DISPOSITIF SEPARATEUR GAZ-LIQUIDE
CONTEXTE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine des dispositifs séparateurs gaz- liquide et plus spécifiquement des dispositifs séparateurs air-eau. Elle s'applique en particulier à un dispositif de séparation des gouttes d'eau d'un flux d'air pénétrant dans l'habitacle d'un véhicule automobile par un système de ventilation et/ou par un système de climatisation; elle peut s'appliquer aussi à un système d'admission d'air dans le moteur du véhicule.
ETAT DE LA TECHNIQUE
De manière connue en soi, un véhicule automobile présente un système de ventilation permettant une entrée d'air frais dans l'habitacle. L'air extérieur pénètre dans un intervalle situé entre le pare-brise et le capot du véhicule pour être aspiré dans un conduit d'air vers un ventilateur rejetant l'air dans l'habitacle. Une boîte à eau est généralement située au niveau de cet intervalle d'entrée d'air dans le véhicule pour récupérer l'eau de pluies et évacuer cette eau vers l'extérieur du véhicule. Afin d'éviter l'intrusion de gouttes d'eau dans l'habitacle du véhicule, le flux d'air extérieur est d'abord dévié vers une enceinte comportant des déflecteurs et chicanes pour séparer les gouttes d'eau de pluie du flux d'air.
Classiquement, la séparation des gouttes d'eau de pluie du flux d'air entrant est assurée par des dispositifs déflecteurs; le flux d'air subit un ou plusieurs changements de direction brusques entraînant la séparation des gouttes d'eau par effet centrifuge et gravité. De tels dispositifs sont par exemple décrits dans les documents FR-A-2 601 301, DE-A-199 44 530, DE-A-33 30 951. Les dispositifs séparateurs air-eau avec déflecteurs sont encombrants; ils entraînent une forte perte de charge du flux entrant et sont relativement bruyant. En outre, un dispositif séparateur air-eau avec déflecteur doit être disposé selon une orientation particulière afin d'assurer la déflection du flux d'air par rapport à la direction entrante et permettre la récupération des gouttes d'eau; ces contraintes limitent les possibilités de conception et d'agencement du dispositif séparateur air-eau à l'entrée du système de ventilation ou de climatisation.
Le document DE-A-199 37 083 propose un dispositif séparateur air-eau constitué de lamelles métalliques formant des chevrons enchevêtrés pour constituer une pluralité de chicanes coplanaires. Le flux d'air pénètre perpendiculairement aux lamelles métalliques et les gouttes d'eau buttent contre les chevrons; les gouttes tombent par gravité et le flux d'air traverse les chicanes. Un tel dispositif ne permet aucune liberté de positionnement et d'agencement; il doit être parfaitement perpendiculaire au flux d'air entrant. En outre, ce dispositif a été conçu pour des véhicules sur rails et des essais effectués par la demanderesses ont démontré une efficacité de filtrage réduite pour une application à l'automobile.
Par ailleurs, le document DE-A-41 09 745 propose un système combiné de filtre à poussière et de séparateur d'eau. Un filtre comprenant un matériau hydrophile est placé verticalement dans le flux d'air. Les gouttes d'eau sont piégées dans le filtre qui dégorge dans une gouttière placée contre la face arrière du filtre. Ce système ne permet aucune liberté de positionnement et d'agencement; il présente en outre une efficacité réduite. Des essais de la demanderesse ont montrés que le matériau hydrophile stockait l'eau qui ne dégorgeait pas assez sur la face arrière du filtre. Les gouttent emmagasinées forment une barrière au flux d'air entrant, ce qui augmente le débit donc le bruit et fini par entraîner des gouttes d'eau au-delà du filtre lorsque le débit d'air devient trop fort. L'efficacité d'un tel filtre à eau n'est pas satisfaisante pour une application à un système de ventilation d'un véhicule automobile.
RESUME DE L'INVENTION II existe donc un besoin pour un séparateur air-eau qui permette une plus grande liberté de positionnement et d'agencement dans le véhicule automobile; qui soit compact, efficace et silencieux.
A cet effet, l'invention propose de supprimer le déflecteur et de séparer les gouttes d'eau entraînées dans le flux d'air au moyen d'un filtre constitué d'un réseau 30 de mailles traversé par le flux d'air. Le dispositif séparateur air-eau selon l'invention est compact, efficace et permet de s'affranchir des contraintes de positionnement et d'agencement pour une plus grande liberté dans le design du véhicule.
Plus spécifiquement, l'invention propose un dispositif séparateur gazliquide comprenant un filtre constitué d'un réseau de mailles croisées permettant la séparation et l'écoulement de gouttes de liquide entraînées dans un flux gazeux traversant ledit réseau de mailles.
Selon les modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs de caractéristiques suivantes: le réseau de mailles comprend une pluralité de couches maillées; - chaque couche maillée est conformée pour augmenter le volume du réseau; - le réseau de mailles présente une épaisseur comprise entre 15mm et 60mm; le réseau de mailles est en métal; en fibres synthétiques; en fibres naturelles; le filtre est orienté d'un angle compris entre 20 et 90 par rapport à la direction du flux gazeux; - le dispositif comprend en outre un boîtier comprenant un logement adapté à recevoir le réseau de mailles et une goulotte de récupération des gouttes de liquide séparées située en amont du flux gazeux; - le boîtier présente une face avant dont la forme assure le guidage du flux gazeux vers le réseau de mailles; - le boîtier comporte en outre un couvercle adapté à recouvrir le réseau de mailles, ledit couvercle présentant au moins une ouverture d'entrée du flux gazeux; - le couvercle présente en outre au moins une ouverture de passage des gouttes de liquide séparées vers la goulotte; le boîtier présente une face arrière présentant au moins une ouverture de sortie du flux gazeux; - le boîtier présente une face inférieure inclinée vers la goulotte de récupération; le dispositif constitue un séparateur air-eau; - le dispositif comprend en outre un filtre à poussières. - 4
L'invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant: - un système de ventilation ou de climatisation d'habitacle; - un dispositif séparateur selon l'invention placé entre une prise d'air du véhicule et le système de ventilation ou de climatisation.
Selon une caractéristique, le dispositif séparateur comprend un boîtier présentant une face arrière comprenant au moins une ouverture de sortie du flux gazeux de dimensions sensiblement égales aux dimensions d'un conduit d'air du système de ventilation ou de climatisation.
Selon une caractéristique, le dispositif séparateur comprend un boîtier 10 présentant une face inférieure inclinée située au moins 2,5 cm sous le conduit d'air du système de ventilation ou de climatisation.
Selon les applications, l'invention se rapport à une grille d'auvent pour véhicule automobile comprenant un dispositif séparateur selon l'invention fixé sur une de ses faces; à un conduit d'admission d'air pour système de ventilation ou de climatisation de véhicule automobile comprenant un dispositif séparateur selon l'invention fixé à une de ses embouchures; à un ensemble moto ventilateur pour véhicule automobile comprenant un dispositif séparateur selon l'invention; à un système d'admission d'air moteur pour véhicule automobile comprenant un dispositif séparateur selon l'invention.
L'invention concerne en outre un procédé de séparation de gouttes de liquides entraînées dans un flux gazeux, le procédé comprenant une étape consistant à placer un dispositif séparateur gaz-liquide sur un chemin de flux gazeux, ledit dispositif comprenant un filtre constitué d'un réseau de mailles présentant une surface croisée permettant la séparation et l'écoulement des gouttes de liquide entraînées dans ledit flux gazeux traversant ledit réseau de mailles.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre 30 d'exemple et en référence aux dessins annexés, qui montrent - figure 1, une vue en perspective de face du boîtier du dispositif séparateur air-eau selon l'invention, avec le couvercle fermé; - figure 2, une vue en perspective de face du boîtier du dispositif séparateur air-eau selon l'invention, avec le couvercle ouvert; figure 3, une vue arrière en perspective du boîtier du dispositif séparateur aireau selon l'invention; - figure 4, une vue en coupe latérale du dispositif selon l'invention placé en amont d'une entrée d'air d'un véhicule automobile.
EXPOSE DETAILLE DE L'INVENTION Dans la description qui suit, les expressions au-dessus , en dessous , devant ou derrière sont utilisées en référence aux figures annexées; les expressions en amont ou en aval font référence au flux d'air se déplaçant depuis l'extérieur vers l'intérieur du véhicule automobile.
La description qui suit est faite en référence à un séparateur air-eau appliqué à un véhicule automobile, mais il est entendu que d'autres applications peuvent être envisagées; en particulier toute application à la séparation de gouttes de liquide entraînées dans un flux gazeux.
Les figures 1 et 2 montrent un dispositif séparateur air-eau selon l'invention, respectivement avec le couvercle fermé et le couvercle ouvert. Les mêmes éléments sont désignés avec les mêmes numéros de référence. Les figures 1 et 2 montrent un boîtier 10 associé à un couvercle 20 pivotant. Le boîtier 10 et le couvercle 20 peuvent être réalisés en plastique moulé d'une seule pièce et le couvercle 20 peut être articulé sur le boîtier par un effet charnière assuré par un amincissement du plastique.
On définit sur le boîtier 10 une face avant 11, une face arrière 12 (qui sera décrite en détail en référence à la figure 3), deux faces latérales 13 et une face inférieure 14. On utilise les termes de face avant et face arrière par rapport à la direction du flux d'air destiné à traverser le dispositif selon l'invention. Ainsi, lorsque le dispositif selon l'invention est utilisé, le flux d'air arrive sur la face avant 11, traverse le boîtier et ressort par la face arrière 12; cette utilisation sera mieux décrite plus loin en référence à la figure 5. La face arrière 12 présente deux prolongements 16 de part et d'autre du boîtier 10. Ces prolongements 16 sont destinés à assurer la fixation du dispositif à l'entrée d'un système de ventilation que l'on doit protéger des gouttes d'eau; dans le cas d'une application à l'automobile, 2890574 -6 par exemple à l'entrée d'un conduit d'admission d'air du système de ventilation ou de climatisation. Les prolongements 16 peuvent être munis de trous de vis, mais toute autre moyen de fixation peut être envisagé, tel que crochetage, clipage ou effet ventouse.
Le boîtier 10 est destiné à recevoir un filtre permettant d'assurer la séparation des gouttes d'eau du flux d'air traversant le dispositif. La figure 2 montre le filtre 30 logé dans le boîtier 10, ce filtre étant destiné à être recouvert par le couvercle 20 en utilisation (position de la figure 1).
Le filtre 30 du dispositif selon l'invention est constitué d'un réseau de mailles présentant une surface croisée permettant la séparation et l'écoulement des gouttes d'eau entraînées dans le flux d'air traversant ce réseau de mailles.
Selon un mode de réalisation possible, le réseau de mailles du filtre comprend une pluralité de couches maillées superposées, par exemple entre 5 et 15 couches maillées superposées les unes sur les autres pour atteindre une épaisseur comprise entre 15 mm et 60 mm. Chaque couche maillées peut être réalisée par tissage d'un fil 31 métallique ou d'une fibre textile d'environ 0,2 à 0,4 mm de diamètre. Les fibres utilisées peuvent être synthétiques, en polypropylène par exemple, ou naturelles, comme du lin, du chanvre ou de la laine par exemple. Le réseau de mailles peut aussi être formé par une superposition de fils ou de fibres superposés et maintenus entre eux par des points soudés ou collés.
Le réseau de mailles peut en outre être conformé, par exemple gaufré pour donner du volume et rigidifier le réseau et pour assurer une densité de fils ou de fibres régulière. Dans le cas d'une pluralité de couches maillées superposées, le gaufrage de chaque couche permet aussi de maintenir une certaine distance entre chaque couche et de limiter ainsi le passage des gouttes d'une couche à l'autre.
Le nombre de couches et la densité du maillage de chaque couche influent sur la séparation des gouttes d'eau du flux gazeux, ainsi que sur le bruit et la perte de charge du flux d'air. Il faut en effet que le réseau de mailles du filtre soit suffisamment épais et lâche pour que les gouttes de migrent pas horizontalement de proche en proche sur les mailles pour traverser le filtre et soient emportées par le flux d'air sortant du filtre; il faut aussi que le réseau de mailles soit suffisamment dense pour éviter que les gouttes soient pulvérisées en gouttelettes et emportées par le flux 2890574 -7 d'air sortant. Le réseau de mailles doit aussi être suffisamment lâche pour limiter la perte de charge du flux d'air et éviter un colmatage du filtre par des poussières entraînées dans le flux d'air extérieur.
Selon une caractéristique avantageuse, le filtre du dispositif séparateur selon l'invention permet une séparation des gouttes d'eau d'un flux d'air, même lorsque le flux d'air traversant le filtre n'arrive pas sur les couches maillées avec une direction perpendiculaire. En particulier, le filtre constitué par les couches du réseau de mailles peut être inclinées d'un angle compris entre environ 20 et 90 par rapport à la direction du flux gazeux sans que cela diminue l'efficacité du filtre.
Comme le montre la figure 2, le boîtier 10 du dispositif présente un logement destiné à recevoir le filtre 30; en particulier, le filtre 30 est plaqué contre les faces arrière et inférieure du boîtier. A l'avant du boîtier, une goulotte 15 de récupération des gouttes est prévue; cette goulotte est donc située en amont du flux gazeux lorsque le dispositif est utilisé.
On remarque sur la figure 2 que le couvercle est destiné à se rabattre sur le filtre 30 et laisse donc libre la partie avant du boîtier 10. La face avant 11 est évasée et forme ainsi un guidage du flux gazeux vers le réseau de mailles du filtre 30.
La figure 2 montre aussi que le couvercle 20 présentant une pluralité de ouvertures alignées sur deux rangées; une première rangée 21, supérieure lorsque le couvercle 20 est rabattu sur le filtre 30, permet l'entrée du flux gazeux destiné à traverser le filtre; et une deuxième rangée 22, inférieure lorsque le couvercle 20 est rabattu, permet l'écoulement des gouttes de liquide séparées par le filtre vers la goulotte 15. On remarquera à cet effet que la face inférieure 14 du boîtier 10 est inclinée vers la goulotte de récupération 15; les gouttes d'eau séparées par le filtre 30 s'écoulent le long de chaque couche maillée et glissent jusqu'à la face inférieure 14 du boîtier où elles sont dirigées vers la goulotte de récupération 15.
La figure 2 montre aussi la face arrière 12 du boîtier; on remarque une rangée de ouvertures17 afin de permettre une sortie du flux gazeux après traversé du filtre 30. La figure 3 montre le boîtier du dispositif selon l'invention vue de derrière.
La figure 3 montre ainsi la face arrière 12 avec la rangée d'ouvertures 17 et les prolongements 16 de fixation. La figure 3 montre aussi la goulotte de récupération 15 des gouttes d'eau séparées par le filtre. On remarque sur la figure 3 que la goulotte est galbée; cette forme permet un écoulement efficace de l'eau récupérée par des orifices d'évacuation 19 situés à chaque extrémité de la goulotte. On pourrait cependant envisager une autre forme que le galbe, par exemple une forme en creux avec un orifice d'évacuation de l'eau au centre de la goulotte. On remarque aussi sur la figure 3 des rainures 18 entourant chaque ouverturel7 d'évacuation de l'air filtré ; ces rainures 18 renforcent la rigidité du boîtier 10 et permettent de compenser les effort d'un joint d'étanchéité qui peut être placé entre le boîtier 10 et un élément auquel le boîtier est fixé, en amont d'un système de ventilation ou de climatisation.
Le dispositif séparateur liquide-gaz selon l'invention est particulièrement bien adapté à la séparation des gouttes d'eau d'un flux d'air admis dans un système de ventilation d'un véhicule automobile.
La figure 5 illustre le dispositif selon l'invention placé à l'entrée d'un système de ventilation ou climatisation sur un véhicule automobile.
De manière connue en soi, l'air extérieur pénètre généralement par un intervalle situé entre le pare brise et le capot du véhicule ou par une prise d'air située sur le capot. Sur la plupart des véhicules, la prise d'air se fait à travers une grille d'auvent 51 en appui sur le pare-brise du véhicule et sur une paroi de séparation entre le compartiment moteur et la boîte à eau. Pour éviter que l'eau de pluie ne pénètre dans l'habitacle du véhicule par le système de ventilation ou de climatisation, il est nécessaire de prévoir, en amont de ce système, un dispositif séparateur air-eau.
L'invention propose donc de placer un dispositif séparateur air-eau tel que décrit précédemment sur le chemin du flux d'air entre l'entrée d'air extérieur et le système de ventilation ou de climatisation. Le boîtier 10 du dispositif selon l'invention peut être fixé n'importe où sur ce chemin du flux d'air; à l'entrée d'un conduit d'air, directement solidaire de la grille d'auvent, directement solidaire de la prise d'air du capot, intégré à l'ensemble moto ventilateur du véhicule ou en tout autre emplacement approprié. A titre d'exemple illustratif, la figure 5 montre le boîtier du dispositif selon l'invention fixé à un conduit d'air 50.
Le boîtier 10 contenant le filtre 30 est fixé devant le conduit d'air 50 avec les ouvertures 17 de la face arrière 12 alignées avec l'entrée du conduit 50. On choisira donc les dimensions du boîtier 10 telle que la largeur du boîtier soit sensiblement égale à la largeur du le conduit d'air 50 et on dimensionnera 2890574 -9 lesouvertures17 de la face arrière telle que leur hauteur soit sensiblement égale à la hauteur du conduit 50. Le dispositif séparateur air-eau selon l'invention est donc peut encombrant; il se place simplement devant l'entrée du conduit d'air d'admission d'air du système de ventilation sans nécessiter de réserver un espace pour des chicanes et une enceinte de décantation. Ce faible encombrement permet un gain de place pour l'implantation d'organes dans la zone considérée, en particulier dans la boîte à eau, et pour l'installation d'éléments de sécurité supplémentaires sur l'avant du véhicule.
Le boîtier 10 est fixé à l'entrée du conduit d'air 50, par exemple avec les prolongements de sa face arrière vissés à la carrosserie du véhicule. Le couvercle 20 est rabattu sur le filtre 30. La face avant 11 évasée s'étend vers la prise d'air 51; l'extrémité de la face avant 11 peut être munie d'un joint d'étanchéité 52 améliorant le guidage du flux d'air vers l'ouverture 21 du couvercle pour une traversée du filtre 30. La face arrière 12 est plaquée à l'entrée du conduit d'air 50, avec les bords des rainures 18 encadrant les ouvertures 17 en appui sur les bords le conduit 50. En partie supérieure, on peut prévoir un joint d'étanchéité 53 entre la face arrière du boîtier et le conduit d'air 50 afin d'éviter une intrusion d'eau de pluie à ce niveau. On remarque aussi sur la figure 5 que la face inférieure inclinée 14 est située plus bas que le bord inférieur du conduit d'air 50, au moins environ 2,5 cm plus bas; on évite ainsi toute remontée d'eau dans le conduit d'air.
Le dispositif séparateur air-eau selon l'invention fonctionne de la manière suivante.
Le flux d'air extérieur chargé d'eau de pluie pénètre par la prise d'air 51 dans le véhicule automobile. Ce flux d'air chargé de gouttes de pluie est aspiré vers le conduit d'admission d'air 50 du système de ventilation. Le dispositif séparateur air-eau étant placé à l'entrée du conduit d'air, le flux d'air chargé d'eau doit le traverser. De part la présence du couvercle 20 sur le filtre 30, le flux d'air ne peut entrer dans le filtre que par les ouvertures 21, 22 du couvercle. La face avant 11 guide le flux de préférence vers l'ouverture supérieure 21 du couvercle, mais une partie du flux peut entrer par l'ouverture inférieure 22 sans que cela nuisse au bon fonctionnement du filtre 30.
Le flux d'air chargé d'eau traverse donc le filtre 30 constitué du réseau de mailles tel que décrit précédemment. Une partie des gouttes d'eau contenue dans le flux d'air vont cogner contre le couvercle 20 et glisser dans la goulotte de récupération 15. Les gouttes d'eau entraînées par le flux d'air dans le filtre 30 seront arrêtées par les couches maillées superposées du réseau et glisseront vers la face inférieure inclinée 14 du boîtier; les gouttes d'eau glissent alors sur la face inférieure et coulent par l'ouverture inférieure 22 dans la goulotte 15 pour être évacuée. L'air sortant par l'ouverture 17 de la face arrière ne contient plus d'eau de pluie; il est aspiré dans le conduit d'air 50 du système de ventilation Dans certain cas le dispositif peut être associé à un filtre à pollens de façon à formé un module de filtration air eau poussière.
Le dispositif séparateur gaz-liquide selon l'invention permet une parfaite séparation de l'eau de pluie quelle que soit la vitesse de ventilation; il induit une faible perte de charge, inférieure à 80 Pa. Il présente en outre un encombrement limité et permet de réduire le bruit capté par le collecteur d'admission d'air étant donné son faible encombrement.
Le filtre du dispositif selon l'invention conserve son efficacité même sous fortes pluies et son colmatage avec des poussières du flux d'air est impossible. Il arrête aussi une partie des poussières, ce qui permet en présence d'un filtre à poussière placé en aval dans le système de ventilation climatisation d'augmenter l'efficacité et la durée de vie de ce filtre à poussière.
Le filtre du dispositif selon l'invention est aussi lavable; il retrouve toute son efficacité après lavage qui élimine les poussières retenues; son entretien est facile et sa durée de vie quasi illimitée.
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