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Title:
VORTEX GENERATOR CYCLONE FILTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/013207
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a cyclone filter device for air intake comprising a tubular sheath. This sheath comprises a first part which has an air inlet corresponding to an air inlet of the sheath. This sheath also comprises a plurality of obstacles arranged on an internal surface of the first part, in an alternating manner on the internal surface, along the length of the tube, and towards a centre of the tube. This sheath also comprises a second tube part. The opening of the second part of the tube is larger than that of the first part. Furthermore, the principal direction of the first part is different from the principal direction of the second part.

Inventors:
ALVINI GERARD (FR)
Application Number:
PCT/FR2013/051753
Publication Date:
January 23, 2014
Filing Date:
July 19, 2013
Export Citation:
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Assignee:
TOTAL SA (FR)
International Classes:
F24F8/183; B01D45/06
Domestic Patent References:
WO2011089578A22011-07-28
Foreign References:
EP1030127A12000-08-23
Attorney, Agent or Firm:
LOISEL, Bertrand et al. (FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1 . Dispositif de filtre cyclonique pour prise d'air comportant une gaine tubulaire (100), caractérisé en ce que ladite gaine (100) comporte :

- une première partie (101 ) de tube ayant une entrée d'air (1 15) située à une extrémité de ladite première partie et correspondant à une entrée d'air de ladite gaine et ayant une sortie d'air, ladite première partie comportant une première valeur d'ouverture (104) et une première direction principale ;

- une pluralité d'obstacles (106a, 107a, 107b) disposés sur au moins une surface interne de ladite première partie (101 ), de part et d'autre d'un axe longitudinal de ladite première partie, chaque obstacle de la pluralité d'obstacles (106a, 107a, 107b) étant en regard d'une zone sans obstacle de la gaine dans une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal de ladite première partie ;

- une deuxième partie (102) de tube ayant une entrée d'air correspondant à la sortie d'air de ladite première partie, la deuxième partie comportant une deuxième valeur d'ouverture (105) et une deuxième direction principale, la deuxième valeur d'ouverture (105) étant supérieure à la première valeur d'ouverture (104) ; dans lequel la première direction principale et la deuxième direction principale sont sensiblement différentes.

2. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel, la deuxième partie (102) de tube ayant en outre une sortie d'air, le dispositif comporte en outre :

- un séparateur d'embruns (109) disposé au niveau de la deuxième sortie d'air ;

- au moins un déflecteur (108a, 108b) au niveau de la sortie d'air de la deuxième partie (102) de tube conformée pour répartir un flux d'air circulant au sein de la gaine tubulaire de manière uniforme au niveau dudit séparateur d'embruns.

3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la gaine (100) comporte en outre :

- une pluralité d'ailerons (1 14b, 1 13a), chaque aileron allant de pair avec un premier obstacle parmi la pluralité d'obstacles et étant positionné :

- en amont dudit premier obstacle ;

- et en aval d'un deuxième obstacle parmi la pluralité d'obstacles s'il existe un deuxième obstacle immédiatement en amont dudit premier obstacle.

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les obstacles (106a, 107a, 107b) comportent :

- une face inclinée (200a, 200b) vers la direction de l'entrée d'air de la première partie de tube, ladite face inclinée (200a, 200b) d'un obstacle possédant une forme fonction de la disposition de l'obstacle dans ladite première partie ;

- un profil recourbé (201 a, 201 b) vers la direction opposée de l'entrée d'air de la première partie de tube, le profil recourbé étant solidaire avec la face inclinée (200a, 200b) et formant réceptacle (202a, 202b) avec ladite face inclinée, ledit profil recourbé d'un obstacle possédant une forme fonction de la disposition de l'obstacle dans ladite première partie.

5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les obstacles comportent :

- au moins un orifice (205a, 205b) dans la face inclinée ou le profil recourbé apte à évacuer des particules se trouvant dans ledit réceptacle (202a, 202b).

6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel les obstacles (106a, 107a, 107b) comportent en outre :

- un dispositif de chauffage apte à éviter la formation de gel sur une partie de l'obstacle.

7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la pluralité d'obstacles (106a, 107a, 107b) est constituée de deux ou trois obstacles.

8. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel le profil recourbé (201 a, 201 b) de tous les obstacles (106a, 107a, 107b) possède une même forme.

9. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, dans lequel la face inclinée (200a, 200b) de tous les obstacles (106a, 107a, 107b) possède une même forme.

Description:
FILTRE CYCLONIQUE A GENERATEUR DE VORTEX

La présente invention concerne le domaine des filtres pour prises d'air neuf, notamment dans le cadre d'une utilisation en conditions extrêmes (déserts, conditions arctiques, etc.).

Afin de protéger les installations gazières et les personnels y travaillant, d'importants bâtiments sont construits autour de ces installations.

Ces bâtiments sont généralement de grandes dimensions : des cotes telles que (L:80m ; l:40m ; h:30m) sont habituelles.

Afin d'éviter une accumulation de gaz en cas de fuites et ainsi éviter tout danger d'explosion ou d'intoxication, il est utile de ventiler ces bâtiments à l'aide de prises d'air neuf disposées sur les trois façades des bâtiments. Certaines prises d'air neuf sont aspirantes, d'autres sont soufflantes. Cependant, de telles méthodes ne sont pas exemptes de défauts.

En effet, en cas d'environnements sablonneux, tels les déserts, de nombreuses particules sont en suspension dans l'air : il est alors souhaitable d'éviter de faire rentrer du sable ou des poussières dans les bâtiments.

De plus, dans des conditions arctiques, l'humidité absolue contenue dans l'air peut se déposer sur les grilles de protection de ces prises d'air neuf et de la glace peut se former sur ces dernières. A titre d'illustration, les phénomènes suivants ont été constatés sur une grille de protection classique de prises d'air neuf, à -10°C, dans des conditions d'humidité absolue importante (typiquement un brouillard arctique) :

- 10 minutes de fonctionnement : formation des premiers pitots de glace sur la grille de protection ;

- 15 minutes de fonctionnement : la grille est recouverte de glace, seuls certains interstices permettent encore de laisser passer de l'air ; - 20 minutes de fonctionnement : la grille ne permet plus de laisser passer de l'air, une couche de glace obstruant la prise d'air. Il est nécessaire de mettre l'installation à l'arrêt afin de dégeler la grille et/ou de retirer la glace manuellement à l'aide de piolets ou de burins.

Il y a, ainsi, un besoin pour améliorer les systèmes de ventilation afin de leur permettre de fonctionner :

- dans des conditions arctiques sans geler, et/ou

- dans des conditions de forte concentration de poussières sans les laisser entrer dans le bâtiment.

La présente invention vient améliorer la situation.

A cet effet, la présente invention propose de créer un filtre en amont de la prise d'air neuf afin de filtrer les particules (poussières, sables, gouttelettes d'eau, etc.) de manière efficace.

La présente invention vise alors un dispositif de filtre cyclonique pour prise d'air comportant une gaine tubulaire. Ce dispositif est caractérisé en ce que ladite gaine comporte :

- une première partie de tube ayant une entrée d'air située à une extrémité de ladite première partie et correspondant à une entrée d'air de ladite gaine et ayant une sortie d'air, ladite première partie comportant une première valeur d'ouverture et une première direction principale ;

- une pluralité d'obstacles disposés sur au moins une surface interne de ladite première partie, de part et d'autre d'un axe longitudinal de ladite première partie, chaque obstacle de la pluralité d'obstacles étant en regard d'une zone sans obstacle de la gaine dans une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal de ladite première partie ;

- une deuxième partie de tube ayant une entrée d'air correspondant à la sortie d'air de ladite première partie, la deuxième partie comportant une deuxième valeur d'ouverture et une deuxième direction principale, la deuxième valeur d'ouverture étant supérieure à la première valeur d'ouverture. La première direction principale et la deuxième direction principale sont sensiblement différentes.

On appelle « direction principale d'une partie de tube » l'orientation globale de l'axe longitudinal de cette partie de tube. Il est possible que l'axe longitudinal ne soit pas une droite (ex. courbe) : il est, alors, possible de définir une droite de l'espace respectant la règle des moindres carrés pour cet axe longitudinal. On appelle alors « direction principale d'une partie de tube » la direction de cette dernière droite.

On dit que la première direction principale et la deuxième direction principale sont sensiblement différentes lorsque la différence de direction peut être constatée à l'œil nu, sans besoin de l'utilisation d'outils de mesures. Dans un mode de réalisation, la première direction principale et la deuxième direction principale peuvent être perpendiculaires. Néanmoins, ces deux directions peuvent également former un angle supérieur à 80°, 70°, 60°, 50°, 40°, 30°, 20°, ou encore 10°.

La première partie et la deuxième partie de tube peuvent résulter d'une division virtuelle de la gaine tubulaire.

L'entrée d'air de la première partie du tube est une des deux extrémités de la gaine. Ainsi, un flux d'air peut s'engouffrer dans cette entrée d'air et alors circuler à l'intérieur de la gaine.

La présence des obstacles de manière alternée au cœur de la gaine permet la création de vortex juste en dessous de ces obstacles. Un vortex peut notamment être créé en cas de différence de pression au sein d'un même fluide : le fluide se déplace alors dans la direction de la pression la plus basse causant un tourbillon.

Ces vortex créés permettent de capturer les particules contenues dans l'air de manière efficace. De plus, en cas de présence d'eau sur l'obstacle, ces vortex permettent également d'accélérer leur évacuation : cette accélération est utile en cas de température négative car le risque de transformation de l'eau liquide en glace augmente significativement avec la durée de présence de cette eau sur le métal froid des obstacles.

La présence des obstacles permet également de casser la dynamique du vent extérieur lorsque ce dernier est très important (par exemple, 20 m/s). Le fait de casser la dynamique du vent extérieur permet de contrôler de manière convenable la vitesse du vent introduit dans le bâtiment. En effet, en cas de vent arctique, les réglementations de travail de certains pays interdisent le travail d'opérateurs dans des conditions où le vent serait trop important au regard de la température de celui- ci. On parle de « wind chill effect » en anglais ou de « refroidissement éolien » en français. Ainsi, il est utile de modérer la vitesse de l'air introduit dans le bâtiment afin de permettre aux opérateurs de continuer à travailler dans de bonnes conditions.

De plus, afin de casser encore plus cette dynamique et de limiter la pression de l'air, la deuxième partie du tube possède une valeur d'ouverture plus importante que la première partie du tube. On appelle « valeur d'ouverture d'un tube » une valeur numérique de la dimension d'une surface et représentant la surface de la plus grande section perpendiculaire à l'axe longitudinal du tube. Cette augmentation de la valeur d'ouverture freine le flux d'air et casse ainsi la dynamique de celui-ci. Les bourrasques de vent sont ainsi atténuées et la vitesse du vent est limitée. En outre, le changement de direction entre la première partie et la deuxième partie associé à l'augmentation de la valeur d'ouverture du tube permet la création d'un dernier vortex ayant les mêmes effets que ceux décrit précédemment.

En outre, la deuxième partie de tube ayant en outre une sortie d'air, le dispositif peut comporter en outre :

- un séparateur d'embruns disposé au niveau de la deuxième sortie d'air ;

- au moins un déflecteur au niveau de la sortie d'air de la deuxième partie de tube conformée pour répartir un flux d'air circulant au sein de la gaine tubulaire de manière uniforme au niveau dudit séparateur d'embruns. Dans un mode de réalisation de l'invention, deux déflecteurs peuvent être présents dans le dispositif.

L'orientation optimale des déflecteurs au niveau de la sortie d'air de la deuxième partie peut être déterminée en mesurant de manière expérimentale la pression de l'air au niveau du séparateur d'embruns pour différentes valeurs d'orientation des déflecteurs (par exemple, par pas de 1 °). L'orientation optimale des déflecteurs peut alors être l'orientation permettant une répartition de la pression du flux d'air la plus uniforme possible. Cette uniformité peut, par exemple, être mesurée à l'aide de la variance de la pression sur la surface correspondant à la sortie d'air : plus la variance est faible, la pression est uniforme. Cette orientation peut également être déterminée à l'aide de simulations. Il est à noter que l'orientation optimale peut être fonction de la vitesse du flux d'air au niveau de l'entrée d'air de la gaine tubulaire.

En effet, le séparateur d'embruns peut posséder une efficacité maximale en cas de répartition uniforme du flux d'air sur celui-ci. Le fonctionnement des séparateurs d'embruns est détaillé ci-après.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la gaine peut comporter en outre :

- une pluralité d'ailerons, chaque aileron allant de pair avec un premier obstacle parmi la pluralité d'obstacles et étant positionné :

- en amont dudit premier obstacle ;

- et en aval d'un deuxième obstacle parmi la pluralité d'obstacles s'il existe un deuxième obstacle immédiatement en amont dudit premier obstacle.

On parle « d'amont » et « d'aval » d'un obstacle en référence à l'écoulement d'un fluide (notamment de l'air) circulant dans la gaine tubulaire depuis l'entrée d'air de la première partie jusqu'à la sortie d'air de la deuxième partie. Ainsi, lors de cet écoulement, si un fluide rencontre d'abord un premier obstacle puis un deuxième obstacle lors de l'écoulement, le premier obstacle est considéré comme étant en amont du deuxième obstacle et le deuxième obstacle est en aval du premier obstacle.

Ces ailerons peuvent permettre une récupération et une extraction efficace des particules en suspension dans l'air. Lors de la création d'un vortex en dessous d'un obstacle, il peut être utile de positionner un aileron en dessous de ce vortex afin de récupérer les particules extraites par ce vortex et glissant le long de la paroi du tube. Ces ailerons peuvent permettre de récupérer ces particules « au plus tôt » et ainsi éviter, dans le cas de la récupération de gouttelettes d'eau et de températures négatives que cette humidité reste trop longtemps en contact avec un métal froid, favorisant alors la prise en glace.

Avantageusement, les obstacles peuvent comporter :

- une face inclinée vers la direction de l'entrée d'air de la première partie de tube, ladite face inclinée d'un obstacle possédant une forme fonction de la disposition de l'obstacle dans ladite première partie ;

- un profil recourbé vers la direction opposée de l'entrée d'air de la première partie de tube, le profil recourbé étant solidaire avec la face inclinée et formant réceptacle avec ladite face inclinée, ledit profil recourbé d'un obstacle possédant une forme fonction de la disposition de l'obstacle dans ladite première partie.

L'inclinaison de ces obstacles et le profil aérodynamique peuvent renforcer la formation de vortex sous l'obstacle, la récupération de particules et l'évacuation de l'eau se trouvant sur l'obstacle.

Par ailleurs certaines particules peuvent se retrouver piégées dans le réceptacle formé par le profil recourbé et la face inclinée.

Dans un mode de réalisation de l'invention, les obstacles peuvent comporter :

- au moins un orifice dans la face inclinée ou le profil recourbé apte à évacuer des particules se trouvant dans ledit réceptacle.

Ainsi les particules piégées dans le réceptacle peuvent être évacuées facilement à travers cet orifice.

En outre, les obstacles peuvent comporter :

- un dispositif de chauffage apte à éviter la formation de gel sur une partie de l'obstacle. En effet, il peut être utile de s'assurer que l'eau présente sur les obstacles ne puisse pas geler dans des conditions de températures négatives. Ce chauffage peut permettre une évacuation des gouttelettes d'eau dans de bonnes conditions.

Ce dispositif de chauffage (ou échangeur thermique) peut être disposé au sein même du métal formant les obstacles ou être disposé en surface de celui-ci.

Le métal peut, par exemple, être un acier inox 316. Aucun traitement chimique ni additif en surface n'est nécessaire même si ceux-ci sont possibles.

Avantageusement, la pluralité d'obstacles peut être constituée de deux ou trois obstacles.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le profil recourbé de tous les obstacles peut posséder une même forme. Dans un mode de réalisation de l'invention, la face inclinée de tous les obstacles peut posséder une même forme. Les coûts de fabrication peuvent alors être réduits.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 a illustre une réalisation particulière d'un filtre cyclonique dans une coupe transversale ;

- la figure 1 b illustre une réalisation particulière d'un filtre cyclonique en trois dimensions ;

- les figures 2a et 2b sont des exemples de réalisations des obstacles ; - la figure 3a est un exemple de réalisation d'un séparateur d'embruns ;

- la figure 3b est un détail de séparateur d'embruns en coupe transversale ;

- la figure 4 est une représentation de l'écoulement turbulent de l'air au sein de la gaine tubulaire ;

- la figure 5 est une représentation d'un champ de pression dans un filtre cyclonique en fonctionnement ;

- la figure 6 est une représentation des lignes de courant du flux d'air dans un filtre cyclonique en fonctionnement ;

- la figure 7 est une représentation des concentrations des masses au sein d'un filtre cyclonique en fonctionnement ;

- la figure 8 est une représentation de l'efficacité comparée de la récupération de particules en fonction du diamètre de ces particules et de la configuration du filtre mise en place.

La figure 1 a illustre une réalisation particulière d'un filtre cyclonique dans une coupe transversale.

Ce filtre cyclonique est principalement composé de deux parties : - une gaine tubulaire 100 positionnée à l'extérieur EXT du bâtiment et connectée à une prise d'air neuf ;

- un séparateur d'embruns 109 et un ventilateur 1 10 positionnés à l'intérieur INT du bâtiment et connectés à la prise d'air neuf mentionnée ci-dessus.

La gaine tubulaire 100 est un tuyau de section sensiblement rectangulaire présentant un coude à 90° de telle sorte que cette gaine est orientée vers le bas au niveau de l'une de ses extrémités (1 15) et horizontalement au niveau de l'autre extrémité. Cette dernière extrémité est connectée à une prise d'air neuf maçonnée dans le mur 1 17 du bâtiment. La gaine peut également être un tuyau sensiblement circulaire ou elliptique. La forme rectangulaire n'est qu'un exemple de réalisation simple de fabrication.

La gaine tubulaire 100 est ouverte au niveau de son extrémité 1 15 et permet ainsi à un flux d'air de pénétrer dans la gaine vers un séparateur d'embruns 109.

La gaine tubulaire 100 comprend une première partie 101 et une deuxième partie 102.

La première partie 101 de tube est sensiblement verticale. Cette partie a une entrée d'air située à la base inférieure 1 15 : elle correspond à « l'entrée » de la gaine. Il est également possible de définir virtuellement une « sortie d'air » : celle-ci correspond à l'intersection de la gaine avec un plan perpendiculaire au plan de coupe de la figure 1 a et représentée par la droite pointillée 103.

On peut définir une « valeur d'ouverture » 104 associée cette première partie. Par exemple, Il est possible de définir la « valeur d'ouverture » de la première partie 101 avec une valeur numérique de la dimension d'une surface et représentant la surface de la plus grande section perpendiculaire à l'axe longitudinale de la gaine dans cette première partie. Cette section peut être représentée par le segment 104 dans la première partie de la gaine.

La première partie 101 de la gaine comporte, sur la surface interne de la gaine tubulaire, trois obstacles 107b, 106a et 107a. Ces obstacles sont disposés à l'intérieur de la gaine de manière alternée de part et d'autre de l'axe longitudinal de la première partie de tube :

- le premier obstacle 107a est situé sur la paroi arrière de la gaine tubulaire et est l'obstacle le plus bas,

- le deuxième obstacle 106a est situé sur la paroi avant de la gaine tubulaire et est l'obstacle du centre,

- le troisième obstacle 107b est situé sur la paroi arrière de la gaine tubulaire et est l'obstacle le plus haut.

De plus, la première partie 101 comporte également des ailerons 1 14b et 1 13a. Ces ailerons sont associés respectivement aux obstacles 107b et 106a. L'aileron 1 14b est positionné en dessous de l'obstacle 107b et au dessus de l'obstacle 106a (obstacle immédiatement en dessous de l'obstacle 107b et situé sur la paroi opposée de la gaine tubulaire). De même, l'aileron 1 13a est positionné en dessous de l'obstacle 106a et au dessus de l'obstacle 107a (obstacle immédiatement en dessous de l'obstacle 106a et situé sur la paroi opposée de la gaine tubulaire). L'obstacle 107a ne dispose pas d'aileron associé car cet obstacle est l'obstacle situé le plus bas et aucun obstacle ne se situe immédiatement en dessous.

La deuxième partie 102 de tube est sensiblement horizontale. Cette deuxième partie de tube comporte une entrée d'air correspondant à la sortie d'air de la première partie, c'est-à-dire la section de la gaine au niveau de la ligne 103. La sortie d'air de la deuxième partie se trouve au niveau de la connexion de la gaine à la prise d'air neuf du bâtiment, i.e. au niveau de l'élément 109.

On peut définir une « valeur d'ouverture » 105 associée à cette deuxième partie. Par exemple, Il est possible de définir la « valeur d'ouverture » de la première partie 102 avec une valeur numérique de la dimension d'une surface et représentant la surface de la plus grande section perpendiculaire à l'axe longitudinale de la gaine dans cette deuxième partie. Cette section peut être représentée par le segment 105 dans la deuxième partie de la gaine.

La zone coudée de la deuxième partie est appelée « plénum ». Cette zone comprend un élargissement de la section (et donc de la valeur d'ouverture) de la gaine. De plus, le plénum est asymétrique, i.e. les parois de la gaine ne sont pas parallèles. Cette configuration permet de créer un vortex lors de l'écoulement d'air.

En outre, deux déflecteurs 108a et 108b sont positionnés au niveau de la sortie d'air de la deuxième partie de tube en amont du séparateur d'embruns 109. Ces déflecteurs 108a et 108b sont orientés de telle sorte que le bord gauche des déflecteurs 108a et 108b est orienté vers le bas. L'angle que forment les déflecteurs 108a et 108b avec l'horizontal est déterminé de telle sorte que si un flux d'air circule au sein de la gaine tubulaire, ce flux soit reparti le plus uniformément possible sur le séparateur d'embruns 109. Cet angle peut être déterminé à l'aide de simulations ou en expérimentant la répartition des flux d'air en modifiant l'angle des déflecteurs par pas de 1 ° et en mesurant la répartition des flux sur le séparateur d'embruns. Bien entendu, cet angle peut dépendre de la vitesse du flux d'air dans la gaine.

En effet, le séparateur d'embruns 109 fonctionne de manière optimale lorsque le flux d'air circulant à travers lui est le plus uniforme possible. Par ailleurs, des sondes de pressions 1 1 1 a et 1 1 1 b peuvent être positionnées de chaque côté du séparateur d'embruns 109. La sonde de pression 1 1 1 b est positionnée dans le plénum afin de mesurer la pression à droite du séparateur d'embruns. La sonde de pression 1 1 1 b est positionnée après le séparateur d'embruns afin de mesurer la pression à gauche du séparateur d'embruns. Un différentiel de pression 1 12 relié à ces sondes de pressions 1 1 1 a et 1 1 1 b peut ainsi déterminer la différence de pression entre l'entrée du séparateur d'embruns et la sortie du séparateur d'embruns et ainsi, il est possible de déterminer la vitesse d'écoulement de l'air à travers ce dernier.

Il est en outre possible d'asservir le ventilateur 1 10 sur cette différence de pression de telle sorte à maintenir une différence de pression constante. Ainsi, si la différence de pression diminue, la vitesse de rotation de l'hélice d'aspiration 1 10 augmentera afin de s'assurer que la vitesse d'écoulement du fluide à travers le séparateur d'embruns est constante. Il est en effet constaté que l'efficacité du séparateur d'embruns est optimale pour certaines plages de vitesse d'écoulement du fluide.

La figure 1 b illustre une réalisation particulière d'un filtre cyclonique en trois dimensions. Sur cette représentation, il est possible de constater la forme rectangulaire de la gaine tubulaire. De plus, il est possible de constater que les obstacles 107b, 107a et 106a, les ailerons 1 14b et 1 13a et les déflecteurs 108a et 108b s'étendent sur toute la largeur de la gaine tubulaire.

Les figures 2a et 2b sont des exemples de réalisations des obstacles de la figure 1 a. La figure 2b est un exemple de réalisation des obstacles arrières tel que les obstacles 107b et 107a de la figure 1 a. La figure 2a est un exemple de réalisation des obstacles avants, tel que l'obstacle 106a de la figure 1 a. Les cotes présentes sur ces figures sont exprimées en millimètres.

La profondeur de la gaine au niveau de ces obstacles est typiquement de 289,5 mm.

Ces obstacles comportent une partie inclinée vers le bas (200a et 200b). En outre, ils comportent une partie recourbée vers le haut (201 a et 201 b) et tendant à se refermer sur la partie inclinée vers le bas.

Ces obstacles sont fixés à la gaine tubulaire au niveau de l'extrémité haute de la partie inclinée et le long des bords latéraux de la partie inclinées 203a et 203b sur les parois de la gaine tubulaire. Cette fixation peut être réalisée aux moyens de vis ou de rivets.

La figure 3a est un exemple de réalisation d'un séparateur d'embruns. Un séparateur comporte typiquement un ensemble de plaques de métal parallèles 301 a, 301 b, 301 c, 301d, etc. Ces plaques possèdent la forme de la lettre « V ». Habituellement, le séparateur d'embruns est positionné de telle sorte que la plus grande longueur des plaques de métal est orientée dans une direction verticale.

Par ailleurs, la figure 3b est un détail de la zone 302 de la figure 3a en coupe transversal. Il est possible de constater que les plaques de métal possèdent des crochets (303, 304, 305, 306) en leurs surfaces. Les séparateurs d'embruns utilisent le principe de la force centrifuge afin de séparer l'air des particules contenues dans celui-ci. En effet, lors de l'écoulement de l'air entre deux plaques de métal du séparateur d'embruns, le flux d'air est contraint à emprunter un trajet en forme de V. Dès lors, les particules (poussières, sables ou gouttelettes d'eau) ayant une masse volumique plus importante que l'air sont « projetées » sur les parois des plaques de métal lors des changements de directions de ce flux et sont alors « capturées » par les crochets (303, 304, 305, 306) disposés sur ces parois.

La figure 4 est une représentation de l'écoulement turbulent de l'air au sein de la gaine tubulaire. Cet écoulement est représenté par les traits en pointillé de la figure 4.

L'air extérieur peut s'engouffrer dans la gaine tubulaire 100 au niveau de son ouverture 1 15 inférieures. La position du premier obstacle 107a permet de créer un vortex 401 sous cet obstacle avant de passer au deuxième obstacle 106a. Au niveau de ce deuxième obstacle, celui crée un nouveau vortex 402 en dessous de cet obstacle. De même, un troisième vortex 403 est créé sous l'obstacle 107b.

La création de vortex permet de capturer les particules (poussières, sables, gouttelette d'eau) en suspension dans l'air. En effet, des particules sont prises au piège par les vortex créés sous les obstacles et redescendent le long des parois de la gaine sous l'effet de la gravité dans les ailerons associés aux obstacles.

L'effet de captation des particules dans l'air est différent de l'effet du séparateur d'embruns qui utilise l'effet cinétique des particules contenues dans l'air.

Le profil aérodynamique de chaque obstacle peut être déterminé afin d'optimiser le phénomène de vortex (sous l'obstacle) et, ainsi, capter au maximum les particules. De plus ce profilé peut être adapté pour capter et évacuer l'eau se trouvant sur l'obstacle.

Le pas entre chaque obstacle peut être différent, ainsi que l'angle d'inclinaison de ces obstacles. Ces paramètres sont à ajuster en fonction de la captation désirée (captation de particules d'eau contenues dans l'air ou captation de particules de sables contenues dans l'air) ainsi qu'en fonction de la vitesse du flux d'air désirée.

Pour la captation d'eau dans l'air, lorsque cet air est à température négative et lorsque l'humidité relative de l'air est importante (ex. -5°C / 98% ou - 10°C / 98%), l'obstacle peut être équipé d'un chauffage électrique. Ce chauffage peut être avantageusement noyé dans la forme de l'obstacle pour plus d'efficacité. Les obstacles et ailerons créent des effets systèmes et ainsi des pertes de charges en aval de ces obstacles. Ces pertes de charges peuvent permettre de casser la dynamique du vent extérieur lorsque ce dernier est très important (par exemple, 17 m/s à 20 m/s). Une fois, la dynamique du vent extérieur cassée, le maintien d'un flux d'air constant à travers un séparateur d'embruns est facilité comme cela a été décrit précédemment.

En sortant de la première partie de la gaine tubulaire, l'air pénètre dans le plénum. Ce plénum asymétrique crée un vortex et une perte de charge du fait de l'augmentation sensible de la section de la gaine. Ce vortex et cette perte de charge permettent également de faciliter la récupération de particules contenues dans l'air. Le profil des obstacles 107a, 106a, et 107b en forme de réceptacle permet aux particules capturées d'être stockées à l'abri du flux d'air. En référence aux figures 2a et 2b, ces réceptacles sont référencés 202a et 202b. En effet, ces particules peuvent pénétrer dans ces réceptacles par les ouvertures 204a et 204b. Pour l'évacuation des particules de ces réceptacles, des orifices 205a et 205b peuvent être usinées dans ces obstacles. Des tuyaux peuvent être raccordés à ces orifices afin de permettre une évacuation efficace de ces réceptacles.

La figure 5 est une représentation d'un champ de pression dans un filtre cyclonique en fonctionnement. Dans la zone 500 (i.e. air libre), la pression est importante et peut être liée à des bourrasques de vents. Cette représentation permet de visualiser les effets systèmes et les pertes de charges liées aux obstacles et au plénum. Ainsi, au cœur du plénum (i.e. zone 507) la pression est sensiblement plus basse que celle de la zone 500. De même derrière les obstacles (i.e. zones 501 et 503), il est possible de constater une perte substantielle de charge. Néanmoins, il est également possible de constater que la pression le long du séparateur d'embruns n'est pas équitablement répartie : dans la partie haute de ce dernier (i.e. zone 504) la pression est plus importante que celle dans la partie basse (i.e. zone 505). Cette répartition non souhaitable de pression peut être corrigée en orientant la partie droite des déflecteurs 108a et 108b vers le bas.

Une autre façon de visualiser le problème de répartition au niveau du séparateur d'embruns est de visualiser les lignes de courant du flux d'air. La figure 6 est une représentation des lignes de courant du flux d'air dans un filtre cyclonique en fonctionnement. II est possible de constater que les lignes de courant du flux d'air sont sensiblement concentrées au niveau haut du séparateur d'embruns, au lieu d'être équitablement réparties sur toute la hauteur du séparateur d'embruns.

La figure 7 est une représentation des concentrations des masses au sein d'un filtre cyclonique en fonctionnement. A l'entrée de la gaine tubulaire, l'air possède une concentration de particules homogène (zone 700). A l'intérieur de la gaine tubulaire, la présence des obstacles et des vortex modifie cette concentration homogène : de fortes concentrations de particules peuvent être trouvées sous les obstacles (i.e. zone 701 , 703 et 705). De plus, la présence du changement de direction dans la gaine tubulaire induit la projection de particules dans la zone 706.

En conséquence, le flux d'air à proximité des déflecteurs 108a et 108b et du séparateur d'embruns 109 (i.e. zone 707) possède une concentration en particules très faible.

La figure 8 est une représentation de l'efficacité comparée de la récupération de particules (poussières, sables, gouttelettes d'eau, etc.) en fonction du diamètre de ces particules et de la configuration du filtre mise en place.

La courbe 800 représente l'efficacité de récupération de gouttelettes d'eau en présence d'un simple séparateur d'embruns. Aucune gaine tubulaire n'est présente. Il est possible de constater que ce filtre ne possède une efficacité raisonnable que pour les particules de diamètre important (i.e. 90% de récupération pour des particules au-delà d'un diamètre de 22 μηη ).

La courbe 802 représente l'efficacité de récupération de gouttelettes d'eau en présence d'une simple gaine tubulaire. Aucun séparateur d'embruns n'est présent et aucun obstacle n'est fixé à la gaine. Il est possible de constater que ce dispositif possède une efficacité moyenne pour l'ensemble des diamètres de particules même si, de manière notable, il permet une récupération de 30% des particules 5 μηη .

La courbe 801 représente l'efficacité de récupération de gouttelettes d'eau en présence d'une simple gaine tubulaire et d'un séparateur d'embruns. Aucun obstacle n'est fixé à la gaine. Il est possible de constater que ce filtre ne possède une efficacité raisonnable que pour les particules de diamètre moyen (i.e. 90% de récupération pour des particules au-delà d'un diamètre de 16 μηη ).

La courbe 803 représente l'efficacité de récupération de gouttelettes d'eau en présence d'une gaine tubulaire sur laquelle sont fixés des obstacles et des ailerons tels que décrits précédemment et d'un séparateur d'embruns. L'efficacité d'un tel dispositif est importante puisque il possède une efficacité de 90% dès 8 μηη . De plus, ce dispositif possède une efficacité de 87% même pour des particules de diamètre faible (i.e. 5μηη ). Une telle configuration a été testée en condition de brouillard arctique, condition extrême provoquant habituellement une prise en glace des prises d'air neuf en une soixantaine de minutes : cette configuration a permis un fonctionnement durant environ 24h sans prise en glace.

Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-avant à titre d'exemples ; elle s'étend à d'autres variantes.

D'autres réalisations sont possibles.

Par exemple, la gaine tubulaire n'est pas nécessairement rectangulaire mais peut présenter d'autres formes comme celle d'un ovale ou d'un cercle.

De plus, la première partie de tube n'est pas nécessairement perpendiculaire à la deuxième partie de tube ou au sol.