FR2783722A1 - Ensemble de traitement d'un fluide avec controle de la temperature du fluide pollue au niveau de l'element filtrant - Google Patents
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Abstract
Ensemble de traitement d'un fluide pollué comprenant un séparateur principal (1) pourvu d'une part d'un filtre (4) constitué d'au moins un élément filtrant (5) alimenté en fluide pollué (P) via un raccord d'admission (6) et d'autre part d'un système de nettoyage (1 (10) dudit élément filtrant (5) alimenté à contre-courant par une fraction du fluide filtré (E), ledit ensemble comprenant également un séparateur secondaire (2) alimenté via une conduite de sortie (7) dudit système de nettoyage (10), caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un échangeur de chaleur (3) raccordé en amont à un organe de dérivation (12) d'au moins une fraction du débit de fluide pollué (P) vers l'échangeur et en aval au raccord d'alimentation (6) en fluide pollué du séparateur principal (1) de façon à contrôler la température du fluide pollué au niveau de l'élément filtrant (5).
Description
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La présente invention concerne un ensemble de traitement d'un fluide pollué et plus particulièrement le traitement des huiles pour
moteur à combustion interne.
Le brevet FR 2 725 917 décrit un ensemble de traitement d'un fluide pollué comprenant un séparateur principal pourvu d'une part d'un filtre constitué d'au moins un élément filtrant alimenté en fluide pollué via un raccord d'admission et d'autre part d'un système de nettoyage dudit élément filtrant alimenté à contre-courant par une fraction du fluide filtré. L'ensemble comprend également un séparateur secondaire
alimenté via une conduite de sortie du système de nettoyage.
Un tel ensemble de traitement possède une qualité de nettoyage ou plus précisément un coefficient de filtration prédéterminé
pour un certain type de fluide pollué à traiter.
Or, suivant les moteurs utilisés et leurs applications, les caractéristiques du fluide pollué à filtrer par l'ensemble de traitement
peuvent varier de façon importante.
De même, les huiles utilisées pour lubrifier les moteurs n'ayant pas les mêmes propriétés physico-chimiques, le rendement de filtration assuré par l'ensemble de traitement n'est pas toujours adapté aux exigences requises et de ce fait une fraction non négligeable du fluide pollué est susceptible de retourner alors dans le réservoir de lubrifiant, ce qui peut conduire à un encrassement des circuits de fluide
du moteur et, par suite, à des pannes mécaniques ou électriques.
Par ailleurs, l'ensemble de traitement est conçu et construit pour fonctionner avec une perte de charge donnée permettant un
fonctionnement optimum dudit ensemble de traitement.
Toutefois, la valeur de la perte de charge variant avec la viscosité du fluide et donc sa température, le mode de fonctionnement de l'ensemble de traitement peut se trouver modifié et s'éloigner des ) conditions optimales provoquant ainsi une diminution de la qualité de
nettoyage et de filtration.
La présente invention a pour but de résoudre de manière satisfaisante, les problèmes techniques énoncés précédemment, en contrôlant la température d'un fluide pollué donné et donc par voie de conséquence ses propriétés physiques et sa viscosité afin d'améliorer le
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rendement de la filtration mise en oeuvre par un ensemble de traitement. Ce but est atteint au moyen d'un ensemble de traitement d'un fluide pollué comprenant un séparateur principal pourvu d'une part d'un filtre constitué d'au moins un élément filtrant alimenté en fluide pollué via un raccord d'admission et d'autre part d'un système de nettoyage dudit élément filtrant alimenté à contre-courant par une fraction du fluide filtré, ledit ensemble comprenant également un séparateur secondaire alimenté via une conduite de sortie dudit système de 1() nettoyage, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, un échangeur de chaleur raccordé en amont à un organe de dérivation d'au moins une fraction du débit de fluide pollué vers l'échangeur et en aval au raccord d'alimentation en fluide pollué du séparateur principal de façon à
contrôler la température du fluide pollué au niveau de l'élément filtrant.
Selon une autre caractéristique, l'organe de dérivation est également raccordé au raccord d'alimentation en fluide pollué du
séparateur principal au moyen d'une conduite de dérivation.
Selon un mode de réalisation particulier, l'échangeur de chaleur est alimenté en liquide de refroidissement au moyen d'un circuit
de refroidissement.
Selon une variante, un filtre est monté en parallèle sur le
circuit de refroidissement.
Selon une autre caractéristique avantageuse, le séparateur principal, le separateur secondaire, l'échangeur de chaleur, le filtre du liquide de refroidissement et l'organe de dérivation sont contenus dans
un carter unique.
Selon encore une autre caractéristique avantageuse, le séparateur secondaire comprend un dispositif de centrifugation et/ou un
dispositif de filtration comportant au moins un disque filtrant.
Selon une autre caractéristique avantageuse, l'élément filtrant du séparateur principal et/ou le disque filtrant du séparateur secondaire
sont réalisés en matière plastique.
Selon une autre caractéristique, le dispositif de centrifugation comprend une enceinte de centrifugation dans laquelle sont disposés
des plateaux de séparation réalisés en matière plastique.
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Selon une autre caractéristique, l'échangeur de chaleur est
constitué par un échangeur à plaques.
L'ensemble de traitement selon l'invention permet ainsi d'obtenir un rendement de filtration ou plus précisément un coefficient de filtration élevé et ceci quel que soit le fluide utilisé, pour un moteur donné, en contrôlant sa température au moyen d'un échangeur de chaleur. La régulation de la température du fluide pollué est effectuée de manière automatique. La combinaison d'un échangeur de chaleur avec les différents éléments filtrants permet donc de garantir un taux
élevé de clarification du fluide.
La présente invention permet aussi d'exploiter l'ensemble de traitement de façon optimale du fait que le contrôle de la température et donc de la viscosité du fluide pollué garantit une perte de charge constante En outre, le séparateur principal ainsi que le séparateur secondaire peuvent être pourvus d'éléments filtrants réalisés en matière plastique. On comprend ainsi, que la durée de vie d'une matière plastique dépendant fortement de la température environnante de fonctionnement, il sera possible d'augmenter également avantageusement la durée de vie des éléments filtrant en régulant la
température du fluide pollué à filtrer.
De plus, tous les constituants de l'ensemble de traitement sont contenus dans un carter unique selon des dispositions ergonomiques qui offrent un encombrement minimum et facilitent les opérations de
montage et de maintenance.
Pour une meilleure compréhension de l'invention, un exemple de réalisation non limitatif est décrit dans ce qui suit, avec renvoi au dessin unique annexé montrant une vue schématique de
l'ensemble de traitement selon l'invention en coupe longitudinale.
L'ensemble de traitement représenté sur la figure unique est destiné à l'épuration automatique et continu d'un fluide pollué P tel qu'un agent lubrifiant issu, par exemple, d'un moteur à combustion interne. Ce fluide, une fois débarrassé des impuretés dont il s'est chargé en cours d'utilisation, doit être récupéré et éventuellement recyclé sous
la forme d'un fluide épuré.
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A cet effet, l'ensemble de traitement comprend un séparateur principal 1 contenu dans un carter C, et constitué par exemple, de plusieurs éléments filtrants 5 réunis sous forme d'un empilage formant
un filtre 4.
Dans ce mode de réalisation, les éléments filtrants 5 sont conformés en disques pourvus d'une ouverture centrale et de deux parois 5a et 5b. Les ouvertures centrales des disques forment un conduit d'alimentation 17 alimenté en fluide pollué P au moyen d'un raccord
d'admission 6 du séparateur principal 1.
1) Les deux parois 5a et 5b comportent des nervures radiales s'étendant en vis-à-vis l'une de l'autre entre les rebords extérieur et intérieur du disque afin de délimiter des secteurs angulaires formés
d'une portion libre de tamis 16.
Les rebords intérieur et extérieur du disque ainsi que les nervures peuvent être réalisés en métal et dans ce cas le tamis 16 est
réalisé à partir d'une grille métallique, par exemple, en Inox.
Toutefois, comme il est décrit dans le brevet FR 98 07 0)71, les rebords intérieur et extérieur du disque ainsi que les nervures et le tamis peuvent être réalisés dans une matière plastique telle que du
2() polyamide.
Le séparateur principal 1 est également pourvu d'un système de nettoyage 1 () des éléments filtrants 5. Ce système de nettoyage 10 est disposé dans le conduit d'alimentation 17 formé par les éléments
filtrants 5.
Le système de nettoyage 1() est alimenté à contre-courant par une fraction du fluide épuré E, permettant de nettoyer les éléments filtrants 5 ou plus précisément les portions libres de tamis 16 et d'entraîner les impuretés qui y étaient retenues dans une fraction Pl
dudit fluide.
L'ensemble de traitement comprend également un séparateur secondaire 2 alimenté via une conduite de sortie 7 du système de
nettoyage 10 par la fraction Pl de fluide chargé en impuretés.
Cette conduite de sortie 7 est directement raccordé à un
conduit central 9 d'admission d'un dispositif de centrifugation 21.
Ce dispositif de centrifugation est constitué principalement d'une enceinte de centrifugation 8 hermétique excepté la
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communication réalisée par deux buses de sortie 13. Ainsi la fraction de fluide P. est reçue dans l'enceinte 8 via des orifices ménagés dans le conduit central 9 et l'entraînement en rotation de l'enceinte 8 est provoqué par l'effet de réaction, par rapport à la fraction du fluide contenu dans l'enceinte 8, du fluide qui s'échappe de ladite enceinte à travers les buses 13. Ainsi la rotation de l'enceinte 8 provoque la rotation du fluide et les impuretés contenues dans ledit fluide sont entraînées par la force centrifuge vers la paroi interne de l'enceinte 8 o
elles sont immobilisées.
Le séparateur secondaire 2 est également contenu dans le carter C. Ainsi de manière connue, le séparateur secondaire 2 a pour fonction d'extraire la plus grande quantité possible d'impuretés présentes dans la fraction P. de façon à restituer une fraction minoritaire El de fluide épuré, propre à rejoindre le réservoir de fluide ou à être directement recyclé dans le moteur avec la fraction majoritaire E de
fluide épuré par le séparateur principal 1.
Cependant, les éléments filtrants 5 ainsi que le dispositif de centrifugation 21 sont sélectionnés, lors de la fabrication de l'ensemble de traitement, afin de posséder une qualité de filtration acceptable pour
un certain type de fluide pollué à traiter.
Ainsi, I'un des objectifs de la présente invention est de fournir un ensemble de traitement dont le coefficient de filtration sera apte à
épurer une large gamme de qualité de fluide pollué.
En effet, quel que soit le fluide à traiter, celui-ci doit impérativement atteindre en fin de traitement un degré de pureté prédéterminé. Dans ces objectifs, et selon l'invention, il est prévu un échangeur de chaleur 3 raccordé en aval au raccord d'alimentation 6 en fluide pollué P du séparateur principal I et en amont à un organe de dérivation 12 d'au moins une fraction du débit de fluide pollué P
provenant du moteur.
L'échangeur de chaleur 3 représenté sur la figure annexée est réalisé à partir de plaques brasées qui ne comportent ni joints
d'étanchéité, ni de tirants de serrage.
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Cet échangeur est constitué de deux plaques terminales supérieure 36 et inférieure 37 et d'une série de plaques intermédiaires
d'échange.
Les différentes plaques sont toutes munies à leurs extrémités longitudinales et transversales de quatre orifices et elles sont assemblées
par brasure afin de créer deux circuits indépendants l'un de l'autre.
De plus, la plaque terminale supérieure 36 est munie de deux raccords d'admission 31 et 34 et de deux raccords d'évacuation 32 et 33
situés en regard des orifices des différentes plaques intermédiaires 35.
1( Le raccord d'admission 34 est alimenté par du fluide pollué à haute température qui provient d'une pompe de lubrifiant via l'organe de dérivation 12 tandis que le raccord d'admission 31 est alimenté en liquide de refroidissement au moyen d'une conduite d'entrée 14a d'un
circuit de refroidissement 14.
A l'inverse, le raccord d'évacuation 33 alimente le séparateur principal 1 en fluide pollué P refroidi via le raccord d'admission 6 dudit séparateur principal 1 et le raccord d'évacuation 32 rejette le liquide de refroidissement vers une conduite de sortie 14b du circuit de
refroidissement 14.
Ainsi, le fluide pollué P et le liquide de refroidissement circulent à contre-courant dans des canaux alternés formés par l'empilage des orifices des différentes plaques. De même, comme on peut le voir sur la figure, dans ce mode de réalisation, les plaques métalliques 35, 36 et 37 sont cannelées afin de provoquer une forte
turbulence dans le débit et donc un meilleur échange thermique.
L'organe de dérivation 12 est en outre relié au raccord d'admission 6 du séparateur principal I au moyen d'une conduite de
dérivation 11.
Ainsi, lorsque le fluide pollué provenant du moteur est encore froid, l'organe de dérivation sera dans une position telle que le fluide pollué passera directement dans la conduite de dérivation 11 afin d'être traité directement par le séparateur principal 1 et le séparateur
secondaire 2.
Au fur et à mesure que la température du fluide augmente, une fraction de plus en plus importante du débit de fluide est déviée par l'organe de dérivation 12 vers l'échangeur de chaleur 3, afin que le débit
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total du fluide provenant de la pompe de lubrifiant ne dépasse pas une température limite lors de son passage dans le conduit d'alimentation 17
du filtre 4.
Lorsque le fluide provenant de la pompe de lubrifiant dépasse une certaine température due à l'échauffement du moteur, la totalité du débit du fluide est déviée vers l'échangeur de chaleur 3 afin que celui refroidisse au maximum le fluide avant son admission dans le conduit
d'alimentation 17 du filtre 4.
L'organe de dérivation 12 pourra par exemple être constitué par un système à ressort avec un élément susceptible de se dilater lorsque la température du fluide à la sortie de la pompe de lubrifiant s'élève. Bien entendu tout autre moyen de dérivation automatique peut
être envisageable sans sortir du cadre de l'invention.
Par ailleurs, un filtre 15 peut être monté en parallèle sur la conduite d'entrée 14a du circuit de refroidissement 14, ce filtre étant constitué d'un matériau adapté à l'eau et aux autres composants du
liquide de refroidissement tels que l'éthylène glycol.
Ce filtre 15 pourra également être muni d'un dispositif de
nettoyage automatique.
Ainsi, en contrôlant la température du fluide avant son admission dans le conduit d'alimentation 17 du séparateur principal 1, on contrôle également ses propriétés physiques et donc par voie de conséquence on améliore le coefficient de filtration du séparateur
principal 1 et du séparateur secondaire 2.
De manière connue, le séparateur secondaire 2 comporte un dispositif de centrifugation 21 tel que décrit précédemment, mais il est également susceptible de comporter un dispositif de filtration constitué de disques filtrants (non représenté). Ce dispositif de filtration et le dispositif de centrifugation peuvent être montés en parallèle sur le
conduit de sortie 7 du système de nettoyage 1() du filtre 4.
De même, l'enceinte 8 du dispositif de centrifugation 21 est susceptible de contenir des plateaux de séparation afin d'augmenter l'efficacité de la séparation par force centrifuge. Ces plateaux de séparation peuvent également être réalisés à partir d'une matière
plastique.
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Ainsi, dans le cas o le séparateur principal 1 et le séparateur secondaire 2 comprennent des éléments et des disques filtrants ainsi que des plateaux de séparation réalisés à partir d'une matière plastique, il est également très avantageux de réduire la température du fluide à traiter afin que ce dernier n'accélère pas le vieillissement des éléments et des disques filtrants ainsi que des plateaux de séparation ou même ne les détériore pas irrémédiablement en diminuant la capacité de filtration de
l'ensemble de traitement.
A titre d'exemple, si l'on considère une huile de lubrification du type SAE 40() ayant une température d'entrée dans l'échangeur de chaleur 3 de l'ordre de 113 C avec un débit de 11,3 m3/h et un liquide de refroidissement ayant une température d'entrée dans l'échangeur de l'ordre de 88 C avec un débit constant de 6 m3/hî, la température de l'huile à la sortie de l'échangeur sera de l'ordre de 106 C. En sachant que la durée de vie d'une matière plastique telle que du polyamide diminue de moitié pour une température de l'huile comprise entre 110) et 125 C, on comprend que la présence d'un échangeur de chaleur en amont des éléments filtrants permet une
augmentation de leur durée de vie de l'ordre de 3() %.
) Selon une autre caractéristique de l'invention, le séparateur principal 1, le séparateur secondaire 2, l'échangeur de chaleur 3, le filtre du liquide de refroidissement et l'organe de dérivation 12 sont contenus dans le même carter C. L'avantage de ce carter C réside dans la compacité et la légèreté de l'ensemble; dans la suppression des fuites éventuelles des raccordements externes et finalement dans la réduction obtenue dans les
coûts de fabrication de l'ensemble et de maintenance.
L'invention n'est pas limitée à la réalisation décrite, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient lui être apportées
) sans sortir de son cadre, ni de son esprit.
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Claims (9)
1. Ensemble de traitement d'un fluide pollué comprenant un séparateur principal (1) pourvu d'une part d'un filtre (4) constitué d'au moins un elément filtrant (5) alimenté en fluide pollué (P) via un raccord d'admission (6) et d'autre part d'un système de nettoyage (10) dudit élément filtrant (5) alimenté à contre-courant par une fraction du fluide filtré (E), ledit ensemble comprenant égalemrnent un séparateur secondaire (2) alimenté via une conduite de sortie (7) dudit système de 1() nettoyage (1()), caractérisé en ce qu'il cornporte, en outre, un échangeur de chaleur (3) raccordé en amont à un organe de dérivation (12) d'au moins une fraction du débit de fluide pollué (P) vers l'échangeur et en aval au raccord d'alimentation (6) en fluide pollué du séparateur principal (1) de façon à contrôler la température du fluide pollué au niveau de l'élément
filtrant (5).
2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de dérivation (12) est également raccordé au raccord d'alimentation (6) en fluide pollué du séparateur principal (1) au moyen
d'une conduite de dérivation (11).
3. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé ell ce que l'échangeur de chaleur (3) est alimente en liquide de refroidissement au
moyen d'un circuit de refroidissement (14).
4. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un
filtre (15) est monté en parallèle sur le circuit de refroidissement (14).
5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que le séparateur principal (1), le séparateur secondaire(2), l'échangeur de chaleur(3), le filtre (15) du liquide de refroidissement et l'organe de
dérivation (12) sont contenus dans un carter unique (C).
6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications
préccdentes, caractérisé en ce que le séparateur secondaire (2) comprend un dispositif de centrifugation (21) et/ou un dispositif de filtration
comportant au moins un disque filtrant.
7. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément filtrant (5) du séparateur principal (1) et/ou le disque filtrant
du séparateur secondaire (2) sont réalisés en matière plastique.
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8. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de centrifugation (21) comprend une enceinte de centrifugation (8) dans laquelle sont disposés des plateaux de séparation réalisés en matière plastique
9. Ensemble selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (3) est
constitué par un échangeur à plaques.
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