Brevet FR2299076A1 — publié le 19760827

La présente invention concerne un dispositif permettant de réaliser des mélanges de gaz et de liquides. Dans de nombreuses opérations industrielles, on réalise des mélanges de gaz avec des liquides en vue par exemple d'absorber des gaz dans un liquide, de dépoussiérer des gaz à l'aide d'un liquide ou de provoquer des réactions chimiques. De telles opérations s'exécutent couramment dans le secteur de l'industrie chimique et celui de l'epura- tion des eaux usées. Le brevet belge 772. 546 décrit un dispositif convenant pour ce dernier usage. Il est constitué par des pales de ventilateur disposées dans une botte à vent, elle-même montée au dessus d'un tube en forme de tulipe plongeant dans le liquide à traiter et qui est entrain avec les pales. Il est apparu que la constructions de ce dispositif est relativement compliquée. La réalisation en particulier de la botte à vent nécessite un travail de chaudronnerie ce qui augmente le prix de revient, ssDe plus, le frottement sur le liquide du tube plongeant en forme de tulipe réduit le rendement du dispositif. Le brevet américain 2.054.395 décrit également un dispositif servant à l'épuration des eaux dans lequel un liquide alimenté par un tube est centrifugé par des pales d'une hélice. Dans ce dispositif aucune admission d'air dans le dispositif de centrifugation n'est prévu. La présente invention vise à simplifier la forme et la conception même d'un dispositif permettant de réaliser des mélanges de gaz et de liquides. Un but complémentaire visé par 11 invention est d'accroltre le rendement de l'opération précitée. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un étage de ventilateur entraîné en rotation par un moteur surmontant un étage de distribution entraîné en rotation par solidarisation avec l'étage de ventilateur et constitué par au moins un plateau destiné à être amené à proximité du niveau du liquide à traiter et pourvu d'une ouverture centrale par laquelle ledit liquide est aspiré sous l'effet de l'étage de ventilateur et melan- gé avec le gaz alimenté entre l'étage de ventilateur et l'étage de distribution. L'étage de ventilateur peut être constitué par un ou plusieurs plateaux de forme quelconque pourvus d'aubes. La réalisation de tels plateaux est particulièrement simple, notamment par emboutissage. Les aubes peuvent être réalisées par emboutissage ou être soudées sur les plateaux. Il est également possible de les obtenir par coulée. Sous 11 effet de l'étage de ventilateur, qui est avantageusement entrainé selon l'invention à une vitesse de 1000 à 1500 tours/ minute, on observe en l'absence d'une quelconque enveloppe (carénage ou carrossage) au dispositif que l'eau est aspirée par l'ouverture centrale de l'étage de distribution en formant un jet dont l'importance peut être reglée par un choix approprié de cette ouverture centrale. L'étage de distribution étant solidaire de l'étage de ventilateur provoque une centrifugation et une pulvérisation de liquide ainsi aspiré lorsqu'il retombe sur l'étage de distribution,sous forme de fines gouttelettes de liquide mélangées aux gaz aspirés pour l'ouverture centrale de l'étage de ventilateur. En général, l'étage de distribution est obtenu par emboutissage-décolletage et est forme par au moins un plateau plat ou qui peut comporter des bords légèrement relevés de manière à affecter la forme d'une assiette. Dans ce dernier cas, il peut notamment entre disposé avec la concavité opposée au liquide et un léger enfoncement dans celui-ci de manière que le fond plonge dans le liquide et que les bords relevés dépassent le niveau du liquide. Quelle que soit la forme adoptée pour le ou les plateaux de l'étage de distribution, il est également possible de fixer un tube plongeant sur le pourtour de l'ouverture centrale qui prolonge le plateau inférieur de l'étage de distribution vers le bas et qui plonge dans le liquide. Ceci permet en remontant ledit plateau au dessus du niveau du liquide de réduire les effets de frottement de l'eau et d'augmenter le rendement #du dispositif. Ce tube peut lui même être entrainé par le plateau inférieur de l'étage de distribution mais il est avantageux pour réduire les frottements de garder le tube plongeant fixe et de le connecter au plateau par un joint rotatif tel qu'un joint à labyrinthe par exemple. La solidarisation de l'étage de ventilateur et de l'étage de distribution peut se réaliser avantageusement par des tiges ou tubes filetés qui permettent un réglage de l'espacement de ces deux étages Il est également possible de disposer un plateau sans ouverture agissant comme déflecteur entre l'étage de ventilateur et l'étage de distribution. On peut bien entendu adapter de nombreaux paramètres de construction à la nature des produits traités, à l'effet particulier recherché et aux conditions opératoires. C'est ainsi que le rapport des dimensions des plateaux et de l'ouverture centrale, associé à l'effet de dépression créé par l'étage de ventilateur (fonction de sa forme et de sa vitesse d'entratnement) permettent d'obtenir un mélange adéquat de gaz et de liquides. L'homme de l'art pourra aisément en faisant varier ces facteurs adapter le dispositif au but recherché. Généralement la présence d'un seul plateau par étage est suffisante pour obtenir l'effet souhaité. Les appareillages utilisés actuellement sont pratiquement toujours formés par des pales qui brassent l'eau à des vitesses de rotation faibles rendant nécessaire l'utilisation d'un moto-réducteur. Le dispositif selon l'invention permet au contraire d'entraS- ner directement, c'est-à-dire sans réducteur de vitesse, l'étage de ventilateur aux vitesses habituelles pour les moteurs électriques sans que ceci n'entraîne de destruction des bactéries que 1' on observe lors d'un brassage trop énergique des eaux à traiter. Il faut entendre par "gaz" dans la présente description aussi bien les gaz vrais que les vapeurs, les brouillards ou les gaz contenant des poussières en suspension etc, Par liquides" on entend aussi bien des liquides purs que des mélanges de liquides, qu'ils soient miscibles ou non ou encore des liquides contenant des suspensions de matières solides, des boues, des émulsions etc. Pour une meilleure compréhension de l'invention, on se réfèrera utilement à la représentation schématique de différents modes d'exécution de dispositifs selon l'invention. Les éléments identiques ou similaires dans les différentes figures ont reçu les mêmes repères de référence. Dans les dessins La figure I représente une vue en élévation d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue partielle en plan du plateau supérieur 1 de la figure 1. Les figures 3 à 5 sont des représentations schématiques de dispositifs conforme à l'invention en élévation latérale. Le dispositif sera décrit comme fonctionnant dans l'atmosphère à la surface d'un liquide et le gaz dont il sera question sera donc de L'airs Dans les figures 1 et 2, le repère I indique l'étage de ven tilateur forme par un plateau 3 en forme d'assiette percé en son centre d'une ouverture 31 pour l'admission d'air et. équipé d'aubes 5. L'étage de distribution 11 est constitué d'un plateau 13 en forme d'assiette pourvu d'une ouverture centrale 15 qui selon un mode d'exécution particulier de l'invention est prolongé vers le bas par un tube 33. Un arbre 17 entraine à l'intervention d'un plateau de montage 19 et de tringles 21 à la fois l'étage 1 et l'étage 11. Ces tringles sont avantageusement formées par des tubes filetés pourvus d'écrous 23 et de pièces d'espacement 24 en vue de permettre un réglage de l'écartement des deux étages 1 et 11. Le tube 33 est représenté comme étant fixe par rapport au plateau rotatif 13. Un joint à labyrinthe 34 est prévu à cet effet. Le tube 33 et même éventuellement le fond du plateau 13 est enfoncé dans le liquide au repos arrivant au niveau représenté par les traits d'axe. 25, le bord 37 du plateau se trouvant donc au dessus du niveau du liquide, Sous l'effet de la rotation du dispositif ainsi conçu, de l'air est aspiré par l'ouverture 31 et le liquide est aspiré par ouverture 15 et retombe sur le plateau 13 où il subit une centrifugation et est rejeté sous forme d'un mélange de liquide et d'air brassé par l'étage de ventilateur. L'éjection du mélange de liquide aspiré par le tube 33 et d'air arrivant par l'ouverture 31 s'effectue entre les lèvres péri phériques 35 et 37 des deux plateaux. 3 et 13. Ce mode d'execution s'est révelé particulièrement intéressant à. cause de ses bonnes performances. En règlant la hauteur du dispositif par rapport au niveau du liquide, on peut obtenir une grande variété d'effets. A fort enfoncement du tube 33, on observe un débit très important de liquide. A mesure qu'on relève le dispositif, on obtient des pulvérisations plus fines et donc un meilleur mélange avec l'air. Dans le cas d'un dispositif tel que représenté de l'ordre de 30 cm de diamètre avec un espacement des lèvres 35 et 37 de l'ordre de 8 mm il est possible de relever le dispositif de manière que l'extrémité inférieure du tube se trouve jusqu'à 10 ou 15 cm du niveau de l'eau calme. On constate dans ce dernier cas que l'aspiration de l'eau est spiralée en provoquant une trombe. On observe également un mouvement giratoire de l'eau axé sur l'axe du tube 33. Ceci offre la possibilité de séparer un liquide surnageant, telle que de l'hui1# surnageant sur l'eau à la surface d'un bassin. Le dispositif représenté à la figure 3 diffère de celui des figures l et 2 par l'absence du tube plongeant 33 et la présence d'un déflecteur 40 séparant les étages I et Il et entrainé avec ceux-ci. L'air aspiré par l'ouverture 31 et rejeté à la périphérie (en 35) provoque une dépression par effet Venturi et aspire de l'eau par l'ouverture 15 qui est également rejetée à la périphérie (en 37) en se mélangeant à l'air. Le dispositif représenté à la figure 4 diffère des précédents par la concavité tournée vers le liquide du plateau formant l'étage 11. Dans le dispositif de la figure 5 les deux plateaux 3 et 13 sont plats. Des dispositifs selon l'invention trouvent de nombreuses applications parmi lesquelles on peut citer l'aération d'eaux usées, les humidificateurs, des installations de dépoussierage, les réacteurs de liquides avec des gaz, les dispositifs de réfrigiration et des mélangeurs de tout ordre. Bien qu'on ait décrit des applications envisagées et des modes d'exécution particuliers du dispositif selon l'invention, il doit être bien entendu que l'invention n'est en aucune manière liée à ceux-ci et que de nombreuses variantes sont possibles tout en restant dans le cadre de l'inventiont C'est ainsi notamment qu'il est possible d'utiliser un ventilateur 3 qui au lieu de comporter une ouverture centrale 31 est forme à partir d'un plateau plein, c'est-à-dire sans ouverture centrale et dont les pales 5 sont formées par emboutissage qui lais Sent une ouverture de la forme et de la dimension des pales dans le plateau au droit des pales permettant le passage de gaz. Il faut cependant que l'étage 1 dans tous les cas agisse de la manière qui a été décrite, à savoir que du liquide soit aspiré par l'ouverture centrale 15 et soit mélangé avec le gaz (air) circulant entre les étages 1 et l1 sous l'effet de l'étage i. Par un réglage approprié de différents facteurs constructifs il est notamment possible de régler les quantités respectives de gaz et de liquide en vue d'obtenir un effet optimal pour l'application concernée. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de réaliser des mélanges de gaz et de liquides caractérisé en ce qu'il comporte un étage de ventilateur entrainé en rotation par un moteur surmontant un étage de distribution entrainé en rotation par solidarisation avec l'étage de ventilateur et constitué par au moins un plateau destiné à être amené à proximité du niveau du liquide à traiter et pourvu d'une ouverture centrale par laquelle ledit liquide est aspiré sous l'effet de l'étage de ventilateur et mélangé avec le gaz alimenté entre l'étage de ventilateur et l'étage de distribution. 2. Dispositif selon la revendication 1. caractérisé en ce que l'étage de ventilateur est constitué par un plateau comportant une ouverture centrale et pourvu d'aubes. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé par un déflecteur disposé entre l'étage de ventilateur et l'étage de distribution. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'étage ae ventilateur et l'étage de distribution sont entraines à une vitesse de 1000 à 1500 tours/minutes. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'étage de distribution est formé par un plateau plat. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'étage de distribution est formé par un plateau comportant des bords légèrement relevés de manière à affecter la forme d'une assiette de concavité opposée au liquide et dont la position relative par rapport au niveau du liquide est telle que le liquide soit aspiré par son ouverture centrale et que ses bords relevés dépassent le niveau du liquide. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'étage de ventilateur et l'étage de distribution se présentent sous la forme de deux plateaux en forme d'assiette dont les concavités sont tournées l'une vers l'autre. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractériséen ce que le plateau de l'étage de distribution comporte un tube sur le pourtour de l'ouverture centrale qui prolonge ledit plateau vers le bas et qui plonge dans le liquide. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la solidarisation de l'étage de ventilateur et de l'étage de distribution est réalisée par des tiges filetées permettant un réglage de l'espacement de ces deux étages. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'étage de distribution est formé par un plateau affectant la forme d'une assiette dont la concavité est tournée vers le liquide. 11. Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 à l'épuration des eaux usées et/ou aux réacteurs chimiques.