CA2519273C - Buse de pulverisation de liquide surchauffe - Google Patents

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CA2519273C CA002519273A CA2519273A CA2519273C CA 2519273 C CA2519273 C CA 2519273C CA 002519273 A CA002519273 A CA 002519273A CA 2519273 A CA2519273 A CA 2519273A CA 2519273 C CA2519273 C CA 2519273C
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    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/34Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl

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Abstract

L'invention concerne un dispositif permettant de pulvériser un Liquide Surchauffé en très fines gouttelettes, à une vitesse très élevée pouvant dépasser la vitesse du son, constitué d'un corps de buse (1) suivi d'un convergent et de plusieurs injecteurs (16) débouchant sur une tuyère divergente de détente et de mise en vitesse (5) . L'invention vise également des aménagements destinés à ajuster la section de sortie de la tuyère par adjonction d'un noyau profilé (11), pouvant coulisser dans l'axe de la tuyèr e divergente (5) et permettant, selon sa position, de régler la section de sortie de la buse pour conserver une vitesse d'éjection maximale des gouttelettes pulvérisées. Le dispositif est essentiellement destiné aux industries chimiques et énergétiques.

Description

BUSE DE PULVERISATION DE LIQUIDE SURCHAUFFE
DESCRIPTION
La présente invention concerne une buse destinée à pulvériser un Liquide Surchauffé, sous formes de très fines gouttelettes dont la dimension moyenne peut être inférieure à 5 microns, à une vitesse très élevée pouvant largement dépasser la vitesse du son, pour des débits de liquides pouvant être très importants et ajustables dans une très large plage, ces résultats étant obtenus sans l'assistance d'un gaz comprimé ou d'ultrasons ; le terme Liquide Surchauffé
concerne un liquide a une température To et une pression Po supérieure à la tension de vapeur saturée Ps correspondante à To, la tension de vapeur Ps étant elle-même supérieure à la pression du milieu gazeux dans lequel le liquide est pulvérisé.

L'invention vise également des aménagements destinés à ajuster la section de sortie de la buse afin de conserver une vitesse supersonique maximale des gouttelettes pulvérisées lorsque la pression ou la température du liquide pulvérisé varient, ou lorsque la pression du milieu ambiant dans lequel le liquide est pulvérisé varie.

Ce dispositif trouve son application dans les installations industrielles nécessitant le refroidissement très rapide d'un gaz par pulvérisation de liquide, et impliquant donc la formation de très fines gouttelettes de liquide, portées à très haute vitesse.

Dans l'état actuel de la technique, les buses de pulvérisation sont destinées à pulvériser des liquides non surchauffés, par formation d'un jet de liquide qui est brisé à la sortie de la buse par des éléments en spirale ou par d'autres éléments ; le dispositif selon l'invention ne nécessite pas l'utilisation de tels éléments, le jet explosant de lui-même sous l'effet de la surpression du liquide.
Par ailleurs, les buses classiques permettent des pulvérisations de liquide à
des vitesses dépassant rarement la vitesse du son, et la dimension moyenne des gouttelettes pulvérisées est rarement inférieure à vingt ou cinquante microns ; les meilleures performances en terme de dimensions et de vitesses des gouttelettes sont obtenues par l'utilisation d'un gaz comprimé
en assistance à la pulvérisation, ou par des ultra-sons pour les buses de faible débit ; enfin, ces buses ne sont pas équipées de dispositifs destinés à ajuster la section de sortie pour conserver une vitesse supersonique maximale des gouttelettes lorsque la pression ou la température du liquide pulvérisé
varient, ou lorsque la pression du milieu ambiant dans lequel le liquide est pulvérisé varie.

Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients dans les cas particuliers ou d'importants débits de liquides doivent être pulvérisés sous forme de très fines gouttelettes, à
de très grandes vitesses, avec des débits, pression, et températures de liquide pulvérisé pouvant varier dans de fortes proportions, et lorsque la pression du milieu ou le liquide est pulvérisé peut elle aussi varier dans de fortes proportions.

Plus particulièrement, la présente invention concerne un dispositif destiné à
pulvériser un liquide surchauffé, sous forme de très fines gouttelettes, à une vitesse très élevée, le liquide surchauffé
concernant un liquide à une température To et à une pression Po supérieure à
la tension de vapeur saturée Ps correspondante à To, la tension de vapeur Ps étant elle-même supérieure à une pression P1 d'un milieu gazeux dans lequel le liquide est pulvérisé, caractérisé en ce qu'il comporte un support permettant l'alimentation en liquide surchauffé, un corps de buse fixé
sur le support et comportant un conduit où circule le liquide surchauffé, un ou plusieurs convergents et un ou plusieurs injecteurs où le liquide surchauffé en provenance du conduit est mis en vitesse, une tuyère divergente de détente et de mise en vitesse où le liquide surchauffé provenant du ou des convergents et du ou des injecteurs s'évapore partiellement et explose instantanément sous l'effet d'une différence de pression entre le liquide et un milieu ambiant de la tuyère, pour constituer une
2 mixture de fines gouttelettes et de vapeur, la tuyère divergente ayant une génératrice qui présente une discontinuité, c'est à dire un angle, à son intersection avec celle des injecteurs.

La présente invention concerne également un dispositif destiné à pulvériser un liquide surchauffé, sous forme de très fines gouttelettes, à une vitesse très élevée, le liquide surchauffé concernant un liquide à une température To et à une pression Po supérieure à la tension de vapeur saturée Ps correspondante à To, la tension de vapeur Ps étant elle-même supérieure à la pression PI d'un milieu gazeux dans lequel le liquide est pulvérisé, caractérisé en ce qu'il comporte un support permettant l'alimentation en liquide surchauffé, un corps de buse fixé sur le support et comportant un conduit où circule le liquide surchauffé, un convergent et une section de passage injecteur annulaire où le liquide surchauffé en provenance du conduit est mis en vitesse, une tuyère divergente de détente et de mise en vitesse où le liquide surchauffé provenant des convergent et injecteur annulaire s'évapore partiellement et explose instantanément sous l'effet d'une différence de pression entre le liquide et un milieu ambiant de la tuyère, pour constituer une mixture de fines gouttelettes et de vapeur, la tuyère divergente ayant une génératrice qui présente une discontinuité, c'est à dire un angle, à son intersection avec celle de l'injecteur annulaire.

Les objets, avantages et autres caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description non limitative qui suit de modes de réalisation illustratifs de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs seulement avec référence aux dessins annexés.

Dispositif représenté sur la figure l.A, constitué d'un corps de buse (1) fixé
sur un support (0) permettant l'alimentation en Liquide Surchauffé ; le corps de buse comporte un conduit (3) ou circule le liquide surchauffé, suivi d'un convergent et de plusieurs injecteurs (4) où le liquide surchauffé est mis en vitesse pour déboucher sur une tuyère divergente de détente et de mise en vitesse (5) ; dès son entrée dans cette tuyère, le jet de liquide s'évapore partiellement et explose instantanément sous l'effet de sa propre tension de vapeur, pour constituer une mixture de fines gouttelettes et de vapeur.

La génératrice de la tuyère divergente (5) présente une discontinuité, c'est à
dire un angle, à son intersection avec celle des l'injecteurs (4), et sa section de sortie est dimensionnée pour que la mixture soit éjectée de la buse à la pression P1 du milieu externe sans formation d'une onde de pression dans la tuyère divergente (5) ; la vitesse d'éjection de la mixture correspond alors à la vitesse d'éjection maximale.

Lors de l'écoulement de la mixture tout au long de la tuyère divergente (5) la pression diminue, provoquant une baisse de température de la mixture, une évaporation continue du liquide, et une mise en vitesse continue de la vapeur due à l'accroissement de son débit ;
sous l'effet du frottement avec la vapeur, les gouttelettes de liquide sont elles aussi mises en vitesse, et le processus continue jusqu'à l'orifice de sortie (6), ou la pression P1 de la mixture est en équilibre avec celle du milieu ambiant dans lequel le liquide est pulvérisé .

La simulation mathématique de l'écoulement du Liquide Surchauffé tout au long du dispositif montre que la pression en sortie des injecteurs (4) est égale à la tension de vapeur saturée Ps ; dès son entrée dans la tuyère divergente, le flux liquide se refroidit, se met instantanément en ébullition, et se scinde en particules sous l'effet des forces de tension de vapeur internes au liquide ; la taille des particules est liée à ces forces de scission, qui dépendent elles-mêmes de la conductivité du liquide, des coefficients d'échange de chaleur et de diffusion, et de la pente de la génératrice de la tuyère divergente (5) à la jonction avec les injecteurs (4) ; ces forces sont d'autant plus grandes, et la taille des particules d'autant plus petite, que cette pente se rapproche de la verticale.
3 PCT/FR2004/000604 80 Dans un dispositif dimensionné pour une application prédéfmie, le débit de liquide pulvérisé
peut être modifié par modification de la pression Po et de la tempcrature Po du liquide à l'entrée de la buse ; idéalement, la vitesse de particule la plus élevée en sortie du dispositif est obtenue lorsque ce couple de valeur correspond à la section de sortie de la tuyère divergente (5).
Afin d'améliorer les performances du dispositif, la pente de la génératrice de la tuyère divergente 85 (5) peut, à la limite, être verticale à sa jonction avec les injecteurs
(4), comme représenté sur la figure 1.A : la tuyère divergente (5) présente donc un méplat à sa jonction avec (4) ; ce méplat, créant une forte variation de pression,'permet l'obtention de très fines gouttelettes et facilite l'usinage de la buse.
Si nécessaire, la tuyère divergente peut être partiellement ou totalement intégrée au support 90 externe (0), conune représenté sur la figure 1.E.
A titre d'exemple de réalisation, une buse de pulvérisation selon la figure 1.A, constituée d'un corps en acier inoxydable de longueur 20 mm, de 9 injecteurs de diamètres 0,5 mn,,_ et d'une tuyère divergente de diamètre de sortie égal à 8 mm, permet de pulvériser 200 k/h d'Eau Surchauffée à 60 bar et 270 C dans de l'air ambiant, à une vitesse d'éjection voisine de 540 m/s, 95 la dimension des particules pulvérisées étant voisine de 5 microns et leur température égale à 100 C ; près de 30 % du débit d'entrée d'Eau Surchauffée se retrouvent sous forme de vapeur à la sortie de la buse.

100 Dispositif représénté sur la figure 2, permettant de sim.plifïer le concept de la busé de pulvérisation, d'accroître sa capacité, et d'en faciliter la fabrication, en remplaçant les injecteurs cylindriques (4) par un injecteur annulaire (16). :
Le dispositif selon l'invention est constitué d'un corps de buse (1) fixé sur un support (0) permettant l'alimentation en Liquide Surchauffé ; le corps de buse comporte un conduit (3) ou 105 circule le Liquide Surchauffé, suivi d'un convergent et d'une section de passage annulaire (16) que nous dénommerons Injecteur Annulaire, ou le Liquide Surchauffé est mis en vitesse pour déboucher sur une tuyère divergente de détente et de mise en vitesse (5) ; dès son entée dans cette tuyère, le jet de liquide s'évapore partiellement et explose instantanément sous l'effet de sa propre tension de vapeur, pour constituer une mixture de fines gouttelettes et de vapeur .
110 La génératrice de la tuyère divergente (5) présente une discontinuité, c'est à dire un angle, à son intersection avec celle de l'injeçteur annulaire (16), et sa section de sortie est dimensionnée pour que la mixture soit éjectée de la buse à la pression P 1 du nzilieu externe sans formation d'une onde de pression dans la tuyère divergente (5) ; la vitesse d'éjection de la mixture correspond alors à la vitesse d'éjection maximale.
115 L'injecteur annulaire est constitué par l'espace libre compris entre une cavité (16), cylindrique par exemple, et un noyau d'injection (8) ; le mode de fixation du noyau d'injection sur le corps de buse permet la circulation du liquide à pulvériser dans Ia buse. A titre d'exemple non exhaustif, la figure 2 représente un noyau d'injection cylindrique (8) muni d'une embase (9) comportant des trous de passage (10), l'embase étant elle-même fixée sur le conduit d'entrée (3).

120 Lors de l' écoulement de la mixture tout au long de la tuyère divergente
(5) la pression diminue, provoquant une baisse de température de la mixture, une évaporation continue du liquide, et une mise en vitesse continue de la vapeur due à l'accroissement de son débit ;
sous l'effet du frottement avec la vapeur, les gouttelettes de liquide sont elles aussi inises en vitesse, et le processus continue jusqu'à l'orifice de sortie, ou la pression Pl de la mixture est en équilibre 125 avec celle du milieu ambiant dans lequel le liquide est pulvérisé.
La simulation mathématique de l'écoulement du Liquide Surchauffé tout au long du dispositif montre que la pression en sortie de l'injecteur (16) est égale à la tension de vapeur saturée Ps dès son entrée dans la tuyère divergente, le flux liquide se refroïdit, se met instantanément en ébullition, et se scinde en particules sous l'effet des forces de tension de vapeur internes au 130 liquide ; la taille des particules est liée à ces forces de scission, qui dépendent elles-mêmes de la conductivité du liquide, des coefficient d'échange de chaleur et de diffusion, et de la pente de la génératrice de la tuyère divergente (5) à la jonction avec l'injecteur (16) ;
ces forces sont d'autant plus grandes, et la taille des particules d'autant plus petite, que cette pente se rapproche de la verticale. ' 135 Dans un dispositif dimensionné pour une application prédéfinie, le débit de liquide pulvérisé
peut être modifié par modification de la pression Po et de la température Po du liquide à l'entrée de la buse ; idéalement, la vitesse de particule la plus élevée en sortie du dispositif est obtenue lorsque ce couple de valeur correspond à la section de sortie de la tuyère divergente (5).
Afm d'améliorer les performances du dispositif, la pente de la génératrice de la tuyère divergente 140 (5) peut, à sa jonction avec la génératrice de la cavité (16), être à la limite perpendiculaire à l'axe de cette cavité, comme représenté sur la figure 1.A : la tuyère divergente (5) présente donc un accroissement de section brutal par rapport à la sortie de l'injecteur (16) ;
cet accroissement brutal de section créé une forte variation de pression et permet l'obtention de très fmes gouttelettes ; par ailleurs, il facilite l'usinage de la buse.
l45 Si nécessaire, la tuyère divergente peut être partiellement ou totalement intégrée au support externe (0), conmme représenté sur la figure I.B.
A titre d'exemple de réalisation, une buse de pulvérisation selon la figure 2, constituée d'un corps en acier inoxydable de longueur 50 mm, d'un injecteur annulaire comportant un trou de diamètre 5 mm et un noyau d'injection de diamètre 4 mm, et d'une tuyère divergente de diamètre 50 de sortie égal à 16 mm, permet de pulvériser 800 k/h d'eau surchauffée à 60 bar et 270 C dans de l'air ambiant, à une vitesse d'éjection voisine de 540 m/s, la dimension des particules pulvérisées étant voisine de 5 microns et leur température égale à 100 C ;
près de 30 % du débit d'entrée d'eau surchauffée se retrouvent sous forme de vapeur à la sortie de la buse.

Dispositif représenté sur la figure 3 permettant, pour une même buse de pulvérisation, de modifier à volonté le débit, la Pression Po, ou la Température To du Liquide Surchauffée à
l'entrée, ainsi que la Pression Pl du milieu gazeux dans lequel liquide est pulvérisé, tout en conservant une vitesse d'éjection maximale des gouttelettes pulvérisées en sortie du dispositiE, ce 160 résultat étant obtenu par l'insertion contrôlée d'un noyau profilé (11) dans la tuyère divergente (5).
Le dispositif selon l'invention est constitué d'un corps de buse (1) fixé sur tun support (0) permettant l'alimentation en Liquide Surchauffé ; le corps de buse comporte un conduit (3) ou circule le Liquide Surchauffé, suivi d'un convergent et d'un ou de plusieurs in.jecteurs (4) ou le 165 Liquide Surchauffé est mis en vitesse pour déboucher sur une tuyère divergente de détente et de mise en vitesse (5) ; dès son entée dans cette tuyère, le jet de liquide s'évapore partiellement et explose instantanément sous l'effet de sa propre tension de vapeur, pour constituer une mixture de fines gouttelettes et de vapeur.
Un noyau profilé (11), pouvant coulisser dans l'axe de la tuyère divergente (5) permet, selon sa 170 position, de régler la section de sortie de cette tuyère ; les profils continus et monotones des génératrices de la tuyère divergente (5) et du noyau (11) permettent de conserver une section de passage croissante entre (5) et (11) tout au long de l'axe de la tuyère, quelle que soit la position du noyau (11) ; à titre d'exemple non exhaustif, des profils de génératrices correspondant à des variations de sections linéaires ou paraboliques permettent de satisfaire cette exigence.
175 La forme de la génératrice aval (12B) du noyau (11) est indifférente, et peut soit être plate, c'est à dire constituer un fond plat, soit avoir un profil aérodynamique pour limiter les pertes de charge de la mixture après sa sortie de la buse de pulvérisation, soit être adaptée à d'autres contraintes de l'environnement de la buse.
La génératrice de la tuyère divergente (5) présente une discontinuité, c'est à
dire un angle, à son 180 intersection avec celle des injectelars (4).
Le noyau (11) est soutenu par un mécanisme permettant de régler depuis l'extérieur sa position relative par rapport à la tuyère (5) ; ce mécanisme peut indifféremment être incorporé à la buse ou être externe ; l'exemple non exha.ustif de la figure 3 montre i.m noyau soutenu par un axe (13) traversant la buse de pulvérisation, et comportant à son extrémité une embase (9) munie de trous 185 (10) permettant le passage du liquide à pulvériser ; un filetage (17) sur cette ern.base et sur le conduit (3) permet de régler les positions relatives du noyau et de la tuyère.
Quels que soient le débit de liquide à pulvériser, sa pression Po, et sa température Po, et quelle que=soit la pression P1 du milieu gazeux dans lequel le liquide est pulvérisé, la section de sortie de la buse peut être réglée pour que la mixture soit éjectée de la buse à la pression P 1 sans 90 formation d'une onde de pression dans la tuyère divergente (5) ; la vitesse d'éjection de la mixture correspond alors à la vitesse d'éjection maximale.
Lors de l'écoulement de la mixture tout au long de la tuyère divergente (5) la pression diminue, provoquant une baisse de température de la mixture, une évaporation continue du liquide, et une mise en vitesse continue de la vapeur due à l'accroissement de son débit ;
sous l'effet du 95 frottement avec la vapeur, les gouttelettes de liquide sont elles aussi mises en vitesse, et le processus continue jusqu'à l'orifice de sortie, ou la pression Pl de la mixture est en équilibre avec celle du milieu gazeux dans lequel le liquide est pulvérisé.
La simulation mathématique de l'écoulement du Liquide Surchauffé tout au long du dispositif montre que la pression en sortie de l'injecteur (16) est égale à la tension de vapeur saturée Ps ;
6 200 dès son entrée dans la tuyère divergente, le flux liquide se refroidit, se met instantanément en ébullition, et se scinde en particules sous l'effet des forces de tension de vapeur internes au liquide ; la taille des particules est liée à ces forces de scission, qui dëpendent elles-mêmes de la conductivité du liquide, des coefficient d'échange de chaleur et de diffusion, et de la pente de la génératrice de la tuyère divergente (5) à la jonction avec l'injecteur (16) ;
ces forces sont 205 d'autant plus grandes, et la taille des particules d'autant plus petite, que cette pente se rapproche de la verticale.
Dans un dispositif dimensioiané pour une application prédéfmie, le débit de liquide pulvérisé
peut être modifié par modification de la pression Po et de la température To du liquide à l'entrée de la buse.
210 Afin d'améliorer les performances du dispositif, la pente de la génératrice de la tuyère divergente (5) peut, à sa jonction avec la génératrice de la cavité (16), être à la limite perpendiculaire à l'axe de cette cavité, comme représenté sur la figure 3 : la tuyère divergente (5) présente donc un accroissement de section brutal par rapport à la sortie de l'injecteur (16) ;
cet accroissement brutal de section créé une forte variation de pression et permet l'obtention de très fines 215 gouttelettes ; par ailleurs, il facilite l'usinage de la buse.
Si nécessaire, la tuyère divergente peut être partiellement ou totalement intégrée au support externe (0). , cômme représenté sur la figure I.B.
A titre d'exemple de réalisation, une buse de pulvérisation selon la figure 3, constituée d'un corps en acier inoxydable de longueur 80 mm, de 9 injecteurs de diamètres 0,5 mm, d'une tuyère 220 divergente de diamètre de sortie égal à 23 mm, et d'un noyau de diamètre maximum 80 mm, permet de pulvériser 200 kCh d'Eau Surchauffée à 60 bar et 270 C dans de l'air dont la pression P1 varie de la pression ambiante à 0,1 bar A, les conditions extrêmes d'éjection étant :
-Pour l'air à la pression ambiante : une vitesse d'éjection voisine de 540 m/s, et une dimension de particules pulvérisées voisine de 5 microns à une température égale à 100 C ; près de 30 %
225 du débit d'entrée d'eau surchauffée se retrouvent sous forme de vapeur à
la sortie de la buse.
-Pour l'air à la pression de 0,1 bar A: une vitesse d'éjection voisine de 700 mis, et une dimension de particules pulvérisées voisine de 5 microns à une température égale à 46 C ; près de 31 % du débit d'entrée d'eau surchauffée se retrouvent sous forme de vapeur à la sortie de la buse.

Dispositif représenté sur la figure 4, permettant d'améliorer le fonctionnement de la variante 3 en automatisant le positionnement du noyau (11) dans la tuyère divergente (5).
Le système d'automatisation agit sur le mécanisme de soutien et de positionnement du noyau 235 (11) pour que la section de sortie de la buse corresponde aux débit, Pression Po, et Température To de l'eau surchauffée à l'entrée, ainsi qu'à la Pression P1 du milieu gazeux dans lequel liquide est pulvérisé, afin qup la vitesse d'éjection des gouttelettes pulvérisées en sortie du dispositif soit maximale ; il peut indifféremment être incorporé à la buse de pulvérisation, ou être externe .
7 L'exemple non exhaustif de la figure 4 représente un dispositif muni d'un système 240 d'automatisation incorporé à la buse de pulvérisation ; les éléments qui le constituent sont identiques à ceux de la figure 3, excepté que le filetage (18) du méplat (9) solidaire du noyau est supprï.mé pour être remplacé par un ressort de rappel (14) tendant à faire pénétrer le noyau (11) dans la tuyère divergente (5) ; un filetage et une vis (18) pen.nettent de régler la tension du ressort de rappel (11).
245 Lors du fonctionnement de la buse, le noyau (11) est soumis à la force du ressort (11) tendant à
l'ûitroduire dans la tuyère (5), et aux forces de pression statique et dynamique du flux de mixture . Ces dernières sont directenlent liées au débit et à la Température To de l'eau surchauffée à l'entrée de la buse, à la Pression P1 en sortie, et aux pentes de sorties des génératrices de (5) et de (11) ; elles ont tendance à extraire le noyau (11) de la tuyère divergente 250 (5).
Ces forces opposées s'équilibrent pour une position donnée du noyau ; cette position peut être ajustée par la vis (18) lors d'un cas de fonctionnement donné, afin que la mixture soit éjectée de la buse à la pression de sortie Pl sans formation d'une onde de pression dans la tuyère divergente (5) : la vitesse d'éjection de la mixture correspond alors à la vitesse d'éjection maximale.
155 La rigidité du ressort de rappel (11) et la pente de sortie de la tuyère (5) sont définis pour que ces conditions d'éjection optimales soient obtenues pour tous les autres cas de fonctionnement de la buse, sans qu'il soit nécessaire de réajuster la vis (18).
A titre d'exemple dé réalisation, une buse de pulvérisation selon la figure 4, constituée des mêmes éléments que ceux de l'exemple de la variante 3 mais incluant le systèrne ?6o d'automatisation de position du noyau (11) tel que défini ci-dessus, conduit aux mêmes performances, sans qu'il soit nécessaire d'intervenir quand le débit de la buse varie ou quand la pression du milieu gazeux dans lequel le liquide est pulvérisé varie.

;65 Dispositif représenté sur la figure 5, permettant d'améliorer les variantes 3 et 4 afm d'accroître leur capacité et d'en faciliter la fabrication, en remplaçant les injecteurs cylindriques (4) par un injecteur annulaire (16).
L'injecteur annulaire est constitué par l'espace libre compris entre une cavité (16), cylindrique par exemple, et un noyau d'injection (8) ; le mode de fixation du noyau d'injection sur le corps 70 de buse permet la circulation du liquide à pulvériser dans la buse.
L'exemple non exhaustif de la figure 5 représente un noyau d'injection cylindrique (8) muni d'une enzbase (9) comportant des trous de passage (10) permettant la circulation du liquide à pulvériser.
A titre d'exemple de réaiisati n, une buse de pulvérisation selon la figure 5, constituée d'un corps en acier inoxydable de longueur 50 rnm, d'un injecteur annulaire comportant un trou de 75 diamètre 5 mm et un noyau de diamètre 4 mm, et d'une tuyère divergente de diamètre de sortie égal à 16 rnn-, permet de pulvériser 8001s/h. d'Eau Surchauffée à 60 bar et 270 G dans de l'air dans de l'air dont la pression P1 varie de 1 bar A. à 0,1 bar A, les conditions extrêmes d'éjection étant :
8 -Pour l'air à 1 bar A: une vitesse d'éjection voisine de 540 m/s, et une dimension de particules 280 pulvérisées voisine de 5 microns à une température égale à 100 C ; près de 30 !o du débit d'entrée d'eau surchauffée se retrouvent sous forme de vapeur à la sortie de la buse.
-Pour l'air à la pression de 0,1 bar A: une vitesse d'éjection voisine de 700 m/s, et une dimension de particules pulvérisées voisine de 5 microns à une température égale à 46 C ; près de 31 % du débit d'entrée d'eau surchauffée se retrouvent sous forme de vapeur à la sortie de la 285 buse.

VAPAAI`TE 6 Dispositif représenté sur la figure 6, permettant d'améliorer les variantes 2 et 5 afin d'accroître leur souplesse d'utilisation, en remplaçant le noyau d'injection (8) de l'injecteur annulaire par un 290 noyau d'injection profilé (15) de section variable croissante dans le sens de l'écoulement et pou.vant coulisser dans l'axe de la cavité (4), la section de sortie de l'injecteur pouvant alors être réglée en ajustant la position du noyau d'injection profilé (15) par rapport à
la cavité (4) .
L'exemple non exhaustif de la figure 6 représente un noyau d'injection profilé
(15) conique.
L'exemple non exhaustif de la figure 7 représente un noyau d'injection profilé
(15) cylindrique 295 muni d'alvéoles extternes semi-cylindriques(19) parallèles à l'axe de (15), de longueurs différentes, constituant chacüne une section de passage pour le liquide à
pulvériser ; le nombre d'alvéoles (19) débouchant sur la tuyère (5), et donc la section de passage de l'injecteur, sont directement liés à la position du noyau (11) dans la tuyère (5).
A titre d'exemple de réalisation, une buse de pulvérisation selon la figure 6, de dimensions 300 identiques à celle de l'exemple de réalisation de la variante 5 et comportant un noyau d'injection profilé conique de diamètres extrêmes 4 mm et 5 mm, présente les mêmes performances que celles de la variante 5, mais le débit d'eau pulvérisé peut être ajusté de 100 à 800 kg/h.
APPLICATIONS INl3UST~.2IELLE+ S de L'INVENTION
305 Le dispositif selon l'invention trouve ses applications dans les procédés industriels suivants :
-Procédés chimiques nécessitant le refroidissement très rapide de gaz industriels, -Procédés chimiques et industrie agroalimentaire nécessitant l'utilisation de liquides pulvérisés sous forme de particules de très petites dimensions, -Procédés nécessitant l'utilisation de liquides pulvérisés à de très hautes vitesses : installations 310 d'essais, installations énergétiques, compresseurs thermocinétiques, etc...

Claims (10)

1) Dispositif destiné à pulvériser un liquide surchauffé, sous forme de très fines gouttelettes, à une vitesse très élevée, le liquide surchauffé concernant un liquide à une température To et à une pression Po supérieure à la tension de vapeur saturée Ps correspondante à To, la tension de vapeur Ps étant elle-même supérieure à une pression P1 d'un milieu gazeux dans lequel le liquide est pulvérisé, caractérisé en ce qu'il comporte un support permettant l'alimentation en liquide surchauffé, un corps de buse fixé sur le support et comportant un conduit où circule le liquide surchauffé, un ou plusieurs convergents et un ou plusieurs injecteurs où le liquide surchauffé
en provenance du conduit est mis en vitesse, une tuyère divergente de détente et de mise en vitesse où le liquide surchauffé provenant du ou des convergents et du ou des injecteurs s'évapore partiellement et explose instantanément sous l'effet d'une différence de pression entre le liquide et un milieu ambiant de la tuyère, pour constituer une mixture de fines gouttelettes et de vapeur, la tuyère divergente ayant une génératrice qui présente une discontinuité, c'est à dire un angle, à son intersection avec celle des injecteurs.
2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à la sortie des injecteurs, la génératrice de la tuyère divergente et les parois des injecteurs définissent un angle droit.
3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la tuyère divergente est au moins partiellement intégrée au support.
4) Dispositif destiné à pulvériser un liquide surchauffé, sous forme de très fines gouttelettes, à une vitesse très élevée, le liquide surchauffé concernant un liquide à une température To et à une pression Po supérieure à la tension de vapeur saturée Ps correspondante à To, la tension de vapeur Ps étant elle-même supérieure à la pression P1 d'un milieu gazeux dans lequel le liquide est pulvérisé, caractérisé en ce qu'il comporte un support permettant l'alimentation en liquide surchauffé, un corps de buse fixé sur le support et comportant un conduit où circule le liquide surchauffé, un convergent et une section de passage injecteur annulaire où le liquide surchauffé en provenance du conduit est mis en vitesse, une tuyère divergente de détente et de mise en vitesse où le liquide surchauffé provenant des convergent et injecteur annulaire s'évapore partiellement et explose instantanément sous l'effet d'une différence de pression entre le liquide et un milieu ambiant de la tuyère, pour constituer une mixture de fines gouttelettes et de vapeur, la tuyère divergente ayant une génératrice qui présente une discontinuité, c'est à dire un angle, à son intersection avec celle de l'injecteur annulaire.
5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'injecteur annulaire comporte un espace libre compris entre une cavité et un noyau d'injection, un mode de fixation du noyau d'injection sur le corps de buse permettant une circulation du liquide à pulvériser dans la buse.
6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, à sa jonction avec une génératrice de la cavité, la génératrice de la tuyère divergente définit un angle droit avec les parois de la cavité.
7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce qu'il permet d'accroître la souplesse d'utilisation de la buse en remplaçant le noyau d'injection de l'injecteur annulaire par un noyau d'injection profilé de section variable croissante dans le sens de l'écoulement et pouvant coulisser dans l'axe de l'injecteur annulaire, l'injecteur ayant une section de sortie pouvant être réglée en ajustant la position du noyau d'injection profilé.
8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la tuyère divergente est au moins partiellement intégrée au support.
9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, pour permettre, dans une même buse de pulvérisation, de modifier à
volonté le débit, la pression Po ou la température To du liquide surchauffé à l'entrée, ainsi que la pression P1 du milieu gazeux dans lequel liquide est pulvérisé, tout en conservant une vitesse d'éjection maximale des gouttelettes pulvérisées en sortie du dispositif, ledit dispositif comporte :
- un noyau profilé logé dans la tuyère divergente, ledit noyau étant coulissant dans l'axe de cette tuyère et permettant, selon sa position, de régler une section de sortie de ladite tuyère divergente, la tuyère divergente et le noyau profilé
ayant des génératrices avec des profils continus et monotones permettant de conserver une section de passage croissante entre la tuyère divergente et le noyau profilé
tout au long de l'axe de la tuyère, quelle que soit la position du noyau profilé, et - un mécanisme pour soutenir le noyau profilé et régler depuis l'extérieur une position relative du noyau profilé par rapport à la tuyère.
10) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un automatisme pour positionner le noyau profilé dans la tuyère divergente afin d'ajuster la section de sortie de la tuyère pour qu'elle corresponde aux débit, Pression Po et Température To du liquide surchauffé à l'entrée, ainsi qu'à la Pression P1 du milieu gazeux dans lequel le liquide est pulvérisé, afin qu'une vitesse d'éjection des gouttelettes pulvérisées en sortie du dispositif soit toujours maximale.
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