EP0183583B1 - Dispositif d'insonification - Google Patents

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Publication number
EP0183583B1
EP0183583B1 EP85402034A EP85402034A EP0183583B1 EP 0183583 B1 EP0183583 B1 EP 0183583B1 EP 85402034 A EP85402034 A EP 85402034A EP 85402034 A EP85402034 A EP 85402034A EP 0183583 B1 EP0183583 B1 EP 0183583B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
head
insonification
liquid
seal
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP85402034A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0183583A1 (fr
Inventor
Raoul Garcia
Daniel Michaux
André Sales
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
S C P BISCORNET
Original Assignee
S C P BISCORNET
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by S C P BISCORNET filed Critical S C P BISCORNET
Priority to AT85402034T priority Critical patent/ATE46840T1/de
Publication of EP0183583A1 publication Critical patent/EP0183583A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0183583B1 publication Critical patent/EP0183583B1/fr
Expired legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators

Definitions

  • the field of the present invention is, in general, that of the ultrasonic treatment of objects, surfaces or organisms, possibly using the phenomenon known as "ultrasonic cavitation".
  • ultrasonic cavitation Due to the formation, at the ultrasonic frequency considered, of turbulence associated with very high pressure and temperature fields, ultrasonic cavitation has a particularly erosive effect on the surfaces arranged in the immediate vicinity of the cavitation zone and is found to be , therefore, be very effective in cleaning these surfaces.
  • the concept of cleaning includes that of decontamination.
  • the effectiveness of such a cleaning device is nevertheless linked to the volume of liquid that can be insonified, as soon as the surfaces or objects to be cleaned reach large dimensions. The problem of the quantity of available energy can then arise.
  • Insonification heads already known from the prior art comprising an ultrasonic transducer and at least one emission member.
  • certificate of utility FR-2 103 311 (SATELEC-MABILE) describes in a schematic way a head of insonification made up of contiguous sections, each one in a different material to obtain an adaptation of acoustic impedance between the ceramic of the transducer (24 SI units) and that of water (1.5 SI units).
  • the last section, the furthest from the transducer is in a single part and serves as an emission member.
  • the latter may have a flared shape increase in section as one moves away from the transducer or have an impedance close to that of water.
  • This document further recommends avoiding the formation of radial vibrations by a cross section of the head less than t.
  • the present invention relates to a device "insonification" of a solid, liquid or gaseous medium, device comprising a head of insonification and having a particularly high efficiency and energy dispersing capacity.
  • the present invention also relates to cleaning devices and installations using the insonification head.
  • insonification heads in particular for li quides, which comprise at least one ultrasonic transducer which is, in general, a piezoelectric cell, more commonly called “ceramic” and at least one emission member of which a part, called “action” or “cavitation” is immersed in said medium and comprises an impedance matching portion to said medium with a terminal face for transmitting longitudinal vibrations.
  • these heads comprise one or more transformer members, namely a "quarter wave” and one or more "sonotrodes”.
  • the impedance adapter consists of a set of these sonotrodes, namely elements whose length equals a multiple of half the wavelength at the excitation frequency in the material in which they are made and whose section generally varies according to any hyperbolic function, constant or decreasing in the direction of first wave propagation.
  • the sonotrodes allow, by the ratio between their input and output surfaces, to multiply the amplitude of the vibration by said ratio, at the frequency considered.
  • tanks called ultrasonic tanks. These tanks are filled with a liquid, usually water with a detergent added. The objects to be cleaned are then placed there, which are completely submerged. This volume of water is subjected to an ultrasonic field by means of an ultrasonic head, substantially of the same type as that described succinctly above, which is secured to the bottom of the tank. The liquid volume inside the tank enters cavitation.
  • This type of tank is generally satisfactory but is limited by its own internal dimensions so that certain bulky objects cannot be cleaned by these techniques.
  • the object of the present invention is to provide a particularly high efficiency insonification device which allows a great dispersion of energy whatever the medium which is excited with this ultrasonic field.
  • Another object of the present invention is to provide several insonification devices allowing in particular the cleaning of industrial objects of particularly bulky size, as well as hollow objects whose interior volume is difficult to access.
  • Another application of the insonification device according to the present invention is an installation for cleaning surfaces such as tunnels, hospital rooms or nuclear pools in power plants.
  • the present invention provides an insonification device comprising a sound insulating head comprising at least one ultrasonic transducer and at least one emission member, characterized in that said member emission is in two continuous parts of which only a so-called action part is immersible in a medium to be insonified and comprises a section having a terminal face for transmitting longitudinal vibrations and intended for the adaptation of the impedance of said organ of emission to said medium, said action part extending between said end face and a limit portion of the non-submersible part of the emission member, in that the axial dimension of said action part is an odd multiple of quarter of the wavelength of the vibrations produced by the ultrasonic transducer in said emission member, this odd number being three and in that the rest of said insonification head beyond of the action part is adapted so that in operation said end face is the seat of a belly of longitudinal vibration mode and said action part is the seat of at least one belly of radial vibration.
  • the present invention achieves its objectives, particularly that of proposing an insonification head, in particular in a liquid medium, the yield and the power dissipation capacity of which are significantly increased compared to the insonification heads. recalled above.
  • the coupling surfaces with the medium are multiple and are formed on the one hand by the seat end surface of a belly of longitudinal vibrations, and on the other hand by the seat portion (s) ( s) a belly of radial vibrations formed on said action part.
  • the present invention also relates to the cleaning and / or decontamination of surfaces and / or industrial objects by insonification of a volume of liquid and by subsequent cavitation.
  • the Applicant has been confronted with the problems of cleaning hollow objects whose interior volume is particularly difficult to access. More specifically, the problem of cleaning the decontamination of the interior surfaces of valves or other piping elements in nuclear power plants has been posed to the Applicant.
  • the insonification device is intended for hollow objects comprising a main orifice and inside which a volume of liquid is confined, the device comprising a support adapted to close off said main orifice.
  • the support is adapted to carry at least one insonification head as succinctly defined above, so that the action part of the head is immersed in the liquid volume confined to the interior of the hollow object to be cleaned.
  • the insonification device according to the present invention, it is now possible to insonate a large volume of liquid and thereby clean the interior surfaces of objects having a particularly large volume.
  • objects having a particularly large volume such as valves in the piping of nuclear power plants, for example.
  • diameters of the order of several tens of centimeters are commonly used for such valves, the internal volume of these possibly being of the order of m 3 , which gives the measurement of the volume at insonify.
  • the ultrasonic head according to the present invention and the device with which it is associated make it possible to insonate such volumes and thus to clean the internal surfaces of the valves in question.
  • Another problem that the Applicant has posed is that of cleaning and decontaminating large surfaces, such as, for example, those of swimming pools in nuclear power plants or, in a completely different field, those of railway tunnels, road tunnels or even those of hospital rooms.
  • Another object of the present invention is therefore to provide an insonification device for cleaning high-performance surfaces allowing effective cleaning of particularly large surfaces.
  • an insonification device 10 comprises a soundproofing head 11 mounted in a protective casing 12.
  • the insonification head 11 comprises two piezo ceramics 22, 23 electric sandwiched between a mass called “rear” 24 and a "quarter wave” acoustic impedance adapter 25, of axial size equal to a quarter of the ultrasonic wavelength in the material considered.
  • the set of elements 22, 23, 24, 25 constitutes what will be called an "ultrasonic head" 26.
  • the rear mass 24 and the quarter wave 25 have, in this embodiment, a sectional constriction, the section decreasing from an upper portion of the parts 24 and 25 to a terminal portion 19 and 30 respectively, the surface of which is in contact with the next part.
  • this constriction makes it possible to constitute an amplitude transformer, the amplitude of the vibrations at the level of the output surface 30 being equal to the product of that at the input surface by the ratio between these two surfaces, minus the losses inherent in propagation in the material.
  • the surface 30 is in contact with a one-piece middle part or "sonotrode" 27, the length of which is equal to half a wavelength in the material considered.
  • This sonotrode itself comprises two different parts, namely a first cylindrical part 27A whose length is equal to a quarter of the wavelength followed by a second part 27B of the same length, comprising a necking.
  • This sonotrode part 27 serves to increase the amplitude of the vibrations, and participates in the impedance matching function.
  • the sonotrode 27 comes into contact via a common contact surface 35, with a 1% emission member 9
  • the emission member 32 includes a so-called “action” part 34 immersed in the medium to be insonified and an internal part 37.
  • the medium to be insonified is a liquid, here water with or without the addition of detergent: the action part is then called "cavitator".
  • the total axial length of the transmitting member 32, between its end surface 33 and its internal contact surface 35, is here of two half-wavelengths. In fact, this length must be such that the total length which separates the end surface 33 and the contact surface 30 is equal to a multiple of the half-wavelength at the frequency considered in the material constituting the head d insonification 11.
  • a portion 34B immediately preceding said end surface 33 of the cavitator, also has a quarter wavelength constriction for the amplitude increase and the impedance adaptation to the medium intended to be insonified, here water with or without detergent added. It will be observed that the upper part 34A of the cavitator is cylindrical, as is the internal part 37.
  • the two piezoelectric ceramics 22, 23 are coupled to an ultrasonic generator, not shown, the frequency of which is here 20,000 Hz.
  • the electrical signal excites these transducing ceramics which thus generate mechanical vibrations at the same frequency, propagating in the the entire head 11. These vibrations are reflected on the one hand by the rear surface 24A of the rear mass 24 and on the other hand by the end surface 33.
  • the mechanical vibrations generated by the piezoelectric cell 22, 23 are longitudinal vibrations since the ceramics work in compression in the axial direction.
  • the multiple reflections at the two aforementioned ends 24A and 33 of the insonification head create a stationary vibratory field: It is thus created along the head of the vibratory modes comprising nodes and bellies.
  • the dimension of the various elements 24, 25, 27 and 32 is such that the end surface 33 is the seat of a belly of longitudinal vibrations.
  • the Applicant has discovered that the radial vibrations, associated with the longitudinal vibrations make it possible to increase in a me sure surprisingly the efficiency of the emission organ.
  • FIG. 1b represents the amplitude of radial vibrations as a function of the distance from the source. We also observe a distribution of nodes and bellies in radial vibration mode.
  • the action part or cavitator 34 of the emission member 32 extends axially between the end face 33, seat of a belly of longitudinal vibration mode and a limit portion 36, here separating the action part 34 of the internal part 37 of the transmission member 32, this limiting portion 36 being the seat of a longitudinal vibration mode node, and comprises a radial action portion, here the upper part 34A of the cavitator 34, seat of at least one belly of radial vibration mode.
  • the upper part 34A is the seat of only one belly of radial vibrations.
  • the radial action portion may have a greater axial length in order to present several bellies of immersed radial vibrations.
  • this length can be n (#), n being an integer, X being the wavelength.
  • the length of the action part is then (2n + 1) t.
  • the insonification head is here made of titanium, the wavelength in this metal for a frequency of 20 kHz being of the order of 33 cm.
  • the size of the head shown in Figure 1 is therefore about 70 cm, its diameter being 6 cm.
  • titanium has low internal transmission losses and a high resistance to fatigue caused by the vibrations which pass through it.
  • the means for connecting the insonification head 11 with the casing are arranged to act on at least a portion of the insonification head which is the seat of a longitudinal vibration mode node.
  • said connecting means comprise at least one damper seal.
  • the emission member is connected to the casing 12 by means of a basic annular damper seal 59, which acts on this member 32 at the limit portion 36, seat a longitudinal vibration mode node which thus acts as a fixing portion.
  • the damping seal 59 is clamped between an annular seal holder part 58 comprising a groove intended to partially receive this seal 59, this part being integral with the casing 12, and a closing ring 53 which comes to tighten the seal holder part 58.
  • the seal piece 58 has tapped bores 54 allowing tightening by means of fixing screws 93, passing through orifices 55 formed in the ring 53.
  • the seal 59 is thus blocked by compression in a position of radial tightening of the emission member 32, and therefore ensures a seal between the liquid medium intended to be insonified and the interior of the casing 12.
  • the reading means comprise an intermediate annular damping seal 64, for action on the central part 27.
  • this seal relates to the junction 70 between the constriction 27B and the cylindrical part 27A, this junction being the seat of a longitudinal vibration mode node, FIGS. 1 and 1a.
  • the seal 64 has in radial section (Fig. 1c) a notch 69 of shape complementary to that of the junction 70 of the parts 27A and 27B, so that the seal 64 participates in the support of the central part 27 and by there even to that of the entire head 11.
  • the seal 64 is mounted in an annular support structure generally referenced at 65, which comprises a seal carrier ring 66 on which retaining lugs 73 are mounted and a so-called “compression” ring 67.
  • the seal ring 66 has a set of bores: the tapped bores 76 and the non-tapped bores 96.
  • the retaining pins 73 which, in this embodiment are four in number, only one having been shown in Figures 1 and 1c, have a bore 75 and are fixed to the seal carrier ring 66 by screws 95 screwed into the threads 76.
  • the lugs 73 penetrate into millings 77 of the central part 27, each of these lugs having a retaining face 78 bearing against a corresponding bearing face 79 of the milling 77.
  • a flat damper seal 97 of small thickness is interposed between the two faces 78, 79.
  • the compression ring 67 has tapped bores 81. Screws 97 pass through the bores 96 and are screwed into the tapped bores 81.
  • the maintenance in the axial direction of the whole of the support structure 65 is ensured by a damping-holding joint 80 compressed between the crowns 66, 67.
  • the retaining damper seal 80 is here in the form of an O-ring.
  • a closing plate 91 is mounted by means of screws 92 at the upper end of the casing 12.
  • the mounting of the insonification head 11 in the casing is done as follows:
  • the seal carrier ring 66 is first mounted with the intermediate damper seal 64 on the junction 70 between the constriction 27B of the cylindrical part 27A of the central part 27.
  • the retaining pins 73 are then screwed in, interposing the flat seals 97 between the retaining faces 78 lug and support 79 milling 77.
  • the assembly is then positioned in the casing 12 by introducing it through the upper end, so that only the cavitator 34 protrudes outside and thus the limit portion 36 comes opposite the location of the first shock absorber seal 59.
  • the O-ring 80 is then placed, which is compressed by means of the compression ring 67 by tightening the screws 97.
  • the axial compression of the damping O-ring 80 causes radial compression of this gasket 80 against the internal wall of the casing 12 and already provides frictionally maintaining the axial length of the assembly of the insonification head 11 and of the annular structure 65 in the housing 12.
  • the base damper seal 59 is then placed in the groove of the seal holder part 58 and this seal is compressed by means of the screws 93.
  • the erosive quality of an insonified medium depends on the average value of the pressure field: the higher the latter, the higher the insonified medium has a high erosive quality, and therefore, the better is the cleaning of objects in contact with this environment.
  • the values indicated in the circles shown in FIG. 2 represent the values of the pressure recorded at various points related to the initial average pressure of the liquid before use of the insonification device 10.
  • the average value of the pressure field is particularly high since many measured points have a value equal to or greater than two and a half times the initial pressure.
  • the Applicant has carried out tests in a cylindrical beaker of diameter identical to that of the preceding one of an insonification head 401 having a structure identical to that of the insonification device 10, with regard to the mass rear, piezoelectric, quarter wave and middle piece ceramics. Only the emitting member 32 has been changed and replaced an emitting member 402 whose constriction 402B is identical to the constriction 34B of the cavitator 34 according to the present invention. On the other hand, the transmitting member 402 does not have a radial action portion. This member 402 is thus representative of the transmission members previously developed by the Applicant.
  • the insonification head 401 has been arranged so that the end face 433 of the emission member 402 is at the same distance h from the bottom of the beaker as the end face 33 of the emission member 32, in FIG. 2.
  • the same "useful" volume of liquid is thus insonified in both cases: that between the end faces and the bottom of the beaker.
  • the value of the mean pressure field remains close to the initial pressure before cavitation since many values equal to one are observed.
  • the presence in the cavitator 34, according to the invention, of a portion of radial action 34A, irradiating radial vibrations, therefore ensures a decisive advantage compared to the emission member 402, representative of the organs of emission of the prior art since the average value of the induced pressure field is notably higher, all other things being equal.
  • FIGS. 4 to 6 illustrate more particularly the application of an insonification device to cleaning the interior of the body of a valve 114.
  • a volume of cleaning liquid is confined inside the valve body by sealing the various conduits accessing it beforehand, here the pipes 117,117 ′ and leaving only one. orifice which is then said to be “main” available for the insonification device.
  • a main orifice 120 is thus released by which one introduces on the one hand said means for closing the inlet and outlet orifices of the valve, these shutter means being described below, and on the other hand, an insonification device according to the present invention.
  • the insonification head generally referenced at 11 in FIGS. 4 and 5 is mounted in a casing generally referenced at 12 in these figures.
  • These two elements as well as the connecting means between them are similar to those which have been described in support of Figures 1 and 2, bear the same references in Figures 4 and 5 and are not described again.
  • the casing 12 of the insonification head 11 is mounted on a support 143 having a cylindrical crown 160 in which the casing 12 is forcibly mounted.
  • This annular support 143 is of diameter similar to that of the head of the valve 114 having the main orifice 120 and is adapted, by means of a seal 147, to close this main orifice 120.
  • the support 143 has four axial pins, not shown in FIGS. 4 and 5, by which it is centered in the orifice 120.
  • the support assembly 143-casing 12 is arranged such that the cavitator 34 of the insonification head 11 is immersed inside the body of the valve 114.
  • these sealing means comprise pneumatic buffers 150, 150 'made in a balloon introduced into the pipe elements 117, 117' beyond the orifices 116, 116 'of the valve 114 on which these elements piping 117, 117 'are connected.
  • the balloons 150, 150 ′ are inflated by an air circuit shown diagrammatically in FIG. 4 by the conduits 151, 151 ′ connected to a source of compressed air supply shown diagrammatically by the arrow 152.
  • the duct 151 has been shown in solid lines, while the duct 151 ′ disposed in front of the cutting plane is shown in phantom.
  • the insonification device constituted by the insonification head 11, the casing 12, the support 143 and the shutter means 150, 150 ', 151, 151', comprises a cleaning liquid inlet pipe 153 and a cleaning liquid starting pipe 154, respectively connected to pipes 163, 164 of a cleaning liquid circuit 165, FIG. 4.
  • the cleaning liquid circuit 165 here comprises a cleaning solution separation filter 170 connected to the liquid starting line 164 coming from the cleaning device. Downstream, the filter is connected to a centrifuge 171 allowing the solid particles to be separated from the rest of the solution. The liquid outlet of this centrifuge is connected to a tank of cleaning solution 172 which is itself connected to a mixer 173.
  • the filter 170 has a water outlet connected to a line 174 which is itself connected to a water tank 175 The outlet of this water tank 175 is connected to the inlet of the mixer 173, the outlet of which is connected to a pump 176 which discharges into the pipe 163 for the arrival of liquid in the cleaning device.
  • the filter 170 may include a second water outlet which is directly connected to the mixer 173, this connection being shown diagrammatically at 177 by a line in dashed lines.
  • an ultrasonic generator-amplifier 180 is connected to the ultrasonic head 26. More particularly, a “ + ” terminal is connected to the piezoelectric ceramics 22, 23, while a ground terminal is connected to the quarter wave 25. This generator works at a frequency of 20 kHz.
  • the hollow object to be cleaned is the body of the valve 114, comprising two secondary orifices 116 and 116 ′, connected to the pipes 117, 117 ', the first operation consists in introducing the pneumatic buffers 150, 150' into said body.
  • the support 143 is then brought back with the insonification head 11 on the orifice 120. The latter is thus closed.
  • the pipes 151, 151 ′ are then connected, on the one hand, to the source of compressed air 152 and, on the other hand, the cleaning liquid inlet and outlet pipes 153, 154 to the corresponding pipes 163, 164 of the cleaning circuit 165.
  • the balloons 150, 150 ' are then inflated. When the latter are partially swollen, cleaning liquid is then introduced into the interior of the volume of the valve 114. The pressure of this cleaning liquid on the balloons 150, 150 ′ then participates in the installation of the latter in the pipes 117, 117 ′ beyond the secondary orifices 116, 116 ′ of the valve 114. It is then possible to complete the inflation of these balloons so that the interior volume of the valve 114 is hermetically closed.
  • the ultrasonic head 26 can then be excited by an ultrasonic wave coming from the generator-amplifier 180.
  • An ultrasonic field is then established inside the valve 114, causing a phenomenon of vapor cavitation characterized by the creation and the implosion of bubbles to the rhythm of the ultrasonic field.
  • the current of liquid used by the pump 176 makes it possible to evacuate through the circuit 165, the soiled deposition portions torn off.
  • the installation shown in Figure 1 works in a closed circuit.
  • the filter 170 makes it possible, downstream of the outlet pipe 154, to separate the cleaning solution from the cleaning water as much as possible.
  • the cleaning solution, laden with dirty particles is then admitted into the centrifuge 171, which has the function of separating the dirty particles by centrifugation, a relatively pure solution is recovered in the centrifuge and admitted into the solution tank.
  • the outlet of the solution tank and that of the water tank 175 converge on a mixer 173.
  • the liquid, at the outlet of the mixer is returned to the inlet circuit 163 by means of the pump 176.
  • the axial size of the insonification head is a function of the length of the wave in the metal. Recall that the head 11 is made of titanium and intended to work at 20 kHz, its axial size therefore being approximately 70 cm. Such an insonification head also having a diameter of 6 cm, is particularly well suited for cleaning valves having orifices of more than 15 cm in diameter, such as those shown in FIG. 4.
  • valves having orifices of a smaller diameter it is necessary to reduce the size of the head 11, and consequently to work at a higher frequency.
  • valves having orifices less than 15 cm in diameter it is advantageously possible to use a head approximately 35 cm high and 4 cm in diameter working at 40 kHz.
  • FIG. 7 the application of the insonification device according to the present invention is illustrated for a hollow object, other than a valve.
  • the hollow object to be cleaned is a tank 300 comprising a part 301 of overall cylindrical shape and a part 302, constituting the bottom of the tank, of overall hemispherical shape.
  • the tank has a certain number of lateral orifices 303, which can be closed off by valves 304. It has, at its upper end, a main orifice 305.
  • the interior of the tank 300 is divided into two chambers separated by an intermediate partition 306 extending along an axial plane.
  • the insonification device 311 comprises a support 320 adapted to close off the orifice 305 and to carry, in this example, two insonification heads 321 and 321 '.
  • These insonification heads 321 and 321 ′ have a structure similar to that of the head 11 described in support of FIG. 1, and also work at a frequency of 20 kHz.
  • a set of cleaning liquid inlet pipes 353 and a set of cleaning liquid starting pipes 354 are associated with the support 320, only one of the pipes 353 and 354 having been shown in FIG. 7.
  • the support 320 is adapted to be fixed to the tank 300 by an annular flange 310 having bores 313 regularly distributed around its periphery, a set of screws 312 ensuring the fixing of said support 320 on the 300.
  • the operation of the device 311 is similar to that of the device described in support of FIGS. 4 to 6.
  • the tank 300 is filled with liquid of cleaning by connecting the pipes 353 and 354 to a cleaning liquid circuit such as that of FIG. 4.
  • the transducers 321 and 321 ′ are then excited by a generator, not shown in FIG. 7, and cleaning from the inside of the tank is operated in a steam cavitation regime.
  • FIGS. 8 and 9 another of the present invention, namely an insonification device used for cleaning and decontamination of surfaces comprising one or more insonification heads such as that described in support of figure 1.
  • this insonification device 410 comprises a first enclosure 251 called “confinement” of a volume of liquid of generally parallelepipedal shape, and a second enclosure 261, called enclosure “ protection ", also of generally parallelepiped shape, in which the confinement enclosure 251 is disposed.
  • Two insonification heads 211 mounted in their casing 212, are arranged inside the confinement enclosure 251.
  • the heads 211 and casing 212 are similar to the head 11 and to the casing 12 described above.
  • the cavitators 234 have an axial size of five-quarters of a wavelength (5t) and thus have a portion of radial action 234A, seat of two bellies of radial vibration mode.
  • the casings 212 are mounted on the upper wall 270 of the confinement enclosure 251, so that the insonification heads 211 are arranged head to tail.
  • the confinement enclosure 251 is connected to a circuit of cleaning liquid, the conduit for the arrival of this liquid in the enclosure 251 being referenced 253, while the outlet conduit is referenced 254. These conduits pass through the upper walls of the enclosures 251, 261 to open into the interior volume 255 of the confinement enclosure 251.
  • the confinement enclosure 251 has, opposite the upper face 270, an opening 230 intended to be directed towards the surface to be cleaned, the surface 231 in FIG. 9.
  • the opening 230 thus occupies the entire surface opposite the surface upper 270.
  • This opening 230 is provided with a seal 256 arranged around this periphery.
  • the seal 256 is of the so-called "lip seal" type.
  • the confinement enclosure 251 is secured to the protective enclosure 261 by means of U-shaped legs 235 which are fixed to the walls of the two enclosures in an appropriate manner. These legs 235 carry rollers 252 facilitating the movement of the device 410 over the surface to be cleaned 231.
  • a lip seal 256 ′ is also disposed around the periphery of an opening 232 of the protective enclosure 261 formed substantially in the same plane that the opening 230 of the confinement enclosure 251 and directed, in operation, onto the surface to be cleaned 231.
  • FIG. 10 illustrates an embodiment of an installation implementing the device 410.
  • the latter is connected to an ultrasonic generator GUS which supplies the insonification devices 211.
  • FIG. 10 Other elements of the electrical installation such as, for example, a power supply, etc., have not been shown in the diagram in FIG. 10.
  • the other connections in FIG. 5, which are shown diagrammatically with a double line represent the cleaning fluid circulation circuit.
  • the installation includes a pump PO for circulating this liquid, a liquid reservoir RE, a filtration installation FI, a main suction device ASP and a suction device for ASF leaks.
  • the device is first of all brought into contact with the surface 231 to be cleaned, the latter thus closing off the openings 230, 232, of the two enclosures. Consequently, a double confinement volume is created: on the one hand the internal volume of the confinement enclosure 251 which can then be filled with cleaning liquid, a certain seal being obtained by the seal 256 and on the other hand, the internal volume of the protective enclosure 261, the lip seal 256 ′ sealing the joint between the enclosure 261 and the surface to be cleaned 231.
  • the insonification devices 211 create, under the action of the ultrasonic generator GUS, an ultrasonic field the frequency of which is here around 20 kHz, the frequency of the generator possibly being variable in order to adjust the excitation of the ceramics of said insonification devices taking into account, for example, the liquid medium.
  • Cavities are formed and implode to the rhythm of the ultrasonic wave, those which implode in the vicinity of the surface to be cleaned 231 then detaching plots of dirty deposits attached to this surface.
  • the cleaning liquid polluted by these dirty deposits is evacuated to the filtering device FI, reinjected after filtering the dirty particles in the filtering device FI.
  • the leaks occurring towards the outside of the confinement enclosure 251, in spite of the sealing device, here the lip seal 256, are sucked up by the means of suction of the leaks schematized by the conduits 258 and the arrows 259 in FIGS. 8 and 9, by the ASF device in FIG. 10.
  • the implosion of the cavities makes it possible to destroy any form of life on the surface 231, which is particularly advantageous when cleaning floors contaminated with living organisms, such as for example, hospital floors.

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Description

    Dispositif d'insonification
  • Le domaine de la présente invention est, d'une manière générale, celui du traitement par ultrasons d'objets, surfaces ou organismes, en utilisant éventuellement le phénomène dit de "cavitation ultrasonore".
  • On sait que, quel que soit le milieu concerné, à un champ d'ondes ou de vibrations ultrasonores est associé un champ de variations de pression qui a une action mécanique pouvant résulter dans la destruction de micro-organismes, la mise en vibrations mécanique de particules et/ou la mise en résonance de ces dernières ce qui peut les fragmenter ou même les détruire.
  • Dans le cas d'un champ ultrasonore de forte puissance dans un milieu liquide on assiste au phénomène dit de "cavitation" qui se traduit, au niveau des micro-organismes tout à la fois par une action mécanique et chimique destructives. L'ensemble de ces deux actions peut résulter, s'agissant de particules radioactives en un décollement de ces dernières et par conséquent en la décontamination des objets auxquels ces particules radioactives seraient accrochées, après évacuation ces dites particules.
  • En effet, on sait que lorsque l'on soumet un liquide à un champ d'ondes ultrasonores alternatif, celui-ci provoque au sein du liquide des variations de pression et crée ainsi des zones soumises alternativement à des dépressions et à des surpressions. Dans une zone de dépression, des cavités se créent et se remplissent de gaz. Il est admis que ces cavités prennent naissance au niveau de microbulles en suspension dans le liquide ou piégées à la surface d'une impureté quelconque solide. Au cours des phases successives de surpression et de dépression provoquées par le champ ultrasonore, les diamètres de ces cavités ou bulles de cavitation varient.
  • Le régime dit de cavitation de vapeur se produit de la façon suivante:
  • Pendant la phase de dépression créée par l'onde ultrasonore, la bulle de cavitation croît jusqu'à un rayon maximum, qui peut atteindre des valeurs de l'ordre de 40 fois le rayon initial, Dans la phase suivante de surpression, elle se comprime et implose brutalement, donnant naissance à de multiples effets parmi lesquels:
    • - formation d'une onde de choc qui sé propage à une vitesse qui peut dépasser celle du son dans le liquide, créant dans le voisinage des champs de pression et de température très élevés;
    • - apparition de sonoluminescence;
    • - formation d'ions particulièrement actif (OH-et H+) avec la libération de molécules d'oxygène et formation d'eau oxygénée.
  • A l'endroit de l'implosion des bulles de gaz se reforment au cycle suivant pendant la dépression et le processus recommence. Des générations de bulles varient ainsi de volume en un même point au rythme de l'onde ultrasonore conduisant très rapidement à l'état de cavitation. Cet état de cavitation se manifeste par un sifflement. caractéristique et un nuage de bulles. 4
  • En raison de la formation, à la fréquence ultrasonore considérée, de turbulences associées à des champs de pression et de température très élevées, la cavitation ultrasonore a un effet particulièrement érosif sur les surfaces disposées au voisinage immédiat de la zone de cavitation et s'avère, en conséquence, être très efficace pour nettoyer ces surfaces.
  • Les phénomènes de nature mécanique et chimique évoqués plus haut se traduisent par une destruction des bactéries que l'on peut trouver fixées sur les surfaces à nettoyer. Ainsi est-il possible d'envisager la cavitation ultrasonore comme moyen de nettoyage et/ou d'aseptisation des surfaces.
  • Il en est de même s'agissant de dépôts salissants radioactifs que l'on peut trouver sur des surfaces à décontaminer telles que celles des piscines nucléaires ou à l'intérieur des tuyauteries dans des centrales nucléaires. Les phénomènes mécaniques et chimiques sur les particules contaminées les détachent obligatoirement de leur support, qui, après évacuation des particules, se trouve décontaminé.
  • Au sens de la présente invention la notion de nettoyage comporte celle de décontamination. L'efficacité d'un tel dispositif de nettoyage est néanmoins liée au volume de liquide pouvant être insonifié, dès lors que les surfaces ou objets à nettoyer atteignent des dimensions importantes. Le problème de quantité d'énergie disponible peut alors se poser.
  • On connaît déjà de l'art antérieur des têtes d'insonification comprenant un transducteur ultrasonore et au moins un organe d'émission. Ainsi le certificat d'utilité FR-2 103 311 (SATELEC-MABILE) décrit d'une manière schématique une tête d'insonification composée de tronçons jointifs, chacun en une matière différente pour obtenir une adaptation d'impédance acoustique entre la céramique du transducteur (24 unités SI) et celle de l'eau (1,5 unités SI). Le derier tronçon, le plus éloigné du transducteur est en une seule partie et sert d'organe d'émission. Ce dernier peut avoir une forme évasée augmentent en section à mesure que l'on s'éloigne du transducteur ou avoir impédance voisine de celle de l'eau. Ce document préconise de plus, d'éviter la formation de vibrations radiales par une section droite de la tête inférieure à t.
  • La présente invention concerne un dispositif "d'insonification" d'un milieu solide, liquide ou gazeux, dispositif comportant une tête d'insonification et présentant un rendement et une capacité de dispersion d'énergie particulièrement élevés. La présente invention a trait également à des dispositifs et installations de nettoyage mettant en oeuvre la tête d'insonification.
  • La Demanderesse a déjà développé des têtes d'insonification, notamment pour milieux liquides, qui comportent au moins un transducteur ultrasonore qui est, en général, une cellule piézo-électrique, plus communément appelée "céramique" et au moins un organe d'émission dont une partie, dite "d'action" ou "de cavitation" est immergée dans ledit milieu et comporte une portion d'adaptation d'impédance audit milieu avec une face terminale d'émission de vibrations longitudinales. En général, ces têtes comportent un ou plusieurs organes transformateurs, à savoir un "quart d'onde" et une ou plusieurs "sonotrodes". L'adaptateur d'impédance est constitué par un ensemble de ces sonotrodes à savoir des éléments dont la longueur égale un multiple de la moitié de la longueur d'onde à la fréquence d'excitation dans le matériau dans lequel ils sont réalisés et dont la section varie en général selon une fonction hyperbolique quelconque, constante ou allant en diminuant dans le sens de première propagation de l'onde. Les sonotrodes permettent par le rapport entre leurs surfaces d'entrée et de sortie, de multiplier l'amplitude de la vibration par ledit rapport, à la fréquence considérée.
  • Le rendement d'une telle tête d'insonification, quoique satisfaisant pour certaines applications, est assez souvent insuffisant pour d'autres applications nécessitant une grande dispersion d'énergie. En effet, l'énergie fournie au milieu ne l'est qu'à partir de la surface terminale, qui, compte tenu de la forme caractéristique de l'élément terminal de l'adaptateur d'impédance, habituellement celle d'un pavillon inversé, est relativement réduite.
  • Il y a, dans ce type de réalisation, un manque d'énergie disponible à l'émission sous forme de vibrations longitudinales et, en tout état de cause, un rendement insuffisant puisque l'on utilise uniquement ces vibrations longitudinales.
  • On connaît également, dans l'art antérieur, des cuves appelées cuves ultrasonores. Ces cuves sont remplies d'un liquide, en général de l'eau additionnée d'un détergent. On y place ensuite les objets à nettoyer, qui se trouvent totalement immergés. On soumet ce volume d'eau à un champ ultrasonore au moyen d'une tête ultrasonore, sensiblement du même type que celle décrite succinctement ci-dessus, qui se trouve solidarisée au fond de la cuve. Le volume liquide à l'intérieur de la cuve entre en cavitation.
  • Ce type de cuve donne en général satisfaction mais se trouve limitée par ses propres dimensions internes de sorte que certains objets volumineux ne peuvent être nettoyés par ces techniques.
  • On connaît également des sondes de dentisterie que le chirurgien tient à la main. Ces sondes permettent l'émission d'un jet assez fin de liquide que l'on soumet à un champ d'ondes ultrasonores. Cette technologie qui est bien adaptée au problème de la chirurgie dentaire, peut difficilement être extrapolée au nettoyage d'objets industriels de grande taille. En effet, cette technique se caractérise, en général, par un rendement particulièrement faible. De plus, les objets industriels à nettoyer sont, comme on l'a dit plus haut, souvent assez volumineux, ce qui rend difficile l'extrapolation et l'adaptation de ces sondes de dentisterie.
  • La présente invention a pour objet de proposer un dispositif d'insonification d'un rendement particulièrement élevé, et permettant une grande dispersion d'énergie quel que soit le milieu que l'on excite avec ce champ ultrasonore.
  • Un autre objet de la présente invention est de proposer plusieurs dispositifs d'insonification permettant notamment, le nettoyage d'objets industriels de taille particulièrement encombrante, ainsi que d'objets creux dont le volume intérieur est difficilement accessible. Une autre application du dispocitif d'insonification selon la présente invention est une installation de nettoyage de surfaces telles que des tunnels, des salles d'hôpitaux ou des piscines nucléaires dans des centrales électriques.
  • Afin de remédier aux inconvénients succinte- ment rappelés ci-dessus la présente invention propose un dispositif d'insonification comportant une tête d'insonification comprenant au moins un transducteur ultrasonore et au moins un organe d'émission, caractérisé en ce que ledit organe d'émission est en deux parties continues dont seule une partie dite d'action est immergeable dans un milieu à insonifier et comporte un tronçon présentant une face terminale d'émission de vibrations longitudinales et destiné à l'adap- tion d'impédance dudit organe d'émission audit milieu, ladite partie d'action s'étendant entre ladite face terminale et une portion limite de la partie non immergeable de l'organe d'émission, en ce que la dimension axiale de ladite partie d'action est un multiple impair du quart de la longueur d'onde des vibrations produites par le transducteur ultrasonore dans ledit organe d'émission, ce nombre impair étant à trois et en ce que le reste de ladite tête d'insonification au delà de la partie d'action est adapté pour qu'en fonctionnement ladite face terminale soit le siège d'un ventre de mode de vibrations longitudinal et ladite partie d'action soit le siège d'au moins un ventre de vibration radial.
  • Grâce à ces dispositions,la présente invention réalise ses objectifs, particulièrement celui de proposer une tête d'insonification, notamment dans un milieu liquide, dont le rendement et la capacité de dissipation de puissance sont accrus de façon significative par rapport aux têtes d'insonification rappelées ci-dessus.
  • En effet, dans ces têtes, seule la surface d'émission à l'extrémité de l'organe d'émission, siège d'un ventre de vibrations longitudinales, constitue la surface de couplage entre la tête et le milieu.
  • Dans la tête suivant la présente invention les surfaces de couplage avec le milieu sont multiples et sont constituées d'une part par la surface d'extrémité siège d'un ventre de vibrations longitudinales, et d'autre part par la ou les portions siège(s) d'un ventre de vibrations radiales ménagées sur ladite partie d'action.
  • La présente invention a également pour objet le nettoyage et/ou la décontamination de surfaces et/ou d'objets industriels par insonification d'un volume de liquide et par cavitation consécutive à celle-ci.
  • La Demanderesse s'est trouvée confrontée aux problèmes du nettoyage d'objets creux dont le volume intérieur est particulièrement difficile d'accès. Plus spécifiquement le problème du nettoyage de la décontamination des surfaces intérieures des vannes ou autres éléments de tuyauterie dans les centrales nucléaires s'est trouvé posé à la Demanderesse.
  • On connaît déjà par le brevet américain N° 3 173 034 un procédé permettant le nettoyage de la chambre interne de combustion d'un moteur par insonification d'un volume de liquide, introduit dans cette chambre, au moyen d'une sonde émettant un signal ultrasonore, cette sonde étant fixée sur un support lui-même vissé à la place de la bougie.
  • Cette technique peut théoriquement donner satisfaction dès lors qu'elle serait adaptée au nettoyage d'éléments de tuyauterie tels que des vannes. Cependant, les énergies ultrasonores devant être mises en oeuvre sont trop importantes pour pouvoir utiliser les têtes d'insonification connues, dont la structure a été rappelée plus haut.
  • Aussi un objet de la présente invention est de proposer un dispositif d'insonification d'objets creux, tels que des vannes ou éléments de tuyauterie par insonification d'un volume de liquide confiné à l'intérieur de l'objet, doté de surcroît d'un bon rendement et d'une grande capacité de transmission de puissance.
  • Le dispositif d'insonification selon la présente invention est destiné à des objets creux comportant un orifice principal et à l'intérieur duquel un volume de liquide est confiné, le dispositif comportant un support adapté à obturer ledit orifice principal. Suivant la présente invention il est caractérisé en ce que le support est adapté à porter au moins une tête d'insonification telle que définie succinctement ci-dessus, de sorte que la partie d'action de la tête est immergée dans le volume liquide confiné à l'intérieur de l'objet creux à nettoyer.
  • Grâce à cette disposition, et notamment à l'emploi du dispositif d'insonification selon la présente invention, il est désormais possible d'insonifier un volume important de liquide et par là même de nettoyer les surfaces intérieures d'objets présentant un volume particulièrement important tels que des vannes dans les tuyauteries de centrales nucléaires, par exemple. A cet égard on rappelle que des diamètres de l'ordre de plusieurs dizaines de centimètres sont couramment utilisés pour de telles vannes, le volume intérieur de celles-ci pouvant être de l'ordre du m3, ce qui donne la mesure du volume à insonifier. La tête ultrasonore selon la présente invention et le dispositif auquel elle est associée permettent d'insonifier de tels volumes et ainsi de nettoyer les surfaces internes de vannes en question.
  • Un autre problème que s'est posé la Demanderesse est celui du nettoyage et de la décontamination de surfaces importantes, telles que par exemple celles des piscines dans les centrales nucléaires ou, dans un tout autre domaine celles des tunnels ferroviaires, routiers pu même celles des salles d'hôpitaux.
  • On connaît notamment par le brevet G.B. No 1 282 552 un dispositif permettant de nettoyer des surfaces par confinement d'un volume de liquide venant au contact de la surface et mise en cavitation de ce volume.
  • Ici encore, et jusqu'à présent cette technique donnait satisfaction sur un plan théorique ou lorsqu'elle était appliquée à des surfaces relativement petites. En effet, les têtes d'insonification pouvant alors être envisagées, et notamment celles rappelées plus haut, ne permettaient d'insonifier qu'un volume relativement restreint de liquide diminuant, par là même, la capacité de nettoyage des dispositifs tels que celui décrit dans le brevet G.B. cité ci-dessus.
  • Un autre objet de la présente invention est donc de proposer un dispositif d'insonification pour le nettoyage de surfaces d'un fort rendement permettant un nettoyage efficace de surfaces particulièrement importantes.
  • Grâce à cette disposition, il est désormais possible d'insonifier un volume important de liquide, et par conséquent de proposer un dispositif d'insonification ayant une grande surface de liquide insonifié au contact de la surface à nettoyer.
  • Ceci a pour effet de permettre le nettoyage de surfaces particulièrement importantes avec un bon rendement.
  • Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels:
    • - la figure 1 représente, en coupe axiale, un mode de réalisation d'une tête d'insonification selon la présente invention;
    • - les figures la, 1b sont des diagrammes d'amplitude de vibrations longitudinales et radiales respectivement;
    • - la figure 1c est une vue de détail à grande échelle de l'encart IC de la figure 1;
    • - la figure 2 est une vue schématique illustrant la distribution du champ de variation de pression dans un milieu liquide insonifié par un dispositif, d'insonification selon la présente invention;
    • - la figure 3 est une vue correspondant à la figure 2, mais illustrant la distribution du champ de variation de pression dans le volume de liquide insonifié par un dispositif d'insonification ne faisant pas partie de la présente invention;
    • - la figure 4 est une vue schématique d'une installation de nettoyage d'objets creux selon la présente invention;
    • - la figure 5 est une vue schématique en coupe partielle, à plus grande échelle, du dispositif d'insonification de l'installation de la figure 4;
    • - la figure 6 est une vue en coupe sur la ligne VI - VI de la figure 5 du support du dispositif de la figure 5;
    • - la figure 7 illustre l'emploi du dispositif et de l'installation de nettoyage illustrée aux figures 4 à 6 pour un corps creux autre qu'une vanne;
    • - la figure 8 est une vue schématique en section se on la ligne VIII - VIII de la figure 9 d'un dispositif d'insonification pour le nettoyage de surfaces selon la présente invention;
    • - la figure 9 est une vue schématique en section selon la ligne IX - IX de la figure 8 de ce même dispositif;
    • - la figure 10 est un schéma synoptique représentant 1' interconnexion du dispositif des figures 8 et 9 avec d'autres éléments d'une installation de nettoyage.
  • Suivant la forme de réalisation choisie et représentée en figure 1, un dispositif d'insonification 10 comporte une tête d'insonification 11 montée dans un carter de protection 12. Dans cet exemple de réalisation, la tête d'insonification 11 comporte deux céramiques piézo-électriques 22, 23 montées en sandwich entre une masse dite "arrière" 24 et un adaptateur d'impédance acoustique "quart d'onde" 25, de taille axiale égale au quart de la longueur d'onde ultrasonore dans le matériau considéré.
  • L'ensemble des éléments 22, 23, 24, 25 constitue ce qu'on appellera une "tête ultrasonore" 26.
  • On observera que la masse arrière 24 et le quart d'onde 25 présentent, dans ce mode de réalisation, un rétreint de section, la section diminuant à partir d'une portion supérieure des pièces 24 et 25 jusqu'à une portion terminale 19 et 30 respectivement, dont la surface est en contact avec la pièce suivante. S'agissant du quart d'onde 25, ce rétreint permet de constituer un transformateur d'amplitudes, l'amplitude des vibrations au niveau de la surface de sortie 30 étant égale au produit de celle à la surface d'entrée par le rapport entre ces deux surfaces, diminué des pertes inhérentes à la propagation dans la matière.
  • Ces dispositions mettent en oeuvre une adaptation d'inpédance, optimisant le rendement de l'ensemble.
  • La surface 30 est en contact avec une partie ou "sonotrode" médiane monobloc 27, dont la longueur est égale à une demi-longueur d'onde dans le matériau considéré. Cette sonotrode comporte elle-même deux parties différentes à savoir une première partie cylindrique 27A dont longueur est égale au quart de la longueur d'onde suivie d'une deuxième partie 27B de même longueur, comportant un rétreint. Cette partie sonotrode 27 sert à augmenter l'amplitude des vibrations, et participe à la fonction d'adaptation d'impédance. La sonotrode 27 entre en contact par une surface de contact commune 35, avec un organe d'émission 1%9
  • D'une manière générale, l'organe d'émission 32 comporte une partie dite "d'action" 34 immergée dans le milieu à insonifier et une partie interne 37.
  • Dans cet exemple, le milieu à insonifier est un liquide, ici de l'eau additionnée ou non de détergent: la partie d'action est alors dite "cavitateur".
  • La longueur axiale totale de l'organe d'émission 32, entre sa surface d'extrémité 33 et sa surface de contact interne 35, est ici de deux demi-longueurs d'onde. En fait, cette longueur doit être telle que la longueur totale qui sépare la surface d'extrémité 33 et la surface de contact 30 soit égale à un multiple de la demi-longueur d'onde à la fréquence considérée dans le matériau constituant la tête d'insonification 11. Une partie 34B précédant immédiatement ladite surface d'extrémité 33 du cavitateur, présente également un rétreint de longueur quart d'onde pour l'augmentation d'amplitude et l'adaptation d'impédance au milieu destiné à être insonifié, ici de l'eau additionnée ou non de détergent. On observera que la partie supérieure 34A du cavitateur est cylindrique de même que la partie interne 37.
  • Avant d'aller plus en avant dans la description de la tête d'insonification 11, il va être exposé brièvement le fonctionnement de la structure qui vient d'être décrite.
  • Les deux céramiques piézo-électriques 22, 23 sont couplées à un générateur ultrasonore non représenté, dont la fréquence est ici 20000 Hz. Le signal électrique excite ces céramiques transduc- trices qui génèrent ainsi des vibrations mécaniques à la même fréquence, se propageant dans l'ensemble de la tète 11. Ces vibrations sont réfléchies d'une part par la surface arrière 24A de la masse arrière 24 et d'autre part, par la surface d'extrémité 33.
  • Les vibrations mécaniques générées par la cellule piézo-électrique 22, 23, sont des vibrations longitudinales puisque les céramiques travaillent en compression dans le sens axial.
  • Les réflexions multiples aux deux extrémités précitées 24A et 33 de la tête d'insonification créent un champ vibratoire stationnaire: Il se crée ainsi le long de la tête des modes vibratoires comportant des noeuds et des ventres.
  • En figure la l'amplitude des vibrations longitudinales a été représentée en fonction de l'éloignement par rapport à la source constituée par les céramiques 22, 23. On observe ainsi une distribution de noeuds -points d'amplitude 0- et de ventres -points de maximum relatif d'amplitude- le long de la tête ultrasonore 11 représentée à partir de la surface de contact 30 entre le quart d'onde 25 et la pièce médiane 27.
  • On observera aussi que la dimension des divers éléments 24, 25, 27 et 32 est telle que la surface d'extrémité 33 est le siège d'un ventre de vibrations' longitudinales.
  • La Demanderesse a découvert que les vibrations radiales, associées aux vibrations longitudinales permettent d'augmenter dans une mesure surprenante l'efficacité de l'organe d'émission.
  • La figure 1b représente l'amplitude de vibrations radiales en fonction de l'éloignement de la source. On y observe également une distribution de noeuds et de ventres de mode de vibrations radial.
  • Selon l'invention, la partie d'action ou cavitateur 34 de l'organe d'émission 32 s'étend axialement entre la face terminale 33, siège d'un ventre de mode de vibrations longitudinal et une portion limite 36, séparant ici la partie d'action 34 de la partie interne 37 de l'organe d'émission 32, cette portion limite 36 étant le siège d'un noeud de mode de vibrations longitudinal, et comporte une portion d'action radiale, ici la partie supérieure 34A du cavitateur 34, siège d'au moins un ventre de mode de vibrations radial.
  • Dans l'exemple de réalisation représenté, la partie supérieure 34A n'est le siège que d'un seul ventre de vibrations radiales. Dans d'autres modes de réalisation, la portion d'action radiale peut avoir une longueur axiale supérieure afin de présenter plusieurs ventres de vibrations radiales immergés.
  • Avantageusement, cette longueur peut être de n(#), n étant un entier, X étant la longueur d'onde. La longueur de la partie d'action est alors de (2n + 1)t..
  • La tête d'insonification est ici réalisée en titane, la longueur d'onde dans ce métal pour une fréquence de 20kHz étant de l'ordre de 33 cm. La taille de la tête représentée en figure 1 est donc d'environ 70 cm, son diamètre étant 6 cm.
  • On observera que le titane présente de faibles pertes internes de transmission et une grande résistance à la fatigue causée par les vibrations qui le parcourent.
  • On va maintenant décrire l'ensemble des moyens de liaison de la tête d'insonification 11 à l'intérieur du carter 12.
  • Selon un aspect de l'invention, les moyens de liaison de la tête d'insonification 11 avec le carter sont disposés pour agir sur au moins une portion de la tête d'insonification siège d'un noeud de mode de vibrations longitudinal.
  • Dans le mode de réalisation représenté, et suivant un autre aspect de la présente invention, lesdits moyens de liaison comportent au moins un joint-amortisseur.
  • Dans l'exemple représenté en figure 1, l'organe d'émission est relié au carter 12 par l'intermédiaire d'un joint-amortisseur annulaire de base 59, qui agit sur cet organe 32 au niveau de la portion limite 36, siège d'un noeud de mode de vibrations longitudinal qui fait ainsi office de portion de fixation.
  • Le joint amortisseur 59 est serré entre une pièce porte-joint annulaire 58 comportant une rainure destinée à recevoir partiellement ce joint 59, cette pièce étant solidaire du carter 12, et un anneau de fermeture 53 qui vient serrer la pièce porte-joint 58.
  • La pièce porte-joint 58 comporte des alésages taraudés 54 permettant le serrage par l'intermédiaire de vis de fixation 93, passant à travers des orifices 55 ménagés dans l'anneau 53. Le joint 59 se trouve ainsi bloqué par compression dans une position de serrage radial de l'organe d'émission 32, et assure donc une étanchéité entre le milieu liquide destiné à être insonifié et l'intérieur du carter 12.
  • Selon le mode de réalisation représenté, les moyens de lisaison comportent un joint amortisseur annulaire intermédiaire 64, pour action sur la pièce médiane 27.
  • Selon la présente invention, ce joint porte sur la jonction 70 entre le rétreint 27B et la partie cylindrique 27A, cette jonction étant le siège d'un noeud de mode de vibrations longitudinal, figures 1 et la.
  • A cet effet, le joint 64 présente en section radiale (Fig. 1c) une échancrure 69 de forme complémentaire à celle de la jonction 70 des parties 27A et 27B, en sorte que le joint 64 participe au soutien de la pièce médiane 27 et par là même à celui dé l'ensemble de la tête 11.
  • Le joint 64 est monté dans une structure annulaire support référencée globalement en 65, qui comporte une couronne porte joint 66 sur laquelle des ergots de maintien 73 sont montés et une couronne dite "de compression" 67.
  • La couronne porte-joint 66 présente un ensemble d'alésages: les alésages taraudés 76 et les alésages non taraudés 96.
  • Les ergots de maintien 73, qui, dans cette forme de réalisation sont au nombre de quatre, un seul ayant été représenté en figures 1 et 1c, présentent un alésage 75 et sont fixés sur la couronne porte-joint 66 par des vis 95 vissées dans les taraudages 76.
  • Les ergots 73 pénètrent dans des fraisages 77 de la pièce médiane 27, chacun de ces ergots présentant une face de maintien 78 venant en appui contre une face d'appui correspondante 79 du fraisage 77. Un joint plat amortisseur 97 de faible épaisseur, est interposé entre les deux faces 78, 79.
  • La couronne de compression 67 présente des alésages taraudés 81. Des vis 97 passent dans les alésages 96 et sont vissées dans les alésages taraudés 81.
  • Selon un aspect de la présente invention, le maintien dans le sens axial de l'ensemble de la structure support 65 est assuré par un joint-amortisseur de maintien 80 comprimé entre les couronnes 66, 67.
  • Le joint-amortisseur de maintien 80 se présente ici sous forme d'un joint torique.
  • Une plaque de fermeture 91 est montée au moyen de vis 92 à l'extrémité supérieure du carter 12.
  • Le montage de la tête d'insonification 11 dans le carter se fait de la manière suivante:
  • On monte tout d'abord la couronne porte-joint 66 avec le joint-amortisseur intermédiaire 64 sur la jonction 70 entre le rétreint 27B de la partie cylindrique 27A de la pièce médiane 27. On visse ensuite les ergots de maintien 73, en interposant les joints plats 97 entre les faces de maintien 78 de l'ergot et d'appui 79 des fraisages 77.
  • On positionne alors l'ensemble dans le carter 12 en l'y introduisant par l'extrémité supérieure, en sorte que seul, le cavitateur 34 dépasse à l'extérieur et qu'ainsi la portion limite 36 vienne en regard de l'emplacement du premier joint amortisseur 59.
  • On dispose ensuite le joint torique 80 que l'on comprime au moyen de la couronne de compression 67 en serrant les vis 97.
  • La compression axiale du joint torique amortisseur 80 entraîne une compression radiale de ce joint 80 contre la paroi interne du carter 12 et assure déjà par frottement un maintien axial de l'ensemble de la tête d'insonification 11 et de la structure annulaire 65 dans le carter 12.
  • On place alors le joint-amortisseur de base 59 dans la rainure de la pièce porte-joint 58 et on comprime ce joint au moyen des vis 93.
  • Ici aussi la compression axiale de ce joint-amortisseur entraîne une expansion radiale de ce dernier ayant pour conséquence une pression radiale contre la pièce porte-joint 58 et contre la portion limite 36 de l'organe d'émission 32.
  • On observera que cet agencement mettant en oeuvre plusieurs joints-amortisseurs, permet d'assurer le maintien axial de la tête d'insonification, notamment grâce à l'expansion radiale du joint torique 80 et du joint-amortisseur de base 59, tout en filtrant, grâce à la résilience de ces joints, les vibrations mécaniques, dont la fréquence, dans cet exemple, 20kHz, se trouve nettement au-delà de la fréquence de coupure des matériaux élastiques couramment utilisés pour réaliser de tels joints.
  • On observera également que le positionnement des joints amortisseurs de base 59 et intermédiaire 64 sur des portions de la tête d'insonification, sièges d'un noeud de mode de vibrations longitudinal (figures 1 et 1a), permet à ces joints de ne travailler qu'en compression-expansion radiale permettant ainsi une bonne prise par frottement de la tête d'insonification en évitant des déplacements axiaux qui pourraient entraîner, à la longue, une usure par effet de cisaillement. A l'inverse, les vibrations radiales ne présentent guère d'inconvénients puisque les joints travaillent dans le sens de leur résilience naturelle.
  • Il en est en particulier ainsi, dans ce mode de réalisation, s'agissant du joint de base 59 qui a une double fonction: maintien axial de la tête 11 et étanchéité. En évitant une usure prématurée par effet de cisaillement, on assure dans le temps, l'étanchéité voulue.
  • En figure 2, on a représenté la variation du champ de pression dans un bêcher 400 rempli d'eau après introduction et mise en oeuvre du dispositif d'insonification 10 selon la présente invention.
  • On rappelle à cet égard, que la mise en marche d'un générateur ultrasonore de fréquence 20kHz, non représenté sur les figures, raccordé aux céramiques piézo-électriques du dispositif d'insonification 10, soumet le liquide, par l'intermédiaire notamment du cavitateur 34, à un champ ultrasonore alternatif provoquant au sein du liquide des variations de pression: dès lors que la puissance mise en oeuvre est suffisante, dans cet exemple de l'ordre de 300 W efficaces, il se produit un phénomène de cavitation en régime dit de cavitation de vapeur du type de celui succinctement décrit plus haut.
  • Il convient de noter que d'une manière générale, la qualité érosive d'un milieu insonifié dépend de la valeur moyenne du champ de pression: plus cette dernière est élevée, plus le milieu insonifié présente une qualité érosive élevée, et par conséquent, meilleur est le nettoyage des objets au contact de ce milieu.
  • Les valeurs indiquées dans les cercles portés sur la figure 2, représentent les valeurs de la pression relevées en divers points rapportés à la pression moyenne initiale du liquide avant mise en oeuvre du dispositif d'insonification 10.
  • On observera que la valeur moyenne du champ de pression est particulièrement élevée puisque de nombreux points mesurés présentent une valeur égale ou supérieure à deux fois et demi la pression initiale.
  • De telles valeurs de pression ont pu être obtenues notamment grâce à la portion d'action radiale 34A, siège d'un ventre de mode de vibrations radial. En effet, la surface de cette portion d'action radiale 34A est importante, ce qui favorise l'émission des vibrations radiales.
  • A titre de comparaison, la Demanderesse a procédé à des essais dans un bêcher cylindrique de diamètre identique à celui du précédent d'une tête d'insonification 401 présentant une structure identique à celle du dispositif d'insonification 10, s'agissant de la masse arrière, des céramiques piézo-électriques, du quart d'ondes et de la pièce médiane. Seul, l'organe d'émission 32 a été changé et remplacé un organe d'émission 402 dont le rétreint 402B est identique au rétreint 34B du cavitateur 34 selon la présente invention. Par contre, l'organe d'émission 402 ne présente pas de portion d'action radiale. Cet organe 402 est ainsi représentatif des organes d'émission développés antérieurement par la Demanderesse.
  • La tête d'insonification 401 a été disposée de telle sorte que la face terminale 433 de l'organe d'émission 402 se trouve à la même distance h du fond du bêcher que la face terminale 33 de l'organe d'émission 32, en figure 2. Un même volume "utile" de liquide est ainsi insonifié dans les deux cas: celui compris entre les faces terminales et le fond du bêcher.
  • Des valeurs de champ de pression ont ainsi été mesurées dans les mêmes conditions que dans le cas de la figure 2 et reportées sur la figure 3.
  • On observe qu'à l'aplomb de la race terminale 433 de l'organe d'émission 402, les valeurs de champ mesurées sont assez semblables à celles mesurées, en figure 2, à l'aplomb de la face terminale 33.
  • Dans les deux cas, il s'agit d'un champ de variation de pression induit par les vibrations longitudinales émises par la face terminale 33 ou 433. Comme, dans le cadre de cette comparaison, les puissances de mises en jeu sont les mêmes, il est normal que le champ de pression induit par le mode de vibrations longitudinales présente dans les deux cas, sensiblement les mêmes valeurs.
  • Par contre, dans le reste du volume de liquide, insonifié par le dispositif 402, la valeur du champ moyen de pression reste proche de la pression initiale avant cavitation puisque l'on observe de nombreuses valeurs égales à un.
  • Ainsi, la présence dans le cavitateur 34, selon l'invention, d'une portion d'action radiale 34A, irradiant des vibrations radiales, assure donc un avantage déterminant par rapport à l'organe d'émission 402, représentatif des organes d'émission de l'art antérieur puisque la valeur moyenne du champ de pression induit est notablement plus élevée, toutes choses égales par ailleurs.
  • On va maintenant décrire à l'appui des figures 4 à 7 une application d'un dispositif d'insonification selon l'invention au nettoyage d'objets creux.
  • Les figures 4 à 6 illustrent plus particulièrement l'application d'un dispositif d'insonification au nettoyage de l'intérieur du corps d'une vanne 114.
  • Selon cet aspect de la présente invention, on confine un volume de liquide de nettoyage à l'intérieur du corps de la vanne en obturant préalablement de façon étanche les divers conduits y accédant, ici les tuyauteries 117,117' et en ne laissant qu' un seul orifice qui est dit alors "principal" disponible pour le dispositif d'insonification. D'une manière générale, s'agissant de vannes, et notamment celles utilisées dans les centrales électronucléaires, il est possible d'accéder à l'intérieur du "corps" de la vanne en place après avoir démonté la partie de la vanne dite "château" comportant notamment l'obturateur: on dégage ainsi un orifice principal 120 par lequel on introduit d'une part lesdits moyens d'obturation des orifices d'arrivée et de départ de la vanne, ces moyens d'obturation étant décrits plus loin, et d'autre part, un dispositif d'insonification selon la présente invention.
  • La tête d'insonification référencée globalement en 11 aux figures 4 et 5 est montée dans un carter référencé globalement en 12 sur ces figures. Ces deux éléments ainsi que les moyens de liaison entre eux sont semblables à ceux qui ont été décrits à l'appui des figures 1 et 2, portent les mêmes références sur les figures 4 et 5 et ne sont pas décrits à nouveau.
  • Le carter 12 de la tête d'insonification 11 est monté sur un support 143 présentant une couronne cylindrique 160 dans laquelle le carter 12 est monté à force.
  • Ce support annulaire 143 est de diamètre semblable à celui de la tête de la vanne 114 présentant l'orifice principal 120 et est adapté, par le biais d'un joint d'étanchéité 147, à obturer cet orifice principal 120. Le support 143 présente quatre ergots axiaux, non représentés sur les figures 4 et 5, par lesquels il est centré dans l'orifice 120.
  • On observera figure 5, que l'ensemble support 143-carter 12 est agencé de telle sorte que le cavitateur 34 de la tête d'insonification 11 est immergé à l'intérieur du corps de la vanne 114.
  • On va maintenant décrire les moyens d'obturation d'orifices secondaires qui, dans cet aspect de la présente invention, sont associés à la tête d'insonification 11.
  • Dans cette forme de réalisation, ces moyens d'obturation comportent des tampons pneumatiques 150, 150' réalisés en baudruche introduits dans les éléments de tuyauterie 117, 117' au-delà des orifices 116, 116' de la vanne 114 sur lesquels ces éléments de tuyauterie 117, 117' sont raccordés. Les baudruches 150, 150' sont gonflées par un circuit d'air schématisé en figure 4 par les conduits 151, 151' raccordés à une source d'alimentation en air comprimé schématisée par la flèche 152.
  • En figure 5, le conduit 151 a été représenté en trait plein, tandis que le conduit 151' disposé en avant du plan de coupe est représenté en trait mixte.
  • Dans le mode de réalisation choisi et représenté sur ces figures, le dispositif d'insonification, constitué par la tête d'insonification 11, le carter 12, le support 143 et les moyens d'obturation 150, 150', 151, 151', comporte une conduite d'arrivée de liquide de nettoyage 153 et une conduite de départ de liquide de nettoyage 154, respectivement raccordées à des conduites 163, 164 d'un circuit de liquide de nettoyage 165, figure 4.
  • Le circuit de liquide de nettoyage 165 comporte ici un filtre de séparation de solution de nettoyage 170 raccordé à la conduite de départ liquide 164 issu du dispositif de nettoyage. En aval, le filtre est raccordé à une centrifugeuse 171 permettant de séparer les particules solides du reste de la solution. La sortie de liquide de cette centrifugeuse est raccordé à un bac de solution de nettoyage 172 lui-même raccordé à un mélangeur 173. Le filtre 170 comporte une sortie d'eau raccordée à une conduite 174 elle-même raccordée à un bac à eau 175. La sortie de ce bac à eau 175 est raccordée à l'entrée du mélangeur 173 dont la sortie est raccordée à une pompe 176 refoulant dans la conduite 163 d'arrivée de liquide dans le dispositif de nettoyage.
  • Dans une autre forme de réalisation, le filtre 170 peut comporter une deuxième sortie d'eau qui est directement raccordée au mélangeur 173, cette liaison étant schématisée en 177 par une ligne en traits interrompus.
  • On notera qu'un générateur-amplificateur ultrasonore 180 est raccordé à la tête ultrasonore 26. Plus particulièrement, une borne «+« est raccordée aux céramiques piézo-électriques 22, 23, tandis qu'une borne de masse est raccordée au quart d'onde 25. Ce générateur travaille à la fréquence de 20kHz.
  • Le fonctionnement du dispositif d'insonification représenté aux figures 4 et 5, va maintenant être décrit.
  • Comme dans cet exemple, l'objet creux à nettoyer est le corps de la vanne 114, comportant deux orifices secondaires 116 et 116', raccordés aux tuyauteries 117, 117', la première opération consiste à introduire les tampons pneumatiques en baudruche 150, 150' dans ledit corps. On rapporte ensuite le support 143 avec la tête d'insonification 11 sur l'orifice 120. Ce dernier se trouve ainsi obturé.
  • On raccorde alors, d'une part les conduites 151, 151' à la source d'air comprimé 152 et d'autre part, les conduites d'arrivée et de départ de liquide de nettoyage 153, 154 aux conduites correspondantes 163, 164 du circuit de nettoyage 165.
  • On procède alors au gonflement des baudruches 150, 150'. Lorsque ces dernières sont partiellement gonflées, on introduit alors du liquide de nettoyage dans l'intérieur du volume de la vanne 114. La pression de ce liquide de nettoyage sur les baudruches 150, 150' participe alors à la mise en place de ces dernières dans les conduites 117, 117' au-delà des orifices secondaires 116, 116' de la vanne 114. On peut alors achever le gonflage de ces baudruches en sorte que le volume intérieur de la vanne 114 se trouve hermétiquement fermé.
  • La tête ultrasonore 26 peut être alors excitée par une onde ultrasonore issue du générateur-amplificateur 180. Un champ ultrasonore s'établit alors à l'intérieur de la vanne 114, provoquant un phénomène de cavitation vapeur caractérisé par la création et l'implosion de bulles au rythme du champ ultrasonore.
  • Ces bulles emplissent la majeure partie du volume intérieur du corps de la vanne 114. L'implosion des bulles venant au contact de la surface intérieure dudit corps permet d'en arracher des parcelles de dépôt salissant. La multiplication de ces implosions, au rythme du champ ultrasonore fait que, assez vite, la surface intérieure du corps de la vanne 114 est nettoyée.
  • Dans l'exemple choisi et représenté, le courant de liquide mis en oeuvre par la pompe 176 permet d'évacuer par le circuit 165, les portions de dépôt salissant arrachées. L'installation représentée à la figure 1 travaille en circuit fermé. Le filtre 170 permet, en aval de la conduite de sortie 154, de séparer autant que possible la solution de nettoyage de l'eau de nettoyage. La solution de nettoyage, chargée des particules salissantes, est alors admise dans la centrifugeuse 171, qui a pour fonction de séparer les particules salissantes par centrifugation, une solution relativement pure est récupérée dans la la centrifugeuse et admise dans le bac de solution. La sortie du bac de solution et celle du bac à eau 175 convergent vers un mélangeur 173. Le liquide, en sortie du mélangeur, est renvoyé vers le circuit d'arrivée 163 par l'intermédiaire de la pompe 176.
  • On a déjà noté que la taille axiale de la tête d'insonification est fonction de la longueur de l'onde dans le métal. On rappelle que la tête 11 est réalisée en titane et destinée à travailler à 20 kHz, sa taille axiale étant en conséquence d'environ 70 cm. Une telle tête d'insonification présentant par ailleurs un diamètre de 6 cm, est particulièrement bien adaptée pour le nettoyage de vannes ayant des orifices de plus de 15 cm de diamètre, telles que celles représentées en figure 4.
  • Par contre, pour des vannes ayant des orifices d'un diamètre inférieur, il convient de réduire la taille de la tête 11, et par conséquent de travailler à une fréquence plus élevée. Ainsi, pour des vannes ayant des orifices de moins de 15 cm de diamètre, on pourra avantageusement utiliser une tête d'environ 35 cm de haut et 4 cm de diamètre travaillant à 40 kHz.
  • En figure 7, l'application du dispositif d'insonification selon la présente invention est illustrée pour un objet creux, autre qu'une vanne.
  • Dans cette figure, l'objet creux à nettoyer est une cuve 300 comportant une partie 301 de forme globale cylindrique et une partie 302, constituant le fond de la cuve, de forme globale hémisphérique. La cuve comporte un certain nombre d'orifices latéraux 303, pouvant être obturés par des vannes 304. Elle comporte, à son extrémité supérieure, un orifice principal 305. Dans l'exemple représenté, l'intérieur de la cuve 300 est partagé en deux chambres séparées par une cloison intermédiaire 306 s'étendant selon un plan axial.
  • Le dispositif d'insonification 311 comporte un support 320 adapté à venir obturer l'orifice 305 et à porter, dans cet exemple, deux têtes d'insonification 321 et 321'.
  • Ces têtes d'insonification 321 et 321' ont une structure semblable à celle de la tête 11 décrite à l'appui de la figure 1, et travaillent également à une fréquence de 20 kHz. Les têtes 321, 321' sont ici aussi protégées par un carter 308, 308' solidaire du support 320.
  • Un ensemble de conduites d'arrivée de liquide de nettoyage 353 et un ensemble de conduites de départ de liquide de nettoyage 354 sont associés au support 320, une seule des conduites 353 et 354 ayant été représentée sur la figure 7.
  • Dans cet exemple, le support 320 est adapté à être fixé sur la cuve 300 par une collerette annulaire 310 comportant des alésages 313 régulièrement répartis sur sa périphérie, un ensemble de vis 312 assurant la fixation dudit support 320 sur la 300.
  • Le fonctionnement du dispositif 311 est semblable à celui du dispositif décrit à l'appui des figures 4 à 6. Après avoir fermé les vannes 304 et fixé le support 320 au-dessus de l'orifice 305, on remplit la cuve 300 de liquide de nettoyage en raccordant les conduites 353 et 354 à un circuit de liquide de nettoyage tel que celui de la figure 4. Les transducteurs 321 et 321' sont alors excités par un générateur, non représenté sur la figure 7, et le nettoyage de l'intérieur de la cuve s'opère en régime de cavitation vapeur.
  • On va maintenant décrire à l'appui des figures 8 et 9 un autre de la présente invention, à savoir un dispositif d'insonification servant au nettoyage et de décontamination de surfaces comportant une ou plusieurs têtes d'insonification telles que celle décrite à l'appui de la figure 1.
  • Selon la forme de réalisation décrite et représentée aux figures 8 et 9, ce dispositif d'insonification 410 comporte une première enceinte 251 dite "de confinement" d'un volume de liquide de forme générale parallélépipédique, et une seconde enceinte 261, dite enceinte "de protection", également de forme générale parallélépipédique, dans laquelle l'enceinte de confinement 251 est disposée.
  • Deux têtes d'insonification 211, montées dans leur carter 212, sont disposées à l'intérieur de l'enceinte de confinement 251. Les têtes 211 et carter 212 sont semblables à la tête 11 et au carter 12 décrits plus haut. Toutefois, dans ces exemples, les cavitateurs 234 ont une taille axiale de cinq quarts de longueur d'onde (5t) et présentent ainsi une portion d'action radiale 234A, siège de deux ventres de mode de vibrations radial.
  • Les carters 212 sont montés sur la paroi supérieure 270 de l'enceinte de confinement 251, en sorte que les têtes d'insonification 211 sont disposées tête-bêche.
  • L'enceinte de confinement 251 est raccordée à un circuit de liquide nettoyant, le conduit d'arrivée de ce liquide dans l'enceinte 251 étant référencé 253, tandis que le conduit de départ est référencé 254. Ces conduits traversent les parois supérieures des enceintes 251, 261 pour déboucher dans le volume intérieur 255 de l'enceinte de confinement 251.
  • L'enceinte de confinement 251 comporte à l'opposé de la face supérieure 270 une ouverture 230 destinée à être dirigée vers la surface à nettoyer, la surface 231 sur la figure 9. L'ouverture 230 occupe ainsi toute la surface opposée à la surface supérieure 270. Cette ouverture 230 est munie d'un joint d'étanchéité 256 disposé autour de cette périphérie. Dans cette forme de réalisation le joint 256 est du type dit "joint à lèvre".
  • L'enceinte de confinement 251 est solidarisée à l'enceinte de protection 261 au moyen de pattes en U 235 qui sont fixées aux parois des deux enceintes de manière appropriée. Ces pattes 235 portent des roulettes 252 facilitant le déplacement du dispositif 410 sur la surface à nettoyer 231. Un joint à lèvre 256' est également disposé sur le pourtour d'une ouverture 232 de l'enceinte de protection 261 ménagée sensiblement dans le même plan que l'ouverture 230 de l'enceinte de confinement 251 et dirigée, en fonctionnement, sur la surface à nettoyer 231.
  • Un moyen d'aspiration des fuites schématisées sur la figure 8 par des tubes 258, et des flèches 259, est disposé dans les parois de l'enceinte de protection 261 ayant une extension normale par rapport à la surface à nettoyer 231, les parois 243, 243', 244, 244' sur les figures 8 et 9.
  • La figure 10 illustre un mode de réalisation d'une installation mettant en oeuvre le dispositif 410. Ce dernier est raccordé à un générateur ultrasonore GUS qui alimente les dispositifs d'insonification 211.
  • D'autres éléments de l'installation électrique tels que par exemple une alimentation, etc..., n'ont pas été représentés sur le schéma de la figure 10. Les autres liaisons de la figure 5, qui sont schématisées avec un double trait, représentent le circuit de circulation de liquide nettoyant. L'installation comporte une pompe PO de circulation de ce liquide, un réservoir RE de liquide, une installation de filtration FI, un dispositif d'aspiration principal ASP et un dispositif d'aspiration des fuites ASF.
  • Le fonctionnement du dispositif d'insonification et celui de l'exemple d'installation mettant en oeuvre ce dispositif, vont maintenant être décrits.
  • Le dispositif est tout d'abord mis en contact avec la surface 231 à nettoyer, cette dernière obturant ainsi les ouvertures 230, 232, des deux enceintes. Dès lors, un double volume de confinement est créé: d'une part le volume interne de l'enceinte de confinement 251 qui peut alors être rempli de liquide nettoyant, une certaine étanchéité étant obtenue par le joint 256 et d'autre part, le volume interne de l'enceinte de protection 261, le joint à lèvre 256' assurant l'étanchéité à la jointure entre l'enceinte 261 et la surface à nettoyer 231.
  • Sous l'action de la pompe PO, une circulation de liquide s'établit à l'intérieur de l'enceinte de confinement 251. Ce liquide nettoyant est puisé dans le réservoir RE et refoulé vers ce réservoir par le système d'aspiration principal ASP après filtrage dans le dispositif de filtrage FI.
  • Les dispositifs d'insonification 211 créent sous l'action du générateur ultrasonore GUS, un champ ultrasonore dont la fréquence est ici d'environ 20kHz, la fréquence du générateur étant éventuellement variable pour permettre de régler l'excitation des céramiques desdits dispositifs d'insonification compte tenu, par exemple, du milieu liquide.
  • Des cavités se forment et implosent au rythme de l'onde ultrasonore, celles qui implosent au voisinage de la surface à nettoyer 231 détachant alors des parcelles de dépôts salissants attachés à cette surface. Le liquide nettoyant pollué par ces dépôts salissants est évacué vers le dispositif de filtrage FI, réinjecté après filtrage des particules salissantes dans le dispositif de filtrage FI. Dans les cas où la surface à nettoyer 231 n'est pas particulièrement sale, il est possible de réinjecter directement dans le réservoir RE une partie du liquide pollué, cette possibilité étant illustrée par une liaison en traits pointillés entre le dispositif d'aspiration ASP et le réservoir RE.
  • Selon un aspect de l'invention, les fuites se produisant vers l'extérieur de l'enceinte de confinement 251, malgré le dispositif d'étanchéité, ici le joint à lèvre 256, sont aspirées par le moyen d'aspiration des fuites schématisé par les conduits 258 et les flèches 259 sur les figures 8 et 9, par le dispositif ASF sur la figure 10. Grâce à cette disposition, on peut d'une part récupérer du liquide nettoyant, et d'autre part, éviter que "des fuit t es trop importantes de liquide puissent avoir lieu à l'extérieur du dispositif 410.
  • Cette disposition permet ainsi de nettoyer des surfaces assez irrégulières, telles que par exemple, des carrelages, pour lesquels il est très difficile d'éviter d'avoir des fuites au moyen des joints classiques tel que le joint à lèvre 256. La majeure partie de ces fuites se trouve ainsi aspirée par le dispositif 258, 259 avant d'atteindre le second joint à lèvre 256'.
  • Ainsi, une telle installation peut être utilisée, avec succès pour nettoyer les surfaces pouvant avoir une orientation verticale et présentant des irrégularités celles que par exemple, les surfaces de tunnels, de bâtiments ou encore les surfaces de piscines.
  • On notera à cet égard que l'implosion des cavités permet de décontaminer ces surfaces, ce qui rend le dispositif selon la présente invention, illustré aux figures 8 et 9', particulièrement intéressant pour le nettoyage de piscines nucléaires dans les centrales nucléaires.
  • On notera également que l'implosion des cavités permet de détruire toute forme de vie sur la surface 231, ce qui est particulièrement avantageux lors du nettoyage de sols contaminés par des organismes vivants, tel que par exemple, le sol d'hôpitaux.

Claims (17)

1. Dispositif d'insonification comportant une tête d'insonification (11) comprenant au moins un transducteur ultrasonore (22, 23) et au moins un organe d'émission (32) caractérisé en ce que ledit organe d'émission est en deux parties continues (37 et 34) dont seule une partie dite d'action (34) est immergeable dans un milieu à insonifier et comporte un tronçon (34B) présentant une face terminale (33) d'émission de vibrations longitudinales et destiné à l'adaptation d'impédance dudit organe d'émission (32) audit milieu, ladite partie d'action (34) s'étendant entre ladite face terminale (33) et une portion limite (36) de la partie (37) non immergeable de l'organe d'émission (32), en ce que la dimension axiale de ladite partie d'action (34) est un multiple impair du quart de la longueur d'onde des vibrations produites par le transducteur ultrasonore (22, 23) dans ledit organe d'émission (32) ce nombre impair étant supérieur ou égal à trois et en ce que le reste de ladite tête d'insonification (11) au delà de la partie d'action (34) est adapté pour qu en fonctionnement ladite face terminale (33) soit le siège d'un ventre de mode de vibrations longitudinal et ladite partie d'action (34) soit le siège d'au moins un ventre de vibration radial.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portion limite (36) fait office de portion de fixation de ladite tête (11) dans sa position de fonctionnement.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la position limite (36) porte un moyen de liaison dit premier (58, 59) de la tête (11) avec une des extrémités d'un carter de protection (12).
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' en outre la tête (11) porte un second moyen de liaison (64, 65, 80, 97) avec ledit carter de protection (12), disposé à l'intérieur de celui-ci.
5. Dispositif selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce que le premier moyen de liaison comporte un porte-joint annulaire (58) solidaire du carter (12) et portant un joint amortisseur annulaire (59) serré par un anneau de fermeture (53) à l'aide de vis de fixation (93) de telle sorte que ledit joint (59) présente une expansion radiale ayant pour conséquence une pression radiale contre ladite portion limite (36) et assure donc une étanchéité de l'intérieur du carter (12).
6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le second moyen de liaison (64, 65, 80, 97) est disposé à une distance axiale du premier moyen de liaison (58, 59) environ égale à une moitiée de ladite longueur d'onde.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les moyens de liaisons (64, 65, 80, 97, 59, 58) entre la tête (11) et le carter (12) sont disposés pour agir sur une portion de la tête d'insonification siège d'un noeud de mode de vibrations longitudinal.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le second moyen de liaison comporte un joint amortisseur de maintien (80) associé à des moyens (66, 67, 97) imposant à ce joint (80) une extension radiale de sorte qu'il se trouve comprimé contre la paroi interne du carter (12).
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le joint amortisseur de maintien (80) est un joint torique comprimé entre deux couronnes (66 et 67).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que le carter (12) est monté à force dans un support annulaire (143) adapté à obturer de manière étanche un objet creux de façon que ladite partie d'action (34) soit située en fonctionnement à l'intérieur de l'objet creux à nettoyer.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de circulation d'un liquide (153, 154) adaptés à renouveler ledit liquide à l'intérieur de l'objet creux à nettoyer.
12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens d'obturation d'orifices secondaires (116, 116') de l'objet creux.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les orifices secondaires (116, 116') étant raccordés à des tuyauteries (117, 117'), les moyens d'obturations comportent des tampons pneumatiques (150, 150') réalisés en baudruche et raccordés à un circuit d'air.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce qu il comporte en combinaison une enceinte de confinement (251) d'un volume de liquide avec une ouverture à diriger sur une surface (211) à nettoyer, ladite enceinte comportant au moins une tête d'insonification (231) montée dans un carter (212), la partie d'action (234) de chaque tête étant immergée dans ledit liquide.
15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte deux têtes d'insonification (211) montées tête-bêche à l'intérieur de ladite enceinte de confinement (251).
16. Dispositif selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que ladite enceinte de confinement (251) est montée à l'intérieur d'une enceinte de protection (261).
17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'aspiration des fuites (258, 259) associé à ladite enceinte de protection (261).
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