Brevet FR2077638A1 — publié le 19711105

L'objet cie la présente invention est un atomiseur(ou nébulisew ) ultra-soni que de grande stabilité, ne nécessitant pas de retouches manuelles du régla e de fréquence, grâce à un oscillateur électronique concu de telle sorte que sa fréquence d'oscillation se synchronise automatiquement sur la fréquence propre de résonance acoustique du transducteur piézo-electrique producteur de l'aérosol. Cette invention est principalement destinée > ; la réalisation de brûleurs ultra-soniques à mazout. Les atomiseurs ultra-seniqués de mazout sont déjà connus et la figure I en rappelle, pour mémoire, le schéma-bloc de principe. Le bloc G désigne un gé négateur électronique de courants haute-fréquence, de fréquence ultra-sonique N, couplé à un transducteur Q du type Triplet piézo-électrique, constitué d'une céramique piézo-electrique > @ sandwichée entre deux cylindres métalli- ques F et N , ce dernier étant prolongé par une tige F de faible diamètre appelée tige focalisante. Un tel vibrateur s'a pelle généralement: en anglais "stepped-horn" et en français " focalisateur à variation brusque de diamètre". La tige focalisante F est percée en son axe d'un canal médullaire très fin, qui vient se raccorder un canal pernendiculaire A par lequel on injecte le mazout. Arrivé à l'extrémité de la tige percée F, le liquide, soumis à des vibrations ultra-sonores intenses ( Grâce à-la focalisation ), est dispersé, atomisé, nébulisé en aérosol, Ce nuage de mazout, mélangé - avec l'air injecté en proportions convenabless produit une flamme de combustion0 Néanmoins, un tel ensemole, s'il n'est pas complété par un dispositif de pilotage automatique de la fréquence de l'oscillateur, n'est pas utilisable pra- tiquement, car il faut retoucher continuellement l'accord du générateur élec tronique G pour le maintenir en résonance sur la fréquence propre N' de vi bration acoustique du transducteur Q, laquelle ne dépend pas seulement de ses dimensions géométriques intrinsèques, nais aussi de son environnement: pres- sion et hauteurdu liquide injecté en A; longueur de la gerbe d'aérosol émise par sa tige F ; température; degré de serrabe du triplet; tous paramètres variant continuellement.Un triplet piézo-électrique étant, de plus, un résona teur @ grande sélectivité, le moindre désaccord entre sa fréquence propre N' et la fréquence N de I'oscillateur électronique suffit à arrêter la gerbe d'aérosol. I1 faut donc compléter le schéma de principe de la figure I par un dispositif de synchronisation automatique entre le transducteur et le gé nérateur: on aboutit alors à la figure 2 qui représente une ligne X de cou plage rétro-actif ou de réinjection in erse entre transducteur et oscillateur. La présente invention est caractérisée par l'utilisation d'un oscillateur à transistor dont le circuit est sembla@le à celui d'un oscillateur-blocking et dont la figure 3 représente le schéma de principe. P3 représente un transformateur de couplage entre le transistor oscillateur T ( ici un npn) et un triplet Q. Le collecteur de T est connecté à l'extrémité a du primaire P, réuni par sa Brisé médiane au rôle positif d: la source continue U d'alimen- tation. A l'extrémité opposée b du primaire P , est couplée la base du transistor T à travers un condensateur C ; cette base est polarisée à partir du pôle positif de la source U par la résistance R de polarisation. Le couplage réactif entre circuit collecteur et base est donc très serré et, l'enroulement primaire n'étant pas accordé par un condensateur, on voit immédiatement la similitude de circuits avec un oscillateur-blocking. a diode D est une diode de sécuritéS connectée entre l'extrémité b et le pôle négatif de U ( ici représenté à la masse), anode au négatif, donc diode polarisée par une tension U. Son rôle est de limiter les surtensions de rupture de courant aux bornes de la self primaire P, qui surviennent dans un oscillateur-blocking à l'instant de la saturation, où la tension négative accumulée sur le condensateur C se trouve brutalement appliquée à la base; la surtension ( e = - L di ) qui en résulte est une impulsion positive sur le dt collecteur, donc une impulsion négative sur l'extrémité opposée symétrique, côté base (point b ). @uand cette impulsion négative dépasse en amplitude la valeur U de la tension d'alimentation, la diode polarisée D devient conductrice et, amortissant le transformateur, écrète l'impulsion. L'expérience montre qu'un tel ensemble, selon la figure 3, constitue un oscillateur dont la fréquence se synchronise automatiquement sur la fréquence propre de résonance acoustique du transducteurs et ceci dans une large bande de variations de cette dernière. On dit que:un tel ensemble est " verrouillé" en fréquence sur sa charge. L'explication de cette synchronisation automatique peut être donnée de façon simplifiée , en se rappelant les propriétés des oscillateurs-blocking: l'apparition brusque d'une impulsion négative sur la base à l'instant de la saturation engendre dans le circuit collecteur une onde à front raide qui, transmise au secondaire, applique au Triplet une excitation par impulsions.La réponse impulsionnelle d'un système pendulaire é tant une onde amortie sinusoïdale à la fréquence propre du système, le Triplet entre alors en vibration acoustique sur sa fréquence propre N@. Or, le phénomène piézo-électrique étant réversible, ces vibrations acoustiques engendrent des courants éleotriques de même fréquence N' dans le secondaire S, qui les induit au primaire P qui les applique, à travers C, à la base du transistor T qui en assure l'entretien et engendre finalement des ondes sinusoïdales entretenues de fréquence N'. L'entretien de ces oscillations électriques s'effectue donc par l'intermédiaire du Transducteur, à travers les deux opé- rations piézo-électriques réversibles, et c'est précisément ce fait qui ex plique l'excellent verrouillage de fréquence et la très bonne stabilité de cet ensemble GénérateurtTriplet. Trois variantes du montage de la figure 3 sont données aux figures 4, 5 et 6. La figure 4 représente un couplage réactif de la base du transistor, non plus à l'extrémité b , mais . une crisse intermédiaire entre la prise m diane et le point b . La figure 5 représente un couplage réactif de la base du tran sistor par un enroulement séparé couplé inductivement au primaire, La figure 6 repésente le collecteur réuni directement au pale positif d la source d'alimentation ( en supposant un transistor npn), avec insertion de l'enroulement primaire entre le pale négatif et l'émetteur, la base étant reliée à une extrémité opposée; on peut alors réunir le pale positif à la sasse du chassie mtallique, et mettre ainsi le boîtier du transistor, nor malement relié au collecteur, en contact direct avec le chassis métallique, ce qui améliore la dissipation thermique. D'une façon générale, l'oscillateur a transistor qui caractérise la présente invention, en combinaison avec un triplet piézo-électrique producteur d'aé rosols, étant réalisé selon le schéma d'un oscillateur-blocking, avec pri- maire non accordé et fort couplage réactif entre base et collecteurs tous les schémas d'oscillateur-blocking à transistor constituent des variantes possi bles dans le cadre de la présente invention. Les applications de cette invention concernent l'atomisation ou nébulisation des liquides, ou le1lr transformation en aérosols, et toat particulièrement l'atomisation du mazout ou " fuel-oil ", p-rmettant une réalisation simple, stable et pratique et économique de brûleur à mazout. Une ultime remarque avant de terminer cet exposé, bien qu'elle soit évidente: dans tous les montages ci-dessus où l'on a mentionné une prisé médiane au primaire, il est évident qe l'expression " médiane " n'a aucun caractère rigoureux, mais seulement recommandé; on peut la déplacer légèrement au voi sinage du point milieu tout en conservant un excellent fonctionnement. - REVENDICATIONS I) L'objet de la presente invention est un générateur ultra-sonique d'aéro- sols, comprenant un oscillateur électronique couplé par transformateur à un triplet piézo-électrique et caractérisé par un verrouillage automatique de la fréquence de l'oscillateur électrique sur la fréquence propre de résonance acoustique du triplet. Cette synchronisation automatique est obtenue par l'utilisation d'un montage auto-oscillateur à transistor,similaire à un oscillateur-blocking, dont le circuit collecteur débite sur un primaire non accorde couplé à un secondaire chargé par un triplet piézo-électrique.Une diode de sécurité est connectée entre l'extrémité du primaire opposée au collecteur et le pôle négatif de la source d'alimentation ( dans le cas d'un transistor npn) écrétant les surtensions transitoires0 2) Une variante du paragraphe précédent, concernant l'oscillateur à transistor, comparte un couplage réactit de la base par une prise intermédiaire du primaire entre la prise d'alimentation et l'extrémité opposée au collec teur. 3) Une variante du premier paragraphe, concernant l'osoillateur à transistor, comporte un couplage réactif de la base par un enroulement séparé couplé inductivement au primaire. 4 > une variante du premier paragraphe concernant l'oscillateur à transistors (supposé du type npn), consiste à réunir directement le collecteur au pâle positif de la source d'alimentation et à insérer le circuit de collecteur entre le pôle négatif et l'émetteur, la base étant reliée a' une extrémité opposée; en mettant le pôle positif de la source à la masse du chassis, le boîtier du transistor se trouve ainsi à la masse et bénéficie d'un refroidissement optimum. 5) d'une façon générale, à titre de variante du premier paragraphe, concernant l'oscillateur à transistor, tous les circuits connus déjà d'oscillateurs du type " Blocking" constituent des variantes applicables à ce générateur ultra-sonique d'aérosols.