BE1023713B1 - Appareil d’homogénéisation - Google Patents

Abstract

La présente invention a trait à un appareil d’homogénéisation. L’appareil comprend au moins un élément adapté pour vibrer en présence d’une excitation induite. L’appareil comporte en outre au moins un ensemble de support destiné à supporter l’au moins un élément. Un contenant est adapté à être fixé par rapport à l’au moins un élément. Un dispositif excitateur est configuré pour induire des vibrations telles que les vibrations induites amènent l’au moins un ensemble de support, l’au moins un élément et le contenant à vibrer à leur fréquence naturelle en présence de résonance, pour ainsi faciliter l’homogénéisation des particules de phases multiples contenues dans le contenant.

Description

APPAREIL D’HOMOGÉNÉISATION

DOMAINE

La présente invention appartient au domaine de l’ingénierie mécanique. La présente invention concerne notamment les équipements de transformation de matière.

CONTEXTE

Dans le secteur de la transformation, de nombreuses applications demandent l’homogénéisation de matières premières de différentes tailles pour fabriquer un produit final. On entend par homogénéisation le mélange de matières premières de manière que les dimensions de toutes les particules du mélange soient homogènes. Des procédés conventionnels d’homogénéisation des matières premières de différentes tailles font appel à un mélange manuel ou automatisé au moyen de composants mécaniques tels que des cuillères et agitateurs. Ces procédés conventionnels ne permettent pas d’obtenir l’homogénéité recherchée dans le cas d’un mélange de matières premières dont les dimensions particulaires sont d’ordre nanométrique/sous-micrométrique. De surcroît, au cours du processus de mélange, les matières premières ont tendance à coller à l’agitateur et au contenant dans lequel s’effectue le mélange. Ceci est également désavantageux car le nettoyage du contenant et de l’agitateur est un processus long qui s’accompagne d’une perte de matières premières. De plus, dans les procédés conventionnels, les systèmes sont conçus pour ne fonctionner qu’avec une taille de contenant spécifique. Il existe donc un manque d’adaptabilité et il n’est pas possible d’employer de contenants de tailles différentes.

Ainsi, pour remédier aux inconvénients ci-dessus associés aux procédés conventionnels d’homogénéisation, on a besoin d’un système d’homogénéisation permettant de se passer de composants mécaniques tels que les agitateurs, et fonctionnant avec des contenants de différentes tailles.

OBJECTIFS

Certains des objets du présent exposé, qui sont satisfaits par au moins un mode de réalisation ci-après, sont tels qu’il est établi ci-dessous.

Le présent exposé a pour objectif d’apporter une amélioration à un ou plusieurs des problèmes posés par l’art antérieur ou d’y apporter au moins une solution de remplacement utile.

Le présent exposé a pour objectif de proposer un appareil d’homogénéisation ne demandant pas l’emploi de composants mécaniques tels que des agitateurs.

Un autre objectif du présent exposé est de proposer un appareil d’homogénéisation capable de fonctionner avec des contenants de différentes tailles. D’autres objectifs et avantages du présent exposé ressortiront à la lecture de la description suivante, dont la vocation n’est nullement de limiter la portée de la présente invention. RÉSUMÉ

La présente invention a trait à un appareil d’homogénéisation. L’appareil comprend au moins un élément adapté pour vibrer en présence d’une excitation induite. L’appareil comporte en outre au moins un ensemble de support destiné à supporter l’au moins un élément. Un contenant est adapté à être fixé par rapport à l’au moins un élément. Un dispositif excitateur est configuré pour induire des vibrations telles que les vibrations induites amènent l’au moins un ensemble de support, l’au moins un élément et le contenant à osciller à leur fréquence naturelle en présence de résonance, pour ainsi faciliter l’homogénéisation des particules de phases multiples contenues dans le contenant.

Dans un mode de réalisation, l’appareil comporte en outre une paire d’ensembles de support destinés à supporter une paire d’éléments de manière qu’un premier ensemble constitué d’un élément de la paire d’éléments et d’un ensemble de support correspondant de la paire d’ensembles de support soit fixé et situé au-dessus d’un second ensemble constitué d’un autre élément de la paire d’éléments et d’un ensemble de support correspondant de la paire d’ensembles de support.

Dans un mode de réalisation, le dispositif excitateur est configuré pour induire des vibrations dans l’élément du second ensemble, lesquelles sont transférées au premier ensemble.

Dans un mode de réalisation, le contenant peut être fixé à l’élément du premier ensemble de manière que les vibrations du premier ensemble et du second ensemble soient transférées au contenant, amenant la totalité de l’appareil à vibrer en résonance et à faciliter l’homogénéisation des particules de phases multiples contenues dans le contenant.

Dans un mode de réalisation, l’au moins un ensemble de support comporte au moins un élément de sollicitation agencé à l’écart.

Dans un mode de réalisation, le dispositif excitateur est solidarisé à l’élément du second ensemble. Le dispositif excitateur comporte deux masses excentriques qui sont configurées pour se déplacer en phase l’une avec l’autre, sous l’action d’un servomoteur, de manière que seules les forces verticales fonctionnelles agissent sur l’élément du second ensemble.

Dans un mode de réalisation, l’appareil comporte en outre au moins un bras télescopique assurant le couplage du servomoteur aux deux masses excentriques afin de transmettre le mouvement du servomoteur aux deux masses excentriques. Le rapport de poids des deux masses excentriques est de 1:0,3.

Dans un mode de réalisation, l’appareil comporte en outre un porte-contenant disposé fonctionnellement au-dessus de l’élément du premier ensemble. Un organe de réglage est disposé sur le porte-contenant et est configuré pour faciliter le support de contenants de différentes hauteurs. Un tendeur est conçu fonctionnellement au-dessus de l’organe de réglage pour faciliter le support solide du contenant sur l’organe de réglage.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS ANNEXÉS

Un appareil d’homogénéisation de la présente invention est décrit ci-dessous en regard des dessins annexés non limitatifs, dans lesquels :

La Figure 1 illustre un diagramme de corps libre d’un appareil d’homogénéisation conforme à un mode de réalisation de la présente invention ; et

La Figure 2 illustre un schéma de principe de l’appareil d’homogénéisation de la Figure 1 ; et

La Figure 3 est un graphique illustrant la réponse vibratoire des premier et second éléments de l’appareil d’homogénéisation de la Figure 2.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE

Dans le domaine de l’ingénierie des procédés industriels, les procédés conventionnels visant à l’homogénéisation des matières premières avant leur transformation en vue de fabriquer un produit final demandent l’emploi de composants mécaniques tels que des cuillères et agitateurs. Ces composants passent dans les matières premières soit manuellement soit de manière automatisée afin de réaliser le mélange de ces matières premières. Cependant, ces procédés conventionnels ne parviennent pas à assurer une homogénéité uniforme au cours de l’homogénéisation de matières premières d’une taille particulaire d’ordre nanométrique/sous-micrométrique. Un autre inconvénient de ces procédés conventionnels consiste en ce que les matières premières ont tendance à coller au contenant dans lequel s’effectue l’homogénéisation, ainsi que sur la cuillère ou l’agitateur au moyen duquel se fait l’homogénéisation. Le nettoyage de ces composants demande un temps et un effort significatifs, et la matière première qui est éliminée des composants est généralement perdue.

La présente invention a trait à un appareil d’homogénéisation, permettant d’effectuer l’homogénéisation de matières premières présentant différentes tailles particulaires tout en remédiant aux inconvénients ci-avant. L’appareil comprend au moins un élément adapté pour vibrer en présence d’une excitation induite. L’appareil comporte en outre au moins un ensemble de support destiné à supporter l’au moins un élément. Un contenant est adapté à être fixé par rapport à l’au moins un élément. Un dispositif excitateur est configuré pour induire des vibrations telles que les vibrations induites amènent l’au moins un ensemble de support, l’au moins un élément et le contenant à vibrer à leur fréquence naturelle en présence de résonance, pour ainsi faciliter l’homogénéisation des particules de phases multiples contenues dans le contenant. L’appareil d’homogénéisation conforme à un mode de réalisation de la présente invention est décrit en référence aux Figures 1 et 2. L’appareil d’homogénéisation 100 (également dénommé « appareil 100 ») comprend une paire d’ensembles de support 104, 110 destinés à supporter une paire d’éléments 108, 102 de manière qu’un premier ensemble constitué d’un élément 108 (également dénommé « premier élément 108 ») de la paire d’éléments 108, 102 et d’un ensemble de support correspondant 110 (également dénommé « premier ensemble de support 110 ») de la paire d’ensembles de support 104, 110 soit fixé et situé au-dessus d’un second ensemble constitué d’un autre élément 102 (également dénommé « second élément 102 ») de la paire d’éléments 108, 102 et d’un ensemble de support correspondant 104 (également dénommé « second ensemble de support 104 ») de la paire d’ensembles de support. Plus particulièrement, le second élément 102 est supporté par le second ensemble de support 104, ce second élément 102 étant configuré pour être excité par un dispositif excitateur 106. Plus particulièrement, le second élément 102 est disposé sur le second ensemble de support 104 en étant supporté par celui-ci, le second élément 102 étant configuré pour vibrer sous l’action du dispositif excitateur 106 qui est relié à la surface fonctionnelle de fond du second élément 102.

Le premier élément 108 est couplé au second élément 102 par le biais du premier ensemble de support 110. Plus particulièrement, le premier ensemble de support 110 est disposé sur le second élément 102, et le premier élément 108 est disposé sur le premier ensemble de support 110 en étant supporté par celui-ci, les vibrations du second élément 102 étant transférées au premier élément 108 par le biais du premier ensemble de support 110. Un contenant 112 est fixé sur le premier élément 108 de manière que les vibrations du premier et du second élément 108, 102 soient transférées au contenant, amenant la totalité de l’appareil 100 à vibrer en résonance et à faciliter l’homogénéisation des matières premières contenues dans le contenant 112. Le premier élément 108, le second élément 102 et le contenant 112 sont configurés pour vibrer en résonance sous l’action du dispositif excitateur 106 pour faciliter l’homogénéisation des particules de phases multiples contenues dans le contenant 112.

Dans un mode de réalisation, le second ensemble de support 104 comporte une pluralité d’éléments de sollicitation 104A, 104B agencés à l’écart, et le premier ensemble de support 110 comporte une pluralité d’éléments de sollicitation 110A, 110B agencés à l’écart. Dans un mode de réalisation, les éléments de sollicitation peuvent consister en des ressorts hélicoïdaux et/ou des ressorts de compression. Dans encore un autre mode de réalisation, les éléments de sollicitation peuvent également consister en des absorbeurs d’énergie télescopiques pourvus de ressorts hélicoïdaux ou de ressorts à enroulement. Dans encore un autre mode de réalisation, les éléments de sollicitation peuvent présenter d’autres éléments d’amortissement.

La Figure 3 est un graphique illustrant la réponse vibratoire des premier et second éléments 108, 102. La courbe 1 représente la réponse vibratoire du second élément 102, tandis que le second ensemble de support 104 ne subit aucun amortissement, et la courbe 1A représente la réponse vibratoire du second élément 102 tandis que le second ensemble de support 104 subit un amortissement. On observe que l’amplitude de vibration augmente lorsque l’ensemble de support 104 est pourvu d’un amortissement. De même, la courbe 2 représente la réponse vibratoire du premier élément 108, tandis que le premier ensemble de support 110 ne subit aucun amortissement, et la courbe 2A est la réponse vibratoire du premier élément 108 tandis que le premier ensemble de support 110 subit un amortissement. On observe que l’amplitude de vibration augmente lorsque le premier ensemble de support 110 est pourvu d’un amortissement.

Dans un mode de réalisation, le dispositif excitateur 106 est solidement couplé au second élément 102. Plus particulièrement, le dispositif excitateur 106 est relié à une surface fonctionnelle de fond du second élément 102. Dans un mode de réalisation, le dispositif excitateur 106 comporte deux masses excentriques qui sont configurées pour se déplacer en phase l’une avec l’autre, sous l’action d’un servomoteur, de manière que seules les forces verticales fonctionnelles agissent sur le second élément 102. En règle générale, l’appareil 100 comporte au moins un bras télescopique assurant le couplage du servomoteur aux deux masses excentriques afin de transmettre le mouvement du servomoteur aux deux masses excentriques. Dans un mode de réalisation, le rapport de poids des deux masses excentriques est de 1:0,3.

Dans un mode de réalisation, l’appareil comporte en outre un porte-contenant 114 disposé fonctionnellement au-dessus du premier élément 108. Un organe de réglage 116 est disposé sur le porte-contenant pour faciliter le support de contenants de différentes hauteurs. De surcroît, un tendeur 118 est conçu fonctionnellement au-dessus de l’organe de réglage 116 pour faciliter le support solide du contenant 112 sur l’organe de réglage 116.

La configuration fonctionnelle de l’appareil 100 est décrite ci-dessous. L’appareil 100 permet d’homogénéiser les matières premières contenues dans le contenant 112. Le dispositif excitateur 106 est configuré pour assurer une excitation verticale fonctionnelle auprès du second élément 102. Plus particulièrement, la charge est appliquée sur le second élément 102 selon les angles de 90o et 270o par rapport à l’axe longitudinal du second élément 102. Cette charge amène le second élément 102 à vibrer avec une amplitude « X1 ». Les vibrations du second élément 102 sont transférées au premier élément 108 par le biais du premier ensemble de support 110, en amenant ainsi le premier élément 108 à vibrer avec une amplitude « X2 ». Soit M1 et M2 les masses respectives du second élément 102 et du premier élément 108 ; soit K1 et K2 les valeurs de rigidité respectives des éléments de sollicitation 104A et 104B, et K3 et K4 les valeurs de rigidité respectives des éléments de sollicitation 110A et 110B ; et soit K5 la rigidité résultante des éléments de sollicitation 104A, 104B, 110A, 110B, alors le rapport de transformation par oscillation des premier et second éléments 108, 102 peut être représenté par l’expression suivante : X2/X1 = K5/(K5 - M2œn2) dans laquelle œn représente la fréquence naturelle de l’appareil 100. Le rapport de transformation oscillatoire (X2/X1) désigne l’efficacité de transformation, laquelle varie en fonction des valeurs des différents paramètres des éléments de l’appareil 100.

Le dispositif excitateur 106 est configuré pour exciter les premier et second éléments 108, 102 afin d’amener l’appareil 100 à vibrer en résonance. La résonance est le phénomène selon lequel le système subit des vibrations améliorées lorsque la fréquence d’excitation externe correspond à la fréquence naturelle du système. Ces vibrations améliorées, résultant de cette résonance, facilitent une homogénéisation efficace des matières premières contenues dans le contenant 112. Cette vibration en résonance entraîne également une consommation énergétique efficace pour l’appareil 100, étant donné qu’une moindre quantité d’énergie est consommée par le dispositif excitateur 106 pour fournir une quantité supérieure de vibrations. L’appareil 100 de la présente invention peut servir à des opérations variées d’homogénéisation du fait de son adaptabilité à des contenants de différentes tailles. L’appareil 100 effectue une homogénéisation sur des matières premières possédant des particules de phases multiples de tailles diverses pour produire un mélange de taille particulaire homogène. L’appareil 100 de la présente invention offre également une utilisation optimale de l’énergie en faisant appel au phénomène de la résonance, qui entraîne une réduction de la durée d’oscillation et de la durée de fonctionnement nécessaires pour produire le mélange de taille particulaire homogène. De plus, l’application de vibrations pour le mélange entraîne une homogénéisation efficace des particules d’ordre nanométrique/sous-micrométrique.

Le dispositif excitateur 106 de la présente invention fait appel à des servomoteurs et bras télescopiques de grande précision afin de transmettre efficacement le mouvement des servomoteurs aux deux masses excentriques du dispositif excitateur 106, qui servent directement à exciter l’appareil 100 afin d’obtenir un mélange efficace des matières premières contenues dans le contenant 112.

De surcroît, l’appareil 100 de la présente invention se passe totalement de composants mécaniques tels qu’agitateurs ou cuillères habituellement en contact avec les matières premières contenues dans le contenant 112. Ainsi, le temps et les efforts consacrés au nettoyage des composants mécaniques sont simplement supprimés grâce à l’appareil 100 de la présente invention. De même, la mise en œuvre de vibrations sur le contenant 112 pour homogénéiser les matières premières empêche les matières premières de coller aux parois du contenant. Ainsi, la perte de matières premières sous l’effet du nettoyage des composants mécaniques est également supprimée grâce à l’appareil 100 de la présente invention.

Bien que l’appareil 100 de la présente invention ait été décrit comme ayant deux éléments 108, 102 et deux ensembles de support 104, 110, le nombre d’éléments et d’ensembles de support n’est pas limité à deux et peut varier en fonction des besoins de l’application. De même, pour obtenir une résonance dans l’appareil 100, le dispositif excitateur 106 peut être mis en œuvre en plus grand nombre afin de produire les caractéristiques vibratoires recherchées.

AVANCÉES TECHNIQUES

La présente invention décrite ci-avant offre plusieurs avantages techniques parmi lesquels, notamment, la réalisation d’un appareil d’homogénéisationr : • qui ne fait pas appel à l’emploi de composants mécaniques tels que des agitateurs ; et • qui est capable de fonctionner avec des contenants de différentes tailles.

Les modes de réalisation décrits et les détails de leurs diverses caractéristiques et divers avantages sont expliqués en référence aux modes de réalisation non limitatifs de la description suivante. La description des composants et techniques de transformation bien connus sera omise afin de ne pas obscurcir inutilement les modes de réalisation de la présente invention. Les exemples ci-dessous ont uniquement pour vocation de faciliter la compréhension des possibilités de mise en pratique des modes de réalisation de l’invention et de mieux permettre à l’homme du métier de mettre en pratique ces modes de réalisation. En conséquence, les exemples ne doivent pas être considérés comme limitatifs de la portée des modes de réalisation ci-inclus.

La description ci-dessus des modes de réalisation spécifiques offre un tel éclairage sur la nature générale des modes de réalisation qu’il sera possible, en appliquant les connaissances actuelles, de procéder facilement à des modifications et/ou adaptations pour d’autres applications de ces modes de réalisation spécifiques sans s’écarter pour autant du concept générique et, par conséquent, ces modifications et/ou adaptations ont vocation et devront être comprises comme appartenant à l’esprit et à la plage des équivalences des mode de réalisation de l’invention. On entendra que la phraséologie et la terminologie ici employées le sont à des fins descriptives et nullement limitatives. Par conséquent, bien que les présents modes de réalisation aient été décrits en termes de modes de réalisation préférés, l’homme du métier reconnaîtra que les présents modes de réalisation peuvent être mis en pratique en étant modifiés tout en restant dans l’esprit et la portée des modes de réalisation ici décrits.

Dans le cadre du présent fascicule, le terme « comprennent » et ses variantes, telles que « comprend » ou « comprenant », devront être entendus comme incluant un élément, nombre entier ou étape, ou bien un groupe d’éléments, de nombres entiers ou d’étapes cités, sans pour autant exclure tout autre élément, nombre entier ou étape, ou groupe d’éléments, de nombres entiers ou d’étapes. L’emploi de l’expression « au moins » ou « au moins un » suggère l’emploi d’un ou plusieurs éléments, ingrédients ou quantités, quel que soit leur emploi dans le mode de réalisation de l’invention dans le but d’atteindre un ou plusieurs des objectifs ou résultats visés.

Toute mention de documents, lois, matériaux, dispositifs, articles ou similaires ayant été incluse dans le présent fascicule a uniquement pour but d’offrir un contexte au présent exposé. Elle ne devra pas être considérée comme impliquant que ceux-ci font partie de l’art antérieur ou représentaient des connaissances générales courantes dans le domaine auquel appartient l’exposé tel qu’il existait en toute situation avant la date de priorité de la présente demande.

Les valeurs chiffrées mentionnées pour les divers paramètres physiques, les diverses dimensions ou quantités ne sont que des approximations et l’on entend que des valeurs supérieures ou inférieures aux valeurs chiffrées allouées à ces paramètres, dimensions ou quantités soient comprises dans la portée de l’invention, sauf indication contraire expresse portée au fascicule.

Bien qu’une grande importance ait été accordée aux composants et parties constitutives des modes de réalisation préférés, on entendra que de nombreux modes de réalisation pourront être envisagés et que de nombreuses modifications pourront être mises en œuvre quant aux modes de réalisation préférés sans s’écarter des principes de l’invention. Ces modifications, ainsi que d’autres, apportées au mode de réalisation préféré, de même qu’à d’autres modes de réalisation de l’invention, apparaîtront à l’homme du métier à la lecture du présent exposé, dans le cadre duquel on entendra que le descriptif ci-avant ne doit être interprété qu’à des fins illustratives et nullement limitatives de l’invention.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS :

   1. Appareil d’homogénéisation (100) comprenant : au moins un élément (102,108) adapté pour vibrer en présence d’une excitation induite ; au moins un ensemble de support (104,110) destiné à supporter ledit au moins un élément (102,108) ; un contenant (112) adapté à être fixé par rapport audit au moins un élément (102,108) ; et un dispositif excitateur (106) configuré pour induire des vibrations telles que lesdites vibrations induites amènent ledit au moins un ensemble de support (104,110), ledit au moins un élément (102,108) et ledit contenant (112) à osciller à leur fréquence naturelle en présence de résonance, pour ainsi faciliter l’homogénéisation des particules de phases multiples contenues dans ledit contenant (12), caractérisé en ce que, ledit dispositif excitateur (106) est solidarisé audit ledit au moins un élément (102,108), et ledit dispositif excitateur (106) comporte deux masses excentriques qui sont configurées pour se déplacer en phase l’une avec l’autre, sous l’action d’un servomoteur, de manière que seules les forces verticales fonctionnelles agissent sur ledit au moins un élément (102,108).
2. 2. Appareil (100) selon la revendication 1, comportant une paire d’ensembles de support (104.110) destinés à supporter une paire d’éléments (102,108) de manière qu’un premier ensemble constitué d’un élément (108) de ladite paire d’éléments (102,108) et d’un ensemble de support (110) correspondant de ladite paire d’ensembles de support (104,110) soit fixé et situé au-dessus d’un second ensemble constitué d’un autre élément (102) de ladite paire d’éléments (102,108) et d’un ensemble de support (104) correspondant de ladite paire d’ensembles de support (104,110).
3. 3. Appareil (100) selon la revendication 2, dans lequel ledit dispositif excitateur (106) est configuré pour induire des vibrations dans ledit élément (102) dudit second ensemble, lesquelles sont transférées audit premier ensemble.
4. 4. Appareil (100) selon la revendication 2, dans lequel ledit contenant (112) peut être fixé audit élément (108) dudit premier ensemble de manière que lesdites vibrations dudit premier ensemble et dudit second ensemble soient transférées audit contenant (112), amenant la totalité de l’appareil (100) à osciller en résonance, facilitant ainsi l’homogénéisation des particules de phases multiples contenues dans ledit contenant (112).
5. 5. Appareil (100) selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un ensemble de support (104.110) comporte au moins un élément de sollicitation (103A-104B,110A-110B) agencé à l’écart.
6. 6. Appareil (100) selon la revendication 1, comportant au moins un bras télescopique assurant le couplage dudit servomoteur auxdites deux masses excentriques afin de transmettre le mouvement du servomoteur auxdites deux masses excentriques.
7. 7. Appareil (100) selon la revendication 6, dans lequel le rapport de poids desdites deux masses excentriques est de 1:0,3.
8. 8. Appareil (100) selon la revendication 4, comportant un porte-contenant (104) disposé fonctionnellement au-dessus dudit élément (108) dudit premier ensemble.
9. 9. Appareil (100) selon la revendication 8, comportant un organe de réglage (116) disposé sur ledit porte-contenant (104), ledit organe de réglage (116) étant configuré pour faciliter le support de contenants (112) de différentes hauteurs.
10. 10. Appareil (100) selon la revendication 9, comportant un tendeur (118) conçu fonctionnellement au-dessus dudit organe de réglage (116) pour faciliter le support solide dudit contenant (112) sur ledit organe de réglage(116).