Brevet FR2029383A1 — publié le 19701023

L'invention se rapporte d'une manière générale aux dispositifs- statiques destinés à contrôler l'écoulement d'un fluide par effet directionnel, en vue d'assurer son brassage ou son homogénéisation, la séparation de ses constituants, son mélange avec un autre fluide, sa dispersion ou plus généralement toute autre opération mettant essentiellement en jeu le mouvement du fluide. Les dispositifs du type concerné, tels que les diffuseurs, cyclones, séparateurs ou mélangeurs, sont habituellement constitués d'organes déflecteurs de géométrie bien déterminée disposés sur le trajet d'un courant de fluide en vue d'en infléchir la direction, d'y induire une turbulence ou un mouvement giratoire d'ensemble; l'action de tels dispositifs sur le courant de fluide dépend essentiellement de la géométrie des surfaces déflectrices, qui permet d'obtenir le résultat désiré pour un régime de fonctionnement bien déterminé.L'adaptation de tels dispositifs à des conditions de fonctionnement variables, et par exemple à des variations de la vitesse, de la pression de la température de la composition ou d'autres paramètres intrinsèques du fluide à traiter, est généralement obtenue par modification de la géométrie du dispositif, qui à cet effet comporte des organes déflecteurs mobiles dont le déplacement est commandé par un système d'asservissement au paramètre variable considéré, Cette solution conduit à réaliser des systèmes complexes, fragiles et coliteux, et ne peut pratiquement pas être mise en oeuvre dans des dispositifs de faibles dimensions ou bien dans des dispositifs destinés à travailler dans de sévères conditions d'ambiance; ainsi et par exemple, en vue d'assurer l'essorage du mélange combustible d'alimentation d'un moteur à combustion interne, il ne saurait etre question de transposer a l'échelle d'un carburateur des solutions pouvant etre employées pour un cyclone dépoussiéreur à usage industriel. L'invention a précisément pour objet de permettre la réalisation de dispositifs statiques pour le contrôle de l'écoulement d'un fluide, qui ne comportent aucune pièce mobile, mais qui puissent néanmoins s'adapter à des conditions de fonc tionnement variables. A cet effet, un dispositif statique conforme à l'invention destiné à asservir l'écoulement d'un fluide à sa vitesse, pression, température, densité, composition ou autres paramètres intrinsèques, est caractérisé en ce qu'il comprend un aubage fixe destiné à irnprimer au courant de fluide un mouvement giratoire, ledit aubage se déformant au moins en partie de manière réversible en fonction du paramètre précité, afin que sonos eF$ou sa section de passage varie selon une loi pré déterminee. Selon l'invention, l'aubage peut être fait au moins en partie d'un matériau élastiquement déformable ou compressible, d'unmatériau à fort coefficient de dilatation thermique, ou encore d'un matériau se déformant par réaction physico chimique réversible avec le fluide ou avec l'un au moins de ses composants. I1 apparat immédiatement que l'invention permet la réalisation de dispositifs déflecteurs de toutes configurations désirées, ne comportant aucun élément mobile mais cependant capables de s'adapter sans intervention extérieure aux variations d'un quelconque paramètre attaché au fluide ou à son écoulement. Bien entendu, l'emploi de matériaux élastiquement déformables ou conpressibles permet de faire varier la géométrie du dispositif en fonction de la vitesse, de la pression ou de la densité du fluide, par exemple en vue d'obtenir une accélération centrifuge constante.L'emploi d'un matériau à fort coefficient de dilatation, ou plus avantageusement, de couples de matériaux à coefficients de dilatation différents, permet d'asservir la géométrie du dispositif à la température du fluide, par exemple en vue d'assurer, dans une installation d'air conditionné, un brassage de l'air chaud injecté d'autant plus énergique que sa température est élevée par rapport à celle de l'air ambiant. Enfin, 1' emploi d'un matériau se déformant par réaction physico-chimique réversible avec le fluide ou l'un de ses composants, tel qu'un matériau hygroscopique, permettrait de réaliser par exemple un dispositif pour l'esso- rage d'air humide dont l'efficacité croit avec la proportion d'eau en suspension. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte, en aval de l'aubage précité, des organes de configuration fixe divisant le courant de fluide en fractions variables selon l'intensité de son mouvement giratoire. Les fractions variables du fluide peuvent bien entendu entre constituées ou bien par division d'un courant de fluide homogène, auquel cas le dispositif fait office d'aiguillage ou répartiteur, ou bien par séparation des constituants d'un fluide non homogène, auquel cas le dispositif assure un triage ou une séparation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit et se réfere aux dessins annexés, sur lesquels - les figures 1 et 2 représentent respectivement en plan et en coupe partielle développée un premier exemple de réalisation d'un aubage conforme à l'invention; - les figures 3 et 4 représentent respectivement en plan et en coupe diamétrale un second exemple de réalisation d'un aubage conforme à l'invention; - les figures 5 et 6 représentent respectivement en coupes transversale et axiale un troisième exemple de réalisation d'un aubage conforme à l'invention; - les figures 7, 8 et 9 représentent schématiquement en coupe axiale un carburateur pourvu d'un dispositif conforme à l'invention, respectivement en position de ralenti, de croisière et de reprise; et - la figure 10 représente en coupe axiale un dispositif thermostatique sépara tear conforme à l'invention. L'aubage 10 représenté sur les figures 1 et 2 est constitué par une pièce en résine synthétique moulée comportant une jupe 11 et un moyeu 12 disposés concen triquement et solidarisés par quatre pales 13a, 13b, 13c et 13d dont la section de profil aérodynamique comprend une première portion 14 de direction axiale soli daire en bout de la jupe 11 et du moyeu 12, et une seconde partie incurvée 15, li bre de toute attache avec ces mêmes éléments. Compte tenu de la configuration de l'aubage 10 et de la nature du matériau employé pour sa fabrication, il est bien évident que les portions libres 15 des pales 13 se déforment élastiquement par l'effet de la pression dynamique d'un courant de fluide frappant l'aubage 10 en direction axiale, dans le sens indiqué sur la fi gure 2; l'amplitude de cette déformation dépend d'une part de la géométrie des pales et des caractéristiques du matériau les constituant, et d'autre part de la vitesse du courant de fluide, ainsi que de la densité de ce dernier. Pour une vitesse faible du courant de fluide, les pales sont donc peu déformées, par suite impriment au courant de fluide un mouvement hélicoïdal accentué.Pour une vitesse supérieure du courant de fluide, les portions libres 15 des pales 13 s'effacent notablement, et par suite impriment au courant de fluide un mouvement hélicoidal moins prononcé; enfin, pour une très grande vitesse du courant de fluide, les portions libres 15 des pales 13 peuvent à la limite être amenées dans la position "en drapeau" représentée en traits mixtes sur la figure 2. L'aubage 10 peut être réalisé de manière à introduire une relation déterminée entre la vitesse du courant de fluide et la vitesse de rotation qui lui est imprimée par les pales 13, ces vitesses étant par exemple maintenues dans un rapport constant, ou bien proportionnées pour garantir une accélération centrifuge constante. Si besoin est, le bord de fuite des pales 13 peut être agencé de manière à éviter l'entrée en vibration de leurs portions libres 15. L'aubage 20 représenté sur les figures 3 et 4 est constitué d'un disque métallique découpé et embouti de manière à former une couronne annulaire extérieure 21 et un moyeu central 22 réunis par une série d'ailettes radiales 23 comprenant chacune une portion fixe 24 éventuellement profilée, et une portion mobile 25 faisant alfice de déflecteur mobile. Comme montré sur la figure 4, le dépôt d'une couche de métal différent de celui constituant l'aubage Z0 au moins au voisinage de la racine des portions libres 25 des ailettes 23 constitue une structure bimétallique siège de dilatation différentielle capable de modifier le pas de l'aubage en fonc tion de la température du fluide le traversant. Bien entendu, au cas où le coefficient de dilatation thermique du matériau constituant l'aubage 20 serait suffisant, compte tenu de sa géométrie et de l'amplitude des variations de la température du fluide qui letraverse, il pourrait être superflu de prévoir une structure à dilata tion différentielle. Une telle structure pourrait du reste être réalisée par incorporation d'une armature métallique dans un matériau moulable de nature différente constituant l'aubage. L'aubage 30 représenté sur les figures 5 et 6, du type à écoulement radial, comprend essentiellement deux flasques parallèles 31, 32 dont le premier est pourvu d'un embout central 33 d'arrivée du fluide; ces flasques sont solidarisés par une série d'ailettes radiales 34 dont la section profilée imprime un mouvement giratoire au fluide sortant de l'aubage. Cette configuration d'un aubage conforme à l'invention permettrait par exemple la réalisation d'un diffuseur d'air chaud et/ou conditionné par lequel l'air neuf serait injecté dans l'air ambiant avec un mouvement giratoire d'intensité inversement proportionneXeváu débit, de manière à créer une turbulence sensiblement constante, et par suite un brassage uniforme de l'air neuf dans l'air ambiant. Les figures 7, 8 et 9 illustrent de manière très schématique l'emploi d'un aubage 40 conforme à l'invention pour améliorer les performances d'un carburateur alimentant en mélange combustible un moteur à combustion interne. Comme représenté, l'aubage 40 est disposé en aval du venturi V du carburateur, dans l'axe dùquel est disposé le gicleur principal G assurant la mise en suspension du combustible dans l'air comburant. Entre l'aubage 40 et le papillon P est disposé un collecteur 41 constitué par un baffle annulaire rapporté et débouchant à ltexté- rieur par un conduit d'évacuation disposé en son point bas. L'aubage 40, de réalisation par exemple similaire à celle de l'aubage 10 des figures 1 et 2, imprime au mélange combustible formé dans le col-du venturi V un mouvement tourbillonnaire assurant par centrifugation la séparation des plus lourdes gouttelettes de combustible ainsi que des impuretés, qui sont piégées par le collecteur 41, et acheminées à l'extérieur par le conduit 42 en vue du recyclage éventuel du combustible récupéré. Comme montré sur la figure 7, lorsque le papillon P est en position de ralenti, la faible vitesse du courant d'air comburant ne suffit pas à déformer sensiblement les pales de l'aubage 40, ce qui assure une centrifugation intense du mélange combustible, et par suite la fourniture au moteur d'un mélange épuré dans lequel le combustible ne se présente qu'en phase gazeuse sous forme de très petites gouttelettes finement dispersées.Par contre, comme le montre la silure 8, lorsque le papillon P est en position de pleine ouverture alors que le moteur tourne en régime de croisière, la vitesse du courant de mélange est suffisante pour provoquer la mise en drapeau des pales de l'aubage 40, et par suite pratiquement supprimer toute centrifugation; on remarquera que dans ces conditions, l'aubage 40 n'introduit aucune perte de charge appréciable dans le circuit d'admission, et qu'en conséquence, le moteur "respire" librement Enfin, lorsque le papillon P se trouve sensiblement en position de pleine ouverture alors que la vitesse du courant de mélange est relativement faible, ce qui correspond à une accélération ou reprise du moteur, le pas des pales de 1'aubage 40 reste assez important pour assurer une centrifugation appréciable du mélange combustible, et ainsi éviter la fourniture au moteur d'un mélange excessivement riche. La figure 10 représente en coupe axiale un dispositif destiné à être monté dans le circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne pour d'une part assurer la régulation thermostatique du débit de l'eau de refroidissement, et d'autre part éliminer toutes les impuretés telles que rouille ou tartre dont cette eau peut se charger.Ce dispositif est essentiellement constitué d'un aubage 50 conforme à l'invention, par exemple d'un type similaire à celui de Iraubage 20 représenté sur les figures 3 et 4, monté en bout d'un conduit 51 provenant de la pompe de refroidissement, en vis à vis d'un embout 52 raccordé à la durit de radiateur, une chambre annulaire 53 délimitée par une paroi 54 faisant office de collecteur et débouchant à l'extérieur en son point bas par un orifice pourvu d'un robinet de purge 55. I1 apparait immédiatement que les variations de la section de passage de l'aubage 50 en fonction de la température de l'eau de refroidissement suffisent à assurer la régulation du débit, tandis que la centrifugation créée par ledit aubage permet l'élimination des impuretés véhiculées par l'eau de refroidissement. Bien entendu, l'invention n'est limitée ni aux modes de réalisation décrits et illustrés, ni aux applications mentionnées, qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. REVENDICATI.ONS 1. Un dispositif statique pour asservir l'écoulement d'un fluide à sa vitesse, pression, température, densité, composition ou autres paramètres intrinsèques, caractérisé en ce qu'il comprend un aubage fixe destiné à imprimer au courant de fluide un mouvement giratoire, ledit aubage se déformant au moins en partie de manière réversible en fonction du paramètre précité, afin que son pas et/ou sa -section de passage varie selon une loi prédéterminée. 2. Un dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aubage précité est fait au moins en partie d'un matériau élastiquement déformable. 3. Un dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aubage précité est fait au moins en partie d'un matériau élastiquement compressible. 4. Un dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aubage est fait au moins en partie d'un matériau à fort coefficient de dilatation thermique, ou de matériaux juxtaposés à coefficients de dilatation thermique différents. 5 Un dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aubage est fait au moins en partie d'un matériau se déformant par réaction physico-chimique réversible avec le fluide ou avec l'un au moins de ses composants, 6. Un dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, en aval de l'aubage précité, des organes de configuration fixe divisant le courant de fluide en fractions variables selon l'intensité de son mouvement giratoire. 7. Un dispositif selon la revendication 6; caractérisé en ce que, l'aubage précité étant d'un type à écoulement axial, il comporte au moins deux sorties concentriques disposées dans l'axe et en aval dudit aubage. 8. Un dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il constitue un séparateur centrifuge. 9. Un carburateur, caractérisé en ce quil comporte un séparateur centrifuge selon la revendication 8. 10. Une soupape thermostatique, caractérisée en ce qu'elle comporte un séparateur centrifuge selon la revendication 8.