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Mémoire descriptif déposé à l'appui d'une demande de B R P E R F E C T I O N N E M E N T au brevet belge n 882. 128 du 7 mars 1980 Monsieur Peter BAUER Dispositif à oscillateur fluidique capable de fournir un débit dynamique sur une vaste gamme de possibilités, procédé pour son contrôle et son application à une pomme de douche.
Une demande correspondante a été déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 9 mars 1979 sous le NO 19. 250.
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La présente invention concerne des perfectionnements apportés à des oscillateurs fluidiques, et en particulier à un oscillateur fluidique nouveau capable de fournir un débit dynamique sur une vaste gamme de possibilités et susceptible d'être obtenu par de simples variations de forme, et dont la commande est en outre facile en cours de fonctionnement grâce à des moyens de réglage appropriés permettant une grande souplesse de ses performances et facilitant ainsi son adaptation à une grande variété d'utilisations.
Les oscillateurs fluidiques et leurs utilisations en tant que composants de circuits fluidiques sont bien connus.
Des oscillateurs fluidiques fournissant des jets ou des courants dynamiques dans l'environnement ont été utilisés dans des pommes de douche comme le décrit le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3. 563.462 au nom du Déposant, dans des arroseurs de pelouses tels que décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3. 432.102, dans des fontaines décoratives telles que décrites dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique n 3. 595.479, dans des irrigateurs oraux et autres dispositifs purificateurs tels que décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3. 468.325 (voir également les brevets américains n 3. 507.275, 4.052. 002, etc.).
La plupart de ces oscillateurs sont construits de manière à former des jets dont la forme ne convient qu'à l'appareil spécifique pour lequel ils ont été conçus, et ils manquent de souplesse et de possibilités d'adaptation lorsqu'il s'agit d'autres applications. Dans la plupart des applications des oscillateurs de l'art antérieur, on a constaté que leurs performances sont contrariées par des variations dimensionnelles relativement faibles des passages et de la chambre de l'oscillateur. On a aussi constaté que la plupart des oscillateurs de la technique antérieure exigent des configurations dont les dimensions sont relativement impor- tantes si l'on veut obtenir des performances particulières, et ceci interdit leur utilisation dans de nombreux cas du fait des limites pratiques imposées par les dimensions.
En outre, la plupart des oscillateurs de la technique antérieure ne présentent pas la possibilité de régler les caractéristiques de leur fonctionnement sur une plage étendue
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permettant de les utiliser dans de nombreux cas où ces réglages sont nécessaires.
De nombreux dispositifs fluidiques de la technique antérieure tels que ceux des brevets des Etats-Unis d'Amérique n 3. 016.066 et 3.266. 508 sont basés pour leur fonctionnement sur des principes fluidiques bien établis tels que l'effet Coanda. De l'avis du Déposant, c'est ce fait de n'avoir recours qu'à des effets bien connus qui a provoqué les limitations et inconvénients qui viennent d'être mentionnés.
Un but de la présente invention est de proposer un oscillateur fluidique fonctionnant en grande partie sur des principes différents de ceux des oscillateurs fluidiques antérieurs et qui surmonte de ce fait les limites et inconvénients mentionnés précédemment, et qui procure les possibilités jusqu'ici inexistantes de répondre à des exigences d'applications pour lesquelles les oscillateurs fluidiques de technique antérieure ne convenaient pas.
Un autre objet de l'invention est un oscillateur fluidique dont on peut faire varier la forme du jet sur de vastes gammes en ayant recours à de simples modifications de forme.
Un autre objet de l'invention est un oscillateur fluidique qui soit relativement peu influencé par les tolérances dimensionnelles de fabrication et des variations dimensionnelles provenant de son fonctionnement.
Un autre objet de l'invention est un oscillateur fluidique de dimensions relativement réduites permettant de l'utiliser dans de nombreuses applications où existent des restrictions pratiques de dimensions. Par exemple, alors que la plupart des oscillateurs fluidiques de la technique antérieure ont besoin pour fonctionner de façon satisfaisante de longueurs entre l'entrée d'alimentation du fluide et l'ouverture terminale représentant au moins 10 fois (mais le plus souvent 12 à 20 fois, et même dans certains cas 30 fois) les largeurs respectives de la buse d'alimentation, l'oscillateur fluidique de la présente invention fonctionne déjà quand les longueurs relatives sont réduites à 5 fois.
De même, alors que la plupart des oscillateurs fluidiques de la technique antérieure exigent des largeurs relatives pour
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l'ensemble de la configuration des canalisations d'au moins 7 ou plus, la configuration de l'oscillateur de la présente invention couvre une largeur relative de 5 ou moins dans de nombreuses applications. On peut facilement comprendre les avantages offerts par de telles réductions pratiques des dimensions de la surface totale de l'oscillateur d'environ la moitié ou le tiers.
Un autre objet encore de l'invention est un oscillateur fluidique permettant et facilitant des réglages étendus sur une vaste gamme des caractéristiques de ses performances de fonctionnement. La fréquence des oscillations et l'angle balayé par le jet de sortie, et de ce fait certaines caractéristiques qui en dépendent telles que la forme de l'onde, la répartition de la dispersion, la vitesse, etc., peuvent être réglées par des moyens simples permettant de modifier et d'adapter les performances à des besoins changeant en cours de fonctionnement. En outre, un autre objet de l'invention est un oscillateur fluidique dont les performances peuvent être réglées ou modulées de façon continue du point de vue des caractéristiques qui viennent d'être mentionnées au moyen de signaux de commande fluides par pression du courant appliqués de l'extérieur.
A titre d'exemple, on a fait des essais avec des modèles expérimentaux d'oscillateurs fluidiques de la présente invention dont la gamme de réglage de fréquence dépassait une octave et une gamme de réglage de l'angle de balayage allant de pratiquement zéro degré à plus de quatre vingt dix degrés en appliquant un courant externe fluide de pression à la connexion d'entrée et de commande de l'oscillateur dont la pression de commande allait de zéro (aucune commande du débit) à la même pression que celle qui est fournie à l'entrée de puissance fluide de l'ooscillateur.
De plus, le réglage de l'inertance de la conduite d'inertance du fluide de l'oscillateur permet de commander en pratique de façon continue et sur plusieurs octaves la fréquence des oscillations pendant le fonctionnement.
Un autre objet encore de l'invention est de proposer des ensembles de deux ou plusieurs oscillateurs fluidiques semblables susceptibles d'être synchronisés avec précision les uns par rapport aux autres selon toutes les relations de
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phase souhaitées au moyen de simples interconnexions des conduites à fluide entre ces oscillateurs.
Un autre objet encore de l'invention est constitué par des oscillateurs fluidiques destinés à des pommes de douche, permettant d'obtenir une dispersion de l'eau selon un jet approprié et/ou des effets de massage ou de nettoyage améliorés en raison de forces d'impact du courant cycliquement répétitives sur les surfaces du corps, et des pommes de douches comprenant des oscillateurs fluidiques destinées aux buts mentionnés, la fréquence des oscillations et l'angle du jet étant réglables sur de vastes gammes et les oscillateurs, si on en utilise plus d'un seul, étant synchronisés les uns par rapport aux autres, des commandes manuelles étant prévues pour ces réglages,
et la pomme de la douche comprenant des moyens à soupape réglables à la main permettant la sélection de mode d'un jet classique et stable ou d'un jet engendré par un oscillateur ou des effets de massage ou toute combinaison de ceux-ci.
L'invention concerne un oscillateur fluidique destiné à disperser des liquides, à mélanger des gaz, et à l'application de forces d'impulsion ou de pression cycliquement répétitives à divers matériaux, structures de matériaux ou à des surfaces de tissus du corps humain en vue de massages et de nettoyages thérapeutiques.
L'oscillateur fluidique est constitué par une chambre, un conduit introduisant une inertie et dit d'inertance à fluide reliant deux endroits à l'intérieur de la chambre, et un dispositif dynamique à l'aval de ces endroits. Un jet de fluide est envoyé dans la chambre, le fluide sortant de cette chambre par une ou plusieurs petites ouvertures sous forme d'un ou plusieurs jets de sortie, la direction de la sortie de ces jets changeant angulairement et cycliquement de façon répétitive d'un côté à l'autre selon les oscillations imposées à l'intérieur de la chambre par le courant sous l'action dynamique du courant lui-même.
La conduite d'inertance du fluide relie deux endroits de la chambre de chaque côté du jet sortant, et agit en tant qu'agent de transfert de fluide entre ces endroits pour le fluide dérivé du jet. La zone de sortie de la chambre est
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conformée pour faciliter la formation d'un tourbillon qui constitue le dispositif dynamique et tel que le jet, quand il traverse la chambre, tende à déterminer et alimenter ce tourbillon de manière à le maintenir en l'absence de tout effet provenant de la conduite d'inertance, et lorsque l'inertance du fluide de la conduite réagit aux influences de la forme du courant contenu dans la chambre, le jet tende à s'opposer à ce tourbillon, le ralentit, et inverse son sens de rotation.
La forme du jet retenu dans la chambre, à un moment déterminé dans le temps, consiste dans le jet parvenant dans la chambre, qui se dilate un peu et qui forme un tourbillon dans sa zone de sortie. Du fait du courant continu de fluide à la périphérie du tourbillon qui passe par la petite ouverture de sortie, le tourbillon a tendance à aspirer le courant à proximité de la paroi de la chambre sur le côté où le jet pénètre dans le tourbillon et a tendance à laisser échapper le courant à proximité de la paroi opposée de la chambre.
Tant que la masse de fluide contenue dans la conduite d'inertance qui relie les deux côtés de la chambre n'est pas accélérée par ces effets du tourbillon sur la forme du courant dans la chambre, le courant ne peut être ni aspiré sur un côté ni s'échapper sur l'autre côté, et la forme du courant se maintient dans cet état quasi-stable.
Dès que le fluide dans la conduite d'inertance est suffisamment accéléré pour alimenter la zone d'aspiration et se dégager de la zone d'échappement, la forme du courant cesse d'alimenter le tourbillon dans la zone de sortie de la chambre et le tourbillon se dissipe. Même quand la cause de l'accélération de la masse de fluide dans la conduite d'inertance a cessé d'exister, cette masse de fluide continue à se déplacer du fait de son inertance et elle ne se décélère que graduellement à mesure que son énergie se consume, en commençant par se dissiper puis en inversant l'état précédant du courant dans la chambre vers un état symétriquement opposé, moment auquel la masse de fluide dans la conduite d'inertance s'accélère dans le sens opposé ; ensuite, les séquences continuent cycliquement et de façon répétitive de la manière décrite.
Une ouverture de sortie dans la zone de l'ouverture de la chambre émet un courant de fluide selon un
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balayage de forme déterminée, à l'ouverture de sortie, par la somme vectorielle d'un premier vecteur. tangentiel au tourbillon dans la zone de sortie et fonction de la vitesse de rotation, et d'un second vecteur dirigé radialement à partir du tourbillon et déterminé par la pression statique dans la chambre, avec la composante de la pression dynamique dirigée radialement à partir du tourbillon. En modifiant la pression statique moyenne et la vitesse de rotation du tourbillon et leur relation respective par une conformation appropriée, on peut commander l'angle sous-tendu par le jet de balayage dans une gamme étendue.
En établissant la configuration de l'oscillateur de façon correcte, il est facile de commander les concentrations et la répartition du fluide dans la forme du jet. En modifiant l'inertance de la conduite d'inertance de la conduite de fluide, on peut modifier la fréquence des oscillations. En imposant de l'extérieur une pression dans la zone de sortie de la chambre, il est possible de commander facilement la fréquence des oscillations et l'angle balayé. On peut établir un synchronisme entre deux ou plusieurs oscillateurs selon toute relation de phase souhaitée au moyen d'interconnexions simples et appropriées.
Les objets, caractéristiques et avantages de la présente invention tels qu'ils viennent d'être mentionnés, et d'autres encore, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation spécifique de l'invention, référence étant spécialement faite aux dessins ci-annexés dans lesquels :
la Fig. 1 est une vue en perspective isométrique d'un oscillateur fluidique construit selon la présente invention et tel qu'il pourrait être vu s'il était réalisé en un matériau transparent, la Fig. 2 est une vue par dessus et en plan de la plaque inférieure d'un autre oscillateur fluidique selon l'invention, la Fig. 3 est une vue par dessus et en plan de la plaque inférieure d'un autre oscillateur fluidique de l'invention, la Fig. 4 est une vue par dessus et en plan de la plaque inférieure d'un autre oscillateur fluidique de l'invention, représentant schématiquement la forme de l'onde de sortie
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qui lui est associée, les Fig. 5,6, 7,8 et 9 sont des vues schématiques représentant des états successifs du courant à l'intérieur d'un oscillateur fluidique typique de la présente invention, la Fig.
10 est une vue par dessus et en plan de la silhouette d'un oscillateur fluidique selon l'invention, avec représentation schématique des formes des ondes des jets de sortie provenant d'une zone de sortie typique à plusieurs sorties d'un oscillateur fluidique selon la présente invention, la Fig. 11 est une vue par dessus et en plan de la silhouette-d'un oscillateur fluidique selon l'invention, représentant schématiquement des moyens de réglage de la longueur de la conduite d'inertance d'interconnexion et indiquant des connexions externes en vue de réglages et de commande additionnels des performances selon la présente invention, les Fig. 12 et 13 sont respectivement des vues par dessus et latérale des moyens de réglage permettant de modifier l'inertance et destinés à être utilisés pour la conduite d'inertance de fluide d'un oscillateur tel que celui des Fig.
1,10, 11 ou 14 selon la présente invention, la Fig. 14 est une vue schématique par dessus et en plan d'un ensemble d'oscillateurs fluidiques multiples et synchronisés par des conduites d'interconnexion, selon la présente invention, la Fig. 15 est une vue en perspective externe d'une pomme de douche typique, équipée de moyens de réglage des performances et de soupapes de sélection de mode, et contenant deux oscillateurs fluidiques synchronisés selon la présente invention, montrant schématiquement la forme des ondes de sortie qui leur sont associées, et la Fig.
16 est une vue schématique par l'avant d'une cabine de douche ou de pulvérisation ou d'un tunnel d'aspersion ou de pulvérisation à têtes multiples, pourvus d'une installation de plomberie d'alimentation et utilisant l'oscillateur fluidique de la présente invention pour constituer les têtes ou buses de pulvérisation.
Si on se réfère spécifiquement à la Fig. 1 des dessins
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annexés, un oscillateur 14 se présente avec un certain nombre de canalisations et de cavités, etc., définies sous forme d'évidements dans une plaque supérieure 1, ces évidements étant fermés par une plaque de recouvrement 2 tandis qu'une interconnexion 4 constituée par un tube ou une conduite d'inertance entre deux alésages 5 et 6 relie les cavités de la plaque supérieure 1. On comprendra que les canalisations et les cavités constituées sous forme d'évidements dans la plaque 1 n'aient pas besoin d'être bi-dimensionnelles mais peuvent avoir des profondeurs différentes en différents endroits, avec des changements de profondeur en gradins ou graduels d'un endroit à l'autre.
Cependant, et pour la facilité de la référence, on n'a représenté que des éléments entièrement plans. On comprendra également qu'alors qu'une structure à deux plaques (c'est-à-dire les plaques 1 et 2) est considérée dans chacun des modes de réalisation, ceci n'a pour but que de représenter une possibilité de construction de l'oscillateur de la présente invention.
L'invention elle-même consiste dans les divers passages, canalisations, cavités, conduites, etc., quel que soit le type de la structure dans laquelle ces éléments sont formés.
L'oscillateur 14, tel qu'il est constitué par les évidements dans la plaque 1 et qui sont fermés par la plaque 2, comprend une chambre amont 3 dont la forme générale est approximativement celle d'un"U"et qui est pourvue d'une ouverture d'entrée 15 située approximativement à la base de l'"U", cette ouverture d'entrée 15 constituant l'extrémité de la canalisation d'entrée 9 qui parvient dans la chambre amont 3. La chambre amont ouverte et en forme d'"U"3 se prolonge pour rejoindre la zone de sortie 11 de la chambre qui est également de forme générale en"U", la transition entre les deux zones 3 et 11 de la chambre étant un peu étranglée dans sa largeur au niveau des sections de transition 12 et 13 des parois de la chambre de manière que la combinaison de ce mode de réalisation puisse avoir l'apparence de ce qu'on pourrait appeler un sablier.
Une ouverture de sortie 10 aménagée dans la base de sortie 11 de la chambre en forme d'"U"établit une communication avec l'environnement externe de la structure contenant l'oscillateur. De
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courtes canalisations 16a et 16b partent dans une direction générale amont de la zone 3 de la chambre sur les deux côtés de l'ouverture d'entrée 15 (à partir approximativement des zones de coin 8 et 7) pour parvenir aux alésages respectifs 6 et 5.
Le fonctionnement de l'oscillateur 14 est représente au mieux sur les Fig. 5 à 9. Pour rendre la description plus claire, on supposera que le fluide de travail est un liquide et que le liquide est émis dans l'air environnant ; cependant on notera que l'oscillateur de la présente invention fonctionne aussi bien avec des fluides gazeux et que tout fluide de travail peut être émis dans le même environnement fluide ou dans tout autre environnement fluide. Lorsque du fluide sous pression parvient à l'ouverture d'entrée 15, un jet de fluide se trouve émis et passe par la zone amont 3 de la chambre et par la zone de sortie 11 de la chambre pour sortir par l'ouverture de sortie 10, comme le montre la Fig.
5. Cependant, du fait de l'expansion du jet de fluide pendant son transit dans les zones 3 et 11 de la chambre et d'une certaine perte de cohésion du jet due aux effets de cisaillement, certaines parties de son courant sont"pelées" avant de sortir par l'ouverture 10, et ces parties du courant remplissent rapidement les vides des cavités de la chambre et remplissent également la conduite d'inertance d'interconnexion 4, comme indiqué également sur la Fig. 5.
Les asymétries inhérentes à toute structure et les asymétries inhérentes aux parties du courant pelées sur les deux côtés du jet ont pour conséquence un remplissage total et pratiquement instantané. Les mêmes asymétries inhérentes qui viennent d'être mentionnées ont pour conséquence qu'une quantité plus importante du courant est pelée sur un côté du jet par rapport à l'autre côté, ce qui détermine nécessairement une déviation du jet provoquant un tourbillon tendant à assumer la forme indiquée dans la zone de sortie 11 de la chambre sur la Fig. 6 (ou sa forme symétriquement opposée).
La tendance du jet à être dévié pour constituer le tourbillon de la Fig. 6 est assistée et renforcée par une quantité toujours plus importante de courant pelé due à l'approche plus angulaire du jet à l'approche de la sortie 10. A cette
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tendance s'oppose l'énergie du courant du jet qui tend à le diriger en ligne droite. On arrive alors nécessairement à un équilibre mutuel de ces influences qui s'exercent sur le jet avant que celui-ci puisse s'infléchir complètement sur le côté respectif de la zone de sortie 11 de la chambre.
Du fait de la nature inhérente de cette forme du courant, une zone d'aspiration puissante s'établit dans la zone proche de l'endroit où le courant du jet pénètre dans le tourbillon à proximité de la transition entre les zones 3 et 11 de la chambre sur le côté opposé du jet par rapport au centre du tourbillon, et le tourbillon a tendance à laisser s'échapper du courant-du côté du jet. Le seul parcours pouvant permettre un échange de courant entre cette zone d'aspiration et la zone d'échappement est situé des deux côtés du jet en direction amont entre les côtés de la zone 3 de la chambre amont et par l'intermédiaire de la conduite d'inertance d'interconnexion 4.
Cependant, du fait que la conduite d'inertance d'interconnexion 4 est pourvue d'une inertance importante et présente de ce fait une impédance s'opposant à des changements de courant en vertu de sa forme physique, le fluide contenu à l'intérieur de cette conduite d'interconnexion 4 et à l'intérieur du reste du parcours entre les zones d'aspiration et d'échappement doit être accéléré avant qu'un courant s'établisse entre ces deux zones et puisse influencer et modifier l'état quasi-stable déjà décrit de la forme du courant représenté sur la Fig. 6.
Dès que le courant se trouvant dans la conduite d'inertance d'interconnexion 4 est accéléré suffisamment pour alimenter la zone d'aspiration et vider la zone d'échappement, la forme du courant précédemment établie cesse graduellement d'alimenter le tourbillon dans la zone de sortie 11 de la chambre et le tourbillon se dissipe, comme le montre la Fig. 7.
Bien que la cause de l'accélération de la masse de fluide à l'intérieur de la conduite d'inertance d'interconnexion 4 ait cessé d'exister, cette masse de fluide continue à se déplacer en raison de son inertance et elle ne se décélère que graduellement à mesure que son énergie dynamique se consume en commençant par dissiper puis inverser graduellement l'état de la forme précédente du courant dans
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1 la pour parvenir à son état symétriquement opposé, comme le montrent les Fig. 8 et 9,-après quoi cette masse de fluide qui se trouve dans la conduite d'inertance d'interconnexion commence à s'accélérer en sens inverse ; ensuite, la séquence des évènements se poursuit cycliquement et répétitivement à la manière décrite.
La séquence des évènements représentée sur les Fig. 6,7, 8 et 9 (dans cet ordre), et telle que décrite ci-dessus, représente les états de la forme du courant et leurs changements à divers moments au cours d'une moitié d'un cycle d'oscillation. Pour visualiser les évènements du second demi-cycle de l'oscillation, il suffit d'inverser symétriquement toutes les formes du courant qui ont été décrites, en commençant par celle représentée sur la Fig. 6 et en continuant par celles des Fig. 7,8 et 9.
Peut-être convient-il de mentionner ici qu'alors que l'effet d'inertance de la conduite d'inertance 4 est clairement analogue à une inductance électrique L, l'effet d'une rotation inversée du tourbillon à l'intérieur d'un courant de forme confinée, comme cela se produit dans l'oscillateur de la présente invention, peut être considéré comme repré-
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sentant un effet dit de compliance dynamique (même lorsqu'on fonctionne avec des fluides incompressibles), ce quest un effet analogue qui n'est pas différent de celui d'une capacitance électrique C.
De la description qui précède, on peut déduire clairement l'échange alternatif d'énergie entre l'inertance du fluide dans la conduite d'inertance d'interconnexion et la compliance dynamique de la forme du courant en tourbillon qui est un peu analogue au mécanisme d'un circuit oscillant électrique résonant à inductance et capacitance (LC).
Comme conséquence de la forme en tourbillon alternatif du courant qui a été mentionnée dans la zone de sortie 11 de la chambre, le courant sort par l'ouverture de sortie 10 selon une forme balayante de côté à côté, et déterminée au niveau de l'ouverture de sortie par la somme vectorielle d'un premier vecteur tangent au tourbillon dans la zone de sortie et fonction de la vitesse de rotation et un second vecteur dirigé radialement à partir du tourbillon et établi
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par la pression statique régnant dans la zone de sortie 11 de la chambre avec la composante dé pression dynamique dirigée radialement à partir du tourbillon au niveau de l'ouverture de sortie 10. Une forme typique 16 du tourbillon de sortie qui en résulte est représentée schématiquement sur la Fig. 4.
On peut voir sur cette Fig. 4 que la forme 16 du courant de sortie a une allure sinusoïdale où l'amplitude de l'onde augmente avec la distance en direction avale. Du fait que la forme 16 illustrée représente l'état à un moment dans le temps, il faut visualiser la situation dynamique réelle ; la vague se présentant sous la forme 16 s'éloigne de l'ouverture de-sortie 10 à mesure qu'elle s'étale en amplitude en sous-tendant l'angle o (.
Si on se reporte à la Fig. 2, l'oscillateur 17 qu'elle représente est montré seulement par la plaque 18 à l'intérieur de laquelle sont contenus les évidements formant les canalisations et cavités de l'oscillateur, la plaque de recouvrement ayant été retirée pour plus de clarté et simplifier l'explication. En fait, pour la plupart des oscillateurs représentés et décrits ci-dessous, la plaque de recouvrement sera également retirée pour les mêmes raisons.
L'oscillateur 17 comprend une ouverture 19 semblable à l'ouverture d'entrée 15 de la Fig. 1 et une conduite d'inertance 20 similaire à la conduite d'inertance d'interconnexion 4 de la Fig. 1, avec cette exception que cette dernière a la forme d'une d'interconnexion tubulaire externe à la plaque supérieure 1 de l'oscillateur de la Fig. 1, alors que la première a la forme d'une canalisation d'interconnexion constituée à l'intérieur de la plaque 18 elle-même de la Fig. 2. Le passage et le trou d'entrée 21 correspondent à la canalisation d'entrée 9 de la Fig. 1.
Une zone amont 22 de la chambre et une zone de sortie 23 de la chambre correspondent respectivement à la zone amont 3 et à la zone de sortie 11 de la chambre de la Fig. 1, avec cette exception que les sections de transition 23 et 24 de la paroi de la chambre qui correspondent aux sections 12 et 13 de la Fig. 1 sont incurvées vers l'intérieur en direction avale jusqu'à ce qu'elles se raccordent à des sections de paroi 25 et 26 orientées vers l'intérieur en formant un angle prononcé et
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conduisant à l'ouverture de sortie 10 (la même que louverture de sortie 10 de la Fig. 1). La zone de sortie 23 de la chambre, bien que sa forme soit légèrement différente à la zone correspondante 11 de la Fig. 1, remplit le même but que décrit ci-dessus.
Alors que la transition étranglée entre les zones 3 et 11 de la Fig. 1 permet d'obtenir certaines caractéristiques de comportement dans certaines conditions de fonctionnement spécifiques, la transition incurvée vers l'intérieur des sections de paroi 23 et 24 de la Fig. 2 permet d'obtenir d'autres caractéristiques de comportement dans d'autres conditions de fonctionnement sans changement du fonctionnement fondamental de l'oscillateur qui a déjà été décrit avec référence à la Fig. 1. Par exemple, les zones 22 et 23 de la chambre obligent le jet de sortie à se présenter sous forme de gouttelettes plus petites (entre autres caractéristiques) que celles de la forme en sablier des zones correspondantes de la Fig. 1.
La conduite d'inertance 20 qui est à l'intérieur de la plaque 18 n'a pas d'effet sur l'oscillation qui soit différent de la conduite d'inertance 4 de la Fig. 1, avec cette exception que l'inertance est différente quand les dimensions physiques sont différentes. Fondamentalement, l'inertance est fonction de la densité du fluide concentré dans certaines limites et elle est proportionnelle à la longueur de la conduite et inversement proportionnelle à sa surface en coupe transversale. En conséquence, des conduites plus longues et/ou des conduites de surface en coupe plus réduites ont des inertances plus grandes et provoquent de ce fait des fréquences d'oscillation plus basses dans l'oscillateur.
Si on se réfère à la Fig. 3, un autre oscillateur 27 est représenté seulement par la plaque 28 à l'intérieur de laquelle sont contenus les évidements constituant les canalisations et les cavités de l'oscillateur, représentées ainsi pour la même raison qui a déjà été donnée au sujet de la Fig. 2. L'oscillateur 27 de la Fig. 3 a la même configuration générale que celle représentée pour l'oscillateur 17 de la Fig. 2, avec cette exception que la conduite d'inertance 29 suit un parcours circulaire et que les zones 30 et 31 de la chambre sont définies par une paroi plus lisse, plus
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incurvée vers l'intérieur et dont la courbure commence déjà à proximité des deux extrémités de la conduite d'inertance 29.
Comme commenté avec référence à la Fig. 2, des formes diverses des conduites d'inertance n'ont pas d'influence sur le fonctionnement fondamental de l'oscillateur, mais la possibilité de modifier la forme permet d'obtenir des avantages précis en ce qui concerne la conception et la construction des articles contenant l'oscillateur de la présente invention, et le but particulier des Fig. 1,2, 3 et 4 est de montrer cette possibilité. L'oscillateur 27 de la Fig. 3, du fait de la forme lisse et plus incurvée vers l'intérieur de la paroi de la chambre par comparaison avec l'oscillateur 17 de la Fig. 2, présente certaines caractéristiques de comportement différentes telles que des angles de sortie du jet plus étroits, un courant de sortie plus cohésif dont les gouttelettes sont plus grandes dans une gamme plus étroite de répartition des dimensions, etc.
La fonction et le fonctionnement fondamentaux de l'oscillateur 27 sont les mêmes que ceux déjà décrits avec référence à l'oscillateur 14 de la Fig. 1.
Si on se réfère plus particulièrement à la Fig. 4, on y voit un oscillateur 32 représenté seulement par la plaque 33 dans laquelle sont formées les canalisations et les cavités de l'oscillateur, et ceci pour les mêmes raisons que celles qui ont été données au sujet de la Fig. 2. L'oscillateur 32 a la même configuration et la même forme générale que celles de l'oscillateur 14 de la Fig. 1 avec cette exception que la conduite d'inertance 34 a la même forme que la conduite d'inertance 29 de la Fig. 3 et qu'elle est également constituée par un évidement à l'intérieur de la plaque 33, correspondant à la construction représentée sur la Fig. 3 et que la conduite d'inertance 34 est disposée sur un parcours très court dont l'effet est d'augmenter la fréquence des oscillations pour les raisons déjà données au sujet de la Fig. 2.
La zone 35 de la chambre est simplement adaptée dans sa largeur à proximité de l'ouverture d'entrée 19 pour que ses parois épousent les parois externes des extrémités de la conduite d'inertance 34, ce qui n'a pas d'effet sur la fonction et le fonctionnement d'ensemble de l'oscillateur 32
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par opposition aux oscillateurs 14,17 et 27 (Fig. 1,2 et 3 respectivement). La zone de sortie 36 de la chambre correspond à la zone de sortie 11 de la chambre de la Fig. 1 par sa configuration et sa fonction.
Quand on établit par exemple une comparaison avec la configuration de l'oscillateur 27 de la Fig. 3, la forme de la chambre, et particulièrement la zone de sortie 36 plus large et plus importante dans l'ensemble de la Fig. 4, détermine des caractéristiques de comportement différentes ; par exemple des angles plus larges pour le jet de sortie, un courant de sortie encore plus cohésif avec des répartitions des dimensions des gouttelettes plus-étroites, des formes d'ondes de sortie plus régulières et présentant un caractère plus sinusoïdal, etc.
Une forme d'onde de sortie typique qui peut être appliquée en général à tous les oscillateurs de la présente invention est représentée schématiquement par la forme du courant de sortie 16 de la Fig. 4. La fonction et le fonctionnement de base de l'oscillateur 32 de la Fig. 4 sont les mêmes que déjà décrits avec référence à l'oscillateur 14 de la Fig. 1.
On notera, avec référence aux effets de changements relativement grossiers d'inertance des conduites d'inertance par rapport en particulier aux dimensions en largeur et en longueur des zones de sortie de la chambre, que des tendances définies de comportement ont été vérifiées expérimentalement, ces tendances étant indiquées ci-après : Des inertances relatives très élevées provoquent des formes d'ondes de sortie dont les caractéristiques sont plus ou moins trapézoïdales. Des inertances relatives allant graduellement en se réduisant provoquent des formes d'ondes de sortie s'approchant et éventuellement atteignant un caractère sinusoïdal.
D'autres réductions relatives d'inertance donnent une forme plus pointue aux pics des ondes, les formes des ondes atteignant éventuellement des formes triangulaires. Des réductions relatives additionnelles d'inertance n'influencent que très peu, sinon pas du tout, des changements additionnels de forme des ondes, mais elles provoquent une réduction graduelle de l'angle de balayage ou de vaporisation (qui jusqu'à ce point reste virtuellement constant quels que soient les changements d'inertance). Naturellement, les
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fréquences des oscillations ont change au cours de ces expériences selon les rapports différents entre les paramè- . tres caractéristiques de l'oscillateur et les inertances utilisées.
Le contrôle de la forme des ondes de sortie constitue un aspect important de la présente invention du fait que cette forme des ondes de sortie détermine en grande partie la répartition du courant vaporisé ou de la répartition de la densité des gouttelettes dans l'angle de sortie du jet vaporisé, et que des besoins différents s'appliquent à des produits et des utilisations différents. Par exemple, des ondes de forme trapézoîdale déterminent en général des densités plus élevées aux points extrêmes de l'angle balayé que dans les autres endroits. Des formes d'ondes sinusoidales déterminent des répartitions un peu inégales avec des densités plus fortes aux points extrêmes de l'angle balayé et des densités habituellement plus faibles près du centre.
Des formes d'ondes triangulaires offrent en général une répartition régulière sur l'angle balayé.
Si on se reporte à la Fig. 10, un oscillateur du type général illustré sur la Fig. 1 est représenté modifié par remplacement de l'ouverture de sortie 10 de la Fig. 1 par trois ouvertures de sortie 37,38 et 39 disposées dans la même zone générale. En fait, on peut prévoir un nombre quelconque d'ouvertures de sortie le long de la périphérie frontale (de sortie) des zones de sortie de la chambre selon des espaces quelconques et dont les dimensions sont les mêmes ou différentes. Les ouvertures de sortie 37,38 et 39 de la Fig. 10 déterminent un courant de sortie dont la forme présente les mêmes caractéristiques que celles qui ont été décrites en détail avec référence aux Fig. 1 à 4. Les angles balayés par les courants de sortie multiples peuvent être séparés ou se chevaucher, selon ce que l'on recherche.
Les formes d'ondes ont généralement un rapport de phase (et une fréquence) identiques. La conduite d'inertance d'interconnexion 40 relie les zones 41 et 42 directement et sans utiliser des canalisations intermédiaires telles que celles représentées sur la Fig. 1 sous la forme de courtes canalisations 16 et 17. Cette variante est représentée simplement
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pour montrer une autre possibilité de la conception quand les dimensions et les autres critères de la construction permettent ou imposent ces différences, et cela n'a pas d'effet sur la fonction et le fonctionnement fondamentaux de l'oscillateur représenté sur la Fig. 10 et qui sont les mêmes que ceux déjà décrits avec référence à l'oscillateur 14 de la Fig. 1.
Le but des sorties multiples de l'oscillateur telles qu'elles sont illustrées sur la Fig. 10 est de pouvoir obtenir des caractéristiques différentes du jet de sortie ; par exemple, des répartitions différentes, des angles de vaporisation, des dimensions plus réduites des gouttelettes, des forces d'impact du jet plus faibles, plusieurs formes de sortie du jet largement séparées, etc.
Si on se réfère à la Fig. 11, on y voit un oscillateur du type général représenté sur la Fig. 1 mais modifié par une ouverture 43 dans la zone de sortie 44 de la chambre, utilisant une ouverture d'entrée et un trou d'entrée 47 semblables à l'ouverture d'entrée 19 et un passage et un trou d'entrée 21 que l'on voit tous les deux sur la Fig. 2, et une conduite d'inertance d'interconnexion 45 de longueur réglable. La Fig. 11 représente en outre des connexions d'alimentation en fluide raccordées au trou d'entrée 47 de même qu'à l'ouverture 43, les deux parvenant des moyens à soupape 46 représentés sous forme d'un bloc.
L'oscillateur de la disposition de la Fig. 11, fonctionnant de la même manière que l'oscillateur 14 de la Fig. 1, n'est pas affecté quand il reçoit du fluide sous pression par l'ouverture 47 par la présence de l'ouverture 43 aussi longtemps que l'alimentation par l'ouverture 43 est fermée, et il n'est pas affecté par la présence de la conduite d'inertance d'interconnexion 45 de longeur réglable, sauf dans la mesure où la fréquence de l'oscillation change en fonction d'un changement de longueur de l'interconnexion 45. La fréquence de l'oscillation peut en outre être modifiée en règlant les moyens à soupape 46 et en admettant du fluide sous pression par l'ouverture 43 dans la zone 44.
Cette admission du fluide s'effectue à des vitesses de courant relativement faibles et en général n'affecte pas les évènements fondamentaux concernant la forme du courant dans la zone 44.
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Cependant, quand la pression augmente au niveau de l'ouverture 43, la pression statique augmente de façon prédominante dans la zone 44, et également dans le reste de l'oscillateur. Ceci a deux effets principaux : d'une part le courant d'alimentation passant par l'ouverture 47 se réduit en raison de l'augmentation de la contre-pression qui s'y oppose, et en conséquence la fréquence des oscillation diminue, de même que la vitesse du jet ; et en second lieu la pression statique augmente, en particulier dans la zone 44.
Un changement dans la somme vectorielle, au niveau de l'ouverture de sortie de l'oscillateur, des diverses vitesses qui ont été décrites en détail avec référence au fonctionnement de l'oscillateur représenté sur la Fig. 1 a pour conséquence que le second vecteur qui est dirigé radialement à partir du tourbillon augmente par rapport au premier vecteur qui est tangent au tourbillon dans la zone de sortie et en conséquence l'angle balayé par le courant de sortie diminue. Ainsi, on peut voir qu'un réglage de la pression envoyée à l'ouverture 43 modifie la fréquence des oscillations et l'angle balayé par le courant de sortie.
Dans le même temps, on ne constate que des changements minimes de débit total du courant dans l'oscillateur du fait que la pressurisation dans la zone 44 par l'intermédiaire de l'ouverture 43 et l'entrée de fluide additionnel qui en découle par l'ouverture 43 est compensée dans une certaine mesure par la diminution concomitante du courant d'alimentation passant par le trou d'entrée 47. Le réglage de pression par les moyens à soupape 46 peut être appliqué exclusivement à l'ouverture 43 alors qu'on maintient la pression constante dans le trou d'entrée 47, ou bien les deux pressions d'alimentation peuvent être réglées indépendamment, ou bien encore les deux pressions peuvent être réglées par des dispositifs à soupape reliés selon le rapport désiré.
En outre la pression (et le courant) pénétrant dans l'ouverture 43 peut être alimentée par toute source quelconque de fluide et par exemple une source présentant des variations de pression dépendant du temps ou d'évènements et propre à commander ou à moduler le débit de l'oscillateur en tant que fonction de celui-ci. Les résultats expérimentaux ont montré
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qu'une gamme de réglage de fréquence de plus d'une octave était possible et qu'une gamme de réglage de l'angle balayé à la sortie et compris entre pratiquement zéro degré et plus de quatre vingt dix degrés était également possible sans dépasser la pression d'alimentation appliquée au trou d'entrée 47 au moyen du réglage de la pression appliquée à l'ouverture 43.
En plus des réglage du comportement que procurent ces moyens qui viennent d'être mentionnés, la fréquence des oscillations est réglable indépendamment au moyen d'un réglage de longueur de la conduite d'inertance d'interconnexion 45 réglable en longueur, et qui constitue simplement-une disposition semblable à la coulisse d'un trombone qui permet de modifier de façon continue la longueur de la conduite. Des expériences ont montré que les zones de réglage pratiques allaient jusqu'à plusieurs octaves quand on utilise une telle disposition.
Il est possible de prévoir des soupapes réglées les unes par rapport aux autres pour ajuster non seulement les pressions appliquées à l'ouverture 43 et au trou d'entrée 47, mais également accouplées mécaniquement pour régler la longueur de la conduite d'inertance d'interconnexion 45 au moyen d'un unique dispositif de commande tel qu'un unique bouton que l'on peut tourner à la main et qui entraîne une modification du comportement de la sortie d'un oscillateur sur une gamme encore plus étendue et très large. Les capacités de réglage du comportement qui viennent d'être mentionnées sont particulièrement utiles quand il s'agit de procédés où le comportement en fonctionnement doit varier.
Dans d'autres applications, on a besoin du réglage pour adapter le comportement à des besoins subjectifs ; c'est ainsi que des oscillateurs utilisés dans des pommes de douches de massage destinées à des buts thérapeutiques ou simplement récréatifs présenteraient un attrait particulièrement avantageux si leurs effets pouvaient être réglés sur une vaste gamme de besoins et de désirs individuels et subjectifs.
Les Fig. 12 et 13 représentent des moyens de réglage compacts destinés à modifier l'inertance de la conduite d'inertance d'interconnexion de l'un quelconque des oscillateurs représentés sur les Fig. 1 à 11 et 14. Un piston
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20 cylindrique 47a est mobile axialement à l'intérieur d'un corps creux cylindrique 48, le piston 47a étant rendu étanche périphériquement par le joint 49.
Une partie du corps 48 a un diamètre interne légèrement plus important que le piston 47a, de manière qu'un vide cylindrique annulaire 48a soit formé entre le piston 47a et le corps 48 quand le piston 47a est complètement rentré dans le corps 48, et de manière que dans une position partiellement rentrée du piston 47a, un vide partiellement annulaire et partiellement cylindrique soit formé, et tel encore qu'un vide cylindrique soit formé. quand le piston 47a est davantage ramené en arrière. La paroi périphérique interne du corps creux cylindrique 48 comprend deux conduites de connexion à proximité l'une de l'autre et orientées de façon approximativement tangentielle à la périphérie cylindrique interne, les points d'entrée dans les conduites étant éloignés l'un de l'autre.
Les conduites vont à des bornes d'interconnexion 50 et 51 respectivement. Du fait que l'inertance entre les deux bornes 50 et 51 est une fonction proportionnelle à la longueur et une fonction inversement proportionnelle à la surface en coupe transversale du parcours qu'un courant de fluide est obligé de prendre quand il passerait entre les bornes 50 et 51 par l'intermédiaire des moyens représentés sur les Fig. 12 et 13, on peut voir que l'inertance de ce parcours change de façon continue quand le piston 47a est rentré dans le corps 48 et lorsque le vide interne change de forme et de volume entre un extrême constitué par un anneau cylindrique où on obtient l'inertance maximale, et l'autre extrême constitué par un cylindre où on atteint l'inertance minimale.
En comparaison avec la conduite d'inertance d'interconnexion 45 variable de la Fig. 11, la disposition des Fig. 12 et 13 permet d'obtenir un dispositif compact, d'étanchéité plus simple et de construction moins critique.
Quand on remplace le coulissement de l'interconnexion 45 de la Fig. 11 par le dispositif des Fig. 12 et 13 en reliant les bornes 50 et 51 respectivement aux deux tronçons de conduites ouverts du fait du retrait de l'interconnexion 45, tout ce qui a été dit en relation avec la Fig. 11 concernant le fonctionnement et le réglage reste valable.
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Si on se reporte à la Fig. 14, deux oscillateurs du type général illustré sur la Fig. 1 sont-interconnectés par des conduites de synchronisation appropriées 52 et 53 en des emplacements disposés symétriquement des conduites d'inertance d'interconnexion respectives, et en particulier entre les emplacements situés à proximité des entrées 54,55, 56 et 57 des conduites d'inertance d'interconnexion dans la chambre. La conduite 52 relie l'entrée 54 à l'entrée 57 et la conduite 53 relie l'entrée 55 à l'entrée 56. Les deux oscillateurs ainsi reliés oscillent en synchronisme, à condition qu'ils soient tous les deux conçus pour fonctionner approximativement aux mêmes fréquences s'ils sont alimentés avec la même pression, et leur relation de phase relative sera séparée de 180 lorsqu'on les regarde sur le dessin.
Quand on inverse les connexions des deux entrées de l'un seulement des oscillateurs, par exemple quand on reconnecte la conduite 52 à l'entrée 55 et la conduite 53 à l'entrée 57, on obtient une relation en phase. Des longueurs différentes et des longueurs inégales des conduites 52 et 53, de même que des changements des emplacements de liaison des conduites de synchronisation le long des conduites d'inertance d'interconnexion ont pour résultat une variété de relations de phases différentes. Il est également possible d'interconnecter ainsi des oscillateurs différents pour obtenir un asservissement à des fréquences harmoniques. On peut interconnecter et synchroniser plus de deux oscillateurs de la même manière, et ces ensembles peuvent être interconnects pour obtenir des relations de phases différentes entre les divers oscillateurs.
En outre, on peut utiliser des interconnexions en série entre des oscillateurs multiples, où les conduites de synchronisation peuvent être utilisées pour déterminer l'inertance précédemment fournie par les conduites d'inertance d'interconnexion et où les conduites d'inertance d'interconnexion des oscillateurs individuels peuvent être omises.
Si on se réfère à la Fig. 15, on y voit une pomme de douche de massage à main typique, contenant deux oscillateurs synchronisés du type général représenté sur la Fig. 1, interconnects au moyen d'un dispositif tel que celui indiqué
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sur la Fig. 14, et équipé des dispositifs de réglage de marche variable décrits en général avec référence à la Fig.
11 et aux Fig. 12 et 13. La pomme de la douche est alimentée en eau sous pression par le tuyau flexible 58 et elle contient habituellement des soupapes pour la sélection de mode entre le jet régulier classique et l'action de massage. Des commandes manuelles 59 et 60 sont disposées de manière à procurer avantageusement non seulement la commande de sélection de mode mais également la commande du réglage de la fréquence et de l'angle balayé (comme décrit avec référence à la Fig.
11 au moyen du réglage de la pression au niveau de l'ouverture 43 et/ou au moyen d'un réglage de la pression combiné ou accordé au niveau du trou d'alimentation 47), toutes les commandés de réglage précédentes et la sélection de mode étant de préférence disposées dans l'une des deux commandes manuelles 59 ou 60, et pour déterminer le réglage de fréquence indépendant, (tel qu'il est décrit avec référence aux Fig. 11, 12 et 13, au moyen du réglage de l'inertance de la conduite d'inertance d'interconnexion 45 ou au moyen du dispositif représenté sur les Fig. 12 et 13) dans l'autre des deux commandes manuelles 59 ou 60.
Le mode de sélection et la commande de la fréquence et de l'angle de balayage combiné ou calibré peuvent être déterminés par des soupapes autorisant un passage d'eau seulement vers les buses de pulvérisation normales classiques quand la commande manuelle est dans une position extrême. Quand on tourne cette commande manuelle sur un certain angle, le dispositif de soupapes permet d'alimenter le passage d'eau également pour alimenter les entrées des oscillateurs et quand on continue à faire tourner le bouton, le passage de l'eau n'est autorisé que vers les entrées d'alimentation des oscillateurs. Cependant, une rotation additionnelle de la commande manuelle réduit la fréquence et l'angle de balayage au moyen d'un réglage des pressions respectives envoyées aux oscillateurs.
Le réglage indépendant de la fréquence est un dispositif mécanique facilitant le mouvement en translation nécessaire pour le réglage de la conduite d'inertance d'interconnexion respective décrite précédemment en détail. Par exemple, la
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commande manuelle 59 ou 60 peut être réglée en la faisant tourner entre deux positions extrêmes alors que la fréquence des oscillations change entre des valeurs correspondantes.
On notera ici que les réglages de fréquence ont un rapport l'un par rapport à l'autre tel que le rapport de la gamme de fréquences de l'un est multiplié approximativement par le rapport de la gamme de fréquences de l'autre de manière à obtenir la gamme de fréquences combinée totale qui est donc très élargie en raison des deux réglages de commande.
La Fig. 16 représente l'application de l'oscillateur de la présente invention à une douche ou une cabine de vaporisation (ou à un tunnel d'aspersion ou de vaporisation), où une série d'oscillateurs sous forme de buses identiques 61 sont disposés et montés en divers endroits le long d'une conduite d'alimentation en liquide 62 qui alimente le liquide sous pression à chaque buse 61. La conduite 62 est conformée sur sa longueur de manière à épouser le contour d'une porte ou toute forme appropriée à une application particulière. Les buses 61 sont orientées vers l'intérieur de manière à fournir des jets se chevauchant. Les buses 61 sont de préférence orientées de manière que le plan de leur jet soit dans le plan défini par la forme de la conduite d'alimentation 62.
Le but de cette disposition est de déterminer une surface vaporisée plus importante avec une consommation minimale de courant de fluide, par exemple dans des cabines de douches ou des cabines de vaporisation où on a installé plusieurs de ces dispositifs. Les buses de l'oscillateur de la présente invention sont non seulement capables de couvrir une grande surface avec un jet relativement fin et une consommation minimale de fluide, mais elles ont des avantages additionnels dans des installations telles que représentées sur la Fig. 16 où elles sont moins susceptibles de se boucher par comparaison avec des buses à courant régulier ou des buses de pulvérisation utilisées de façon conventionnelle en raison des petites ouvertures de ces dernières par rapport aux canalisations beaucoup plus importantes des oscillateurs.
En outre pour un effet d'ordre de grandeur égal, il faut un plus grand. nombre de buses classiques que les quelques buses à grand angle qui sont nécessaires pour
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couvrir la même surface.
Bien que le Déposant ait décrit et représenté divers modes de réalisation spécifiques de l'invention, il est clair que des variantes apportées aux détails de construction qui sont spécifiquement illustrés et décrits peuvent être effectuées sans s'écarter de l'esprit et du champ d'application de l'invention tels qu'ils sont définis dans les revendications annexées.