Brevet FR2315983A1 — publié le 19770128

L'invention se rappote à un injecteur-mélangeur à effet venturi et à haut rendement, pour fluides, en particulier pour l'injection et le mélange de liquides ou l'injection, le mélange et la dissolution subséquente de gaz dans un liquide porteur, par exemple lors de la fabrication de boissons alimentaires, en particulier de la bière. La plupart des boissons nécessitent à divers stades de leur fabrication l'introduction de gaz ou de substances additionnelles par l'intermédiaire d'un liquide porteur dans le liquide destiné à les constituer. C'est par exemple le cas de la bière où leon procède successivement, en cours de fabrication, à lloxy- génation du moût, à l'injection des levures, à la carbonatation, à l'addition de produits de traitement, stabilisateurs, réducteurs, iso Zacides, colorants Bien entendu, divers organes et appareillages ont déjà été proposés et sont utilisés actuellement. Il s'agit, de façon non limitative d'ensemble à bougies d'injection ou à plaques micro poreuses, d'un rendement très moyen pour un temps de dissolution ou de mélange long.Un laboratoire a mis au point un injecteur de gaz carbonique pour la bière sous la forme d'un tronçon de tuyauterie à insérer dans la liaison de jonction entre deux tanks. Il se compose d'un corps central de faible diamètre et de deux extrémités identiaues de diamètre plus important communiquant avec les extrémités du corps par des réductions coniques à grand angle d'ouverture constituant un étranglement et un évasement brutaux. L'injection de gaz carbonique s'effectue par l'intermédiaire d'un conduit débouchant perpendiculairement aux parois de l'extrémité dirigée en amont se terminant à angle droit coaxialement à la tuyauterie. L'Injection de gaz carbonique s'effectue à pression réglable et à contre-courant. Ceci permet une certaine homogénéisation du gaz et du liquide favorisant la dissolution du gaz carbonique dans la bière. Cette réalisation permet d'augmenter le rendement des dispositifs traditionnels, toutefois, elle nécessite des valeurs de pression en gaz carbonique supérieures aux valeurs habituelles, un nettoyage délicat par démontage et les réglages diffici-res. La présente invention permet, à l'aide d'une réalisa ilon simple, la dissolution rar-iDe @ ~ gaz dans un @quide cas élan e de deux liquides a-ec un 1 s'agit d'un injecte@r@éla@@e@r à eff@@ @e@@@@@@@@ haut rendement, caractérisé en ce qu'il comporte d'une part une chambre intérieure de mélange à goulot d'étranglement dans laquelle s'écoule le fluide primaire, formée successivement dans le sens de propagation d'un ajutage convergent et d'un ajutage divergent et, d'autre part, d'une chambre d'injection entourant l'étrangle- ment débouchant dans ladite chambre intérieure au niveau de l'é- tranglement et perpendiculairement à l'axe longitudinal de l'ensemble. Cet injecteur-mélangeur présente un premier et important avantage : celui de posséder un rendement tout à fait exceptionnel. De nombreux essais ont montré que le rendement pouvait se rapprocher de très près de l'unité. Ceci semble dû au fait d'une part, de la position du point d'injection et, d'autre part, de la géométrie interne du tube et de la conformation de la chambre d'injection. En effet, l'injection s'effectue au niveau de l'étran- glement. On constate qu'en injectant le gaz par ce moyen, les effets de la constriction sur la pression et sur la cinematiaue du fluide permettent d'obtenir rapidement une dispersion et une dissolution très complète et proche de la saturation. D'autres avantages apparaîtront dans la description qui suit dont les principaux sont précisés ci-dessous - mise en oeuvre facile - souplesse d'utilisation - montage rapide et simple - faible perte de charge - facilité de nettoyage et de stérilisation. Les applications s'annoncent déjà nombreuses dans les domaines les plus divers. On en citera quelques unesci-dessous prévues en brasserie sans pour autant les rendre limitatives. - oxygénation du moût - carbonatation de la bière - injection des levures - addition d'un produit pour le traitement : colorants, stabilisateur colloïdal, réducteurs, iso acides, On comprendra mieux l'invention à la lecture de la discription qui suit donnée a titre d'exemple d'une forme de réalisa- lion illustrée par les dessins dans lesquels - la figll.e 1 est une vue an coupe longitudinale de l'injecteur-mRlangeu: selor 1 ' inention - la figure 2 est une vue en coupe transver@ale selon la ligne Il - Il de la figure 1, montrant la conformation interne de la chambre de mélange. L1injecteur-mélangeur selon l'invention se présente sous la forme d'un tronçon de tuyauterie présentant un corps rectili- gne 1, en forme de tube, comportant à chacune de ses extrémités un raccord 2, 3 fileté pour son montage en série dans une tuyau- terie, par exemple, de liaison entre deux tanks, pour l'écoule- ment du fluide principal. Ce corps présente un volume intérieur creux constitué d'une chambre intérieure composite d'écoulement 4 du fluide primaire à goulot d'étranglement conformée et de dimensions telles que l'on puisse obtenir le meilleur effet de dissolution et de mélange possible pour une gamme donnée de débits du fluide primaire et du fluide injecté et selon leurs propriétés physiques. Cette structure intérieure reste identique dans ses formes. On l'adapte à chaque usage en modifiant ses dimensions, en particulier les diamètres de sections des passages indiqués ci-après. Le corps du tube 1 comprend perpendiculairement à sa paroi extérieure, un module d'injection 5, par exemple, à environ un quart de la bngueur totale. Il se compose d'une collerette d'assise 6, enveloppant ia surface latérale sur une certaine largeur et d'un embout u'injection 7 equipé à son extremite Ulun raccord ~fileté 8, permettant sa jonction avec une tuyauterie ou un conduit extérieur. Le module d'injection 5 comporte une structure interne telle que représentée dans les figures 1 et 2, c'est-à-dire qu'il se compose du haut vers le bas, du conduit 9 de passage du raccord 8, d'un siège tronconique 10 et d'un alésage d'injection 11 traversant la collerette 6 par un perçage 12. Le corps du tube 1 possède sur tout son pourtour dans le plan de l'embout d'injection 7 et au niveau de l'alésage 12 une rainure annulaire 13à profil rectangulaire servant de chambre d'injection. Cette dernière est délimitée radialement car la collerette et le fond de gorge 14 de la rainure 13. Le fond de gorge 14 possède quatre perçages de faible section tels que 15 selon deux directions perpendiculaires coplanaires assurant la communication entré la chambre d'injection @@ er .ambre Intérieure 4. La disposition de ces perçages est telle que représentée en figure 2, par exemple, décalée d'environ 450 d'angle par rapport à l'axe du conduit d'injection. Les conduits débouchent dans un môme plan dans la chambre Intérieure 4 appelée plan d'injection 16 et situé au goulot d'étranglement de ladite chambre intérieure. On décrira mainte-. nant ci-après le volume intérieur creux du tube I. Le sens d'écoulement du fluide est représenté par une flèche parallèle à l'axe de l'ensemble et placée à l'intérieur du tube. La chambre intérieure 4 se compose pour le sens d'écoulement du fluide tout d'abord d'une première chambre cylindroconique 17 à ajutage convergent (chambre de pression ou d'admission) et se terminant au plan d'injection 16. La chambre 4 se prolonge par une deuxième chambre cylindro-conique inverse 18 à ajutage divergent et à angle d'ouverture plus faible (chambre de mélange ou de dissolution). Comme les figures le montrent, la jonction des deux chambres s'effectue au plan de section droite minimale qui, ici, se trouve confondu avec le plan d'injection. Des essais de carbonatation de la bière ont montré que le rendement pouvait atteindre des valeurs exceptionnelles de l'ordre de 98 %. Si on injecte la quantité correspondant au défaut de saturation, on arrive à en solubiliser 98 % dès l'aval de l'appareil. On évite ainsi dans le cas de la bière le recours a un réservoir spécial d'achèvement de la saturation par circulation en circuit ferme. L'utilisation de cet injecteur-mélangeur n'est pas limitee au seul cas de la bière. Chaqueapplication particulière nécessite un calcul quant aux dimensions et rapports de dimensions des passages et chambres. Ainsi, le meilleur effet possible de dissolution et de mélange est obtenu par le choix des valeurs des caractéristiques suivantes - angle du convergent - angle du divergent - rapport du diamètre de l'étranglement à celui du tube -.rapport du diamètre des canaux d'injection à celui de 1 'étranglement - nombre et décalage angulaire des canaux entre eux et par rapport a l'axe du conduit d'injection. Ceci -icu une g 4-rMe contée de débits du fluide prima:re nide injecté et selon leurs propriétés physiques. La configuration générale du tube a été décrite avec précision , différentes variantes et modifications mineures de forme et de matériau sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Injecteur-mélangeur à effet Venturi, pour mélanger deux fluides ou dissoudre un gaz dans un liquide, utilisé en continu, en particulier dans la fabrication de la bière, par exemple lors des phases d'oxygénation du moût, de carbonatation, d'injection des levures se présentant sous la forme d'un tube 1 injection latérale, caractérisé en ce qu'il comporte d'une part une chambre intérieure composite à goulot d'étranglement dans laquelle s'écoule le fluide primaire formée successivement dans le sens de propagation, d'une chambre d'entrée 17 à ajutage convergent et d'une chambre de mélange ou de dissolution 18 à ajutage divergent, injecteur-mélangeur comportant d'une part un module d'injection 5 à chambre d'injection 13 de révolution autour du tube débouchant par plusieurs orifices dans la chambre intérieure au niveau du goulot d'étranglement. 2. Injecteur-mélangeur selon la revendication 1, carac térisé en ce que la chambre d' entrée 17 est cylindro-conique et se termine au goulot d'étranglement et en ce que la chambre de mélange ou de dissolution présente une forme cylindro-conique inverse d'angle d'ouverture plus faible faisant suite à la première chambre par le goulot d'étranglement 3. Injcteur-mélangeur selon la revendication 1, carac térisé en ce que le module d'injection perpendiculaire à l'axe de l'ensemble est situé au point d'étranglement de la chambre Intérieure et comporte un embout d'injection 7 présentant à son intérieur une réduction de section sous la forme d'un siège tron çonique 10 et un passage cylindrique 11. 4. Injecteur-mélangeur selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que la chambre d'injection est une rainure annulaire 13 concentrique à l'axe de la chambre intérieure, par exemple à profil rectangulaire, et communiquant avec la chambre Intérieure au niveau du goulot d'étranglement par des perçages de faible diamètre tels que 15 dans un môme plan, selon des directions radiales séparées par des angles égaux et disposés de façon qu'aucun ne soit en prolongement du conduit d'injection 9.