FR2784313A1 - DEVICE FOR CREATING A VIRTUAL EFFECT IN A FLUIDIC FLOW - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF POUR CREER UN EFFET TOURBILLONNAIREDEVICE FOR CREATING A VIRTUAL EFFECT
DANS UN ECOULEMLENT FLUIDIQUEIN A FLUIDIC FLOW
L'invention se rattache au secteur technique de la séparation et (ou) The invention relates to the technical sector of separation and / or
du mélange de particule solide, liquide ou gazeuse. mixture of solid, liquid or gaseous particles.
Le problème que se propose de résoudre l'invention est de créer à volonté, dans un écoulement fluidique, un effet tourbillonnaire pour obtenir soit une séparation de phases de densité différente, soit un mélange très intime de phases de densités voisines, soit enfin une mise en contact très intime de phases différentes, pour obtenir un phénomène physico-chimique, The problem which the invention proposes to solve is to create at will, in a fluid flow, a vortex effect to obtain either a separation of phases of different density, or a very intimate mixture of phases of neighboring densities, or finally a setting in very intimate contact of different phases, to obtain a physico-chemical phenomenon,
ou biologique.or organic.
1 5 Pour créer cet effet tourbillonnaire, il est nécessaire d'interposer, dans le trajet du ou des fluides chargés ou non de particules, une suite d'obstacles, dont le nombre et la position sont déterminés pour que l'écoulement fluidique passe d'une zone d'accélération, correspondant à une compression, à une zone de décélération, correspondant à une détente. La succession des phénomènes d'accélération et de décélération génère autour 1 5 To create this vortex effect, it is necessary to interpose, in the path of the fluid or fluids charged or not with particles, a series of obstacles, the number and position of which are determined so that the fluid flow passes through an acceleration zone, corresponding to compression, to a deceleration zone, corresponding to expansion. The succession of acceleration and deceleration phenomena generates around
de la zone de décélération l'effet tourbillonnaire recherché. from the deceleration zone the desired vortex effect.
Différentes solutions techniques ont été proposées pour tenter de résoudre ce problème. On peut citer par exemple l'enseignement du brevet Various technical solutions have been proposed in an attempt to resolve this problem. We can cite for example the teaching of the patent
FR 2.677.269.FR 2,677,269.
Pour l'essentiel, ce brevet enseigne un dispositif de filtration et de séparation de particules en suspension comprenant une pluralité d'éléments juxtaposés disposés en position d'imbrication. La section transversale des For the most part, this patent teaches a device for filtering and separating suspended particles comprising a plurality of juxtaposed elements arranged in the nesting position. The cross section of
2 27843132 2784313
éléments délimite plusieurs chambres séparées dont le nombre et le profil sont déterminés pour que les parties imbriquées de deux éléments juxtaposés soient aptes à constituer plusieurs changements de sections successifs. On peut citer également l'enseignement des brevets EP 0 206 204 et WO 88/04952 qui décrivent des solutions techniques basées sur le même principe que celui énoncé ci-dessus et o l'effet tourbillonnaire est créé par une imbrication de certaines parties constitutives de la section transversale elements delimits several separate chambers whose number and profile are determined so that the nested parts of two juxtaposed elements are able to constitute several successive changes of sections. We can also cite the teaching of patents EP 0 206 204 and WO 88/04952 which describe technical solutions based on the same principle as that stated above and where the vortex effect is created by a nesting of certain constituent parts of cross section
des éléments du dispositif.elements of the device.
Compte tenu des profils particuliers en section des éléments, il en résulte un coût relativement important et une fabrication pratiquement limitée à un seul matériau, l'aluminium. De même, l'imbrication des profils i 5 en section a tendance à limiter le débit d'air ou autre. On observe également que l'effet tourbillonnaire obtenu est généralement elliptique, alors que Given the particular profiles in section of the elements, this results in a relatively high cost and a production practically limited to a single material, aluminum. Similarly, the nesting of profiles i 5 in section tends to limit the air flow or the like. We also observe that the swirl effect obtained is generally elliptical, while
l'effet tourbillonnaire considéré comme idéal doit être cylindrique. the vortex effect considered to be ideal must be cylindrical.
L'invention s'est fixée pour but de remédier à ces inconvénients, de The object of the invention is to remedy these drawbacks,
manière simple, sûre, efficace et rationnelle. simple, safe, efficient and rational way.
Le problème que se propose de résoudre l'invention est d'améliorer et d'optimiser l'effet tourbillonnaire, en réduisant de manière significative les coûts par une sélection d'un type particulier d'éléments et, par une disposition spécifique des éléments entre eux, en ayant la possibilité de The problem which the invention proposes to solve is to improve and optimize the swirling effect, by significantly reducing the costs by selecting a particular type of element and, by a specific arrangement of the elements between them, having the opportunity to
fabriquer lesdits éléments dans différents matériaux (métal, plastique,.. .). manufacture said elements in different materials (metal, plastic, ...).
3 27843133,2784313
Pour résoudre un tel problème, il a été conçu et mis au point un dispositif pour créer un effet tourbillonnaire dans un écoulement fluidique comprenant une pluralité d'éléments rectilignes disposés en juxtaposition et dans un plan sensiblement perpendiculaire audit écoulement, remarquable en ce que: - chacun des éléments a une section transversale profilée sensiblement sous forme d'un U renversé en délimitant deux ailes latérales sensiblement parallèle réunies par une aile transversale commune; - les éléments sont disposés selon au moins deux rangées parallèles; - les éléments d'une même rangée sont juxtaposés d'une manière non jointive en laissant subsister, sur la totalité de leur longueur, un interstice; - les éléments de deux rangées consécutives sont décalés de sorte que les interstices des éléments de l'une des rangées sont disposés en regard des ailes communes transversales des éléments de l'autre rangée; To solve such a problem, a device has been designed and developed to create a vortex effect in a fluid flow comprising a plurality of rectilinear elements arranged in juxtaposition and in a plane substantially perpendicular to said flow, remarkable in that: - each of the elements has a profiled cross section substantially in the form of an inverted U by delimiting two substantially parallel lateral wings joined by a common transverse wing; - The elements are arranged in at least two parallel rows; the elements of the same row are juxtaposed in a non-contiguous manner, leaving a gap over their entire length; - The elements of two consecutive rows are offset so that the interstices of the elements of one of the rows are arranged opposite the common transverse wings of the elements of the other row;
- l'ensemble des éléments sont assujettis à un cadre support. - all elements are subject to a support frame.
Selon une autre caractéristique, compte tenu du problème posé à résoudre, l'entraxe entre deux éléments considérés selon deux rangées consécutives distinctes, est égal à la moitié de l'entraxe entre deux éléments According to another characteristic, taking into account the problem to be solved, the distance between two elements considered in two distinct consecutive rows, is equal to half of the distance between two elements
d'une même rangée.in the same row.
A partir de cette conception de base, le dispositif trouve de nombreuses applications parmi lesquelles on peut citer, à titre indicatif nullement limitatif: From this basic design, the device finds numerous applications among which we can cite, by way of non-limiting indication:
4. 27843134. 2784313
- mélangeur de liquide ou oxygénateur d'eau, unité de lavage de gaz, préfiltre dans une centrale de traitement d'air avec plusieurs étages de filtration, cellule réceptrice électrofiltre dans une centrale de traitement d'air, hotte de cuisine pour le traitement des graisses et odeurs, transfert de gaz, traitement des eaux résiduaires urbaines et industrielles... 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 coupe transversale et à caractère schématique montrant le principe à la base du dispositif; - la figure 2 est une vue en perspective correspondant à la figure 1; - la figure 3 est une vue à caractère schématique montrant un exemple de montage des éléments du dispositif, selon plusieurs rangées ou étages; 1 5 - la figure 4 est une vue semblable à la figure 3 d'une autre forme de réalisation des éléments; - la figure 4A est, à plus grande échelle, une vue partielle correspondant à la figure 4 et montrant l'effet tourbillonnaire obtenu, du - liquid mixer or water oxygenator, gas washing unit, prefilter in an air handling unit with several filtration stages, electrofilter receiving cell in an air handling unit, kitchen hood for processing greases and odors, gas transfer, treatment of urban and industrial waste water ... The invention is set out below in more detail with the aid of the figures of the appended drawings in which: - Figure 1 is a sectional view transverse and schematic showing the principle at the base of the device; - Figure 2 is a perspective view corresponding to Figure 1; - Figure 3 is a schematic view showing an example of mounting the elements of the device, in several rows or stages; 1 5 - Figure 4 is a view similar to Figure 3 of another embodiment of the elements; - Figure 4A is, on a larger scale, a partial view corresponding to Figure 4 and showing the swirl effect obtained,
type cylindrique.cylindrical type.
- la figure 5 est un exemple de réalisation du dispositif dans lequel les éléments sont équipés d'un tube pour la circulation d'un fluide caloporteur; - la figure 6 montre une utilisation du dispositif en tant que cellule réceptrice d'électrofiltre; - la figure 7 montre une utilisation du dispositif en tant que mélangeur de liquide ou oxygénérateur d'eau; - Figure 5 is an embodiment of the device in which the elements are equipped with a tube for the circulation of a heat transfer fluid; - Figure 6 shows a use of the device as an electrostatic precipitator cell; - Figure 7 shows a use of the device as a liquid mixer or water oxygenator;
5. 27843135. 2784313
- la figure 8 montre une utilisation du dispositif en tant qu'unité de - Figure 8 shows a use of the device as a unit of
lavage de gaz, ou d'accélérateur de dissolution d'un gaz dans un liquide. gas washing, or accelerator for dissolving a gas in a liquid.
- la figure 9 montre l'utilisation du dispositif dans une centrale de traitement d'air comme préfiltre avec plusieurs étages de filtration; - la figure 10 montre l'utilisation du dispositif dans une centrale de traitement d'air comme cellule réceptrice d'électrofiltre; - la figure 11 montre le schéma de principe d'un mélangeur de liquide ou d'un oxygénateur d'eau ou d'un fermenteur biologique; - la figure 12 montre le schéma de principe d'un laveur d'air équipé du dispositif selon l'invention (ozonisation de l'eau); - la figure 13 montre le schéma de fonctionnement d'un laveur d'air (chimique ou biologique) avec tous ses composants, équipé du dispositif selon l'invention; - la figure 14 montre le schéma de fonctionnement d'une hotte, i 5 notamment de cuisine, d'aspiration fonctionnant en lavage de buées grasses, afin d'agir à la fois sur les graisses et les odeurs au moyen du dispositif - Figure 9 shows the use of the device in an air handling unit as a prefilter with several filtration stages; - Figure 10 shows the use of the device in an air handling unit as an electrostatic precipitator cell; - Figure 11 shows the block diagram of a liquid mixer or a water oxygenator or a biological fermenter; - Figure 12 shows the block diagram of an air washer equipped with the device according to the invention (ozonization of water); - Figure 13 shows the operating diagram of an air washer (chemical or biological) with all its components, equipped with the device according to the invention; - Figure 14 shows the operating diagram of a hood, i 5 in particular of kitchen, of suction working in washing of fatty fumes, in order to act at the same time on greases and odors by means of the device
selon l'invention.according to the invention.
Le dispositif comprend une pluralité d'éléments rectilignes (1) disposés en juxtaposition et dans un plan sensiblement perpendiculaire au trajet du flux d'air, de liquide ou autre à traiter. L'ensemble des éléments (1) The device comprises a plurality of rectilinear elements (1) arranged in juxtaposition and in a plane substantially perpendicular to the path of the flow of air, liquid or other to be treated. All elements (1)
sont assujettis à un cadre support (2). are subject to a support frame (2).
Selon les caractéristiques à la base de l'invention, chacun des éléments (1) a une section transversale profilée essentiellement sous forme d'un U renversé. Plus généralement, le profil de chacun des éléments (1) est déterminé pour délimiter deux ailes latérales sensiblement parallèles (la et According to the basic characteristics of the invention, each of the elements (1) has a profiled cross section essentially in the form of an inverted U. More generally, the profile of each of the elements (1) is determined to delimit two substantially parallel lateral wings (the and
6 *, 27843136 *, 2784313
lb) réunies par une aile transversale commune (lc). Les éléments (1), tels que définis, sont disposés à l'intérieur du cadre (2) selon au moins deux rangées, superposées ou juxtaposées, dans des plans parallèles. Les éléments d'une même rangée (Ri) sont juxtaposés d'une manière non jointive en laissant subsister, sur la totalité de leur longueur, un interstice (3). Les éléments (1) de deux rangées consécutives (RI et R2) sont décalées de sorte que les interstices (3) des éléments de l'une des rangées (RI) sont disposés en regard des ailes communes transversales (lc) des éléments (1) lb) joined by a common transverse wing (lc). The elements (1), as defined, are arranged inside the frame (2) in at least two rows, superimposed or juxtaposed, in parallel planes. The elements of the same row (Ri) are juxtaposed in a non-contiguous manner, leaving a gap (3) remaining over their entire length. The elements (1) of two consecutive rows (RI and R2) are offset so that the interstices (3) of the elements of one of the rows (RI) are arranged opposite the transverse common wings (lc) of the elements (1 )
de l'autre rangée (R2) (figure 1).on the other row (R2) (Figure 1).
Il en résulte que la forme particulière des éléments (1), ainsi que leur positon les uns par rapport aux autres comme indiqué, permet très simplement de créer une succession d'accélérations et de décélérations générant ainsi l'effet tourbillonnaire recherché dans la zone avale des It follows that the particular shape of the elements (1), as well as their position with respect to each other as indicated, very simply makes it possible to create a succession of accelerations and decelerations thus generating the swirling effect sought in the downstream zone of
éléments.elements.
Avantageusement, l'entraxe (x) entre deux éléments (1) considérés selon deux rangées consécutives distinctes (Ri et R2) est égal à la moitié de Advantageously, the spacing (x) between two elements (1) considered in two distinct consecutive rows (Ri and R2) is equal to half of
l'entraxe (xl) entre deux éléments d'une même rangée (Ri ou R2) (figure 1). the center distance (xl) between two elements of the same row (Ri or R2) (Figure 1).
A partir de cette conception de base, les éléments des différentes rangées (Ri et R2) sont tous identiques. Ou bien, les éléments d'une même rangée sont tous identiques mais les éléments des deux rangées consécutives From this basic design, the elements of the different rows (Ri and R2) are all identical. Or, the elements of the same row are all identical but the elements of the two consecutive rows
distinctes ne sont pas identiques.are not the same.
De même, le dispositif peut être constitué par un montage des éléments (1) dans les conditions indiquées, selon un nombre de rangées ou d'étages supérieur à 2. Ainsi, la figure 3 montre un exemple de réalisation Similarly, the device can be constituted by an assembly of the elements (1) under the conditions indicated, according to a number of rows or of stages greater than 2. Thus, FIG. 3 shows an exemplary embodiment
7., 27843137., 2784313
du dispositif présentant un nombre d'éléments répartis selon cinq rangées consécutives (RI, R2, R3, R4, R5). On observe à cet égard que le nombre de rangées (n) de profilés (1) interposés sur le trajet de l'écoulement of the device having a number of elements distributed in five consecutive rows (RI, R2, R3, R4, R5). In this respect, it can be seen that the number of rows (n) of profiles (1) interposed on the flow path
fluidique, permet de générer (n-l) effets tourbillonnaires. fluidic, allows to generate (n-l) vortex effects.
La forme des éléments (1) peut, suivant l'utilisation et le matériau les constituant, présenter des formes différentes afin d'améliorer les performances dans différents domaines: résistance à l'écoulement, résistance physique, facilité de mise en oeuvre,... Par exemple, comme le montre la figure 4, l'aile transversale commune (lc) de chacun des éléments, peut présenter très sensiblement, dans sa partie médiane, une proéminence profilée (ld) autorisant le passage et l'écoulement du fluide au niveau des - différents interstices (3) pour obtenir l'effet tourbillonnaire recherché résultant d'une succession d'accélérations et de détentes. Il en résulte une importante amélioration au niveau notamment de l'écoulement fluidique émanant au niveau de la forme ronde de l'effet tourbillonnaire (figure 4A), The shape of the elements (1) can, depending on the use and the material constituting them, have different shapes in order to improve performance in different areas: flow resistance, physical resistance, ease of implementation, etc. For example, as shown in FIG. 4, the common transverse wing (lc) of each of the elements, may very substantially have, in its middle part, a profiled prominence (ld) allowing the passage and the flow of the fluid to the level of - different interstices (3) to obtain the desired vortex effect resulting from a succession of accelerations and relaxations. This results in a significant improvement, in particular in terms of the fluid flow emanating from the round shape of the vortex effect (FIG. 4A),
au niveau de la résistance physique. in terms of physical resistance.
Aux figures 1, 2, 3 et 4, les deux ailes latérales (la et lb) de chaque élément (1) sont disposés dans deux plans parallèles. L'aile transversale commune (lc) est disposée dans un plan perpendiculaire aux ailes (la et In Figures 1, 2, 3 and 4, the two side wings (la and lb) of each element (1) are arranged in two parallel planes. The common transverse wing (lc) is arranged in a plane perpendicular to the wings (la and
1 b), en y étant raccordée par des arrondis. 1 b), by being connected thereto by rounding.
A la figure 5, les ailes latérales (la et lb) sont disposées dans deux In Figure 5, the side wings (la and lb) are arranged in two
plans parallèles, l'aile transversale (lc) délimite sensiblement un V renversé. parallel planes, the transverse wing (lc) substantially delimits an inverted V.
Avantageusement, l'aile transversale (lc) ainsi profilée est équipée, entre les deux ailes (la et lb), au niveau de la jonction de la forme en V renversé, Advantageously, the transverse wing (lc) thus profiled is equipped, between the two wings (la and lb), at the junction of the inverted V shape,
8 - 27843138 - 2784313
d'au moins un tube (4) pour la circulation d'un fluide caloporteur. En effet, la modification de la température de l'écoulement fluidique peut être très intéressante dans certains cas d'application pour améliorer l'efficacité du dispositif. Par exemple, on peut descendre de l'air, à la température de rosée du gaz qu'il contient et ainsi capter ce gaz sous forme liquide. Sur chacun des éléments (1), ce liquide augmente l'efficacité de captage des particules at least one tube (4) for the circulation of a heat transfer fluid. Indeed, the modification of the temperature of the fluid flow can be very advantageous in certain application cases to improve the efficiency of the device. For example, one can descend from the air, at the dew point of the gas it contains and thus capture this gas in liquid form. On each of the elements (1), this liquid increases the efficiency of particle capture
solides ainsi que leur élimination. solids and their disposal.
A partir de cette conception de base du dispositif (D), de nombreuses applications peuvent être envisagées, comme il ressort des exemples From this basic design of the device (D), numerous applications can be envisaged, as is apparent from the examples
indicatifs nullement limitatifs des figures des dessins. in no way limitative of the figures in the drawings.
La figure 6 montre l'utilisation du dispositif (D) comme récepteur dans le cadre d'utilisation comme électrofiltre. (C) désigne une cellule Figure 6 shows the use of the device (D) as a receiver in the context of use as an electrostatic precipitator. (C) designates a cell
ionisante.ionizing.
La figure 7 montre l'utilisation du dispositif (D) en tant que mélangeur de liquide ou oxygénérateur d'eau. (B) désigne la buse d'injection. La figure 8 montre l'utilisation du dispositif en tant qu'unité de lavage Figure 7 shows the use of the device (D) as a liquid mixer or water oxygenator. (B) designates the injection nozzle. Figure 8 shows the use of the device as a washing unit
de gaz pollué. (F) désigne le flux de gaz pollué et (B) la buse d'éjection. of polluted gas. (F) designates the polluted gas flow and (B) the ejection nozzle.
La figure 9 montre l'utilisation du dispositif (D) dans une centrale de Figure 9 shows the use of the device (D) in a central
traitement d'air comme préfiltre avec plusieurs étages de filtration. air treatment as prefilter with several filtration stages.
9. 27843139. 2784313
La figure 10 montre l'utilisation du dispositif (D) dans une centrale Figure 10 shows the use of the device (D) in a central
de traitement d'air comme cellule réceptrice d'électrofiltre. air treatment as an electrostatic precipitator cell.
La figure 1 1 montre le schéma de principe d'un mélangeur de liquide ou d'un oxygénateur d'eau et d'un fermenteur biologique. (B) désigne la Figure 1 1 shows the block diagram of a liquid mixer or a water oxygenator and a biological fermenter. (B) denotes the
buse d'injection et (E) l'évent.injection nozzle and (E) the vent.
La figure 12 montre le schéma de principe d'un laveur d'air. Figure 12 shows the block diagram of an air washer.
1 0 La figure 13 montre le schéma de fonctionnement d'un laveur d'air 1 0 Figure 13 shows the operating diagram of an air washer
(chimiobiologique) avec tous ses composants. (chemobiological) with all of its components.
La figure 14 montre un schéma de fonctionnement d'une hotte d'aspiration fonctionnant en lavage de buée grasse afin d'agir à la fois sur les FIG. 14 shows a diagram of the operation of an extractor hood operating in the washing of fatty mist in order to act both on the
l 5 graisses et sur les odeurs.l 5 fats and odors.
Les avantages ressortent bien de la description. The advantages are apparent from the description.
Plus généralement, le dispositif peut être utilisé en tant qu'unité de More generally, the device can be used as a
séparation et/ou de mélange, et en tant que bioréacteur. separation and / or mixing, and as a bioreactor.
On peut ainsi obtenir: - séparation gaz/solide par voie humide (pulvérisation, lavage) ou par voie électrostatique; - séparation gaz/solide/liquide (voie humide) ou sans apport de liquide, ou par pulvérisation, ou par lavage; - séparation gaz/liquide (dévésiculeur, lavage); It is thus possible to obtain: - gas / solid separation by wet method (spraying, washing) or by electrostatic method; - gas / solid / liquid separation (wet) or without addition of liquid, or by spraying, or by washing; - gas / liquid separation (demister, washing);
27843132784313
- séparation gaz/gaz/solide (lavage) - séparation gaz/gaz/liquide (lavage) - séparation gaz/gaz (lavage) - mélange liquide /solide par dissolution ou émulsion - mélange liquide/liquide (mélange - émulsion) - mélange liquide/gaz (dissolution) - gas / gas / solid separation (washing) - gas / gas / liquid separation (washing) - gas / gas separation (washing) - liquid / solid mixture by dissolution or emulsion - liquid / liquid mixture (mixture - emulsion) - liquid mixture / gas (dissolution)
- mélange gaz/gaz.- gas / gas mixture.
11. 278431311. 2784313
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Also Published As
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| FR2784313B1 (en) | 2003-09-26 |
| AU6093099A (en) | 2000-04-26 |
| WO2000020097A1 (en) | 2000-04-13 |
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