FR2836638A1 - Dispositif de pulverisation de produit de revetement liquide - Google Patents
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Abstract
Dispositif de pulvérisation de produit de revêtement liquide comprenant un moyeu (13) formant ou abritant un conduit d'alimentation de liquide et un déflecteur centrifuge divergent (14) comportant une surface de répartition (18) ayant globalement la forme d'un pavillon de trompette.Application à la peinture électrostatique.
Description
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L'invention se rapporte à un dispositif de pulvérisation, couramment appelé bol de pulvérisation, destiné à pulvériser un produit de revêtement liquide en fines gouttelettes ; elle s'applique notamment à la pulvérisation de tout type de peinture ou vernis, liquide. L'invention concerne également tout pulvérisateur à tête rotative, équipé d'un tel dispositif de pulvérisation. L'invention s'applique préférentiellement à un pulvérisateur à très grande vitesse de rotation, typiquement de l'ordre de 50 000 à 100 000 tours par minute.
On connaît de nombreux types de dispositifs de pulvérisation de produit de revêtement en forme de bol ou cloche, tournant à grande vitesse. Le produit à pulvériser s'écoule sur la surface intérieure du bol et, sous l'effet de la force centrifuge, parvient jusqu'au bord de celui-ci où il est pulvérisé en fines gouttelettes. Le bol est le plus souvent conformé pour que la surface qui fait face à l'objet à recouvrir soit globalement concave, souvent tronconique. Par exemple, le document EP 0951942 décrit un bol à surface de répartition tronconique.
Le document US 692631 décrit un dispositif rotatif et électrostatique à charge externe permettant de disperser un liquide en filets, formant des fibres textiles au fur et à mesure que le liquide se solidifie dans l'air par dispersion et évaporation de ses composantes les plus volatiles. Les fibres se forment au-delà du dispositif rotatif parce que le liquide est soumis à un champ électrique créé entre deux électrodes situées en aval du dispositif rotatif. Ce document ne concerne pas la pulvérisation électrostatique de produit de revêtement liquide.
De plus, la vitesse de rotation est insuffisante pour pulvériser le liquide par le seul effet de la force centrifuge. Le liquide est sous forme d'une fine couche lorsqu'il s'engage dans la zone où règne le champ électrique.
On sait que, pour obtenir une pulvérisation fine et régulière, la régularité de l'étalement du liquide sur la surface de répartition, jusqu'à l'arête de pulvérisation, a une importance particulière. Notamment, le volume d'air entraîné en rotation à l'intérieur du bol peut engendrer un frottement sur la pellicule de liquide qui s'écoule sur la surface de répartition, ayant une influence favorable sur l'étalement et la qualité de pulvérisation. Il faut néanmoins que rien ne
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perturbe la mise en rotation de ce volume d'air, confiné à l'intérieur de la cavité du bol.
Le brevet US 2658472 décrit une cloche de pulvérisation à l'intérieur de laquelle se trouvent des buses d'éjection du liquide dirigées vers la surface de répartition. La présence de ces buses perturbe l'entraînement en rotation du volume d'air à l'intérieur de la cloche de pulvérisation. En outre, les buses déposent le liquide à une très faible distance de l'arête de pulvérisation, ce qui est défavorable à un bon étalement du liquide sur ladite surface de répartition, avant sa pulvérisation sur le bord de la cloche.
L'invention propose un dispositif de pulvérisation rotatif présentant une combinaison de plusieurs caractéristiques qui se conjuguent pour obtenir une pulvérisation plus fine, avec une distribution de diamètre des gouttelettes extrêmement resserrée, permettant d'obtenir, dans le cas notamment d'une peinture, un meilleur aspect du dépôt.
Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de pulvérisation de produit de revêtement liquide comportant un déflecteur centrifuge divergent présentant un bord de pulvérisation et susceptible d'être entraîné en rotation autour d'un axe de rotation, caractérisé en ce qu'il comprend un moyeu tubulaire formant ou abritant un conduit d'alimentation de liquide, en ce que ledit déflecteur centrifuge comporte une surface de répartition continue s'étendant entre ledit moyeu et ledit bord de pulvérisation, en ce que cette surface de répartition a globalement la forme d'un pavillon de trompette et en ce qu'il comporte des moyens pour dévier sensiblement radialement au moins une partie dudit liquide vers la partie la plus interne de ladite surface de répartition en forme de pavillon de trompette.
Il est permis de penser que ce type de surface répartition, combinée au fait que la cavité du bol est débarrassée de tout injecteur en raison du dépôt du liquide au fond du pavillon, optimalise l'action de l'air mis en rotation dans la cavité du bol sur le film de liquide qui s'écoule sur la surface de répartition. On obtient ainsi un amincissement significatif de l'épaisseur de la couche de liquide (typiquement la peinture) sur ladite surface de répartition au fur et à mesure qu'il se dirige vers l'arête de pulvérisation et une bonne régularité de l'épaisseur de cette couche. L'amincissement de l'épaisseur de la couche, au fur et à mesure
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de sa progression vers le bord de pulvérisation est aussi attribuable à un fort accroissement de la surface de la couronne élémentaire de répartition, selon la perpendiculaire à l'axe de rotation, en raison même de la forme,"en trompette", de la surface de répartition, cet accroissement de surface se combinant avec celui de la vitesse centrifuge du liquide, lié à la distance par rapport à l'axe.
On note également que la forme en trompette de cette surface est favorable à un bon nettoyage à l'aide d'un produit liquide de nettoyage injecté en lieu et place du liquide à pulvériser. Plus précisément, cette surface ne présente aucune discontinuité pouvant conduire à une accumulation indésirable de certains composants du liquide à pulvériser, notamment certains pigments.
De façon connue en soi, l'arête de pulvérisation peut être une arête vive ou crantée. Des stries peuvent être imprimées dans cette surface, au voisinage du bord de pulvérisation, ou disposées sur la surface de répartition.
Selon un mode de réalisation possible, le profil de la surface de répartition suivant une demi-coupe passant par l'axe de rotation dudit bol rotatif a sensiblement la forme d'une exponentielle. Ce profil peut aussi avoir la forme d'une courbe représentée par une fonction à croissance rapide telle que y = x, y = xn, toute combinaison linéaire de fonctions de ce type, ou bien du type y = aX, dont la fonction exponentielle est un cas particulier. Par croissance rapide, on entend toute fonction dont la dérivée croît avec la variable. On peut aussi adopter comme profil un tronçon de fonction hyperbolique. Toute combinaison linéaire de ces types de courbes convient également.
En règle générale, tout bol de pulvérisation rotatif combinant une alimentation centrale (c'est-à-dire une injection axiale de liquide, dans le moyeu) avec une surface de répartition du type décrit ci-dessus, est du domaine de l'invention.
Selon une autre caractéristique avantageuse, le bol comporte un distributeur monté dans le prolongement axial dudit moyeu, s'étendant au fond dudit déflecteur et comportant un noyau faisant obstacle à l'écoulement axial du liquide et des passages radiaux agencés à l'arrière dudit noyau pour diriger au moins la plus grande partie du flux de liquide vers ladite surface de répartition.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation
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possible d'un dispositif de pulvérisation de produit de revêtement liquide, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale du bol de pulvérisation, selon la flèche 1-1 de la figure 2 ; - la figure 2 est une vue selon la flèche Il de la figure 1 ; - la figure 3 est une coupe lil-lil de la figure 1 ; et - la figure 4 est une vue à plus grande échelle de l'encadré IV de la figure 1.
Sur les dessins, on a représenté un dispositif de pulvérisation de liquide 11, comprenant un élément de révolution 12 destiné à être entraîné en rotation, à relativement grande vitesse autour d'un axe principal x'x. Ce dispositif convient tout particulièrement pour la projection électrostatique de produits de revêtement liquide tels que des peintures ou vernis. L'élément de révolution 12 est essentiellement constitué d'un moyeu 13 axial, tubulaire, prolongé vers l'avant par un déflecteur centrifuge divergent 14 présentant un bord de pulvérisation 15 circulaire. Le moyeu 13 constitue ou abrite un conduit d'alimentation de liquide. Le liquide à pulvériser se propage vers l'avant jusqu'à atteindre une surface de répartition 18, continue, s'étendant entre le moyeu et le bord de pulvérisation. Le moyeu 13 est destiné à être monté à l'extrémité d'un arbre creux d'un dispositif d'entraînement, non représenté. Classiquement, ce dispositif d'entraînement est une turbine à air comprimé. Dans l'exemple décrit, le liquide à pulvériser est introduit par un injecteur 17 placé dans l'arbre creux de cette turbine et dans le moyeu. Il s'écoule vers l'avant en s'étalant sur ladite surface de répartition 18. Ledit moyeu 13 comporte un filetage 20 par lequel il peut être fixé à l'arbre de la turbine. En variante, la fixation peut être magnétique comme décrit dans le document FR 2805182.
Ladite surface de répartition 18 a globalement la forme d'un pavillon de trompette et le liquide sortant du moyeu 13, plus précisément ici de l'injecteur 17, se répartit en un film mince sur la surface de répartition en progressant jusqu'au bord de pulvérisation où il est pulvérisé en fines gouttelettes, sous l'effet de la force centrifuge. Dans le cas d'un dispositif de pulvérisation électrostatique, le déflecteur centrifuge 14 est au moins partiellement en matériau conducteur de
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l'électricité. Il est placé généralement à un potentiel électrique négatif élevé, voisin de 100 kV, et l'objet à peindre est placé au potentiel de la terre.
Sur la figure 1, on a représenté schématiquement une source de haute tension 19 électriquement connectée au déflecteur 14. Celui-ci peut par exemple être en métal, ou recouvert intérieurement d'une couche conductrice de l'électricité.
L'action du champ électrique élevé, au voisinage du bord de pulvérisation 15, contribue aussi, tout comme l'effet de la force centrifuge, à rompre le film mince en fines gouttelettes. Un profil continu du déflecteur divergent centrifuge, tel que celui donné par une forme en trompette, permet, du fait de son grand rayon de courbure, de concentrer le champ électrique dans la zone ayant le plus faible rayon de courbure, c'est-à-dire sur le bord de pulvérisation, précisément là où se forment les gouttelettes par effet essentiellement mécanique. La forme trompette est donc favorable à l'ensemble des moyens qui contribue à la bonne pulvérisation du liquide sur le bord de pulvérisation, c'est-à-dire un effet mécanique et un effet électrostatique.
La surface de répartition 18 a globalement la forme d'un pavillon de trompette. En d'autres termes, ladite surface de répartition présente globalement un certaine convexité dirigée vers l'objet à recouvrir. Typiquement, la surface de répartition suivant une demi-coupe passant par l'axe de rotation a ici sensiblement la forme d'une exponentielle.
L'élément de révolution 12 composé du moyeu et du déflecteur centrifuge abrite des moyens pour dévier sensiblement radialement une partie du liquide vers la partie la plus interne de la surface de répartition 18. Dans l'exemple, il s'agit d'un distributeur 22 monté dans le prolongement axial du moyeu 13 et s'étendant pour partie au fond du déflecteur 14. Ce distributeur a pour fonction de dévier le liquide introduit axialement de façon que la plus grande partie du
flux de liquide soit dirigée vers la surface de répartition 18 dans la zone la plus interne de celle-ci. Ce distributeur 22 comporte un noyau 24 faisant obstacle à l'écoulement axial du liquide. Il est muni de passages radiaux 26 agencés à l'arrière du noyau. Le noyau 24 comporte une surface latérale de révolution 28 s'étendant en regard et à distance de la surface de répartition 18, dans la zone la plus interne de celle-ci, pour définir avec ladite surface un passage annulaire 30
flux de liquide soit dirigée vers la surface de répartition 18 dans la zone la plus interne de celle-ci. Ce distributeur 22 comporte un noyau 24 faisant obstacle à l'écoulement axial du liquide. Il est muni de passages radiaux 26 agencés à l'arrière du noyau. Le noyau 24 comporte une surface latérale de révolution 28 s'étendant en regard et à distance de la surface de répartition 18, dans la zone la plus interne de celle-ci, pour définir avec ladite surface un passage annulaire 30
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prolongeant lesdits passages radiaux. Plus particulièrement, le distributeur 22 comporte un élément de révolution 32, tubulaire, dont une portion de montage 34, arrière, est fixée à l'intérieur du moyeu axial 13. L'injecteur 17 se termine par un ajutage engagé dans la cavité axiale de la portion de montage 34, en regard de la face arrière du noyau 24. Les passages radiaux 26 sont constitués par trois découpes pratiquées dans l'élément 32 entre ladite portion de montage et le noyau 24. En fait, ces trois découpes ne laissent subsister dans l'élément 32 que trois ponts 36 décalés circonférentiellement à 120 degrés les uns des autres et reliant ladite portion de montage 34 au noyau 24. Ainsi, la plus grande partie du liquide injecté axialement par le moyeu 13 traverse l'élément 32 jusqu'à venir frapper la face arrière du noyau 24 et poursuit son écoulement radialement jusqu'à venir rencontrer la surface de répartition 18 sur laquelle il s'étale en progressant vers l'avant jusqu'au bord de pulvérisation 15.
De plus, la partie la plus centrale du déflecteur est garnie intérieurement d'une pièce annulaire d'usure 50 intégrée à la partie la plus interne de la surface de répartition 18. Plus particulièrement, la surface apparente, intérieure, de cette pièce annulaire épouse et prolonge la surface de répartition 18 sans rupture de continuité. Elle se trouve globalement radialement à l'extérieur et en regard des passages radiaux 26. Cette pièce annulaire d'usure peut être emboîtée au fond du déflecteur. Dans ce cas, elle est prévue pour être remplacée régulièrement.
En variante, la pièce annulaire peut au contraire être en matériau très résistant à l'abrasion (céramique, métal dur, etc...) ou au moins sa surface interne, en regard des passages radiaux 26, peut être recouverte d'un matériau résistant à l'abrasion, par exemple du nitrure de titane. Selon une autre variante, au moins la partie la plus interne de la surface de répartition 18 (c'est-à-dire celle qui fait face aux passages 26) est recouverte d'une couche de matériau résistant à l'abrasion.
Le noyau 24 comporte quatre canaux divergents 38 s'étendant entre la surface arrière de celui-ci et une surface de butée annulaire 39 entourant un passage axial 40 s'étendant dans une partie avant dudit noyau. La surface de butée annulaire 39, au-delà des orifices avant des canaux, se prolonge par une surface arrondie 42 rejoignant tangentiellement la face avant du noyau. Celui-ci comporte un premier insert 44 fixé dans la partie avant du distributeur, plus
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particulièrement à l'avant de l'élément 32. La surface de butée annulaire 39 s'étendant en regard des orifices des canaux divergents 38 et le passage axial 40 qui prolonge cette surface de butée annulaire sont définis dans l'insert 44. Un logement cylindrique, défini à l'arrière du bouchon, abrite un second insert 46 renfermant les quatre canaux divergents.
Dans l'exemple décrit, le distributeur 22, c'est-à-dire plus particulièrement l'élément de révolution 32, est monté à force à l'intérieur du moyeu 13 tandis que le premier insert 44 est lui-même monté à force dans la partie avant dudit distributeur. L'insert 46 est quant à lui monté à force dans l'insert 44. En variante, les canaux 38 pourraient être remplacés par des cannelures pratiquées à la surface externe de l'insert 46 ou à la surface interne du logement dudit insert.
Tous ces éléments peuvent être en matière plastique ou en métal. Le fonctionnement est le suivant.
Lorsque le liquide est introduit sous pression dans l'injecteur 17, il vient frapper la face arrière du noyau 24 et est dévié en partie radialement jusqu'au fond de la surface de répartition 18. Le liquide continue à se propager, sous l'effet de la force centrifuge, sur cette surface en formant un film de faible épaisseur de plus en plus mince au fur et à mesure qu'il progresse vers le bord de pulvérisation. Lorsque le liquide atteint le bord de pulvérisation, il est pulvérisé en fines gouttelettes.
Une petite partie du liquide s'engage dans les canaux divergents 38 et vient frapper la surface de butée annulaire 39. Ce flux secondaire de liquide contourne la surface arrondie 42 du passage axial 40 sans être projeté vers l'avant et progresse radialement vers l'extérieur sur la surface avant du distributeur jusqu'à venir rejoindre le flux principal de liquide s'écoulant le long de la surface de répartition 18. De cette façon, l'avant du distributeur est constamment mouillé de liquide. Si le liquide est une peinture ou un vernis, il ne risque donc pas de sécher à la surface du distributeur. De plus, le dispositif de pulvérisation peut facilement être nettoyé en injectant un liquide de nettoyage en lieu et place du produit de revêtement liquide.
Il est à noter que le rapport entre le diamètre maximum du distributeur 22 et le diamètre du bord de pulvérisation 15 peut être compris entre 5 et 60 %. De préférence, ce rapport sera compris entre 10 et 40 %. Pour les dispositifs plus
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particulièrement conçus pour l'application de peinture par voie électrostatique, le diamètre du bord de pulvérisation est généralement compris entre 25 et 100 mm.
Des variantes sont possibles. En particulier, le distributeur 22 peut être remplacé par une paroi radiale rattachée à l'élément de révolution et comportant une couronne de trous, cet agencement étant connu en soi.
Bien entendu, l'invention couvre également tout pulvérisateur de liquide, notamment tout pulvérisateur de peinture ou vernis, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de pulvérisation tel que décrit ci-dessus. Un tel pulvérisateur se compose généralement d'un dispositif d'entraînement en rotation, comme par exemple une turbine à air comprimé, portant le dispositif de pulvérisation et agencé pour permettre une injection axiale de liquide à pulvériser à l'intérieur du moyeu. Ce pulvérisateur est généralement complété par une alimentation électrique haute tension portant le déflecteur centrifuge 14 (conducteur, par exemple métallique) à une haute tension. Comme indiqué précédemment, la vitesse de rotation peut être de 50 000 à 100 000 tours/minute et le dispositif qui vient d'être décrit est remarquable par sa capacité à donner une pulvérisation très fine et très régulière (faible écart de taille des gouttelettes), ceci dans une très large gamme de vitesses de rotation. En particulier, on a constaté que la pulvérisation est encore excellente même lorsque la vitesse de rotation est en deçà de la gamme de vitesses indiquée ci-dessus. La vitesse de rotation peut être abaissée jusqu'à 20 000 tours par minute avec une pulvérisation acceptable. Il peut aussi être avantageux de prévoir des moyens pour alimenter en air propre l'intérieur du distributeur 22 pour que cet air ressorte par le passage annulaire 30 et/ou le passage 40, en vue de réduire la dépression qui se forme au centre du pavillon et qui pourrait ramener des gouttelettes de produit de revêtement en partie asséchées, sur la face avant du répartiteur.
Claims (22)
1. Dispositif de pulvérisation de produit de revêtement liquide comportant un déflecteur centrifuge divergent (14) présentant un bord de pulvérisation (15) et susceptible d'être entraîné en rotation autour d'un axe de rotation, caractérisé en ce qu'il comprend un moyeu tubulaire (13) formant ou abritant un conduit d'alimentation de liquide, en ce que ledit déflecteur centrifuge (14) comporte une surface de répartition (18) continue s'étendant entre ledit moyeu et ledit bord de pulvérisation, en ce que cette surface de répartition a globalement la forme d'un pavillon de trompette et en ce qu'il comporte des moyens pour dévier sensiblement radialement au moins une partie dudit liquide vers la partie la plus interne de ladite surface de répartition en forme de pavillon de trompette.
2. Dispositif de pulvérisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profil de ladite surface de répartition (18) suivant une demi-coupe passant par ledit axe de rotation a sensiblement la forme d'une exponentielle.
3. Dispositif de pulvérisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profil de ladite surface de répartition (18) suivant une demi-coupe passant par ledit axe de rotation, a la forme d'un tronçon d'hyperbole.
4. Dispositif de pulvérisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un distributeur (22) monté dans le prolongement axial dudit moyeu (13), s'étendant au fond dudit déflecteur, ce distributeur comportant un noyau (24) faisant obstacle à l'écoulement axial du liquide et des passages radiaux (26) agencés à l'arrière dudit noyau pour diriger au moins la plus grande partie du flux de liquide vers ladite surface de répartition (18).
5. Dispositif de pulvérisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit noyau (24) comporte une surface latérale de révolution (28) s'étendant en regard et à distance de ladite surface de répartition (18), pour définir avec celle-ci un passage annulaire (30) prolongeant lesdits passages radiaux.
6. Dispositif de pulvérisation selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit noyau (24) comporte des canaux (38) s'étendant entre une
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surface arrière de celui-ci et une surface de butée annulaire (39) entourant un passage (40) s'étendant dans une partie avant dudit noyau.
7. Dispositif de pulvérisation selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ledit distributeur comporte un élément de révolution (32), tubulaire, dont une portion de montage (34), arrière, est fixée à l'intérieur dudit moyeu (13), lesdits passages radiaux à l'arrière dudit noyau étant pratiqués dans cet élément de révolution.
8. Dispositif de pulvérisation selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit noyau comprend un premier insert (44) fixé dans la partie avant dudit distributeur et comportant ladite surface de butée annulaire (39) et ledit passage (40).
9. Dispositif de pulvérisation selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un second insert (46) est monté à l'arrière dudit premier insert et renferme lesdits canaux divergents.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit passage (40) est axial.
11. Dispositif de pulvérisation selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que ledit distributeur (22) est monté à force à l'intérieur dudit moyeu (13).
12. Dispositif de pulvérisation selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que ledit premier insert (44) est monté à force dans la partie avant dudit distributeur.
13. Dispositif de pulvérisation selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que ledit second insert (46) est monté à force dans ledit noyau.
14. Dispositif de pulvérisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie la plus centrale dudit déflecteur est garnie intérieurement d'une pièce annulaire d'usure (50) intégrée à ladite partie la plus interne de la surface de répartition, ladite pièce annulaire étant remplaçable.
15. Dispositif de pulvérisation selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la partie la plus centrale dudit déflecteur est pourvue intérieurement d'une pièce annulaire dont au moins la surface interne est en matériau résistant à l'abrasion.
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16. Dispositif de pulvérisation selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'au moins la partie la plus interne de ladite surface de répartition est recouverte d'une couche de matériau résistant à l'abrasion.
17. Dispositif de pulvérisation selon l'une des revendications 4 à 16, caractérisé en ce que le rapport entre le diamètre maximum du distributeur (22) et le diamètre du bord de pulvérisation (15) est compris entre 5 et 60 %, de préférence entre 10 et 40 %.
18. Dispositif de pulvérisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est équipé pour la pulvérisation électrostatique.
19. Dispositif de pulvérisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour faire circuler de l'air dans ledit passage annulaire (30).
20. Dispositif de pulvérisation selon la revendication 6, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour faire circuler de l'air dans ledit passage (40).
21. Dispositif de pulvérisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit déflecteur centrifuge divergent (14) est au moins en partie en matériau conducteur de l'électricité et qu'il est connecté à une source de haute tension.
22. Pulvérisateur de produit de revêtement liquide, notamment de peinture ou vernis, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de pulvérisation selon l'une des revendications précédentes.
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