WO2004069395A1 - Dispositif pour la production de mini-bulles dans un liquide - Google Patents
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Abstract
Dispositif pour la production de mini-bulles dans un liquide comprenant : un disque (1) ; des moyens (2, 3) pour entraîner le disque (1) en rotation autour d'un axe qui lui est perpendiculaire ; une arrivée de gaz (4), caractérisé en ce qu'il comprend en outre : un espace de mélange gaz-liquide (5) adapté pour contenir ledit liquide, ledit espace (5) communiquant avec l'arrivée de gaz (4) et avec le disque (1) ; des moyens (8, 13) pour faire contacter avec l'une des faces (6) du disque (1) le mélange gaz-liquide obtenu dans ledit espace de mélange (5).
Description
Dispositif pour la production de mini-bulles dans un liquide
La présente invention se situe dans le domaine des dispositifs pour la production de bulles de faible diamètre dans un liquide.
Dans le présent texte, on entend par bulle de faible diamètre (mini-bulle), une bulle de diamètre inférieur à 5 mm.
La production de mini-bulles dans un liquide trouve un grand nombre d'applications. A titre d'exemple non-limitatif, on peut citer l'oxygénation de l'eau dans les stations d'épurations ou, plus généralement, l'aération de liquides.
Dans d'autres applications, la production de mini-bulles vise à assurer un mélange homogène de liquides ou de particules solides dans un liquide.
On connaît plusieurs dispositifs pour la production de mini-bulles. Certains sont décrits dans les documents brevets suivants : GB 2 113 562 A, US 3 917 763, US 4 228 112, US 5 226 727, CH 655 019 A5, EP 0 388 066 A1 , US 3 814 396, US 4 193 951, US 4 741 870, US 5 160459.
Les documents précités décrivent des dispositifs qui peuvent être divisés en deux groupes principaux :
- Celui auquel appartient p. ex. US 3 917 763 qui décrit un disque creux à travers lequel le gaz circule et sort, - Celui auquel appartient p. ex. US 5 160 459 qui décrit un disque plein contre lequel le gaz est mis en contact. Dans les deux groupes, les bulles sont générées au niveau de la surface du disque rotatif.
Bien que les dispositifs de l'état de la technique permettent parfois d'obtenir des bulles de relativement faible diamètre, on constate cependant plusieurs inconvénients tels qu'un taux de production chaotique des bulles (le système
"crache"), une vibration du disque ou une inhomogénéité de la taille des bulles (large distribution de diamètres).
La présente invention vise notamment à résoudre les problèmes précités. Elle se rapporte à un dispositif pour la production de mini-bulles tel que défini dans la revendication 1.
L'espace de mélange constitué un premier lieu pour la formation de bulles. Dans cet endroit, les bulles ont des caractéristiques assez proches de celles produites avec les dispositifs de l'état de la technique. La zone de contact du mélange gaz-liquide avec le disque constitue un deuxième lieu pour la formation de bulles. A cet endroit, les bulles formées dans l'espace de mélange subissent une réduction de leur diamètre. Simultanément, les minibulles ainsi produites ont une distribution de diamètre étroite.
Le dispositif selon l'invention permet d'obtenir des bulles de diamètre très faible, p. ex. de 0.05 mm.
Les bulles de très faible dimension obtenues avec le dispositif selon l'invention peuvent être piégées dans le liquide, elles ne remontent pas jusqu'à la surface, ce qui permet de conserver un liquide aéré. En outre, le dispositif selon l'invention permet de produire très rapidement les mini-bulles et de les distribuer de manière très homogène dans le liquide.
L'invention offre également des possibilités d'applications performantes dans des domaines comme l'aération de lisier ou l'élimination d'hydrocarbures dans des mers, des lacs ou des rivières, la génération de mini-bulles résultant en une poussée des hydrocarbures en direction de la surface de l'eau.
Il convient de noter qu'il existe certaines variantes de l'invention qui ne nécessitent pas le recours à un arbre pour entraîner le disque en rotation. On peut prévoir tout mécanisme de contrôle à distance de la rotation du disque, p. ex. par effet magnétique.
Selon un mode avantageux, le disque est conçu pour être entraîné en rotation par le déplacement du liquide. Ce mode peut s'appliquer pour la production de mini-bulles dans une rivière. Dans ce cas, le disque est de préférence muni de pales.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'espace de mélange est ouvert. Dans cette configuration, le mélange gaz-liquide est entraîné vers le disque, par exemple grâce au vortex généré autour de l'arbre lors de sa rotation.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, avec espace de mélange ouvert ou fermé, l'arbre est creux de manière faire également office d'arrivée de gaz dans l'espace de mélange.
Dans la plupart des variantes de l'invention, la surface de contact du disque comporte soit des rainures, soit des saillies longitudinales, chacune d'entre elles ayant une extrémité dirigée, voire aboutissant, vers la périphérie du disque. Les rainures/saillies ont plusieurs fonctions. Elles favorisent notamment la réduction du diamètre des bulles produites dans l'espace de mélange et l'éjection des minibulles dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe principal du dispositif.
Avantageusement, la face opposée du disque présente un relief adapté pour attirer une partie des mini-bulles dans une direction sensiblement identique à celle de l'axe principal du dispositif.
L'invention sera décrite ci-dessous de manière plus détaillée au moyen des figures suivantes :
La figure 1 représente un première variante avec un espace de mélange fermé
La figure 2 représente une deuxième variante très proche de la première La figure 3 représente une troisième variante avec un arbre disposé à l'extérieur de l'espace de mélange.
La figure 4 représente une quatrième variante fonctionnant sans arbre
La figure 5 représente une cinquième variante
La figure 6 représente une sixième variante avec un espace de mélange ouvert
La figure 7 représente une septième variante munie de deux disques
La figure 8 représente un mode de réalisation de la face du disque opposée à la face de contact La figure 9 représente un premier mode de réalisation de la face de contact du disque
La figure 10 représente un deuxième mode de réalisation de la face de contact du disque
La figure 11 représente un troisième mode de réalisation de la face de contact du disque
La figure 12 représente un quatrième mode de réalisation de la face de contact du disque
La figure 13 représente un cinquième mode de réalisation de la face de contact du disque La figure 14 représente un sixième mode de réalisation de la face du disque opposée à la face de contact
La figure 15 représente un septième mode de réalisation de la face de contact du disque
La figure 16 représente un huitième mode de réalisation de la face de contact du disque
La figure 17 représente un neuvième mode de réalisation de la face de contact du disque
La figure 18 représente le disque de la figure 17, face opposée.
Références numériques utilisées dans les figures :
1. Disque
2. Moteur électrique
3. Arbre 4. Arrivée de gaz
5. Espace de mélange gaz-liquide
6. (Disque) Face de contact
7. (Disque) Face opposée
8. Sortie du mélange gaz-liquide 9. Orifice d'entrée de liquide
10. Zone de formation des mini-bulles
11. Mini-bulles
12. Raccord pour gaz 13.Vortex 14. Rainure
15. Extrémité de rainure
16. Saillie longitudinale
17. Extrémité de saillie longitudinale
18. Chambre de gaz 19. Orifice d'entrée de gaz
20. Conduite de liquide
21. Palier
22. Joint d'étanchéité
23. Elément de pompage de liquide 24. Elément d'injection
25. Elément de coupure de vortex
26. Liquide
27. Surface liquide 28. Gorge 29. Hélice
Le dispositif représenté à la figure 1 comprend un disque 1 fixé à un arbre creux 3 entraîné par un moteur 2 disposé en dehors du liquide 26. A proximité du disque 1 se trouve un espace de mélange 5 fermé qui comprend un orifice d'entrée 9 de liquide et un passage de sortie 8. La portion de l'arbre 3 disposée dans l'espace de mélange 5 comprend une arrivée de gaz 4.
Le dispositif fonctionne comme suit : La rotation du disque 1 entraîné par l'ensemble arbre 3 - moteur 2 induit un phénomène de vortex autour de l'arbre 3, ce qui résulte en une aspiration du gaz (p.ex. l'air atmosphérique) et du liquide 26 dans l'espace de mélange 5. Selon une variante, le gaz et/ou le liquide peuvent être introduits de manière active, p.ex. sous pression, dans l'espace de mélange 5.
Le mélange gaz-liquide ainsi obtenu est entraîné vers le passage de sortie 8 et contacte un face 6 du disque 1 , ce qui a pour effet de produire des bulles de diamètre inférieure à celles déjà générées dans l'espace de mélange 5.
Le dispositif représenté à la figure 2 diffère de celui de la figure 1 uniquement en ce que le raccord pour gaz 12 est immergé dans le liquide 26 et que le dispositif comprend une chambre de gaz 18 traversée par l'arbre creux 3, ce dernier comprenant au niveau de la chambre de gaz un orifice d'entrée de gaz 19.
Le dispositif de la figure 3 est caractérisé par un espace de mélange 5 dépourvu d'arbre 3. L'entrée de gaz dans l'espace 5 étant réalisée par une arrivée de gaz (non-illustrée) disposée sur une paroi entourant l'espace de mélange 5.
Le dispositif illustré sur la figure 4 est totalement dépourvu d'arbre. Un système de pales 21 est fixé sur la face 7 du disque 1 qui est opposée à la face de contact 6. La rotation du disque est assurée via le système de pales 21 qui est entraîné par le mouvement du liquide 26. Dans cet exemple, on remarquera également une variante convexe de la face de contact 6 du disque 1.
Le dispositif de la figure 5 montre un arbre 3 plein, le gaz étant aspiré par un venturi disposé avant l'espace de mélange 5, l'arrivée de liquide 9 étant située dans un conduit adjacent et communiquant avec l'espace de mélange 5 par l'intermédiaire d'un élément de pompage 23, des pales p.ex.
La figure 6 présente un dispositif avec un espace de mélange 5 ouvert, le gaz étant acheminé dans l'arbre 3 via une chambre de gaz 18. Le mélange gaz- liquide est entraîné en direction du disque 1 par le vortex 13 généré le long de l'arbre 3. En-dessus de l'arrivée de gaz 4 se trouve un élément de coupure de vortex 25. Sa présence conduit le vortex vers l'arrivée de gaz 4.
La figure 7 présente un dispositif différant de celui de la figure 6 dans le sens qu'il comprend un deuxième disque 1". Deux arrivées de gaz 4 sont disposées sur la portion de l'arbre 3 qui se situe entre les deux disques 1 ,1'. L'extrémité libre de l'arbre 3 comprend un deuxième élément de coupure de vortex 25. Une arrivée de gaz 4 supplémentaire est disposée sur l'arbre 3 entre le deuxième disque l' et le deuxième élément de coupure de vortex 25.
La figure 8 montre un exemple de la face 7 du disque 1 opposée à la face de contact 6. Elle présente trois rampes formant des arcs de cercle.
La figure 9 montre un exemple de la face de contact 6 du disque 1 avec des rainures 14 dont une extrémité 15 est disposée sur la périphérie du disque 1 et dont l'autre extrémité aboutit tangentiellement à un cercle de faible diamètre entourant le centre du disque 1.
La figure 10 montre un autre exemple de la face de contact 6 du disque avec des rainures 14 radiales, la section des rainures étant sensiblement circulaire.
La figure 11 montre une variante identique à celle de la figure 9 à l'exception du fait que la section des rainures est carrée.
La figure 12 montre un autre exemple de la face de contact 6 du disque avec deux jeux de rainures, soit un jeu de rainures radiales et un jeu de rainures courtes disposées obliquement vers la périphérie du disque 1.
Les figures 13 à 15 présentent d'autres exemples de la face de contact 6 du disque avec des saillies longitudinales 16.
Sur les figures 9 à 15, les rainures/saillies ont une extrémité aboutissant sur la périphérie du disque. Selon d'autres variantes non-illustrées de l'invention, les rainures/saillies ne s'étendent que sur une partie du rayon du disque.
Le disque à ailettes coniques 16 représenté sur la figure 16 offre l'avantage de créer un vortex très puissant à l'intérieur de l'appareil tout en transmettant un minimum de puissance à la sortie du disque. Ce disque permet de diminuer la taille des bulles et de les faire dans un petit récipient sans qu'elles coalescent à cause de la proximité des parois.
Le disque conique illustré sur les figures 17 et 18 comporte sur l'enveloppe du cône une série de gorges 28 distribuées radialement. Cette configuration a l'avantage de diffuser les microbulles vers le bas et d'avoir un rapport "quantité de gaz introduite'ï'puissance installée" particulièrement élevé. Un autre avantage est le peu de brassage du liquide (très important pour le vin, ou dans les stations d'épuration pour ne pas casser les flocs) Par contre, la taille des bulles est plus grande qu'avec un disque à ailettes (0.5mm environ).
La petite hélice 29 au verso du diffuseur conique (voir figure 18) crée un vortex contre le bas de la cuve et soulève ainsi les matières lourdes qui se déposent au fond dans certains mélanges.
D'autres variantes non-illustrées de l'invention sont décrites dans la liste non- exhaustive suivante :
- Conicité de l'espace de mélange conférant de la sorte un mélange amélioré gaz-liquide, - Intégration du dispositif selon l'invention dans une chaîne de fabrication
(Processus in-Iine),
- Moyens pour faire varier la pression au sein de l'espace de mélange, ce qui permet notamment de faire varier la taille des bulles,
- Clapet pour éviter un retour de liquide dans le conduit d'amenée du gaz, - Moyens pour faire varier la distance entre le disque et l'espace de mélange
(plus la distance est courte, plus le vide est important),
- Utilisation du dispositif selon l'invention pour l'extraction de gaz dans un liquide, par exemple dans de l'huile. Le gaz est retiré à l'intérieur du vortex. Dans ce cas de figure, les moyens qui sont normalement utilisés pour injecter un gaz (p.ex. l'arbre 3) servent à l'évacuation du gaz. Cette dernière peut être réalisée par aspiration au moyen d'une pompe à vide.
Il va de soi que la présente invention ne se limite pas aux exemples précédents. N'importe quel matériau adapté à l'utilisation prévue peut être envisagé. De même, le choix des dimensions du dispositif n'est pas limité.
Le plus souvent cependant, la longueur du dispositif varie entre quelques centimètres et quelques mètres et le diamètre du disque entre un et quelques dizaines de centimètres.
Claims
1. Dispositif pour la production de mini-bulles dans un liquide comprenant :
- un disque (1), - des moyens (2,3) pour entraîner le disque (1) en rotation autour d'un axe qui lui est perpendiculaire,
- une arrivée de gaz (4), caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
- un espace de mélange gaz-liquide (5) adapté pour contenir ledit liquide, ledit espace (5) communiquant avec l'arrivée de gaz (4) et avec le disque (1),
- des moyens (8,13) pour faire contacter avec l'une des faces (6) du disque (1) le mélange gaz-liquide obtenu dans ledit espace de mélange (5).
2. Dispositif selon la revendication précédente caractérisé par le fait que le disque (1) est fixé à un arbre (3) qui lui est perpendiculaire, ledit arbre (3) étant couplé à un système de rotation (2) tel qu'un moteur électrique.
3. Dispositif selon l'a revendication précédente caractérisé par le fait que l'arbre (3) traverse l'espace de mélange (5).
4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le disque (1) a une géométrie conçue de manière à l'entraîner en rotation par mouvement du liquide environnant.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il comprend plusieurs disques (1 ,1') parallèles disposés le long d'un même arbre (3).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que l'espace de mélange (5) est ouvert.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que lesdits moyens (13) pour faire contacter le mélange gaz-liquide avec le disque (1) sont constitués par le vortex généré autour de l'arbre(3) lors de sa rotation.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait qu'à l'exception des entrées et sortie du gaz et du liquide (4,9) l'espace de mélange (5) est fermé.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8 caractérisé par le fait que l'arbre (3) est creux et qu'il constitue ladite arrivée de gaz (4).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que ladite face de contact (6) du disque (1) comprend des rainures (14) dont une extrémité (15) est dirigée vers la périphérie du disque (1).
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait que ladite face de contact (6) du disque (1) comprend des saillies longitudinales dont une extrémité (17) est dirigée vers la périphérie du disque 0).
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que l'autre face (7) du disque (1) comprend un relief (18) adapté pour induire un phénomène d'aspiration des bulles provenant de la face de contact (6) du disque (1 ).
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant des moyens pour faire varier le débit du gaz et/ou du liquide.
14. Utilisation du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes pour la fabrication de bulles de diamètre prédéfini.
5. Utilisation du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 pour l'extraction de gaz dans un liquide, notamment pour l'extraction de gaz dans de l'huile.
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| EP04709564A EP1594599A1 (fr) | 2003-02-10 | 2004-02-10 | Dispositif pour la production de mini-bulles dans un liquide |
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Publications (1)
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| WO2004069395A1 true WO2004069395A1 (fr) | 2004-08-19 |
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| WO (1) | WO2004069395A1 (fr) |
Cited By (1)
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| JP2018111089A (ja) * | 2017-01-13 | 2018-07-19 | 直樹 會田 | 撹拌機用撹拌子 |
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- 2004-02-10 EP EP04709564A patent/EP1594599A1/fr not_active Withdrawn
- 2004-02-10 WO PCT/CH2004/000075 patent/WO2004069395A1/fr not_active Application Discontinuation
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