Brevet FR2386340A1 — publié le 19781103

L'invention est relative à des dispositifs mélangeurs. Au cours du traitement des ordures dans des installations d'épuration, les matières organiques sont décomposées sous l'action de bactéries. Pour permettre à ces réactions de s'effectuer avec un meilleur rendement il est souhaitable d'augmenter la surface extérieure de ces matières organiques en les transformant en une boue homogène. Il est également souhaitable d'apporter de l'air en abondance aux bactéries. L'invention porte sur un dispositif mélangeur, destiné à mélanger des matières solides avec un liquide, ce dispositif comprenant un élément rotorique comportant un certain nombre de lames supportées par un arbre, un élément statorique, de forme générale cylindrique, disposé coaxialement par rapport à l'arbre du rotor, présentant une ouverture d'entrée à une extrémité axialement extérieure et des ouvertures de sortie formées entre les extrémités extérieures de l'élément, l'élément rotorique étant disposé de manière que ses lames se trouvent à l'intérieur de l'élément statorique, des moyens pour supporter l'élément statorique au-dessus des matières solides à la partie inférieure d'une cuve, de telle manière que l'ouverture d'entrée de l'élément statorique soit orientée vers le bas, et une conduite d'air, présentant une ouverture d'entrée qui, en cours d'utilisation, est située au-dessus du niveau du liquide contenu dans la cuve et une ouverture de sortie située à l'intérieur ou à proximité de l'élément statorique, les lames du rotor étant agencées de telle manière qu'au cours de la rotation de celui-ci elles entrainent, vers le haut, les matières solides et le liquide dans l'élément statorique à travers l'ouverture d'entrée de celui-ci, puis les expulsent radialement vers l'extérieur à travers les ouvertures de sortie, les matières solides étant soumises à des forces de cisaillement au cours de leur mouvement entre les lames en rotation du rotor et l'élément statorique, et l'ouverture de sortie de la conduite d'air étant disposée de telle manière que la rotation desdites lames aspire de l'air à travers la conduite et le refoule dans l'élément statorique, sans l'assistance d'une pompe extérieure, cet air pénètrant dans l'élément statorique étant subdivisé,à son passage entre les lames du rotor et l'elément statorique, en petites bulles, qui sont intimement mélangées evec les matières solides et le liquide. De préférence, chaque ouverture de sortie de l'élément statorique comporte un bord latéral parallèle à l'axe du rotor ou disposé en hélice par rapport à cet axe. L'invention est décrite plus en détail ci-après à l'aide de certains de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en élèvation, en coupe partielle, d'un premier dispositif mélangeur conforme à l'invention et - les figures 2, 3 et 4 sont des coupes de détail d'autres modes de réalisation de l'invention. Le dispositif mélangeur représenté sur la figure 1 est destiné à être utilisé pour le traitement d'ordures de nature organique dans une installation d'épuration. Il est conçu pour mélanger intimement ces matières organiques avec un liquide pour former une boue homogène et pour amener dans cette boue de l'air afin de produire l'action de bactéries sur celle-ci. Ce dispositif comprend un élément rotorique 1 et un élément statorique 3 coopérants, ainsi qu'une conduite d'air 5, destinée à amener de l'air à l'élément statorique. L'élément rotorique 1 comprend un arbre 7, à une extrémité duquel est fixée une plaque circulaire 9 et dont l'autre extrémité est agencée pour accoupler l'arbre à un moteur électrique 10. Quatre lames 11 font saillie de la plaque 9 du rotor, du côté opposé à l'arbre 7. Chaque lame 11 est disposée selon un plan perpendiculaire à la plaque 9 et s'étend vers l'intérieur, du pourtour de la plaque jusqu'à un emplacement situé aux deux tiers du rayon de la plaque. Les lames 11 sont équidistantes, angulairement, l'une de l'autre autour de l'axe de l'arbre 7 du rotor. L'élément statorique 3 est constitué par une paroi latérale cylindrique 13, munie d'une bride de fixation 15 à une extrémité axialement extérieure. A son autre extrémité extérieure, l'élément est ouvert selon une ouverture d'entrée. Une série d'ouvertures de sortie 17 sont formées dans la paroi latérale 13 de ltélément statorique 3 ; chacune de ces ouvertures de sortie 17 a la forme d'une fente dont deux bords opposés sont disposés parallèlement à l'axe de l'élément. La bride 15 est fixée à la surface inférieure d'une plaque support 19 et l'ouverture d'entrée de l'élément statorique est orientée vers le bas. La plaque support 19 est fixée aux extrémités inférieures-de quatre colonnes de soutien 21 dont les extrémités supérieures sont fixées à un élément d'accouplement 23 du carter du moteur électrique 10. L'élément rotorique 1 est disposé de telle manière que la plaque circulaire 9 et les lames 11 se trouvent à l'intérieur de l'élément statorique 3, l'arbre 7 du rotor s'étendant à l'extérieur de l'extrémité, munie de la bride 15, de l'élément statorique 3, traversant une ouverture centrale de la plaque support 19 et aboutissant au moteur 10. Le diamètre extérieur de la plaque circulaire 9 n'est que légèrement inférieur au diamètre#intérieur de la paroi latérale cylindrique 13 de l'élément statorique 3 de sorte qu'un bord radialement extérieur de chaque lame Il se trouve au voisinage immédiat de la paroi latérale. Ce bord extérieur des lames 11 s'étend axialement sur une distance à l'intérieur de laquelle se trouvent les ouvertures de sortie 17 de l'élément statorique 3. La conduite d'air 5 est constituée par un tube 25 dont l'extrémité supérieure est fixée à l'élément d'accouplement 23 du carter du moteur électrique 10. A partir de cet élément d'accouplement 23 le tube 25 s'étend vers le bas jusqu'à un emplacement situé en dessous et, radialement, à l'extérieur de l'ouverture d'entrée de l'élément statorique 3 et ensuite radialement vers l'intérieur en direction de l'axe de l'arbre 7 du rotor 1. Une ouverture de sortie d'air 27 est prévue à l'extrémité radialement intérieure de la partie, qui s'étend radialement vers l'intérieur, du tube 25. Pour obtenir des résultats optimaux le tube 25 est disposé de manière que l'ouverture de sortie d'air 27 se trouve en un emplacement radial situé entre l'axe de l'arbre 7 du rotor 1 et le pourtour de ce rotor. De préférence la distance, verticalement, entre l'ouverture de sortie d'air 27 et l'ouverture d'entrée de l'élément statorique 3 est inférieure au diamètre de la plaque circulaire 9 du rotor 1. En cours d'utilisation, le carter du moteur 1 est monté au-dessus d'une cuve 29 contenant de l'eau et des ordures organiques qui sont disposées au fond de la cuve. L'arbre 7 du rotor 1 et les colonnes de soutien 21 s'étendent vers le bas à l'i térieur de l'eau, de telle façon que l'élément rotorique 1 et l'élément statorique 3 se trouvent à une courte distance au-dessus des ordures solides déposées. L'ouverture de sortie 27 de la conduite d'air 5 se trouve de même à une courte distance au-dessus de ces ordures. Lorsque le moteur 10 est mis en marche et que le rotor 1 est mis en rotation le liquide et les matières solides situées à l'intérieur de l'élément statorique 3 sont expulsés radialement vers l'extérieur à travers les ouvertures de sortie 17 de la paroi latérale 13 de l'élément statorique 3. Du liquide et des matières solides sont entraînés vers le haut à partir de la partie inférieure de la cuve 29 et pénètrent dans l'élément statorique 3 à travers l'ouverture d'entrée de l'extrémite inférieure de cet élément. Au cours du déplacement des matières solides entre les bords radialement extérieurs des lames 11 du rotor 1 et la paroi latérale 13 de l'élément statorique3, ces matières sont soumises à des forces de cisaillement intenses. Ces forces sont suffisamment importantes pour produire un mélange intime des matières solides avec le liquide et former une boue homogène. En plus du liquide entraîné dans l'élément statorique 3 à partir de la partie inférieure de la cuve 29, du liquide est également entraîné de l'extrémité inférieure avoisinante de la conduite d'air 5. Le liquide remplissant initialement la conduite 5 jusqu'au niveau du liquide de la cuve 29 est rapidement enlevé et, du fait que l'extrémité supérieure de la conduite se trouve au-dessus du niveau du liquide, de l'air est entraîné vers le bas, dans cette conduite. Au cours du fonctionnement ultérieur du dispositif, l'air contenu dans la conduite 5 est entraîné vers le haut, à partir de l'ouverture de sortie d'air 27, et pénètre dans l'élément statorique 3, qu'il traverse en même temps que l'écoulement de liquide et de matières solides décrit ci-dessus. A l'intérieur de l'élément statorique 3, les bulles d'air sont envoyées radialement vers l'extérieur à travers les ouvertures de sortie 17 de la paroi latérale 13 de l'élément statorique. Ces bulles sont soumises à des forces de cisaillement de la même manière que les matières solides et ces forces sont suffisantes pour subdiviser ces bulles en une grande quantité de bulles très fines. Ces bulles,mélangées avec les matières solides, sortant de l'élément statorique 3 et égale ment finement subdivisées, favorisent l'action de bactéries sur ces matières. En outre, les bu'les expulsées horizontalement de l'élément statorique 3, s'élèvent lentement, à travers le liquide, dans la cuve 2#9 de sorte qu'elles sont en contact relativement longtemps avec les matières solides. Au cours du fonctionnement du dispositif décrit cidessus, la distance entre l'ouverture de sortie 27 de la conduite d'air 5 et l'ouverture d'entrée de l'élément statorique 3 est réglée en fonction de la profondeur d'immersion du dispositif, de la vitesse de rotation du rotor 1 et de la viscosité du liquide. La position radiale de l'ouverture de sortie 27 est réqlée selon que l'on recherche des bulles d'air très finement subdivisées ou des bulles d'air relativement grossières. D'une manière générale on constate qu'on obtient des bulles d'air très fines lorsque l'ouverture de sortie d'air 27 est disposée immédiatement en dessous du pourtour du rotor 1 et des bulles plus grossières lorsqu'on déplace l'ouverture de sortie d'air 27 en direction de l'axe du rotor 1. Selon une variante de ce dispositif, représentée sur la figure 2, l'une des colonnes 21 qui supporte l'élément statorique 3 est creuse et se prolonge vers le bas en dessous de l'élément statorique. Cette colonne sert de conduite d'air et présente une ouverture inférieure de sortie d'air 31, d'où l'air est entraîné dans l'élément statorique 3, au cours de la rotation de l'élément rotorique 1. Dans ce mode de réalisation la paroi latérale de l'élément statorique 3 est munie de fentes 33 dont les bords latéraux s'étendent suivant des hélices autour de l t axe de l'élément rotorique 1. La figure 3 représente une seconde variante dans laquelle une conduite d'air 33 débouche directement dans l'élément statorique 3. Dans une-autre variante, représentée sur la figure 4, l'élément rotorique 1 comporte un arbre creux 7 qui sert en même temps de conduite d'arrivée d'air. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. RE#E#ICATIOS mélanger des matières solides avec un liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un élément rotorique comportant un certain nombre ce lames supportées par un arbre, un élément statorique, de forme générale cylindrique, disposé coaxialement par rapport à l'arbre du rotor, présentant une ouverture d'entrée à une extrémité axialement extérieure et des ouvertures de sortie formées entre les extrémités extérieures de l'élément, l'élément rotorique étant disposé de manière que ses lames se trouvent à l'inté- rieur de l'élément statorique, des moyens pour supporter l'éié- ment statorique au dessus des matières solides à la partie inférieure d'une cuve, de telle manière que l'ouverture d'entrée de l'élément statorique soit orientée vers le bas, et une conduite d'air, présentant une ouverture d'entrée qui, en cours d'utilisation, est située au dessus du niveau du liquide contenu dans la cuve et une ouverture de sortie située à l'intérieur ou à proximité de l'élément statorique, les lames du rotor étant agencées de telle manière qu'au cours de la rotation de celui-ci elles entraînent, vers le haut, les matières solides et le liquide dans l'élément statorique à travers l'ouverture d'entrée de celui-ci, puis les expulsent radialement vers l'extérieur à travers les ouvertures de sortie, les matières solides étant soumises à des forces de cisaillement au cours de leur -# mouvement entre les lames en rotation du rotor et l'élément statorique, et l'ouverture de sortie de la conduite d'air étant disposée de telle manière que la rotation desdites lames aspire de l'air à travers la conduite et le refoule dans l'élément statorique, sans l'assistance d'une pompe extérieure, cet air pénètrant dans l'élément statorique étant subdivisé, à son passage entre les lames du rotor et l'élément statorique, en petites bulles, qui sont intimement mélangées avec les matières solides et le liquide. 2. Dispositif mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite d'air comprend un tube présentant une ouverture de sortie qui, en cours d'utilisation, est située en dessous de l'ouverture d'entrée de l'élément statorique. 3. Dispositif mélangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ouverture de sortie d'air da tube est située en dessous de ltouverture d'entrée de l'élément statorique, a une distance inférieure au diamètre du rotor, et que cette ouverture de sortie d'air est disposée, radialement, entre l'axe de l'arbre du rotor et le pourtour du rotor. 4. Dispositif mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite d'air comprend une colonne creuse qui fait partie des moyens supportant l'élément statorique et qui s'étend vers le bas en dessous de l'ouverture d'entrée de l'élément statorique. 5. Dispositif mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite d'air comprend un tube qui communique avec l'intérieur de l'élément statorique par une ouverture formée dans une paroi d'extrémité, à l'extrémité de l'élément située à l'opposé de l'ouverture d'entrée de celui-ci. 6. Dispositif mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre du rotor est creux et constitue la conduite d'air. 7. Dispositif mélangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque# ouverture de sortie ménagée dans l'élément statorique présente un bord latéral parallèle à l'axe de cet élément ou disposé en hélice par rapport à cet axe.