Brevet FR2282946A1 — publié le 19760326

La présente invention concerne la pulvérisation et l'atomisation des liquides. Elle a pour objet un procédé que l'on peut employer genie chimique - dans des domaines tres varies :/peinture au pistolet, extinction des incendies par projection d'eau pulvérisée, pulvérisation de compositions insecticides ou anticryptogamiques sur les cultures, production d'aérosols divers, etc... L'invention concerne aussi un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé, et en particulier, un extincteur d'incendie à eau pulvérisée. Trois procédés sont employés couramment pour pulvériser les liquides. L'un de ces procédés consiste à employer un impulseur rotatif pour pulvériser le liquide par centrifugation. Ce procédé ne donne qu'unie pulvérisation grossière et est peu utilise. Selon un procédé très usuel, le liquide est pulvérisé par l'effet de sa propre pression. On injecte le liquide tangentiellement dans une cavité à l'intérieur de Ruelle il prend un mouvement de rotation très rapide tout en progressant vers un orifice central. A la sortie de celui-ci, le jet de liquide prend la forme d'une mince nappe conique puis se brise en gouttelettes plus ou moins fines. L'appareil se bouche fréquemment si le liquide contient des particules en suspension. Ce procédé ne permet pas d'obtenir des gouttelettes de grosseur uniforme. Un troisième procédé consiste à pulvériser le liquide au moyen d'un jet de gaz comprimé. Dans ce procédé, la pulvérisation résulte de la rencontre du jet de gaz avec un jet du liquide à pulvériser. La pulvérisation est assez grossière et la consommation de gaz comprimé est importante parce qu'une faible fraction seulement de l'énergie libérée par la détente du gaz est effectivement utilisée à vaincre les forces de cohésion du liquide. La présente invention a pour but de proposer un nouveau procédé de pulvérisation qui ne présente pas les inconvénients qui viennent d'être mentionnés. La déposante a découvert que l'on peut pulvériser ou atomiser un liquide en l'injectant en même temps qu'un gaz comprimé dans un mélangeur statique convenablement choisi, dans lequel le gaz se détend. Selon l'invention, on-emploie un pulvérisateur qui comprend essentiellement un mélangeur statique du type de ceux qui sont constitués par un tube cylindrique dans lequel sont insérés un garnissage ou une suite d'organes fixes ayant pour fonction d'imposer aux courants de fluides de multiples cisaillements et changements de direction, ce mélangeur étant calculé pour que, aux débits souhaités, l'écoulement des fluides y soit très turbulent. Un ajutage approprié, rapporté à l'extrêmité aval du tube du mélangeur, donne au jet de liquide pulvérisé le profil voulu. Des conduits appropriés amènent à l'entrée du mélangeur le(s) liquide(s) à pulvériser et un gaz auxiliaire sous pression. Dans des conditions de pression et de débit appropriées, la détente du gaz dans le mélangeur pulvérise et propulse le(s) liquide(s). On peut employer tout mélangeur statique du type spécifié. Il en existe un grand nombre de modèles. Le mélangeur peut notamment être constitué par un tube dans lequel est inséré un garnissage. Ce garnissage peut consister en un empilement d'éléments ayant une forme appropriée. Ou encore, le mélangeur peut notamment être constitué par un tube cylindrique dans lequel est insérée une série d'éléments ayant une forme et une disposition appropriées. Entre autres, on peut employer notamment un mélangeur du type décrit dans les brevets américains nO 3.286.992, 3.664.638 et brevets - 3.704.006 ainsi que dans le afrançais-n 71-06177 et 72-02263. Dans tout ce qui suit, les termes mélangeur d'Armeniades" désigneront un mélangeur de ce type. Ce type de mélangeur convient très bien ala mise en oeuvre de l'invention. Il est constitué essentiellement par un tube cylindrique dans lequel est insérée une série d'ailettes fixes ayant une forme particulière. La largeur de chaque ailette est sensiblement égale au diamètre intérieur du tube et la longueur de chaque ailette est au moins égale å 1,25 fois le diamètre intérieur du tube.Chaque ailette est courbée de manière à imposer aux fluides qui parcourent le mélangeur un mouvement de rotation par rapport à l'axe du tube. On peut former une ailette de cette sorte, par exemple, à partir d'une plaquette rectangulaire dont la largeur est égale au diamètre intérieur du tube, en tordant cette plaquette de manière à faire tourner les petits côtés l'un par rapport à l'autre d'un certain angle autour de la grande médiane. Les grands côtés de chaque ailette portent sur la surface interne du tube et chaque ailette partage en deux la section transversale du tube. Les ailettes sont orientées de telle façon que le bord d'attaque de chaque ailette, à l'exception de la première ailette en amont du mélangeur, fasse un angle non nul avec le bord de fuite de l'ailette précédente. Pour mettre en oeuvre la présente invention, on emploie de préférence un mélangeur d'Armeniades ayant les caractéristiques qui sont précisées ci-après. La longueur de chaque ailette est de préférence comprise entre 1,3 et 3 fois le diamètre intérieur du tube. L'angle de torsion de chaque ailette, cteEt-à-dire l'angle que font entre eux son bord d'attaque et son bord de fuite, ntest nullement critique. Toutefois, il est préférable que cet angle soit compris entre 1200 et 2400. Un angle de torsion d'environ 1800 est parfaitement approprié. Le mélangeur utilisé peut contenir de 5 à 30 ailettes. Il en contient, de préférence, entre 10 et 20. Les ailettes peuvent être fixées à une certaine distance l'unie de l'autre. De préférence, le bord d'attaque de chaque ailette, à l'exception de la première ailette en amont du mélangeur, est en contact et fait un angle non nul avec le bord de fuite de l'ailette précédente. Cet angle peut être compris par exemple entre 300 et 1500q De préférence, il est d'environ 900. On emploie de préférence un mélangeur d'Armeniades ayant des nombres sensiblement égaux d'ailettes courbées dans l'un et l'autre sens. Les ailettes des deux types peuvent être réparties au hasard. De préférence, elles sont ordonnées en groupes égaux, les groupes ailettes courbées dans un sens alternant avec les groupes d'ailettes courbées dans l'autre sens. On préfère particulièrement la disposition suivante. L'angle de torsion de chaque ailette est de 1800 environ ; les ailettes adjacentes sont tordues en sens opposés ; elles se touchent et les bords en contact font un angle de 900 environ. De préférence, les ailettes sont fixées les unes aux autres par leurs points de contact. Cette fixation peut être faite notamment par soudure ou par brasure. Les ailettes ainsi assemblées peuvent être immobilisées dans le tube par un moyen quelconque approprié. De préférence, elles sont introduites de force dans le tube et la dernière ailette en aval du tube prend appui contre l'ajutage solidaire de celui-ci. Ce mode d'assemblage rend possibles le démontage du mélangeur et le remplacement des ailettes. L'ajutage qui est rapporté au tube du mélangeur donne le profil voulu au jet de liquide pulvérisé. Cet ajutage peut comporter un ou plusieurs trous cylindriques ou coniques. Le diamètre des trous est suffisamment grand pour que le courant de fluides ne subisse qu'unie perte de charge assez faible en les traversant. Un courant de gaz comprimé et le(s) liquide(s) à pulvériser sont amenés séparément à l'entrée du mélangeur par des conduits appropries. De préférence, un ensemble de tubes cylindriques coaxiaux débouche dans une cavité qui est aménagée juste en amont du mélangeur et qui communique directement avec celui-ci. Les gaz utilisables comprennent notamment l'air ou l'azote comprimé, la vapeur d'eau sous pression, le dichloro-difluorométhane, etc.. Le choix du gaz le plus approprié dépend de l'application particulière qui est faite du procédé. Celui-ci permet en effet de pulvériser les liquides les plus divers, dans des buts variés. L'un des avantages du procéde réside dans le fait qu'il permet de pulvériser toute matière susceptible d'strie pompée ou de couler. Il peut s'agir d'un liquide homogène et peu sisqueuxs comme l'eau, ou d'un liquide visqueux, ou d'un liquide contenant aea particules solides en suspension. La figure 1 des dessins annexés est un schéma de principe qui est donné à la seule fin dtillustrer~la description du procedé. Ce schéma concerne la pulvérisation d'un liquide, mais le procédé permet d'en pulvériser simultanément plusieurs. Le liquide à pulvériser est injecté par le conduit 7 et l'orifice calibré 2 dans une chambre 3 où il rencontre le gaz comprime qni est introduit par le conduit 4. La chambre 3 débouche dans un mélangeur constitué par un tube 5 dans lequel sont insérés un garnissage ou une suite d'éléments appropriés, par exemple, comme le représente le dessin, une suite d'ailettes du type mentionné plus haut. Le tube 5 est pourvu d'un ajutage 6. Le courant de fluides subit une perte de charge en parcourant le mélangeur et il en subit une autre en traversant l'ajutage. Selon une earactéristique préférentielle de l'invention le mélangeur et l'ajutage coopèrent de telle façon que la perte de charge à travers l'ajutage soit relativement faible. De préférence, le mélangeur et l'ajutage sont calculés pour que la perte de charge à travers l'ajutage soit inférieure à 80%, ou mieux encore, inférieure à 50% de la perte de charge totale. Le régime de l'écoulement des-fluides dans le mélangeur exerce une influence décisive sur la pulvérisation du liquide. Le mélangeur est calculé pour que, aux débits souhaités, l'écoulement des fluides soit très turbulent. De préférence, le débit du gaz auxiliaire est tel qutil occupe à la sortie de l'ajutage, après s'être détendu, un volume au moins 30 fois, ou mieux encore, au moins 50 fois plus grand que celui du liquide introduit dans le pulvérisateur. En général, il n'est pas nécessaire que le rapport desdits volumes soit supérieur à 150 pour 1. Dans les cas favorables, par exemple, si le liquide est peu visqueux et qu'on ne désire pas obtenir des gouttelettes très fines, il est possible d'obtenir une pulvérisation suffisante du liquide en amenant le gaz auxiliaire à l'entrée du mélangeur sous une pression excédant de 2 à 3 bars seulement celle qui règne à l'extérieur. Un gaz sous une pression excédant de 5 à 20 bars celle qui règne à l'extérieur du pulvérisateur permet d'obtenir la pulvérisation très fine d'un liquide quelconque. On pourrait employer des pressions plus élevées , mais cela ne présenterait aucun intérêt. Il est commode d'introduire le gaz auxiliaire sous une pression pratiquement constante à l'entrée du mélangeur. De préférence, la vitesse d'écoulement des fluides, à l'entrée du mélangeur, est supérieure à 10 mètres/seconde ou, mieux encore, à 25 mètres/seconde. On peut introduire le liquide à l'entrée du mélangeur par dspiration, en employant un éjecteur utilisant l'énergie libérée par une détente partielle du gaz auxiliaire. De préférence, on injecte le liquide à travers un orifice calibré, sous une pression qui, en amont de cet orifice, est au moins égale à celle du gaz auxiliaire. On peut alors régler le débit du liquide pulvérisé en agissant soit sur sa pression, soit sur la section de l'orifice à travers lequel il est injecté. Le procédé selon l'invention se prête à des mises en oeuvre très-variées, selon la nature et la destination du liquide à pulvériser. Le liquide peut être une peinture, le procédé étant utilisé pour l'application de la peinture au pistolet. Le liquide peut être une composition que l'on pulvérise sur les cultures pour les traiter, par exemple une composition herbicidé, insecticide ou anticryptogamique. Le liquide peut être del'eau, additionnée éventuellement d'un agent mouillant, le procédé étant utilisé pour éteindre les incendies. On peut aussi employer ce procédé de pulvérisation dans les opérations de transfert de chaleur ou de matière qui comprennent la mise en contact d'une phase dispersée liquide et d'une phase continue gazeuse. Par exemple, on peut employer ce procédé pour pulvériser un liquide dans une enceinte telle qu'une tour de contact, parcourue par un courant de gaz. En particulier, on peut employer ce procédé dans un système de conditionnement d'air comprenant le lavage, le refroidissement ou l'humidification de l'air par pulvérisation d'eau. On peut envisager bien d'autres variantes du procédé sans sortir du cadre de l'invention. La présente invention n'a pas seulement pour objet le procédé qui vient d'être décrit. Elle a aussi pour objet un pulvérisateur ou un atomiseur de liquides qui permet d'utiliser ce procédé et est caractérisé par le fait qu'il comprend - un mélangeur statique du type de ceux qui sont constitués par un tube- cylindrique dans lequel sont insérés un garnissage ou une suite d'or ganes fixes ayant pour fonction d'imposer aux courants de fluides de multiples cisaillements et changements de direction, ce mélangeur étant calculé pour que, -aux déhits souhaités, l'écoulement des fluides y soit très turbulent, - un ajutage approprié, rapporté à l'extrêmité aval du tubedu mélangeur, pour donner au jet de liquidé pulvérisé le profil voulu, - des conduits appropriés permettant d'amener en amont du mélangeur le(s) liquide(s) à pulvériser et un courant de gaz auxiliaire. De préférence, le mélangeur et l'ajutage coopèrent de telle façon que la perte de charge des fluides à travers Il importe que le gaz auxiliaire subisse une perte de charge notable en parcourant le mélangeur. Les caractéristiques de celui-ci, notamment le diamètre intérieur du tube et la longueur occupée par le garnissage ou les éléments qui y sont insérés, sont calculées à cet effet. De préférence, les caractéristiques du mélangeur sont calculées pour que le gaz auxiliaire subisse une perte de charge de 5 à 20 bars entre lten- trée -et la sortie, le débit du gaz étant tel qu'il occupe après détente à la sortie de l'ajutage, un volume 30 à 150 fois plus grand que celui du liquide. De préférence, le mélangeur est calculé peur qu'en outre la vitesse d'écoulement des fluides à son entrée soit supérieure à 10 mètres/seconde, ou mieux encore, supérieure à 25 mètres/seconde. Selon mne variante de l'invention, le pulvérisateur est raccordé à une réserve d'eau et à une réserve d'azote comprimé pour constituer un extincteur d'incendie à eau pulvérisée. Les figures2 et 3 des dessins annexés représentent aché- matiquement deux exemples de réalisation de lextincteur selon l'invention. La figure 2 concerne une installation mobile. Le pulvérisateur 7 est utilisé comme lance. 1l est raccordé à un réservoir d'eau 8 par l'intermédiaire d'une vanne 9, d'un tuyau souple 10, et d'un tube plongeur 16. Le pulvérisateur est raccordé d'autre part à une bouteille d'azote comprimé il par l'intermédiaire d'une vanne 12, d'un tuyau souple 13 et d'un détendeur 14. Celui-ci est réglé pour détendre à une pression de 5 à 20 bars l'azote emmagasiné dans la bouteille sous une pression de 200 bars. Le réservoir d'eau est relié à la bouteille d'azote par l'inter- médiaire d'un détendeur 17 réglé pour délivrer une pression au moins égale à celle de l'azote. Dans ces conditions, la portée de la lance est de 6 mètres. L'ensemble'de l'installation peut être monté sur un véhicule approprié. La f-igure 3 concerne une installation fixe. Elle comprend un certain nombre de pulvérisateurs 7a, 7b, 7c ... qui sont disposés a demeure aux endroits que l'on veut protéger contre un incendie éventuel . Les pulvérisateurs sont reliés d'une part à un réservoir ou à un reseau de distribution d'eau 19 par l'intermédiaire dssune pompe ou d'un surpresseur. Ils sont reliés d'autre part à une réserve d'azote comprimé 18. L'extincteur selon l'invention pulvérise l'eau de façon beaucoup plus fine et plus homogène que les extincteurs à eau pulvérisée du type classique. L'eau est donc utilisée plus efficacement. REVENDICATIONS 1. Procédé pour pulvériser ou atomiser un ou plusieurs liquides, carac térisé par le fait qu'il comprend - l'emploi d'un mélangeur statique du type de ceux qui sont constitués par un tube cylindrique dans lequel sont insérés un garnissagé ou une suite d'organes fixes ayant pour fonction d'imposer aux courants de fluides de multiples cisaillements et changements de direction, ce mélangeur étant calculé pour que, aux débits souhaités, l'écoulement de fluides y soit très turbulent, - l'emploi d'un ajutage approprié, rapporté à l'extrêmité aval du tube du mélangeur et donnant au jet de liquide pulvérisé le profil voulu, - et l'injection, dans ledit mélangeur, d'un gaz auxiliaire sous pression et d'un ou plusieurs liquides, dans des conditions de pression et de débit. telles que la détente du gaz dans le mélangeur pulvérise et propulse ce(s) liquide(s). 2. Procédé selon la revendication 1 et dans lequel le mélangeur statique est constitué par un tube cylindrique dans lequel est insérée une série de 5 à 30 ailettes courbées dont la forme et la disposition sont définies comme suit - la forme de chaque ailette est celle que l'on obtient à partir d'une plaquette rectangulaire dont la largeur est égale au dia mètre intérieur du tube, en tordant cette plaquette de ânière à faire tourner les petits côtés l'un par rapport à l'autre d'un certain angle autour de la grande médiane, - la longueur de chaque ailette est comprise entre 1, 3 et 3 fois le diamètre intérieur du tube, - l'angle que font entre eux les petits côtés de chaque ailette est compris entre 120 et 2400, - les grands côtés de chaque ailette portent sur la surface interne du tube et chaque ailette partage en deux la section transversale du tube, - les ailettes courbées dans un sens alternent avec les ailettes courbées dans le sens opposé, - le bord d'attaque de chaque ailette, à l'exception de la première, est en contact et fait un angle de 900 environ avec le bord de fuite de l'ailette précédente, - les ailettes sont assemblées par soudure ou brasure à leurs points de contact, - et la dernière ailette en aval prend appui en butée contre l'ajutage qui est rapporté à 11 extrémité du tube. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, et dans lequel le gaz auxiliaire est choisi parmi l'air, l'azote, la vapeur d'eau et le dichloro-difluorométhane. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et dans lequel: - le débit du gaz auxiliaire est tel qu'il occupe, après détente, à la sortie de l'ajutage du brûleur, un volume au moins 30 fois plus grand que celui du liquide, - le gaz auxiliaire est amené à l'entrée du mélangeur sous une pres sion qui excède de 2 à 20 bars celle qui règne à l'extérieur de l'appareil, et - la vitesse d'écoulement des fluides à l'entrée du mélangeur est supérieure à 10 mètres/seconde. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 et dans lequel - le débit du gaz auxiliaire est tel qu'il occupe, après détente, à la sortie de l'ajutage du brûleur, un volume 50 à 150 fois plus grand que celui du liquide, - le gaz auxiliaire est amené à l'entrée du mélangeur sous une pres sion qui excède de 5 à 20 bars celle qui règne à l'extérieur de l'appareil, et - la vitesse d'écoulement des fluides à l'entrée du mélangeur du brûleur est supérieure à 25 mètres/seconde. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et dans lequel le liquide est une peinture, ce procédé étant employé pour appliquer la peinture au pistolet. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et dans lequel le liquide est une composition pesticide, ce procédé étant employé pour le traitement des cultures. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et dans lequel le liquide est liteau, additionnée éventuellement d'un agent mouillant, ce procédé étant employé pour éteindre les incendies. 9. Procédé pour effectuer un transfert de matière ou de chaleur, du type comprenant la mise en contact d'une phase liquide dispersée et d'une phase gazeuse continue, caractérisé par le fait que la phase liquide est pulvérisée au moyen du procédé défini par l'une quelconque des revendications i à 5, dans une enceinte telle qu'une tour de contact qui est parcourue par la phase gazeuse. 10. Procédé de conditionnement d'air, caractérisé par le fait qutil com prend la pulvérisation d'eau par le procédé défini par l'une quelconque des revendications 1 à 5. 11. Pulvérisateur pour la mise en oeuvre du procédé défini par l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'il comprend - un mélangeur statique du type de ceux qui sont constitués par un tube cylindrique dans lequel sont insérés un garnissage ou une suite d'organes fixes ayant pour fonction d'imposer aux courants de fluides de multiples cisaillements et changements de direction, ce mélangeur étant calculé pour que, aux débits souhaités, l'écou lement des fluides y soit très turbulent, - un ajutage approprié, rapporté à l'extrêmité aval du tube du mélan geur, pour donner au jet de liquide pulvérisé le profil voulu, et - des conduits appropriés permettant d'amener en amont du mélangeur le(s) liquide(s) à pulvériser et un courant de gaz auxiliaire sous pression. 12. Pulvérisateur selon la revendication 11 et dans lequel le mélangeur et l'ajutage coopèrent de telle façon que la perte de charge du cou rant de fluides à travers l'ajutage soit inférieure à 80% de la perte de. charge totale subie entre l'entrée du mélangeur et la sortie de l'ajutage. 13. Pulvérisateur selon l'une quelconque des revendications11 ou 12 et dans lequel les caractéristiques du mélangeur, notamment le diamètre intérieur du tube et la longueur occupée par les organes qui y sont insérés, sont calculées pour que le gaz auxiliaire subisse une perte de charge de 5 à 20 bars, entre l'entrée et la sortie du mélangeur, et que la vitesse d'écoulement des fluides à ltentrée du mélangeur soit supérieure à 10 mètres/seconde, le débit du gaz auxiliaire étant tel qu'il occupe, après détente, à la sortie de l'ajutage, un volume 30 à 150 fois plus grand que celui du liquide. 14. Extincteur d'incendie à eau pulvérisée caractérisé par le fait qu'il comprend un ou plusieurs pulvérisateurs définis par lune quelconque des revendications 11 à 13, - et des moyens appropriés pour introduire dans ce pulvérisateur un courant d'azote sous une pression de 5 à 20 bars et un courant d'eau sous une pression au moins égale à celle du courant d'azote.