PROCEDE ET DISPOSITIF DE DISPERSION D'UN LIQUIDE UTILISABLE A LA BRUMISATION.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de dispersion d'un liquide utilisable, notamment mais non exclusivement, à la brumisation, c'est- à-dire à la dispersion du liquide en gouttelettes de dimensions réglables, pouvant aller de gouttelettes fines, ultrafînes, jusqu'à un stade très proche de la vaporisation.
D'une manière générale, on sait que pour disperser une masse liquide, on utilise habituellement des dispositifs faisant intervenir des pompes à haute pression débitant dans des buses de pulvérisations, éventuellement assistées par ultrasons. Une autre solution consiste à utiliser des jets d'air comprimé servant à fragmenter la phase liquide, par exemple, à la façon d'un pistolet de peinture ou un aérographe.
Dans tous les cas, il s'agit de dispositifs complexes, délicats à régler et relativement coûteux. En outre, ils nécessitent une maintenance particulièrement exigeante (risques de bouchage), ils sont très difficiles à régler et demandent un apport d'énergie relativement important.
L'invention a donc plus particulièrement pour but de résoudre ces problèmes et de réduire ces inconvénients de manière à obtenir des dispositifs de dispersion simples, efficaces, faciles à entretenir et cependant bon marché.
A cet effet, elle propose un procédé de dispersion consistant à soumettre le liquide à la fois à l'action dispersive de forces qui se développent spontanément à l'interface entre un liquide et un solide, telle que par exemple la force de capillarité et à faire tourner le solide de manière à soumettre le liquide divisé à une force centrifuge provoquant son extraction et sa projection dans le milieu environnant sous la forme de gouttes, gouttelettes, gouttelettes ultrafines, vapeur.
Avantageusement, l'alimentation en liquide du solide pourra être assurée soit :
- par aspiration due à la force centrifuge,
- par capillarité, grâce à une matière par exemple poreuse ou fibreuse ou pulvérulente présentant les affinités requises avec le liquide pour que se développe le phénomène de capillarité, - par pompage, à l'aide de moyens de pompage,
- par gravité, par exemple, par un goutte à goutte.
Par ailleurs, le susdit solide pourra être hétérogène et pourra comprendre une fraction exerçant sur le liquide une force d'attraction interactive et une fraction exerçant sur le liquide une force de répulsion interactive.
En outre, compte tenu du fait que l'on fait tourner le solide, on pourra, grâce à une conformation particulière du solide et/ou d'éléments additionnels, qui lui sont associés, provoquer un courant d'air qui, appliqué au liquide fragmenté ou vaporisé, complète la dispersion du liquide dans le milieu ambiant.
Ainsi, la fragmentation pourra s'appliquer à un plus grand volume de milieu ambiant.
Bien entendu, l'invention concerne des dispositifs pour la mise en œuvre du procédé précédemment décrit.
Ces dispositifs feront donc intervenir un corps rotatif en un matériau solide, rigide ou souple, pouvant, par exemple, être fibreux (micro fibreux), poreux, cellulaire, micro cellulaire, des moyens d'entraînement en rotation dudit corps et des moyens d'admission de liquide au contact dudit corps.
De préférence, le corps pourra présenter des formes extérieures symétriques par rapport à son axe de rotation.
Les faces radiales du corps pourront être au moins partiellement revêtues ou imprégnées par une couche étanche.
Le corps pourra être monté rotatif par l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement creux servant à son alimentation en liquide. Dans ce cas, l'admission du liquide pourra s'effectuer grâce à l'aspiration engendrée par les forces centrifuges exercées sur le liquide à l'intérieur du corps et/ou par des moyens d'assistance utilisant la capillarité et/ou des moyens de pompage.
En variante, l'admission du liquide sur le corps pourra s'effectuer par gravité au moyen d'un distributeur, par exemple, de type goutte à goutte, disposé au- dessus du corps.
Il s'avère que dans le cas où le corps en rotation est un corps poreux ou fibreux présentant, à sa périphérie, des orifices de passage de liquide, la taille des gouttelettes engendrées lors de la rotation est variable en fonction de la taille et de la formes de ces orifices.
Compte tenu de cette constatation, l'invention prévoit d'utiliser un corps en matière compressible ainsi qu'un réglage de cette taille et de cette forme :
- soit par une action mécanique permanente réglable exercée sur le corps pour provoquer une compression ou une expansion de la matière du corps au moins au niveau de la périphérie,
- soit par une action automatique ou automatisée, telle que par exemple un asservissement à un paramètre tel que la vitesse de rotation du corps, notamment de manière à pouvoir régler la taille des gouttelettes en fonction de ce paramètre, par exemple de la vitesse de rotation du corps.
Par ailleurs, le dispositif selon l'invention, pourra en outre comprendre des moyens permettant d'engendrer un flux d'air de manière à canaliser le brouillard engendré par le corps, notamment en vue d'une application telle que, par exemple, la peinture ou un traitement phytosanitaire. Dans ce cas, des moyens de déflection pourront être prévus de manière à ce que le brouillard ainsi canalisé présente une section circulaire ou rectangulaire à l'instar d'un pinceau classique.
Avantageusement :
- Le susdit corps pourra être disposé entre deux disques à écartement variable, le réglage de Pécartement pouvant être obtenu par vissage d'une vis sur l'axe de rotation du corps ;
- Les moyens de réglage de la taille et de la forme des orifices du corps pourront exercer une action mécanique fonction de la vitesse de rotation, par exemple, grâce à des masselottes disposées dans ledit corps de manière à exercer dans la région périphérique dudit corps, une pression proportionnelle à la vitesse de rotation du solide ;
A cet effet, le corps pourra être disposé entre deux coupelles dont les bordures périphériques sont convergentes l'une vers l'autre ;
- Les susdites masselottes pourront être disposées dans une région annulaire du corps et être reliées entre elles par un anneau élastique coaxial ;
- L'arbre d'entraînement du corps pourra traverser une enceinte délimitant un récipient annulaire destiné à contenir le liquide à pulvériser et dont le fond est muni de moyens de distribution de liquide aptes à assurer une alimentation à débit contrôlé du corps en liquide.
Des modes d'exécution du dispositif selon l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure lest une vue en coupe schématique d'un premier mode d'exécution du dispositif selon l'invention ;
La figure 2 est une coupe schématique d'une variante d'exécution du dispositif de la figure 1 ;
La figure 3 est une vue de dessus du disque utilisé dans les dispositifs illustrés sur les figures 1 et 2 ;
La figure 4 est une coupe axiale schématique d'un dispositif de dispersion comportant des moyens mécaniques de réglage de la taille des gouttelettes ;
La figure 5 est une coupe axiale du rotor d'un dispositif de dispersion avec auto asservissement pour le réglage de la taille des gouttelettes.
Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le dispositif selon l'invention fait intervenir un rotor horizontal 1 comprenant un disque 2 en matière poreuse,
par exemple, fibreuse, micro fibreuse, alvéolaire pouvant éventuellement présenter des propriétés antiseptiques, virucides et/ou catalytiques.
Ce disque 2 est entraîné en rotation par un moteur électrique 3 situé au- dessous du disque 2 grâce à un arbre d'entraînement 4 et un plateau circulaire 5 coaxiaux.
Dans cet exemple, la face inférieure du disque 1 est recouverte par une couche d'étanchéité 6 imperméable aux liquides et aux gaz.
La fixation du disque 2 sur le plateau 5 est réalisée par collage.
La face supérieure du disque 2 est quant à elle partiellement recouverte d'une couche d'étanchéité en forme de couronne 7 qui délimite en son centre, une zone découverte 8 servant à l'admission du liquide.
Ce liquide est délivré sous forme d'une succession de gouttes 9 délivrées par un goutte à goutte réglable 10 alimenté par un récipient de liquide 11, l'ensemble étant situé au-dessus du disque 2.
Eventuellement, la zone 8 d'admission de liquide sera bordée d'une goulotte 12 présentant ici la forme d'un manchon tabulaire permettant d'éviter que les gouttes délivrées par le gouttes à gouttes ne soient entraînées par le courant d'air résultant de la rotation du disque 2.
Eventuellement, la face supérieure du disque 2 sera équipée, au niveau de la couche d'étanchéité 7, de pales ou ailettes 13 servant à engendrer un courant d'air radial à la périphérie du disque.
De même, dans un but similaire, la face inférieure du disque pourra être équipée de pales similaires ou, comme illustré en traits interrompus, d'une
couronne 14 en matière poreuse, par exemple fibreuse ou alvéolaire à cellules ouvertes.
Eventuellement, le récipient 11 équipé du goutte à goutte 10 pourra être relié à la structure du moteur par l'intermédiaire d'arceaux 15 ou analogue.
Le fonctionnement du dispositif précédemment décrit est alors le suivant :
Le disque 2 est entraîné en rotation par le moteur 3 à une vitesse par exemple de l'ordre de 5 000 à 15 000 tours/mn (en fonction du diamètre du disque).
Parallèlement, le goutte à goutte 10 délivre, à un débit réglable, une succession de gouttes qui tombent sur la zone d'admission 8 du disque 2.
Chaque goutte 9 est absorbée dans la partie centrale du disque 2 et s'y répartit tridimensionnellement par gravitation mais principalement par capillarité. Dans cette région, la force centrifuge appliquée au liquide est relativement faible : ce sont essentiellement les forces de capillarité qui fragmentent le liquide dans l'épaisseur et vers la périphérie du disque 2.
Plus le liquide s'approche de la périphérie du disque 2, plus la force centrifuge devient importante et relaye les forces de capillarité, accélérant ainsi le déplacement radial du liquide fragmenté qui suit cependant un cheminement imposé par les forces de capillarité.
Au niveau de la périphérie du disque 2, la force centrifuge exercée sur le liquide fragmenté est supérieure aux forces d'interaction entre le liquide et la matière solide en rotation. De ce fait, le liquide fragmenté est expulsé sous la forme de fines ou très fines gouttelettes qui sont entraînées radialement par le flux d'air engendré par les ailettes 13 et/ou la couronne 14 en matière poreuse.
Pour faciliter l'imprégnation de la partie centrale du disque 2 et accroître la fragmentation du liquide à ce niveau, il est possible de prévoir dans cette partie centrale, une cavité 16 débouchant à l'extérieur dans sa partie supérieure à l'endroit où tombent les gouttes 9 délivrées par le goutte à goutte 10.
De même que la bordure périphérique du disque, la bordure de cette cavité pourra présenter des formes très variées.
Ainsi, à titre d'exemple, on a représenté sur la figure 3 des formes périphériques polylobées aussi bien pour la surface périphérique 17 du disque que pour celle 19 de la cavité 16.
Ces formes permettent d'augmenter considérablement la surface d'entrée et de sortie du liquide. Pour ce qui concerne la surface périphérique 17 du disque 2, elle permet d'augmenter le débit de sortie et d'engendrer des turbulences qui contribuent à accroître la fragmentation du liquide extrait.
Dans la variante d'exécution illustrée sur la figure 2, le disque 2 'est monté sur un arbre creux rotatif coaxial 20 entraîné en rotation dans sa partie supérieure par un moteur électrique 21.
Cet arbre creux 20 est obturé dans sa partie supérieure et plonge dans sa partie inférieure dans un liquide contenu dans un récipient 22.
Au niveau de son passage à travers le disque 2', l'arbre tabulaire 20 est muni d'au moins un perçage latéral 23 débouchant sur la matière poreuse du disque
2'.
Les faces supérieure et inférieure du disque sont revêtues d'une couche étanche aux liquides 24, 25 et aux gaz. Ces faces peuvent être équipées de
moyens permettant d'engendrer un courant d'air radial comme dans l'exemple précédent (pales ou couronne en matière poreuse).
Le fonctionnement de ce dispositif est similaire au précédent. Toutefois, dans ce cas, la rotation du disque 2' engendre par effet centrifuge une dépression à l'intérieur de l'arbre creux 20 et donc une aspiration du liquide contenu dans le récipient 22. Le débit aspiré est fonction de la vitesse de rotation du disque 2'. Il peut être réglée en calibrant les perçages 23.
L'amorçage de la remontée du liquide peut être facilité par l'emploi d'une mèche en matière absorbante pour le liquide à pulvériser. Cette mèche peut être disposée à l'intérieur ou à l'extérieur de l'arbre tabulaire 20.
Dans les deux cas, cette mèche devra être en contact intime avec la matière en rotation du disque 2.
Ainsi, à l'arrêt, le liquide monte dans la mèche et vient imprégner la matière absorbante 26 du disque 2. Grâce à la présence de ce liquide, lors de la mise en route du dispositif, ce liquide déjà présent dans la matière absorbante 26 est éjecté sous l'effet de la force centrifuge et, en provoquant une dépression à l'intérieur de l'arbre tubulaire 20 (très supérieure à celle provoquée par l'éjection du gaz contenu dans le disque), assure l'amorçage du dispositif.
Dans l'exemple illustré sur la figure 2, on a représenté en traits interrompus, une mèche tubulaire 27 entourant l'arbre tubulaire 20 et qui traverse la couche 25 pour parvenir à la matière absorbante 26 du disque 2'.
Dans le cas où la mèche occupe la totalité du volume intérieur de l'arbre creux, la matière constitutive de la mèche pourra être choisie de manière à effectuer une séparation entre des liquides de natures différentes. Ainsi, par
exemple, une mèche hydrophile ne permettra pas la remontée de substances grasses.
Comme précédemment mentionné, la matière constituant le disque 2' pourra être hétérogène et comprendre plusieurs matériaux présentant des propriétés physicochimiques différentes vis-à-vis du liquide à pulvériser.
Ainsi, dans l'exemple illustré sur la figure 2, le disque 2' comprend une région périphérique 28 dans laquelle la matière poreuse ou fibreuse présente des propriétés répulsives vis-à-vis du liquide à pulvériser.
Grâce à cette disposition dans la région 21, le liquide fragmenté entraîné par la force centrifuge sera en outre soumis aux forces répulsives de la matière et subira une dispersion supplémentaire (au lieu de se rassembler à la surface de la matière, il est libéré de celle-ci et subit une explosion).
Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode d'exécution précédemment décrit.
Ainsi, par exemple, le disque 2, 2' pourrait être remplacé par un corps rotatif présentant des formes variées, telles que des pales d'hélice conçues de manière à engendrer un flux d'air.
Dans l'exemple illustré sur la figure 4, le dispositif de dispersion comprend un rotor 30 comportant deux disques coaxiaux 31, 32 entre lesquels est disposée une garniture 33 en matière poreuse ou fibreuse, déformable élastiquement.
Ces disques 31, 32 comprennent chacun à leur périphérie, deux couronnes axialement décalées 34, 35 reliées au disque par un décrochement circulaire.
Ces deux couronnes 34, 35 sont orientées de manière à venir pincer la garniture 33 à sa périphérie.
La fixation des disques 31, 32 sur l'arbre d'entraînement en rotation 36 est conçue de manière à permettre un réglage de l'écartement entre les deux disques 31, 32.
Ainsi, par exemple, le disque 31 pourra être monté fixement sur l'arbre 36, tandis que le disque 32 sera monté coulissant sur ce même arbre 36. Le maintien axial du disque 32 pourra être alors assuré au moyen d'une vis 37 venant se visser sur l'extrémité inférieure filetée de l'arbre 36, avec interposition éventuelle d'une rondelle 38.
Le disque 31 comprend un orifice circulaire coaxial 39 interrompu par des éléments de liaison radiaux.
Cet orifice circulaire 39 est bordé par une collerette circulaire 40 qui s'étend radialement, légèrement obliquement vers l'extérieur pour former une sorte d'entonnoir.
Le moteur 41 servant à l'entraînement de l'arbre 36 est fixé à la partie supérieure 42 d'une enceinte 43 qui s'étend dans l'espace compris entre le moteur 41 et le rotor 30.
A cet effet, les faces supérieure 42 et inférieure 44 de l'enceinte 43 sont munies de deux perçages respectifs centraux coaxiaux O1, O2 par lesquels passe l'arbre 36.
La face inférieure 44 est munie d'un manchon tubulaire coaxial 45 débouchant au niveau de l'orifice O2. La fonction entre le manchon 45 et la face inférieure
44 est une jonction étanche de manière à ce que le manchon 45, la paroi
périphérique 46 de l'enceinte 43 et la face inférieure 44, délimitent un récipient annulaire 47 destiné à contenir un liquide à pulvériser.
Au droit de l'orifice circulaire 39, la face inférieure 44 est munie d'au moins un perçage équipé d'un goutte à goutte 48 éventuellement obturable.
Le fonctionnement de ce dispositif est similaire à ceux précédemment décrits.
Sa structure lui permet d'être suspendu, par exemple grâce à un anneau 49 prévu, par exemple sur la face supérieure du boîtier du moteur 41.
Néanmoins, l'avantage essentiel de cet appareil réside dans la possibilité d'effectuer un réglage de la dimension des gouttelettes engendrées par le rotor 30.
A cet effet, il suffit de faire varier Pécartement entre les deux disques 31, 32 en vissant ou dévissant la vis 37 selon le résultat recherche.
Ce vissage ou ce dévissage provoque une compression ou une expansion d'une zone périphérique de la garniture 33 et, en conséquence, une variation (rétrécissement/expansion) des orifices de passage de fluide au niveau de ladite zone.
Cette variation entraîne une variation correspondante de la taille des gouttelettes indépendamment de la vitesse de rotation du rotor 30.
Dans l'exemple illustré sur la figure 5, le rotor R comprend deux coupelles coaxiales 50, 51 délimitant entre elles un espace renfermant une garniture G en matière déformable élastiquement.
Les deux coupelles 50, 51 comprennent chacune une zone périphérique rabattue 52, 53, par exemple de forme sensiblement tronconique, et sont disposées de manière à ce que leur concavité soit mutuellement en regard.
Les deux coupelles 50, 51 sont montées fixement sur un arbre d'entraînement en rotation coaxial 54.
Les deux coupelles délimitent un espace allant en se rétrécissant au niveau des zones périphériques rabattues.
De la même façon que dans l'exemple précédemment décrit, la coupelle supérieure 50 comprend un orifice circulaire 55 destiné à recevoir des gouttes de liquide à pulvériser, cet orifice circulaire 55 étant bordé par une collerette circulaire 56, similaire à la collerette 40.
Par ailleurs, à l'intérieur de la garniture G, sont disposées deux séries de masselottes M1, M2 disposées chacune dans une région annulaire située à proximité des zones périphériques rabattues 52, 53.
Les masselottes M1, M2 de chacune des séries sont reliées entre elles par un anneau élastique coaxial 56, 57.
Le fonctionnement de ce dispositif est alors le suivant :
Lorsque le rotor R est entraîné en rotation à une vitesse constante, la force centrifuge exercée sur les masselottes Mi, M2 provoque leur déplacement et, en conséquence, une action de compression de la garniture G entre les zones rabattues 52, 53.
De ce fait, dans cette zone, les orifices de passage du liquide présentent des sections inférieures à celles qu'ils avaient lorsque le rotor R était à l'arrêt.
Une augmentation de la vitesse de rotation du rotor R provoquera une réduction de la section des orifices de passage avec, en conséquence, une diminution de la taille des gouttelettes engendrée par le rotor. Parallèlement, le débit de liquide pulvérisé (qui subit un double phénomène d'accélération de la vitesse d'écoulement du liquide en raison de l'accroissement de la vitesse de rotation et de ralentissement dû à l'accroissement de la perte de charge au passage de la zone comprimée de la garniture) sera maintenu sensiblement constant, voire même diminuera légèrement.
Au contraire, une diminution de la vitesse de rotation du rotor R provoquera un accroissement de la section des susdits orifices avec une réduction de la vitesse d'écoulement du liquide. Ici aussi, le débit de liquide demeure sensiblement constant, avec une section des gouttelettes agrandie.
Dans cet exemple, le rotor R est disposé dans une buse de projection B en forme d'entonnoir sur les parois de laquelle est injecté un courant d'air provenant d'un moyen de génération tel qu'un ventilateur ou une turbine, ici indiqué par les blocs 60, 61.
Ainsi, le brouillage engendré par le rotor R est entraîné dans la buse B sans en toucher les parois.
Il est ensuite éjecté de la buse B pour venir s'appliquer sur une paroi P. La section de sortie de la buse B pourra présenter une forme quelconque (par exemple circulaire, carrée, rectangulaire, oblongue, etc ..) appropriée à l'application que l'on veut effectuer.
Une telle solution peut convenir à de nombreux usages tels que la peinture (en alternative au pistolet de peinture), le traitement de végétaux, etc .. Bien entendu, la nature du liquide devra être appropriée à la nature du traitement.
Bien entendu, le moyen de génération de courant d'air pourra consister en une turbine ou des pales de turbine associées au rotor.