Brevet FR2144633A1 — publié le 19730216

On connait de nombreuses applications où l'on désire mettre en contact un liquide et un gaz, ces deux termes devant stentendre dans un sens très large, c'est-à-dire englober le cas où le zaz contient en suspension des particules liquides ou solides, et celui où le liquide est également chargé de particules solides, ce liquide pouvant d'ailleurs être au besoin une émulsion. On peut citer à titre d'exemple le cas du lavage des gaz de combustion pour en éliminer les substances polluantes (poussières, composés sulfurés), susceptibles d'être absorbées par le liquide. Un procédé très généralement adopté pour réaliser cette mise en contact consiste à pulvériser le liquide dans une chambre traversée par le gaz. Si la pulvérisation est assez fine, le liquide absorbe un pourcentage élevé des substances à éliminer. Toutefois avec les pulvérisateurs connus l'on est amené à procéder à des pulvérisations multiples, ce qui nécessite des appa- reils très encombrants. En outre si l'on veut pulvériser le liquide sous forme très fine, comme cela est indispensable pour s 'assurer les meilleurs résultats, on doit mettre en oeuvre des pulvérisateurs qui ne peuvent fonctionner qu'avec un liquide très pur, ce qui interdit tout traitement par le moyen de bouillies renfermant des particules solides. L'invention vise à remédier à ces inconvénients et à permettre d'établir un appareil qui assure une pulvérisation extrêmement fine, occupant pratiquement tout le volume utile de la chambre à l'intérieur de laquelle celui-ci est monté, ce qui réduit par conséquent au minimum l'encombrement de l'appareillage nécessaire. Conformément à l'invention l'appareil comprend une colonne tubulaire, substantiellement verticale, perforée d'orifices appropriés, à l'intérieur de laquelle tourne une vis d'Archimède occupant au moins la partie basse de la colonne et dont l'extrémité inférieure est constamment alimentée en liquide à pulvériser. La vis agit à la façon d'une pompe à hélice pour élever le liquide à l'intérieur de la colonne, celui-ci sortant par les orifices multiples prévus dans cette dernière. L'expérience montre qu'il est avantageux que la vis s'étende sur toute la hauteur de la zone perforée de la colonne, ses spires jouant le rôle de raclettes pour projeter le liquide contre la paroi de la colonne et pour interrompre périodiquement et diviser les jets qui sortent de celle-ci. Dans une disposition préférée on donne au noyau axial de la vis d'Archimède un profil tronconique à diamètre croissant en di rection du haut. Dans ces conditions la section du passage tubulaire ménagé entre ce noyau et la colonne tubulaire diminue à mesure qu'on s'élève, ce qui oblige le liquide à se répartir régulièrement à travers les perforations sur toute la hauteur de la colonne. Suivant une forme d'exécution particulièrement avantageuse on fait tourner la colonne en sens inverse de la vis et l'on réalise les perforations de cette colonne sous la forme de passages incurvés en spirale orientés dans le sens de la rotation de celle-ci en allant de l'intérieur vers l'extérieur. Avec une telle disposition les passages ménagés dans l'épaisseur de la colonne agissent à l'instar d'une pompe centrifuge en assurant ainsi une pulvérisation très fine. La colonne peut avantageusement être réalisée par empilage de rondelles creusées de rainures appropriées, les rainures d'une rondelle étant fermées par la partie pleine de la rondelle suivante. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est un schéma d'une installation d'épuration de gaz comportant application d'un appareil pulvérisateur suivant l'invention. Fig. 2 est une coupe verticale de l'appareil pulvérisateur lui-même. Fig. 3 est une vue en plan de l'une des rondelles qui constituent la colonne tubulaire tournante de l'appareil. Fig. 4 en est une coupe suivant IV-IV (fig.3). Fig. 5 et 6 sont des coupes verticales-partielles montrant des variantes de réalisation de la partie inférieure de la colonne tournante de l'appareil. En fig. 1 on a représenté en 1 une chambre propre à être traversée par le gaz à traiter. Dans l'exemple figuré cette chambre comporte un corps cylindrique avec un fond tronconique la équipé d'une sortie appropriée lb, normalement fermée, mais par l'intermédiaire de laquelle on peut assurer le nettoyage de la chambre. Le gaz entre dans le bas de la chambre 1 par une canalisation latérale qui se trouve en avant du plan de coupe et qu'on a indiquée en traits interrompus en 2. Il en ressort par une ouverture latérale supérieure lc située en arrière du plan de coupe et qu'on a donc figurée en traits pleins. L'ouverture lc est reliée par l'intermédiaire d'une conduite 3 à l'entrée tangentielle 4a d'un sépa rateur cyclone 4. Celui-ci comporte comme à l'ordinaire une canalisation supérieure axiale 5 de sortie de gaz, tandis que les particules liquides ou solides entraînées par celui-ci retombent dans la partie inférieure tronconique 4b du séparateur pour être ramenées dans le fond de la chambre 1 par une canalisation de retour 6. Dans l'axe de la chambre 1 est monté le système pulvérisateur désigné en fig. 1 par la référence générale 7. Comme on le verra plus loin, ce dispositif comprend une partie extérieure et une partie intérieure entraidée en rotation en sens inverse l'une de l'autre. La commande est assurée par deux poulies, respectivement 8 et 9, disposées au-dessus de la paroi supérieure de la chambre 1 et commandées par des courroies à partir de deux moteurs électriques, respectivement 10 et 11, à axe vertical, supportés par des consoles appropriées. Les deux parties tournantes qui constituent le pulvérisateur 7 sont portées par un palier inférieur 12. Elles traversent la paroi supérieure de la chambre 2 à travers un palier 13. Fig. 2 montre le détail du dispositif 7. Il comprend un arbre ou noyau axial 14 dont la partie inférieure est cylindrique, tandis que la partie supérieure est conique à diamètre croissant, comme indiqué par exemple en 14a. Sur cet arbre est soudée une spire 15 de vis d'Archimède, le diamètre extérieur de cette spire é- tant au contraire constant sur toute la hauteur de l'arbre 14-14a. La spire 15 ne s'étend pas tout à fait jusqu'à l'extrémité inférieure de l'arbre 14, laquelle tourne dans une portée de guidage 16 elle-même montée à rotation dans une couronne 17 que vient fermer un boîtier protecteur 18 propre à former cuve à huile ou autre liquide empêchant les impuretés de s'infiltrer entre les pièces tournantes. Au-dessus de la partie tronconique 14a l'arbre 14 est solidaire d'un prolongement cylindrique 14b, à diamètre réduit, sur l'extrémité supérieure dépassante duquel est montée la poulie 8. Cette partie 14b est supportée et centrée par des roulements à billes 19 montés à l'intérieur d'un manchon 20 qui se prolonge en direction du haut par une partie tubulaire 20a, à diamètre notablement plus faible, lequel porte en bout la poulie 9. Ce prolongement 20a du manchon 20 est à son tour porté à rotation par des roulements à billes 21 montés dans une douille 22 laquelle est fixée à la paroi supérieure de la chambre 1, paroi qu'on a référencée ld en fig.2. L'extrémité inférieure du manchon 20 est d'autre part solidaire d'une bride 23. Entre cette bride 23 et la portée de guidage 16 est interposée une colonne tournante qui entoure étroitement la vis 14-15. Cette colonne comprend deux parties, savoir une partie inférieure 24 et une partie supérieure 25. La partie inférieure 24 est constituée par un tube, par exemple en métal, largement découpé de fenêtres, telles que 24a. Il s'élève substantiellement sur la hauteur de la partie de la vis 14-15 dans laquelle le noyau est à diamètre constant. Il comporte à ses extrémités deux brides 24b, 24c qui permettent de l'assembler d'une part avec la portée 16 (réalisée sous forme d'une bague à épaulement), d'autre part avec la partie supérieure 25 de la colonne tournante. Cette partie supérieure 25 est constituée par un empilage de rondelles en matière plastique traversées par des tiges d'assemblage qui viennent se fixer à la bride 24c ainsi qu'à une rondelle supérieure 26 fixée à la bride 23 de toute manière appropriée. Fig. 3 et 4 montrent bien la conformation d'une des rondelles constitutives de la partie supérieure 25. Comme montré, cette rondelle, qu'on a référencée 27 en fig. 3 et 4, comporte une face plane 27a, tandis que dans la face opposée on a creusé une série de rainures 27bincurvées en forme de spirale, ces rainures étant séparées les unes des autres par des saillies intermédiaires 27c dans lesquelles sont pratiqués les trous de passage des tiges d'assemblage 28. On comprend que dans l'empilage la face lisse 27a d'une rondelle 27 vient recouvrir les rainures 27b de la rondelle adjacente, lesquelles se trouvent ainsi transformées en passage de sortie. La vis 14-15 est entraînée dans le sens correspondant à l'ascension du liquide à l'intérieur de la colonne tournante 7, c 'est-à-dire qu'en fig. 2 cette vis tournera dans le sens dextorsum pour un observateur la regardant par dessus. La colonne 7 tourne en sens inverse (donc dans le sens sinistorsum) et les passages 27b sont orientés dans le sens de rotation, le tout comme indiqué par la flèche 29 en fig. 3. Dans ces conditions le fonctionnement est le suivant Le liquide (eau, solution aqueuse, etc...) par lequel on entend traiter le gaz est maintenu dans la chambre 1 à un niveau correspondant au raccordement entre cette chambre et son fond tronconique la. Il pénètre donc librement à l'intérieur de la colonne 7 par les fenêtres 24a. Sous l'effet des spires de la vis, agissant à la façon d'une pompe à hélice, ce liquide est refoulé vers le haut à l'intérieur de la partie 25. La pression de pompage et la force centrifuge s'ajoutent pour tendre à l'expulser par les rainures 27b. Mais comme ces rainures sont orientées dans le sens de la rotation de la colonne, la sortie du liquide implique une augmentation de son énergie cinétique, de sorte qu'il s'établit en quelque sorte une contre-pression s'opposant à sa sortie.Le liquide ne traverse donc les rainures 27b qu'au fur et à mesure où il est obligé de le faire par l'augmentation du diamètre de la partie tronconique 14a du noyau. Comme cette augmentation est progressive, le débit de liquide est réparti régulièrement sur toute la hauteur de la partie 25. En raison de la rotation rapide de la colonne, le liquide sortant des passages 27b est uniformément pulvérisé sous fcr;ne très fine. En outre les spires de la vis interrompent périodiquement les filets qui s engagent dans les rainures 27b, ce qui contribue également à briser les gouttelettes liquides. Finalement on obtient une répartition homogène de gouttelettes très fines dans tout le volume délimité par la chambre 1, ce qui assure le traitement efficace d'un gaz, par exemple par absorption des composés polluants qu'il peut renfermer. Les gouttelettes entrainées par le gaz sont séparées dans le cyclone 4 et reviennent à la cuve par la canalisation 6. Bien entendu si le liquide de traitement est constitué par une solution d'un réactif chimique qui s'épuise au contact du gaz, on prévoit des canalisations appropriées reliées au bas de la cuve 1 pour assurer son renouvellement. Dans la forme d'exécution qu'on vient de décrire l'agitation du liquide renfermé par la partie inférieure tronconique la de la chambre 1 n'est assurée que par la circulation résultant de la prise de ce liquide à travers les fenêtres 24a et de son retour après pulvérisation, ce qui peut être insuffisant dans certains cas. Fig. 5 et 6 montrent deux dispositions qui permettent d'assurer une agitation plus intense sans pour autant avoir à recourir à des organes agitateurs particuliers. n fig. 5 la colonne 24 comporte, au-dessous des fenêtres 24a, d'autres fenêtres 24d de hauteur moindre. En outre la partie de la vis située entre le milieu (dans le sens vertical) des fenêtres 24a et le bas de la colonne 24 comporte des spires 15a de sens opposé à celui des spires 15a de sens opposé à celui des spires 15 s'étendant entre le milieu des fenêtres 24a et le haut de l'arbre 14.Dans ces conditions lorsque l'arbre 14 tourne dans le sens voulu, les spires 15a refoulent le liquide vers le bas et non vers le haut, de sorte qu'il stéta- blit à travers le bas des fenêtres 24a et les fenêtres 24d une circulation descendante à laquelle correspond évidemment à l'exté- rieur de la colonne une circulation remontante qui assure l'agitation requise. Dans la forme d'exécution de fig. 6 on retrouve les fenêtres inférieures 24d, mais ici la partie basse de l'arbre 14 est tronconique avec la pointe du cône orientée vers le bas, jus qu'à un niveau situé substantiellement à mi-hauteur des fenêtres 24a. Les spires 15 sont de même sens sur toute la hauteur de l'arbre. Dans ces conditions le liquide est aspiré à travers les fenêtres 24d, mais en raison du tronc de cône 14c, il est refoulé vers l'extérieur à travers le bas des fenêtres 24a, ce qui établit là encore une circulation inverse de celle de fig. 5, mais également propre à maintenir le liquide en agitation dans le fond de la chambre. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplagant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. C'est ainsi par exemple que les spires de la vis pourraient s'arrêter au-dessous de l'extrémité supérieure de la partie tronconique 14a du noyau, voire même immédiatement au-dessus de la partie inférieure 24 de la colonne. REVENDICATIONS 1 - Appareil pulvérisateur, notamment pour le traitement d'un gaz par un liquide, caractérisé en ce qu'il comprend une colonne tubulaire substantiellement verticale perforée d'orifices appropriés, à l'intérieur de laquelle tourne une vis d'Archimède occupant au moins la partie basse de la colonne et dont l'extrémité inférieure est constamment alimentée en liquide à pulvériser. 2 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la vis d'Archimède s'étend sur toute la hauteur de la zone perforée de la colonne. 3 - Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la vis d'Archimède est à débit progressivement décroissant de bas en haut. 4 - Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le noyau.axial de la vis d'Archimède comporte dans la partie perforée de la colonne un profil tronconique à diamètre croissant en direction du haut, le diamètre extérieur des spires de cette vis étant au contraire constant. 5 - Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la vis comporte dans le bas une partie à noyau à profil cylindrique qui tourne à l'intérieur d'un prolongement de la colonne vers le bas, ce prolongement, destiné à être noyé dans le bain du liquide à pulvériser, étant largement ouvert pour permettre au liquide d'accéder à la vis. 6 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que la colonne tubulaire tourne en sens inverse de la vis. 7 - Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les perforations de la colonne sont réalisées sous la forme de passages incurvés en spirale orientés dans le sens de la rotation de cette colonne en allant de l'intérieur vers l'extérieur. 8 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la colonne est réalisée par un empilage de rondelles creusées de rainures appropriées, les rainures d'une rondelle étant fermées par la partie pleine de la rondelle suivante. 9 - Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le prolongement de la colonne vers le bas comporte des fenêtres multiples, la partie de la vis située à l'intérieur de ce prolongement étant agencée de manière à assurer une circulation extérieure du li quide entre ces fenêtres pour maintenir en état d'agitation le bain qui entoure ledit prolongement.