Brevet FR2344329A1 — publié le 19771014

On connait ddja dans l'industrie des machines permettant, par une action purement mécanique, de modifier les caractéristiques ou les propriétés physiques, chimiques, bactériologiques ou autres d'un fluide notamment dans le cas où ce dernier comporte des suspensions solides. L'agitation d'un fluide, notamment en vue de réaliser son homogénéisation, est fréquemment réalisée, mais on a cherché depuis longtemps a exécuter ces traitements de façon continue sur un fluide en écoulement permanent. Les procédés et appareils connus présentent cependant l'inconvénient de nécessiter d'importantes consommations d'énergie, ce qui pratiquement limite considérablement le débit du fluide traité. L'invention, réalisée avec la collaboration de Messieurs PELLETIER ET CARON, professeurs b l'Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers et de Monsieur BQUTIN,Ingénieur Arts et Métiers, a donc pour objet un nouveau procédé pour modifier les caractéristiques des fluides et consiste essentiellement a soumettre un écoulement lamellaire du fluide & l'action des vibrations ultrasonores induites dans l'une des parois délimitant ledit écoulement lamellaire L'invention a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre du procédé. Il comporte essentiellement un tube muni d'un noyau central et ouvert 8 ses deux extrémités.L'une d'entre elles est reliée, par un raccord relativement souple, å une canalisation d'alimentation du fluide traiter, tandis que 11 autre est fixée sur un bflti et est reliée 9 l'autre canalisation de fluide. Un moteur ultrasons ou sonotrode monté sur le bati est appuyé sur la paroi latérale du tube pour y développer un réseau stationnaire de vibrations. D'autres caractéristiques de l'invention, ainsi que ses avantages apparattront au cours de la description, qui va suivre, d'un mode de réalisation, donnée uniquement titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'ensemble en élévation d'une machine équipée du dispositif selon l'invention; - la figure 2 est une coupe suivant II-II de la figure 1. Si l'on se reporte au dessin, on voit que la machine comporte un b2ti rigide 1 sur lequel sont montés un dispositif d'homogénéisation 2 et sa sonotrode 3, ainsi qu'une pompe de circulation 4 pour le fluide traiter contenu dans un réservoir 5. Une canalisation d'admission 6 du fluide et une canalisation d'évacuation 7, chacune munie d'une vanne 8-8a, permettent l'aspiration du fluide dans le réservoir 5 par la pompe 4 9 travers le dispositif d'homogénéisation 2. Il est à noter que le réservoir 5 peut être situé, suivant les cas, au-dessus ou en dessous du dispositif 2. Si l'on se reporte maintenant à la figure 2, on voit que le dispositif d'homogénéisation colporte essentiellement un tube 9 dont l-'embase massive 10 est rigidement fixée au bati 1. Dans l'embase 10 sont ménagés des canaux 11 communiquant avec la canalisation d'évacuation 7. Une enveloppe 12 est disposée coaxialement au tube 9 et est fixée par son extrémité inférieure à l'embase 10. Des canaux lla ménagés dans l'embase assurent la communication des canaux 11 et de l'espace intermédiaire entre le tube 9 et l'enveloppe 12. L'extrémité supérieure du tube 9 est ouverte et libre, cependant que l'extrémité supérieure de l'enveloppe 12 reçoit un couvercle 13 fermant l'ensemble de l'appareil. La canalisation d'alimentation 6 est montée sur le couvercle 13, de préférence au voisinage de sa périphérie, l'axe du conduit 13a ménagé dans le couvercle étant, de préférence également, incliné par rapport à l'axe du tube 9. Le couvercle 13 peut entre monté de façon ajustable sur le tube 12 de façon à permettre le réglage de l'épaisseur de la couche de fluide 20 au-dessus du tube 9. Ce montage de la canalisation 6 par rapport à l'extrémité supérieure du tube 9 est relativement souple et laisse ladite extrémité libre de se déplacer quelque peu. Dans le cas où il n'existerait pas d'enveloppe 12, un couvercle 13 pourrait être monté directement sur le tube 9, la canalisation 6 possédant alors une souplesse suffisante pour laisser à l'extrémité du tube 9 une certaine liberté de déplacement. D'autres solutions équivalentes de raccordement du tube 9 et de la canalisation 6 sont également à la disposition de l'homme de l'art. A droite de la figure 2, on voit l'extrémité 3a de la sonotrode 3. Par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité 14 elle traverse, sans contact avec elle, la paroi de l'enveloppe 12 pour venir s'appuyer sur la paroi externe du tube 9. La sonotrode 3 est montée coulissante sur le bâti 1 et une tige filetée 15 coopérant avec un écrou 16 fixé au bâti 1 (figure 1) permet le réglage de la force d'appui de la sonotrode sur le tube 9. Avant de poursuivre la description de l'appareil et notamment de son noyau central, il importe de rappeler que la sonotrode 3 en appui sur le tube 9 engendre dans ce dernier un réseau de vibrations stationnaires. Bien évidemment un ventre ou zone active de vibrations existe dans la zone de contact du tube et de sonotrode. Dans le plan diamétral du tube passant par ce point de contact, les ventres de vibrations sont régulierement répartis. Il en est de même sur les génératrices du tube, étant précisé d'autre part que l'extrémité supérieure libre du tube comporte également une succession réguliers de zones actives de vibrations, tandis que l'extrémité inférieure encastrée dans l'embase 3 ne présente aucun ventre de vibration. On obtient ainsi un réseau de zones actives de vibrations, ce réseau se présentant comme un quadrillage sur la surface développée du tube. Si l'on se reporte nouveau la figure 2 on voit que le noyau central du tube 9 est constitué par un- ensemble de chicanes en forme de disques plans 17 montés sur un support axial 18 fixé å ses deux extrémités dans le couvercle 13 et dans l'embase 10. Les disques 17 ont un diamètre extérieur un peu inférieur au diamètre intérieur du tube 9 de façon délimiter avec ce dernier des espaces annulaires. Les disques 17 sont régulihre- ment répartis le long de leur support 18 et sont placés dans ou au voisinage immédiat des plans diamétraux du tube contenant des zones actives de vibrations. L'enveloppe 12 comporte elle aussi, avantageusement, deschicanes ou anneaux 19 fixés sur sa paroi interne et disposés en regard des chicanes 17 du tube. Les chicanes 19 définissent également avec la paroi extérieure du tube 9 des espaces annulaires. Il est toutefois à noter que d'autres formes de chicanes pourraient Btre utilisées et que l'espace entre chicanes peut être partiellement comblé. Le fonctionnement de l'appareil est le suivant. Lorsque, les vannes 8 et 8a étant ouvertes, la pompe 4 est mise en route, le fluide à homogénéiser circule à travers le tube 9 et l'espace libre entre ce tube et l'enveloppe 12. La présence des chicanes 17 et 19 crée en aval des espaces annulaires qu'elles délimitent avec les parois intérieure et extérieure du tube 9 des tourbillons assurant un bon brassage du fluide. Cependant, l'homogénéisation à l'échelle microscopique ou même moléculaire est essentiellement obtenue grace à l'écoulement lamellaire du fluide dans lesdits espaces annulaires car il est alors soumis à une cavitation résultant des vibrations ultrasonores dont le tube 9 est le siège en raison de l'action de la sonotrode 3. Ainsi on obtient une homogénéisation ou plus généralement une modification des caractéristiques ou des propriétés physiques, chimiques ou bactériologiques du fluide, ce traitement étant appliqué d'une façon homogène dans la masse par suite du brassage provoqué par les chicanes. D'autre part il est noter que les manoeuvres conjuguées des vannes 8 et 8a permettent de faire varier le débit du fluide traiter et,également, de créer une dépression par rapport à l'atmosphàre favorisant le traitement du fluide. Par rapport aux procédés connus, la cavitation ultrasonore prévue par l'invention diminue considérablement la consommation d'énergie pour obtenir un résultat déterminé. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais en couvre au contraire toutes les variantes. En particulier l'écoulement dans des espaces annulaires pourrait être remplacé par des écoulements lamellaires plans. REVENDICATIONS 1. Procédé permettant de modifier les caractéristiques physiques, chimiques, bactériologiques ou autres d'un fluide, comportant éventuellement des suspensions solides, caractérisé en ce qu'on fait passer le fluide en écoulement lamellaire continu dans une chambre dont la paroi est le siège de vibrations ultrasonores. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre est étanche et est mise en dépression par rapport à l'atmosphère. 3. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, destiné en particulier à réaliser l'homogénéisation des fluides, caractérisé en ce qu'il comporte essentiellement un tube muni d'un noyau central et ouvert à ses deux extrémités, dont l'une est reliée, par un raccord relativement souple,à une canalisation d'alimentation en fluide, tandis que l'autre est fixée sur un bâti et est reliée à l'autre canalisation de fluide, cependant qu'un moteur à ultrasons ou sonotrode monté sur le bâti est appuyé sur la paroi latérale du tube pour y développer un réseau stationnaire de vibrations. 4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le noyau central disposé à l'intérieur du tube est constitué par un ensemble de chicanes montées sur un support fixé au bâti et délimitant, dans les plans diamétraux contenant les zones actives du réseau de vibrations, des espaces annulaires pour le passage lamellaire du fluide. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le tube est disposé dans une enveloppe cylindrique coaxiale, délimitant un conduit annulaire relié à chacune de ses extrémités aux canalisations de fluide, l'extrémité de la sonotrode traversant la paroi latérale de ladite enveloppe par l'intermédiaire d'au moins un joint d'étanchéité, cependant que cette enveloppe supporte, à son extrémité opposée au bâti, l'une des canalisations d'alimentation de l'appareil. 6. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'enveloppe est pourvue intérieurement de chicanes annulaires disposées en regard de celles situées à l'intérieur du tube et délimitant des espaces annulaires pour le passage du fluide.