une fiabilité faible. De tels appareils de dépoussiérage ont tendance à perdre rapidement de leur efficacité au fur et à mesure que les filtres sont encrassés et par suite le débit diminue. L'encrassement est d'autant plus important que le diamètre des particules est grand. It is known to use filters to separate solid particles suspended in a gas. Such filters allow very thorough elimination of solid particles but have low reliability. Such dust collectors tend to quickly lose their effectiveness as the filters are clogged and as a result the flow decreases. Clogging is all the more important the larger the particle diameter.
Le dispositif selon la. présente invention comporte au moins un dispositif de - centrifugation. Des particules solides plus denses sont rejetées vers l'extérieur dans un gaz en rotation. Il suffit à cet endroit de retirer ces particules par exemple avec du gaz dont la concentration en poussières a augmenté et de prélever le gaz dépoussiéré par exemple au voisinage de l'axe de rotation. Il est bien entendu possible, sans sortir du cadre de la présente invention d'utiliser par la suite sur l'air partiellement dépoussiéré des filtres permettant l'élimination des particules solides résiduelles. On utilise par exemple des filtres métalliques de type connu.L'avantage du dispositif selon la présente invention réside notamment dans le fait que la durée de vie de ces filtres est prolongée dans la mesure où seule une faible partie de poussières qui a échappé à la séparation par centrifugation atteint les filtres
Avantageusement, on utilise des filtres nettoyables. De plus, la centrifugation est treks complémentaire du filtrage dans la mesure où elle est particulièrement efficace pour éliminer des particules de gros diamètre qui sinon risqueraient d'encrasser très rapidement le filtre.The device according to the. present invention comprises at least one device - centrifugation. Denser solid particles are released to the outside in a rotating gas. At this point, it suffices to remove these particles, for example with gas, the dust concentration of which has increased, and to remove the dusted gas, for example in the vicinity of the axis of rotation. It is of course possible, without departing from the scope of the present invention, to use subsequently on the partially dusted air filters allowing the elimination of residual solid particles. For example, metal filters of known type are used. The advantage of the device according to the present invention resides in particular in the fact that the life of these filters is prolonged insofar as only a small part of dust which has escaped the separation by centrifugation reaches the filters
Advantageously, cleanable filters are used. In addition, centrifugation is very complementary to filtering in that it is particularly effective in removing particles of large diameter which would otherwise risk clogging the filter very quickly.
Le dispositif selon la présente invention est particulièrement performant pour le dépoussiérage de l'air pour les dispositifs d'asservissement pneumatiques ou pour les paliers à air, notamment utilisés pour la climatisation d'aéronef. The device according to the present invention is particularly efficient for dedusting air for pneumatic servo devices or for air bearings, in particular used for air conditioning of aircraft.
Dans une première variante de réalisation du dispositif selon la présente invention on obtient la rotation du gaz par une rotation rapide d'une hélice. In a first alternative embodiment of the device according to the present invention, the rotation of the gas is obtained by a rapid rotation of a propeller.
Dans une seconde variante du dispositif selon la présente réalisation la rotation du gaz est obtenue par la géométrie du dispositif. Il comporte une prise tangentielle dans un tube, les poussières venant se plaquer sur les parois du tube. In a second variant of the device according to the present embodiment, the rotation of the gas is obtained by the geometry of the device. It has a tangential grip in a tube, the dust coming to settle on the walls of the tube.
L'invention a principalement pour objet un dispositif de séparation de particules d'un gaz, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de mise en rotation du gaz, et des moyens de prélèvement du gaz dépoussiéré proche d'un axe de rotation du gaz. The invention mainly relates to a device for separating particles from a gas, characterized in that it comprises means for rotating the gas, and means for taking off the dusted gas close to an axis of rotation. some gas.
L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte en sa périphérie des moyens pour l'élimination de particules solides séparées. The invention also relates to a device characterized in that it comprises at its periphery means for the removal of separate solid particles.
L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait que la vitesse de rotation du gaz est telle qu'il sépare au moins 60% de particules dont le diamètre est compris entre 5,um et 100con. The invention also relates to a device characterized in that the speed of rotation of the gas is such that it separates at least 60% of particles whose diameter is between 5 μm and 100 μm.
L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait qui comporte un filtre destiné à arrêter les particules qui n'ont pas pu être séparées lors de la centrifugation. The invention also relates to a device characterized by the fact which comprises a filter intended to stop the particles which could not be separated during centrifugation.
L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte une hélice dont la rotation, par effet vortex met en rotation le gaz. The invention also relates to a device characterized in that it comprises a propeller whose rotation, by vortex effect rotates the gas.
L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte une chambre de centrifugation avec une prise de gaz tangentielle
L'invention a également pour objet une turbomachine comportant une turbine et un palier à air, caractérisée par le fait qu'elle comporte un dispositif.The invention also relates to a device characterized in that it comprises a centrifugation chamber with a tangential gas intake
The invention also relates to a turbomachine comprising a turbine and an air bearing, characterized in that it comprises a device.
L'invention a aussi pour objet un dispositif de climatisation d'aéronef, caractérisé par le fait qu'il comporte une turbomachine. The invention also relates to an aircraft air conditioning device, characterized in that it comprises a turbomachine.
L'invention a aussi pour objet un dispositif d'asservissement pneumatique, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de séparation de particules d'un gaz. The invention also relates to a pneumatic servo device, characterized in that it comprises a device for separating particles from a gas.
L'invention a également pour objet un procédé de séparation de particules solides d'un gaz, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes
- pénétration du gaz tangentiellement dans une chambre de centrifugation
- prélèvement du gaz dépoussiéré près de son axe de rotation
- élimination de poussières au niveau d'au moins une paroi de la chambre de centrifugation.The invention also relates to a method for separating solid particles from a gas, characterized in that it comprises the steps
- penetration of the gas tangentially into a centrifuge chamber
- sampling of the dusted gas near its axis of rotation
- elimination of dust at at least one wall of the centrifuge chamber.
L'invention a aussi pour objet un dispositif comportant un palier à air, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de refroidissement du palier comportant un dispositif de séparation de particules d'un gaz. The invention also relates to a device comprising an air bearing, characterized in that it comprises a device for cooling the bearing comprising a device for separating particles from a gas.
L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées données comme des exemples non limitatif s parmi lesquels
- la figure 1 est un schéma illustrant le principe mis en oeuvre dans le dispositif selon la présente invention ;
- la figure 2 est un schéma d'un premier exemple de réalisation d'un dispositif selon la présente invention
- la figure 3 est un schéma d'un deuxième exemple de réalisation d'un dispositif selon la présente invention
- la figure 4 est un exemple d'un dispositif de refroidissement d'aéronef selon la présente invention ;
- la figure 5 est un schéma d'un dispositif de refroidissement de palier à air selon la présente invention.The invention will be better understood by means of the description below and the appended figures given as nonlimiting examples s among which
- Figure 1 is a diagram illustrating the principle implemented in the device according to the present invention;
- Figure 2 is a diagram of a first embodiment of a device according to the present invention
- Figure 3 is a diagram of a second embodiment of a device according to the present invention
- Figure 4 is an example of an aircraft cooling device according to the present invention;
- Figure 5 is a diagram of an air bearing cooling device according to the present invention.
Sur les figures 1 à 5, on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments. In FIGS. 1 to 5, the same references have been used to designate the same elements.
Sur la figure 1, on peut voir le principe mis en oeuvre dans le dispositif selon la présente invention. Un gaz est mis en rotation sensiblement autour d'un axe 1. Les particules par exemple des poussières solides 2 sont mises en rotation avec ce gaz. Les particules solides étant plus denses que le gaz, par exemple de l'air, bien que mises en rotation par le gaz subissent non seulement l'entrainement selon le - vecteur vitesse 4 mais aussi une force centrifuge N référencée 3 sur la figure. Cette force centrifuge fait que les particules ont tendance a aller vers l'extérieur et donc l'air au niveau de l'axe 1 est, au moins parfiellement dépoussiéré.L'efficacité du dépoussiérage dépend principalement de la vitesse de rotation du gaz, du temps du processus de centrifugation, de la taille et de la densité des particules. Dans l'exemple de réalisation du dispositif selon la présente invention, on a obtenu selon les vitesses et les tailles des particules utilisées une séparation comprise entre 60 et 90% des particules solides suivant leur taille par exemple comprise entre 5 et 100 Cun. Une augmentation de la vitesse de rotation permet une élimination supérieure à 80% de toutes particules comprises entre 5 et 100 llm de diamètre
Sur la figure 2, on peut voir un dispositif de dépollution d'air å hélice 21. Le dispositif comporte une entrée 22 d'air comportant des particules de poussières 2. L'air est mis en mouvement par une hélice 21. La forme de l'hélice est illustrée en 21B. On utilise par exemple des hélices vendues par la Société PALL. L'hélice utilisée sur la figure 2 est sensiblement plane. Dans le plan de l'hélice est située la sortie d'air dépolluée 23. Par contre, les poussières sont éjectées sur les côtés 24 de l'appareil~ pour être entraînées par l'air pollué à la sortie 25. Ainsi à partir entre les entrées et sorties 23 et 25 la concentration des particules de poussières a été augmentée à la sortie 25 et a été diminuée à la sortie 23. In Figure 1, we can see the principle implemented in the device according to the present invention. A gas is rotated substantially around an axis 1. The particles, for example solid dust 2 are rotated with this gas. The solid particles being denser than the gas, for example air, although rotated by the gas undergo not only the drive according to the - speed vector 4 but also a centrifugal force N referenced 3 in the figure. This centrifugal force makes the particles tend to go outwards and therefore the air at the level of axis 1 is, at least perfectly dusted. The efficiency of dusting depends mainly on the speed of rotation of the gas, the time of the centrifugation process, size and density of the particles. In the embodiment of the device according to the present invention, a separation of between 60 and 90% of the solid particles according to their size, for example between 5 and 100 Cun, has been obtained according to the speeds and sizes of the particles used. An increase in the speed of rotation allows elimination of more than 80% of all particles between 5 and 100 µm in diameter
In FIG. 2, one can see an air pollution control device with a propeller 21. The device has an air inlet 22 comprising dust particles 2. The air is set in motion by a propeller 21. The shape of the propeller is illustrated in 21B. For example, propellers sold by the company PALL are used. The propeller used in Figure 2 is substantially planar. In the plane of the propeller is located the depolluted air outlet 23. On the other hand, the dust is ejected on the sides 24 of the device ~ to be entrained by the polluted air at the outlet 25. Thus from inputs and outputs 23 and 25 the concentration of dust particles was increased at output 25 and was decreased at output 23.
Sur la figure 2, on a utilisé des flèches noire s pour indiquer le cheminement des particules de poussières et des flèches blanches pour indiquer le cheminement de l'air dépollué. In Figure 2, black arrows s were used to indicate the path of the dust particles and white arrows to indicate the path of the cleaned air.
Sur la figure 3j on peut voir une vue de dessus 3A et une vue en coupe 3B d'un exemple de dépoussiérage d'air å entrée tangentielle. Le dispositif comporte une chambre de centrifugation 30, une entrée d'air 22 et une sortie d'air dépoussiéré 23, une sortie d'air pollué 25. L'entrée d'air 22 est raccordée tangentiellement à la chambre de centrifugation 30. Dans l'exemple illustré sur la figure3, l'entrée est placée sur les côtés d'une chambre cylindrique. L'air a par exemple un écoulement sensiblement hélicoïdal. L'air chargé de poussières venant se plaque contre les parois de la chambre de centrifugation 30. Le dispositif comporte une prise d'air dépollué sur l'axe du cylindre et une sortie 25 d'air pollué sensiblement en bas et sur la périphérie de la chambre 30. In FIG. 3j one can see a top view 3A and a sectional view 3B of an example of air dedusting at tangential inlet. The device comprises a centrifuge chamber 30, an air inlet 22 and a dedusted air outlet 23, a polluted air outlet 25. The air inlet 22 is tangentially connected to the centrifuge chamber 30. In the example illustrated in figure 3, the entry is placed on the sides of a cylindrical chamber. Air, for example, has a substantially helical flow. The dust-laden air comes against the walls of the centrifuge chamber 30. The device comprises a clean air intake on the axis of the cylinder and an outlet 25 of polluted air substantially at the bottom and on the periphery of room 30.
Avantageusement, le dispositif selon la présente invention comporte un filtre 6 nettoyable. Dans l'exemple illustré sur la figure 3, le filtre 6 nettoyable est placé par exemple sur l'axe du cylindre. Il permet d'éliminer les résidus de poussière qui sinon sortiraient par la sortie 23. Advantageously, the device according to the present invention comprises a cleanable filter 6. In the example illustrated in FIG. 3, the cleanable filter 6 is placed for example on the axis of the cylinder. It eliminates dust residues which would otherwise exit through outlet 23.
Ltefficacité du filtre est particulièrement augmentée par le fait que 90% de poussières ont déjà été éliminées par la séparation par centrifugation. Ainsi il est possible d'obtenir un air particulièrement pur tout en utilisant un système fiable car les filtres risquent moins de se boucher que dans le cas de dispositifs classiques. La sûreté de fonctionnement est particulièrement importante dans le cas de dispositifs aéronautiques comme par exemple les dispositifs de refroidissement de paliers à air comme celui illustré sur la figure 5. The efficiency of the filter is particularly increased by the fact that 90% of dust has already been removed by separation by centrifugation. Thus it is possible to obtain a particularly pure air while using a reliable system because the filters are less likely to clog than in the case of conventional devices. Operational reliability is particularly important in the case of aeronautical devices such as, for example, air bearing cooling devices such as that illustrated in FIG. 5.
Sur la figure 4, on peut voir un dispositif de refroidissement d'aéronef 10 selon la présente invention. In FIG. 4, an aircraft cooling device 10 according to the present invention can be seen.
L'aéronef 10 comporte une cabine 9 que l'on veut pouvoir climatiser. Le dispositif selon la présente invention prélève de l'air sous pression, par exemple au niveau des réacteurs 8. On effectue le dépoussiérage par centrifugation dans un dispositif de centrifugation 12. D'éventuelles particules qui auraient échappé à la séparation par centrifugation sont recueillies par un filtre avantageusement métallique et nettoyable 6. L'air dépoussiéré passe dans un dispositif de refroidissement 7 de type connu avant d'être injecté dans la cabine 9. Le dispositif de cllmatisatlon 7 de type connu comporte par exemple un échangeur de chaleur, un dispositif de détente avantageusement à turbomachine monté sur palier a air. Avantageusement l'énergie de détente dans la turbomachine est récupérée.Sur la figure 4, par simplification seule la prise sur un seul de réacteur 8 de l'aéronef 10 a été représentée. Il est bien entendu que les dispositifs utilisant des prises d'air sur une pluralité de réacteurs d'un aéronef 10 ne sortent pas du cadre de la présente invention.The aircraft 10 comprises a cabin 9 which it is desired to be able to air condition. The device according to the present invention takes pressurized air, for example from the reactors 8. The dedusting is carried out by centrifugation in a centrifuging device 12. Any particles which have escaped separation by centrifugation are collected by an advantageously metallic and cleanable filter 6. The dusted air passes through a cooling device 7 of known type before being injected into the cabin 9. The cllmatisatlon device 7 of known type comprises for example a heat exchanger, a device advantageously with a turbomachine mounted on an air bearing. Advantageously, the expansion energy in the turbomachine is recovered. In FIG. 4, for simplification only the connection to a single reactor 8 of the aircraft 10 has been shown. It is understood that the devices using air intakes on a plurality of reactors of an aircraft 10 do not depart from the scope of the present invention.
Sur la figure 5r on peut voir un dispositif de refroidissement de palier à air. De tels paliers connus en soi permettent une rotation sans frottement. De tels dispositifs utilisent un film d'air placé entre un rotor et un ensemble de feuilles du stator. Notamment par suite dtoscfflations le film d'air s'échauffe. Le refroidissement du film d'air permet d'augmenter les performances des paliers à air et notamment leur tenue en charge. Pour le bon fonctionnement des paliers à air il est impératif qu'ils ne soient pas perturbés par la présence de poussière. Le dispositif illustré sur la figure 5 comporte une prise d'air 22, un dispositif de dépollution 12 par exemple tel qu'illustré sur la figure 3 et comportant deux prises 23 connectées à deux paliers à air 14.De plus, il comporte avantageusement une troisième prise référencée 15 pour d'autres applications pouvant nécessiter de l'air dépollué. Le dispositif de refroidissement de paliers à film d'air selon la présente invention est particulièrement performant et fiable car malgré son poids réduit, on garantie la fourniture d'un air dépoussiéré pour refroidir le palier. In Figure 5r we can see an air bearing cooling device. Such bearings known per se allow rotation without friction. Such devices use an air film placed between a rotor and a set of stator sheets. In particular as a result of oscillations, the air film heats up. The cooling of the air film makes it possible to increase the performance of the air bearings and in particular their load carrying capacity. For the correct functioning of the air bearings it is imperative that they are not disturbed by the presence of dust. The device illustrated in FIG. 5 comprises an air intake 22, a pollution control device 12 for example as illustrated in FIG. 3 and comprising two sockets 23 connected to two air bearings 14.Moreover, it advantageously comprises a third outlet referenced 15 for other applications which may require clean air. The air film bearing cooling device according to the present invention is particularly efficient and reliable because, despite its reduced weight, it guarantees the supply of dedusted air to cool the bearing.
Il est bien entendu que les dispositifs 5,6 et 7 sont normalement inclus dans la structure de l'aéronef 10. Ils ne sont représentés à itextérieur que pour la clarté de la figure 4. It is understood that the devices 5, 6 and 7 are normally included in the structure of the aircraft 10. They are shown outside only for the clarity of FIG. 4.
Le dispositif selon la présente Invention s'applique à la séparation des particules solides ou avantageusement liquides à partir d'un gaz. Le dispositif selon la présente invention s'applique principalement au dépoussiérage de l'air notamment pour dispositifs de climatisation d'enceintes d'aéronef. The device according to the present invention applies to the separation of solid or advantageously liquid particles from a gas. The device according to the present invention applies mainly to dust removal from the air, in particular for air conditioning systems for aircraft enclosures.
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