Brevet FR2299891A1 — publié le 19760903

La présente invention concerne un dispositif à mouvement tour bîllonnaire ou cyclonaire, pour le traitement de fluides ou de phases solides fluidisées ou en suspension. L'invention vise également le procédé dont la mise en oeuvre a conduit à la conception dudit dispositif. Un but recherché par l'objet du présent brevet est de permettre de pulvériser par choc de l'eau ou d'autres fluides liquides ou des produits solides fluidisés ou en suspension, dans l'air ou d'autres fluides gazeux, par exemple pour : - refroidir ou réchauffer l'eau ou d'autres fluides liquides par échange avec l'air ou d'autre fluides gazeux, tant de chaleur sensible que de chaleur latente - refroidir ou réchauffer des matières solides en suspension dans des fluides liquides - refroidir ou réchauffer l'air ou d'autres fluides ga#eux par échange avec l'eau ou d'autres fluides liquides, tant de chaleur sensible que de chaleur latente. Un autre but visé par la présente invention est de rendre possible le mélange intime des fluides et de provoquer des échanges entre eux d'éléments gazeux et/ou liquides, avec ou sans éléments solides en suspension, par exemple pour disperser dans l'air ou d'autres fluides gazeux, en brouillard ou en aérosols, de l'eau ou d'autres fluides liquides. Un autre but intéressant de l'invention est de permettre la mise en contact de solides fluidisés et de fluides gazeux, par exemple pour refroidir, réchauffer ou sècher lesdits solides. Un autre but de l'objet du présent brevet est de permettre la séparation, par centrifugation et gravité, de l'eau ou des liquides, purs ou chargés, de l'air ou des gaz, purs ou chargés. L'appareil et la mise en oeuvre du procédé selon l'invention permettent de ce fait d'effectuer une grande variété d'opérations dont certaines peuvent être combinées, et parmi lesquelles on indique, de manière non limitative umidificatio-n ou la déshumidification de l'air ou des gaz, par contact intime avec l'eau, celle-ci étant, ou tenue à tempéra ture ambiante, ou réchauffée, ou refroidie ; l'eau pouvant alors éventuellement être additionnée d'un produit abaissant son point de congélation; - la stérilisation de l'air ou d'autres fluides gazeux, par con tact intime avec une eau additionnée d'un produit désinfectant, ou directement avec un liquide désinfectant, pur ou en mélange - l'épuration de l'air ou des fluides gazeux, de leurs impuretés gazeuses, liquides ou solides, à l'aide de l'eau ou de fluides liquides, par lavage, condensation, mouillage, réaction physique ou chimique - le refroidissement, le dépoussièrage et la purification des fumées de combustion - la clarification des fluides liquides - l'essorage de produits solides en suspension par élimination du liquide dans lequel ils sont suspendus - la concentration de solutions liquides par évaporation d'eau ou d'autres fluides liquides - l'accélération de réactions physiques ou chimiques ;; - le broyage de matières en suspension dans l'air ou autres gaz, ou en suspension dans liteau ou autres liquides. D'autres possibilités offertes par l'objet de l'invention aPparat-- tront de la suite du présent exposé. L'appareil revendiqué est du type à mouvement tourbillonnaire ou cyclonaire comprenant une enceinte ou chambre de turbulence dans laquelle on introduit un fluide qui se trouve projeté par la force centrifuge, contre la paroi de ladite enceinte, par exemple au moyen d'un ventilateur ou turbine centrifuge. L'appareil perfectionné selon l'invention augmente les performances et accroît le champ des applications des dispositifs connus. L'appareil selon l'invention est notamment remarquable en ce qu'il comprend une enceinte de forme cylindro-conique pourvue d'au moins un orifice de sortie, une turbine ou ventilateur centrifuge logé dans la base cylindrique de ladite enceinte et dans l'axe de cette dernière, et au moins deux arrivées de fluides de natures ou de caractéristiques physiques ou chimiques différentes, dont au moins une arrivée de fluide liquide ou gazeux placée à proximité de la dite turbine ou ventilateur, et dans l'axe de ce dernier et de la dite enceinte. Selon une autre caractéristique, l'appareil comprend au moins une arrivée de fluide liquide tel que l'eau,placée à proximité et dans l'axe du ventilateur centrifuge, au moins un orifice de sortie du dit fluide liquide, par exemple disposé dans le fond ou à proximité du fond de l'enceinte, une arrivée de Fluide gazeux tel que l'air débouchant dans la partie basse cylindrique de l'enceinte et un orifice de sortie dudit fluide gazeux prévu au sommet de la partie tronconique de l'enceinte. Selon une autre caractéristique, l'arrivée de fluide gazeux est disposée concentriquement à celle du fluide liquide, dans l'axe du ventilateur centrifuge et de ladite enceinte. Ces caractéristiques et d'autres encore, ressortiront mieux de la description qui suite Pour fixer l'objet de l'invention, sans cependant le limiter, on se reporte à la figure unique du dessin annexé laquelle représente, par une vue schématique en coupe axiale, un exemple avantageux de réalisation de l'appareil revendiqué. L'appareil illustré est plus particulièr#ent apte à pulvériser par choc un liquide dans un gaz. Cet appareil comprend une enceinte cylindro-conique désigné dans son ensemble par la référence 1 et dont la forme générale est celle du corps d'un cyclone classique. Cette enceinte est constituée d'an cylindre la doté d'un Bond 7b à l'une de ses extrémités, et dont l'autre extrimité est raccordée à la base d'un cdne 1c ou, plus précisément, à la base d'un tronc de cône. Dans l'exemple intéressant de réalisation illustré, l'enceinte est disposée verticalement, c'est pouquoi l'on utilisera les expressions "base", "partie basse", "sommet", etcs dans la snf- te du présent exposé. Cependant, ces expressions n'ont pas un caractère limitatif, car on comprendra aisément que 1 'enceinte pourrait être placée, suivant les destinations de l'appareil, dans une position autre que la verticale et, par exemple, dans une position horizontale. Un ventilateur ou turbine centrifuge 2 est logé dans l'enceinte ou cyclone 1 et, plus exactement, dans la partie basse cylindrique de ladite enceinte et coaxialement à cette dernière. Le ventilateur centrifuge est, de préférence, du type à pales ou ailettes plates 2a. Le moteur électrique 3, ou moteur d'un autre genre, actionnant le ventilateur 2, peut être avantageusement placé à l'intérieur de l'enceinte 1 et dans l'axe de cette dernière et dudit ventilateur, comme illustré au dessin. Il pourrait aussi cependant être placé à l'extérieur de l'enceinte et entrainer le ventilateur à l'aide de tout moyen approprié de transmission. L'appareil selon l'invention comprend au moins deux arrivées de fluides de natures ou caractéristiques physiques ou chimiques différentes, dont au moins une arrivée 4 de fluide liquide ou gazeux placée à proximité de la-turbine ou ventilateur centrifuge 2 et dans l'axe de ce dernier et de l'enceinte 1. Cette arrivée de fluide peut etre disposée à l'intérieur des ailettes ou à l'extérieur du rotor du ventilateur, c'est-à-dire au centre des pales ou ailettes radiales 2a du ventilateur ou légè- rement en retrait par rapport au plan passant par le bord inférieur desdites ailettes. L'arrivée du fluide 4 est constituée par une ou plusieurs buses de projection ou ajutages montés à l'extrémité d'une canalisation d'alimentation 4a et dirigés vers les pales du ventilateur 2. Selon une caractéristique particulièrement intéressante de l'invention, l'arrivée de fluide 4 est une arrivée d'un fluide liquide et, par exemple, une arrivée d'eau. L'enceinte 1 est pourvue d'au moins un orifice de sortie, comme on l'indiquera dans la suite du présent exposé. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, au moins une arrivée 5 de fluide gazeux débouche dans la partie basse cylindrique la de l'enceinte ou cyclone 1. L'arrivée 5 du fluide gazeux est également disposée coaxialement à enceinte 1, au ventilateur centrifuge 2 et à l'arrivée 4 du fluide liquide. L'arrivée 5 de fluide gazeux est, par exemple, constitué par un tube ou cylindre entourant la canalisation d'alimentation 4a et dont le diamètre est très supérieur à celui de ladite canalisation. Le cylindre 5 est périphériquement solidaire, de manière étanche, du bord d'une ouverture ménagée dans le fond lb de l'enceinte 1 et son bord supérieur est situé à une certaine distance dudit fond. Une ouverture 6 est réservée au sommet et dans l'axe de l'enceinte 1, pour la sortie du fluide gazeux. Un orifice 7, pour la sortie du fluide liquide, est prévu dans le fond ou à proximité du fond de l'enceinte. Dans l'exemple illustré, cet orifice est constitué par l'entrée d'une canalisation d'évacuation 8 et se trouve disposé à distance du fond la de l'enceinte ; la hauteur h de cette distance étant inférieure à la hauteur H de la distance comprise entre ledit fond et le bord supérieur du cylindre 5. De la sorte, l'espace réservé entre la paroi externe du cylindre 5 et la paroi interne de enceinte 1, au-dessous du niveau de l'orifice de sortie 7, constitue unechambre annulaire.9 de décantation ou de récupération. Le fonctionnement du dispositif qui vient d'étire décrit se conçoit aisément. Si 1t on considère l'application de l'appareil selon l'invention au refroidissement ou au réchauffement d'un liquide par de l'air, on comprend que ledit liquide arrive sous pression ou sans pression, jusqu'aux ajutages 4 qui le dirigent sous forme de jets vers le ventilateur centrifuge lequel le projette violemment contre la paroi de 1'enceinte 1. Le liquide est pulvérisé en fines gouttelettes lors de son contact contre les pales du ventilateur et contre la paroi de l'enceinte. Simultanément le ventilateur 2 aspire l'air de refroidissement ou de réchauffement par l'orifice 5 et cet air se trouve animé d'un mouvement tourbillonnaire dans lequel il entrasse les gouttelettes. De la sorte, l'échange thermique désiré entre le fluide gazeux et le fluide liquide s'effectue de manière accélérée. Le brouillard ainsi formé est dirigé dans la partie conique haute Ic de l'enceinte. Lors de ce mouvement tourbillonnaire ascendant, les vapeurs se condensent au contact de la paroi du cane et les gouttes qui se forment ruissellent en direction du fond de l'enceinte, le liquide ainsi refroidi ou réchauffé étant évacué par l'orifice 7. Dans l'application de l'appareil au dépoussiérage, par exemple au dépoussiérage des fumées, ces dernières entrent dans ledit appareil par l'orifice 5 et sont mélangées aux gouttelettes d'eau engendrées par l'action des ajutages 4 et du ventilateur 2. Lors du mouvement ascendant du brouillard ainsi formé dans la partie conique de l'appareil, les poussières forment des noyaux de condensation accélérant le phénomène de coalescence et tombent dans la chambre de récupération 9 entraSnées par les gouttes d'eau. On comprend que l'appareil selon l'invention est susceptible de multiples applications industrielles. On cite, de manière non exhaustive - le refroidissement de l'eau des installations frigorifiques - le dépoussiérage des fumées. L'invention concerne également le procédé de traitement-de fluides consistant à introduire deux fluides de natures ou caractéristiques chimiques ou physiques différentes dans une enceinte cylindro-conique pourvue d'au moins une ouverture de sortie et dans la partie cylindrique de laquelle est logé un ventilateur ou turbine centrifuge disposé dans l'axe de ladite enceinte, arrivée d'au moins l'un de ces fluides étant disposée à proximité et dans l'axe dudit ventilateur et de l#enceinte. L'invention vise aussi le développement important de ce procédé. suivant lequel on place une arrivée de liquide, chargé ou non, à proximité et dans l'axe dudit ventilateur, tandis qu'on ménage un orifice de sortie dudit liquide à la base ou dans le fond, ou à proximité de la base ou fond de la partie cylindrique de lten- ceinte cylindro-conique, tandis que l'on fait déboucher une arrivée de fluide gazeux, chargé ou non, dans ladite partie cylin- drique et, de préférence, coaxialement à l'arrivée du liquide ; la sortie dudit fluide gazeux s'efectuant par un orifice réservé au sommet de la partie conique de ladite enceinte, à l'opposé de son orifice d'entrée. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Appareil à mouvement tourbillonnaire pour le traitement de fluides ou de phases solides fluidisées ou en suspension, comportant une enceinte cylindro-conique pourvue d'au moins un orifice de sortie et d'au moins deux arrivées de fluides de natures ou caractéristiques physiques ou chimiques différentes, caractérisé en ce qutun ventilateur ou turbine centrifuge est logé dans la partie cylindrique et dans l'axe de ladite enceinte, et en ce qu'au moins l'une des arrivées de fluide est placée à proximité dudit ventilateur centrifuge, dans l'axe de ce dernier et de l'enceinte. 2. - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde arrivée de fluide débouche dans la partie cylindrique de 1' enceinte cylindro-conique. 3, - Appareil selon l'une des revendications1 ou 2, caractérisé en ce que l'arrivée de fluide disposée à proximité et dans l'axe du ventilateur centrifuge est pourvue d'un ou plusieurs ajutages ou buses de projection, dirigés vers les pales ou ailettes dudit ventilateur. 4. - Appareil à mouvement tourbillonnaire pour le traitement de fluides ou de phases solides fluidisées ou en suspension, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu' il comprend au moins une arrivée de fluide liquide, chargé ou non, telle qu'une arrivée d'eau, disposée à proximité et dans l'axe du ventilateur centriùge ; au moins un orifice de sortie dudit fluide liquide placé à la base ou à proximité de la base cylindrique de l'enceinte ; une arrivée de fluide gazeux, chargé ou non, par exemple une arrivée d'air, débouchant dans ladite partie cylindrique ; et une ouverture de sortie dudit fluide gazeux réservée au sommet de la partie conique de ladite enceinte. 5. - Appareil selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'enceinte est dotée d'un fond à l'extrémité de sa partie# cylindrique et en ce que l'orifice de sortie du fluide liquide est rénagé dans. ou à proximité de ce fond. 6. - Appareil selon les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l'arrivée de fluide gazeux est disposée coaxialement à celle du fluide liquide, dans l'axe du ventilateur centrifuge et de ladite enceinte. 7. - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'arrivée de fluide gazeux est constituée par un tube ou cylindre entourant la canalisation d'alimentation ou l'arrivée du fluide liquide, le diamètre de ce tube ou cylindre étant supérieur au diamètre externe de ladite canalisation. 8. - Appareil selor les revendications 7 et 5, caractérisé en ce que la distance comprise entre le bord supérieur du tube ou cy lindre d'arrivée du fluide gazeux et le fond de l'enceinte, est supérieure à la distance comprise entre orifice d'évacuation du fluide liquide et ledit fond, de manière à réserver une chambre annulaire de récupération ou de décantation entre la paroi dudit tube ou cylindre et la paroi de ladite enceinte. 9. - Procédé de traitement de fluides ou de phases solides fluidisées ou en suspension, caractérisé en ce que l'on introduit deux fluides de natures ou caractéristiques physiques ou chimiques différentes dans la partie cylindrique d'une enceinte cylindroconique pourvue d'au moins une ouverture de sortie et dans laquelle est logé un ventilateur ou turbine centrifuge, disposé dans l'axe de ladite enceinte, et en ce qu'on injecte au moins l'un de ces fluides à proximité et dans l'axe dudit ventilateur. 1G. - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on introduit un fluide liquide, chargé ou non, à proximité et dans l'axe du ventilateur centrifuge, tandis qu'on ménage un orifice de sortie dudit liquide à la base ou dans le fond, ou à pro ximité de la base ou du fond, de la partie cylindrique de l'enceinte cylindro-conique,et en ce que l'on fait déboucher une arrivée de fluide gazeux, chargé ou non, dans ladite partie cylindrique, et, de préférence, coaxialement à l'arrivée de liquide; la sortie dudit fluide gazeux s'effectuant par une ouverture ménagée au sommet de la partie conique de ladite enceinte, à l'opposé de son orifice d'entrée.